2016 Fiscal Year Annual Research Report
イオン液体を用いたリグニンのカスケード利用による完全型バイオマスリファイナリー
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15H04193
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
仁宮 一章 金沢大学, 新学術創成研究機構, 准教授 (10379125)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 憲司 金沢大学, 自然システム学系, 教授 (00216714)
生越 友樹 金沢大学, 物質化学系, 教授 (00447682)
覚知 亮平 金沢大学, 自然システム学系, 特任助教 (00743816)
黒田 浩介 金沢大学, 自然システム学系, 特任助教 (10748891)
政井 英司 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (20272867)
野口 愛 国立研究開発法人国立環境研究所, 環境リスク・健康研究センター, 特別研究員 (30724207) [Withdrawn]
遠藤 太佳嗣 金沢大学, 自然システム学系, 特任助教 (50743837)
山岸 忠明 金沢大学, 物質化学系, 教授 (90220251)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | バイオマスリファイナリー / イオン液体 / セルロース / リグニン / 樹脂 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前処理・分画操作の結果得られた多糖リッチな前処理バイオマスに対して、糖化酵素を用いてセルロースとヘミセルロースの糖化反応を行い、糖化残渣リグニンを調整した。糖化酵素としては市販のCtec2, Htec2を用いた。ここで、多糖成分を含まない純度の高い糖化残渣リグニンを得るために必要となるセルラーゼ/ヘミセルラーゼの比、酵素の最少量について検討を行った。単糖についてはHPLC分析から糖化率を評価した。糖化残渣リグニンについては、収量、組成分析、GPCによる分子量分布、NMR分析によるOH基の量を評価した。
上記により得られた糖化残渣リグニンに対して、種々の酸化分解法を行い、酢酸エチル等の溶媒抽出によりリグニンモノマーを得た。ここで、酸化分解法の反応溶媒（水、NaOH水溶液、リグニン良溶解性イオン液体（EmimOAc, MmimMeSO4等））、触媒（ニトロベンゼン、硫酸銅）、酸化剤（Air、H2O2、O2）、加熱方法（加温、マイクロ波）、反応温度・時間等が、糖化残渣リグニンのモノマー化に及ぼす影響を調べた。リグニンモノマー（主にバニリン、シリンガアルデヒド、pヒドロキシベンズアルデヒド等）は、GC/MSによる定性・定量分析を行った。酸化分解残渣リグニンについては、収量、GPCによる分子量分布、NMRによるOH基の量を測定した。
前処理・分画操作の結果生じるイオン液体水溶液（バイオマス由来の低分子夾雑物を多量含む）に対して、イオン交換膜を用いた電気透析を行った後、水分をエバポレーターで除去することにより、純粋なイオン液体を回収した。ここで電気透析の電圧、流量等の条件を最適化した。回収イオン液体については、収量、含水率、NMR分析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
バイオマスの種類（杉、ユーカリ、バガス）やサイズ（粉末～数cmペレット）、イオン液体の最少使用量（原料バイオマスに対して等量～1/10量）、イオン液体と共に用いるco-solventの種類（DMSO等）、加熱方法（加温、マイクロ波、超音波）や処理時間（数min～数10min）が、前処理・分画操作の効率に及ぼす影響を明らかにすることができたから。
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| Strategy for Future Research Activity |
糖化残渣リグニンのモノマー化により得られたリグニンモノマー（バニリン、シリンガアルデヒド、p-ヒドロキシベンズアルデヒド等の混合物）を原料物質として、エポキシ樹脂合成のためのモノマーへと変換する。具体的には、Sphingobium sp. SYK-6株由来のvanillin dehydrogenase遺伝子(ligV)発現Pseudomonas putida PpY1100株（P. putida PpY1100/ligV株）を作成し、バニリン酸、シリンガ酸、p-ヒドロキシ安息香酸の混合物へと変換する。または、ligVに加えてp-hydroxy benzoatehydroxylase遺伝子(PobA) syringate O-demethylase遺伝子(DesA)、vanillate/3MGA O-demethylase (ligM)を発現させたP. putida PpY1100株（P. putida PpY1100/ligV/PobA/DesA/LigM株）を作成し、プロトカテク酸とガリック酸の混合物へと変換する。ここで、リグニンモノマーの存在により宿主P. putida PpY1100株内で強力に発現が誘導されるプロモータをトランスクリプトーム解析により探索し、上述の系へ適用する。培養液中のリグニンモノマー原料、中間・最終物質について、GC/MS分析により変換率を評価する。得られた最終物質のOH基をターゲットとしてエピクロロヒドリンを用いてエポキシ樹脂モノマーを合成し、プレポリマー化・硬化反応を行う。得られたエポキシモノマーや樹脂については、NMRやIRによる分光分析、DSCやTGによる熱分析を行う。
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[Presentation] Utilization of algae-hydrolysate as fermentation medium for 2-pyrone 4,6-dicarboxylic acid production2016
Author(s)
April N Htet, Mana Noguchi, Kazuaki Ninomiya, Yota Tsuge, Shinya Kajita, Eiji Masai, Yoshihiro Katayama, Kazuhiro Shikinaka, Yuichiro Otsuka, Masaya Nakamura, Ryo Honda, Kenji Takahashi
Organizer
日本化学会 平成28年度北陸地区 講演会・研究発表会
Place of Presentation
福井工業大学福井キャンパス、福井
Year and Date
2016-11-25
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[Presentation] 2-ピロン-4,6-ジカルボン酸の発酵生産収率向上のための大腸菌の代謝工学的改変2016
Author(s)
濵野雄大, 仁宮一章, 柘植陽太, 梶田真也, 政井英司, 片山義博, 敷中一洋, 大塚祐一郎, 中村雅哉, 高橋憲司
Organizer
日本生物工学会 第68回大会
Place of Presentation
富山国際会議場、ANAクラウンプラザホテル富山
Year and Date
2016-09-28 – 2016-09-30
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[Presentation] A precise understanding of organocatalytic properties of imidazolium-based ionic liquids; catalytic processes involve n-heterocyclic carbenes or not ?2016
Author(s)
Kenji Takahashi, Ryohei Kakuchi, Ryo Ito, Shuhei Nomura, Hadi Abroshan, Kazuaki Ninomiya, Tomoyuki Ikai, Katsuhiro Maeda, Hyung Kim
Organizer
6th International IUPAC Conference on Green Chemistry
Place of Presentation
Centro Culturale Candiani, Venice, Italy
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-08
Int'l Joint Research
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[Presentation] Facile chemical conversion of cellulose into thermoplastic polymers using organocatalytic function of ionic liquids2016
Author(s)
Rina Hoshino, Makoto Yamaguchi, Ryo Ito, Ryohei Kakuchi, Kenji Takada, Takatsugu Endo, Tomoyuki Ikai, Kazuaki Ninomiya, Katsuhiro Maeda, Kenji Takahashi
Organizer
6th International IUPAC Conference on Green Chemistry
Place of Presentation
Centro Culturale Candiani, Venice, Italy
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-08
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[Presentation] Optimization of ionic liquid-catalyzed transesterification reactions of cellulose2016
Author(s)
Shuhei Nomura, Makoto Yamaguchi, Ryo Ito, Ryohei Kakuchi, Kenji Takada, Tomoyuki Ikai, Kazuaki Ninomiya, Katsuhiro Maeda, Kenji Takahashi
Organizer
6th International IUPAC Conference on Green Chemistry
Place of Presentation
Centro Culturale Candiani, Venice, Italy
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-08
Int'l Joint Research
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[Presentation] Is carbene a catalyst for transesterification of cellulose?2016
Author(s)
Ryohei Kakuchi, Kenji Takada, Ryo Itoh, Makoto Yamaguchi, Hadi Abroshan, Shiori Suzuki, Tomoyuki Ikai, Kazuaki Ninomiya, Katsuhiro Maeda, Hyung Kim, Kenji Takahashi
Organizer
The 2016 Gordon Research Conference(GRC)
Place of Presentation
Sunday River, Newry, ME, US
Year and Date
2016-08-14 – 2016-08-19
Int'l Joint Research
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