混合培養システムの強制振動カオス制御とPHBの効率的生産

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650791
• Research Institution: KYUSHU INSTITUTE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 清水 和幸 九州工業大学, 情報工学部, 教授 (00150318)
• Keywords: 混合培養 / PHB / 乳酸菌 / 水素細菌 / バイオリアクター / 周期制御

Research Abstract

本研究では、乳酸菌と水素細菌を用いた混合培養の特性について検討を行なったが、一般に混合培養では、微生物の種類によって至適条件が異なる。このため、混合培養の培養環境をどのように設定するかは重要である。本研究では溶存酸素(DO)濃度にまず着目した。乳酸菌は嫌気条件を好み、水素細菌は好気条件を好む。このため、微好気条件で培養し、DO濃度レベルをいくつか変えて両微生物の妥協点となるDO濃度を決めれば良いが、実際には両菌体の細胞活性が、培養環境や、培養の経過とともに変化するため、あまり良い結果は得られない。この場合、好気条件と、微好気条件を交互に繰り返す周期制御実験を行なうと、細胞濃度、および目的とするPHBの生産収率ともにかなりの向上が見られることがわかった。本研究ではさらに、pHが両菌体に及ぼす影響を調べ、その結果をもとに、混合培養特性についても検討した。その結果、pHが7.0のときが、細胞増殖速度、PHB合成速度ともに最も高くなるということがわかった。次に、DO濃度と同様に、pHも周期的に変動させた場合の特性について検討したが、短時間でもpHの値を6.5以下にすると水素細菌の増殖が停止してしまい、うまくいかないことがわかった。
最後に、様々な条件で単独培養実験を行い、培養特性のモデル化を行った。開発したモデルを用いて、混合培養のコンピュータシミュレーションを行い、最適周期操作および周期制御方式に関する理論的な検討を行った。得られた結果をもとに、実際に混合培養の周期制御実験を行い、モデルの有効性や周期制御の有用性について検証した。
操作条件をカオス的に変動させる実験も行ったが、理論的な解析まではできなかった。今後の課題である。

Research Products

• [Publications] M.Tohyama, T.Patarinska, Z.Qiany., K.Shimizu: "Modeling of the mixed culture and periodic control for PHB production"Biochemical Engineering Journal. (印刷中). (2002)