成果報告書詳細
管理番号20090000001113
タイトル*平成20年度中間年報 新エネルギー技術研究開発/バイオマスエネルギー等高効率転換技術開発(先導技術開発)/新規好アルカリ性乳酸菌を用いた乳酸の低コスト生産法の研究開発
公開日2009/12/5
報告書年度2008 - 2008
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー技術開発部 バイオマスグループ
和文要約以下本編抜粋:1. 研究開発の内容及び成果等 研究開発の内容 現在のバイオエタノールを始めとしたバイオマス由来のエネルギーは、コストの面で従来使用されてきた石油等の化石燃料と比較して競争力に乏しいのみならず原料が食料資源と競合する問題点が指摘されてきた。さらに酵母によるエタノール生産は温暖化ガスである二酸化炭素を発生し、炭素回収率の点からも不利である。 そこで、生産プロセス上、二酸化炭素を発生しない、乳酸発酵による乳酸生産をバイオマスエネルギー生産に当てはめて考えた場合、乳酸エステルの燃焼熱はエタノールと同程度であり、液体燃料としての十分な可能性を持っている。また、乳酸は生分解性ポリマーであるポリ乳酸の原料になる他、乳酸エステルは、塗料の溶剤、医薬、農薬の合成原料であり、その用途は広範囲である。しかし、乳酸はエタノールと比較すると生産される濃度が低濃度でかつ精製にコストが掛かることもあり、乳酸の製造コストはエタノールの約3 倍である。これまで、グルコースやデンプンを出発原料とした乳酸発酵の技術は確立されてきたが、非食料資源を出発物質とした乳酸を生産する技術は未だ確立されていない。 以上の現状を踏まえ本事業においては、植物系の未利用廃棄物原料を用い、高pH で生育可能でセルロースやキシランを利用可能な新規アルカリ性乳酸菌を用いることで、原料の前処理にかかる酵素のコストを部分的に低減するとともに、最終的な発酵槽が大容量になることを想定し、非滅菌系の発酵条件であることを特徴とする低コスト乳酸製造プロセスを開発する。原料の植物系廃棄物として、おから、稲ワラ、米ぬか、フスマを候補とし、原料の部分的な低分子化を行う前処理条件および高pH 条件で生育出来る性質を利用して非滅菌条件での発酵プロセスについて検討し、低コスト乳酸製造プロセスを開発する。
英文要約Title: New Energy Technology Development: Development of Technology for High-efficiency Conversion of Biomass and Other Energy: Development of Preparatory Basic Bioenergy Technologies: R & D to Produce Low Cost Lactic Acid Using Novel Alkaliphilic Bacteria (FY2008-2009) FA2008 Annual Report Ethanol production from biomass is competitive with foods production in the raw materials. In addition, heat-trapping gas is produced as the byproduct and this causes reduction of carbon recovery. If we considered the lactate as a fuel, the heat combustion of lactic acid ester could be equivalent with that of ethanol. In addition, lactate can be converted to biodegradable polymer. However, the cost of lactate is approximately 3-times higher than that of ethanol. Up to date, there is no study on the production of lactate from non-eatable raw materials. Therefore, we attempt to develop low cost lactate production procedure using non-eatable raw materials, and using bacterium that produces biomass degradable enzymes and grows at high pH. The procedure will reduce the costs for enzymes and for terilization of the medium. : Recently, several alkaliphilic lactic acid bacteria (ALAB) have been isolated. We try to select several strains as the first screening by the estimation of lactate producing ability from several substrates. Then, lactate production from 50 g of glucose was estimated using selected strains in pH-stat culture. At the first screening, strains M12 and A11 exhibited high lactate productivity when glucose and sucrose as the substrate and strains 2-2 and A11 exhibited high lactate productivity when xylose and starch as the substrate, respectively. In the second screening, strain M12 exhibited lactate recovery of 71.4% in 24 h cultivation when the medium maintained at pH 9. All the strains produced 100% optical purity of L-lactate. : Soybean residue has disadvantages to be used as the medium. One of the problems is its high viscosity. The viscosity is reduced after degradation by enzymes. The second problem is its susceptibility to corrosion. During the enzymatic treatment process, soybean residue is kept at acidic conditions that suppress growths of contaminated microorganisms. Therefore, rice straw that has little protein is added to the soybean residue medium. Since lignin is an inhibitor of the fermentation, lignin was removed from rice straw by heat treatment. The cellulose fiber is hydrolyzed to glucose by enzymes; 165 g/L glucose was obtained. In the unsterilized alkaline medium consists of the treated soybean residue and rice straw, an alkalitolerant lactic acid produced 120 g/L L-lactate after 3 days at 30 -C. As the result, 120 g L-lactate is obtained from 120 g soybean residue (wet weight) and 250 g rice straw. : Energy-saving recovery method of lactic acid from fermentation broth and manufacturing method of lactic acid ester were investigated. When aqueous ammonia is used as a neutralizing agent, esterifiaction to butyl lactate by n-butanol is of advantage to purification of lactic acid. Reflux of a fermentation broth in the presence of n-butanol allows butyl lactate formation as well as ammonia recovery. Further, water can be easily removed as an azeotropic mixture with n-butanol.
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