2015 Fiscal Year Research-status Report
麹菌の高電圧パルス電界による増殖促進効果と食品関連プロセス設計
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15K06574
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
大嶋 孝之 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (30251119)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷野 孝徳 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (50467669)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | パルス電界 / 麹菌 / グルコース / クエン酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
食品プロセスや物質生産技術において有用な微生物であるAspergillus属（麹菌）の培養において、高電圧パルス電界(HV-PEF)を利用すると大幅に増殖速度が増加することが予備実験により確認されている。本研究ではHV-PEFによる増殖促進メカニズムの解明とその物質生産技術への応用の可能性を調査研究している。具体的にはHV-PEF印加条件ならびに培養条件が増殖促進に及ぼす影響の解明、増殖促進に伴う細胞機構の変化の調査、増殖促進を利用した物質生産技術の開発の３点に着目した研究遂行を行っている。
まず麹菌の増殖を促進するHV-PEF印加条件については胞子を培養開始後8時間で10ｋVのHV-PEFを1分間印加することで最も増殖促進効果が認められた。このタイミングを顕微鏡観察したところ、おおよそ発芽が開始したタイミングであった。また培養18日後の乾燥菌体重量はおよそ1.2倍であった。
本研究ではグルコースを基質としたクエン酸発酵への影響も調査している。麹菌の増殖促進に伴い、グルコースの消費速度も増加し、またクエン酸発酵速度もおよそ1.75倍に増加することを確認した。回分培養において生成するクエン酸濃度はコントロールに比べて若干低いが、最大クエン酸濃度を達成する培養日数はコントロールが17日後なのに対し、HV-PEF印加培養では8日後であった。この結果から麹菌を用いたクエン酸発酵期間を半分以下にする可能性が示唆された。
本研究ではグルコース濃度をある程度コントロールした流加培養についても検討している。流加培養で最終日まで培養した場合、クエン酸生成速度が1.75倍となっていた
（Control:0.96 g/(L・Day) PEF:1.68 g/(g/L・Day)）。またPEF印加によってクエン酸の生成期間をControlの57％に短縮できることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請書の計画ではH27年度には以下の2点の検討を予定していた。
（１）HV-PEF印加ならびに培養条件が増殖促進現象に及ぼす影響の解明 HV-PEF印加時の黒麹菌の各増殖フェーズならびにHV-PEFの印加電圧・印加時間が増殖促進現象に与える影響を調査する。麹菌の胞子、発芽時、対数増前期・後期それぞれにおいてHV-PEFを印加し増殖に与える影響を明らかとする。またこの際のHV-PEFの印加電圧・印加時間、さらにHV-PEFの間欠的な印加が増殖に与える影響についても調査し、培養系中への投入電気エネルギーに着目した観点からも考察を行う。また、黒麹菌を培養する際の培養条件として炭素源に着目し増殖促進現象に及ぼす影響を調査する。工業的に使用することを前提に、炭素源としてグルコース・スクロースなど単糖・二糖に加え、米といった高分子状炭素源を使用しHV-PEFにより誘導される増殖促進を調査する。
（２）増殖促進に伴う細胞機構の変化の調査-その１- 増殖促進に伴う黒麹菌のタンパク質生産プロファイルの変化を特に酵素生産に焦点を当て解析する。黒麹菌は多数の有用加水分解酵素を有し、外部環境や外的刺激により誘導される表現型によりその生産量と種類を変化させる。HV-PEFが誘導する増殖促進により黒麹菌で生産される酵素群の量・種類の変化について固体培養を含む様々な培養条件下にて調査を行い、食品工業系および酵素生産系への応用のための知見を集積する。
このうち（1）については炭素源の影響について現在進行中であるが、グルコースを用いた時の培養条件は確定できている。また（2）に関してはクエン酸発酵のプロファイルを調査することで成果を得られており、おおよそ予定通りの進行状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請書ではH28-29の2年間で以下の項目の研究を予定している。
平成２８年度 （１）増殖促進に伴う細胞機構の変化の調査-その２- （２）増殖促進を利用した物質生産技術の開発-その１-
平成２９年度 （１）HV-PEF処理の他菌種への展開と応答メカニズム （２）増殖促進を利用した物質生産技術の開発-その２-
幸いにもH27年度の研究成果が当初予定していた現象を確認できたので、今後はこの成果をベースに、当初の予定を推進できると考えている。今後は麹菌の分子生物学的解析を進め、HV-PEF印加の特徴を詳細に把握し、他分野への応用展開の可能性を図っていく予定である。
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| Causes of Carryover |
物品費が予想したより少なかった。ただし研究計画は達成していると判断している。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度の物品（消耗品費）として使用する。さらに研究が促進されると考えている。
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