半連続培養によるリグノセルロース糖化酵素の長期安定生産システム

要約

新たなリグノセルロース糖化酵素生産システムでは、可溶性糖液原料の流加様式及び培養液量を適切に管理しつつ酵素生産糸状菌の半連続培養を行うことにより、組成を制御した糖化酵素の高効率・長期安定生産を可能とする。

• キーワード:リグノセルロース、セルラーゼ、酵素生産、半連続培養、バイオエタノール
• 担当:バイオマス利用・エタノール変換技術
• 代表連絡先:電話 029-838-7991
• 研究所名:食品総合研究所・食品素材科学研究領域
• 分類:研究成果情報

背景・ねらい

セルロース系バイオマス原料からのバイオエタノール生産の実用化のためには、リグノセルロース糖化酵素の製造コストを大幅に低減する必要があり、酵素組成の制御、高い酵素生産効率、長期安定生産等が重要となる。これまでのグルコース等の可溶性糖質混合液を連続的に添加しつつ培養を行う可溶性炭素源連続フィード培養技術は、酵素組成を制御した糖化酵素の高効率生産が可能となる一方で、長期安定生産系の確立が課題となっている。そこで本技術を軸として、高効率かつ長期安定生産が可能な糖化酵素生産システムを開発する。

成果の内容・特徴

• 可溶性糖質混合液を原料とした酵素生産培養系において、糖液流加様式及び培養液量を適切に管理しつつ酵素生産糸状菌の半連続培養を行うことで、糖化酵素を長期間安定的に生産・供給するシステムである(図1)。本システムでは、Trichoderma reesei M2-1株等のグルコース存在下でもセルラーゼ生産が可能な変異株を酵素生産糸状菌として用い、単位期間毎に糖液流加による増量分を抜き取ることで培養液量を管理する。本酵素生産システムにより、生産酵素の組成制御並びに高効率・長期安定生産が可能となり、培養槽や生産酵素保管設備などの縮小に繋がる。
• 初期液量3Lの培地に対して、糖質混合液(10%グルコース+2.0%セロビオース)を供給速度450-500 mL/日(54-60 g炭素源/日)で連続供給し、1日毎に450-500 mLの培養液排出を行う。本条件で変異株M2-1の半連続培養を実施する場合、培養7日目以降にタンパク質濃度・セルラーゼ濃度等がほぼ一定となり、安定的な半連続生産期間に達する。半連続生産期間中のタンパク質濃度は40?50 g/Lであり、投入炭素源あたりのセルロース分解酵素生産効率は270-310 FPU(濾紙分解活性)/g-炭素源となる(図2)。
• 4種類の糖質混合液(4.6%グルコース+3.0%キシロース+0.4%アラビノース+4.0%セロビオース)を供給糖液とし、2.と同等の条件で半連続培養を行う場合、半連続生産期間中の投入炭素源あたりのセルロース分解酵素生産効率は220-260 FPU/g-炭素源であり、グルコース/セロビオースを用いた場合と比較して若干低い一方で、生産酵素中のヘミセルロース分解酵素活性は約3?14倍に向上する(表1)。

成果の活用面・留意点

• 本法により長期安定製造が可能となる糖化酵素は、リグノセルロース原料からのバイオエタノール製造のみならず、他の有価物製造に必要な糖液を供給する際にも活用可能である。
• 半連続培養における可溶性糖液としては、セルロース系バイオマス糖化物等の低コスト・低純度の糖液の利用も可能と推察される。ただし、このような低純度の糖液の利用時には、夾雑成分が長期培養に及ぼす影響を詳細に検討する必要がある。

具体的データ

その他

• 中課題名:セルロース系バイオマスエタノール変換の高効率・簡易化技術の開発
• 中課題整理番号:220c0
• 予算区分:交付金、委託プロ(バイオマス)、競争的資金(SIPリグニン)
• 研究期間:2011～2015年度
• 研究担当者:池正和、徳安健
• 発表論文等:Ike et al. (2013) Biosci. Biotechnol. Biochem. 77:161-166