微生物菌体触媒による廃油からの環境調和型バイオディーゼル燃料生産プロセスの開発

利用微生物细胞催化剂开发废油环保生物柴油燃料生产工艺

• 批准号: 02J09449
• 负责人: 海江田 優
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J09449/
• 关键词: Rhizopus oryzae; リパーゼ; バイオディーゼル; メタノリシス; Aspergillus; Rhizopus

固定化菌体触媒の大量調整を行うため、糸状菌Rhizopus oryzaeのエアリフト型バイオリアクターによる微生物保持粒子への固定化培養を行った。その結果、フラスコ培養と比較して、半分以下の培養時間で同程度の固定化菌体重量(約7mg/BSP)とメタノリシス活性を持つ固定化菌体が得られた。通気攪拌が糸状菌の増殖に好影響を与え、増殖と連動してリパーゼの生産量も増大したためと考えられる。また、エアリフト培養菌体はバッチ反応における繰り返し利用に対しても、フラスコ培養菌体より高い耐性を示した。これは培養時間の短縮により細胞膜の不飽和化が抑制され、その結果メタノールやメチルエステルのようなリパーゼ失活を引き起こす物質の透過性が下がったためと示唆された。Packed bed reactorでは反応混合液であるトリグリセリドと水が分離しうまくいかなかったため、バッチ反応での繰り返し反応を検討した。繰り返し初期は80%以上のメチルエステル含有率を達成したが、20回以上の繰り返しにより60%程度に減少した。反応液を分析したところ、繰り返し回数が増加するほど、2-モノグリセリドの蓄積が顕著となることが明らかとなった。しかし、2-モノグリセリドは1-モノグリセリドに熱エネルギーによって異性化することが知られている。この異性化速度は繰り返し回数には影響されないはずであるから、リパーゼがその異性化を触媒し、徐々にその触媒能が減少していったと考えられる。その結果、2-モノグリセリドが蓄積し、メチルエステル含有率の減少の一因になったと推察された。さらに高いメチルエステル含有率を得るため、過剰量のメタノールを添加した二段階反応を検討した。この場合、15回以上に渡り80%以上のメチルエステル含有率を達成した繰り返し反応が可能であり、バイオディーゼル燃料生産に極めて有効であると期待される。

为了制备大量的固定化细菌细胞催化剂，我们使用气升式生物反应器将丝状真菌米根霉固定化到微生物截留颗粒上。结果，与烧瓶培养相比，在不到一半的培养时间内获得了具有相同固定化细菌重量（约7mg/BSP）和甲醇分解活性的固定化细菌细胞。这被认为是因为通气和搅拌对丝状菌的生长有有利的效果，并且脂肪酶的产生量随着生长而增加。此外，气升式培养的细菌比烧瓶培养的细菌对批量反应中的重复使用表现出更高的抵抗力。这被认为是因为培养时间的缩短抑制了细胞膜的去饱和，导致导致脂肪酶失活的物质（例如甲醇和甲酯）的渗透性降低。由于填充床反应器不能很好地工作，因为反应混合物甘油三酯和水分离，我们考虑在间歇反应中重复该反应。在重复的初始阶段，甲酯含量达到80％或更高，但在重复20次或更多次后，甲酯含量下降至约60％。对反应溶液的分析表明，重复次数越多，积累的2-单甘油酯就越多。然而，已知2-单甘油酯通过热能异构化为1-单甘油酯。由于该异构化率不受重复次数的影响，因此认为脂肪酶催化了异构化，并且其催化能力逐渐下降。结果推测，2-单甘油酯蓄积并导致甲酯含量的降低。为了获得更高的甲酯含量，研究了添加过量甲醇的两步反应。在这种情况下，可以重复反应超过15次以达到80%以上的甲酯含量，并且预计在生产生物柴油燃料方面极其有效。

项目成果

Kazuhiro Ban et al.: "Repeated use of whole-cell bilcatalysts immobilized within biomass support particles for biodiesel fuel production"Journal of Molecular Catalysis B : Enzymatic. 17. 157-165 (2002)

Kazuhiro Ban 等人：“重复使用固定在生物质载体颗粒内的全细胞双催化剂用于生物柴油燃料生产”分子催化杂志 B：酶学。