2018 Fiscal Year Research-status Report
微生物叢任意制御による非加熱・無殺菌米副産物からの光学活性乳酸生産法の開発
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18K05920
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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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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 米由来バイオマス / 光学活性乳酸 / 同時糖化発酵 / ポリ乳酸 / T-RFLP解析 / プロテアーゼ / バイオプラスチック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，米由来バイオマスから分離された高光学活性乳酸生成菌による非加熱・無殺菌状態の米由来バイオマスからの乳酸生成と同時糖化発酵（SSF）発酵液中の微生物叢との関連性，微生物叢形成に与える菌体外プロテアーゼの影響を理解し，微生物叢任意制御による米副産物からの高光学活性乳酸生成の安定・高効率化技術の確立を目指した。
本年度（平成30年度）は，研究計画に基づき，T-RFLP（末端断片長多型法）による洗米排水より分離された高乳酸生成菌(Lactobacillus rhamnosus)，低乳酸生成菌(Lactobacillus paracasei)，双方におけるSSF発酵液中の微生物叢構造と乳酸生成能との関連性について解析を行った。その結果，低乳酸生成菌において培養初期から乳酸生成菌であるLactobacillales目が菌叢中の90%に達したのに対し，高乳酸生成菌においては45%に留まった。このことから，培養初期（0-12h）における乳酸生成菌のSSF発酵液中におけるドミナントの形成は乳酸生成に大きく影響を与えていないことが示された。また，酸性プロテアーゼ添加によるSSF乳酸生成試験/微生物菌叢構造解析の結果，高・低乳酸生成菌双方において培養初期から乳酸生成菌であるLactobacillales目が菌叢中の70%以上に達し，乳酸資化性を示すClostridium（属）クラスターⅨおよびBacteroides目による菌叢形成は低下する傾向を示した。併せて，両乳酸生成菌において，乳酸生成速度の増大が認められたことから，非加熱・無殺菌状態の米由来バイオマスからの高乳酸生成は，SSF発酵液中における乳酸生成菌の乳酸生成能と乳酸資化能を有する微生物による菌叢形成抑制の相乗効果により達成され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，米由来バイオマスを単一基質としたpH制御-SSF乳酸生成試験を実施した結果，低乳酸生成菌(Lactobacillus paracasei)では，培養初期から乳酸生成菌であるLactobacillales目が菌叢中の90%であったのに対し，高乳酸生成菌(Lactobacillus rhamnosus)においては45%に留まった。また，両乳酸生成菌において，培養中期から後期において，Lactobacillales目が菌叢中の95%を超えることは無かった。それに対し，pH制御無しの場合では，培養初期において乳酸生成菌であるLactobacillales目は菌叢中の10%前後と著しく低い値であったが，培養中期から後期において，菌叢中のほぼ100%にまで達していること，低乳酸生成菌において，培養初期―中期にかけて乳酸資化性・酢酸生成能を示すClostridium（属）クラスターⅨによる菌叢形成が認められたことから，pH制御は，乳酸生成菌の乳酸生成の促進に寄与していることが示唆された。さらに，プロテアーゼ添加によるSSF乳酸試験/微生物菌叢構造解析の結果，高・低乳酸生成菌双方において培養初期から乳酸生成菌であるLactobacillales目が菌叢中の70%以上に達し，Clostridium（属）クラスターⅨおよびBacteroides目による菌叢形成は低下する傾向を示した。併せて，両乳酸生成菌において，乳酸生成速度の増大が認められた。このことから，SSFへのプロテアーゼがこれまでに報告しているバイオマス表層のリファイナリ機能以外に，SSF発酵液中のLactobacillales目によるドミナント形成の促進効果を有していることが示唆された。
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「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，SSF発酵液中のドミナント形成微生物の検出と関連微生物の同定作業，特徴付け実施し，当該微生物の生理学・生体学的特徴に基づいた，微生物叢形成並びに乳酸生成機構双方の解明を進める。研究項目2として掲げる「SSF乳酸発酵液中の微生物叢形成に与えるプロテアーゼの機能解明」については，プロテアーゼ/プロテアーゼ阻害剤添加によるSSF乳酸生成試験/微生物叢構造解析を通じて，SSFにおけるプロテアーゼの作用機序を明らかにする。研究項目3として掲げる「微生物叢任意制御による高効率化と安定性向上」については，微生物培養装置を用い，上記研究項目１により得られた知見を基に，環境因子であるpH，溶存酸素濃度(DO)の制御培養を実施し，微生物菌叢，乳酸生成能の評価を実施し，乳酸生成の高効率化・安定性向上に関わる基盤的な知見の取得を目指す。
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