(57)【要約】  本発明は、燃料添加剤としてのヒドロキシアルカン酸誘導体の使用に関する。より詳細には、本発明は、バイオ燃料及び／又は燃料添加剤としてのヒドロキシアルカン酸の低級アルキルエステル及び／又は塩の使用を提供する。本発明は、少なくとも一種の燃料と、ヒドロキシアルカン酸の低級アルキルエステル及び／又は塩とを含有する燃料組成物も提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料としての、式（Ｉ）
【化１】
2011522072.tif 000010
（式中、  
ｍは、０〜３の範囲の整数であり、
Ｒ１は、Ｃ１−Ｃ５アルキルからなる群から選択され、
Ｒ２は、Ｈ及びＣ１−Ｃ１７アルキルからなる群から選択される）の化合物の使用。
【請求項２】
Ｒ１が、Ｃ１、Ｃ２、又はＣ３アルキルである、請求項１に記載の使用。
【請求項３】
Ｒ２が、Ｃ１−Ｃ９アルキルからなる群から選択される、請求項１に記載の使用。
【請求項４】
Ｒ２が、Ｃ１、Ｃ２、又はＣ３アルキルである、請求項１に記載の使用。
【請求項５】
式（Ｉ）の化合物が、メチル−３−ヒドロキシブチレート、エチル−３−ヒドロキシブチレート、メチル−４−ヒドロキシブチレート、メチル−３−ヒドロキシバレレート、エチル−３−ヒドロキシバレレート、メチル−３−ヒドロキシヘキサノエート、エチル−３−ヒドロキシヘキサノエート、乳酸メチル、及び乳酸エチルからなる群から選択される、請求項１に記載の使用。
【請求項６】
燃料添加剤としての、式（Ｉ）
【化２】
2011522072.tif 000011
（式中、
ｍは、０〜３の範囲の整数であり、
Ｒ１は、Ｃ１−Ｃ５アルキル及びアルカリ金属イオンからなる群から選択され、
Ｒ２は、Ｈ及びＣ１−Ｃ１７アルキルからなる群から選択される）の化合物の使用。
【請求項７】
Ｒ１が、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、アルキル及びＮａ＋からなる群から選択される、請求項６に記載の使用。
【請求項８】
Ｒ２が、Ｃ１−Ｃ９アルキルからなる群から選択される、請求項６に記載の使用。
【請求項９】
Ｒ２が、Ｃ１、Ｃ２、又はＣ３アルキルである、請求項６に記載の使用。
【請求項１０】
式（Ｉ）の化合物が、メチル−３−ヒドロキシブチレート、エチル−３−ヒドロキシブチレート、メチル−４−ヒドロキシブチレート、メチル−３−ヒドロキシバレレート、エチル−３−ヒドロキシバレレート、メチル−３−ヒドロキシヘキサノエート、エチル−３−ヒドロキシヘキサノエート、ナトリウム−３−ヒドロキシブチレート、乳酸メチル、及び乳酸エチルからなる群から選択される、請求項６に記載の使用。
【請求項１１】
前記燃料が、アルコール燃料、ガソリン、及びディーゼルからなる群から選択される、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１２】
少なくとも一種の燃料と、
式（Ｉ）
【化３】
2011522072.tif 000012
（式中、
ｍは、０〜３の範囲の整数であり、
Ｒ１は、Ｃ１−Ｃ５アルキル及びアルカリ金属イオンからなる群から選択され、
Ｒ２は、Ｈ及びＣ１−Ｃ１７アルキルからなる群から選択される）の化合物と
を含有する、燃料組成物。
【請求項１３】
Ｒ１が、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３アルキル、及びＮａ＋からなる群から選択される、請求項１２に記載の組成物。
【請求項１４】
Ｒ２が、Ｃ１−Ｃ９アルキルからなる群から選択される、請求項１２に記載の組成物。
【請求項１５】
Ｒ２がＣ１、Ｃ２、又はＣ３アルキルである、請求項１２に記載の組成物。
【請求項１６】
式（Ｉ）の化合物が、メチル−３−ヒドロキシブチレート、エチル−３−ヒドロキシブチレート、メチル−４−ヒドロキシブチレート、メチル−３−ヒドロキシバレレート、エチル−３−ヒドロキシバレレート、メチル−３−ヒドロキシヘキサノエート、エチル−３−ヒドロキシヘキサノエート、ナトリウム−３−ヒドロキシブチレート、乳酸メチル、及び乳酸エチルからなる群から選択される、請求項１２に記載の組成物。
【請求項１７】
前記少なくとも一種の燃料が、アルコール燃料、ガソリン、及びディーゼルからなる群から選択される、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１８】
前記アルコール燃料が、エタノール、ｎ−プロパノール、及びｎ−ブタノールからなる群から選択される、請求項１７に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオ燃料の分野に関し、より詳細には、本発明は、バイオ燃料及び／又は燃料添加剤としてのヒドロキシアルカン酸の低級アルキルエステル及び／又は塩の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーは、ヒトの活動の基礎である。ヒトは化石燃料の枯渇に直面しており、化石燃料により生じる環境汚染は重大である。昨今、ほとんど全ての工業国はエネルギー供給の危機に直面している。
【０００３】
再生可能エネルギーは、自然界で連続して再生され、持続的に使用され得るエネルギーを意味する一種のクリーンエネルギーであり、バイオディーゼル及び燃料エタノールが際立っている。バイオディーゼルは、動物油脂又は植物油脂から得られる脂肪酸と短鎖アルコールとの、エステル交換を介した様々なモノエステルの混合液体燃料であり、内燃エンジン内で直接使用することができる。燃料エタノールは、クリーン燃焼の性質を有する高オクタン燃料であり、再生可能なエネルギーにより生成することができる。しかしながら、バイオ燃料の大規模製造は、広い面積の土地を必要とし得る。さらに、エタノール製造のようなバイオ燃料製造の拡大は、穀物の値段にも影響するであろう。したがって、新しいエネルギーの開発は、緊急の要求事項である。
【０００４】
ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）は、一種のエネルギーであり、微生物の増殖が不均衡な環境下で、微生物により蓄積される炭素源貯蔵物質である（非特許文献１）。ＰＨＡを形成しているモノマーは、様々である。今日まで、１００種を越えるモノマーが発見されている（非特許文献１）。３−ヒドロキシ酪酸（３ＨＢ）は、ＰＨＡを形成する最も一般的なモノマーである。一般に、ＰＨＡは、以下の式：
【化１】
2011522072.tif 000002
（式中、ｎ＝１、２、３、又は４であり；一般にｎ＝１、すなわちポリ−３−ヒドロキシアルカノエートである。ｍは、分子量を決定する重合度を表す。Ｒは、直鎖又は分岐鎖及び置換基を有する飽和又は不飽和アルキルであってもよい可変の基である）で表すことができる。
【０００５】
「Ｒ−」基が３個未満の炭素原子を有する置換基（すなわち、ＣＨ３−又はＣＨ３ＣＨ２−）の場合、ＰＨＡは、短鎖長ＰＨＡ（ｓｃｌ  ＰＨＡと略される）と称される。特に、「Ｒ−」基がＣＨ３−の場合、ＰＨＡは、ポリ−３−ヒドロキシブチレート（ＰＨＢと略される）と称される。「Ｒ−」基がＣＨ３ＣＨ２−の場合、このＰＨＡは、ポリ−３−ヒドロキシバレレート（ＰＨＶと略される）と称される。３−ヒドロキシ酪酸及び３−ヒドロキシ吉草酸は、重合してポリ−３−ヒドロキシブチレート−３−ヒドロキシバレレート（ＰＨＢＶと略される）を形成し得る。短鎖長ＰＨＡの一般的な例は、ＰＨＢ及びＰＨＢＶである。「Ｒ−」基が３個以上の炭素原子を含む置換基の場合、これは中鎖長又は長鎖長ＰＨＡと称される。
【０００６】
ＰＨＡのエステル結合は、硫酸により触媒されるアルコール分解の下で切断されて、モノマーを生成し得る。しかしながら、アルコール分解中にメタノール又はエタノールが添加された場合、ＰＨＡの分解により生成したヒドロキシアルカン酸（ＨＡ）モノマーのカルボキシル（−ＣＯＯＨ）が、メタノール又はエタノールのヒドロキシル（−ＯＨ）と反応して、対応するメチル−３−ヒドロキシアルカノエート又はエチル−３−ヒドロキシアルカノエート（例えば、メチル−３−ヒドロキシブチレート又はエチル−３−ヒドロキシブチレート、メチル中鎖長ヒドロキシアルカノエート又はエチル中鎖長ヒドロキシアルカノエート）を生成し得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｄｏｉ＆Ｓｔｅｉｎｂｕｃｈｅｌ，２００２
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様において、本発明は、燃料としての式（Ｉ）
【化２】
2011522072.tif 000003
（式中、ｍは、０〜３の範囲の整数であり、Ｒ１は、Ｃ１−Ｃ５アルキルからなる群から選択され、Ｒ２は、Ｈ及びＣ１−Ｃ１７アルキルからなる群から選択される）の化合物の使用を提供する。
【０００９】
好ましくは、Ｒ１は、Ｃ１、Ｃ２、又はＣ３アルキルである。
【００１０】
好ましくは、Ｒ２は、Ｃ１−Ｃ９アルキルからなる群から選択され、より好ましくは、Ｒ２は、Ｃ１、Ｃ２、又はＣ３アルキルである。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、式（Ｉ）の化合物は、メチル−３−ヒドロキシブチレート、エチル−３−ヒドロキシブチレート、メチル−４−ヒドロキシブチレート、メチル−３−ヒドロキシバレレート、エチル−３−ヒドロキシバレレート、メチル−３−ヒドロキシヘキサノエート、エチル−３−ヒドロキシヘキサノエート、乳酸メチル、及び乳酸エチルからなる群から選択される。
【００１２】
他の態様において、本発明は、燃料添加剤としての式（Ｉ）
【化３】
2011522072.tif 000004
（式中、ｍは、０〜３の範囲の整数であり、Ｒ１は、Ｃ１−Ｃ５アルキル及びアルカリ金属イオンからなる群から選択され、Ｒ２は、Ｈ及びＣ１−Ｃ１７アルキルからなる群から選択される）の化合物の使用を提供する。
【００１３】
さらなる他の態様において、本発明は、少なくとも一種の燃料と、式（Ｉ）
【化４】
2011522072.tif 000005
（式中、ｍは、０〜３の範囲の整数であり、Ｒ１は、Ｃ１−Ｃ５アルキル及びアルカリ金属イオンからなる群から選択され、Ｒ２は、Ｈ及びＣ１−Ｃ１７アルキルからなる群から選択される）の化合物とを含んでなる燃料組成物を提供する。
【００１４】
好ましくは、Ｒ１は、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３アルキル、及びＮａ＋からなる群から選択される。
【００１５】
好ましくは、Ｒ２は、Ｃ１−Ｃ９アルキルからなる群から選択され、より好ましくは、Ｒ２は、Ｃ１、Ｃ２、又はＣ３アルキルである。
【００１６】
本発明の好ましい実施態様によれば、式（Ｉ）の化合物は、メチル−３−ヒドロキシブチレート、エチル−３−ヒドロキシブチレート、メチル−４−ヒドロキシブチレート、メチル−３−ヒドロキシバレレート、エチル−３−ヒドロキシバレレート、メチル−３−ヒドロキシヘキサノエート、エチル−３−ヒドロキシヘキサノエート、ナトリウム−３−ヒドロキシブチレート、乳酸メチル、及び乳酸エチルからなる群から選択される。
【００１７】
好ましくは、燃料は、アルコール燃料、ガソリン、及びディーゼルからなる群から選択される。特に、アルコール燃料は、エタノール、ｎ−プロパノール、及びｎ−ブタノールからなる群から選択される。
【００１８】
本発明の燃料、燃料添加剤、又は燃料組成物は、多数の式（Ｉ）の化合物を含むことができることを理解するであろう。例えば、本発明の特に好ましい実施態様では、ｍｃｌ  ＨＡメチルエステルは、メチル−３−ヒドロキシヘキサノエート、メチル−３−ヒドロキシオクタノエート、メチル−３−ヒドロキデカノエート、メチル−３−ヒドロキドデカノエート等を含む。
【００１９】
調製での利便性のために、本発明のメチルヒドロキシアルカノエート又はエチルヒドロキシアルカノエートが特に好ましい。
【００２０】
本発明により提供されるヒドロキシアルカン酸誘導体は、燃料として、直接使用することができ、高い燃焼熱、汚染物質の無排出等の利点を有する。燃料添加剤が他の燃料と組み合わせて使用される際、本発明のヒドロキシアルカン酸誘導体は、それらの燃焼熱を増大させ、またアンチノック等の他の特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１ａ】表１に示す発酵Ａ〜Ｃの条件下での、発酵時間ＶＳ栄養物ＶＳ発酵関連パラメータである。
【図１ｂ】表１に示す発酵Ａ〜Ｃの条件下での、発酵時間ＶＳ栄養物ＶＳ発酵関連パラメータである。
【図１ｃ】表１に示す発酵Ａ〜Ｃの条件下での、発酵時間ＶＳ栄養物ＶＳ発酵関連パラメータである。
【図２】ＰＨＢの１Ｈ  ＮＭＲ構造である。
【図３】Ｒｅｙｎｏｌｄのマッピングの較正グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本明細書で使用される用語「アルキル」は、所定の数の炭素原子を含む、分岐鎖又は直鎖を有する飽和脂肪族炭化水素基を指す。例えば、「Ｃ１−Ｃ９アルキル」は、１、２、３、４、５、６、７、８、又は９個の炭素原子を含む、直鎖又は分岐鎖の飽和脂肪族炭化水素基として定義される。例えば、「Ｃ１−Ｃ９アルキル」は、特に、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソ−プロピル、ｎ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、イソ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル等を含む。
【００２３】
本明細書で使用される用語「低級アルキル」は、５個以下の炭素原子を含むアルキルを指す。本発明の特に好ましい「低級アルキル」は、メチル及びエチルを含む。
【００２４】
本明細書で使用される用語「アルカリ金属イオン」は、周期律表の第一主要グループの金属イオンを指し、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｌｉ＋等を含むがこれらに限定されるわけではない。
【００２５】
本発明の文脈において、用語「ヒドロキシアルカン酸」及び「ＨＡ」は、交換可能に使用されてもよい。ヒドロキシアルカン酸誘導体の例は、メチル−３−ヒドロキシブチレート又は３ＨＢメチルエステル、メチル−４−ヒドロキシブチレート又は４ＨＢメチルエステル、エチル−３−ヒドロキシブチレート又は３ＨＢエチルエステル、メチル−３−ヒドロキシヘキサノエート又は３ＨＨｘメチルエステル、エチル−３−ヒドロキシヘキサノエート又は３ＨＨｘエチルエステル、３−ヒドロキシヘキシル酸（３ＨＨｘ）等を含むが、これらに限定されるわけではない。
【００２６】
本明細書で使用される用語「ｍｃｌ  ＰＨＡ」又は「中鎖長ＰＨＡ」は、様々なＨＡモノマーを含む特定の中鎖長ＰＨＡポリマーを指し、それらの調製方法及び組成物は、実施例２に記載されている。「ｍｃｌ  ＨＡメチルエステル」は、ｍｃｌ  ＰＨＡのアルコール分解から得られる様々なモノマーのメチルエステルの混合物を指し、その組成は表４に示される。
【００２７】
ＰＨＡから本発明のヒドロキシアルカン酸誘導体を得ることには、多数の利点を有する。例えば、ＰＨＡ生産者は非常に多数である。自然界において、様々な環境における多数の微生物がＰＨＡの合成能力を有している。ＰＨＡを合成するための基質源も非常に幅広く、該基質源は、ほとんどの有機物質を含み得る。商品化されているポリ−３−ヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、３−ヒドロキシ酪酸及び３−ヒドロキシ吉草酸のコポリマー（ＰＨＢＶ）、３−ヒドロキシ酪酸及び３−ヒドロキシヘキサン酸（ＰＨＢＨＨｘ）のコポリマー（ＰＨＢＨＨｘ）等の基質は、安価な澱粉又はヤシ油等に由来することができる。研究により、ＰＨＢ生合成経路は多数の細菌内に広く存在し、またＰＨＢは、炭素源として廃水中の有機汚染物質を使用して、活性汚泥中で多数の細菌により合成され得ることが示されている。発酵条件の要求事項は単純である。抗生物質発酵、エタノール発酵、乳酸発酵等のための従来のデバイスはＰＨＡ発酵用に変更される必要はなく、又は僅かな変更のみ必要とする。より競争力のある発酵手段は、下水処理デバイスである。下水処理の様々なデバイスから、大量の活性汚泥を得ることができる。事実、活性汚泥の主要な成分は微生物、特に細菌細胞であり、ＰＨＢを生成するために直接使用することができる。下水中の有機汚染物質を使用してＰＨＢを生成するために、活性汚泥中の様々な細菌を変化させる必要はなく、又は僅かな変化のみ必要とする。中国では毎年、廃水の処理中に、何千万トンもの活性汚泥が生成され、そのほとんどは埋め立てられ、又は燃焼され、又は坑内爆発ガス発酵に使用される。燃料を活性汚泥から得ることは、卓越した、相互に利益のある解決法である。
【００２８】
本発明において、微生物により合成されたＰＨＡから得られる様々な低級アルキルヒドロキシアルカノエートは、燃料として使用された場合、現行のバイオ燃料の分野を富ませることができ、また有利な社会的及び経済的な利益を持つ。燃料としてのこれらの低級アルキルヒドロキシアルカノエート（例えば、メチルエステル又はエチルエステル）は、好適な燃焼熱を有し、汚染物質を排出せず、ガソリン等の一般的な燃料と組み合わせて使用することができ、またガソリン等の燃料の燃焼を改善し、それらのオクタン価を上昇させることができる。
【００２９】
燃料としての本発明の低級アルキルヒドロキシアルカノエートは、特に、メチル−３−ヒドロキシブチレート、メチル−４−ヒドロキシブチレート、エチル−３−ヒドロキシブチレート、メチル−３−ヒドロキシブチレート又はエチル−３−ヒドロキシブチレートとメチル−３−ヒドロキシバレレート又はエチル−３−ヒドロキシバレレートとの様々なモル比における混合物、メチル−３−ヒドロキシブチレート又はエチル−３−ヒドロキシブチレートとメチル−３−ヒドロキシヘキサノエート又はエチル−３−ヒドロキシヘキサノエートとの様々なモル比における混合物、メチル又はエチル−３−ヒドロキシ中鎖長アルカノエートの混合物、メチル−３−ヒドロキシブチレート又はエチル−３−ヒドロキシブチレートとメチル−４−ヒドロキシブチレート又はエチル−４−ヒドロキシブチレートとの様々なモル比における混合物、メチル３−ヒドロキシプロピオネート又はエチル−３−ヒドロキシプロピオネート、メチル−２−ヒドロキシプロピオネート又はエチル−２−ヒドロキシプロピオネート等を含むが、これらに限定されるわけではない。
【００３０】
本発明のヒドロキシアルカノエートは、ガソリン等の燃料と混合することができる。多数の研究によれば、藁等の様々なバイオマスの直接燃焼に関する熱効率は非常に低く、約１０％だけであり、他の８０％〜９０％のエネルギーが廃棄されることが示されている。しかしながら、これらがメタン及びエタノールのような気体又は液体燃料に変換された場合、それらの熱効率は３０％超過〜４０％に増大され得る。固体の遊離ポリヒドロキシアルカン酸を液体ヒドロキシアルカノエートに変換することもまた、燃焼効率に正の効果を与える。燃料の炭素含有率、特にＣＨ２含有率は、燃料の燃焼熱に大きく影響する。燃料中の炭素含有率が上昇すると、燃焼熱が増大する傾向がある。バイオエタノールは低い炭素含有率を有するため、バイオエタノールの燃焼熱は２７．３ＫＪ／ｇである。しかしながら、エネルギーの不在下では、エタノールを燃料としてガソリンに代替して使用することができる。加えて、エタノール／ガソリン混合燃料の研究において、エタノールとガソリンとの混合物が、エタノール分子中の高い酸素含有率のために、ガソリンのアンチノック特性を改善し得ることが発見されており、それによりこの混合燃料が従来の鉛含有アンチノック剤を代替し、従来のアンチノック剤の毒性が回避される可能性がある。燃料エタノールと比較すると、ヒドロキシアルカノエートはガソリンのアンチノック特性をより良好に改善することができ、これはヒドロキシアルカノエート自体のヒドロキシル（−ＯＨ）と、エステル化により導入されたエステル結合とが、ヒドロキシアルカノエートの酸素含有率を増大させるためである。
【００３１】
以下の燃焼熱のデータは、燃焼熱測定により得られる。３ＨＢメチルエステル：１９．４３ＫＪ／ｇ、中鎖長ＰＨＡ（ＭＣＬＰＨＡメチルエステル）：３６．５ＫＪ／ｇ、エタノール：２７．３２ＫＪ／ｇ、０＃ディーゼル（Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ  Ｂｒａｎｃｈ，  Ｓｉｎｏｐｅｃにより製造、Ｔｕｏｐｕ  Ｇａｓ  Ｓｔａｔｉｏｎ，  Ｓｈａｎｔｏｕにより販売）：５４．６ＫＪ／ｇ、９０＃ガソリン：５２．４ＫＪ／ｇ、３ＨＢメチルエステル：エタノール：３２．８８ＫＪ／ｇ、３ＨＢメチルエステル：９０＃ガソリン：４６．２５ＫＪ／ｇ、３ＨＢメチルエステル：０＃ディーゼル：４９．１５ＫＪ／ｇ（３ＨＢメチルエステル：エタノール＝１：９、３ＨＢメチルエステル：ディーゼル＝１：９、３ＨＢメチルエステル：ガソリン＝１：９）。
【００３２】
３ＨＢメチルエステルの燃焼熱は、エタノールよりもわずかに低い。
【００３３】
３ＨＢメチルエステルと他の燃料との混合物から、３ＨＢメチルエステルの添加がエタノールの燃焼熱を驚くほど増大させるが、０＃ディーゼル又は９０＃ガソリンの燃焼熱は増大させないことが発見された。純粋な０＃ディーゼル（５４．６）及び９０＃ガソリン（５２．４）の燃焼熱と比較すると、対応する混合燃料の燃焼熱の値は、それぞれ４６．２ＫＪ／ｇ及び４９．１ＫＪ／ｇであり、依然として、比較的高いレベルに維持されている。燃料の使用に関しては、３ＨＡメチルエステルは燃料として使用され、又は従来の燃料に添加されてもよい。
【００３４】
本発明のヒドロキシアルカノエートも、燃料として、直接使用することができる。
【００３５】
発酵及び抽出工程の改善により、ポリ−３−ヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）の商業的製造の費用は益々低くなっており、メチル−３−ヒドロキシブチレート又はエチル−３−ヒドロキシブチレートを燃料として直接使用することを可能にしている。同様に、メチル−３−ヒドロキシブチレート又はエチル３−ヒドロキシブチレートは、高い燃焼熱、汚染物質のゼロ排出等の利点も有する。燃焼用の燃料として直接使用される場合、メチル−３−ヒドロキシブチレート又はエチル−３−ヒドロキシブチレートは、アルコールランプ中のエタノールに代替することができ、高発火点、青色の外炎、黄色の内炎等の、エタノールと同様の特性を示す。直接燃焼に加えて、メチル−３−ヒドロキシブチレート又はエチル−３−ヒドロキシブチレート等のヒドロキシアルカノエートの燃料としての使用は、まず原動機燃料として考慮することができる。
【００３６】
本発明の好ましい態様によれば、ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）を生成するために活性汚泥を使用し得る。現存する活性汚泥の処理工程は、ＰＨＡを生成するために使用され、該処理工程は主に３つのタイプを含む：（ａ）従来の工程、（ｂ）硝化−脱窒工程、（ｃ）嫌気−好気工程。一般に、ＰＨＡ生成には嫌気−好気工程が好ましい。嫌気−好気活性汚泥工程中、活性汚泥中の微生物は、工程にいずれの変更も行わず、また栄養物のいずれも添加することなく、汚染物質中の有機内容物の調整と通気とに応じて１５％〜３３％のＰＨＡを合成することができ、このことはＰＨＡ生成の低コストを可能にする。別の方法は、３つの活性汚泥工程において、一般的な細菌叢を遺伝子操作により改変することである。遺伝子改変の方法は、主として、広い宿主の範囲により安全で安定かつ効率的なプラスミドを構成し、それによって活性汚泥中の遺伝子改変微生物により合成されるＰＨＡの絶対量を増大させる。
【００３７】
ＰＨＡ抽出においては、主に有機溶媒抽出が使用される。有機溶媒は、好ましくは、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステルから選択される。エステルは、低費用、ＰＨＡとの良好な混和性、及び非毒性という利点を有し、燃料として、メチルヒドロキシアルカノエート又はエチルヒドロキシアルカノエートと混合することができる。簡単な分離及び精製の後、ＰＨＡ液体を水酸化ナトリウム又は硫酸、メタノール又はエタノールと直接反応させてアルコール分解して、メチルヒドロキシアルカノエート又はエチルヒドロキシアルカノエートを調製し、これを酢酸エチル又は酢酸ブチル等の抽出溶媒と共に燃料として使用し得る。
【実施例】
【００３８】
実施例１  活性汚泥を使用したＰＨＡの生成
活性汚泥を使用したＰＨＡの生成を、実験室内でベンチスケール装置を用いて、嫌気−好気活性汚泥（ＥＢＰＲ）を使用したＰＨＡの生成に関する研究（Ｉｗａｍｏｔｏ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｐｒｏｃ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．  Ｅｎｇ．  Ｒｅｓ  ３１  （１９９４）  ３０５−３１４；  Ｓａｔｏｈ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｗａｔｅｒ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ  ３８  （１９９８）  １０３−１０９；  Ｓａｔｏｈ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｉｎｔ．  Ｊ．  Ｂｉｏｌ．  Ｍａｃｒｏｍｏｌ．  ２５  （１９９９）  １０５−１０９；  Ｙｕｅ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｗａｔｅｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，  ３０  （２００４）；  Ｃｈｅｎ，  ｅｔ  ａｌ．  Ａｇｒｏ−Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，  ２０  （２００３）  ４２４−４２８）を参照してシミュレートした。この実施例で用いた実験デバイスは、高架タンク、貯水タンク、ポンプ、電磁弁、ＬＯＧＯ時間制御装置、及び散気装置からなる連続バッチ式反応器（ＳＲＳ）（Ａｇｒｏ−Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，  ｐａｇｅｓ  ３２９−３３２  Ｎｏ．  ５，  ２００１参照）であった。高架タンクの定量容積は２Ｌであり、ＳＢＲ溶媒の容積は約５Ｌであった。炭素源として追加の酢酸を添加した。基質として酢酸を使用して、約１０００ｍｇ／ＬのＣＯＤにより人工的な廃水を調製した。廃水の調製中、塩化アンモニウム、リン酸二水素カリウム、硫酸マグネシウム七水和物、リン酸水素カリウム、及び塩化カルシウム（上記の化学薬品は、Ｂｅｉｊｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｌａｎｔにより製造、分析等級）を栄養物として５ｍｇ／Ｌで加えて栄養のバランスを取った。ｐＨ値を６．８〜７．１に維持した。実験で使用した汚泥は、主に、嫌気−好気活性汚泥工程（ＥＢＰＲ）（Ｃｈｅｎ，  ｅｔ  ａｌ．  Ａｇｒｏ−Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，  ２０  （２００３）  ４２４−４２８参照）により収集した活性汚泥であった。収集した活性汚泥（下水処理ステーションより、Ｓｉｍｉｎｇ  Ｙａｎｔａｎｇ  Ｍｉｌｋ  Ｃｏｒｐ．，  Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ）を濾過し、生理食塩水で洗浄し、４時間通気して浮遊物質又はゲル物質を分解した後、反応器内に配置した。実験サイクルはいずれも８時間であり、１日当たり３サイクルであった。サイクルはいずれも以下のように構成された：注水２分間、通気２４０分間、沈殿１８０分間、上澄み排出３０分間。時間は全てＬＯＧＯ時間制御装置により制御された。反応器内の汚泥の濃度は約１８００〜４００ｍｇ／Ｌに維持され、ｐＨは約６．８〜７．１に維持された。汚泥は順化のために３週間を越えて培養された。ＣＯＤ除去が８５％を越えた後、すなわち汚泥が単一基質環境に適応し、細菌が比較的一様となった時、水サンプル及び汚泥サンプルを得て、分析した。廃水のＣＯＤ分解が観察された。次に、ＰＨＢ形成に対する酢酸濃度の効果も観察した。酢酸の出発濃度は０．２６ｍｇ／Ｌであった。３週間後、すなわち２３日目に、ＣＯＤ分解ＶＳＰＨＢ生成の曲線を作製した。２８日目の後、パラメータを変更して、酢酸濃度を０．４２ｍｇ／Ｌに上昇させた。次にＣＯＤ分解ＶＳＰＨＢ生成の曲線を更なる３週間の順化後、すなわち、５１日目に再��作製した。両方の結果を比較して、ＰＨＢ生成に対する酢酸濃度の変化の効果を研究した。ＰＨＢに関する定性的方法は、主にスーダンブラック染色及びＮＭＲ解析（図２）であった。定量的方法は、主にガスクロマトグラフィーであった。結果は、ＰＨＢの細胞内含有率が約３５％（ｗ／ｗ）に到達し得ることを示した（詳細に関しては、Ｌｕｏ  ｅｔ  ａｌ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２００７  １０５：  ３４０２−３４０８；  Ｏｕｙａｎｇ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ２００７  ８：  ２５０４−２５１１参照）。
【００３９】
実施例２  ＰＨＡの抽出及びメチルヒドロキシアルカノエート又はエチルヒドロキシアルカノエートの調製
有機溶媒抽出を用いて、有機溶媒抽出に関する関連した研究（Ｃｈｅｎ，  ｅｔ  ａｌ．  Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，  ５７  （２００１）  ５０−５５；  Ｃｈｅｎ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｃｈｉｎｅｓｅ  Ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．：  ＣＮ１８４４１８５，  ２００６−０４−１３；  Ｃｈｅｎ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｃｈｉｎｅｓｅ  Ｐａｔｅｎｔ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｏ．：  ０２１３０７２５．３）を参照して、活性汚泥からＰＨＡを抽出した。活性汚泥を使用した下水処理後、活性汚泥を処理した清浄水から自動的に分離し、沈殿した活性汚泥を従来の焼却装置に送って乾燥した。次に、酢酸エチル又は酢酸ブチル（Ｂｅｉｊｉｎｇ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｌａｎｔ、分析等級）を１：５〜１：７（活性汚泥：有機溶媒）の比で加えた。９０℃〜１００℃で加熱還流し、３０〜５０分間攪拌した後、ＰＨＡは酢酸エチル又は酢酸ブチルに溶解して希釈ＰＨＡ溶液が形成された。静置後、固体と液体とが自動的に分離した。対応する液体を隔離し、メタノール又はエタノールを液体に加え、その間ＰＨＡが綿状又は塊状沈殿物として沈殿した。有機溶媒抽出の方法は、ガスクロマトグラフィー法により計算して（米国、アジレントテクノロジー社）、ＰＨＡ収率を理論的な細胞内含有率の９５（ｗ／ｗ）を越えるようにできた。対応するアルコール分解は、触媒として水酸化ナトリウム又は濃硫酸を用いて、９０〜１００℃での加熱還流の下で行った。得られた溶液は燃焼用の燃料として直接使用することができた。必要であれば、所定の精製を行ってメチルヒドロキシアルカノエート又はエチルヒドロキシアルカノエートを高純度で得ることができた。
【００４０】
実施例３  炭素源としてラウリン酸又は他の有機物、及び生産者としてＡｅｒｏｍｏｎａｓ  ｈｙｄｒｏｐｈｉｌａ  ４ＡＫ４を使用した発酵によるポリ−３−ヒドロキシ酪酸−３−ヒドロキシヘキサン酸（ＰＨＢＨＨｘ）の生成
実験条件は、Ｃｈｅｎ，  ｅｔ  ａｌ．Ａｐｐｌ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ  ２００１  ５７：  ５０−５５に基づいた。
【００４１】
ＰＨＢＨＨＸの発酵は、バッチ発酵により行った。ＬＢ培地中で種を調製した後、４００ｍｌＬＢ培地を収容する窪みを有する１０００ｍｌフラスコに種培地を移動し、３０℃で１２時間培養した。種培養液培養液を２０００Ｌグルコース／酵母抽出物培地を収容する４０００Ｌ発酵槽に移動した。発酵条件は、以下のように規定した：撹拌速度２５０ｒｐｍ、通気２００００Ｌ／ｈ、培養温度３０℃、発酵時間１２時間（細胞は対数期まで増殖した）。１Ｌグルコース／酵母抽出物培地は、以下の成分を含有していた：１６ｇのグルコース、１．５ｇのリン酸二水素カリウム、１ｇの硫酸アンモニウム、４．５ｇのリン酸水素二ナトリウム、０．２ｇの硫酸マグネシウム七水和物、０．０５ｇの塩化カルシウム二水和物、０．５ｇの酵母抽出物、及び１ｍｌの微量元素溶液（微量元素の調製に関しては、Ｘｉ，  ｅｔ  ａｌ．Ａｎｔｏｎｉｅ  ｖａｎ  Ｌｅｅｕｗｅｎｈｏｅｋ  ７８  （２０００）  ４３−４９参照）。対数期中の２０００Ｌの種培養液を１００００Ｌ増殖培地を収容する２００００Ｌ発酵槽に無菌で移動した。増殖培地の成分を表１に示した。
【００４２】
Ａ．ｈｙｄｒｏｐｈｉｌａ  ４ＡＫ４の元素分析により、出発原材料におけるアンモニウム塩及びリン酸塩の濃度を計算し、それにより続く栄養物の制限を決定した。全発酵工程は、主に二つの相に分割された：第一の相は、炭素源としてグルコースを使用した細菌増殖相であり、栄養物の制限は必要なかった；第二の相は、炭素源としてラウリン酸を使用したＰＨＢＨＨｘ蓄積相であり、生成物蓄積を促進するために窒素又はリン光体の制限が必要とされた。グルコースの濃度が１０ｇ／Ｌ（表１における発酵Ａ及びＢ）又は２０ｇ／Ｌ（表１における発酵Ｃ）に低下したとき、５０℃の熱水に溶解したラウリン酸（４００ｇ／Ｌ）を圧縮空気により２００００Ｌ発酵槽内に無菌で加えた。細菌増殖相では、発酵の回転速度は１２０ｒｐｍ、通気は２０００００Ｌ／ｈ、ｐＨは７．０に維持された。ＰＨＢＨＨｘ蓄積相では、通気は１０００００Ｌ／ｈ、ｐＨは６．５に低下された。ｐＨの調節は、発酵培地中への２０％（ｗ／ｖ）水酸化ナトリウムの添加により実現された。
【００４３】
発酵結果を図１に示した。最終的な発酵結果により、４６時間の発酵後の細胞濃度、ＰＨＢＨＨｘ濃度及びＰＨＢＨＨｘの細胞内含有率は、各々、５０ｇ／Ｌ、２５ｇ／Ｌ、及び５０％（ｗ／ｗ）であることが示された。ＰＨＢＨＨｘ分析及び抽出ステップは実施例１及び２と同様であり、特定のデバイスにしたがって適切に変更することができる。
【００４４】
実施例４  多数の細菌の混合発酵によるＰＨＡの生成
混合細菌培養物を使用してＺｈａｎｇ，  ｅｔ  ａｌ．Ａｃｔａ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｉｃａ  Ｓｉｎｉｃａ  ４３  （２００３）を参照してＰＨＡを生成した。硝化−脱窒工程及び嫌気−好気工程等の、様々な活性汚泥処理工程の広い適用性を考慮して、これらの工程における一般的な細菌叢の混合発酵を研究室シミュレーションにおいて用いた。主な細菌は、Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ  ｃｈｒｏｏｃｏｃｃｕｍ  ｍｕｔａｎｔ  Ｇ−３、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｍｅｇａｔｅｒｉｕｍ、Ｃｏｍａｍｏｎａｓ  ａｃｉｄｏｖｏｒａｎｓ、及びＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ等を含んでいた。１Ｌ液体培地中の主な成分は：スクロース２０ｇ、リン酸水素カリウム０．８ｇ、リン酸二水素カリウム０．２ｇ、硫酸マグネシウム七水和物０．２ｇ、炭酸カルシウム０．５ｇ、塩化第二鉄七水和物０．１２５ｇ、ペプトン１ｇ、微量元素１ｍｌ（微量元素の調製は、実施例３と同一であった）を含有していた。培養条件は、以下のように規定した：最初に、３０〜４０ｍｌ培地を収容する２５０ｍｌコニカルフラスコ内で、３０℃、２２０ｒｐｍで培養を行った。次に、ＮＢＳ自動発酵槽を使用して、温度を３０℃に自己制御し、アルカリ性酒（ａｌｋａｌｉ  ｌｉｑｕｏｒ）でｐＨ６．９〜７．２に断続的に調節し、撹拌速度６００ｒｐｍで開始し、通気１：１、出発液体容積１．２Ｌ、接種サイズ１０％及び供給−バッチ発酵で発酵を行った。細菌の添加順は、最初にＡｚｏｔｏｂａｃｔｅｒ  ｃｈｒｏｏｃｏｃｃｕｍ及びＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａが添加されて２２〜２８時間培養された後、Ｂａｃｉｌｌｕｓ  ｍｅｇａｔｅｒｉｕｍ及びＣｏｍａｍｏｎａｓ  ａｃｉｄｏｖｏｒａｎｓが接種サイズ１０％で添加され、同時に０．５％（ｗ／ｖ）ペプトン及び０．５％（ｗ／ｖ）硝酸アンモニウムが添加され、４２〜４６時間培養が継続された。培養中、規則的な間隔で発酵槽内のスクロース濃度が測定された。発酵槽内のスクロース濃度が約０．３％〜０．５％（ｗ／ｖ）に低下した際、自動供給ポンプが開始された。発酵槽内のスクロース濃度は、３０％（ｗ／ｖ）スクロース溶液を供給することにより約２％（ｗ／ｖ）に維持された。最終的な発酵結果により、多数の細菌の６６〜７４時間の混合培養後、細胞乾燥重量は３２ｇ／Ｌに到達し得、ＰＨＡ含有率は７５％（ｗ／ｗ）に到達し得、糖からＰＨＡへの変換比は０．３２であることが示された。
【００４５】
実施例５  ３ＨＡメチルエステルの調製及びその燃焼熱の測定
３ＨＢメチルエステルの調製は、文献（Ｒｏｏ，  ｅｔ  ａｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ２００２  ６．７１７−７２２；Ｌｅｅ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  １９９９  ６５．  ３６３−３６８）を参照して行った。詳細は以下に規定する：１５ｇのＰＵＢを２００ｍｌのクロロホルムに溶解した後、同容積の硫酸／メタノール溶液（硫酸／メタノール溶液の比は、１５部（容積）の硫酸ｖｓ８５部（容積）のメタノールであった）を加えた。この混合溶液を１００℃で４８時間還流した。４８時間の還流後、溶液を室温に冷却し、分離漏斗に移動した。４０ｍｌの飽和塩化ナトリウム溶液を分離漏斗内に加え、１０分間激しく振とうし、静置すると有機相と水相との分離が観察できた。下部の有機相を隔離し、脱イオン水で数回洗浄した。有機相を丸底フラスコに移動し、有機層に含まれるクロロホルムをロータリーエバポレーターにより除去して、３ＨＢメチルエステルを濃い液体として得た。他の３ＨＡメチルエステルは、同一の方法により調製した（上記の試薬は全てＸｉｌｏｎｇ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｌａｎｔ，  Ｓｈａｎｔｏｕ，から入手可能、分析等級）。
【００４６】
３ＨＡメチルエステルの燃焼熱測定アッセイをＮａｎｊｉｎｇ  Ｎａｎｄａ  Ｗａｎｈｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏ．，  Ｌｔｄ．の新製品であるＢＨ−ＩＩＩＳ燃焼熱検出器により行った。検出器の熱容量は、既知の燃焼熱を有する安息香酸を用いて較正して、１５．６ＫＪ／℃と測定された。この検出器により測定された燃焼熱は、記号Ｑｖｓで表される定容積燃焼熱であった。定容積燃焼熱の等式は、ＣΔｔ＝ｍＳＱＶＳ−１．４ｍｈ（式中、Ｃは、検出器の熱容量を表し、Δｔは、温度差を表し、ｍＳは、サンプルの質量を表し、ＱＶＳは、検出されるべきサンプルの定容量燃焼熱を表し、ｍｈは、燃焼したニッケル−クロムワイヤの質量を表す）であった。Δｔは、Ｒｅｙｎｏｌｄのマッピングによる較正を必要とした（図３参照）。
【００４７】
図３は、燃焼熱検出器により得られた温度の変化を示した。燃焼熱検出器の断熱性能が、システムと環境との間の熱交換を完全に回避することができなかったため、燃焼測定の温度−時間曲線は、正確な結果を得るために較正される必要がある。温度−時間曲線の定義は、以下のように規定した：ａｂはベースラインであり、燃焼反応前の、熱量計内の培地としての水の温度を表した。ａｂが時間軸と平行な直線であり、又は一定の傾斜を有する斜線であった場合、それは熱量計の温度が安定であることを示した。ｂｃは、燃焼反応後の、熱量計内の培地としての水の温度の変化を表した。ｂ点から燃焼反応は大量の熱を放出し、曲線がｃ点への方向転換を示すまで、水温を短時間で急速に上昇させた。ｃｄは、システムの温度が急速な上昇後に安定な傾向を有することを表した。Ｒｅｙｎｏｌｄのマッピングによれば、温度−時間曲線のピーク高さは、正確な結果を得るように測定された。直線は、ｃ点及びｂ点を横切り、各々時間軸と平行に、各々Ｔ１点及びＴ２点において温度軸と交差させて作製された。Ｔ１−ｃ及びＴ２−ｂ直線を横切って、直線ＡＢは、温度軸と垂直に、ｂ−ｃ曲線と中間点０で交差するよう作製された。逆延長線は、ｃ−ｄ及びａ−ｂに沿って、ＡＢとＥ点及びＦ点で交差するよう作製された。したがって、Ｅ点とＦ点との間の距離は、等式の温度差Δｔであった。
【００４８】
定容積燃焼熱の測定は、以下のようにまとめられた：（Ｉ）既知の燃焼熱を有する安息香酸を使用することにより、デバイスの熱容量を較正した。（ａ）０．８〜１ｇの安息香酸を秤量し、赤外線圧縮器（ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｐｒｅｓｓｅｒ）により加圧して断片とした。ウィンドチューブ（ｗｉｎｄ  ｔｕｂｅ）により未成形粉末を除去した後、安息香酸断片を再び秤量し、記録した。（ｂ）高圧容器蓋を開放した後、予め秤量したニッケル−クロムワイヤを中央で屈曲してループを形成し、高圧容器の両方の電極の周りに注意深く、かつしっかり巻き付けた。サンプルを高圧容器の燃焼ボート内に配置し、ニッケル−クロムワイヤを、ニッケル−クロムワイヤの弾性によりサンプルにしっかりと付着するようにした（注：ニッケル−クロムワイヤは燃焼ボートと接触できなかった）。マルチメータを使用して、回路が閉鎖されているか否かを調べた。回路が閉鎖されていた場合、高圧容器蓋をしっかり締め、回路を再び調べた。（ｃ）高圧容器通気の要求事項にしたがって、高圧容器を１〜１．２ＭＰａの酸素で満たした。（ｄ）両方の電極上でマルチタイマーを再び使用して、回路が閉鎖されているか否かを調べた。回路が閉鎖されていた場合、高圧容器を燃焼熱検出器内に配置した。高圧容器を収容する内部チューブ内に３Ｌの水道水を正確に注いだ。撹拌スイッチを開放し、温度変化を観察した。温度ベースラインが時間軸、すなわち横座標と平行になった際、又は接線が直線の場合、点火を行った。点火後、温度が急激に上昇し、最終的には、温度線が横座標と平行になるまで、安定な傾向を有した。経験にしたがって、時間制限を一般に３５分に設定した。（ＩＩ）３ＨＡメチルエステル及び他の燃料の燃焼熱測定。一般的なステップは、上記の安息香酸の燃焼熱測定と同様であった。相違は、３ＨＡメチルエステルが液体サンプルであることであった。３ＨＡメチルエステルはより高い沸点を有するため、３ＨＡメチルエステルのみ検出される際には、サンプルを燃焼ボートに直接加えることができた。より低い沸点を有する揮発性のサンプルの場合、それらを検出のために、既知の燃焼熱を有する小さいプラスチック袋に入れることができた。試験結果を表２に示した。
【００４９】
この実施例で使用したＭｃｌ  ＰＨＡは、炭素源としてラウリン酸（ドデカン酸）を使用して、Ｔｓｉｎｇｈｕａ  ＵｎｉｖｅｒｉｓｔｙのＤｒ．Ｏｕｙａｎｇ  Ｓｈａｏｐｉｎｇにより構成されたＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ  ＫＴＯＹ０６により生成され、その成分は表４に示した。詳細な生成工程は、Ｏｕｙａｎｇ  ＳＰ，  Ｌｕｏ  ＲＣ，  Ｃｈｅｎ  ＳＳ，  Ｌｉｕ  Ｑ，  Ｃｈｕｎｇ  Ａ，  Ｗｕ  Ｑ，  Ｃｈｅｎ  ＧＱ  （２００７ａ）  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ３−ｈｙｄｒｏｘｙｔｅｔｒａｄｅｃａｎｏａｔｅ  ｍｏｎｏｍｅｒ  ｃｏｎｔｅｎｔ  ｂｙ  ｆａｄＢ  ａｎｄ  ｆａｄＡ  ｋｎｏｃｋｏｕｔ  ｍｕｔａｎｔ  ｏｆ  Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ  ＫＴ２４４２．  Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ８：  ２５０４−２５１１；及びＬｉｕ  ＷＫ，  Ｃｈｅｎ  ＧＱ  （２００７）  Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｅｄｉｕｍ−ｃｈａｉｎ−ｌｅｎｇｔｈ  Ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ３−ｈｙｄｒｏｘｙｔｅｔｒａｄｅｃａｎｏａｔｅ  ｍｏｎｏｍｅｒ  ｃｏｎｔｅｎｔ  ｂｙ  ｆａｄＢ  ａｎｄ  ｆａｄＡ  ｋｎｏｃｋｏｕｔ  ｍｕｔａｎｔ  ｏｆ  Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｐｕｔｉｄａ  ＫＴ２４４２．  Ａｐｐｌ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ  ７６：  １１５３−１１５９を参照した。ｍｃｌ  ＨＡメチルエステル（ｍｃｌ  ＨＡＭ）の調製方法は、３ＨＢメチルエステル（３ＨＢＭ）の調製方法と同一であった。
【００５０】
３ＨＡメチルエステルの中でも、３ＨＢメチルエステルは最も低い燃焼熱を有し；炭素原子の増大とともにそれらの燃焼熱が上昇し、ＭＣＬメチルエステルの燃焼熱は約３６．５ＫＪ／ｇであることを見出すことができた。３ＨＢメチルエステルの燃焼熱は、エタノールよりも少々低かった。
【００５１】
３ＨＢメチルエステルを他の燃料と混合した際に、３ＨＢメチルエステルの添加がエタノールの燃焼熱を上昇させ得ることを見出すことができた。しかしながら、３ＨＢメチルエステルの添加は０＃ディーゼル又は９０＃ガソリンの燃焼熱を上昇させなかった。純粋な０＃ディーゼル（５４．６ＫＪ／ｇ）及び９０＃ガソリン（５２．４ＫＪ／ｇ）の燃焼熱と比較して、混合燃料の燃焼熱は、各々、約４６．２ＫＪ／ｇ及び４９．１ＫＪ／ｇであり、依然として、比較的高いレベルに維持された。
【００５２】
混合燃料中の３ＨＢメチルエステル又はＭＣＬメチルエステルの割合の増大により、混合燃料の燃焼熱は、上昇又は低下の有意な傾向を示さなかったが、比較的安定なレベルに維持された。３ＨＢメチルエステルと同様に、ＭＣＬメチルエステル及びエタノールの混合燃料中へのＭＣＬメチルエステルの添加もまたエタノールの燃焼熱を上昇させ、上昇の大きさは、一般に３ＨＢメチルエステルと比較して高かった。特定の理由はまだ分かっていない。可能な一つの理由は、３ＨＡエステル及びエタノールが燃焼中に更なる反応熱を生成し、それにより混合燃料の全燃焼熱を上昇させたことである。期待した結果とは対照的に、様々な重量比におけるＭＣＬメチルエステルのディーゼル又はガソリン中への添加により、ディーゼル又はガソリンの燃焼熱は上昇せず、該燃焼熱は、純粋なディーゼル又はガソリンの燃焼熱よりも依然として低い。まだ同時に、ＭＣＬメチルエステルと３ＨＢメチルエステルとの効果にはあまり差異が存在しなかった。その理由は、ＭＣＬメチルエステルの長い炭素鎖（一般に８個を越える炭素原子）にある可能性がある。燃焼中、ＭＣＬメチルエステルは炭化され、燃焼が不十分であり、不完全燃焼を起こすことによって燃焼熱が完全に排出されない可能性がある。この問題に関して、サンプル量を低下させる、燃焼熱を増大させる等のいくつかの改善を行った。しかしながら、有意な効果は存在しなかった。燃焼中、炭素原子が増大することにより、燃焼熱がそれに応じて上昇しない可能性があることが想像され得る。燃料自体の品質の他に、燃料が十分に燃焼したか否かも、もう一つの考慮事項である。ＭＣＬメチルエステルとガソリン又はディーゼルとが燃焼のために混合された際、ガソリン又はディーゼル、特にディーゼルは不十分な燃焼を示したことが多かった。したがって、長い炭素鎖を有するＭＣＬメチルエステルの添加は、不十分な燃焼を高めた。これは、混合燃料の燃焼熱が有効に上昇され得ないことの一つの理由であり得る。
【００５３】
これらの燃焼熱結果から、３ＨＡメチルエステル、特に３ＨＢメチルエステルは燃料として価値があることを見出すことができた。３ＨＢメチルエステル又はＭＣＬメチルエステルと様々な重量比で混合された燃料の燃焼熱は、大きな差異を示さなかった。したがって、最小量の３ＨＢメチルエステル又はＭＣＬメチルエステルの使用で十分であった。ＭＣＬメチルエステルと３ＨＢメチルエステルとの間に有意な差異は存在しないため、３ＨＢメチルエステルを燃料として開発することがより望ましい。
【００５４】
さらに、３ＨＢメチルエステルおよびＭＣＬメチルエステルの両方、特にＭＣＬメチルエステルは、エタノールと混合された後エタノールの燃焼熱を実質的に上昇させることができ、これは新たな発見であった。加えて、小量の３ＨＡメチルエステル又はＭＣＬメチルエステルがエタノールの燃焼熱を実質的に上昇できたことは、もう一つの面白い結果であり、このことは商業的開発において望ましい。エタノール等のグリーン燃料が主要な燃料となる未来において、３ＨＡメチルエステル燃料及び３ＨＡメチルエステル／エタノール混合燃料の開発は多大な応用の可能性を示し、それにより燃料としての３ＨＡメチルエステルの開発及び応用に大きな機会を提供し、またエタノール燃料の品質の改善が促進されることが期待できた。さらに、３ＨＡは、容易に修飾し得る−ＯＨ及び−ＣＯＯＨ基を有するため、３ＨＡを基礎として、興味深い性質を有する多数の誘導体を生成するのに非常に都合がよい。燃料用のグリーンバイオ添加剤としてのこれらの誘導体は、燃焼熱又は燃焼効率等の燃料の特性を改善し得る。そのため、数個の実験を行って、３ＨＢメチルエステル、ナトリウム３ＨＢ、及びＭＣＬメチルエステルが三種のアルコール燃料、すなわち、エタノール、ｎ−プロパノール、及びｎ−ブタノールの燃焼熱を上昇させ得るか否かを確認した。
【００５５】
実施例６  アルコール燃料の燃焼熱を増大させた３−ヒドロキシアルカン酸誘導体
試験方法及びデータ処理は、上記に記載したものと同様であった。この実施例では、試験に３ＨＢメチルエステル及びＭＣＬメチルエステルの他に３ＨＡ誘導体、すなわちナトリウム３ＨＢも使用した。ナトリウム３ＨＢはそれ自体では燃焼できない。それ自体で燃焼できる３ＨＢメチルエステル又はＭＣＬメチルエステルの添加のアルコール燃料の燃焼熱に対する効果を、それ自体では燃焼できないナトリウム３ＨＢの添加と比較することが望ましい。詳細な結果を表３に示した。
【００５６】
表２の結果と同様に、３ＨＢメチルエステル及びＭＣＬメチルエステルの両方がエタノールの燃焼熱を実質的に増大することができた。特に、ＭＣＬメチルエステルは、有意な増大を示した。混合燃料中で３ＨＢメチルエステル又はＭＣＬメチルエステルの割合を増大させると混合燃料の燃焼熱は、規則的な増大を示さず、比較的安定したレベルに保持された。加えて、それ自体では燃焼できないナトリウム３ＨＢの添加により、エタノール燃料の燃焼熱を増大することもでき、少量のみのナトリウム３ＨＢのサンプルの添加により、エタノール燃料の燃焼熱を約３４．３３ＫＪ／ｇに維持することができることが見出された。
【００５７】
ｎ−プロパノールの燃焼熱を増大させる実験中、純粋なｎ−プロパノールの燃焼熱は３４．３２ＫＪ／ｇであった。３ＨＢメチルエステル又はＭＣＬメチルエステルの添加により、ｎ−プロパノールの燃焼熱は実質的に増大しなかったが、両方とも混合燃料の燃焼熱を安定なレベルに維持することができ、その両方は、純粋なｎ−プロパノールの燃焼熱よりも少々高かった。同時に、３ＨＢメチルエステルの効果とＭＣＬメチルエステルの効果との間に大きな差異は存在しなかった。混合燃料中で３ＨＢメチルエステル又はＭＣＬメチルエステルの割合を増大させると、混合燃料の燃焼熱の値は規則的な上昇を示さなかったが、比較的安定なレベルに保持された。それ自体では燃焼することができないナトリウム３ＨＢの添加は、ｎ−プロパノールの燃焼熱に有意な影響を与えなかった。
【００５８】
ｎ−ブタノールの燃焼熱を増大させる実験中、純粋なｎ−ブタノールの燃焼熱は３６．６６ＫＪ／ｇであった。３ＨＢメチルエステルの添加により、ｎ−ブタノールの燃焼熱は有意に変化しなかった。様々な比における３ＨＢメチルエステル及びｎ−ブタノールの混合燃料の燃焼熱の値は、安定なレベルに保持された。ＭＣＬメチルエステルの添加により、ｎ−ブタノールの燃焼熱を３９ＫＪ／ｇに増大させることができた。ＭＣＬメチルエステルの割合が増大されたことにより、ＭＣＬメチルエステル及びｎ−ブタノールの混合燃料の燃焼熱は規則的な増大を示した。さらに、それ自体では燃焼できないナトリウム３ＨＢの少量の添加により、ｎ−ブタノールの燃焼熱を増大させることができた。ナトリウム３ＨＢの添加により、ｎ−ブタノールの燃焼熱を約３９ＫＪ／ｇに増大させることができた。
【００５９】
表１  ２００００Ｌ発酵槽内の培地成分
【表１】
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【００６０】
表２：エタノール、ガソリン、及びディーゼルを様々な割合で有する３ＨＢメチルエステル、ＭＣＬメチルエステル、及びそれらの混合物の燃焼熱
【表２】
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【００６１】
表３  ３ＨＢメチルエステル、ナトリウム３ＨＢ、及びＭＣＬメチルエステルを使用した、アルコール燃料の燃焼熱の上昇に関する実験データ
【表３】
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【００６２】
表４  ｍｃｌ  ＰＨＡのアルコール分解後の様々なｍｃｌ  ＨＡメチルエステルの割合
【表４】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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