2016 Fiscal Year Research-status Report
非加熱・無殺菌米副産物を単一原料とした環境調和型光学活性乳酸生産法の開発
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15K07809
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
渡辺 昌規 山形大学, 農学部, 准教授 (20320020)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 米由来バイオマス / 高光学純度乳酸 / 同時糖化発酵 / ポリ乳酸 / T-RFLP解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，非加熱・無殺菌状態の米由来バイオマスから高乳酸生成微生物の分離と分離菌株の乳酸生成能の評価を行うとともに，当該バイオマスから高光学活性乳酸生成菌の分離・同定，生理・生化学的特徴，同時糖化発酵(SSF)乳酸発酵液中に含有する糖質バイオマス表層構造，プロテアーゼ等菌体外酵素系の挙動解析により，高乳酸生成機構を解明する。さらに，本検討により分離された高乳酸生成菌と微生物培養装置を用いた高乳酸生成バイオプロセスの構築を念頭に置いた。
平成27年度は研究計画に基づき，洗米排水から分離・スクリーニングされた高乳酸生成菌に対し，16SrDNA塩基配列に基づく分子系統解析による微生物同定,生理・生化学的特徴付けを実施し，嫌気性陰性桿菌であるLactobacillus rhamnosus，Lactobacillus paracaseiであることを明らかにした。また，分離された高乳酸生成菌のSSF発酵液中プロテアーゼ活性の値は，他の乳酸生成菌と比べて高い値を示し，SSF発酵液中プロテアーゼが米由来バイオマスからの高乳酸生成機構の一端を担ってる可能性が示唆された。
本年度(平成28年度)は，同時糖化発酵(SSF)乳酸発酵液中に含有する糖質バイオマス表層構造，プロテアーゼ等菌体外酵素系の挙動解析の実施により，in vitroにおける乳酸生成能，SSF発酵液中プロテアーゼ活性，糖質由来官能基由来の特異的吸収（FT-IR）との間に高い相関性を認めるとともに，SEM観察により，洗米排水中固形成分であるデンプン粒子の結晶構造が認められたことから，菌体外プロテアーゼがSSFにおいて，原料である米副産物（洗米排水）に対し，リファイナリーの機能を果たしていることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は, 昨年度（平成27年度）に精米工場にて稼働している無洗米製造装置から回収した洗米排水より分離された，米由来バイオマス（洗米排水・米糠混合物）を単一原料として，著量の高光学純度（光学純度97%以上）乳酸を生成可能なLactobacillus rhamnosus, Lactobacillus paracaseiの分離菌株をそれぞれ，同時糖化発酵(SSF)による乳酸生成試験に供し，SSF発酵液中に含有する糖質バイオマス表層構造，プロテアーゼ等菌体外酵素系の挙動解析を実施し，in vitroにおける乳酸生成能，SSF発酵液中プロテアーゼ活性，糖質由来官能基由来の特異的吸収（FT-IR）間に高い相関性を認めた。さらに，SEM観察により，洗米排水中固形成分であるデンプン粒子の結晶構造を認め，菌体外プロテアーゼがSSFにおいて，原料である米副産物（洗米排水）に対し，リファイナリーの機能を果たしていることが示唆された。また，T-RFLP法によるSSF発酵液中の微生物叢解析の結果，培養初，中，後期では有意に異なるフラグメントパターンを検出し，GENETYXによるシミュレーションの結果，培養後期において，Clostridium属がドミナントを形成していることが明らかとなった。このことから，SSFにより生成された乳酸は，Clostridium属により，酢酸等の生成に用いられた可能性が示唆された。
これらの成果により，上記区分に相当する進捗状況であると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究項目1として掲げる「米由来バイオマスからの乳酸生成菌の分離と高乳酸生成機構の解明については，平成29年度も洗米排水からの高乳酸生成菌の分離・スクリーニングを継続実施し，既存の分離菌株よりも高乳酸生成能を示す分離菌株を取得した場合は，基質資化性，栄養要求性を含む生理的性質，特徴付けを行うともに，同時糖化発酵(SSF)による乳酸生成試験を実施する。
研究項目2として掲げる「米由来バイオマスを単一原料とした新規SSF乳酸生成プロセスの構築とその最適化」については，前年度の検討内容を継続実施することとし，購入物品である微生物培養装置を用い，SSF時における基質，生産物の網羅的な定性・定量分析結果を基に，当該バイオマスからの光学活性乳酸生成に関わる工学的基礎知見を蓄積する。
研究項目3として掲げる「SSF乳酸発酵液中の微生物叢と乳酸生成能との関係については，上記検討項目2より得られたSSF発酵産物(乳酸および乳酸以外)の定性・定量分析結果とT-RFLP解析を乳酸生成能の異なる分離菌株に対し行うことにより，SSFにおける微生物叢と乳酸生成能との関連について考察する。
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Research Products
(8 results)
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[Presentation] Characterization of lipase from thermotolerant Streptomyces thermoviolaceus strain TCW2016
Author(s)
S.Takenaka, U.Osaka, A.Kuntiya, C.Techapun, N. Leksawasdi, P.Seesuriyachan, M.Watanabe, T.Chaiyaso
Organizer
JSPS Core to core program A (CCP), Advanced research networks, the 2nd Joint seminar
Place of Presentation
Bangsaen heritage hotel (Chonburi, Thailand）
Year and Date
2016-11-14 – 2016-11-15
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Purification and characterization of thermostable cellulase-free endo-xylanase from Streptomyces thermovulgaris TISTR1948 and its application on xylooligosaccharide production2016
Author(s)
T.Chaiyaso, P. Boonchuay, S.Takenaka, M.Watanabe, A.Kuntiya, C.Techapun, N. Leksawasdi, P.Seesuriyachan
Organizer
JSPS Core to core program A (CCP), Advanced research networks, the 2nd Joint seminar
Place of Presentation
Bangsaen heritage hotel (Chonburi, Thailand）
Year and Date
2016-11-14 – 2016-11-15
Int'l Joint Research / Invited
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