短時間高活性水熱前処理を用いた利益創出・エコ型バイオマス全成分有効利用法の開発

• Project/Area Number: 20H00644
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 中村 嘉利 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 教授 (20172455)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森脇 真希 (高野) 富山大学, 学術研究部工学系, 助教 (10444192) ; 浅田 元子 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 教授 (10580954) ; 石田 竜弘 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(薬学域), 教授 (50325271) ; 中崎 清彦 創価大学, プランクトン工学研究所, 教授 (70180263)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥45,500,000 (Direct Cost: ¥35,000,000、Indirect Cost: ¥10,500,000); Fiscal Year 2023: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2022: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2021: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000); Fiscal Year 2020: ¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
• Keywords: バイオマス全成分有効利用法 / バイオリファイナリー / バイオマス全成分有効利用 / バイオマス

Outline of Research at the Start

本研究では、国内で大量に発生する未利用木質バイオマス（間伐材、成形廃棄残材やおがくず等）を原料として、短時間高活性水熱前処理（加圧式マイクロ波水熱処理または高圧高温水蒸気処理）を用いた高付加価値バイオマス由来化成品（電子基板材料用エポキシ硬化樹脂、カーボンナノファイバー、薬剤用DDS担体セルロースナノファイバーや高強度ポリ乳酸コンポジットなど）の創製と機能性評価を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、廃竹(Phyllostachys pubescens)に含まれるセルロースだけでなくリグニンも有用製品に変換できるトータル利用システムを開発するため、抗酸化作用を有するポリフェノールの効果的な抽出、セルロースナノファイバー(CNF)の調製および低分子量リグニンの効率的抽出分離のための加圧マイクロ波アシストエタノール溶媒(PMAES)処理を検討した。抽出物の抗酸化活性はDPPHラジカル捕捉活性を測定して評価し、調製したCNFの樹脂補強効果はポリ乳酸(PLA)との複合体の引張強度を測定して調べた。最大抗酸化活性(EC50= 59.3 μg/mL)を持つ抽出物は50 v/v% エタノールで 180 ℃ で 7 min処理した竹から得ることができた。この値は、未処理の水抽出竹の0.158倍であり(EC50値が高いほど抗酸化活性が高い)、PMAES処理は抗酸化物質の抽出に有効であることがわかった。同処理条件で、CNFとポリ乳酸(PLA)複合体の最大引張強度91.8 MPaがCNF比30 wt%で得られ、この値はニートPLAの13.9倍、市販のCNF同比率のCNF/PLA複合体の2.39倍に相当した。PMAES処理は、抗酸化物質の抽出だけでなく、樹脂補強効果の高いCNFの作製にも有効な方法であった。また、得られたセルロースナノファーバー（CNF）にはリグニンがある程度含まれており、それを原料としてDDSを作成し、MKN45(ヒト胃がん細胞)を腹膜播種したマウスを用いて治療効果を検討した結果、CNFをDDSとして腹腔内投与した場合のマウス生存日数は未投与の1.3倍になることを明らかにした。また、抽出分離されたリグニンは樹脂原料だけでなく、樹脂硬化剤としても利用可能であった。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Antioxidant and antimicrobial activities of lignin-derived products from all steam-exploded palm oil mill lignocellulosic biomass waste (2024)
  • Author(s): Sholahuddin Sholahuddin、Arinawati Dian Yosi、Nathan Vinod Kumar、Asada Chikako、Nakamura Yoshitoshi
  • Journal Title: Chemical and Biological Technologies in Agriculture Volume: 11 Issue: 1 Pages: 5-5
  • DOI: 10.1186/s40538-023-00529-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Efficiency of β-glucan production by Sparassis crispa depends on mycelium shape (2022)
  • Author(s): Okumura Ryosuke、Nakamura Yoshitoshi、Asada Chikako
  • Journal Title: Biomass Conversion and Biorefinery Volume: 14 Issue: 2 Pages: 1939-1947
  • DOI: 10.1007/s13399-022-02555-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of hydrothermal treatment on organic matter degradation, phytotoxicity, and microbial communities in model food waste composting (2022)
  • Author(s): Zainul Kamal Syazni、Ngoc Minh Tran Quyen、Koyama Mitsuhiko、Mimoto Hiroshi、Asada Chikako、Nakamura Yoshitoshi、Nakasaki Kiyohiko
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 133 Issue: 4 Pages: 382-389
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2022.01.004
  • NAID: 210000159600
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Production of spiculisporic acid by Talaromyces trachyspermus in fed-batch bioreactor culture (2021)
  • Author(s): Moriwaki-Takano Maki、Asada Chikako、Nakamura Yoshitosi
  • Journal Title: Bioresources and Bioprocessing Volume: 8 Issue: 1 Pages: 59-59
  • DOI: 10.1186/s40643-021-00414-1
  • NAID: 120007147671
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of Activated Cow Dung as Inoculum on Methane Production of Steam-Exploded Rice Husks (2021)
  • Author(s): Sholahuddin、Nakamura Yoshitoshi、Asada Chikako
  • Journal Title: Waste and Biomass Valorization Volume: - Issue: 9 Pages: 5019-5028
  • DOI: 10.1007/s12649-021-01365-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of Biopolymer Composite Using Cedar‐Derived Cellulose Nanofibers (2021)
  • Author(s): Asada Chikako、Seno Masato、Nakamura Yoshitoshi
  • Journal Title: Waste and Biomass Valorization Volume: 12 Issue: 11 Pages: 6245-6254
  • DOI: 10.1007/s12649-021-01436-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Utilization of Steam-Treated and Milling-Treated Lignin from Moso Bamboo as Curing Agent of Epoxy Resin (2021)
  • Author(s): Asada Chikako、Honjo Koki、Nakamura Yoshitoshi
  • Journal Title: Waste and Biomass Valorization Volume: 12 Issue: 11 Pages: 6261-6272
  • DOI: 10.1007/s12649-021-01444-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microwave-Assisted Hydrolysis of Cellulose in Towel and Wheat Straw Using Freeze-Thawing with NaOH (2020)
  • Author(s): Sasaki Chizuru、Sumitomo Yuka、Odashima Kai、Asada Chikako、Nakamura Yoshitoshi
  • Journal Title: Waste and Biomass Valorization Volume: - Issue: 6 Pages: 3331-3339
  • DOI: 10.1007/s12649-020-01219-7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Saccharomyces cerevisiae BA11を利用した効率的バイオエタノール生産 (2024)
  • Author(s): 樫谷 侑太朗, 浅田 元子, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本農芸化学会中四国支部第67回講演会
• [Presentation] 水蒸気蒸煮前処理条件がバイオマス酵素糖化に及ぼす影響 (2023)
  • Author(s): 樫谷 侑太朗, 浅田 元子, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本化学会中国四国支部大会山口大会化学教育研究発表会
• [Presentation] 物性の異なるナノセルロースを用いて調製したパクリタキセル包埋CNFの調製 (2023)
  • Author(s): 高田 正希, 安藤 英紀, 田島 健次, 松島 得雄, 草野 貴友, 浅田 元子, 中村 嘉利, 石田 竜弘
  • Organizer: 第62回日本薬学会・日本薬剤師会・日本病院薬剤師会中国四国支部学術大会
• [Presentation] クヌギからのOne-Pot酸化法を用いたCNC製造と評価 (2023)
  • Author(s): 西村 健太郎, 浅田 元子, 中村 嘉利, 植木 智之, 源 貴志
  • Organizer: 日本農芸化学会2023年度中四国・西日本支部合同大会講演
• [Presentation] S. cerevisiae BA11の耐性評価とキシロース資化性付与 (2023)
  • Author(s): 樫谷 侑太朗, 浅田 元子, Prihardi Kahar, 荻野 千秋, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本農芸化学会2023年度中四国・西日本支部合同大会
• [Presentation] 水蒸気爆砕による稲わら由来のリグニン分解物を利用した光殺菌の検討 (2023)
  • Author(s): 中杉 昌太, 鈴木 昭浩, 浅田 元子, 中村 嘉利, 白井 昭博
  • Organizer: 日本防菌防黴学会第50回年次大会
• [Presentation] 植物性バイオマス含有糖有効利用のための水蒸気蒸煮前処理効果検討 (2023)
  • Author(s): 樫谷 侑太朗, DINH GIA TIHEN, 浅田 元子, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本農芸化学会中四国支部第65回講演会
• [Presentation] Pressurized microwave-assisted hydrothermal treatment with various salts for efficient bioethanol production from plant biomass (2023)
  • Author(s): Yutaro Kashitani, Yoshitoshi Nakamura and Chikako Asada
  • Organizer: 16th Annual International Conference on the Challenges in Environmental Science & Engineering
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Utilization of steam and milling treated bamboo lignin as antioxidant polyphenol and epoxy resin curing agent (2023)
  • Author(s): Chikako Asada, KASHITANI Yutaroh and Yoshitoshi Nakamura
  • Organizer: XXXI International Conference on Polyphenols
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deep eutectic solvent pretreatment for conversion of lignocelllulosic biomass into useful materials (2022)
  • Author(s): Chikako Asada and Yoshitoshi Nakamura
  • Organizer: International Conference on Challenges in Environmental Science and Engineering CESE 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] バイオマス前処理としての深共晶溶媒利用法の検討 (2022)
  • Author(s): 永井 孝典, 浅田 元子, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本農芸化学会2022年度中国四国支部大会
• [Presentation] バイオマス由来リグニンの化学修飾によるエポキシ樹脂機能性付与とその評価 (2022)
  • Author(s): 渡邊 有美, 浅田 元子, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本農芸化学会2022年度中国四国支部大会
• [Presentation] Low-molecular-weight lignin production from palm oil kernel shell (2022)
  • Author(s): Sholahuddin Sholahuddin, 浅田 元子, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本農芸化学会2022年度中国四国支部大会
• [Presentation] Deep eutectic solvent pretreatment for conversion of lignocelllulosic biomass into useful materials (2022)
  • Author(s): Chikako Asada, Yoshitoshi Nakamura
  • Organizer: International Conference on Challenges in Environmental Science and Engineering CESE 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] バイオマス由来リグニンの化学修飾によるエポキシ樹脂機能性付与とその評価 (2022)
  • Author(s): 渡邊 有美, 浅田 元子, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本農芸化学会2022年度中国四国支部大会(第63回講演会)
• [Presentation] Low-molecular-weight lignin production from palm oil kernel shell (2022)
  • Author(s): Sholahuddin, 浅田 元子, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本農芸化学会2022年度中国四国支部大会(第63回講演会)
• [Presentation] Cured lignin epoxy resin made from lignocellulosic waste using steam treatment followed by milling treatment (2021)
  • Author(s): Chikako Asada, Sholahuddin, Yoshitoshi Nakamura
  • Organizer: 8th International Conference on Engineering for Waste and Biomass Valorisation (Web会議)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 農産廃棄物(稲わら)を原料とした CNF の製造 (2020)
  • Author(s): 六車 知晃, 中村 嘉利, 浅田 元子
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度中四国支部大会(第57回講演会)
• [Presentation] リグノセルロース系バイオマス利用のための深共晶溶媒処理の検討 (2020)
  • Author(s): 吉田 優, 浅田 元子, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度中四国支部大会(第57回講演会)
• [Presentation] 農業廃棄物(ユズの皮)を原料とした CNF の生産と分析 (2020)
  • Author(s): YILAMU DILIMULATI, 浅田 元子, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度中四国支部大会(第57回講演会)
• [Presentation] リグニンエポキシ樹脂硬化物の物性に及ぼす無機質フィラー添加効果の検討 (2020)
  • Author(s): 岡部 聖, 浅田 元子, 中村 嘉利
  • Organizer: 日本生物工学会西日本支部大会2020(第5回講演会)
• [Presentation] Antioxidant activity of polyphenolic fraction of Shibataea kumasasa leaves (2020)
  • Author(s): Nilofar, Kenshiro Katsura, Yoshitoshi Nakamura and Koji Kishimoto
  • Organizer: 2020 Sakura-Bio Meeting (On Line)
  • Int'l Joint Research
• [Book] 重合開始剤,硬化剤,架橋剤の選び方、使い方とその事例 (2021)
  • Author(s): 淺田元子、中村嘉利、今井昭夫、稲垣勝美、永島田貴之、越部 茂、下村 修、吉川信一郎、 宮本充彦、橋本裕輝、熊野 岳、軍司康弘、原口和敏、戸倉一樹、御田村紘志、高橋宏明、 高須昭則、高村真澄、高島義徳、他56名
  • Total Pages: 611
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861048401
• [Book] 最新の海洋生分解性プラスチックの研究開発動向 (2021)
  • Author(s): 淺田元子、石井淑夫、岩田忠久、内田圭一、内野佳仁、宇山浩、榎牧子、小川玲奈、粕谷健一、 加藤千明、紙野圭、亀山豊、岸村小太郎、木村聡、権正行、佐藤駿佑、鈴木美和、髙橋幹男、 橘熊野、田中一生、他7名
  • Total Pages: 348
  • Publisher: テクノシステム
  • ISBN: 9784924728875