2020 Fiscal Year Annual Research Report

細胞壁構成全成分の分子特性に関する統合的研究 -バイオマスの高機能化のために-

Research Project

Project/Area Number	20H00433
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	上高原浩京都大学, 農学研究科, 教授 (10293911)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	増田誠司京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (20260614) 吉永新京都大学, 農学研究科, 准教授 (60273489) 田中義正長崎大学, 先端創薬イノベーションセンター, 教授 (90280700)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	植物細胞壁 / バイオマス / ブロックコポリマー
Outline of Annual Research Achievements	バイオマスの高機能化を最終目的に、細胞壁構成全成分の分子特性に関する統合的研究を遂行した。バイオマスの直接エーテル化による三成分分離に関する基礎研究として、カラマツ鋸屑のエーテル化の炭素数 (Cx, x=1, 2) の違いが三成分分離に与える影響を検討した。アルカリ処理時間、エーテル化反応時間がエーテル化反応及び細胞壁構成成分の分離に与える影響を検討し、これまで得られているメチル化（C1）と同様に、エチル化（C2）の場合でもエーテル化反応は良好に進行し木質成分を分離可能であることがわかった。次いで、その理由を明らかにするため、カラマツ鋸屑からMilled Wood Lignin (MWL), Glucomannan, xylanを抽出し、それらの基礎的な反応性を調べた。さらに、MWL抽出残渣のメチル化物ついて、その生成物を分析した。現在、それらの反応性の違いを詳細に検討中である。加えて、反応溶媒であるtetrabutylammonium fluoride (TBAF)/dimethylsulfoxide (DMSO)がエーテル化反応に与える影響を詳細に検討するため、前述の溶媒系に加え異なる溶媒系が反応に与える影響も検討した。結果として、TBAF/DMSO系の優れた反応性が再確認されたものの、現時点でTBAF/DMSOに優る溶媒系の発掘には至っていない。また、木質細胞壁成分由来ブロックコポリマーの高機能化を目指し、温度応答性バイオマスヒドロゲルの合成を行なった
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason バイオマスの直接エーテル化について、メチル化だけでなくエチル化でも反応は良好に進行し分離可能であることがわかった。その理由を詳細に明らかにするため、木質成分の反応性を分子レベルで理解するための研究や、木質細胞壁成分由来誘導体の高機能化に関する実験が順調に進展したから。
Strategy for Future Research Activity	2年目の2021年度は、1年目の研究成果に基づき、下記研究項目を推進する。 1.Cx, x=3以上のエーテル化反応を行う。Cx, x=2のエーテル化物について、詳細な構造-物性相関に関する研究を推進する。 2.単離したヘミセルロース、milled wood lignin (MWL)を１成分とするメチルセルロース系ジブロックコポリマーを合成し、界面活性能と会合体の形態を指標とした分子特性の解析を行う。 3.刺激応答性木質細胞構成成分由来材料の合成と性能評価を行う。具体的には、磁性ナノ粒子表面への木質系ジブロックコポリマーを固定化し、刺激応答性材料の創出を目指す。 4.針葉樹のみならず、広葉樹、草本植物のエーテル化反応を遂行し、細胞壁構成全成分の分子特性に関する広範囲な知見を集積する。