ホロセルロース完全エネルギー化を目指した多段階塩触媒加圧型マイクロ波システム創成

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K22155
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 浅田 元子 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 教授 (10580954)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 嘉利 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 教授 (20172455) ; 阪本 鷹行 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 助教 (90740332)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2023-03-31
• Keywords: バイオマス

Outline of Annual Research Achievements

食料と競合しない未利用バイオマス（非可食性セルロース系バイオマス）の総合的有効利用（バイオ燃料のみでなくバイオ化成品の製造などによる全成分利用）を目指したバイオリファイナリーシステムの開発は、新エネルギーと新高分子マテリアルの需要増加に伴い注目を集めている。近年、低環境負荷の水熱処理がバイオマスの前処理法として注目される中、加圧型マイクロ波処理は内部加熱方式のため、装置の大型化時（実用化時）において原料の均一な処理が期待される。本研究で提案するシステムは、燃料と同時に高付加価値物質を生産できる、塩触媒加圧型マイクロ波水熱前処理、耐塩耐熱性の酵素と酵母による糖化と発酵、発酵残渣からの有用製品産出を併合した、省エネ、低コスト、低環境負荷かつ減工程型プロセスである。塩触媒加圧型マイクロ波水熱前処理を用いて処理したバガス（サトウキビの搾り粕）の酵素糖化液に含まれるグルコースとキシロースを効率よくエタノールに変換することを目的とした。耐塩・耐熱酵母であるSacccharomuces cerevisiae BA11株はグルコースだけしか発酵できないため、遺伝子組換え操作（XR：キシロース還元酵素遺伝子、XDH：キシリトール脱水素酵素遺伝子、XK：キシルロースキナーゼ遺伝子の３つの遺伝子を挿入）によりキシロース発酵性を付与し、高収率でのエタノール生産を試みた。なお、酵素糖化後の残渣中に含まれるリグニンオリゴマーについては分離・精製後、高分子マテリアル原料としての有効利用法を確立した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

酵素糖化後の残渣中に含まれるリグニンオリゴマーについては樹脂硬化剤として利用可能であり、市販の硬化剤とほぼ同程度の性能（硬化樹脂の熱・機械特性）を持つことを明らかにできたが、キシロース発酵性を付与した組換え酵母を育種することができず、目標とする塩存在下でのグルコースとキシロースの同時糖化発酵が未達であったため。

Strategy for Future Research Activity

遺伝子組換え操作により耐塩・耐熱酵母であるSacccharomuces cerevisiae BA11株にキシロース発酵性を付与し、塩触媒加圧型マイクロ波水熱前処理されたバガスの同時糖化発酵を行い、高効率エタノール生産について検討・評価する。

Causes of Carryover

理由：新型コロナウィルスの影響で実験が当初計画通りに進まず、物品購入や使用ができなかった。また、国際学会が1年間延期となり、当初計画した旅費の支出がなかった。使用計画：実験および学会参加に要する経費を物品費、旅費、人件費と併せて使用する予定である。