エコマテリアル生産の効率化を可能にする培養制御技術の開発

开发可更高效地生产环保材料的培养控制技术

• 批准号: 08760091
• 负责人: 田中 賢二
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08760091/
• 关键词: ポリヒドロキシアルカノエ-ト; 生分解性プラスチック素材; 水素酸化細菌; 炭酸ガス; 防爆型培養システム; 2段階培養法; 流加培養制御法; 気泡塔発酵槽

微生物の細胞内に蓄積するポリヒドロキシアルカノエ-ト(PHA)は優れた熱可塑性を持ち、自然界では微生物によって水や炭酸ガスにまで分解されるので環境を汚染しない生分解性プラスチック素材として期待されている。PHAを農産廃棄物や炭酸ガスから大量に生産できれば、これは資源のリサイクルおよび環境汚染の防止に多いに貢献する。発酵法によるPHA生産を効率化する上で、原料コストの低減化と、PHAの最終濃度および生産速度の向上が最も重要である。我々はこれまでに水素酸化細菌Al caligenes eutr ophusを用いた炭酸ガスからのPHA生産とその工業化に不可欠な防爆型培養システムの開発を行なっており,本研究ではPHA生産の効率化に不可欠な培養制御術および培養方法の開発を行なった。炭酸ガスからのPHA生産では基質として水素と酸素を用いるが、これらの混合ガスは爆発の危険性があり、プロセスの実用化においてはこれを防ぐために酸素濃度を爆発下限界(6.9%)以下に制御しなければならないが、このような低酸素濃度では生産性や生産物収量の低下が避けられない。そこで、酢酸を有機基質として使用する従属栄養条件で菌体を増殖させ、続いて低酸素濃度の混合ガスを供給する独立栄養条件でPHAを蓄積させる2段階培養法を考案した。しかし、従属増殖段階では基質酢酸による阻害が大きいので、酸-塩基平衡、菌体増殖の物質収支式をもとに、酢酸を非常に低い濃度に保ちながら自動供給する流加培養制御法を開発した。また、独立栄養条件でのPHA蓄積には、気泡塔発酵槽を適用し、培地に微量のカルボキシメチルセルロースを添加することによりレオロ-ジを変化させ、酸素移動速度を向上させる方法を開発した。これらの方法により、有機基質を用いた高密度培養と比較して遜色のない収量と生産速度で炭素ガスからPHAを生産することができた。

The accumulation of microorganisms in the cell, the degradation of water and carbon in nature, the environmental pollution and the expected degradation of microorganisms in nature. PHA agricultural waste and carbon acid production in large quantities, the resources and environmental pollution prevention and more contributions The most important factors for PHA production efficiency in fermentation process are the reduction of raw material, final PHA concentration and production rate. In this paper, the development of PHA production and explosion-proof culture system for industrial production was studied, and the development of PHA production efficiency, explosion-proof culture system and culture method was studied. The production of PHA from carbon acid is controlled by the low acid concentration below the explosive limit (6.9%), which is the lowest in productivity and the lowest in product yield. A two-stage culture method for PHA accumulation was developed using a mixture of organic and inorganic media. In addition, the flow culture method was developed for the inhibition of matrix acid, acid-base balance, branching of substances for cell growth, and maintenance of automatic supply of matrix acid at very low concentrations in the growth stage. In addition, the PHA accumulation under independent cultivation conditions, the bubble column fermentation tank, the cultivation of trace amounts of PHA, the addition of PHA, the reduction of PHA and the increase of the acid movement speed were developed. This method is used in high density culture, and the production rate of PHA is relatively low.

项目成果

Kenji Tanaka: "Effects of rheological change by addition of carb oxymethylcellulose in culture media of an air-lift ferm entor on poly-D-3-hydroxybutyric acid productivity in autotrophic culture of hydrogen-oxidizing bact erium,Alcaligenes eutrophus." Bio

Kenji Tanaka：“在气升式发酵罐的培养基中添加羧甲基纤维素对流变学变化的影响，对氢氧化细菌（真养产碱杆菌）自养培养物中聚-D-3-羟基丁酸生产力的影响。”

Kenji Tanaka: "Microbial production of biodegradable plastics from carb on dioxide and agri cultural waste material" J.Amer.Chem.Soc.(印刷中). (1997)

Kenji Tanaka：“利用二氧化碳和农业废料微生物生产可生物降解塑料”J.Amer.Chem.Soc（出版中）。