2018 Fiscal Year Annual Research Report
気泡の微細化による膜ファウリングの抑制と染色廃水の脱色性能の向上
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17J11210
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
山梨 由布 群馬大学, 大学院理工学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | 微生物染料脱色 / コンソーシア / 共培養 / 脱色促進効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の当初の目的は、染色廃水を効率的かつ安定的に処理するために、膜分離活性汚泥法のエアレーションにファインバブル（微細な気泡）を用いることにより、曝気動力の削減と膜ファウリングの抑制および染料の脱色・分解を同時に実現できることを示すことであった。研究を進めていくと染色排水を安定的に脱色するための重要な観点は微生物叢であると気づき、これまでの研究では脱色株の脱色能力を高める組み合わせがあることが示唆された。近年、脱色株の報告は増加しているが、単一の脱色株と比較して混合微生物系のほうがより染料脱色効果が高いという報告は多い。連続的に安定した脱色処理を行うことは難しいため脱色効果が高くなるコンソーシアを明らかにすることは重要であるが、実際にその理由を明らかにした研究は皆無である。そこで2018年度の本研究では、なぜコンソーシアが単一株より染料脱色能力に優れるのかを明らかにした。本研究で用いた株は、脱色株エンテロコッカスフェカリス近縁株のT6-a1と、非脱色株のバチルスサブチルス近縁株S4-gaである。この二つの株の組み合わせは、組み合わせた株の中で最も脱色効果が高く、脱色株単独では脱色できない染料濃度を脱色でき、脱色速度が向上する効果があった。菌体数に着目したところT6-a1株とS4-ga株を混合してもT6-a1の菌体数はT6-a1単独のときと同じであり、非脱色株S4-gaの存在は脱色株T6-a1の増殖に作用しなかった。一方で非脱色株S4-gaが存在すると、溶存酸素濃度と酸化還元電位の著しい低下がみられ、液中の環境は還元状態であった。好気培養においても同様に脱色促進効果が得られたことから、バチルス属（好気性）の増殖で溶存酸素濃度が低下したこと以外にも、脱色を促進する作用がある可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
一年目は脱色株と非脱色株を組み合わせると脱色が促進する効果を明らかにした。これは染料を分解する最適な微生物群集を明らかにするために重要な知見である。そこで二年目は脱色株と非脱色株の組み合わせがなぜ脱色促進効果があるのか明らかにすることを目的に研究を行った。実験において脱色促進効果の再現性を得るために、実験条件の設定にやや時間がかかった。特に脱色しうる菌体数や、脱色株と非脱色株の混合時の菌体数、好気または嫌気、微好気といった培養環境の調整に時間が必要であった。しかし、条件設定を十分に検討したことで、脱色株は増殖が可能であれば脱色酵素を生産し、脱色を行うこと、脱色株は非脱色株と混合しても増殖に影響がないこと、非脱色株の菌対数が100分の1であっても脱色促進効果があること、非脱株は混合時に微好気のほうが脱色後の酸化還元電位を大きく低下させて脱色を促進することなどが明らかになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では我々が分離した脱色株エンテロコッカスフェカリス近縁株のT6-a1と、非脱色株のバチルスサブチルス近縁株S4-gaを用いる。この二つの株の組み合わせは、様々に組み合わせた株の中で最も脱色効果が高く、脱色株単独では脱色できない染料濃度を脱色でき、脱色速度が向上する効果があった。これまでの研究で、非脱色株S4-gaの存在は脱色株T6-a1の増殖に作用するものではなかったこと、非脱色株S4-gaが存在すると液体中が還元状態になっていることが分かった。バチルス属（S4-ga株）は好気性の細菌であることから、増殖により溶存酸素が消費され、T6-a1株が生成する脱色酵素の反応を促進させたと考えられたが、酸素が枯渇しない条件でも同様に脱色促進効果が得られたため、酸素濃度とは異なる要因が脱色を促進したと考えられた。そこで脱色を促進した異なる要因は、S4-ga株の存在がT6-a1株の脱色酵素の生成量を高めることと考え、以下の3つの目的で研究を実施する。
目的a 脱色酵素の生成量を単独と混合で比較する
目的b 両株間での物質のやり取りを明らかにする
目的c 単独と混合の遺伝子発現を比較する
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