微生物によるバイオディーゼル廃グリセロールからの燃料生産

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りさこはなだて
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1 ホワイトバイオによる廃グリセロールからのポリマー原料生産プロセスの開発筑波大学生命環境系教授中島敏明

2 低炭素社会の確立のためにバイオマス燃料バイオディーゼル燃料 (BDF)= 軽油の代替燃料植物油脂 ( トリグリセリド ) メタノール NaOH 脂肪酸メチルエステル (BDF) グリセロール世界のBDF 生産 2,9 万トン (14) ( 日本植物油協会 HPより ) 原料油脂の1% 生成 3 万トン焼却すると 43 万トンの CO 2

3 1,3-propanediol(1,3-PD) ポリマー原料 ( ポリトリメチレンテレフタレートやポリ 3- ヒドロキシプロピオン酸ポリウレタン等 ) 市場規模約 65 億円 (21) 従来法( 石油原料 ) プロピレンアクロレイン 3-HP( アルデヒド ) 1,3PD ホワイトバイオ( バイオマス利用 ) グルコースグリセロール 1,3PD グルコースからの生産 ( 食糧との競合一次生産品の利用 ) BDF 廃棄グリセロールからの生産 ( 廃棄物の利用と石油代替二重の効果 )

4 Citrobacter braakii TB-96 株 TB-96 株以前当研究室のプロジェクトで行った約 4L パイロットプラントスケールでの廃グリセロールからのエタノール生産試験で発生したコンタミ菌非滅菌条件で優占化 1,3- プロパンジオール (1,3-PD) を生産 TB-96 株は 1,3-PD 生産において実用上優位研究開始時の生産性 : 約 32g/L 72 時間

5 検討課題 (JST ALCA) 1) 生産の最適化濃度を倍 (5-6gL) とするか生産時間を 3-5% 短縮 (1.5-2 日 ) する (.91g/L/Hour を 2 倍以上に ) 培養条件の最適化固定化菌体連続発酵 2) 代謝解析育種ドラフトゲノム解析とアノテーション代謝経路の解明ポイントの明確化ゲノム解析 in silico 解析代謝物の解析メタボローム 3) コスト計算と総合評価本菌株の生産性の目標値を具体的な数値として算出各種パラメーターの設定と数値解析

6 1) 生産の最適化前培養条件の検討浮遊菌体バッチ培養逐次添加連続フィード固定化菌体繰り返しバッチ培養培地成分の低コスト化連続培養

7 連続フィードの検討 7 Concentration (g/l) 連続フィード OD 58 Concentration (g/l) 逐次添加 OD Time (h) Time (h) 12 時間で 3g/L 24 時間で 5g/L

8 固定化菌体固定化担体として不織布を使用培地を新しい培地と全量交換し培養を繰り返し行う ( 繰り返しバッチ培養 ) 不織布繰り返しバッチ培養培地全量交換前培養 3, 9 h 3 固定化培養 3, 18 h 1-24 h 本培養

9 Concentration (g/l) 繰り返しバッチ培養純グリセロール 6 Glycerol 1,3-PD Time (h) 生産量 23.2 g/l 生産速度 2.8 g/l/h 3.9 g/l/h

10 Concentration (g/l) 繰り返しバッチ培養廃グリセロール Pure Glycerol Crude Glycerol 6 Glycerol 1,3-PD 6 Glycerol 1,3-PD Time (h) 生産量 22.7 g/l 生産速度 g/l/h 収率 :.5 g/g glycerol

11 Concentration (g/l) Concentration (g/l) 培地成分の低コスト化 Pure Glycerol Time (h) 酵母エキスを 25g/L 1g/L に削減 Crude Glycerol Time (h) Glycerol 1,3-PD Lactate Formate 生産量 : 25.2 g/l 生産速度 : 2.1 g/l/hour 収率 :.59 g/g glycerol 生産量 : 15.1 g/l (66%) 生産速度 : 2.5 g/l/hour (8%) 収率 :.54 g/g glycerol ( 培地コスト 4%)

12 連続発酵 ( 低コスト培地 ) 本培養培地量 7 ml Batch Medium (g/l) Yeast extract Glycerol 1 5, 1 約 5 ml/hour で送廃液 7ml/14Hour

13 Concentration (g/l) Concentration (g/l) 連続発酵 ( 低コスト培地 ) 5 Glycerol 5 g/l 5 Glycerol 1 g/l Time (h) Time (h) Glycerol 1,3-PD Lactate Formate 生産量 : 収率 : 19.8 g/l.4 g/g glycerol 生産量 : 収率 : 25.8 g/l.26 g/g glycerol 生産性は安定生産量収率に課題条件検討 ( 流速培地 ) 変異株の使用 ( 後述 )

14 2) 代謝解析育種ドラフトゲノム解析アノテーション代謝経路の解明ポイントの明確化遺伝子破壊系の構築遺伝子破壊破壊株による生産 ( バッチ培養 )

15 代謝系の抽出と変異株取得 3-Hydroxypropione aldehyde Glycerol NADH ATP, NAD + ADP, NADH 2ADP NAD + 2ATP NADH NADH NAD + NAD + Dihydroxyacetone phosphate Pyruvate 乳酸生成系の破壊 (ldh) ギ酸生成系の破壊 (pfl) D-lactate NAD+ NADH Formate 1,3-Propanediol Acetate Acetyl-CoA Ethanol ATP ADP NADH NAD + 取得済 Succinate TCA cycle NAD + NADH

16 Concentration (g/l) Concentration (g/l) Concentration (g/l) 破壊株による生産 ( バッチ培養 ) Control Δldh ΔldhΔpfl Time (h) Time (h) Time (h) Glycerol 1,3-PD Lactate Formate 副産物の抑制生産性の向上生産量 : 74.2 g/l 生産速度 : 2. g/l/hour 収率 :.65 g/g

17 コスト試算注 :PDO=1,3-PD 発酵槽 15,L, 運転時間 8, 時間 / 年 1,3-PD の精製純度を 99.98% として算定 1,3-PD 市場価格は 11~24 円 /kg( 純度 99~99.5%) 参考 Molel, E., Phillips, H., and Smith, A., 1,3-Propanediol from Crude Glycerol, Senior Design Reports (CBE) 74, Department of Chemical & Biomolecular Engineering, University of Pennsylvania 15.

18 既存プロセスとの比較引用 : 須藤正夫, 21 世紀初の超大型ポリマー PTT, 工業材料 ( 日刊工業新聞社 ),2 年 6 月号, 上記出典 : マルチクライアント調査 1,3-PDO,PTT の製造, 用途および経済性より作成 ; シーエムシー出版, 年 8 月完了 )

19 C 3 ポリマー原料の生産 Target1 1,3- プロパンジオール (1,3-PD) ポリトリメチレンテレフタレート Target2 3- ヒドロキシプロピオン酸 (3-HP) ポリ -3- ヒドロキシプロピオン酸アクリル酸ポリアクリル酸従来法 ( 石油原料 ) プロピレンアクロレイン 3-HP( アルデヒド ) 1,3PD アクリル酸ホワイトバイオ( バイオマス利用 ) グリセロール 1,3PD 3HP アクリル酸グルコースからの生産 ( 食糧との競合一次生産品の利用 ) 世界生産量 5 万トン (13) 日本触媒 IR 資料より BDF 廃棄グリセロールからの生産 ( 廃棄物の利用と石油代替二重の効果 )

20 細菌構想 : 細菌と酵母のコラボレーション Citrobacter braakii TB-96 株 BDF 廃グリセロール嫌気 BDF 廃グリセロールも OK コンタミ耐性! パイロットスケール実証済? 酵母 Candida rugosa 1,3-PD 好気 3-HP 休止菌体反応が可能 1% の変換効率 (C 4 で実証済み ) 通気の必要 ( 嫌気好気 2 段階反応 ) ホワイトバイオによる 3-HP( アクリル酸 ) 生産のブレークスルー

21 提供できる技術現状 TB-96 株 ( 野生株 ) Δldh 株 Δpfl 株 ΔldhΔpfl 株成果有体物 ( 筑波大学 ) 今後他の破壊株増強株その他変異株誘導体生産法生産株 ( 共同出願希望 )

22 産学連携の経歴パナック工業 ( 株 )14 年度 ~ 酵素による光学用ポリエステルフィルムのコート層の剥離に関する研究東亞合成 ( 株 ) 12~15 年度バイオ化成品生産性向上遺伝子取得法の確立に関する研究ハイファケミカル Ltd.( イスラエル ) 1~11 年度 Microbial degradation of novel biodegradable polyurethanes ( 新規生分解性ポリウレタンの微生物分解に関する研究 ) 東京瓦斯 ( 株 ) 7~9 年度発酵に関する共同研究三菱化学 ( 株 ) 7~8 ポリマーの微生物分解又は酵素分解に関する研究 ( 有 ) エスジーラボラトリ 6( 単年度 ) 新規リゾビウム属細菌が生産するカタラーゼの精製フクイバイオケミカル ( 株 ) 6( 単年度 ) チロシナーゼ活性を阻害する作用を有する物質の精製

23 お問い合わせ先筑波大学国際産学連携本部技術移転マネージャー永井明彦 TEL FAX [email protected]

PowerPoint プレゼンテーション

PowerPoint プレゼンテーション応用微生物学 ( 第 2 回 ) アルコール微生物による物質生産のための Driving Force 1. ガス状分子の放出 2. 不可逆的反応あるいはポリマー化反応の存在 3.Futile cycle による ATP の消費あるいは ATP シンターゼの破壊 (ATP 生成が関与している場合 ) 4. 外部 sink への電子授受 5. 相分離による生産物除去 Appl. Environ. Microbiol.,

微生物による バイオディーゼル廃グリセロール からの燃料生産

微生物によるバイオディーゼル廃グリセロールからの燃料生産