草木質バイオマスからの高効率エタノール生産技術の開発
～亜塩素酸塩処理と重曹熱処理による稲藁の前処理～

整理番号：2016-068

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研究者名： 田中 修三（Shuzo Tanaka）
所　　属： 理工学部 総合理工学科 環境科学系 教授
専門分野： 環境技術・環境材料、土木環境システム、応用微生物学
キーワード： リグノセルロース系バイオマス、糸状菌トリコデルマ、セルラーゼ、変異導入

研究概要

草木質系バイオマスは賦存量が多く且つ食料・飼料の供給と競合しないバイオエタノールの原料となるが、草木質成分であるリグノセルロースは糖化されにくい構造であるという欠点を持っている（表1）。更に、セルロース繊維の剛構造を破壊する必要がある。そこで、我々は、草本系バイオマスである稲藁を原料として、エタノールに転換されないリグニンの除去並びにセルロース繊維の結晶性の低減と結晶型の改変に関する研究を行い、良好な結果が得られたので、以下に紹介する。

 稲藁の亜塩素酸・重曹法による前処理

• ブレンダ―粉砕稲藁（図1）を酢酸酸性域で亜塩素酸ナトリウム処理（亜塩素酸処理）によってリグニンを可溶化させ、除去できることを見出した。
• 粉砕された稲藁を亜塩素酸処理することにより漂白され、その後重曹熱処理することによってパルプ状になり、膨潤した微細繊維（ミクロフィブリル）に変化していることが明らかとなった（図2及び図3）。
• 開発した亜塩素酸・重曹法により、稲藁のリグニンを88%除去することが可能となり、工業用セルラーゼによる50℃、12時間での糖化の場合、無処理稲藁の糖化率20%に対して、96%の糖化率を達成した（図4）。図2中の3回ASC+SBを使用して行った実験の結果である。

表1　リグノセルロースを構成する成分組成

脚注

・ASC：亜塩素酸ナトリウム処理、SB：重曹処理

・Avicel：Nobozyme社celluclast及びNobozyme 188によるアビセルセルロース（微結晶セルロース）の糖化

応用例・用途

• 草木質系バイオマスを亜塩素酸・重曹法による前処理を行うことで、効率の良い糖化が可能となる。

研究施設

• インキュベータ、電気泳動装置、PCR計、分光光度計、質量分析計（LC-MS/MS）、クロマトグラフ（HPLC、FPLC）、凍結乾燥機、ファーメンタ、高速遠心分離機、オートクレーブ、恒温室、安全キャビネット、フリーザ（-80℃、-20℃）