JPS606628B2 - メチロモナス属細菌による水素ガスの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微生物による水素ガスの製造法に関し、より詳
しくはメチロモナス属に属する細菌を培養し培養体から
水素ガスを採取する水素ガスの製造法に関するものであ
る。

従来、微生物を培養することにより水素ガスを発生させ
る方法はいくつか試みられている。

例えば光合成微生物による水素ガスを発生させる方法と
して、ロードスピルラム、ルブラム、またはロード シ
ュウドモナスを光をエネルギー源として培養することに
より得られることが知られている。従来、水素ガスを生
産する微生物として、ロードスピルラム、ルブラム、ロ
ード シユウドモナス バルストリスなどの光合成細菌
、あるいはアゾスピリラム属菌などの窒素固定菌が知ら
れている。

しかしながら、これらの微生物は高価な有機栄養源が不
可欠であり、．前者の光合成細菌はリンゴ酸、乳酸、グ
ルコース等が必要である。

また、後者の窒素固定菌はリンゴ酸等が必要である。こ
のように従来、一部の限られた微生物が水素ガスを生産
することが知られているが、初歩的段階である。そこで
、本発明者らは、広く自然界から水素生産能を有する微
生物を検索した結果、メチロモナス属に属すると認めら
れる一菌株を酸素ガス、窒素ガス、メタンガス及び無機
塩類からなる培地で培養したところ、効率よく水素ガス
を生産することを見出し、これを採取したものである。
また、本菌株は、培養終了後の窒素ガスのない系の菌の
懸濁液からも水素ガスを生成することを見出し、これを
採取することができるものである。なお、本菌株はＭｅ
ｔｈｙｌｏｍｏｎａｓＦＮ−１として徴工研菌寄第７０
２４号として工業技術院微生物工業技術研究所に寄託さ
れており、本菌株の菌額的性質は以下のとおりである。

細胞の形態：樟菌、ロゼット（ｒｏｓｅ上に）を作る。

カプスール（ｃａｐｓ山ｅ）を作らない。細胞の多形成
の有無：なし大きさ：１．０〜１．３仏の×１．６〜２
．６仏肌運動性：若い細胞は運動性はあるが、古くなる
と運動性なし胞子の有無：外生胞子をつくる寒天上のコ
ロニー：表面なめらかで丸い。

直径２〜３肌の淡黄色のコロニーを形成する肉汁寒天平
板培養：試験不可 肉汁寒天斜面培養：試験不可 肉汁液体培養：試験不可 リトマスミルク：試験不可 液体培養：懸濁して薄膜は作らない（静贋培養）硝酸塩
の還元：還元するＭＲテスト：試験不可 ＶＰテスト：試験不可 インドールの生成：試験不可 カタラーゼ：陽性 オキシダーゼ：陽性 酸素に対する態度：好気性 糖類の分解生成物：糖類には生育せず。

試験不可能本菌はメタンとメタノールを唯一の炭素源と
して生育するグラム陰・性の樺菌である。

従って本菌は茂ｒ鉾ｙ’ｓ ｍａｎｕａｌ（第８版）に
記載されてあ るＦａｍｉｌｙ ＩＶ メ チ ロ
モ ナ ダシ ー（Ｍｅｔｙｌｏｍｏｎａ船ｃｅａｅ）
、Ｇｅｎ雌１ メチロモナス（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａ
ｓ）に属する菌種である。窒素ガスを唯一の窒素源とし
て生育することができる菌種としてメチロモナス メタ
ニロリフィカソス（Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏ雌ｓ ｍｅｔｈ
ａｎｉＵｉｆｊｃａｎｓ）が記載されている。しかし、
本菌とはｐｏｌｙ−８−ｈｙｄｒｏ沙ｂｕｔｙｒｊｃ
ａｃｉｄをつくる、水に不溶性の淡黄色の色素を作る点
で一致するが、本菌は外生胞子を作るので異なる菌種で
ある。本菌は氏ｒ紫ｙ’ｓ ｍａｎｕａｌ（第８版）に
は記載されていないが、ＷｈｉＵｅｎｂｕひ、Ｐｈｉｌ
ｌｉｐｓとＷｉｌｋｉｎｓｏｎ（Ｊ，蛇ｎ，Ｍｉｃｒｏ
ｂｉｏｌ，６１、２０５‐２１８・（１９７０）が報告
しているメチロシヌス トリコスポリウム（Ｍｅｔｈｙ
ｌｏｓｉｎ雌ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｒｉ山ｍ）に類似した
菌種である。

しかし、メチロシヌス トリコスポリウム（Ｍｅｔｈｙ
ｌｏｓｉｎ瓜ｔｒｉｃｈｏｓｐｏｎ別ｍ）の窒素固定に
関する検討は十分に行われておらず、窒素固定時に水素
を発生する菌種かどうか明らかにされておらず、本菌が
該菌種に属するか判断できない。またＭｅｔｈｙｌｏｓ
ｉｎｕｓ属は分類学的用語として茂ｒ鉾ｙ’ｓ ｍａｎ
ｕａｌ（第８版〉に採用されていないので、仮に本菌を
ＭｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓＦＮ−１としたのである。生
育するための炭素源：メタンとメタノールのみを利用す
る。

酢酸、リンゴ酸、フマール酸、クエン酸、グリコン酸、
フラクトース、乳糖、マンニット、マンノース、シユー
クロース、キシロース、アラビノース、グルコース、グ
リセロール、グルタミン酸、リジン、アスパラギン酸、
セリン、アラニン、アルギニン、ベプトンは炭素源とし
て利用されない。

生育するための窒素源：硝酸塩とアンモニア塩を利用す
る。

窒素ガスを唯一の窒素源として利用する。生育温度：３
０００〜３７０でよく生育、４ゲ０では生育しない。

最適ｐＨ：６．５〜８．０ 以下、本発明を具体的に説明する。

本発明に使用される微生物はメチロモナス属に属し水素
ガス生産能を有するものであればいずれの微生物でも使
用できるが前記のメチロモナスＦＮ−１を代表する微生
物として例示できる。

微生物の培養は酸素ガス、窒素ガス、メタンガス及び無
機塩からなる培地に培養され、培養にあたっての各ガス
の濃度は窒素ガス５０〜８０％、メタンガス１０〜３０
％、酸素ガス１〜１０％程度のガス濃度が選択される。
しかしながら酸素ガス濃度は水素ガス発生の律速因子と
して作用するので、少くとも４％以下では好結果は得ら
れないので好ましくは６％程度が良い。例えば、メチロ
モナスＦＮ−１菌の場合、メタンガス、酸素ガス、窒素
ガスの各ガス組成比２０：２：７８の場合、気相中の水
素ガスの蓄積量が９２仏夕／１ク気相であるのに対し２
０：６：７４の場合、１２１３ｗ〆／１〆気相もの蓄積
が認められる。

このように酸素ガス濃度は水素の発生に密倭に関連する
ので、前述のように６％程度が望ましい。例えば、メチ
ロモナスＦＮ−１菌を例にとれば次の具体的な培地組成
が示される。Ｎａ２ＨＰ０４１２日２０
０．３タＫＨ２Ｐ０４
０．２タＭｇＳ０４７日２０
０．１５タＦｅＳ０４７日
２０ ０．０２タＣａ
Ｃ１２２ＬＯ ０．０２
タＣｕＳ。

４９日２０ ０．１の９
ＣｏＣ１２８ＬＯ Ｏ
．１ｍ９ＺｎＳ。

４７日２０ ０．
１のタＭｎＣ１２４日２０
０．１の９ＮＧ２Ｍｏ○４２日２○
０．１の９培養は一般的に
は温度３０〜４０千０、通常３５ｏｏ付近で行われ、Ｐ
Ｈは６．０〜８．０、通常６．８により行われる。

培養時間は６０〜２０脚時間程度行われ、培養の条件に
より異なるが好ましくは１５０時間付近が最も水素ガス
の発生量が高い。この理由としては対数増殖が終了（最
大菌数に達する）、または静止期に入ると発生した水素
を菌体が吸収してしまうからである。また、その後の研
究の結果、窒素ガスは水素ガスの発生を阻害することが
認められたので、窒素ガスを例えばアルゴンガス等によ
り暦換えさせた菌体懸濁液の気相中にも水素ガスを発生
させることができる。次に、水素の回収は、気相中のメ
タン「酸素および窒素は菌体の増殖並びに窒素固定に使
用され消費されるので、１０％のカセィソーダで炭素ガ
スを除くと気相は水素のみとなり、容易に回収される。

また、窒素ガスを用いないで細胞懸濁液を用いて水素を
発生させる場合は１０％のカセィソーダで炭素ガスを除
けば気相は水素のみとなり、回収される。以下、実施例
により本発明を具体的に説明する。

実施例 １ 培地組成は次のものを使用した。

Ｎａ２ＨＰ０４１２日２０、ｏ．３夕、ＫＨ２Ｐ０４、
ｏ．２夕、ＭｇＳ０４７日２０、０．１５夕、ＦｅＳ０
４７比○、０．０２夕、ＣａＣ１２２日２０・〇．〇２
夕 、ＣｕＳ。

４９日２０・〇．・雌、Ｃ。

ＣＩ２８Ｌ○、０．１の９、ＺｎＳ〇４７日２０、０‐
１の９、ＭｎＣ１２４日２０、０．１の９「 Ｍａ２Ｍ
ｏｏ４２日２０、０．１の９、脱イオン水１夕上記培地
を１タフラスコに２０の‘入れ、１２０００、１５分、
加熱滅菌後、Ｍｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓ ＦＮ−１（Ｆ
ＥＲＭＰ−７０２４）の同じ培地で培養した種塔養液１
松とを添加し、真空ポンプでフラスコ内の空気を吸引し
、メタン：酸素：窒素の比率を２０：２：７８、２０：
４：７６及び２０；６：７４の混合ガスを大気圧になる
まで入れ、フラスコを完全に気密にする。

このフラスコを往復振とう培養機にて振中４伽、回転数
毎分１１０回、温度３５ｑｏで培養を行い、気相部分を
吸引することによりガスを採取し、水素ガスの蓄積量を
測定した。第１図はメタン：酸素：窒素の比率を２０：
６：７４で培養した時の水菌の生育と気相中の水素ガス
の蓄積量を示したものである。

菌の増殖に伴って、水素ガスの蓄積量が増大する。しか
し、菌の増殖が最大生育量に達すると水素の吸収がおこ
り、水素ガスの蓄積量は減少する。表１は酸素濃度２％
、４％及び６％に調整した混合ガス気相下で培養したと
きの水素ガスの最大収量を示したものである。酸素濃度
２％よりは６％で培養した方が高い水素ガスの収量が得
られる。表１ 実施例 ２ 培地組成は実施例１と同じくし、１そのフラスコに３０
０羽の培地を入れ、加熱滅菌後、種培養６の‘を添加し
た。

培養フラスコと２５そガスタンクを接種し、ポンプで通
気循環させ、培養液はスターラーで蝿梓（１分間１２０
０回転）し、３５００で培養した。

混合ガスはメタン：酸素：窒素の比率を２０：６：７４
に調整した。上記培養方法で培養した菌体を集菌し、培
養に用いたと同じ塔地に懸濁して、一方は窒素：メタン
：酸素の比率を７６：２０：４に調整した混合ガスを気
相にし、他方は窒素の代り｝こアルゴン（アルゴン：メ
タン：酸素＝７６：２０：４）を用いて３５００で培養
を行った後、気相中に蓄積されるガスを吸引することに
より採取し水素ガスの蓄積量を測定した。

図２はその結果を示したもので、窒素のない気相下で培
養した方が水素ガスの収量は高いことを示している。

実施例２と同条件でＭｅｔｈｙｌｏｍｏｎａｓＦＮ−１
（ＦＥＲＭ Ｐ−７０２４）を培養し、培養時間４０時
間、６４時間と８糊時間に菌体を採取し、気相中の酸素
濃度２％と４％での水素ガスの発生速度を測定したもの
が表２である。

生育初期に採取した細胞よりは対数増殖後期に採取した
細胞の方が、水素ガスの発生速度が高いことを示してお
り、また、窒素ガスのない気相下での水素ガスの生成は
、酸素濃度は２％の方が水素ガスの発生速度が良いこと
を示している。表２

【図面の簡単な説明】

図一１はＭｅｈｔｙｌｏｍｏｎａｓＦＮ−１菌株による
水素ガスの発生と菌の生育との関係を示し、縦軸に水素
発生量及び菌の生育を示し、横軸に培養時間を示す。 なお、０・・・・・・０は水素ガス発生量、●−−●は
菌の生育をそれぞれ示す。 図一２は、水素ガス発生に対する窒素ガスの影響を示し
、縦軸に水素ガス発生量、機軸に培養時間を示す。 なお、●−−●はＣＨ４２０％、０２４％、Ａｒ７６％
、○−−０はＣは２０％、０２４％、Ｎ２７６％の場合
をそれぞれ示している。 第２図 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水素ガス生産能を有し、メチロモナス属に属する細
   菌を酸素ガス、窒素ガス、メタンガス及び無機塩類から
   なる培地に培養し、得られた培養体もしくは該培養体か
   ら窒素ガスを除いた該菌の懸濁液から水素ガスを採取す
   ることを特徴とするメチロモナス属細菌による水素ガス
   の製造法。