バイオウエストの可溶化と資源変換に関する大規模システムの開発と管理体制の確立

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07680600
• 研究種目: 一般研究(C)
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 沢田 達郎 金沢大学, 工学部, 教授 (80019728)
• 研究分担者: 石川 英律 金沢大学, 工学部, 助手 (70232262) ; 中村 嘉利 金沢大学, 工学部, 助教授 (20172455)
• キーワード: バイオウエスト / 水蒸気爆砕 / 酵素糖化 / アルコール発酵

研究概要

バイオウエストの可溶化と資源変換に関する大規模システムの開発には、バイオウエストの資源変換を容易にするための前処理操作や効果の緻密な検討が最も重要な課題になる。本研究では、バイオウエストの可溶化と資源変換のための前処理ばかりでなく後処理対策をも考慮した水蒸気爆砕法を取り上げ、水蒸気爆砕の効果や影響、爆砕生成物の糖化およびアルコール発酵に関する一連の操作に関するプロセス工学的研究を行った。バイオウエストの一つである稲わらが水蒸気圧2.55〜4.02MPa、蒸煮時間0.5〜10minの操作条件下で爆砕された。爆砕稲わらは比較的容易にホロセルロース、水可溶性物質、メタノール可溶性リグニン、Klasonリグニンに抽出分離された。爆砕稲わらのpHおよび細孔径分布、抽出成分の抽出量、酵素による糖化率などの特性に及ぼす操作条件の影響が検討された。爆砕稲わらの糖化率はメタノール可溶性リグニン量が増加するにつれて増加した。糖化率は水蒸気圧と蒸煮時間の関数で表され、最大糖化率は水蒸気圧3.3〜3.8MPa、蒸煮時間1.0〜3.5minのときに達成されることが式から推算された。爆砕稲わらの酵素糖化液中に含まれるグルコースとキシロースはPichia stipitisによって迅速かつ高効率でエタノールに変換され、通気量0.2vvmの時エタノールの生成量は最大値に達した。ポリテトラフルオロエチレン膜を用いたパ-ベ-パレーションを連結したバイオリアクターが酵素加水分解物から高濃度エタノールを得るために開発された。

研究成果

• [文献書誌] Sawada,T.,Nakamura,Y.and Kuwahara,M.: "Effects of Fungal Pretreatment and Steam Explosion Pretreatment on Enzymatic Saccharification of Plant Biomass" Biotechnology and Bioengineering. 48. 719-724 (1995)
• [文献書誌] Sawada,T.,Kuwahara,M.,Nakamura,Y.and Kobayashi,F.: "Treatment of Kraft Pulp Wastewater by Using Ozone and Microorganisms in Combination" Biotechnology in The Paper and Paper Industry. 6. 1-7 (1995)
• [文献書誌] Nakamura,Y.,Orikasa,H.and Sawad,T.: "Mathematical Modeling for Diauxic Growth in Immobilized Cell Culture" Journal of Fermentation and Bioengineering. 78. 361-367 (1994)
• [文献書誌] 中村嘉利、沢田達郎、堅田勉: "リグニンモデル化合物のベラトロールとグアイアコールのオゾン分解の速度表示" 水環境学会誌. 17. 40-49 (1994)
• [文献書誌] 中村嘉利、沢田達郎、堅田努、中西英二、鈴木基之: "連続培養における酢酸、シュウ酸をともに含むモデル廃水の微生物分解" 環境科学会誌. 6. 131-141 (1993)
• [文献書誌] Sawada,T.,Nakamura,Y.and Katada,T.: "Study on Formation Mechanisms of Sugars from Lignocellulose by Model Compound" Tappi Wood and Pulping Chemistry. 7. 357-362 (1993)