褐炭由来の有機酸を原料とする生分解性プラスチックの新規製造法の開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08555196
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 三浦 孝一 京都大学, 工学研究科, 教授 (40111942)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川瀬 三雄 日本碍子(株), バイオ研究課, 課長(研究職) ; 大隈 修 (株)神戸製鋼所, 化学技術研究所, 主任研究員 ; 清水 和幸 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (00150318) ; 白井 義人 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (50175395)
• Keywords: 褐炭の酸化分解 / 生分解性プラスチック / バイオリアクター / 有機酸

Research Abstract

褐炭を過酸化水素水中で効率的に有機酸に変換し、それから微生物を用いて、生分解性プラスチックを生産する新規製造法の開発を目的に、(1)褐炭の液相酸化分解による有機酸の製造、(2)有機酸の微生物反応による生分解性プラスチックの生産、(3)水素細菌を利用して有機酸をPHBに変換させるための代謝システム解析とバイオリアクターによるPHBの効率的生産について種々の検討を実施した。
その結果、まず褐炭を60℃程度でH_2O_2中温和に酸化する方法を提案した。提案した方法に基づきND炭を30%H_2O_2中、60℃,24h酸化した結果、ギ酸,酢酸,グリコール酸,マロン酸,蓚酸などの低級脂肪酸を計20wt%以上回収することに成功した。これらの生成物は、主としてて褐炭構造中の側鎖部分の分解から得られることが明らかになった。また、H_2O_2酸化分解法は、セルロースあるいは褐炭-セルロース混合物にも有効な方法であることが示された。
次に、このように得られた有機酸を原料に水素細菌(Aldaligenes eutrophas)により生成解性プラスチックであるポリヒドロキシ酪酸(PHB)を生産することを試みた結果、培養槽内の総有機酸濃度は5g/1以下に保つ必要があることがわかった。一方、半回分培養の結果、酢酸を基質にした場合、PHB含量は70%に達することがわかった。また、マロン酸は不活性で褐炭由来の有機酸からPHBを生産しつつ、マロン酸の分離を可能にする分離を伴うバイオリアクターの開発が可能であることが示唆された。
さらに、有機酸からPHBに効率良く変換させるための培養工学的検討、および代謝システム解析を行った結果、TCA(トリカルボン酸)回路のイソクエン酸から生成されるNADPHが反応の調節制御に重要な役割を果たしていることがわかった。
このように、提案した酸化分解-バイオプラスチック製造法は未利用の含水低品位資源混合物を高品位な資源に変換できる有用な方法であることが示された。

Research Products

• [Publications] H.Shi: "Metabolic flux analysis for biosynthesis of poly (beta-hydroxybutyricacid) in alcaligenes eutrophus from various carbon sources" J.Ferment.Bioeng.84. 579-587 (1997)
• [Publications] H.Shi: "On-line metabolic pathway analysis based on metabolic signal flow diagram" Biotechnol.Bioeng.(印刷中).