メタン発酵および下流プロセス開発によるメタン酸化細菌由来ポリ（ヒドロキシ酪酸）のモル質量、熱的および機械的特性評価

科学分野:

• バイオテクノロジーと生分解性プラスチック
• 高分子科学
• 微生物発酵

背景:

• 現在のポリヒドロキシ酪酸（PHB）生産は糖発酵に依存しており、世界のプラスチック消費需要を満たすためにはスケールアップできません。
• メタン（CH4）をPHBの原料として利用することは、持続可能な経路を提供し、メタンは廃バイオマスから供給される可能性があります。
• PHBの高モル質量（Mw）は、望ましい機械的特性にとって重要であり、株、培養条件、および処理の影響を受けます。

研究 の 目的:

• メタン酸化細菌*Methylocystis* sp. GB 25株を用いて、ポリヒドロキシ酪酸（PHB）蓄積の条件を最適化し、高モル質量（Mw）を達成すること。
• PHB抽出および特性評価のための下流処理方法を評価すること。
• メタン由来PHBを持続可能な生分解性プラスチック材料としての可能性を評価すること。

主な方法:

• 天然ガスを原料として、制御された温度と圧力下で350 Lループリアクターで*Methylocystis* sp. GB 25株を培養しました。
• PHB蓄積を誘導するために、栄養制限（リンおよび窒素）を様々な期間（1日、2日、2.5日）行いました。
• 下流処理には、遠心分離、噴霧乾燥、クロロホルム溶媒抽出、および酵素処理が含まれました。

主要な成果:

• バイオマスから約40%のPHB収率を達成しました。
• 溶媒抽出により、市販のPHBよりも大幅に高い平均モル質量（Mw）1.1-1.5 × 10^6 g mol^-1のPHBが得られました。
• 最適なMwは、栄養制限後1日で達成されました。
• 酵素処理によりPHBが分解され、冷クロロホルム抽出は高Mw画分に対して非効率的でした。
• 抽出されたPHBは、約70%の高い結晶性と約180°Cの融点を示しました。
• 機械的特性を評価し、酵素分解を評価しました。

結論:

• *Methylocystis* sp. GB 25株を用いたメタン酸化細菌によるPHB生産は、持続可能な生分解性プラスチックの実行可能なルートです。
• 達成された高Mwは、処理中の分解を制限することにより、材料の強度と汎用性を向上させます。
• 最適化された栄養制限と溶媒抽出は、高品質で高モル質量のPHBを生産するために効果的です。