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

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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。