新規人工ルーメンシステムによる持続的性能と微生物群集の遷移：動的膜とメタン生成顆粒を結合した酸吸収

科学分野:

• バイオテクノロジー; 再生可能エネルギー; 微生物工学

背景:

• 人工ルーメンシステムは、リグノセルロース系バイオマスを価値ある生成物に変換する可能性を提供します。長期的な運転安定性は、現在の人工ルーメン技術における重要な課題です。

研究 の 目的:

• リグノセルロース系バイオマスの安定的かつ長期的な変換のための新規人工ルーメンシステムを開発すること。揮発性脂肪酸（VFA）の分離とバイオメタンへの変換の効率を向上させること。長期間の運転中の微生物群集の動態を調査すること。

主な方法:

• メタン生成顆粒と動的膜を用いた酸吸収ユニットを統合した新しい人工ルーメンシステムを開発しました。このシステムは480日以上にわたって稼働し、動的膜によるVFAの分離と顆粒による即時吸収を行いました。有機負荷率を増加させ、さまざまな条件下でのシステムの安定性と効率を評価しました。

主要な成果:

• 有機負荷率の増加にもかかわらず、安定したVFA収量（0.21-0.24 g-COD/g-VS）が維持されました。440日後には、セルロース（62.7％）、ヘミセルロース（52.1％）、リグニン（40.7％）の高い除去効率が達成されました。酸吸収ユニットはVFAを効率的にバイオメタン（302-304 mL/g COD）に変換し、大きなバイオエネルギーの可能性を示しました。メタゲノム解析により、優占的なルーメン微生物群集とリグノセルロース分解に関与する種の濃縮が明らかになりました。

結論:

• 開発された人工ルーメンシステムは、堅牢な長期運転安定性と効率的なリグノセルロース系バイオマス変換を示しました。統合された酸吸収ユニットは、VFAを効果的に管理し、バイオメタン生産を強化し、自然の反芻動物のプロセスをシミュレートします。この技術は、将来の高負荷人工ルーメン工学と持続可能なバイオエネルギー生産のための有望な基盤を提供します。