非滅菌環境下におけるバイオマス資源からの半連続式L-乳酸発酵の実用化に関する研究

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18560530
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 津野 洋 Kyoto University, 工学研究科, 教授 (40026315)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西村 文武 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60283636) ; 日高 平 京都大学, 工学研究科, 助教 (30346093)
• Keywords: 生分解性プラスチック / 乳酸 / 発酵 / 有機性廃棄物 / 動力学モデル / 阻害 / グルコース / 反応速度

Research Abstract

著しい需要の増大が予想される生分解性プラスチックであるポリ乳酸の原料として使用可能なL-乳酸を、生ごみといった有機性廃棄物等のバイオマス資源から安価で容易に製造する発酵プロセスの開発を目的としている。そのために、グルコースを主体とした培地、および生ごみを主体とした培地による発酵実験を、条件を変えて行った。リアクターとして容積1Lのガラス製反応器を用い、温度の設定はリアクターをウォーターバスに浸漬することにより行った。リアクター内の発酵液は機械撹拌で完全混合となるよう撹拌した。pHの調整は、10%アンモニア水溶液を中和剤として用いて、pHコントローラーのON/OFF制御で行った。発酵により得られた乳酸は、おおむね99%以上の高光学純度であった。そして、乳酸発酵過程を再現しうる動力学モデルの構築を試みた。主要な構成要素のモデルにおける経路の概略は、B.coagulansが誘導できる酵素α-アミラーゼによりでんぷんが加水分解されてマルトースになりマルトースがさらに加水分解されてグルコースになる経路、スクロースが加水分解されてその半量がグルコースになる経路、グルコースが消費され一部がB.coagulansの増殖に用いられL-乳酸を生成する経路、およびB.coagulansが死滅・分解する経路である。各反応速度式は、速度定数や基質濃度を考慮したMichaelis-Mentenの式などを組み合わせて表現した。各パラメータ値は、実験結果により、基礎的なパラメータ値を求め、グルコースや乳酸による阻害影響を表す定数を算出した。本発酵法における生成物である乳酸の阻害形式は、Lineweaver-Burkプロットより非拮抗型と定めた。グルコースを主体とした人工培地の回分式実験および人工生ごみの回分式実験いずれの実験結果もおおむね再現された。また、生ごみおよびバナナ果皮の混合培地を基質とした半連続式実験でモデル式を検証した結果、適用性が確認された。