小麦藁からバイオエタノールまで:実用化されている酵素生産の個々の加水分解と共発酵の工程の統合的な解析

NOVY Vera; LONGUS Karin; NIDETZKY Bernd; NIDETZKY Bernd

文献

J-GLOBAL ID：201502208980884139 整理番号：15A0762682

小麦藁からバイオエタノールまで:実用化されている酵素生産の個々の加水分解と共発酵の工程の統合的な解析

From wheat straw to bioethanol: integrative analysis of a separate hydrolysis and co-fermentation process with implemented enzyme production

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資料名：
巻： 8 号： Mar ページ： 8:46 (WEB ONLY) 発行年： 2015年03月
JST資料番号： U7022A ISSN： 1754-6834 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：イギリス (GBR) 言語：英語 (EN)

バックグラウンド:リグノセルロース系エタノールは,再生可能エネルギー源として高い可能性を有している。近年,生産工程にかかわるパラメータを最適化するために多くの研究努力がなされてきた。それにもかかわらず,工程を統合するための包括的な研究は不足している。しかし,それぞれのパラメータと工程の構成には密接な相互関係があり,全工程の効率に重層的に影響していると考えられる。本研究では,典型的な実験室スケールにおける小麦藁からのバイオエタノール生産に対し,個々の加水分解過程および共発酵過程(SHCF)を用いて,統合的にアプローチする方法を提示する。本工程は市販の(ヘミ-)セルラーゼを用いていないが,鍵となる単位操作として前処理した原料におけるHypocrea jecorina(旧Trichoderma reesei)による酵素生産が含まれている。前処理した小麦藁を固形物として乾重量で15%と高率で負荷して加水分解を実施し,加水分解物は解毒せずに遺伝学的・進化学的手法で作出されたSaccharomyces cerevisiae IBB10B05株によるグルコース-キシロース混合発酵に用いた。結果:ベンチトップの個々の加水分解過程,および共発酵過程における単位操作の工程の構成を変化させ,全工程のエタノール収率(Y_{Ethanol-Process})の値を求めた。真菌発酵工程をバッチとして実施し,30FPU/小麦藁乾重量gの酵素活性で加水分解を行った場合に,Y_{Ethanol-Process}の最高値71.2g/原料kgのエタノール生産率に達した。IBB10B05株による15%加水分解物の発酵により1.7±0.1FPU/mLの酵素活性が得られ,グルコースが67%,キシロースが95%の変換効率で遊離し,0.4g/gGlc+Xylのエタノール生産率を示した。詳細なプロセス解析に基づいて,Y_{Ethanol-Process}に大きな影響を及ぼす酵素生産率,グルコース変換効率,および鍵となる工程パラメータとなる単位操作の間の質量損失について明らかにすることができた。結論:Y_{Ethanol-Process}は,リグノセルロースからのバイオエタノール生産工程の効率の尺度となる。物質収支解析に基づいて,それぞれの工程のパラメータとY_{Ethanol-Process}との相関関係を解明した。最適化された実験室スケールのSHCF工程はパイロットスケールのプラントに類似した効率を示した。ここで提示されたプロセス解析は,今後,鍵となる工程のパラメータ類,ボトルネック,および最適化の目安を特定する際に,効果的でシンプルなツールとして用いることができると考えた。(翻訳著者抄録)

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生物燃料及び廃棄物燃料 , 農業廃棄物の利用 , 微生物,組織・細胞培養による物質生産一般

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