2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of highly efficient gas absorption mechanisms in biofilm by optimizing interfacial properties
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19K04676
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
樋口 能士 立命館大学, 理工学部, 教授 (60288628)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 生物脱臭装置 / トルエンガス / 体外分泌物 / タンパク質 / 液膜 / 分子量分画 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物脱臭法は、大気汚染物質の1つである揮発性有機化合物（VOCs）を低環境負荷で効率的に処理可能な方法の1つとされている。本研究では、充填塔型生物脱臭装置内に生息する微生物の体外分泌物がVOCガス除去能力に与える影響を考察することで装置の効率化を図ることを目的に、基礎実験を実施した。既往の研究より、微生物の体外分泌物の一つであるタンパク質成分がVOCガスの除去効率に強く関わっていることが指摘されている。そこで当該年度の研究では、限外ろ過を用いて体外分泌物中のタンパク質を分子量で分画し、その各成分が、代表的なVOC化合物であるトルエンのガス除去能力に対して及ぼす影響を観察した。
実験では、トルエン分解菌であるPseudmonas putidaの独自単離株（NB-K4株）を異なる培地条件で培養し、その過程での体外分泌物の生成を分画別に観察した。また、この分泌物の各分画をNB-K4株の生物膜上に液膜として散布し、トルエンガスの除去特性を比較した。分画は、分子量300K（K=1000）以上，3K-300K，3K以下の3サイズに分画した。
NB-K4株の培養過程における各分画のタンパク質の生成については、無機塩培地成分の濃度よりもトルエンガスの暴露条件に大きく影響を受け、総じて各分画は比較的均等に生成した。既往の研究では、糖濃度が低くタンパク質濃度が高い条件でトルエンガス除去が高くなる傾向が指摘されたが、本研究では、タンパク質成分の分画毎に、トルエンガス除去に与える影響がそれぞれ異なる可能性が示唆された。例えば本実験の範囲内では、3K以下の分画を生物膜上の液膜に散布すると、糖濃度によらず高いトルエンガス除去能力を示した。ただし試行回数が少なかったため、実験の精度向上を図りながら繰り返し試験を行い、結果の信頼性を高める必要がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
トルエン分解菌の培養については既往の研究通りに実施して良好に進み、培養過程での体外分泌物中タンパク質の各分画の比率を観察することができた。分画操作には、本助成事業で新たに購入した限外ろ過システムが有効に機能した。またこの試料を液膜として生物膜上に散布した条件でのトルエンガス除去実験も実施できた。また、同じタンパク質でも分画毎でトルエンガス除去に与える影響が異なるという点では当初予想通りの観察結果が得られたものの、その影響の傾向を明確に示せるほどの十分なデータは得られず、より確証の持てる実験結果を得るためには、相当の繰り返し試験が必要と判断され、その点は翌年度以降の課題となった。
一方、本研究では、体外分泌物中の糖成分にも注目して、分離・分画を実施する予定であった。その作業に必要な器具には、既に所有している液体クロマトグラフ装置を用いる予定であり、その装置に必要な付属品として、本助成事業で新たに示差屈折率検出器を購入した。しかし、機器の他部分の不調等による調整不足が原因となり、分離・分画を実施するまでには至らず、翌年度に早急に解決して分離・分画作業を実施する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の理由により、当該年度の研究については、タンパク質の分画間でのトルエンガス除去の比較を限られたデータの範囲で行ったのみであり、糖濃度の影響、また、タンパク質の分画についても、現時点で実施できている分子量分画以外の分画を実施する等、より詳細な観察を継続していく予定である。
本研究ではこれまで、タンパク質成分や糖成分をそれぞれ総濃度の形で定量していたが、今後は、総濃度に加えて、既存の所有機器である分光蛍光光度計で検出される三次元蛍光スペクトルに基づく成分分析を並行して行い、体外分泌物試料についてのより詳細な成分情報を得る予定である。また、本研究の実際の応用の場である生物脱臭装置の液相において、最も容易に制御可能で、かつ装置性能に少なからず影響を与える要因としてpHがあるが、pH調整によるタンパク質の挙動を、総濃度および三次元蛍光スペクトルにより追跡し、トルエンガス除去効率との比較検討を行う。さらに基礎的な実験により、界面張力や粘度等の液膜の基本的物性や、物質移動容量係数に相当するガス吸収に直接影響する数値の測定を通じて、体外分泌物がトルエンガス除去に与える影響を観察する。これらの調査を総合して、トルエンガス除去に影響するタンパク質成分、糖成分を少しずつ絞り込み、液膜中におけるそれらの適正濃度（あるいは濃度範囲）を示していくとともに、トルエンガス除去におけるこれら生物由来物質が与える影響の作用機序についても推察を加えていく。
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| Causes of Carryover |
当該年度において、設備備品費として申請した示差屈折率検出器(RID-20A)の導入に際し、検出器を接続するシステムである既設の液体クロマトグラフ装置を制御するパソコンが故障していることが新たに発覚し、その交換及び再インストールに追加費用が必要となった。そこで、直接経費で10万円の前倒し請求を行い、この修繕を実施した。その結果、次年度以降の使用額に変更が生じるが、全体に占める額はわずかであり、不足額が生じた際にも学内の個人研究資料費等で十分に補填可能である。したがって、残る2ヵ年の研究には支障はないと考える。
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