パルプ工場廃棄物流上での微生物増殖を促進する方法および培養微生物の生分解能の特性評価

木材のパルプ化は、長年にわたって最適化されてきた化学的に集約的なプロセスであり、廃棄物を最小限に抑えたシステムを作り出しています。ただし、このプロセスの出力の一部は、より価値の高い製品を生成するために使用できます。黒酒もその一例です。これは、世界のリグニン生産量の85%を占める主要な化学パルプ化方法であるクラフトプロセスから生成されます¹。クラフトプロセス(図1)は、温度(160-200°C)、圧力(120psig)、および白液に含まれる化学物質(水酸化ナトリウムと硫化ナトリウム)を使用して、木質繊維^2,3からリグニンを溶解します。黒液には、リグニン、有機酸、多糖類分解副産物^{が含まれています4}。これは、下流の製紙およびパルプ化プロセスに熱エネルギーを提供する回収ボイラーで蒸気を生成し、化学物質を回収するために焼却されます。パルプ化によって生成される黒液の量は、回収ボイラーが効果的に処理できる量を超える可能性があります。黒液を廃液として処分することは、水生動植物に悪影響を与えるため、選択肢にはありません。成長のために黒液を使用できる微生物の応用は、化学回収率の増加と、パルプ化システムの全体的なライフサイクル分析を改善する付加価値製品の生成という点で有益です。リグニン由来モノマーの化学的および生物学的変換により、食品甘味料や香料添加物として使用するバニリンと桂皮酸、プラスチックや樹脂に使用するフェノール、燃料に使用できるシクロヘキサンを製造することに成功しました5。

このパルプ廃棄物の生分解に関する以前の研究は、リグニンの解重合に焦点を当てていました。国際リグニン研究所(ILI)は、毎年4000万〜5000万トンのリグニンが生産されていると報告しています（http://www.ili-lignin.com/aboutlignin.php。そのリグニンのうち、商業産業プロセスに使用されているのはわずか1.5%^です6。PhanerochaetおよびTrametes属の白色腐朽菌によって産生されるラッカーゼおよびペルオキシダーゼ酵素によるリグニン解重合は、詳細に研究されてきました⁷。ノカルディアやロドコッカス⁸、シュードモナスプチダmt-2⁹、ストレプトマイセスビリドスポラスT7A10などの芳香族化合物を分解することが知られている土壌細菌も、リグニンを分解する能力があることが示されています。パルプ化廃棄物の細菌分解は、一部の細菌がパルプ化廃棄物の廃液¹¹を特徴付ける生理食塩水およびアルカリ性(pH 10-14)条件で繁殖できるため、有望である。リグニンは黒液の主成分ですが、微生物は黒液を構成する他の成分も分解する可能性があります。これらの技術は、リグニンを分解する微生物を同定するだけでなく、パルプ化廃棄物の黒液にさらに処理された成分の代わりに直接適用できる微生物を特定するのに役立ちます。

黒液は、中和とフィルター滅菌を通じて微生物の増殖のために収集および改変されました。微生物増殖要件は、新規リグノセルロース抽出プロトコルによって産生されたリグノセルロース成分に関する最小限の培地増殖実験により、環境微生物分離物について同定されました。増殖培地をガスクロマトグラフィー質量分析(GC-MS)で分析し、黒液を唯一の炭素源として成長させた環境微生物分離物の代謝産物を決定しました。これらの技術の組み合わせは、黒液などのパルプ工場廃棄物で増殖した場合の微生物の代謝能力を決定するための評価ツールを提供します。このような技術を使用すると、副産物の生成のために特定の微生物をパルプ工場の廃棄物に適用する価値についての洞察も得られます。