（別紙様式第6号）
主指導教授田丸浩《喜う
学 位 論 文 要 旨
専攻名 氏各！
生物圏生命科学専攻 富 田 寿 男
題 目
Studieso n biofuel reduction from a ricultural wastes by using Clostridium cellulovorans
(Clostridium cellulovorans
を活用した農業系残澄からの バイオ燃料生産に関する研究）噂
）
石油に代表される化石燃料から得られるエネルギーは、人類に欠くことのできないものとな った。その一方で化石燃料から排出される二酸化炭素による地球温暖化問題から、カーボンニ ュートラルなバイオ燃料への転換が求められている。さらに、これまでのバイオ燃料はトウモ ロコシなどを原料としたバイオエタノールが中心であったが、食糧と競合しない非可食バイオ マスを原料とする第二世代バイオ燃料研究が進められている。しかし、 トウモロコシのような 食温と異なり非可食バイオマスの収穫・集荷の物流は確立されておらず、バイオ燃料プラント を稼動させるためには、原料物流から構築しなければならないことも第二世代バイオ燃料普及 の妨げになっている。
植物細胞壁はセルロース、ヘミセルロース、リグニンなどから構成された強固な構造体を形 成しており、容易に分解・糖化することができず、非可食セルロース系バイオマス利用の課題 の一つである。中温性嫌気性細菌
Clostridiumcellulovorans
は「セルロソーム」と呼ばれる 酵素複合体を生産することが特徴で、さらにノンセルロソーマルな酵素も分泌する。セルロソ ームとノンセルロソーマルな酵素の多様な組み合わせにより、高い植物細胞壁分解能力を有す ることで知られている。そこで本研究では、バイオマスとして農業系残澄に着目した。すなわち、農業系残漆は非可 食バイオマスであり、すでに一箇所に集荷されている。バイオ燃料化のプロセスが確立できれ ばすぐに社会実装が可能で、第二世代バイオ燃料普及の起爆剤と成り得ると考えた。みかん果 汁は世界中でもっとも飲まれている果汁の一つで、みかん果汁工場では大量の皮と搾汁粕が発 生する。これらみかん果汁残澄は非可食セルロース系バイオマスで可溶糖を残存しており、有 効なバイオ燃料の原料であるにもかかわらす、多くは産業廃棄物として処分されている。一方、
柑橘類の皮はペルテノイド系油成分リモネンを含有し、リモネンは微生物への生育阻害が報告 され、酵母による残存糖のエタノール発酵が行えない。
C . cellulovorans
と同じ中温性嫌気性 細菌であるClostridiumbeijerinckii
はI B E
発酵菌として知られている。C . beijerinckiiが
リモネンを含む糖液からブタノール発酵できれば、酵母では不可能であったみかん果汁残澄か らのバイオ燃料生産が可能になる。そこで、グルコース2 % ( w / v )
含むリモネン濃度O O.1 % ( v / v )
の液体培地でC .beijerinckii
を7 2
時間培養し、生成したアルコール濃度を測定した。その結 果、リモネン濃度0.05%
以下であればリモネン濃度0 %
と同等のアルコール生産が可能であった。酵 母 S.
cerevisiaeを同様のリモネン濃度で培養したところ、リモネン濃度 0.02%
以上ではリ モネン濃度0%
と比べてエタノール生産が有意に低く、C . beijerinckii
はリモネン含有に対し て優れていた。さらに、残存糖だけでなく皮や絞り粕も糖化してアルコール発酵するために、同様のリモネン濃度における
C . cellulovorans
によるセルロース分解実験を行った。培養開始8日後にリモネン濃度 0 %
において全糖量の76%
が減少したが、リモネン濃度0.01%
以上では25%
（備考）日本語
( 2 0 0 0
字以内）または英語( 5 0 0ワード以内）にまとめて記載してください。
氏 名 富 田 寿 男
（別紙様式第6号）
の減少と
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程度しか分解が進まなかった。しかし、その後も全糖量は減少し続け、6 1
日後に は リ モ ネ ン 濃 度0.05%
以 下 で あ れ ば 全 糖 量 の 約95%
が 分 解 さ れ 、 リ モ ネ ン に よ っ て C.cellulovoransのセルロース分解活性が失われることはなかった。この結果をもとに、市販の
温州みかんをジューサーで絞り、皮と絞り粕のC . cellulovoransによる分解を試みた。 1 6
日 間培養後、全糖量の85%
が分解され、その培養上清にC . bei}erinckiiを植菌したところ、絞
り粕乾燥重量に対するアルコール収率は
0 .046 ( g / g )
であった。上記のエタノールやブタノールなどの液体燃料はガソリン代替を目的としていたが、製造工 場で消費する天然ガスを代替するのであれば、バイオマスをバイオガスに変換することも一つ の選択肢となる。そこで、製糖工場残濫であるシュガービートパルプからの糖化ーメタン発酵 実験を行った。メタン発酵はメタン生成古細菌を含む微生物叢による複合発酵プロセスであり、
そのメカニズムの詳細は解析が困難で不明な点が多くあった。そこで、次世代シーケンサを用 いてメタン発酵微生物叢の菌叢解析を行い、メタン生成古細菌
A ! e t h a n o m i c r o b i aらの存在を明
らかにした。構成が明らかとなったメタン発酵微生物叢とC . cellulovorans
を組み合わせた複 合微生物系にて、バイオマス分解とガス生成を一つのタンクで同時進行させた。シュガービー トパルプを基質とした培地における 11日間培養で全糖量の86%
が減少し、シュガービートパル プ乾燥重量収率3 4 ( L / k g )
のメタンを含むバイオガス生成を実現した。以上、メタン発酵微生物 叢の変動を次世代シーケンサで解析することによって、 C.cellulovorans
に影響を与える微生 物の存在とその要因を見出すことが可能となった。（備考）日本語
