Title
植物系廃棄物からの S-Xylose の効率的抽出方法に関する研
究( 内容の要旨 )
Author(s)
趙, 昶浩
Report No.(Doctoral
Degree)
博士(農学) 甲第268号
Issue Date
2002-03-13
Type
博士論文
Version
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12099/2609
※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(本(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 員 会 趨 衆 浩 (大韓民国) 博士(農学) 農博甲第268号 平成14年3月13日 学位規則第4条第1項該当 連合農学研究科 生物資源科学専攻 岐阜大学 植物系廃棄物からのD･Ⅹyloseの効率的抽出方法に 関する研究 主査 岐阜大学 教 授 高見澤 一 副査 岐阜大学 助教授 副査 静岡大学 教 授 副査 信州大学 教 授 正 満 繚 部 江 発 岡 入 裕 浩 康 三 論 文 の 内 容 の 要 旨 本論文は､バイオマスの資源化､工業原料化を目指した論文である｡すなわち､大量に生産され 廃棄物となる植物残液中のヘミセルロースからⅠトキシロースを酵素加水分解で抽出し､最終的に トキシロースの工業原料と.しての利用を目的としている｡ 世界全体で毎年約50億トンの米､麦､雑穀や豆類が生産され､その10%以上が未利用部分とし て廃棄物になる｡これらを有効利用すれば､環境への負荷が軽減されると共に新たな製造業の創製 が予想される｡植物系廃棄物中に含まれているヘミセルロースは､主としてD-キシロースからなる 多糖類であり､ヘミセルロースを加水分解することによって､D-キシロースを得ることができる｡ しかし､植物系廃棄物を有効利用する際に､極めて重要である植物系廃棄物の組成に関してのまと まった情報はない｡そこで､本論文では､植物系廃棄物の有効利用のための糖質成分に関するデー タベースの作成と酵素分解による植物系廃棄物からトキシロースの効率的な生産方法及び植物系 廃棄物から得られたD-キシロースからキシリトールの生産に関して検討した｡ 植物系廃棄物の組成に関するデータベースの作成及び酵素分解によるトキシロースの生産には､ 11種類の植物廃棄物と5種類の食品工業の製造残蓬を対象とし､硫酸溶液を用いた酸加水分解と 拗JcJJノブ∽属劇T-1及びノ訪ゴz8βぴC打♪ロ∫Jノん∫皿T-1を用いた酵素加水分解(キシラナーゼ､β -キシロシダーゼ､α-Lアラピノフラノシダーゼ)によって行った｡ 化学的前処理を行った植物系廃棄物に対して酸加水分解を行った結果､ピ不タチオ殻､クルミ殻､ ひまわり種の皮からは100g当たり●18g以上､もみがら(麦､稲)､栗の殻､ピーナッツ殻､稲わ ら､二銀杏の殻からは7-15gのトキシロースが得られた｡豆科の堅い殻からは㌻キシロースの含 有量が高く､緑茶の葉､にんじん､コーヒー､麦茶のような飲料食品の残産廃葉物には㌻キシロー スの含有量が低いことが判った｡爆砕処理を行った植物系廃棄物に対しての酸加水分解の結果､得 られたぃキシロース量は若干の差はあるが化学的前処理とほぼ同様の結果が得られた｡すなわち､
-127-豆科の堅い殻はヘミセルロース含有量が高く､トキシロース原料として優れていることが判った｡ また､植物系廃棄物を原料としてキシリ･トールへの生産に関しては､ピーナッツ殻に対して爆砕 処理､水酸化カルシウム処理､レジン(陰イオン交換レジンと吸着レジン)処理及び濃縮処理を行 ってから伽揖ゐわマ涙ぐ8ノブ∫IFOO618によりキシリトールの生産を行った｡その結呆､初発菌体 量を5･Og/1で植菌した場合､生産速度0.29g/1･h､収率55.1%として8.7g/1のキシリトール が生産できた｡ 酵素加水分解によるトキシロースの生産には､酸カロ水分解の結果からトキシロースの含有量が 高いと判明されたピスタチオ殻､麦のもみがら､クルミ殻､ヒマワリ種の皮､ピーナッツ殻及び実 の殻を用いた｡爆砕処理を行った試料の酵素加水分解の結果､ピスタチオ殻､麦のもみがら､クル ミ殻､ピーナッツ殻､ヒマワリ種の皮から各々12.4g､7.1g､5.7g､4.9g､4.Ogのトキシロ ースが生産された｡しかしながら､粉砕処理(0.5mm以下)のみを行った試料の酵素加水分解の結 果では､ピスタチオ殻と麦のもみがらから100g当たり10g及び7gのかキシロースが生産され たが､その他の試料からは0.5g以下しか生産されなかった｡ 酵素分解において､より多くのトキシロースを生産するため､粉砕処理のみを行ったピスタチオ 殻の酵素分解の際､キシラナーゼ量を430-3000ロ/gに変化させキシラナーゼ主による影響を検討 した｡キシラナーゼ皇を430U/gとした場合､試料100g当たり4.4gのD-キシロースが生産さ れたが､キシラナーゼ量を3000U/gに増加した場合､試料100g当たり11.6gのD-キシロ｢ス が生産され､キシラナーゼ皇を増加させることによりトキシロースの生産量を向上させることがで きた｡次に､助ゴcゴJノブ皿属膿T-1株と必Jg甜〟C打pぬJノ血∫旺汀-1の混合酵素液を用いて粉砕処 理のみの試料に対して加水分解を行った｡その結果､触JcJJノブ皿属膿T-1株由来のキシラナーゼ のみを用いた場合ではほとんどトキシロースの生産ができなかったクルミ穀､ヒマワリ種の皮及び ピーナッツ殻からも14g以上のD-キシロースが生産された｡また､粉砕処理のみを行ったピスタ チオ殻に対して混合酵素液中のキシラナーゼ及びβ-キシロシダーゼの量を3000U及び33U/gと して加水分解を行ったところ､ピスタチオ殻100g当たり36gのかキシロースが生産され､酸加水 分解の結果を基にすると100%の生産収率を示した｡ そして､経済分析を行い､酵素利用によって一部の植物系廃棄物は工業原料となる可能性を明 らかにした｡ 審 査 結 果 の 要 旨 平成14年1月23日､岐阜大学大学院連合農学研究科棟において審査委員全員 (4名)出席のもと､公開論文発表会が開かれた｡研究の成果を明快に発表し､審 査委員などの質問に対しても的確に返答した｡ 30年後には石油資源が枯渇し､これに代わる資源として再生可能でカーボンニュートラ ルであるバイオマスの利用が盛んに研究されている｡本論文は､バイオマスの中でも従来廃 棄されてきた植物系廃棄物を新に資源化しようとするものであり､植物系廃棄物中に多量に 含まれるへミセルロ∵スに着目している｡ ヘミセルロースは､主としてD-キシロースからなる多糖類であり､加水分解することによ って､D-キシロースを得ることができる｡しかし､植物系廃棄物を有効利用する際に､極め て重要である植物系廃棄物の組成に関してのまとまった情報はない｡そこで､植物系廃棄物 の有効利用のための糖質成分に関するデータベースの作成と酵素分解による植物系廃棄物か
-128-らD-キシロースの効率的な生産方法及び植物系廃棄物から得られたぃキシロースからキシリ トールの生産に関して検討している｡ 植物系廃棄物の組成に関するデータベースの作成は11種類の植物廃棄物と5種類の食品工 業の製造残蔭を対象とした｡化学的前処理を行った植物系廃棄物に対して酸加水分解を行っ た結果､ピスタチオ殻､クルミ殻､ひまわり種の皮からは100g当たり18g以上､もみがら (麦､稲)､栗の殻､ピーナッツ殻､稲わら､銀杏の殻からは7-15gのDヰシロースが得ら れた｡豆科の堅い殻からはかキシロースの含有量が高く､緑茶の葉､にんじん､コーヒー､ 麦茶のような飲料食品の残壇廃棄物には㌻キシロースの含有量が低いことを明らかにした｡ また､植物系廃棄物を原料としてキシリトールへの生産に関しては､ピーナツピ丁ナッツ 殻に対して爆砕処理､水酸化カルシウム処理､レジン(陰イオン交換レジンと吸着レジン) 処理及び濃縮処理を行ってから由β揖ぬけ御上c∂ノブ∫IFOO618によりキシリトールの生産を 行った｡その結果､初発菌体量を5.Og/1で植菌した場合､生産速度0.29g/1･h､収率55･1% として8.7g/1のキシリト丁ルが生産できた｡ 触JcJJJJ甜属旭丁一1株と戯Jg仰〟CⅣp〟dJJ〟Ⅲ打-1の混合酵素液を用いて粉砕処理 のみの試料に対して加水分解を行った｡その結果､伽JcJ〟J甜属膿T-1株由来のキシラナ ーゼのみを用いた場合ではほと∼どD-キシロースの生産ができなかったクルミ殻､ヒマワリ
