JP2013094153A - Additive for producing hydrogen and method for producing hydrogen using the same - Google Patents
Additive for producing hydrogen and method for producing hydrogen using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013094153A JP2013094153A JP2011242726A JP2011242726A JP2013094153A JP 2013094153 A JP2013094153 A JP 2013094153A JP 2011242726 A JP2011242726 A JP 2011242726A JP 2011242726 A JP2011242726 A JP 2011242726A JP 2013094153 A JP2013094153 A JP 2013094153A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- mel
- additive
- glycolipid
- producing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本願発明は、微生物群を用いて水素を生産する方法に関し、特に微生物群を用いた嫌気性発酵によるバイオガスの生産において水素の生産をする方法に関する。 The present invention relates to a method for producing hydrogen using a microorganism group, and more particularly to a method for producing hydrogen in biogas production by anaerobic fermentation using a microorganism group.
微生物群を用いた嫌気性発酵によるバイオガスの生産においては、水素を生産する水素生成細菌と、発生した水素を消費するメタン生成菌を含む水素資化細菌が併存しており、このことが微生物群を用いた水素の生産が市場に浸透しない要因となっていた。そこで、微生物群を用いて水素を生産する方法に関して水素の生産量を増加させるために種々の技術が開示されている。 In the production of biogas by anaerobic fermentation using microorganisms, hydrogen-producing bacteria that produce hydrogen and hydrogen-utilizing bacteria including methanogens that consume the generated hydrogen coexist. Hydrogen production using swarms was a factor that did not penetrate the market. Accordingly, various techniques have been disclosed for increasing hydrogen production with respect to a method for producing hydrogen using a microorganism group.
例えば、メタン発酵微生物群が流動可能に保持された嫌気性バイオリアクターに、有機性基質を前記微生物中の水素生成微生物の増殖時間より長く且つ前記微生物群中の水素消費微生物の増殖時間より短い水理学的滞留時間に亘り滞留させつつ通過させ、前記有機性基質の通過に抗してバイオリアクター中で増殖する微生物群により水素を生産してなる微生物群による水素生産方法が開示されている（特許文献１参照）。 For example, in an anaerobic bioreactor in which a methane-fermenting microorganism group is flowably retained, an organic substrate is added to water that is longer than the growth time of hydrogen-producing microorganisms in the microorganism and shorter than the growth time of hydrogen-consuming microorganisms in the microorganism group. A method for producing hydrogen by a microorganism group is disclosed in which hydrogen is produced by a microorganism group that is allowed to pass through the residence for a physical residence time and is propagated in a bioreactor against the passage of the organic substrate (patent). Reference 1).
また、有機物を原料として５０〜９０℃の加熱処理を施した後、水素生成菌により原料を水素発酵して水素及び二酸化炭素を主成分とするバイオガスを発生させるという微生物を用いた水素製造方法が開示されている（特許文献２参照）。 In addition, a method for producing hydrogen using microorganisms, in which a raw material is hydrogen-fermented by hydrogen-producing bacteria to generate biogas mainly composed of hydrogen and carbon dioxide after being subjected to a heat treatment at 50 to 90 ° C. using organic matter as the raw material Is disclosed (see Patent Document 2).
また、有機物を原料とし、複合嫌気性微生物群の存在下に、７１℃乃至７９℃の温度範囲において該原料を嫌気条件で加熱することからなる、水素発酵を利用した水素の生産方法が開示されている（特許文献３参照）。 Also disclosed is a method for producing hydrogen using hydrogen fermentation, which comprises heating an organic material as a raw material under anaerobic conditions in a temperature range of 71 ° C. to 79 ° C. in the presence of a complex anaerobic microorganism group. (See Patent Document 3).
特許文献１に開示された技術においては、同一原料の中に水素を生産する水素生成細菌と、発生した水素を消費する水素資化細菌が併存しているが、発酵させていくと水素生成細菌の増殖速度が早く水素資化細菌の増殖速度が遅いことに気づき、水素生産のために同一原料の滞留時間を短縮化したことから、その速度の差の時間のみしか水素を生産できないという問題があり、水素を生産させるためには短時間で原料を入れ替えなければならないという問題があった。
In the technique disclosed in
特許文献２及び特許文献３に開示された技術においては、加熱処理をする工程が不可欠であり、加熱処理するためにエネルギーを使用し、その使用したエネルギーによって、他のエネルギーに使用される水素を生産するということは、エネルギーの収支バランスが悪いという問題があった。
In the techniques disclosed in
したがって、本発明の目的は、短時間で原料を入れ替えるサイクルを繰り返すことなく、加熱処理を加えずに、メタン生成菌を含む水素資化細菌の増殖を抑え水素生成細菌の増殖を阻害しない、微生物群を活用した水素生産方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a microorganism that suppresses the growth of hydrogen-utilizing bacteria including methanogens and does not inhibit the growth of hydrogen-producing bacteria without repeating a cycle of replacing raw materials in a short time, without adding heat treatment It is to provide a hydrogen production method utilizing groups.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、酵母が発酵により生産する糖脂質が、メタン生成菌などの水素資化細菌の増殖を抑制する一方で、水素生成菌の増殖を阻害しないという作用を有することを見出すことにより、本発明を完成するに至った。 As a result of earnest research to achieve the above object, the inventors of the present invention have shown that the glycolipid produced by yeast suppresses the growth of hydrogen-utilizing bacteria such as methanogens while the growth of hydrogen-producing bacteria. The present invention has been completed by finding out that it has the effect of not inhibiting.
「発明が解決しようとする課題」に記載した課題を解決するために、請求項１に記載の水素生産用の添加剤の発明は、微生物群を用いた水素生産用の添加剤であって、水素生成細菌の活性を維持し、水素資化細菌の活性を抑制する糖脂質、又は糖脂質含有酵母発酵液を含むことを特徴とする。
In order to solve the problem described in “Problems to be Solved by the Invention”, the invention for an additive for hydrogen production according to
請求項２に記載の微生物群を用いた水素生産用の添加剤の発明は、請求項１において、前記糖脂質が、マンノシルエリスリトールリピッド（Ｍａｎｎｏｓｙｌ Ｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ Ｌｉｐｉｄ、ＭＥＬ）及び／又はマンノシルマンニトールリピッド（Ｍａｎｎｏｓｙｌ Ｍａｎｎｉｔｏｌ Ｌｉｐｉｄ、ＭＭＬ）であることを特徴とする。
The invention for an additive for producing hydrogen using the microorganism group according to
請求項３に記載の微生物群を用いた水素生産用の添加剤の発明は、請求項１又は２において、前記マンノシルエリスリトールリピッド及びマンノシルマンニトールリピッドが、シュードジーマ（Pseudzyma）属及び／又はクルツマノミセス（Kurtzmanomyces）属に属する酵母から得られることを特徴とする。
The invention for an additive for producing hydrogen using the microorganism group according to
請求項４に記載の微生物群を用いた水素生産用の添加剤の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記水素資化細菌がメタン生成細菌であることを特徴とする。
The invention for an additive for producing hydrogen using the microorganism group according to
請求項５に記載の微生物群を用いた水素生産用の添加剤の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記添加剤が、嫌気性発酵槽用又は微生物燃料電池用の水素生産用の添加剤であることを特徴とする。
The invention for an additive for hydrogen production using a microorganism group according to
請求項６に記載の水素生産方法の発明は、有機物を供給したメタン発酵嫌気性発酵槽内に、又は、微生物燃料電池に、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の添加剤を加え、水素生成細菌の活性を維持したまま、一方メタン生成細菌を含む水素資化細菌の活性を抑制することを特徴とする。
The invention of the hydrogen production method according to
請求項７に記載の水素生産方法の発明は、請求項６において、水素生産用の前記添加剤の濃度を、前記添加剤を含んだ溶液全量に対して５０〜５００，０００ｍｇ／Ｌの濃度に設定することを特徴とする。
An invention of a hydrogen production method according to
請求項１乃至５のいずれかに記載の発明は、バイオマスを原料にした水素発酵を行う場合において、水素資化細菌が活性化する前に水素生成を止めることなく、また加熱により水素資化細菌を不活性化させることなく、水素を生成する水素生成細菌の活性を維持し、発生した水素を消費するメタン生成菌を含む水素資化細菌の活性を抑制させることができるという効果を奏する。
In the invention according to any one of
したがって、水素資化細菌の活性化によって水素生成細菌が生成した水素は使用されることなく、水素生成細菌が生成した水素を略全量供給することができ結果として水素の生産量の増加という効果を奏する。 Therefore, the hydrogen produced by the hydrogen-producing bacteria due to the activation of the hydrogen-utilizing bacteria is not used, and almost all of the hydrogen produced by the hydrogen-producing bacteria can be supplied, resulting in an increase in hydrogen production. Play.
また、加熱を実施しないので、エネルギーを投入することなく、新たなエネルギー源となる水素を生産することができることから、エネルギーの収支バランスがよいという効果を奏する。 In addition, since heating is not performed, hydrogen serving as a new energy source can be produced without input of energy, so that the balance of energy balance is good.
請求項６又は７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかの発明と同じ効果を奏する。さらに、嫌気性発酵槽で水素を生成する場合又は微生物燃料電池用として水素を生成する場合に使用できるという効果を奏する。
The invention according to
本願発明の水素生産用の添加剤は、微生物群を用いた水素生産用の添加剤であって、水素生成細菌の活性を維持し、水素資化細菌の活性を抑制する糖脂質、又は糖脂質含有酵母発酵液を含む添加剤である。 The additive for hydrogen production according to the present invention is an additive for hydrogen production using a microorganism group, and maintains the activity of hydrogen-producing bacteria and suppresses the activity of hydrogen-assimilating bacteria, or glycolipids It is an additive containing a containing yeast fermentation broth.
前記水素生成細菌としては、Clostridium属、Thermoanaerobium属、Enterbacter属、Ruminococcus属、Sarcina属、Syntrophobacter属、及びSyntrophomonas属などの細菌が挙げられる。 Examples of the hydrogen-producing bacteria include bacteria such as Clostridium, Thermoanaerobium, Enterbacter, Ruminococcus, Sarcina, Syntrophobacter, and Syntrophomonas.
また、水素資化細菌としては、水素と二酸化炭素から酢酸を生成する細菌（ホモ酢酸生成細菌）として、Acetobacterium属、Acetogenum属、Acetoanaerobium属、Acetonema属、Acetomaculum属、Clostridium属及びSporomusa属等が挙げられ、水素と二酸化炭素からメタンを生成する細菌（メタン生成細菌）として、Methanobacterium属、Methanococcus属、Methanomicrobium属、Methanosarcina属、及びMethanopyrus属などの細菌が挙げられる。 Examples of hydrogen-utilizing bacteria include bacteria that produce acetic acid from hydrogen and carbon dioxide (homoacetic acid-producing bacteria), such as Acetobacterium, Acetogenum, Acetoanaerobium, Acetonema, Acetomaculum, Clostridium, and Sporomusa. Examples of bacteria that produce methane from hydrogen and carbon dioxide (methane producing bacteria) include bacteria such as Methanobacterium genus, Methanococcus genus, Methanomicrobium genus, Methanosarcina genus, and Methanopyrus genus.
前記糖脂質としては、天然系の界面活性剤のうち微生物が生産するものであるバイオサーファクタントの中で糖脂質型のものをいい、構造的に糖を含み、細菌や酵母のような種々の微生物によって生産される。前記糖脂質型にはラムノリピッド、トレハロースリピッド、ソホロリピッド、マンノシルエリスリトールリピッド、マンノシルマンニトールリピッドなどがある。 The glycolipid refers to a glycolipid type among biosurfactants that are produced by microorganisms among natural surfactants, structurally contain sugars, and various microorganisms such as bacteria and yeasts. Produced by. Examples of the glycolipid type include rhamnolipid, trehalose lipid, sophorolipid, mannosylerythritol lipid, mannosylmannitol lipid and the like.
前記糖脂質のうち、前記マンノシルエリスリトールリピッド又はマンノシルマンニトールリピッドが、グラム陽性細菌類に対し抗菌作用を有すること（オレオサイエンス（２００１）、１（１）、１７−３１参照）や、植物病害の原因となる微生物に対する抗菌作用（特開２０１０−２１５５９３号公報参照）は知られていたが、水素生成を行う微生物の活性を維持したまま、メタン生成を行う微生物の抑制を行う作用を有し水素生産に有用であることは、従来全く知られておらず、本発明者らによる新たな知見である。 Among the glycolipids, the mannosyl erythritol lipid or mannosyl mannitol lipid has an antibacterial action against Gram-positive bacteria (refer to Oreoscience (2001), 1 (1), 17-31), and causes of plant diseases. Antibacterial action against microorganisms (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-215593) has been known, but has the action of suppressing microorganisms that produce methane while maintaining the activity of microorganisms that produce hydrogen. It is not known at all to be useful for this, and is a new finding by the present inventors.
前記マンノシルエリスリトールリピッドは、下記式（１）で表される化合物である。 The mannosyl erythritol lipid is a compound represented by the following formula (1).
式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立する炭素数６〜２０の脂肪属アシル基であり、前記脂肪属アシル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよく、飽和状であっても不飽和状であってもよい。また、Ｒ３及びＲ４は、一方がアセチル基で他方が水素であるか、両方がアセチル基又は水素である。
In the formula,
Ｒ３及びＲ４がともにアセチル基であるものはＭＥＬ−Ａ、Ｒ３が水素でありＲ４がアセチル基であるものはＭＥＬ−Ｂ、Ｒ３がアセチル基でありＲ４が水素であるものはＭＥＬ−Ｃ、Ｒ３及びＲ４がともに水素であるものはＭＥＬ−Ｄと呼ばれる。 When R3 and R4 are both acetyl groups, MEL-A, when R3 is hydrogen and R4 is acetyl group, MEL-B, when R3 is acetyl group and R4 is hydrogen, MEL-C, R3 And R4 are both hydrogen is called MEL-D.
前記マンノシルマンニトールリピッドは、下記式（２）で表される化合物である。 The mannosyl mannitol lipid is a compound represented by the following formula (2).
式中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立する炭素数６〜２０の脂肪属アシル基であり、前記脂肪属アシル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよく、飽和状であっても不飽和状であってもよい。また、Ｒ３及びＲ４は、一方がアセチル基で他方が水素であるか、両方がアセチル基又は水素である。
In the formula,
Ｒ３及びＲ４がともにアセチル基であるものはＭＭＬ−Ａ、Ｒ３が水素でありＲ４がアセチル基であるものはＭＭＬ−Ｂ、Ｒ３がアセチル基でありＲ４が水素であるものはＭＭＬ−Ｃ、Ｒ３及びＲ４がともに水素であるものはＭＭＬ−Ｄと呼ばれる。 When R3 and R4 are both acetyl groups, MML-A, when R3 is hydrogen and R4 is acetyl group, MML-B, when R3 is acetyl group and R4 is hydrogen, MML-C, R3 And R4 are both hydrogen is called MML-D.
前記マンノシルエリスリトールリピッド又はマンノシルマンニトールリピッドは、酵母により生産される。前記酵母により生産される糖脂質は、酵母発酵液中に含まれる。以下、糖脂質含有酵母発酵液の説明と合わせて、酵母が生産する糖脂質についても説明する。 The mannosyl erythritol lipid or mannosyl mannitol lipid is produced by yeast. The glycolipid produced by the yeast is contained in the yeast fermentation broth. Hereinafter, the glycolipid produced by yeast will be described together with the description of the glycolipid-containing yeast fermentation broth.
前記糖脂質含有酵母発酵液の製造方法としては、特に制限はなく、公知の糖脂質生産酵母を用いた発酵方法を任意に選択することができる。 There is no restriction | limiting in particular as a manufacturing method of the said glycolipid containing yeast fermentation liquid, The fermentation method using well-known glycolipid production yeast can be selected arbitrarily.
前記糖脂質生産酵母としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、シュードジーマ属（Pseudozyma）、キャンディダ属（Candida）、クルツマノマイセス属（Kurtzmanomyces）、ウスティラゴ属（Ustilago）に属する酵母が好ましく、特にはシュードジーマ属（Pseudozyma）に属する酵母がより好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as said glycolipid production yeast, Although it can select suitably according to the objective, Pseudozyma (Pseudozyma), Candida (Candida), Kurtzmanomyces (Kurtzmanomyces), Ustirago Yeast belonging to (Ustilago) is preferable, and yeast belonging to the genus Pseudozyma is particularly preferable.
前記シュードジーマ属の酵母としては、例えば、シュードジーマ アフィディス（P.aphidis） ＪＣＭ１０３１８株、シュードジーマ ツクバエンシス（P.tsukubaensis） ＴＭ−１８１株（独立行政法人製品評価技術基盤機構（ＮＩＴＥ） 特許微生物寄託センター（以下、「ＮＰＭＤ」と称することがある。）、受託番号 ＮＩＴＥ Ｐ−５３０）、シュードジーマ（P.sp.）ＴＭ−４５３株（独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター（以下、「ＩＰＯＤ」と称することがある。）、受託番号 ＦＥＲＭ Ｐ−１９３３９）などが挙げられる。 Examples of the yeast belonging to the genus Pseudozima include P. aphidis JCM10318 strain, P. tsukubaensis TM-181 strain (National Institute of Technology and Evaluation (NITE) Patent Microorganism Deposits) Center (hereinafter sometimes referred to as “NPMD”), accession number NITE P-530), Pseudoshima (P.sp.) TM-453 strain (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center) , Sometimes referred to as “IPOD”.), Accession number FERM P-19339).
その他、前記キャンディダ属の酵母としては、例えば、キャンディダ アンタークチカ（C.antarctica）などが挙げられる。前記クルツマノマイセス属酵母としては、例えば、クルツマノマイセス（K.sp.） Ｉ−１１（ＩＰＯＤ：受託番号 ＦＥＲＭ Ｐ−１８１２６）などが挙げられる。前記ウスティラゴ属の酵母としては、例えば、ウスチラゴ ヌーダ（U.nuda）などが挙げられる。 Other examples of the yeast belonging to the genus Candida include C. antarctica. Examples of the yeast belonging to the genus Kurzumanomyces include Kurtmanomyces (K.sp.) I-11 (IPOD: accession number FERM P-18126). Examples of the yeast of the genus Ustyago include Ustyago nouda (U.nuda).
これらの酵母の培養により、容易に糖脂質を得ることができる。 Glycolipids can be easily obtained by culturing these yeasts.
前記糖脂質生産酵母の培養に用いる炭素源、窒素源、無機塩類などの培地成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記糖脂質生産酵母の培地としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すること
ができ、例えば、グルコース、スクロース等の炭素源、酵母エキス、ペプトン、コーンスティープリカー、硝酸アンモニウム等の窒素源、リン酸２水素カリウム、硫酸マグネシウム等の無機塩類からなる酵母に対して一般に用いられる培地を用いることができる。このような培地としては、例えば、ＹＰＤ培地（イーストエクストラクト１０ｇ、ポリペプトン２０ｇ、及びグルコース２０ｇ、水１Ｌ）を使用することができる。前記培地は、油脂類が好ましく、さらには植物性油脂類を添加したものを使用することがより好ましい。前記培地中のｐＨ、溶存酸素や培養温度等の培養条件、培養時間などは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
Medium components such as a carbon source, a nitrogen source, and inorganic salts used for culturing the glycolipid-producing yeast are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. The medium for the glycolipid-producing yeast is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include carbon sources such as glucose and sucrose, nitrogen sources such as yeast extract, peptone, corn steep liquor, and ammonium nitrate. A culture medium generally used for yeast composed of inorganic salts such as potassium dihydrogen phosphate and magnesium sulfate can be used. As such a medium, for example, a YPD medium (yeast extract 10 g, polypeptone 20 g, glucose 20 g, and water 1 L) can be used. The medium is preferably fats and oils, and more preferably added with vegetable oils and fats. The culture conditions such as pH, dissolved oxygen and culture temperature, and culture time in the medium are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.
前記植物油脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができ、例えば、大豆油、菜種油、コーン油、ピーナッツ油、アマニ油、綿実油、ベニバナ油、ゴマ油、オリーブ油、パーム油などが挙げられ、これらの中でも、アマニ油、大豆油、菜種油が糖脂質の生産効率（生産量、生産速度、及び収率）を向上させることができる点で特に好ましい。これらは、１種を単独で、又は２種以上を併用しても構わない。なお、植物油脂としては、てんぷらを製造した後の食品廃油なども利用可能である。 The vegetable oil and fat is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, soybean oil, rapeseed oil, corn oil, peanut oil, linseed oil, cottonseed oil, safflower oil, sesame oil, olive oil, palm oil, etc. Among these, flaxseed oil, soybean oil, and rapeseed oil are particularly preferable in that the production efficiency (production amount, production rate, and yield) of glycolipid can be improved. These may be used alone or in combination of two or more. In addition, as vegetable fats and oils, the waste food oil etc. after manufacturing tempura can also be utilized.
前記糖脂質含有酵母発酵液は、そのままでも水素生産用の添加剤に使用することができるが、濃縮液又はその乾燥物としたものの方が利用しやすい。発酵液の乾燥物を得るにあたっては、常法を利用することができ、また、吸湿性を改善するためにデキストリン、シクロデキストリン等のキャリアーを添加してもよい。 The glycolipid-containing yeast fermentation broth can be used as it is as an additive for hydrogen production, but a concentrated solution or a dried product thereof is easier to use. In obtaining a dried fermented liquid, a conventional method can be used, and carriers such as dextrin and cyclodextrin may be added to improve hygroscopicity.
また、精製についても、常法を利用することができ、例えば、発酵液の吸着樹脂処理、液液分配処理等、あるいは発酵液を遠心分離して油分を回収し、酢酸エチル等の有機溶媒で抽出濃縮を行うことができる。中でも、前記精製物としては、糖脂質を多く含有するように精製された精製物であることが好ましい。このような精製糖脂質画分は、例えば、前記のようにして得られた糖脂質含有酵母発酵液や、該発酵液の濃縮液、乾燥物などに対して、各種クロマトグラフィー（例えば、商品名：ダイアイオンＨＰ−２０等の樹脂を用いる）、液液分配（例えば、酢酸
エチル、クロロホルム、ヘキサン等の溶媒を用いる）、膜分離等を、単独であるいは組み合わせて行うことにより得ることができる。前記精製糖脂質画分は、未精製の発酵液に比べて糖脂質をより多く含み、そのため、少量で優れた水素生産性を発揮できる点で、有利である。なお、前記精製糖脂質画分は、前記酵母が産生する糖脂質のみからなるものであってもよい。前記糖脂質の中で、優れた水素生産を行う点で、マンノシルエリスリトールリピッド（ＭＥＬ）、及びマンノシルマンニトールリピッド（ＭＭＬ）の少なくともいずれかであることが好ましい。
Also, for purification, conventional methods can be used. For example, an adsorption resin treatment of a fermentation liquid, a liquid-liquid distribution process, or the like, or a fermentation liquid is centrifuged to collect oil, and an organic solvent such as ethyl acetate is used. Extraction and concentration can be performed. Among these, the purified product is preferably a purified product purified to contain a large amount of glycolipid. Such a purified glycolipid fraction can be obtained, for example, by subjecting the glycolipid-containing yeast fermentation liquid obtained as described above, a concentrated liquid of the fermentation liquid, a dried product, and the like to various chromatography (for example, trade names) : Using a resin such as Diaion HP-20), liquid-liquid partitioning (for example, using a solvent such as ethyl acetate, chloroform, hexane, etc.), membrane separation, etc., can be carried out singly or in combination. The purified glycolipid fraction contains a larger amount of glycolipid than the unpurified fermentation broth, and is therefore advantageous in that it can exhibit excellent hydrogen productivity in a small amount. The purified glycolipid fraction may be composed only of glycolipid produced by the yeast. Among the glycolipids, at least one of mannosyl erythritol lipid (MEL) and mannosyl mannitol lipid (MML) is preferable in terms of performing excellent hydrogen production.
以上のようにして得られる前記糖脂質、及び糖脂質含有酵母発酵液を含んだ、水素生産用の添加剤は、水素生成細菌の活性を維持し、水素資化細菌の活性を抑制して高い効率で水素生産を行うことができる。なお、前記水素生産用の添加剤中の前記糖脂質、及び糖脂質含有酵母発酵液の少なくともいずれかの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。また、前記水素生産用の添加剤は、前記糖脂質そのものであってもよいし、前記糖脂質含有酵母発酵液そのものであってもよいし、両者を併用したものであってもよい。また、前記水素生産用の添加剤を使用する際の使用濃度としても、特に制限はない。 The above-mentioned glycolipid obtained as described above and the glycolipid-containing yeast fermentation broth contain an additive for hydrogen production that maintains the activity of hydrogen-producing bacteria and suppresses the activity of hydrogen-utilizing bacteria. Hydrogen production can be performed efficiently. The content of at least one of the glycolipid and the glycolipid-containing yeast fermentation broth in the hydrogen production additive is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. In addition, the additive for hydrogen production may be the glycolipid itself, the glycolipid-containing yeast fermentation solution itself, or a combination of both. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also as a use density | concentration at the time of using the said additive for hydrogen production.
前記水素生産用の添加剤の剤型としては、特に制限はないが、例えば、液剤、水溶剤、粉剤、粒剤、水和剤、乳剤、フロアブル剤、マイクロカプセル剤等とすることができる。 The dosage form of the additive for producing hydrogen is not particularly limited, and examples thereof include a liquid, an aqueous solvent, a powder, a granule, a wettable powder, an emulsion, a flowable, and a microcapsule.
以下、製造例及び試験例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの製造例及び試験例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to production examples and test examples, but the scope of the present invention is not limited to these production examples and test examples.
［製造例］
（１）マンノシルエリスリトールリピッド又はマンノシルマンニトールリピッドの培養
グルコース２０ｇ／Ｌ、酵母エキス１ｇ／Ｌ、硝酸アンモニウム０．５ｇ／Ｌ、リン酸２水素カリウム０．４ｇ／Ｌ、及び硫酸マグネシウム０．２ｇ／Ｌの組成の液体培地４ｍＬが入った試験管にPseudozyma.sp.ＴＭ−４５３株（ＩＰＯＤ、受託番号 ＦＥＲＭ Ｐ−１９３３９）を１白金耳接種し、３０℃で１日間振とう培養を行った。
前記培養したものを同じ組成の培地１００ｍＬの入った坂口フラスコに接種して、３０℃で２日間振とう培養を行った。
更に、これをアマニ油１００ｇ／Ｌ、酵母エキス０．５ｇ／Ｌ、コーンスティープリカー２ｇ／Ｌ、硝酸アンモニウム１ｇ／Ｌ、リン酸２水素カリウム０．４ｇ／Ｌ、及び硫酸マグネシウム０．２ｇ／Ｌの組成の液体培地１．４Ｌが入ったジャーファメンターに接種して、１４％アンモニア溶液を用いて培養液のｐＨを５．３に制御しながら、３０℃で１．５Ｌ／分の通気速度と８００ｒｐｍの攪拌速度で培養を行った。
８日後に培養を終了し、糖脂質濃度が２％の発酵液１．４ｋｇを得た。
[Production example]
(1) Mannosyl erythritol lipid or mannosyl mannitol lipid culture Glucose 20 g / L, yeast extract 1 g / L, ammonium nitrate 0.5 g / L, potassium dihydrogen phosphate 0.4 g / L, and magnesium sulfate 0.2 g / L One platinum loop of Pseudozyma.sp.TM-453 strain (IPOD, accession number FERM P-19339) was inoculated into a test tube containing 4 mL of the liquid medium having the composition, and cultured with shaking at 30 ° C. for 1 day.
The cultured product was inoculated into a Sakaguchi flask containing 100 mL of medium having the same composition, and cultured with shaking at 30 ° C. for 2 days.
Furthermore, this is made of linseed oil 100 g / L, yeast extract 0.5 g / L, corn steep liquor 2 g / L, ammonium nitrate 1 g / L, potassium dihydrogen phosphate 0.4 g / L, and magnesium sulfate 0.2 g / L. Inoculate a jar fermenter containing 1.4 L of liquid medium of composition, and control the pH of the culture solution to 5.3 using a 14% ammonia solution, and an aeration rate of 1.5 L / min at 30 ° C. Culturing was performed at a stirring speed of 800 rpm.
After 8 days, the culture was terminated to obtain 1.4 kg of a fermentation broth having a glycolipid concentration of 2%.
（２）マンノシルマンニトールリピッド及びマンノシルマンニトールリピッドの抽出
上記方法で得られたPseudozyma.sp.ＴＭ−４５３株発酵液１Ｌを、２倍量の酢酸エチル（２Ｌ）を用いて液液分配抽出を行い、酢酸エチル可溶性画分（精製糖脂質画分）２５ｇを得た。この酢酸エチル可溶性画分中の糖脂質含有量は、７５％であった。
上記糖脂質含有量は、前記糖脂質含有量は、前記酢酸エチル可溶性画分をイアトロスキャン（ヤトロン社製）のロッドにチャージして所定の方法により分析した。
前記糖脂質中のマンノシルエリスリトールリピッドの含有量は、６５％であり、マンノシルマンニトールリピッドの含有量は、３５％であった。
(2) Extraction of Mannosyl Mannitol Lipid and Mannosyl Mannitol Lipid 1 L of Pseudozyma.sp. TM-453 fermentation liquid obtained by the above method was subjected to liquid-liquid partition extraction using 2 volumes of ethyl acetate (2 L). 25 g of ethyl acetate soluble fraction (purified glycolipid fraction) was obtained. The glycolipid content in this ethyl acetate soluble fraction was 75%.
The glycolipid content was analyzed by a predetermined method by charging the ethyl acetate soluble fraction to a rod of Iatroscan (manufactured by Yatron).
The content of mannosyl erythritol lipid in the glycolipid was 65%, and the content of mannosyl mannitol lipid was 35%.
（３）マンノシルマンニトールリピッド又はマンノシルマンニトールリピッドの分離精製
上記糖脂質は、等量のクロロホルムに溶解させた。これをシリカゲルクロマトグラフィーにかけ、クロロホルム、クロロホルム： 酢酸エチル溶液（ ４ ： １ ）、アセトン、メタノールの順で溶出させ。各溶出液は、一部をＴ Ｌ Ｃ プレートにチャージし、クロロホルム： メタノール： 水＝ ６ ５ ： １ ５ ： ２ （ 容積比） で展開後、オルシノール硫酸試薬で糖脂質の確認を行った。目的とする糖脂質を含む溶出液については、溶媒を留去した。
(3) Separation and purification of mannosylmannitol lipid or mannosylmannitol lipid The glycolipid was dissolved in an equal amount of chloroform. This was subjected to silica gel chromatography, and eluted with chloroform, chloroform: ethyl acetate solution (4: 1), acetone and methanol in this order. Each eluate was partially charged on a T L C plate and developed with chloroform: methanol: water = 65: 15: 2 (volume ratio), and then glycolipids were confirmed with an orcinol sulfate reagent. About the eluate containing the target glycolipid, the solvent was distilled off.
次に、上記製造例で得られたマンノシルマンニトールリピッド、及び／又は、マンノシルマンニトールリピッドを添加した水素生産試験を行った。 Next, a hydrogen production test in which the mannosyl mannitol lipid obtained in the above production example and / or the mannosyl mannitol lipid was added was performed.
［試験例１］マンノシルエリスリトールリピッド及びマンノシルマンニトールリピッドを添加したメタン発酵用グラニュールを用いた水素発酵試験
（１）試料
微生物には、食品工場で利用されているメタン発酵槽から採取したグラニュール汚泥を、２５ｍＭリン酸バッファー液で洗浄したものを１５mL用いた。基質には、グルコースを試験培養液濃度で３，０００μg/mL用いた。糖脂質には、前記マンノシルエリスリトールリピッドとしてＭＥＬ−Ａ、ＭＥＬ−Ｂ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、及びマンノシルマンニトールリピッドとしてＭＭＬ（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの混合物）を用いた。
[Test Example 1] Hydrogen fermentation test using granule for methane fermentation to which mannosyl erythritol lipid and mannosyl mannitol lipid are added (1) Sample Granule sludge collected from methane fermentation tanks used in food factories Was washed with 25 mM phosphate buffer solution and 15 mL was used. As a substrate, glucose was used at a test culture solution concentration of 3,000 μg / mL. As the glycolipid, MEL-A, MEL-B, MEL-C, MEL-D as the mannosyl erythritol lipid, and MML (mixture of A, B, C, D) as the mannosyl mannitol lipid were used.
試験は、前記糖脂質をＭＥＬ−Ａ、ＭＥＬ−Ｂ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、ＭＭＬの各々１，０００μg/mLとする試験、前記糖脂質をＭＥＬ−Ａ、ＭＥＬ−Ｂ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、ＭＭＬの各々２５０μg/mLとする試験、及びＭＥＬ−Ｂのみで２００μg/mL、１５０μg/mL、１００μg/mL、５０μg/mL、１０μg/mLごとの濃度を評価する試験を実施し、その際に前記糖脂質を添加しない比較例も同時に試験した。 The test is a test in which the glycolipid is 1,000 μg / mL each of MEL-A, MEL-B, MEL-C, MEL-D, and MML, and the glycolipid is MEL-A, MEL-B, MEL-C. , MEL-D, MML, 250 μg / mL, and MEL-B alone, 200 μg / mL, 150 μg / mL, 100 μg / mL, 50 μg / mL, 10 μg / mL In this case, a comparative example in which the glycolipid was not added was also tested at the same time.
（２）培養
培養には、全量１２２ｍＬのバイアル瓶を用いた。ここに、それぞれ規定の濃度になるようにエタノールに溶解させた糖脂質を加え、室温で数時間放置しエタノールを揮発させた。次に、ｐH緩衝剤として炭酸水素ナトリウムを２１ｍｇ加えた。更に上記のグラニュール汚泥１５ｍＬと１％グルコース１５ｍＬを加えたのち、速やかにゴムキャップと金属で栓をし、ヘッドスペースの空気を窒素ガスに置換した。これらを振浸培養器（３５℃、１１０ｒｐｍ）でガスの発生が止まるまで概ね１週間程度培養した。
(2) Culture For the culture, a total of 122 mL vials were used. To this, glycolipids dissolved in ethanol so as to have a prescribed concentration were added, and allowed to stand at room temperature for several hours to volatilize ethanol. Next, 21 mg of sodium bicarbonate was added as a pH buffer. Further, 15 mL of the above granular sludge and 15 mL of 1% glucose were added, and then immediately plugged with a rubber cap and metal, and the air in the head space was replaced with nitrogen gas. These were cultured for about 1 week in a shaker incubator (35 ° C., 110 rpm) until gas generation stopped.
（３）分析
発生したガスは適宜シリンジで採取し量を測定し、組成については水素、メタン、二酸化炭素についてガスクロマトグラフ（ＧＣ８Ａ：（株）島津製作所製）で分析した。総揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）濃度と組成は、試験終了後に有機酸分析用カラム（ＨＰＸ−８７、ＡｍｉｎｅＸ製）を装着した液体クロマトグラフ（ＲＩ−９３０、（株）日本分光製）を用いて測定した。
(3) Analysis The generated gas was appropriately collected by a syringe and the amount thereof was measured, and the composition was analyzed for hydrogen, methane, and carbon dioxide with a gas chromatograph (GC8A: manufactured by Shimadzu Corporation). The total volatile fatty acid (VFA) concentration and composition were measured using a liquid chromatograph (RI-930, manufactured by JASCO Corporation) equipped with an organic acid analysis column (HPX-87, manufactured by AmineX) after completion of the test. did.
（４）ガス分析結果
糖脂質を加えたものと無添加のものについて、最終的なガスの生成量を比較した。糖脂質をＭＥＬ−Ａ、ＭＥＬ−Ｂ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、ＭＭＬの各々１，０００μg/mLとする試験の測定結果を表１に示し、糖脂質をＭＥＬ−Ａ、ＭＥＬ−Ｂ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、ＭＭＬの各々２５０μg/mLとする試験結果を表２に示し、及びＭＥＬ−Ｂのみで２００μg/mL、１５０μg/mL、１００μg/mL、５０μg/mL、１０μg/mLで行った測定結果を表３に示す。
(4) Gas analysis results The final gas production amount was compared between the addition of glycolipid and the addition of no glycolipid. Table 1 shows the measurement results of a test in which the glycolipid is 1,000 μg / mL of MEL-A, MEL-B, MEL-C, MEL-D, and MML, and the glycolipids are MEL-A, MEL-B, The test results for MEL-C, MEL-D, and MML each at 250 μg / mL are shown in Table 2, and MEL-B alone is 200 μg / mL, 150 μg / mL, 100 μg / mL, 50 μg / mL, 10 μg / mL. The measured results are shown in Table 3.
まず、糖脂質をＭＥＬ−Ａ、ＭＥＬ−Ｂ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、ＭＭＬの各々１，０００μg/mLとする試験の測定結果を表１、図１及び図２に示す。 First, Table 1, FIG. 1 and FIG. 2 show the measurement results of tests in which glycolipids are each 1,000 μg / mL of MEL-A, MEL-B, MEL-C, MEL-D, and MML.
表１から、１，０００μg/mLの濃度になるように加えたものは、糖脂質を添加しない比較例に比して、メタン生成量は、比較例が５０．００mLに対して、本願発明のＭＥＬ−Ａ、ＭＥＬ−Ｂ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、ＭＭＬの全ての糖脂質でメタンが著しく減少し０．００mLになる一方、水素生成量は、比較例が０．０２mLに対して、ＭＥＬやＭＭＬは２８．３５mL〜３０．５８mL残存しており著しく増加したという顕著な効果が認められた。 From Table 1, when added to a concentration of 1,000 μg / mL, the amount of methane produced was 50.00 mL in the comparative example compared to the comparative example in which no glycolipid was added. While all the glycolipids of MEL-A, MEL-B, MEL-C, MEL-D, and MML significantly reduce methane to 0.00 mL, the hydrogen production amount is 0.02 mL in the comparative example, MEL and MML remained between 28.35 mL and 30.58 mL, and a remarkable effect was observed that they were significantly increased.
次に、図１において、水素生成量をみると、糖脂質を添加しない比較例は、線ｂに示すように水素の生成が全く認められないが、ＭＥＬやＭＭＬの添加剤を加えた試料群は、線群ａに示すように最終的には約３０ｍＬの水素を生成させていたことが認められた。 Next, in FIG. 1, in the hydrogen production amount, in the comparative example in which no glycolipid was added, no hydrogen production was observed as shown by the line b, but a sample group to which an additive of MEL or MML was added. As shown in the line group a, it was confirmed that about 30 mL of hydrogen was finally produced.
また、図２においてメタン生成量をみると、糖脂質を添加しない比較例は、メタン生成量が線ｃに示すように時間の経過とともに増加しているのに対して、本願発明のＭＥＬ−Ａ、ＭＥＬ−Ｂ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、ＭＭＬの全ての糖脂質を加えた試料は、線群ｄで示されているようにメタン生成が認められない。 In addition, when the amount of methane produced in FIG. 2 is seen, in the comparative example in which no glycolipid is added, the amount of methane produced increases with the passage of time as shown by the line c, whereas the MEL-A of the invention of the present application. , MEL-B, MEL-C, MEL-D and MML added with all glycolipids do not show methanation as shown by the line group d.
これらから、ＭＥＬ及び／又はＭＭＬによって、水素を減少させるメタン生成菌の活性が抑え込まれて、水素生成をする細菌には影響なく、生成された水素が減少しないことが示されている。 From these, it is shown that the activity of methanogens that reduce hydrogen is suppressed by MEL and / or MML, and there is no effect on bacteria that generate hydrogen, and hydrogen produced is not reduced.
次に、糖脂質をＭＥＬ−Ａ、ＭＥＬ−Ｂ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、ＭＭＬの各々２５０μg/mLとする試験結果を表２、図３及び図４に示す。 Next, Table 2, FIG. 3 and FIG. 4 show the test results in which the glycolipid is 250 μg / mL for each of MEL-A, MEL-B, MEL-C, MEL-D and MML.
表２から、糖脂質を２５０μg/mLの濃度で試験したものでは、メタン生成については、比較例が４６．４１mLに対して、ＭＥＬ−Ａ及びＭＥＬ−Ｂでは０．００mLとなって１，０００μg/mLの濃度になるように加えた試料とメタン生成菌の活性を抑制する効果は同様の効果を示し、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−ＤおよびＭＭＬについても１１．２０〜１９．３９mLとなりメタン生成菌の活性を抑制する効果を示している。また、水素生成については、本願発明のＭＥＬやＭＭＬを添加した方が、ＭＥＬやＭＭＬを添加していない比較例に比べて少なくとも５倍以上の水素が生成されていることが示されている。 From Table 2, when the glycolipid was tested at a concentration of 250 μg / mL, the methanogenesis was 46.41 mL for the comparative example, and 0.001 mL for MEL-A and MEL-B, and 1,000 μg. The effect of suppressing the activity of the sample and methanogen that was added to a concentration of 1 mL / mL showed the same effect, and MEL-C, MEL-D, and MML were 11.20 to 19.39 mL, and the methanogen The effect which suppresses the activity of is shown. In addition, with respect to hydrogen generation, it is shown that when the MEL or MML of the present invention is added, at least five times as much hydrogen is generated as compared with the comparative example to which no MEL or MML is added.
次に、図３において水素生成量をみると、糖脂質を添加しない比較例は線ｅに示すように水素の生成が認められず、本願発明のＭＥＬ−ＡやＭＥＬ−Ｂは線群ｆに示すように時間の経過とともに増加していっていることが認められる。また、ＭＥＬ−ＣやＭＥＬ−Ｄは線群ｇに示すように水素が残存しているのが認められる。 Next, looking at the hydrogen production amount in FIG. 3, in the comparative example in which no glycolipid is added, no hydrogen production is observed as shown by the line e, and MEL-A and MEL-B of the present invention are in the line group f. As shown, it is observed that it increases with time. Further, in MEL-C and MEL-D, it is recognized that hydrogen remains as shown in the line group g.
また、図４においてメタン生成量をみると、糖脂質を添加しない比較例は線ｈに示すようにメタン生成量は時間の経過とともに増加しているが、ＭＥＬ−ＡやＭＥＬ−Ｂは線群ｉに示すようにメタンが全く生成されていないのが認められ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、ＭＭＬは線群ｊに示すようにある程度の量のメタンが生成されていることが認められる。 In addition, when the amount of methane produced in FIG. 4 is seen, in the comparative example in which no glycolipid is added, the amount of methane produced increases with the passage of time as indicated by the line h, but MEL-A and MEL-B are line groups. It can be seen that no methane is produced as shown in i, and that a certain amount of methane is produced in MEL-C, MEL-D and MML as shown in line group j.
以上から、添加剤の濃度が薄くなると水素生成量が減少し、添加剤の濃度が高くなると水素生成量が増加することがわかる。また、ＭＥＬ及び／又はＭＭＬによって、水素を減少させるメタン生成菌の活性が抑え込まれて、水素生成をする細菌には影響なく、生成された水素が減少しないことが示されている。 From the above, it can be seen that the hydrogen generation amount decreases as the additive concentration decreases, and the hydrogen generation amount increases as the additive concentration increases. It has also been shown that MEL and / or MML suppress the activity of methanogens that reduce hydrogen, have no effect on bacteria that produce hydrogen, and do not reduce the hydrogen produced.
次に、ＭＥＬ−Ｂのみで、２００μg/mL濃度をＭＥＬ−Ｂａ、１５０μg/mL濃度をＭＥＬ−Ｂｂ、１００μg/mL濃度をＭＥＬ−Ｂｃ、５０μg/mL濃度をＭＥＬ−Ｂｄ、１０μg/mL濃度をＭＥＬ−Ｂｅという試料番号で行った測定結果を表３及び図５に示す。 Next, with MEL-B alone, 200 μg / mL concentration was MEL-Ba, 150 μg / mL concentration was MEL-Bb, 100 μg / mL concentration was MEL-Bc, 50 μg / mL concentration was MEL-Bd, and 10 μg / mL concentration was Table 3 and FIG. 5 show the measurement results of the sample number MEL-Be.
表３から、ＭＥＬ-Ｂを少なくとも５０μg/mL以上の濃度とすれば水素生成量は０．８４mLとなり、糖脂質を添加しなかった比較例の０．０２mLに比べて、１０倍以上の水素生成効果が認められた。このことから、ＭＥＬ-Ｂを少なくとも５０μg/mL以上の濃度であれば、メタン生成菌の活性を抑制させる効果を有することが示されている。 From Table 3, when MEL-B is at a concentration of at least 50 μg / mL, the amount of hydrogen generated is 0.84 mL, which is 10 times or more compared with 0.02 mL of the comparative example in which no glycolipid was added. The effect was recognized. From this, it is shown that if the concentration of MEL-B is at least 50 μg / mL or more, it has an effect of suppressing the activity of the methanogen.
次に、図５から、水素残存量は線ｐで示されているように、ＭＥＬ−Ｂの濃度が５０ｍｇ／Ｌ以上で水素が生成され残存していることが示されており、ＭＥＬ−Ｂの濃度が１５０ｍｇ／Ｌ以上になると水素が大幅増加になることが示されている。そして、メタンは線ｋで示されているように、ＭＥＬ−Ｂの濃度が１０ｍｇ／Ｌでは大幅に生成されているが、ＭＥＬ−Ｂの濃度が５０ｍｇ／Ｌではメタン生成量は激減し、ＭＥＬ−Ｂの濃度が１５０ｍｇ／Ｌ以上になるとメタン生成量が認められなくなることが示された。 Next, FIG. 5 shows that the remaining amount of hydrogen is generated and remains when the concentration of MEL-B is 50 mg / L or more, as indicated by the line p. It has been shown that hydrogen increases significantly when the concentration of is over 150 mg / L. And, as shown by the line k, methane is greatly generated when the concentration of MEL-B is 10 mg / L. However, when the concentration of MEL-B is 50 mg / L, the amount of methane produced decreases drastically. It was shown that the amount of methane produced was not observed when the concentration of -B was 150 mg / L or more.
表１乃至表３、並びに図１乃至図５から、ＭＥＬやＭＭＬの濃度の高い添加剤の方がメタン生成菌の活性を抑制する効果が高いことが示されている。このことによって、ＭＥＬやＭＭＬの濃度が高いほどメタンの生成が抑制され水素がより多く残存することが示されたので、ＭＥＬやＭＭＬの濃度を５０〜５００，０００ｍｇ／Ｌの範囲にすることよって水素をより多く生成できることが示された。 Tables 1 to 3 and FIGS. 1 to 5 show that an additive having a high concentration of MEL or MML has a higher effect of suppressing the activity of methanogens. This indicates that the higher the concentration of MEL and MML, the more methane formation is suppressed and the more hydrogen remains, so the concentration of MEL and MML is in the range of 50 to 500,000 mg / L. It has been shown that more hydrogen can be produced.
（５）有機酸分析結果
培養を終えたものについて、有機酸生成量を無添加のものと糖脂質を加えたものを比較し、糖脂質をＭＥＬ−Ａ、ＭＥＬ−Ｂ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、ＭＭＬの各々１，０００μg/mLとする試験の測定結果を表４に示す。有機酸の残存量が多いことは、有機酸が減少していないことを示しており、有機酸及び水素からメタンを生成するメタン生成菌の活性が抑制されていることを示している。
(5) Results of organic acid analysis For those that have been cultured, the organic acid production amount added is not compared with that added with glycolipid, and the glycolipid is compared with MEL-A, MEL-B, MEL-C, MEL. Table 4 shows the measurement results of tests in which -D and MML were each 1,000 μg / mL. A large amount of residual organic acid indicates that the organic acid has not decreased, indicating that the activity of the methanogen that generates methane from the organic acid and hydrogen is suppressed.
表４から、糖脂質を添加しない比較例の場合にはメタン生成菌が活発に活動した結果、一度生成された有機酸は全てメタン発酵で消費されて有機酸が全く残存していないが、一方ＭＥＬ及び／又はＭＭＬの糖脂質を添加した場合にはメタン生成菌の活性が抑制され、有機酸が蓄積されたことが示されている。 From Table 4, in the case of the comparative example in which no glycolipid is added, as a result of the active activity of the methanogen, all the organic acid once generated is consumed in the methane fermentation and no organic acid remains, It has been shown that when MEL and / or MML glycolipids were added, the activity of methanogenic bacteria was suppressed and organic acids were accumulated.
次に、有機酸が蓄積量について、糖脂質をＭＥＬ−Ａ、ＭＥＬ−Ｂ、ＭＥＬ−Ｃ、ＭＥＬ−Ｄ、ＭＭＬの各々２５０μg/mLとする試験結果を表５に示す。 Next, Table 5 shows the test results of the amount of organic acid accumulated in which the glycolipid is 250 μg / mL of MEL-A, MEL-B, MEL-C, MEL-D, and MML.
表５から、糖脂質を添加しない比較例の場合にはメタン生成菌が活発に活動した結果、一度生成された有機酸は全てメタン発酵で消費されて有機酸が全く残存していないが、一方ＭＥＬ及び／又はＭＭＬの糖脂質を添加した場合にはメタン生成菌の活性が抑制され、有機酸が蓄積されたことが示されている。 From Table 5, in the case of the comparative example in which no glycolipid is added, as a result of the active activity of the methanogen, all of the once generated organic acid is consumed by methane fermentation and no organic acid remains, It has been shown that when MEL and / or MML glycolipids were added, the activity of methanogenic bacteria was suppressed and organic acids were accumulated.
次に、有機酸の蓄積量について、ＭＥＬ−Ｂのみで、２００μg/mL濃度をＭＥＬ−Ｂａ、１５０μg/mL濃度をＭＥＬ−Ｂｂ、１００μg/mL濃度をＭＥＬ−Ｂｃ、５０μg/mL濃度をＭＥＬ−Ｂｄ、１０μg/mL濃度をＭＥＬ−Ｂｅという試料番号で行った測定結果を表６に示す。 Next, regarding the accumulated amount of organic acid, MEL-B alone, MEL-Ba at a concentration of 200 μg / mL, MEL-Bb at a concentration of 150 μg / mL, MEL-Bc at a concentration of 100 μg / mL, MEL-Bc at a concentration of 50 μg / mL. Table 6 shows the measurement results of the Bd, 10 μg / mL concentration with the sample number MEL-Be.
表６から、糖脂質を添加しない比較例の場合にはメタン生成菌が活発に活動した結果、一度生成された有機酸は全てメタン発酵で消費されて有機酸が全く残存していないが、一方ＭＥＬの糖脂質を添加した場合にはメタン生成菌の活動が抑制され、有機酸が蓄積されたことが示されている。また、濃度が１０μｇ／ｍＬではメタン生成菌の活性を抑制させる効果が見られなかったが、濃度が５０μｇ／ｍＬ以上ではメタン生成菌の活性を抑制させる効果が見られた。 As shown in Table 6, in the case of the comparative example in which no glycolipid was added, as a result of the active activity of the methanogen, all the organic acid produced once was consumed in the methane fermentation and no organic acid remained, It has been shown that when MEL glycolipids were added, the activity of methanogens was suppressed and organic acids were accumulated. Moreover, although the effect which suppresses the activity of methanogen was not seen in the density | concentration of 10 microgram / mL, the effect which suppresses the activity of methanogen was seen in the density | concentration of 50 microgram / mL or more.
次に、微生物燃料電池への試験例を説明する。 Next, a test example for a microbial fuel cell will be described.
マンノシルエリスリトールリピッド又はマンノシルマンニトールリピッドを添加したメタン発酵用グラニュールの微生物燃料電池への適用試験を行う。微生物燃料電池は、微生物が有機物を分解する際に生みだす電子と水素イオンを利用してエネルギーを生産する。ＭＦＣ（Microbial Fuel Cell）と呼ばれる標準的な微生物燃料電池では、アノードに移動した電子は外部回路を通じてカソードに運ばれ、イオン交換膜を通じて輸送された水素イオンと外部から供給された酸素がカソードで反応し、電気回路を形成して電流を発生させる。ＭＥＣ（Microbial Electrolysis Cell）はＭＦＣを改変したシステムで、カソードに酸素を供給する代わりに電極間に低電圧を加えることで、カソードで電子と水素イオンを直接反応させ水素を取り出す。このＭＥＣは理論上グルコース１molから１２mol生産することができるため、４molしか生産することができない水素発酵よりも水素生産に適している。しかしながら、このＭＥＣにおいてもメタン発酵菌などの水素資化細菌の存在は水素生産効率低下の原因になる。 The application test to the microbial fuel cell of the granule for methane fermentation which added mannosyl erythritol lipid or mannosyl mannitol lipid is performed. Microbial fuel cells produce energy using electrons and hydrogen ions produced when microorganisms decompose organic substances. In a standard microbial fuel cell called MFC (Microbial Fuel Cell), electrons transferred to the anode are transported to the cathode through an external circuit, and hydrogen ions transported through an ion exchange membrane react with oxygen supplied from the outside at the cathode. Then, an electric circuit is formed to generate a current. MEC (Microbial Electrolysis Cell) is a system that modifies MFC, and instead of supplying oxygen to the cathode, a low voltage is applied between the electrodes to directly react electrons and hydrogen ions at the cathode to extract hydrogen. Since this MEC can theoretically produce 1 mol to 12 mol of glucose, it is more suitable for hydrogen production than hydrogen fermentation, which can produce only 4 mol. However, even in this MEC, the presence of hydrogen-utilizing bacteria such as methane-fermenting bacteria causes a reduction in hydrogen production efficiency.
［試験例２］マンノシルエリスリトールリピッド又はマンノシルマンニトールリピッドを添加したメタン発酵用グラニュール用いたＭＥＣ型微生物燃料電池試験
（１）試料
微生物には、食品工場で利用されているメタン発酵槽から採取したグラニュール汚泥を用いた。基質には、グルコースを試験培養液濃度で３，０００μg/mL用いた。糖脂質には、前記したマンノシルエリスリトールリピッドとしてＭＥＬ−Ｂを用いて行い、その際に比較として前記糖脂質で処理しない比較例も同時に試験した。前記マンノシルエリスリトールリピッドのうちＭＥＬ−Ｂを試験に供試した。微生物は、１，０００μg/mLのＭＥＬ−Ｂを用いて前記バイアル瓶を用いた水素発酵試験を実施し、メタン菌の活性を完全に失わせたことを確認して用いた。基質にはグルコースを３，０００μg/mL用いた。緩衝液には５０ｍＭリン酸バッファー（ｐＨ７．０）を用いた。
（２）ＭＥＣ装置
ＭＥＣ装置は，ボトル型のアノード槽（総容量６５０mL)とカソード槽（総容量６５０mL）の間に陰イオン交換膜（７．１ｃｍ２）を挟んで構成した。電極はアノードに円筒状の炭素繊維を表面３５ｃｍ２、カソードに円筒状の白金を表面３５ｃｍ２の大きさで用いた。これらの電極はチタン線で外部回路に接続した。
（３）運転
アノード槽は５０ｍＭのリン酸バッファーに拡散したグラニュール汚泥を１００ｍＬ、グルコース１．２ｇ加え、全量４００ｍＬになるようにリン酸バッファーを加えた。カソード槽には、リン酸バッファーのみを全量４００ｍＬ加えた。これらの液は、常に陰イオン交換膜を満たすようにし、陰イオン交換膜を通じたガスの交換が起らないようにした。試験開始前に、３０分間窒素ガス（純度９９．９９％）で気槽を置換した。３０℃の恒温室に設置し、常時スターラーで攪拌した電圧は直流安定化電源を用いて、１．０Ｖを印加した。運転は、ガスの発生が終了するまで概ね９日間続けた。
（４）分析
発生したガスは、飽和食塩水を用いた水上置換法で回収した。発生したガスは一定時間ごとに量を測定し、その際に組成について水素、メタン、二酸化炭素についてガスクロマトグラフィーで分析した。
総揮発性脂肪酸（ＶＦＡ）濃度と組成は、試験終了後に有機酸分析用カラム（ＨＰＸ−８７、Ａｍｉｎｅｘ製）を装着した液体クロマトグラフ（ＲＩ−９３０、（株）日本分光製）を用いて測定した。測定結果を表７に示す。
[Test Example 2] MEC type microbial fuel cell test using granule for methane fermentation to which mannosyl erythritol lipid or mannosyl mannitol lipid was added (1) Sample The microorganism was granulated from a methane fermentation tank used in a food factory. Le sludge was used. As a substrate, glucose was used at a test culture solution concentration of 3,000 μg / mL. As the glycolipid, MEL-B was used as the mannosyl erythritol lipid described above, and a comparative example not treated with the glycolipid was simultaneously tested as a comparison. Of the mannosyl erythritol lipid, MEL-B was used for the test. Microorganisms were used after carrying out a hydrogen fermentation test using the vial using 1,000 μg / mL MEL-B and confirming that the activity of methane bacteria was completely lost. Glucose was used at 3,000 μg / mL as the substrate. A 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) was used as the buffer.
(2) MEC apparatus The MEC apparatus was configured by sandwiching an anion exchange membrane (7.1 cm 2 ) between a bottle-type anode tank (total capacity 650 mL) and a cathode tank (total capacity 650 mL). Electrode surface 35 cm 2 a cylindrical carbon fiber to the anode was used a cylindrical platinum surface 35 cm 2 in size to the cathode. These electrodes were connected to an external circuit with titanium wires.
(3) Operation In the anode tank, 100 mL of granule sludge diffused in 50 mM phosphate buffer and 1.2 g of glucose were added, and phosphate buffer was added so that the total amount was 400 mL. A total of 400 mL of phosphate buffer alone was added to the cathode chamber. These liquids were always filled with an anion exchange membrane so that gas exchange through the anion exchange membrane did not occur. Prior to the start of the test, the air tank was replaced with nitrogen gas (purity 99.99%) for 30 minutes. A voltage which was installed in a constant temperature room at 30 ° C. and was constantly stirred by a stirrer was applied with 1.0 V using a direct current stabilized power source. The operation lasted for approximately 9 days until the end of gas generation.
(4) Analysis The generated gas was recovered by a water replacement method using saturated saline. The amount of gas generated was measured at regular intervals, and at that time, the composition was analyzed by gas chromatography for hydrogen, methane, and carbon dioxide.
Total volatile fatty acid (VFA) concentration and composition were measured using a liquid chromatograph (RI-930, manufactured by JASCO Corporation) equipped with an organic acid analysis column (HPX-87, manufactured by Aminex) after the test was completed. did. Table 7 shows the measurement results.
（５）ガス分析結果
表７から、アノード槽及びカソード槽の全体で発生したガスについて測定した結果、ＭＥＬ−Ｂで処理を行った場合、メタンの生成は認められず、アノード槽からは水素発酵に由来する水素が生成され、カソード槽からＭＥＣシステムが作動して水素が生成され、全体の水素量はガス全体の８４．２４％も得られた。一方、糖脂質であるＭＥＬを添加剤として使用しなかった比較例については、アノード槽から主にメタン発酵に由来するメタンがガス全体の６９．８７％生成され、カソード槽からＭＥＣシステムが作動して水素がガス全体の９．９０％生産された。したがって、表７から、糖脂質であるＭＥＬを添加剤として使用した方が高い水素生産効率が得られることが示された。
(5) Gas analysis result From Table 7, as a result of measuring about the gas generated in the whole of the anode tank and the cathode tank, when treated with MEL-B, the production of methane was not recognized, and hydrogen fermentation from the anode tank From the cathode chamber, the MEC system was activated to generate hydrogen, and the total amount of hydrogen was 84.24% of the total gas. On the other hand, in the comparative example in which MEL, which is a glycolipid, was not used as an additive, 69.87% of methane mainly derived from methane fermentation was generated from the anode tank, and the MEC system was activated from the cathode tank. As a result, 9.90% of the total gas was produced. Therefore, Table 7 shows that higher hydrogen production efficiency can be obtained when MEL, which is a glycolipid, is used as an additive.
次に、運転を終えたものについて、有機酸生成量を無添加のものと糖脂質を加えたものを比較し、有機酸分析を行った。その結果を表８に示す。 Next, the organic acid analysis was conducted by comparing the non-added organic acid production amount and the glycolipid-added one after the operation. The results are shown in Table 8.
表８から、糖脂質であるＭＥＬを添加剤として使用しなかった比較例については、メタン生成菌が活発に活動した結果、一度生成された有機酸は全てメタン発酵で消費され最終的には有機酸が残らないことがわかる。一方で、糖脂質であるＭＥＬを添加剤として加えた場合は、メタン生成菌の活動が抑制され、一部はＭＥＣとして作動するための基質として利用されたと推測されるものの、有機酸が残存した。これらのことから、表８から、糖脂質であるＭＥＬを添加剤を使用した方がメタン生成菌の活性を抑制する効果を有し、水素がより多く生成されることが示されている。 From Table 8, as for the comparative example which did not use MEL which is a glycolipid as an additive, as a result of the active activity of the methanogen, all of the organic acid produced once was consumed in methane fermentation and finally organic. It can be seen that no acid remains. On the other hand, when MEL, which is a glycolipid, was added as an additive, the activity of methanogens was suppressed, and it was speculated that some were used as substrates for acting as MEC, but organic acids remained. . From these results, Table 8 shows that the use of MEL, which is a glycolipid, as an additive has an effect of suppressing the activity of methanogenic bacteria, and more hydrogen is produced.
本発明の添加剤は、原料の加熱・加温及び滞留時間の制御といった処理を行わなわずとも、メタン生成菌などの水素資化細菌の活動を抑え、バイオマスを原料とした水素発酵を行うことが出来る。さらに、メタン発酵用グラニュールに添加剤を加えるだけで実施できるため、既存のメタン発酵設備に改良を加えることなく、効率的に水素発酵を行い、ガスを発生させることができる。また、このグラニュールは、微生物燃料電池にも利用することができる。このように、本発明はクリーンエネルギー社会の実現に大きく貢献することが出来る発明である。 The additive of the present invention suppresses the activity of hydrogen-utilizing bacteria such as methane-producing bacteria and performs hydrogen fermentation using biomass as a raw material without performing processing such as heating / heating of the raw material and control of residence time. I can do it. Furthermore, since it can implement only by adding an additive to the granule for methane fermentation, hydrogen fermentation can be performed efficiently and gas can be generated, without adding improvement to the existing methane fermentation equipment. The granules can also be used for microbial fuel cells. Thus, the present invention can greatly contribute to the realization of a clean energy society.
ａ 線群
ｂ 線
ｃ 線
ｄ 線群
ｅ 線
ｆ 線群
ｇ 線群
ｈ 線
ｉ 線群
ｊ 線群
ｋ 線
ｐ 線
a line group b line c line d line group e line f line group g line group h line i line group j line group k line p line
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011242726A JP2013094153A (en) | 2011-11-04 | 2011-11-04 | Additive for producing hydrogen and method for producing hydrogen using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011242726A JP2013094153A (en) | 2011-11-04 | 2011-11-04 | Additive for producing hydrogen and method for producing hydrogen using the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013094153A true JP2013094153A (en) | 2013-05-20 |
| JP2013094153A5 JP2013094153A5 (en) | 2015-01-08 |
Family
ID=48616798
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011242726A Pending JP2013094153A (en) | 2011-11-04 | 2011-11-04 | Additive for producing hydrogen and method for producing hydrogen using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013094153A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019122308A (en) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Method for producing antioxidant |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11278802A (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-12 | Fujitsu Ltd | Production of gaseous hydrogen and fuel cell |
| JP2004254595A (en) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Hiroshima Pref Gov | Method for producing mannosyl erythritol lipid |
| JP2005093087A (en) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Ebara Corp | Fuel cell power generating system and its generating method |
| JP2005104837A (en) * | 2003-08-22 | 2005-04-21 | Hiroshima Pref Gov | Glycolipid and method for producing the same |
| WO2008047658A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-04-24 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Animal feed additive and animal feed |
| JP2009005676A (en) * | 2007-05-31 | 2009-01-15 | Idemitsu Kosan Co Ltd | Feed additive for ruminant and feed containing the same |
| JP2011090974A (en) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Kri Inc | Microorganic fuel cell |
-
2011
- 2011-11-04 JP JP2011242726A patent/JP2013094153A/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11278802A (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-12 | Fujitsu Ltd | Production of gaseous hydrogen and fuel cell |
| JP2004254595A (en) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Hiroshima Pref Gov | Method for producing mannosyl erythritol lipid |
| JP2005104837A (en) * | 2003-08-22 | 2005-04-21 | Hiroshima Pref Gov | Glycolipid and method for producing the same |
| JP2005093087A (en) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Ebara Corp | Fuel cell power generating system and its generating method |
| WO2008047658A1 (en) * | 2006-10-17 | 2008-04-24 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Animal feed additive and animal feed |
| JP2009005676A (en) * | 2007-05-31 | 2009-01-15 | Idemitsu Kosan Co Ltd | Feed additive for ruminant and feed containing the same |
| JP2011090974A (en) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Kri Inc | Microorganic fuel cell |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019122308A (en) * | 2018-01-17 | 2019-07-25 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Method for producing antioxidant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11891646B2 (en) | Bioprocess and microbe engineering for total carbon utilization in biofuel production | |
| Wang et al. | Biological production of medium-chain carboxylates through chain elongation: an overview | |
| Huang et al. | Culture strategies for lipid production using acetic acid as sole carbon source by Rhodosporidium toruloides | |
| Wu et al. | Continuous medium chain carboxylic acids production from excess sludge by granular chain-elongation process | |
| Ito et al. | Hydrogen and ethanol production from glycerol-containing wastes discharged after biodiesel manufacturing process | |
| Wu et al. | Opportunities and challenges in microbial medium chain fatty acids production from waste biomass | |
| Luo et al. | Enhancement of bioenergy production from organic wastes by two-stage anaerobic hydrogen and methane production process | |
| Xu et al. | Bioconversion of volatile fatty acids from macroalgae fermentation into microbial lipids by oleaginous yeast | |
| CA2786751C (en) | Alcohol production process | |
| US9765367B2 (en) | Method and system for production of hydrogen, methane, volatile fatty acids, and alcohols from organic material | |
| Dong et al. | Caproic acid production from anaerobic fermentation of organic waste-Pathways and microbial perspective | |
| Satar et al. | Immobilized mixed-culture reactor (IMcR) for hydrogen and methane production from glucose | |
| US10301652B2 (en) | Process for hydrogen production from glycerol | |
| Xu et al. | Buffering action of acetate on hydrogen production by Ethanoligenens harbinense B49 | |
| Gadow et al. | Cellulosic hydrogen production and microbial community characterization in hyper-thermophilic continuous bioreactor | |
| Ma et al. | Medium-chain fatty acid production from Chinese liquor brewing yellow water by electro-fermentation: Division of fermentation process and segmented electrical stimulation | |
| Wang et al. | Biohydrogen production from anaerobic fermentation | |
| Zhao et al. | Highly selective butyric acid production by coupled acidogenesis and ion substitution electrodialysis | |
| CN112795600B (en) | Method for producing caproic acid by adopting electric fermentation to strengthen short-chain volatile fatty acid addition | |
| US10801043B2 (en) | Process for hydrogen production from glycerol | |
| CA2945507C (en) | Process for hydrogen production from glycerol | |
| JP2013094153A (en) | Additive for producing hydrogen and method for producing hydrogen using the same | |
| JP2013094153A5 (en) | ||
| Gong et al. | Valorization of waste streams and C1 gases for sustainable food nutrients and value-added compounds production: Acetate as a promising intermediate | |
| da Silva et al. | Reuse of polluting agroindustrial waste for ethanol production by Kluyveromyces marxianus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141028 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141028 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151117 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160329 |