凝集性光合成細菌による湖底、海底等のヘドロの除去および生分解性プラスチックへの変換

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08650953
• 研究機関: 広島国際学院大学
• 研究代表者: 佐々木 健 広島国際学院大学, 工学部, 教授 (80140565)
• 研究分担者: 浜岡 尊 広島国際学院大学, 工学部, 教授 (60156388)
• キーワード: 凝集性 / 光合成細菌 / ヘドロ / 生分解性プラスチック / PHB / Rhodobacter

研究概要

自己凝集性を有する光合成細菌による、ヘドロ処理および生分解性プラスチックへの変換を念頭におき、ヘドロを分解して光合成細菌の最適増殖条件と、プラスチック(PHB、ポリハイドロキシプチレート)への生産条件を検討した。
ヘドロに少量のビタミン(B1、ニコチン酸およびビオチン混合液)を添加して嫌気条件下で、30C、5日間消化を行うと、約3g/lの酢酸と約20mg/lのリン酸イオンが蓄積した。この脱離液に、光合成細菌、Rhodobacter sphaeroides IL106株を接種し、光合成条件下30C、3日間の培養を行うと、約3.1g/lの菌体が生成され、菌体内には少量のPHBしか蓄積されなかったが、培養を5日間続行すると、菌体内には60%(乾物量)のPHBが蓄積された。
このヘドロ消化脱離液によるPHBの生産限界を確認するため、脱離液にリン酸イオンとアンモニアを種々の濃度で添加して、培養を行った。その結果、アンモニアが増加しても、また、リンが増加しても、菌体内PHBは低減することが明らかとなった。最大のPHB生産はリン酸イオンが50mg/l、アンモニアが150mg/lの時認められ、67%に達し、1.2g/lのPHBの生産が可能であった。
さらに、光合成細菌によるヘドロ脱離液からのPHB生産を、光を用いることなく好気条件で行うべく、かつ高濃度菌体生産も行い、PHB生産をより高濃度で行うべく、凝集性光合成細菌、Rhodovulumsp.を用いて、新規のSingletower bioreactorシステムを開発した。酢酸を炭素源にして、モデル脱離液を連続的に流し、高濃度生産を実施したところ、約750時間の培養で、42.7g/lの最大菌体量にたつし、なおかつ、酢酸の消費速度は22.5g/l/dayと比較的大きい速度を維持していた。このとき、PHBは約30%であり、約13g/lに達し、好気培養でもじゅうぶんPHBの高濃度培養が可能で、PHB生産も可能なことが示された。この現象は、光合成細菌の凝集性と新規のリアクター開発によることで、このような高効率な菌体およびPHB生産が可能になったものと思われる。このリアクターでの酸素消費速度、菌体収率なと、種々の培養工学的定数も解明しており、これらの定数を用いて、菌体およびPHB生産のコンピューターシミュレーションを行ったところ、実際の実験データと比較的よく一致し、リアクター設計の基礎を固めることが可能となった。
このように、凝集性を有する光合成細菌を用い、広島湾を初め、他のヘドロに汚染された地区でのバイオレメデアーションと、生分解性プラスチックへの変換技術にたいし何らかの基礎知見を与えるものと思われる。

研究成果

• [文献書誌] Chihiro Iwanaga,Ken Sasaki Takashi Hanaoka: "Evaluation of the guality of water using fuzzy reasoning and multiple regression analysis" Japanese Joural of Fuzzy Theory and Systems. Vol9(3). 291-306 (1997)
• [文献書誌] 佐々木 健ら: "醸造用水質判定バイオセンサーシステムの開発" 生物工学会誌. Vol76(2). 51-57 (1998)
• [文献書誌] Ken Sasaki,Somchit Jiviriyaboonya,Peter Rogers: "Enhancement of sporulation and crystal toxin production by cornsteep liguor feeding during internitteat fed-batch culture of Bacillus sphaericus 2362" Biotechnology Letter. Vol.20(2). 165-168 (1998)
• [文献書誌] M.Watanabe,Ken Sasaki et al.: "Growth and flocculation of a marine photosynthetic bacteria Rhodovulum sp." Applied Microbiology and Biotechnology. Vol50(6). 682-691 (1998)
• [文献書誌] M.Watanabe,Ken Sasaki et al.: "Promation of growth and flocculation of a marine photosynthetic bacterium, Rhodovulum sp.by metal cations" Biotechnology Letter. Vol20(12). 1109-1112 (1998)
• [文献書誌] M.Watanabe,Ken Sasaki et al.: "High density cell culture of a marine photosynthetic bacterium Rhodovulum sp.with self-flocculated cells" Biotechnology Letter. Vol20(12). 1113-1117 (1998)
• [文献書誌] Ken Sasaki,Tohoru Tanaka,Shiro Nagai: "Bioconversion of waste materials to industrial products,Second Eddition" A.M.Martin eds.Blackie Academic & Professional,Chapman & Hall, 556/p247-292 (1998)
• [文献書誌] Ken Sasaki: "BioHydrogen" H.Zaborski eds.Plenum Press,New York, 552/133-142 (1998)