2015 Fiscal Year Research-status Report
余剰家畜バイオマス資源の藻類および菌類による再資源化
| Project/Area Number |
15K07671
|
|---|
| Research Institution | Kitasato University |
|---|
Principal Investigator |
皆川 秀夫 北里大学, 獣医学部, 准教授 (70146520)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | バイオマス / 余剰 / 家畜排泄物 / 藻類 / 菌類 / 再資源化 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、家畜排泄物の余剰問題を解決するため、家畜糞尿汚水を浄化し、これを浄化液として付加価値の高い藻類および菌類の培養を試み、余剰家畜バイオマス資源の再資源化の可能性を探ることを目的とする。
初年度（H27)は、(1)「浄化液の調整」、(2)「藻類の培養」、の2課題を検討した。
(1)「浄化液の調整」では、 附属農場の豚舎の床下貯留槽から採取した豚糞尿汚水を対象に、これを水道水で10倍希釈し、これを微細気泡発生装置とオゾンガス発生装置とを併用した「浄化・殺菌・脱臭・脱色装置」を用いて24時間曝気処理し、それを藻類の液体培養に利用するとともに、浄化液の肥料成分を分析し原液と比較した。その結果、浄化液は、全炭素(T-N)、全窒素(T-C)については、T-Cのみ40%減少した。T-Cが減少した理由は、微細気泡とオゾンによる脱炭素化によるものと推定した。藻類培養の生育指標であるC/N比は、原液で1.2、浄化液では0.8となり、標準値2～10に比し、原液、浄化液ともに大差が生じた。両液ともにCが大幅に不足していることが分かった。
(2)「藻類の液体培養」では、藻類として有用成分を含むクロレラとスピルリナの2種を選定した。この2種の供試株3mLずつを、浄化液150mLと比較対象の標準液150mLとを入れた三角フラスコにそれぞれ添加、pH調整(6.5)後、標準環境条件「25℃，明期/暗期10/14hr，照度6000 lux」で3週間培養した。藻類の増殖量の指標としてクロロフィルa量を分析した結果、浄化液で培養したクロレラは3週間後、その濃度は0.8mg/m3となり、標準液の0.2 mg/m3に比し4倍も増加した。一方、スピルリナは標準液では0.8mg/m3と大きな増殖を示したが、浄化液では増殖がほとんど認められず、死滅した。浄化液はクロレラの培養に適していることがわかった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度（H27）の目標はほぼ達成したと判断するが、予想されなかった問題として，豚糞尿汚水から調整した浄化液は、C/N（炭素/窒素）比が0.8と極めて低い値となったことである。供試株の標準液から算出したC/N比は、スピルリナが5.8、クロレラが1.9であった。浄化液は、スピルリナにとって、炭素源が極めて不足した培養液であり、死滅の主原因と推定された。
このため、(1)浄化液のC/N比を改善するために、牛糞やイナワラ粉末など簡易で低コストの炭素源の追求、(2)クロレラのほかに、低いC/N比にも適する藻類の探索、が次年度（H28）の課題となる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度（H28）の研究計画として、前年度の残された課題を実施するとともに、新たに菌類に注目し、家畜糞を液体培地に用いた菌類からのリグニン分解酵素の抽出と活性度計測を試みる。手順は次のとおり。
(1) 家畜糞および菌類: 炭素源が多いことが期待できる牛糞を北里大学付属農場より入手し、これに水道水を適量加え、微細気泡発生装置とオゾンガス発生装置とを併用した「浄化・殺菌・脱臭・脱色装置」を用いて24時間曝気処理し、浄化液を調整する。この浄化液に、供試菌としてリグニン分解酵素の産生量が多いと期待できるヒラタケおよびシイタケを添加し、インキュベータで培養する。C/Nを計測し、必要に応じて炭素源としてイナワラを添加する。(2) 酵素抽出と活性度計測: 菌類の液体培養水から酵素を抽出するとともに、その分子量を2次元電気泳動装置を用いて計測する。さらに酵素に基準染色物質（家畜尿、BBRなど）を添加、脱色変化を確認するとともに、分光装置にて酵素の活性度を分析、有用酵素、特にリグニン分解酵素の有無および抽出量を判定する。
最終年度（H29）の計画として、藻類・菌類の追試験を行うとともに、菌類の植物細胞壁分解酵素（リグニン分解酵素・セルロース分解酵素）の構造解析をそれぞれ次のように行う。(1)藻類・菌類の追試験： 過去2年の成果のうち不足する藻類・菌類の追試験を実施する。(2)タンパク質の意義と構造解析： 酵素類をはじめタンパク質は生命体の基礎物質であり、この理解なくして農学や環境科学の革新は望めない。そこで、これまでの成果を踏まえ、とくに家畜糞から抽出した菌類の植物細胞壁分解酵素（リグニン分解酵素・セルロース分解酵素）について、それらタンパク質の構造と機能の基本的知見をPCコンピュータで探る。
|
| Causes of Carryover |
次年度使用額（本年度残額）が\699,406となった。この理由は、実験で使用する装置のリース代（契約期間H27～H29の内、H27分）の支払が未払いとなっていること及びリース契約期間が当初の予定から変更となったため、平成２７年度支払分の金額が安くなったためである。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H27分実験装置リース料（\379,406）及び実験用消耗品を購入する計画である。
|
