2020 Fiscal Year Annual Research Report
生分解開始機能を有し、生分解速度も制御された高性能バイオマスプラスチックの創製
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19H00908
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岩田 忠久 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (30281661)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 生分解性プラスチック / 酵素内包 / 自己分解 / ポリカプロラクトン / リパーゼ / 溶融混錬 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、非生分解性プラスチックによるごみ問題が世界的な解決すべき課題として取り上げられている。生分解性プラスチックは解決策の一つとして考えられているが、全ての生分解性プラスチックが環境中で分解されるわけでもない。そこで本研究では、土壌・河川・海洋のいずれの環境でも生分解性が生じさせることを目的として、分解酵素を生分解性プラスチックに内包し、材料に生分解開始機能を付与するという極めて独創的な手法を開発した。酵素をプラスチック内に内包する際、適切なポリマー樹脂担体に固定化することで、酵素の熱安定性を向させ、溶融混錬による成形も可能とした。
本年度は、生分解性ポリエステルのポリカプロラクトン(PCL)に対し高い分解能を有するリパーゼを選び、ポリマーに内包させることで自己分解性プラスチックを作製、生分解性評価を行った。Lipozyme CALB L、Lipase PS Amano SD、Lipase G Amano 50、Lipase AK Amanoの４種類のリパーゼを乾燥状態で100℃、10分間の加熱処理を行ったところ、いずれのリパーゼも活性を保持していた。続いて、これら４種のリパーゼを溶融混練法でリパーゼ内包したPCLフィルムを作製した。その結果、PCLの分解の速さは、Lipozyme CALB L、 Lipase PS Amano SD、 Lipase AK Amano、Lipase G Amano 50の順であり、PCLにおいても酵素内包技術が自己分解性の発現に有効であることがわかった。特に、Lipozyme CALB L内包するフィルムでは、24時間内完全に分解されたことが確認された。各種リパーゼ内包PCLの分解の速さの順が各種リパーゼが外部から加えた場合とは違った原因は、リパーゼ粉末の性質、分散状況、水親和性、溶融混練過程の熱処理などの影響だと考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
生分解性開始機能の開発として試みた酵素内包生分解性プラスチックの開発については、本当に熱に強い酵素が作れるかどうかが最大のポイントであった。昨年度はポリ乳酸に対して検討を行い、高分子樹脂に酵素を固定化することにより耐熱性に優れた酵素を開発することができた。その方法を他の生分解性ポリエステルであるポリカプロラクトンとリパーゼの組み合わせに展開したところ、想像以上の速さで生分解が生じることを実証できた。
本手法により、各種プラスチックに適した分解酵素と固定化担体の探索と適切な組み合わせにより 、使っているときは分解が起こらず、環境中に流出したら、自己分解が開始できる高性能な生分解性プラスチックを作製することが可能であることが実証できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、様々な生分解性脂肪族ポリエステルや多糖類エステル誘導体などへの展開を図る。さらに、材料の分子鎖構造、結晶構造、高次構造の観点から、生分解速度の制御に関する研究も並行して行う。
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