第二世代バイオ燃料の開発と応用展開
技術者・研究者向けの書籍紹介
第二世代バイオ燃料の開発と応用展開
Exploitation of Second Generation Biofuels and its Development
発刊日 2009年4月
体 裁 B5判・239頁
刊行のねらい
地球温暖化の急速化に伴い，排出CO2の循環によるカーボンニュートラルを唱えた京都議定書の重みが増す現況の中，バイオマスから変換生産されるバイオ燃料への期待は大きい。食糧と競合しない再生可能な資源としての植物由来のセルロースから酵母などの微生物を利用して作られる，旧来のガソリンとも融和できる第二世代のバイオ燃料の現代社会への普及は，地球環境の保全化のみならず，世界の政治戦略や農業政策の大きな改革にもつながり，バイオ燃料を基にした新しい未来世界圏や未来社会像を創造していくことになる。
人類が化石燃料を基に発展してきたこの世界を，食糧生産と共存し，しかも競合しない環境と調和した新しいバイオエネルギーの循環型の世界へのギアチェンジは，人口問題もからんで，人類を含む地球上すべての生物の種の絶滅を防ぐことにつながっていくであろう。
2008年（平成20年）5月9日，神戸で開催された日本農芸化学会の藪田セミナーは，まさに，グリーンバイオとホワイトバイオがクロスオーバーする画期的な会議であったが，このセミナーを主催された本書の名誉監修者吉田和哉先生（奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科）は，この会の講演を最後に，同年5月30日に急逝された。本書では，吉田先生の企画であるその最新の基本戦略と開発動向をまとめて紹介する。
（｢はじめに｣より抜粋）
2009年4月 植田充美（京都大学 大学院農学研究科 教授）
福粼英一郎（大阪大学 大学院工学研究科 教授）
書籍の内容
【総論編】
第１章 バイオ燃料を取り巻く状況
１．バイオ燃料の最新動向（近藤昭彦，福田秀樹，荻野千秋，田中勉）
1.1 バイオ燃料に関する我が国の動向
1.2 原料バイオマスの生産
1.3 エタノール製造技術およびプロセス
1.3.1 前処理工程
1.3.2 酵素糖化
1.3.3 エタノール発酵
1.3.4 プロセス最適化
1.4 バイオ燃料に関する海外の動向
1.4.1 利用しやすいバイオマスを目指した植物の改変
1.4.2 バイオマスを効率よく分解できる酵素・微生物の創製
1.4.3 生産プロセスの効率化・最適化
1.5 おわりに
２．バイオ燃料の課題（冷牟田修一）
2.1 バイオ燃料導入の背景
2.2 我が国石油業界の取り組み
2.3 バイオ燃料の課題
2.3.1 食料とのバッティング
2.3.2 環境破壊
2.3.3 技術的な課題
３．セルロース系バイオマス由来バイオ燃料の開発（鮫島正浩）
3.1 はじめに
3.2 セルロース系バイオマス由来のバイオ燃料導入に向けた我が国の施策
3.3 バイオマス原料
3.4 エタノール製造技術
3.5 おわりに
第２章 バイオマス植物の開発動向（新名惇彦）
１．次世代のエネルギー
２．石油をバイオマスに置き換えるには
３．エネルギー変換効率
４．バイオマス植物の開発動向
4.1 バイオ燃料増産のための植物増産
4.2 ナフサに代わる工業原料の植物による生産
５．おわりに
第３章 バイオリファイナリーセンター設立の意義（近藤昭彦）
１．はじめに
２．統合バイオリファイナリーとは
３．統合バイオリファイナリーセンターの必要性
４．統合バイオリファイナリーセンターの設置の理由
4.1 産官学の連携によるバイオリファイナリー研究の蓄積
4.2 工・農・理の連携組織による学際研究の醸成と推進
4.3 産官学の連携が密な関西圏のバイオポテンシャルの高さ
4.4 世界をリードできる要素技術の統合とシステム化
５．統合バイオリファイナリーセンターの役割
６．統合バイオリファイナリーの実現に向けた4つの柱
７．今後の活動と期待される成果
【植物バイオマスデザイン編】
第４章 植物バイオマス増産
１．植物生育促進への新しい育種法の開発（植田充美，石川峻士，黒田浩一）
1.1 はじめに
1.2 酸化ストレス緩和による植物の生育促進
1.3 糖アルコールによる新機能
1.4 糖アルコールによる遺伝子組換えを介さない生育促進作用
1.5 糖アルコールによる生育促進の分子レベルでの解析
1.6 今後の展望
２．メタボロミクスと植物バイオテクノロジーの新展開（鈴木秀幸，柴田大輔）
2.1 はじめに
2.2 植物メタボロミクス基盤
2.3 効率的な代謝物情報を得るための実験計画からデータ表示まで
2.4 メタボロミクスと遺伝子情報の融合および解析例
2.5 植物バイオマス研究におけるメタボロミクスの役割
2.6 おわりに
３．植物生産性とソース／シンクバランス（横田明穂）
3.1 はじめに
3.2 生産性向上を目指す植物種の選別の重要性
3.3 ソース／シンク―両組織の重要性
3.3.1 ソース葉の律速段階
3.3.2 転流とショ糖輸送タンパク質
3.4 ソース／シンク間の相互作用（クロストーク）
3.4.1 ジャガイモの場合
3.4.2 ソース／シンク組織間クロストークの機構
3.5 生産性向上のためのソース／シンクのデザイン
3.5.1 ソース／シンク器官関係の可塑性
3.5.2 生産性向上研究の実例
3.6 おわりに
第５章 環境ストレス耐性
１．石灰質アルカリ土壌耐性植物の作出による植物生産性の向上（西澤直子，板井玲子）
1.1 はじめに
1.2 植物の2つの鉄吸収機構
1.3 ムギネ酸類の生合成経路と酵素遺伝子の同定
1.4 鉄錯体吸収トランスポーター
1.5 イネは「三価鉄・ムギネ酸類」と二価鉄イオンの双方を吸収する
1.6 鉄欠乏に応答する遺伝子発現の制御
1.7 石灰質アルカリ土壌耐性イネの作出
1.7.1 ムギネ酸類生合成の強化による鉄欠乏耐性イネの作出
1.7.2 三価鉄還元力の付加による鉄欠乏耐性イネの作出
1.7.3 鉄栄養制御に関わる転写因子を利用した鉄欠乏耐性イネの作出
２．ホウ素トランスポーターを利用した植物生育改善（田中真幸，藤原徹）
３．カリウム／ナトリウム輸送体を利用した植物分子育種（仲山英樹，吉田和哉）
3.1 はじめに
3.2 植物における塩・乾燥ストレス応答
3.3 植物におけるカリウム／ナトリウムイオン恒常性維持機構
3.4 カリウムイオン/ナトリウムイオン輸送系を活用した耐塩性植物の分子育種
3.5 おわりに
４．乾燥にも高温にも強い環境ストレス耐性植物の開発（溝井順哉，篠崎和子）
4.1 はじめに
4.2 耐性遺伝子単離のための戦略
4.3 DREB遺伝子の発見
4.4 活性型DREB2Aによる乾燥ストレス耐性植物の作出
4.5 活性型DREB2A導入による高温ストレス耐性の獲得
4.6 DREB2Aタンパク質の翻訳後制御
4.7 プロモーター選択による耐性遺伝子発現の最適化
4.8 浸透圧および高温の両方のストレス耐性に関与するその他の遺伝子
4.9 今後の展望
第６章 バイオリファイナリー適応型植物バイオマス
１．リグニンの代謝制御による木質バイオマスの改良（梅澤俊明）
1.1 はじめに
1.2 リグニンの化学構造と機能
1.3 バイオ燃料生産に向けた育種目標と関連するリグニンの性質
1.4 ケイヒ酸モノリグノール経路の代謝工学
1.5 リグニン量の制御
1.6 リグニン構造の改変
1.7 細胞壁成分の構成の制御
1.8 おわりに
２．モデル植物を用いた木質バイオマス改変へのアプローチ（出村拓）
2.1 はじめに
2.2 木質バイオマスの正体
2.3 二次細胞壁の形成
2.3.1 セルロース
2.3.2 ヘミセルロース
2.3.3 リグニン
2.4 二次細胞壁形成のメカニズム解析のモデル系
2.5 ヒャクニチソウ管状要素分化誘導系
2.6 シロイヌナズナ
2.7 ポプラ
2.8 おわりに
３．代謝ターンオーバー解析とバイオマス改変への応用（蓮沼誠久，原田和生，福粼英一郎）
3.1 はじめに
3.2 代謝ターンオーバー解析のためのin vivo安定同位体標識
3.3 13C化合物を用いたin vivo標識による代謝ターンオーバー解析
3.4 15N化合物を用いたin vivo標識による代謝ターンオーバー解析
3.5 バイオマス改変への応用
【第二世代バイオ燃料とバイオリファイナリー編】
第７章 バイオエタノール
１．未来型CBP法による先導技術の展開（田中勉，荻野千秋，近藤昭彦）
1.1 CBP（Consolidated BioProcessing）とは
1.2 米国と日本におけるCBPアプローチの比較
1.3 CBPへ向けたC5糖代謝酵母の創製
1.3.1 XR-XDH-XK経路を利用したキシロース代謝酵母の創製
1.3.2 キシロース取り込み能力の強化による発酵能の向上
1.3.3 XI-XK経路を利用したキシロース代謝酵母の創製
1.4 おわりに
２．非硫酸法によるバイオエタノール製造（遠藤貴士，澤山茂樹）
2.1 はじめに
2.2 木質成分の特徴と前処理技術
2.3 メカノケミカル処理技術
2.4 ディスクミルによる微細繊維化処理
2.5 糸状菌酵素による糖化技術
2.6 キシロースのエタノールへの変換
2.7 おわりに
３．固体酸触媒を用いたセルロース糖化法（原亨和）
3.1 はじめに
3.2 カ−ボン系固体酸の合成
3.3 カーボン系固体酸の構造と機能
3.4 カーボン系固体酸の触媒能
3.4.1 セルロースの加水分解による単糖の製造
3.4.2 カーボン系固体酸によるセルロースの加水分解
3.5 おわりに
４．バイオエタノール濃縮用膜（喜多英敏）
4.1 はじめに
4.2 高分子膜
4.3 無機膜
4.3.1 ゼオライト膜
4.3.2 炭素膜
4.4 おわりに
５．食品廃棄物からのエタノール製造（日高亮太）
5.1 はじめに
5.2 実験概要
5.2.1 収集運搬システム
5.2.2 エネルギー転換・利用システム
5.2.3 エネルギー最終利用システム
5.3 実験結果
5.3.1 食品廃棄物の組成
5.3.2 凝集性酵母による連続発酵
5.3.3 製品エタノールの品質
5.3.4 糖化による油回収
5.3.5 エネルギー転換効率
5.3.6 CO2削減効果
5.4 技術課題と対応
5.4.1 プロセスの最適化
5.4.2 回収油など副産物のリサイクル
5.5 おわりに
６．海水・淡水圏由来のバイオエタノール開発（浦野直人，小川剛）
6.1 はじめに
6.2 水圏バイオマス資源について
6.3 バイオマスの糖化
6.4 酵母による糖化液のエタノール発酵
6.5 還元糖の解析と各糖の資化発酵
6.6 バイオエタノール生産の今後
第８章 バイオアルコールとガス
１．新規人工生合成経路構築によるバイオプロパノールの発酵生産（片岡道彦，浦野信行，清水昌）
1.1 はじめに
1.2 グルコースからの1,2-PD生産経路の構築
1.3 1,2-PDから1-プロパノール変換系の探索
1.4 E.blattaeを宿主とする組換え微生物による1-プロパノール生産
1.5 おわりに
２．バイオプロパノール生産微生物の代謝育種（花井泰三，渥美正太，James C.Liao）
2.1 はじめに
2.2 実験方法
2.3 結果
2.3.1 アセトン生産について
2.3.2 イソプロパノール生産について
2.4 考察
2.5 おわりに
３．バイオブタノール生産微生物育種（三宅英雄，田丸浩）
3.1 はじめに
3.2 バイオブタノール生産微生物
3.3 バイオブタノール生産の問題点
3.4 ブタノール生産菌Clostridium beijerinckiiに関する研究
3.5 ブタノール生産菌Clostridium acetobutylicumに関する研究
3.6 ブタノール生産菌Clostridium saccharoperbutylacetonicumに関する研究
3.7 ブタノール生産菌Clostridium thermophileを用いた研究
3.8 まとめ
４．木質等難分解性バイオマスのメタン発酵（坪田潤，渡辺隆司）
4.1 はじめに
4.2 難分解性バイオマスのバイオガス化に必要な前処理技術
4.3 木質バイオマスのバイオガス化
4.3.1 木質バイオマスと白色腐朽菌の特徴
4.3.2 爆砕および白色腐朽菌・爆砕複合前処理によるバイオガス化
4.4 焼酎かすのバイオガス化
4.4.1 焼酎かすの特徴と超高温可溶化
4.4.2 焼酎かすのバイオガス化
4.5 おわりに
第９章 酵素法によるバイオディーゼル生産技術の開発動向（茺真司，野田秀夫，福田秀樹）
１．はじめに
２．酵素法によるバイオディーゼル生産
2.1 リパーゼの種類および使用形態
2.2 酵素法によるBDF生産の実証化試験
３．充填層型反応器によるバイオディーゼル生産
3.1 PBRシステムの概略
3.2 PBRを用いた油脂のエステル交換反応
3.3 各段において分離されるグリセリン量
3.4 PBRによる反応とバッチ式反応の生産性の比較
3.5 連続式BDF生産用ベンチプラント
４．おわりに
第１０章 植物バイオマスから化成品への変換―乳酸，油脂を基盤としたバイオプラスチックの開発（寺田貴彦，宇山浩）
１．はじめに
２．バイオマスからのプラスチック製造の意義
３．バイオプラスチックについて
４．ポリ乳酸低コスト化技術
５．ポリ乳酸の機能・用途拡大
６．ポリ乳酸の高付加価値化I―柔軟性の向上
７．ポリ乳酸の高付加価値化II―耐熱性の向上
８．おわりに
