漢方薬残渣の添加でアルコール発酵を促進させる
福岡大学

工学部教授

化学システム工学科
重松 幹二

2019年5月21日

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従来技術とその問題点・バイオ燃料などに用いられる、エタノールの製造コストを下げたい。
・発酵阻害物質による悪影響を避けたい。
・漢方薬残渣を有効に利用したい。

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新技術の特徴・従来技術との比較
漢方薬残渣を添加することで、• 発酵速度を２倍以上に加速できる。→事例１• 発酵阻害物質が共存しても、発酵を維持できる。
→事例２• 発酵の至適温度や至適pHからずれても、発酵を維持できる。→事例３
ここで効果があるのは、マオウ(麻黄)を含む漢方薬残渣である。
3

事例１ マオウ添加による発酵促進（研究背景）

セルロース酵素

酵母

糖化

発酵(加水分解)

主要薬効成分: エフェドリン
中枢神経や交感神経の興奮作用

グルコース促進マオウ(生薬)のエキス [1,2]麻黄湯(漢方薬)の残渣 [3]

エタノール
CO2
CO2CO2

通気性
シリコン栓
CO2

エタノール発酵の式C6H12O6 → 2CO2+2C2H5OH

245 g[1] 福原佑太郎ら, 生薬ならびに木質熱水抽出物のエタノール発酵促進効果, 第23回日本木材学会九州支部大会, p.34-35 (2016)[2] H. Masamoto, et al., Accelerating effect of the crude drug extracts on the ethanol fermentation by Saccharomyces cerevisiae: Proceeding
Book of Full Papers ACB 2017, The 13rd Asian Congress on Biotechnology "Bioinnovation and Bioeconomy", 255-1-255-10(2017)[3] 田中亜依ら, 漢方薬の添加によるエタノール発酵促進効果とフルフラール共存下での発酵維持, 第25回日本木材学会九州支部大会, p.4 (2018)4事例１ マオウ添加による発酵促進（試料調製）
生薬30gあるいは生薬混合物15～25g

エキス試料溶液

遠心分離15000 rpm, 5 min
上澄み液を回収600 mL残渣試料固体漢方煎じ器（栃本天海堂製）
30 min煎じる

イオン交換水で洗浄
105 ℃で24 h乾燥
遊星ボールミルで
30 min粉砕5

事例１ マオウ添加による発酵促進（解析方法）
ロジスティック関数

7ymax

CO2 generations[g]654CO2y1/2

32r

CO2CO2CO21245 g00ts 20t1/2 te

40
Fermentation time [h]=+： CO2発生量： 最大CO2発生量= /⁄ ： ⁄ のときの⁄60ts : 発酵開始時間
te : 発酵終了時間
r : CO2最大発生速度6事例１ マオウ添加による発酵促進（生薬エキスの添加）
40

5CO2発生量[g]

61/10

促進

3

●: ts [h]1/1

41/100214

発酵速度

305320

発酵開始時間2101なし000102030

時間[h]405060○: r [(g/L)/h]

7005

C [g/L]1015

マオウエキス濃度(C)が5g/Lを境に、発酵開始時間(ts)および発酵速度(r)に顕著な促進効果が見られた。
7事例１ マオウ添加による発酵促進（残渣の添加）
発酵開始時間20106120480

te [h]

r [(g/L)/h]30

ts [h]

発酵終了時間発酵速度

2000.1

1
C [g/L]: 無添加●: セルロース△: 葛根湯残渣○: 麻黄湯残渣◇: 小青竜湯残渣

104000.1

1
C [g/L]

100.1

1
C [g/L]10

発酵促進効果(セルロースとの比較)
発酵開始時間発酵速度

発酵終了時間

葛根湯残渣

〇△〇

麻黄湯残渣

△

◎◎

小青竜湯残渣△△〇8

事例１ マオウ添加による発酵促進（反応収率）
漢方薬残渣

100

Ethanol yield [%]Ethanol yield [%]漢方薬エキス

5000.1: 無添加●: セルロース△: 葛根湯残渣○: 麻黄湯残渣◇: 小青竜湯残渣

1C [g/L]

10

100

5000.1

1C [g/L]

10

エタノール収率に対する阻害はない9

【ここまでの結論】

漢方薬残渣で酵母が元気になる！
↓
悪条件でも発酵が可能となる

10

事例２ 発酵阻害物質との競合（対フルフラール）
発酵開始時間60
無添加

30

麻黄湯残渣 7 g/L

02

Furfural conc. [g/L]6

発酵終了時間180
120

te [h]

4

無添加

60

麻黄湯残渣 7 g/L002

4

Furfural conc. [g/L]64

麻黄湯残渣 7 g/L2無添加

00Ethanol conc. [g/L]

0

発酵速度

6r [(g/L)/h]ts [h]

90

24

Furfural conc. [g/L]60

6

フルフラール存在下でも、麻黄湯残渣を添加することで発酵を維持できた。

麻黄湯残渣 7 g/L

40

無添加

20

最終エタノール濃度

0024

Furfural conc. [g/L]611

事例２ 発酵阻害物質との競合（廃糖蜜の例）

原料である廃糖蜜中の発酵阻害物質の影響により、高濃度での発酵が困難。
02468

アルデヒド(フルフラール換算)濃度 [g/L]12

事例２ 発酵阻害物質との競合（廃糖蜜）
廃糖蜜350g/L ＋ マオウ残渣

マオウ残渣の添加により、高濃度の廃糖蜜でのエタノール発酵が可能
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事例３ 同時糖化発酵への適用（研究背景）
SSF(Simultaneous Saccharification and Fermentation)：同時糖化発酵

同時に行う
酵素
酵母
糖化
セルロース

発酵
グルコース

【利点】
酵素糖化での生成物阻害(グルコース阻害) を避けることができる

エタノール

【欠点】
酵素糖化と発酵の至適温度やpHが異なるため、条件設定が困難
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事例３ 同時糖化発酵への適用（解決案）【欠点】
酵素糖化と発酵の至適温度やpHが異なるため、条件設定が困難

至適温度

至適pH

糖化（酵素）

約50℃

酸性発酵（酵母）

約35℃

中性

【解決案】
発酵促進剤の添加により、共通領域を拡大させる
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事例３ 同時糖化発酵への適用（SSFの結果）
マオウエキス3g/Lエタノール濃度
無添加エタノール濃度
無添加グルコース濃度

マオウエキス3g/Lグルコース濃度

Experimental conditions
Cellulose
Cellulase (AC40)
S.cerevisiae（Kyokai No.6）
Temperature
pHRotation

50 g/L
25 g/L
2×108cell/L
37 ℃ やや高温
4.5 低ｐH100 rpm

マオウエキスを添加することで、酵母にとって不利な条件でも発酵が進むため、律速である酵素糖化の条件を優先させる。

マオウエキスの添加により同時糖化発酵の製造時間が短縮した[4] 松山雅子、戸髙昌俊、田中亜依、正本博士、コウハクル ワサナ、重松幹二: マオウエキスによるアルコール発酵促進効果の同時糖化発酵への適用：福岡大学工学集報 101&102, 37-41 (2019).

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想定される用途
バイオエタノール製造のコストダウン• 発酵速度の加速により、生産性の向上や小規模化が可能。
• 発酵阻害物質の除去、原料バイオマスの分別、前処理工程などの簡素化。
• 同時糖化発酵(SSF)での反応条件の緩和。
• 漢方薬残渣の有価物化。
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実用化に向けた課題• フラスコレベルでは成功しているが、大規模発酵装置では未確認。
• 漢方薬の全てで確認した訳ではない。また、実際の製造工場からの残渣では未確認。
• 同時糖化発酵(SSF)では、基本的効果は確認できているが、実用レベルのアルコール濃度には達していない。
• リグニンを含むバイオマスに必須の、前処理による影響が未検討。
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企業への期待• バイオエタノールの製造開発を断念した企業の再挑戦を期待したい。
• 高温耐性菌の使用でさらに効率を上げたい。
• 漢方薬製造企業からの残渣試料の提供と、残渣の有効利用に関する共同開発を希望。
• 燃料用でなく、飲料や食品への適用が可能であるか、ご意見をお聞きしたい。
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称：
エタノールの製造方法および発酵促進剤• 出願番号 ：特願2018-199484• 出願人：学校法人福岡大学• 発明者：
重松幹二、正本博士、松山雅子、田中亜依

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お問い合わせ先
福岡大学 研究推進部 産学官連携センター担当コーディネーター
川上 由基人ＴＥＬ 092－871 － 6631（内線2806）
ＦＡＸ 092－866 － 2308
e-mail sanchi＠adm.fukuoka-u.ac.jp
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