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高効率なバイオガス回収プロセスの確立を目指し、水素-メタン二段発酵の各発酵段階におけるバイオガス産生に関与する微生物群の挙動を発現遺伝子レベルで解明し、水素-メタン二段発酵のプロセス制御因子を明らかとする事を目的とした研究を行った。本研究では、プロセスの制御因子を解明するために、回分実験による各々の発酵の制御因子の評価と各々の発酵に関与する微生物叢の分子生物学的解析を行い、ラボスケールの連続発酵プロセスを構築して運転状態を評価した。
本研究の結果、水素発酵の最適HRTは１日と判断され、水素発酵槽への基質の流入時にはpHを7.5付近に補正しておく方が良好な水素産生が維持できると判断された。また、最適の負荷量等から考えて、水素発酵槽とメタン発酵槽とでは10倍以上の容量差を持たせる必要であると結論された。水素発酵にはClostridialesが関与することが示唆されたが水素産生に関与すると考えられるHydrogenase遺伝子の定量手法の確立は出来なかった。一方、メタン発酵では、MethanocullesのmcrA遺伝子用のプライマーによってmcrA遺伝子量を定量することが可能であった。しかしながら、単純にmcrA遺伝子量だけではメタン産生活性を評価することは出来なかった。本研究における回分試験の情報を利用して水素-メタン二段階連続発酵装置を構築することができた。構築したプロセスは、水素発酵槽のpH制御を行わなかったことから水素産生は認められないものの、メタン発酵は十分なメタン収率を示していた。このことから、本研究で行った回分実験や分子生物学的手法を用いた評価を行うことにより実用的な水素-メタン二段階発酵プロセスを構築するための情報を取得することができると考えられる。
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