高活性水蒸気爆砕とLED照射型増殖促進木材腐朽菌処理を用いたバイオエタノール生産

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K19995
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 鈴木 昭浩 徳島大学, ポストLEDフォトニクス研究所, 特任研究員 (00848509)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: バイオマス / 水蒸気爆砕 / LED / 木材腐朽菌 / 針葉樹 / エタノール

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、未利用木質バイオマスから効率的にバイオエタノールを生産するために、環境保全型の高活性水蒸気爆砕とLED照射型増殖促進木材腐朽菌処理を用いた新規製造システムの開発を行う。従来のバイオエタノール生産研究の課題であった①製造コスト(酵素コスト)の削減、②樹種に依存しない製造システムの開発という課題を①木材腐朽菌の併用によるリグニンの分解・除去に伴う酵素量の削減、②従来の水蒸気爆砕では困難であった針葉樹の前処理にも効果的な高活性水蒸気爆砕の利用により解決する。バイオマスを用いたエネルギー供給と食糧生産は世界規模の課題であり、SDGs達成に大きく貢献でき、化石資源枯渇だけでなく飢餓問題解決の糸口となる。
【令和2年度】高活性水蒸気爆砕の最適前処理条件の決定 スギに高活性水蒸気爆砕を行った後、抽出成分量、脱リグニン度等の物理的・化学的性状変化に及ぼす爆砕条件の影響を究明することにより、試料の樹種に 応じた最適な爆砕条件を決定した。従来の水蒸気爆砕法よりも高温高圧での条件で処理が可能であり、これまでは処理が困難であったスギなど針葉樹の前処理としての有用性を評価し、樹種に依存しない製造システムの開発のための処理条件が決定された。 LED照射型増殖促進木材腐朽菌の最適培養処理条件の決定のため、培養装置の設計、作製を行った。
【令和3年度】LED照射型増殖促進木材腐朽菌の最適培養処理　アルコール生産菌Trametes hirsutaにおいて、LEDによる光照射培養によって、菌株生育や代謝反応の違いが得られた。通常の固体培養では発生しない水の生成とエタノールの生成が確認された。また、照射するLEDの波長（照射する光の色）の違いによって代謝反応が変化することが確認された。これらの結果を基に、さらなる培養最適化条件の検討を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和2年度に木質バイオマスの最適爆砕条件の決定が行え、本研究で使用している水蒸気爆砕装置が樹種の種類に関係なくバイオマス分解処理として有用であることが示された。 LED照射培養装置の設計、作製において使用するLEDの選定及び培養装置に組み込むための条件（培養容器の光透過性など）のデータ取得、取得したデータから最適容器の選定が完了した。
令和3年度にて、LEDによる光照射培養を行った。LED点灯による培養庫内部の温度上昇への対応や光照射の照射ムラへの対応を得て、使用LEDの種類に関係なく一定温度条件下で均一に光照射が行える環境を整備したことにより、木材腐朽菌の光による増殖促進培養法の検討は概ね順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

【令和4年度】当初の計画では、エタノール発酵には高濃度エタノール生産が可能な耐熱性酵母Saccharomyces cerevisiae BA11(バイオアカデミア株より供与済)を用いて、本研究システムの有用性を物質収支やエネルギー収支の面から総合的に評価する予定であった。しかし、今回使用した木材腐朽菌の中で、アルコール生産能を有するTrametes hirsutaにおいて、セルロースの糖化（低分子化）とエタノール発酵が光照射の影響を受けていることが示唆された。そのため、令和4年度はTrametes hirsutaへの光照射培養条件の検討および光反応条件の検討を行う予定である。糖化効率の良い波長とエタノール発酵に良い波長に違いがあることをこれまでの研究にて得られた。この結果より、光反応に関わる因子の探索を行うことで、LED照射型増殖促進木材腐朽菌処理の確率を目指す。

Causes of Carryover

理由：実験試薬や機器レンタル料金などが3月納品となり、支払いが完了していないため。
使用計画：４月に支払いが完了する予定である。