成果報告書詳細
管理番号20110000001393
タイトル平成21年度~平成22年度成果報告書 グリーン・サステイナブルケミカルプロセス基盤技術開発 化学品原料の転換・多様化を可能とする革新グリーン技術の開発 グリーンポリマー製造基盤技術に関する研究(非可食性植物由来原料からのポリマー原料製造基盤技術の研究開発)
公開日2011/12/13
報告書年度2009 - 2010
委託先名東レ株式会社 国立大学法人京都大学
プロジェクト番号P09010
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約本研究開発は、GHG削減への貢献と原油価格高騰時におけるポリマー製品の安定供給を志向し、非可食バイオマス由来ポリマーを製造するための基盤技術を開発することを目的として実施した。具体的には、非可食性植物原料由来ナイロン原料(モノマーあるいはモノマー前駆体)を製造するための、新規微生物技術、分離膜を利用した革新バイオプロセス技術、および化学変換技術の確立を目指し、「非可食性植物由来モノマー前駆体の製造基盤技術開発」及び「非可食性植物由来ジカルボン酸製造プロセスのバイオ化基盤技術開発」をテーマとして実施した。:「非可食性植物由来モノマー前駆体の製造基盤技術開発」では、非可食植物原料であるセルロース、ヘミセルロースから得られる混合糖を原料として、高効率なジオール発酵が可能な発酵菌を探索し、高収率でジオールを発酵生産可能な発酵菌を取得した。また、取得したジオール発酵菌を用いてジオール発酵生産を効率的に実施するため、中空糸膜を備えた自動連続培養装置を試作した。さらに、得られたジオールからモノマー前駆体に変換する化学変換ルートを探索した。:「非可食性植物由来ジカルボン酸製造プロセスのバイオ化基盤技術開発」では、非可食性植物由来の混合糖や油脂類から、ナイロン系グリーンポリマーのモノマー原料として重要なジカルボン酸類を発酵生産するために必要な微生物代謝、微生物変換反応の開発に取り組んだ。その結果、脂肪酸からジカルボン酸を誘導するプロセスに関し、水酸化脂肪酸、オキソ脂肪酸、ジカルボン酸モノエステル、を経る新たな生産プロセス構築の可能性を見いだした。さらに、このプロセスに有用な乳酸菌の不飽和脂肪酸飽和化系酵素群ならびに糸状菌の水酸化酵素の機能を解明するとともに、Baeyer-Villiger酸化、エステル加水分解が関与するオキソ脂肪酸の微生物代謝経路を明らかにした。あわせて、乳酸菌由来水和酵素、糸状菌由来水酸化酵素を用いる水酸化脂肪酸生産法を構築した。また、脂肪酸の発酵生産に関して、モノ・ジ不飽和脂肪酸生産に有用なMortierella alpina由来の脂肪酸不飽和化酵素活性欠損変異株の育種に成功した。一方、これらの成果により誘導可能となった水酸化脂肪酸などの特殊脂肪酸に関して、有機合成的手法とカップリングしたジカルボン酸への誘導法を検討中である。
英文要約This research project was conducted to develop innovative bio-refinery ground technologies related to new microorganism technology, membrane-integrated bioprocess, and chemical transformation technology for production of bio-based monomers or bio-based monomer precursors. In this project, following two studies, “Development of technologies for production of monomer precursors from biomass” and “Development of fermentative production technologies for dicarboxylic acids”, were proceeded.:In the study of “Development of technologies for production of monomer precursors from biomass”, we succeeded in obtaining microorganisms which were able to produce a diol compound effectively from mixed-sugar derived from non-edible biomass, such as cellulose and hemicellulose. And then in order to produce the diol compound more effectively by the obtained microorganisms, we constructed a prototype of auto continuous fermentation equipment with hollow fiber membrane. And we also explored chemical transformation route to transform the diol compound to a monomer precursor.:The study “Development of fermentative production technologies for dicarboxylic acids” was also conducted. Dicarboxylic acids are important monomer components for nylon-type green polymers. Microbial metabolisms and reactions useful for fermentative production of dicarboxylic acid from mixed-sugars or lipids derived from non-edible plant biomass were investigated. A novel dicarboxylic acid production process from fatty acids via hydroxyl fatty acids, oxo-fatty acids, and dicarboxylic acid mono-esters was developed, and the enzymes useful for this process, i.e., fatty acid-saturating enzyme systems in lactic acid bacteria and fatty acid hydroxylases in filamentous fungi, and oxo-fatty acid metabolisms involving Baeyer-Villiger oxidation and ester hydrolysis were characterized. Furthermore, a dehydratase from a lactic acid bacteria and a fatty acid hydroxylase from a filamentous fungus were applied for hydroxyl fatty acid production. As to fermentative production of fatty acids, an oleaginous filamentous fungus Mortierella alpina was chemically mutated into mono- and di-unsaturated fatty acid producers. Furthermore, the potentials of rare fatty acids, such as hydroxyl fatty acids produced by newly developed bio-processes, as substrates for organic synthesis of dicarboxylic acids were evaluated.
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