Title Studies on Enhancement of L(+)-Lactic acid Production fromCorn Starch in Culture of Rhizopus oryzae Using an Air-Lift Bioreactor( 内容の要旨 ) Author(s) 印, 培民 Report No.(Doctoral Degree) 博士(農学) 甲第129号 Issue Date 1998-03-13 Type 博士論文 Version URL http://hdl.handle.net/20.500.12099/2470 ※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。
氏 名(国籍) 学 位 の 種 類 学 位 記 番 号 学位授与年月 日 学位授与の要件 研究科及 び専攻 研究指導を受けた大学 学 位 論 文 題 目 審 査 委 旦 印 培 民 (中華人民共和国) 博士(農学) よ博甲第129号 平成10年3月13日 学位規則第4粂第1項該当 連合よ学研究科 生物資源科学専攻 静岡大学
Studies on Enhance皿ent Of L(+)-Lactic acid
Production from CornStarchin Culture of 批呼ALS叩LWUsing anlir-Lift Bioreactor 主査 静岡大学 教 授･岡
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副査 信 州 大 学 教 授 寄 # 副査 岐 阜 大 学 教 授 高見澤 副査 静 岡 大 学 教 授 術 ♯ 副査 静 岡 大 学 助教授 朴 康 光 裕男 沫 濱∵高一英 龍 論 文 の 内 容 の 要 旨 近年､石油から誘導されたプラスチックス製品の廃棄は全世界的に深刻な 環境問題を引き起こしているため､自然環境下で分解できる各種の生分解性 プラスチックスの開発が進められている｡その中の一種であるポリ乳酸は透 明性､成型性ならびに安全性が優れ最も注目されている｡ポリ乳酸はL(+ト 乳酸からラクチドを経て合成されるが､高品質のポリ乳酸を得るためには高 い光学純度が要求されている｡仮にポリ乳酸がプラスチックスとして使用さ れた場合その需要は国内だけでも数十万トンといおわれており､そのための 原料であるL(十)一乳酸の低コスト大量生産方法の確立が要求されている｡ 申請者はこうした背景に対して､1)スケールアップが容易であること､ 2)安定的して大量供給が可能で､しかも安価な原料の利用が可能であること､ならびに3)L型の光学純度が100%であること等を満足するプロセ スの開発に関する研究を行った｡ 第1章は乳酸生産に関する基礎的培養条件の検討を行っている｡生産菌と してはRhjzopusoryzae NRRL395株を用いた｡炭素源としてはクリーン で安価なコーンスターチを､また窒素源としてはコストならびに回収精製へ の負荷軽減を考慮し､硫酸アンモニアをそれぞれ選択した｡通常､スターチ は熟殺菌の際､加熱により膨潤して団子状になり､液体培養をおこなう事が 不可能となるが､本研究では酵素処理あるいは酸処理で通常の熟殺菌が可能 となる事を示している｡最終的にコーンスターチと硫安､ならびに微量の無 機塩からなる培地で高い収率でL型のみの乳酸を高い収率で生産することが 明らかとなった｡ 第2章はフラスコ培養での括果に基づき､通気撹拝型培養槽(ジャーフ ァーメンター)ならびにエアリフト型発酵槽へのスケールアップ研究を行っ た｡後者のほうが乳酸の生産速度､収量とも壊れていた｡またスケールアッ プの容易性､コスト面も考慮し/1イオリアクターとしてはエアリフト型/†イ オリアクターに決定し､その最適操作条件を検討した｡最適化条件では対澱 粉収率85.2%で102g/Lの乳酸を生産した｡ 次いで､発酵生産された乳酸の回収精製について検討している｡培養濾液 を硫酸で乳酸カルシウムから遊離の乳酪こ加水分解した｡次いで活性炭で脱 色し､除タンパクのため限外濾過した後､減圧濃縮する簡単な方法で､90 %の回収率で90%濃度の乳酸を得ている｡L型の乳酸の光学純度はほぼ1 00%であった｡ 第3章では更に生産性を向上させるためと､菌体をリサイクル使用するこ とで環境への負荷を小さくする目的で反復回分培養の検討を行っている｡反 復回分培養を効率的に行うためには菌体の分離性がよい事が不可欠である｡ 申請者は前培養での胞子摂取量を105個/mlに調整することにより極めて
分離性が良好なべレット形状の菌体を得た｡本菌体を使用した場合9回にわ たって菌体の反復利用が可能であった｡これにより乳酸の生産性は回分培養 に比較して2倍に向上した｡
以上､生分解性バイオプラスチックスの慮料としてのL(+ト乳酸の効率的
な微生物生産プロセスの構築を行うことが出来た｡現在スケールアップのた めのパイロットプラント研究を行っている｡ 審 査 結 果 の 要 旨 学位申請者､印培民の学位論文審査が平成10年1月26日(月)午前1 1暗から静岡大学農学部にて行われた｡ 近年､石油から誘導されたプラスチックス製品の廃棄は全世界的に深刻な 環境問題を引き起こしているため､自然環境下で分解できる各種の生分解性 プラスチックスの開発が進められている｡その中の一種であるポリ乳酸は透 明性､成型性ならびに安全性が優れ最も注目されている｡ポリ乳酸はL(+)一 乳酸からラクチドを経て合成されるが､高品質のポリ乳酸を得るためには高 い光学純度のL(十)一乳酸が要求されている｡ 本論文は､生分解性プラスチックスの一つであるポリ乳酸の原料となるL (+)-乳酸の効率的生産プロセスの開発に関する研究について述べたものであ る｡ 第l章はRhizopusoryzae NRRL395株による乳酸生産に関する基礎的 培養条件の検討を行っている｡フラスコ振塗培養でクリーンで安価なコーン スターチ､硫酸アンモニアおよび微量の無機塩からなる培地で高い収率でL 型の乳酸のみを生産することを明らかにしている｡ 第2章はフラスコ培養での結果に基づき､通気撹拝型培養槽(ジャーフ ァーメンター)ならびにエアリフト型発酵槽へのスケールアップ研究を行っ ている｡結果的にエアリフト型バイオリアクターでの最適化条件下で対澱粉収率85.2%で102g/Lの乳酸を生産した｡次いで､発酵生産された乳 酸の回収精製について検討している｡また濾過､酸処理､活性炭処理､限外 濾過および減圧濃縮からなる工程で90%の回収率で90%濃度の乳酸を得 ている｡L型の乳酸の光学純度はほぼ100%であった｡ 第3章では更に生産性を向上させるために反復回分培養の検討を行ってい る｡反復回分培養を効率的に行うためには菌体の分離性が最も重要な問題で ある｡申請者は前培養での胞子摂取量を105固/mlに調整することにより 極めて分離性が良好はペレット形状をした菌体を得た｡本菌体を使用した場 合9回にわたって菌体の反復利用が可能であった｡これにより乳酸の生産性 は回分培養に比較して約2倍に向上した｡ 本研究によりL(十)一乳酸の低コスト大王生産の可能性が実証された｡現在 パイロットプラントでの工業化研究が進められている｡ 以上により､審査委邑全員一致で本論文は岐阜大学大学院連合農学研究科の 学位論文として充分に価値あるものと認めた｡ 基礎となる既発表論文 1)Ⅵn,P･M･.Nishina,N.,Kosakai,K..Yhhjro,K.,Park,Y.S.,andαabe.M.: Enhancedproductionof L(+)-1acticacidfromcornstarchincu]tureof fy7izopusoryzaeusingair-]ift bioreactor･J･Ferment･Bioeng..84,249-253 (1997). 2)Yln,P･M･,Yhhiro,K･,(shigaki,T.,Park,Y.S.,andαabe,M.:L(十)-Lactjc
acidproduction byrepeatedbatchcuItureof fy7izopusoryzaeinAir-=ft
Bioreactor･J･Ferment･Bioeng.,85,96-100(1998).
既発表論文
1)LiuYe-Qng,QaoPeiRong,YinPei-Mn,andZhouJuan:A nomogramfor
[incomycinextractioncafcuJation.PharmaceutiaIlndustry(China).19,263-266(1988).
2)Yln Pei-Ming,ShenWeiandZhouJuan:StudyonextractionofJincomycin
by macroret'icuJaadsorbent H-103,J.of Antibjotics(China),18,310-311 (1993).
3)阜睦旦､八尋一豊､朴龍沫､岡部満康:エアリフト/〈イオリアクターでの生デンプン からのL(十)一乳酸の直接生産､生物工学､5､375-377(1997).
0くabe,M,Yln Pei-Min,Yhhiro,K.,andPark,Y.S.:Productionof L(十)-Lactic AcidFromCornStarchbyUsingAir-1ift BioreactorwithRhizopusoryzae,
