セルロース系バイオマスエタノール変換の高効率・簡易化技術の開発

• 課題番号: 2011017598
• 研究機関名: 農業・食品産業技術総合研究機構
• 研究分担: （独）農業・食品産業技術総合研究機構,食総研,食品バイオテクノロジー
• 協力分担関係: 国際農林水産業研究センター; 東京農工大学・農学部; 東京大学大学院; 長岡技術科学大学; (株)三菱総合研究所; 宮城大学食産業学部; 関西ペイント（株）
• 研究期間: 2011-2015
• 年度: 2011
• 摘要: 未利用、低利用のセルロース系バイオマスの原料特性評価と粉砕・前処理技術の最適化に関しては、a)サトウキビ搾汁液及びバガス繊維質に含まれる六炭糖を用いて室温で高効率エタノール変換が可能なLTA法（低温アルカリ法）を開発した。また、稲ワラ稈部に易分解性糖質が多く含まれ、さらに、稈部セルロースは高い糖化性を示すことを明らかにした。b)ソルガムbmr変異株は糖化率が高く、CaCCO（Calcium Capturing by Carbonation）法でライム使用量が削減できることを明らかにした。一方、この変異株と野生株との間で細胞壁組成に有意差がないことを明らかにした。 革新的要素技術開発に関して、発酵微生物の育種については、a)五炭糖発酵性酵母（Pichia stipitis NBRC 1687）から0.3%酢酸培地で生育可能な酢酸耐性変異株を取得した。また、酢酸耐性株からデオキシグルコース耐性変異株を単離し、合成培地（5%グルコース、2%キシロース）を用いて1割程度のエタノール生産性の向上が確認できた。b)高温耐性キシルロース発酵性酵母Candida glabrataにキシルロース代謝系遺伝子を導入することで、37℃で高収率にエタノール変換できる酵母株が作出できた。さらに、40℃並行複発酵により、CaCCO法前処理稲ワラから収率75 %のエタノール生産を達成した。c)酵母を固定化することにより稲わらの同時糖化発酵（SSF）の効率が向上した。高温・高糖耐性酵母株WY2511株が高濃度（20%）稲ワラSSFに有用であり、またC. glabrata NFRI 3164株が30%稲わら、37℃のSSFで有効であることを確認した。d)五炭糖発酵性酵母を用いた高濃度稲ワラのSSFでは、Candida sp. NY7122株が顕著に高いエタノール生産性を示すことが確認された。高機能酵素の生産・利用については、a)トリコデルマ変異株を用いた糖化酵素生産において、可溶性炭素源に加え窒素源も供給して連続フィード培養を行うことにより酵素生産効率が向上することを確認した。b)グルコース、セロビオース、キシロース及びアラビノースの糖質混合液を用いて酵素生産することにより、ヘミセルラーゼ生産性を顕著に向上できることを明らかにした。c)嫌気性高度好熱性細菌Caldicellulosiruptorbesciiのセルラーゼ系は4つのマルチドメインセルラーゼが主成分であることを解明した。また、C. besciiのセルラーゼとトリコデルマ由来セルラーゼ（セルクラスト）糖化活性を比較したところ、C.besciiセルラーゼは結晶セルロースであるアビセル、チモシー、稲ワラのいずれの基質においても2～2.5倍程度の活性を示すことを明らかにした。d)CaCCO法前処理稲ワラを原料とした場合、糖化時に蓄積するオリゴ糖（グルコースとキシロース）を分解することにより糖化率が顕著に上昇することを明らかにした。 副産物のカスケード利用技術の導入と一貫した低コスト・低環境負荷プロセスの構築に関しては、a)副産物のカスケード利用では、「リーフスター」稲ワラのセラミド含量は米糠（現行の主要原料）より高く、その構造は米ぬか由来セラミドと同一構造であることを明らかにした。b)一貫プロセスの構築では、DiSC (Direct saccharification of culms) 法、CaCCO法及びLTA法によってエタノール製造試験を実施するとともに、DiSC法とCaCCO法については蒸留残渣の成分特性を評価した。c)稲ワラを原料として品種間差、固形分濃度、酵素使用量、CO2排出量のコスト解析を行った結果、酵素使用量がCO2排出量に大きく影響すること、CO2排出量の半減を達成するには固形分濃度を20%以上、酵素使用量を6 FPU/原料kg程度に削減する必要があることを明らかにした。 このほか、原発事故対応に係わる成果として、微量の放射セシウムを含む白米を原料としたバイオエタノール製造において、各工程の試料中の放射性セシウム濃度を測定した結果、粗留エタノールへの放射性セシウムの移行は確認されなかった。
• カテゴリ: 育種 高温耐性 コスト さとうきび ソルガム 低コスト 品種 ライム