JP2012095587A - 油脂を含むバイオマスを原料とするメタンガス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酵母ヤロウィア・リポリティカにより油脂を含むバイオマスを前処理し、その処理物をメタン発酵に供することで、油脂を含むバイオマスから効率的にメタンガスを生成する。
【選択図】図1
Description
(1)油脂を含むバイオマスにヤロウィア・リポリティカ(Yarrowia lypolytica)及び/又はそれに由来するリパーゼを接触させて油脂を分解する工程を含む有機酸製造方法。
(2)ヤロウィア・リポリティカがヤロウィア・リポリティカSG-3株(FERM P-21964)又はその変異株である、(1)に記載の方法。
(3)好気的環境下で行なう、(1)又は(2)に記載の方法。
(4)20℃〜35℃及びpH5.5〜pH8.0の環境下で行なう、(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(5)油脂が動物性油脂及び/又は植物性油脂である、(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6)油脂を含むバイオマスからメタンガスを製造する方法であって、(1)〜(5)のいずれかに記載の方法により前記バイオマスから有機酸を生成する有機酸生成工程、及びメタン生成菌により有機酸生成工程後の油脂分解処理物をメタン発酵するメタン発酵工程を含む前記方法。
(7)メタン発酵工程後に得られるバイオガスから硫黄成分を除く脱硫工程をさらに含む、前記(6)に記載の方法。
(8)ヤロウィア・リポリティカを含む油脂分解槽を備えた有機酸製造装置。
(9)ヤロウィア・リポリティカがヤロウィア・リポリティカ SG-3 (FERM P-21964)である、前記(8)に記載の有機酸製造装置。
(10)前記(8)又は(9)に記載の有機酸製造装置、メタン生成菌を含み、油脂分解処理物をメタン発酵するメタン発酵槽、及び発生したバイオガスを貯留するバイオガス貯留槽を備えたメタンガス製造システム。
(11)バイオガスから硫黄成分を除去する脱硫装置をさらに備えた、前記(10)に記載のシステム。
(12)油脂を有機酸に分解する活性を有する酵母ヤロウィア・リポリティカ。
(13)ヤロウィア・リポリティカ SG-3 (FERM P-21964)である、前記(12)に記載のヤロウィア・リポリティカ。
(14)ヤロウィア・リポリティカ由来のリパーゼを有効成分とする油脂分解剤。
(15)ヤロウィア・リポリティカがヤロウィア・リポリティカSG-3(FERM P-21964)である、前記(14)に記載の油脂分解剤。
本発明の第1の実施形態は、油脂分解工程を含む有機酸製造方法である。
本発明の第2の実施形態は、有機酸製造装置である。本実施形態の製造装置は、ヤロウィア・リポリティカ等により油脂を分解する油脂分解槽を備えることを特徴とする。本実施形態の有機酸製造装置では、前記実施形態1の有機酸製造方法を利用することができる。したがって、ここでは、本実施形態に特徴的な構成について以下で説明をする。
本発明の第3の実施形態は、メタン生成菌の作用により油脂バイオマスからメタンガスを製造する方法である。メタン生成菌は、油脂バイオマスを基質とした場合、含有する油脂をエネルギー源として資化することがほとんどできない。また、油脂バイオマス中に油脂が高濃度に存在する場合にはメタン発酵そのものが阻害され得る。本実施形態は、有機酸生成工程において、油脂バイオマス中の油脂をメタン生成菌が資化可能な有機酸にまで分解する前処理を行なうことで、油脂バイオマスから効率的にメタンガスを生産することを特徴とする。
「有機酸生成工程」(0101)とは、実施形態1に記載の有機酸製造方法を用いて、油脂バイオマスから有機酸を生成する工程をいう。前述のように、後述するメタン発酵工程で用いるメタン生成菌は、油脂を十分に資化することができないことから、油脂バイオマスは、従来、メタン発酵の原料としては好ましくなかった。本工程では、油脂バイオマスを実施形態1の方法で前処理することで、油脂バイオマス中の油脂をメタン生成菌が容易に資化できる有機酸レベルにまで分解する。
本工程は、実施形態1の方法に準じて行なえばよい。
「メタン発酵工程」(0102)とは、メタン生成菌を用いて前記有機酸生成工程を経た油脂分解処理物を原料としてメタン発酵を行なう工程をいう。本工程では、メタン生成菌が前記有機酸生成工程処理後の油脂バイオマスを基質として、メタン発酵によりメタンガスを生成する。
「脱硫工程」(0103)とは、メタン発酵工程(0102)後に得られるバイオガスから硫黄成分を除去する工程をいう。
本発明の第4の実施形態は、メタンガス製造システムである。図2に本実施形態の構成を示す。この図で示すように、本実施形態のメタンガス製造システムは、有機酸製造装置(0201)、メタン発酵槽(0202)及びバイオガス貯留槽(0203)を含み、さらに任意で、脱硫装置(0204)を含むことができる。以下、それぞれの構成要素について説明をする。
本実施形態の有機酸製造装置(0201)は、前記実施形態2で説明した有機酸製造装置またはそれに準じた構成を有する装置を利用することができる。詳細な構成については、前記実施形態2を参照すればよく、ここではその具体的な説明を省略する。
「メタン発酵槽」(0202)とは、メタン生成菌の働きにより油脂分解処理物を嫌気的環境下でメタン発酵させる槽である。メタン発酵槽でのメタン発酵方法は、前記実施形態3のメタン発酵工程(0102)に準ずる。
「バイオガス貯留槽」(0203)とは、メタン発酵槽(0202)で発生したメタンガスを主成分とするバイオガスを回収し、貯留する槽である。
「脱硫装置」(0204)とは、前記バイオガスから硫黄成分を除く装置である。脱硫装置における脱硫方法は、前記実施形態3の脱硫工程(0104)に準ずる。脱硫装置は、通常、メタン発酵槽とバイオガス貯留槽間に設置するが、バイオガス貯留槽からのガス取出口に設置することもできる。脱硫装置の構造等は、公知の脱硫装置を利用すればよい。
油脂を効率的に有機酸に分解できる微生物を分離するため、ラード10g、2% プライサーフ2mL、蒸留水750mLを混合し、ホモジナイザーで、2,000〜10,000rpmまで徐々に回転数を上げながら、5〜20分間撹拌した。撹拌後、1Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.9)を10mL添加し、オートクレーブで滅菌した。また、別容器に寒天15gを蒸留水250mLに加え、オートクレーブで滅菌した。これら2液を混合したものをラードエマルジョンとして用いた。寒天を1.5%の濃度で加えたNutrient Broth(NB)平板培地に、上記ラードエマルジョンを重層した検定用平板培地を作製した。微生物源を含む培養液100μLをこれに塗布し、コロニー周囲に透明帯ができたものを油脂分解菌として単離した。単離した菌株は、20%グリセロールを含む生理食塩水中に懸濁後、-80℃で凍結保存した。
実施形態1の製造方法を用いて、油脂バイオマスを原料とした有機酸の生成効率について、従来方法との比較を行なった。
500mL容量のフラスコに入れた50mLの培地(5g/Lポリペプトン、0.5 g/L KH2PO4、0.5 g/L MgSO4・7H2O、0.01g/L 塩酸チアミン水和物)に、NB平板培地で培養したヤロウィア・リポリティカSG-3を2白金耳分植菌し、さらに油脂バイオマスとして植物油2.0gを添加した後に、30℃、200rpmで7日間振盪培養した。
有機酸生成濃度は、ヤロウィア・リポリティカSG-3株を用いたときが、クエン酸:2.0%及びイソクエン酸:0.8%であったのに対して、シュードモナスを用いたときは、2-ケトグルタル酸:0.6%のみであった。
実施形態3の製造方法を用いて、油脂バイオマスを原料としたメタンガスの生成効率について、従来方法との比較を行なった。
実施例1と同様に、500mL容量のフラスコに入れた50mLの培地(5g/Lポリペプトン、0.5 g/L KH2PO4、0.5 g/L MgSO4・7H2O、0.01g/L 塩酸チアミン水和物)に、NB平板培地で培養したヤロウィア・リポリティカSG-3を2白金耳分植菌し、さらに油脂バイオマスとして植物油2.0gを添加した後に、30℃、200rpmで7日間振盪培養した。pH調整用には、指示薬であるブロモクレゾールパープルを0.02%になるように培地に添加し、培養中に30% Na2CO3を適宜加え、pHを中性付近に保った。7日後遠心分離にて菌体を除いた上清をメタン発酵試験に供した(有機酸生成工程)。
同様の方法でヤロウィア・リポリティカSG-3株を植菌しないものから得られた上清でメタン発酵試験を実施した。
図3に結果を示す。この図で示すように、ヤロウィア・リポリティカSG-3株でバイオマス(植物油)を前処理した場合には、処理しない場合と比較して2倍以上のメタン生産効率を上げることができた。
Claims (15)
- 油脂を含むバイオマスにヤロウィア・リポリティカ(Yarrowia lypolytica)及び/又はそれに由来するリパーゼを接触させて油脂を分解する工程を含む有機酸製造方法。
- ヤロウィア・リポリティカがヤロウィア・リポリティカSG-3株(FERM P-21964)又はその変異株である、請求項1に記載の方法。
- 好気的環境下で行なう、請求項1又は2に記載の方法。
- 20℃〜35℃及びpH5.5〜pH8.0の環境下で行なう、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 油脂が動物性油脂及び/又は植物性油脂である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 油脂を含むバイオマスからメタンガスを製造する方法であって、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法により前記バイオマスから有機酸を生成する有機酸生成工程、及び
メタン生成菌により有機酸生成工程後の油脂分解処理物をメタン発酵するメタン発酵工程
を含む前記方法。 - メタン発酵工程後に得られるバイオガスから硫黄成分を除く脱硫工程をさらに含む、請求項6に記載の方法。
- ヤロウィア・リポリティカを含む油脂分解槽を備えた有機酸製造装置。
- ヤロウィア・リポリティカがヤロウィア・リポリティカ SG-3 (FERM P-21964)である、請求項8に記載の有機酸製造装置。
- 請求項8又は9に記載の有機酸製造装置、
メタン生成菌を含み、油脂分解処理物をメタン発酵するメタン発酵槽、及び
発生したバイオガスを貯留するバイオガス貯留槽
を備えたメタンガス製造システム。 - バイオガスから硫黄成分を除去する脱硫装置をさらに備えた、請求項10に記載のシステム。
- 油脂を有機酸に分解する活性を有する酵母ヤロウィア・リポリティカ。
- ヤロウィア・リポリティカ SG-3 (FERM P-21964)である、請求項12に記載のヤロウィア・リポリティカ。
- ヤロウィア・リポリティカ由来のリパーゼを有効成分とする油脂分解剤。
- ヤロウィア・リポリティカがヤロウィア・リポリティカSG-3(FERM P-21964)である、請求項14に記載の油脂分解剤。
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