2015 Fiscal Year Research-status Report
ミクロフィブリルの長さ方向に存在する非晶領域とヘミセルロースの相互作用
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15K18723
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
堀川 祥生 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (90637711)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | セルロース / ヘミセルロース / ミクロフィブリル / 重合度 / エンドグルカナーゼ / 赤外分光分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず出発物質であるセルロースの標準化に取り組んだ。研究実施計画に則して針葉樹からスギ、広葉樹からユーカリ、単子葉植物としてバガスをバイオマス原料とし、温和な条件で亜塩素酸ソーダによりリグニンを溶脱した。次に、セルロースの重合度を比較的維持した状態でヘミセルロースを除去するため水酸化ナトリウム処理を行った。コントロールとして市販の微結晶セルロースに対し、水酸化ナトリウム濃度を上げながら処理を試みると6%以上で結晶性の低下が認められたため、本課題では5%で煮沸処理し、得られた化学処理残渣を標準セルロース基質とした。
セルロース試料の構成成分分析を行ったところ、興味深いことにいずれにおいてもヘミセルロース由来の単糖が約10％程度残存していた。ユーカリではほぼキシランが残っていたのに対し、バガスではキシロースとマンノースが3:1の割合であった。スギにおいては処理前でのキシロース：マンノース比が4:5であったのに対し、セルロース精製後では2:9と大きな変化が認められた。これはキシランに比べてマンナンがセルロース近傍に沈着し、ミクロフィブリルとの相互作用による影響であると考察できることから、細胞壁多糖の局在に関する知見として意義が大きい結果であった。
ユーカリセルロースの重合度を測定したところ約1500程度であった。これをエンドグルカナーゼで処理した結果、酵素添加初期では重合度が急激に減少したが、その後、頭打ちの傾向が認められた。いわゆるレベルオフ重合度が酵素処理でも観察され、長さ方向における非晶領域の減少であることが確認された。今後、用いたエンドグルカナーゼがヘミセルロースに対して不活性であることを確認した後に、分解残渣の構成成分分析によって長さ方向に存在する非晶領域とヘミセルロースの相互作用を評価していく予定である。
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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
27年度の実施計画として、提案した3種類のバイオマスから本研究課題の出発物質であるセルロースの標準化を行った。さらにセルロースの非晶領域を認識して切断する糖化酵素エンドグルカナーゼによる分解残渣の重合度評価は予定通り進行中である。ただし、用いたエンドグルカナーゼがヘミセルロースに対して、どの程度の活性を有するのか確認する必要が出てきたため、分解残渣の糖分析が遅れてはいるが、全体的な進捗としては概ね計画通りに進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
エンドグルカナーゼがヘミセルロース不活性であることを確認後に、分解残渣の糖分析と共に赤外分光分析を行う。得られた糖分析データを重合度データと相関分析することによってセルロースの非晶領域と関係のあるヘミセルロースの成分を明らかにする。さらに、蓄積したデータセットを赤外分光分析データと関連付けることにより繊維方向に存在する非晶構造とヘミセルロースとの相互作用を明らかにする。そのためには、再現性に注意した赤外分光分析法を確立する必要があるため、試料調製法、測定アクセサリー、スペクトル前処理の最適化を行う。特に、分解残渣が非常に微量であることから必要であれば顕微鏡アクセサリーを用いてスペクトルを取得する予定である。それに続いて、赤外分光データと化学実験データの検量モデルを構築するため多変量解析を行う。モデルの作成においては部分最小二乗法を用いるが、特にスペクトル領域の選定に注意を払いながら回帰分析を行い、鍵となる赤外吸収バンドを特定し結合様式の解明を目指す。
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