リグノセルロース資源の生物燃料への変換

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04203118
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 吉田 敏臣 大阪大学, 工学部, 教授 (00029290)
• 研究分担者: 小林 猛 名古屋大学, 工学部, 教授 (10043324) ; 宮川 都吉 広島大学, 工学部, 教授 (10116676) ; 堀之内 末治 東京大学, 農学部, 助教授 (80143410) ; 桑原 正章 京都大学, 木質科学研究所, 教授 (40035978) ; 沢田 達郎 金沢大学, 工学部, 教授 (80019728)
• キーワード: リグノセルロース / エタノール / 水蒸気爆砕 / パーオキシダーゼ / セルラーゼ / 抽出発酵 / キシラーゼ / キシロース

研究概要

未利用農林産資源のリグノセルロースから微生物によりエタノールを生産するプロセスを開発するために、前処理技術の開発、処理液から直接エタノール発酵する菌の育種について研究を行った。
前処理については、(1)稲わらの水蒸気爆砕操作の合理化を行い、混合糖液のエタノール発酵に膜分離を併用し効率化に成功した。(2)ブナ木粉を担子菌処理した後、爆砕処理しセルラーゼにより糖化する方法によって高い糖化率が得られた。Mn-パーオキシダーゼがリグニンの分解に関与していると考えている。(3)セルラーゼの構造解析によって、中性に至適pHを有する枯草菌セルラーゼの3個のアミノ酸の改変によりpH7〜11の幅広い範囲で活性を保持する変異セルラーゼを創生できた。(4)エンドグルカナーゼおよびβ-グルコシダーゼ遺伝子をSaccharomyces cerevisiae染色体へ導入し、CMCからエタノールを生産することができた。(5)セルラーゼ生産酵母を用いてセルロースを原料として発酵を行う際の最終生産物であるエタノールの抽出発酵プロセスに関する理論解析と性能評価を行った。エタノール抽出剤の発酵阻害を回避するプロセスを考案した。(6)Aspergillus aculeatus F1-CMセルラーゼ遺伝子の酵母において分泌発現された酵素の精製を行い、糖鎖の付加したもの、しないものの2種類の酵素を得た。(7)無細胞タンパク質生産系でキシラナーゼ遺伝子発現について検討した結果、シグナル配列の種類により発現量が大きく影響を受けることが判明した。(7)Bacillus pumilus IPOのキシラナーゼ酵素に変異処理し、反応速度の高い変異キシラナーゼを生産する変異株を得、精製酵素について解析し、Vmax/mg値が野生型の2倍になっていることを見いだした。(8)キシロースリダクターゼおよびキシリトールデヒドロゲナーゼ両遺伝子の同時導入により、アルコール発酵酵母S.cerevisiaeへのキシロース発酵性の賦与に成功した。

研究成果

• [文献書誌] Manee Tantirunkij: "Construction of Xylose-Assimilating Saccharomyces cerevisiae" Journal of Fermentation and Bioengineering. 75. 83-88 (1993)
• [文献書誌] E.P.Ko: "Site-directed mutagenesis at aspartate and glutamate residues of xylanase from Bacillus pumilus" Biochem.J.288. 117-121 (1992)
• [文献書誌] A.Arase: "Stabilization of xylanase by random mutagenesis" FEBS Lett.316. 123-127 (1993)
• [文献書誌] Nakamura,Y.: "Alcohol Fermentation of Mixed Sugars Contained in Lignocellulose Material by Pichia stipitis" Biochemical Engineering Conference. 747-749 (1992)
• [文献書誌] Nakamura,Y.: "Mathematical Model for Degradation of Mixed Substrates by Immobilized Cell" Biochemical Engineering Conference. 727-730 (1992)
• [文献書誌] H.KOFUJITA: "Production of Phenol Oxidizing Enzyme in Wood-meal medium by White Rot Fungi" MOKUZAI GAKKAISHI. 38. 950-955 (1992)
• [文献書誌] Jae-Seon Park: "Identification of the cellulose-binding domain of a Bacillus subtilis endoglucanase distinct.from its catalytic domain" Biosci.Biotech.Biochem.57. 260-264 (1993)
• [文献書誌] Z.Cui: "Cloning and molecular analysis of cDNA encoding a carboxymethylcellulase of the yeast Cryptococcus flavus." Biosci.Biotech.Bioeng.56. 1230-1235 (1992)
• [文献書誌] M.Mohammed: "Biotechnology in Pulp and Paper Industry" UNI PUBLISHERS, 6 (1992)
• [文献書誌] Y.ASADA: "Biotechnology in Pulp and Paper Industry" UNI PUBLISHERS, 6 (1992)