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: 2015027860
• 研究機関名: 農業・食品産業技術総合研究機構
• 協力分担関係: 北海道大学; 岩手大学
• 研究期間: 2011-2015
• 年度: 2015
• 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) 平成26年度に開発したCaCCOプロセスの簡易分析評価法を活用し、資源作物茎葉58種についてグルコースとキシロースの含有率を測定するとともに、前処理・酵素糖化効率を評価し、原料中の糖質含有率と変換効率がともに高い原料を複数種類得た。; b) 草本原料の裁断物を水酸化カルシウム懸濁液と混合後に湿式粉砕工程に供した試料について、乾式の微粉砕工程で得た試料と同様 の前処理効率が得られることを確認し、湿潤原料を乾燥せずに直接エタノール製造に供する工程を提案した。; c) エリアンサス由来のエタノール発酵後固形残渣を、未分解植物繊維とコロイド画分とに分離し、後者から有価物候補としてのアル カリ可溶性リグニンを抽出した。コロイド画分に含まれるリグニンからの回収率は40％～50％であり、Klason lignin値は85％、糖含 量(Glc+Xyl)は1％程度と少なく、粗リグニンとしての用途開発に供することができる品質と評価された。; 革新的要素技術開発に関しては、; a) 高温耐性酵母株で特異的に増加しているアミノ酸を確認し、そのアミノ酸を実験室株の高温培養時に添加することで対数増殖期の 生育速度が改善することを明らかにした。また、浸透圧ストレス等に耐性を示す遺伝子破壊酵母株の中でエタノール生産性が向上している株において酢酸の生成を確認するとともに、ストレス耐性の向上に関与すると考えられる代謝産物を推定した。; b) 稲ワラ糖化物スラリーを用いて、通常の遺伝子組換え酵母St10 dgXK1及びセルフクローニング酵母St10 TEF1p－XKS1を用いて同時 異性化発酵を行った結果、ともに効率的にエタノールを生産した。同時異性化発酵時において、固形分に含まれる糖類の一部が発酵時においても利用されたものと推察でき、本工程の導入により効率的な五炭糖発酵が可能となることを示した。; c) カラギーナンで固定化した酵母による同時異性化発酵を試みた。稲わら糖化物スラリーを原料にした場合では、固定化酵母を用い ることでエタノール収率が向上した。これは、固定化酵母を使用した際に発酵速度が遅くなり、副産物（グリセロール）の生成が抑制されるためと推察でき、本工程の導入により、エタノール製造工程が一層効率化できることを示した。; d) 可溶性糖質を原料とした半連続培養酵素生産において、Trichoderma reesei M2-1株を酵素生産菌株として用いることにより、適切な糖液添加条件ではあるがセルラーゼ生産効率300FPU/g-炭素源程度で2週間程度の安定生産を達成した。; e) 湿式粉砕稲わらを原料としたCaCCOプロセス前処理において、半回分式糖化工程の導入を検討した。「糖化反応→糖化スラリー半量排出→前処理原料（排出分相当量）及び少量酵素の添加」の糖化サイクルを3回実施した結果、半回分式糖化で全体の糖可溶化率を76 ％とした際の酵素量を、1回糖化反応時の6割程度に低減できることを示した。; f) Caldicellulosiruptor bescii由来グリコシド結合分解部位（GH9）と基質結合部位（CBM3）からなるセルラーゼ(GH9-CBM3)と、キ シラン分解部位（GH10）とCBM3からなるキシラナーゼ(GH10-CBM3)を大腸菌内で生産し、精製後に特性評価を行った結果、GH9-CBM3とGH10-CBM3混合液が、化学的前処理を施さないチモシー牧草を相乗的に分解することを確認した。; 副産物のカスケード利用技術の導入等に関しては、; a) 10kg（乾燥物換算）の茎葉原料を用いてベンチスケールでエタノールを製造し、中間産物の組成やエタノール生成量から大規模プ ラントでの製造を想定したプロセス評価を行った結果、0.23L/kg乾燥原料程度の効率でエタノール製造が可能と評価した。; b) 稲わら及びエリアンサスの併用を想定し、エタノール製造コストを試算し、新要素工程の導入、原料コストの大幅低減、建設費50 ％補助等により、20年間稼働時における平均値として98円/Lでの製造が可能であること示した。また、原料生産及びエタノール製造に係るCO2排出量を試算した結果、0.90kg-CO2/L-EtOHの値を得て、46％のCO2削減が可能であることを確認した。
• カテゴリ: 乾燥 高温耐性 コスト 評価法