連携講座（ 電力中央研究所 ） Collaborative Divisions（ Central Research Institute of Electric Power Industry ）バイオエコマネジメント学分野

Biotechnical Eco-management

Utilizing biotechnology and bio-system as global warming mitigation /adaptation
measures and environmental measurement.

Visiting Professor

Visiting Associate Professor

Yoshitomo Watanabe

松本 伯夫

Norio Matsumoto

エタノール生産性を見積もる必要がある。
そこで、
エタノー
ル生産微生物のアルカリ環境下でのエタノール生産活性を調査するとともに、連続培養の際のエタノール生産性をシミュレーションにより予測した。

2．
ナノ・マイクロテクノロジー利用生物計測技術の開発と標準環境試料の分析
世界的な水銀規制の強化を受けて、環境中や廃棄物中の⑴エタノール生産微生物のアルカリ環境下でのエタノール水銀を分析する機会が増加しており、測定時間を要する機所有するエタノール生産微生物（NS-1 株、NS-3 株）の実用化が望まれている。そこで、イオン交換樹脂を用いたアルカリ環境下でのエタノール生産活性を調べるため、固相抽出とマイクロ流体デバイスを利用した高感度イムノ

pH7 ～ 9 における培養試験を行った。両菌株ともにエタ

ア ッ セ イ に 基 づ く、新 し い 簡 易 水 銀 分 析 法 を 構 築 し た

ノール生産量は pH の影響を受けず、NS-1 株では 90% を（Fig.-2）。この方法についてさらに、環境試料への適用性超える高い変換効率（エタノール生産量 / グリセロール消を評価した。

費量）を示した。さらに、NS-1 株を使用し pH 未調整の不⑴ 固相抽出の迅速化と簡易水銀分析の高感度化

生産性調査

純物を含むグリセロール廃液（pH=9）からのエタノール生器分析に加えて、短時間での分析を可能とする簡易分析の固相抽出時の試料送液速度を制御し、水銀に対する選択産試験を実施したところ、pH を調整した場合（pH=7）と性を損なわずに操作の迅速化を達成した。さらに、固相抽変わらないエタノール生産が認められた。アルカリ環境下出時の送液量の増加が、固相への水銀の吸着（濃縮）と検出でグリセロールからエタノールを生産した報告例はこれま下限に与える影響について検討した結果、分析感度の大幅でになく、初めての事例である。

な向上を達成した（検出下限値 0.12 µg/L）。この分析感度⑵微生物反応の数式化による連続培養時のエタノール生産はイムノアッセイに基づく水銀分析法として世界最高値で性予測

NS-1 株の培養結果を基に微生物反応を数式化し、グリセロール廃液からエタノールを生産する連続培養のシミュある。
⑵標準環境試料の簡易水銀分析

河川水および石炭灰溶出液に対して、微量の水銀を添加レーションを実施した。培養器中のグリセロールがゼロにし、改良した簡易水銀分析に供した。その結果、河川水で達した時点で培養液の 5％を回収しグリセロール廃液を添

は環境基準値（0.5 µg/L）、石炭灰溶出液では埋立処分判定

1992 年にリオデジャネイロ（ブラジル）で開催されたる。バイオエコマネジメント学分野では、再生可能エネル“ 地球サミット ” は、我々人間が抱える「環境」の「問題」をギー・省エネルギーや資源リサイクルについてバイオテク

加 す る 操 作 を 約 500 日 繰 り 返 す こ と で、現 状 の 最 高 値

基準値（5 µg/L）
において、試料溶液に含まれる水銀を定量認識させ、2 つの国際条約（地球温暖化防止枠組み条約、生ノロジーやバイオシステムの適用を図っている。これまで、（28.1g/L）に匹敵する約 600mM（27.6g/L）のエタノールできた。

物多様性条約）を生み出した。20 年後の 2012 年、“ 国連再生可能エネの一つバイオマスに関わり、微生物と電気をを定常的に生産可能と予測された。さらに、培養に用いる以上から、本手法は河川水および石炭灰溶出液に対して、持続可能な開発会議（リオ＋ 20）” では、グリーン・エコ利用した “ 電気培養法 ” を廃棄物系バイオマスからの有用微生物の密度を 10 倍に維持することで、定常生産に達す基準値付近における優れた分析性能を有することが示されノミーならびに持続可能な開発の組織的フレームワーク

物質生産やエネルギー回収への適用することを最終目標とるまでの期間を約 45 日に短縮できると推定された（Fig.-た。

がキーワードとなり、「環境」の「問題」の具体的な解決にして、その技術的可能性を示してきた。2013 年では、“ 電1）。

向けての「実現可能な取り組み」についての認識が高まっ

気培養法 ” を用いた未利用廃棄物系バイオマス（グリセた。

ロール）からのバイオエタノール生産技術の開発と、さら2011 年の東日本大震災の以前と以降では、我々が捉える「問題」（論議の対象＝ issue）の認識が変わった。以前において重要であったもの正しかったものの優先事項が低位に下がり、以降に優先的となった「論点」について明確化と議論が進んだ。「環境」の「問題」の具体的な解決に向けての「実現可能な取り組み」も、震災から 3 年を経て今「論点」と認識し、議論を進めていく必要性がある。

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客員准教授

渡部 良朋に環境中化学物質の迅速測定技術の開発を進めた。

1．
微生物電気培養法を用いた未利用廃棄物系バイオマス（BDF 副生グリセロール）からのバイオエタノール生産
植物油からバイオディーゼル燃料（BDF）に変換する際にアルカリ性のグリセロール廃液が副生する。グリセロー

世界的にも国内的にも、長期的な温室効果ガス（Greenル廃液は微生物の作用により有用物質へ転換することが可House Gases:GHGs）の排出は増加を続けている。温暖化能であり、我々は既にエタノールを生産する新規の微生物の影響は、もはや避けては通れない。我々はいかに地球温2 種類を取得することに成功した。実用的なグリセロール暖化問題に対応するべきか。その対応策の一つとして、再廃液の利用においては、アルカリ環境下における微生物の生可能エネルギー（≒新エネルギー）や省エネルギーがあエタノール生産が求められるとともに、連続的培養の際のCoexistence Activity Report 2013

（ Central Research Institute of Electric Power Industry）
Collaborative Divisions

We are engaged in Biotechnical Eco-management research for mitigation of Green House Gases（GHGs） andenvironmental analysis/monitoring.
1. We applied the electrochemical cultivation system for a bio-ethanol production from glycerol.
Glycerol is produced as a byproduct in biodiesel fuel（BDF）production. We investigated the conversion
activity against crude glycerol, and numerically simulated the performance of ethanol production under continuouscultivation.We investigated their ethanol-producing activity from pure glycerol under high pH conditions. The
ethanol conversion ratio（ethanol production/glycerol consumption）was maintained from pH 7 to 9 at approximately
90% for NS-1 strain. A numerical growth simulation for continuous cultivation of ethanol production from crude
glycerol was performed using the NS-1 strain. In this simulation, the initial glycerol concentration was assumed to
be 50 mM, and maintained at this level while crude glycerol was periodically added. Consequently, the ethanolconcentration reached a final level of 600 mM, which is the highest concentration level reported to date.
2. We developed the novel biosensor using nano-micro technology/imunoassay for sensitive analysis of environmentalmercury.
We apply the simple analysis for standard environmental samples. First, pressure driven flow control wastested and then, appropriate Solid-phase extraction（SPE）condition was found at optimized flow rate. Next,
mercury enrichment by increasing of sample volume applying for SPE was developed. By adding 50 mL of sample
solution, 6-fold sensitive detection was achieved compared to no-enrichment experiment. Furthermore, developed
simple analysis was applied for standard environmental samples（river water and coal ash）. For SPE based
mercury extraction, river water spiked with environmental limit level of mercury and elution with coal ash spiked
with criterion level of mercury for land filling disposal were prepared and processed. Effluent after SPE wasdetermined by using microfluidic mercury immunoassay. Accordingly, good recovery rate for river water andelution with coal ash were achieved.

客員教授

連携講座
（電力中央研究所）

バイオテクノロジー・バイオシステムを利用した地球温暖化の緩和・適応対策ならびに環境計測技術

Fig.-1 Continuous ethanol production by NS-1 strain from glycerol -liquid culture
simulation results-.（quoted from Matsumoto et al（2013））

Fig.-2 Simplified mercury ion（Hg2+）analytical technique based on solid-phaseextraction followed by microfluidic immunoassay.（quoted from Date et al（2013））

アクティビティレポート 201365