2021 Fiscal Year Research-status Report
土壌中における機能を模倣した生理活性発現に適したリグニンの分子設計
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20K06160
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
三亀 啓吾 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (70571701)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 伸 青森県立保健大学, 健康科学部, 教授 (40310099)
向井 友花 神奈川県立保健福祉大学, 保健福祉学部, 教授 (60331211)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | リグニン / フェルラ酸 / 米ぬか / キノコ廃菌床 / 酸化分解 / 生理活性 / 酒米 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで自然界におけるリグニン酸化分解による機能化を模倣し，木材腐朽菌処理後，金属酸化物による化学的処理で長波長UV吸収リグニンオリゴマーの生成効率化に成功し，動物培養細胞を用いた試験で生理活性を確認している。本研究では更なる機能化とリグニン構造と生理活性の相関解明に向け，二つのアプローチに取組む。①フェルラ酸を含む米糠をキノコ培地に添加し，キノコのフェノール酸化酵素によりリグニンにフェルラ酸を結合させ高い生理活性を有するリグニン酸化分解物を生産する。続いて②化学的酸化分解時にアルカリ酸化分解物の再縮合の制御や多価フェノールの選択的グラフティングにより抗酸化活性やタンパク質吸着性の向上を図る。これらによりリグニンの高付加価値化を達成することを目的としている。
研究実施計画一つ目は，「キノコ培地組成の適性化による生物的リグニンの酸化分解」であった。培地に用いる日本酒の精米残渣は，新型コロナ感染症の影響で入手が遅れ，12月にようやく入手することができ，現在，フェルラ酸含量などの確認を始めたところである。フェルラ酸添加培地に関しては，添加方法を改良し，成長阻害を抑制した。研究実施計画二つ目は，「生理活性発現に適した分子設計リグニンの化学的酸化分解」であった。木粉のアルカリ酸化銅分解においては，アセトン添加系の条件制御によりデヒドロジンゲロンの高収率化とデヒドロジンゲロンとバニリンの縮合により生成するクルクミン類似化合物の収率改善を達成した。また，カテコールとレゾルシノールの導入比率を制御したリグノフェノールをアルカリ分解することで高フェノール活性リグニンの分子量を制御可能にした。研究実施計画三つ目は，「リグニン分解物の生理活性試験」であった。シリンギルタイプデヒドロジンゲロンおよびカテコールとレゾルシノールの導入比率を制御したリグニン分解物は，カテキン以上の抗酸化活性を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
三つの研究実施計画の進捗状況を以下にまとめる。
①「キノコ培地組成の適性化による生物的リグニンの酸化分解」新型コロナ感染症の影響で入手できていなかった培地原料に用いる日本酒の精米残渣が12月に入手でき，フェルラ酸含量などの確認を開始した。コシヒカリ米糠とフェルラ酸添加した培地においては米糠の含侵法により成長阻害を抑制し，フェルラ酸を8倍量添加することか可能となった。腐朽培地の相分離変換法を用いたリグノセルローストータル解析を行い，腐朽効果を確認した。これらの酸化銅分解を行い，長波長UV吸収リグニン分解物生成量向上が確認された。現在，添加したフェルラ酸の効果について確認を進めている。
②「生理活性発現に適した分子設計リグニンの化学的酸化分解」木粉のアルカリ酸化銅分解におけるアセトン添加と反応条件制御によりデヒドロジンゲロンとそのシリンギル型の効率生産を達成した。さらにアルカリ強度などの条件を制御することにより，λmax=370nmの長波長UV吸収を有するクルクミン類似化合物の生成率上げることに成功した。また，相分離系変換法を用いてカテコールとレゾルシノールを複合導入したリグノ多価フェノールを調製し，両フェノールのアルカリ隣接基関与反応の効果によりβ-エーテルの開裂を制御し，分子量を任意に制御できることを明らかとした。これにより様々な分子量の高フェノール性水酸基量を持つリグニン分解物を作ることが可能となり，フラボノイドやタンニン同等以上の生理活性が期待できるリグニン分解物の生産方法を確立した。
③「リグニン分解物の生理活性試験」シリンギルタイプデヒドロジンゲロンおよびカテコールとレゾルシノールの導入比率を制御したリグノ多価フェノール分解物をDPPH法による抗酸化活性試験を行い，カテキン以上の抗酸化活性を示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
新型コロナ感染症の影響により，本研究課題の1年目に入手予定であった日本酒製造時の精米度の異なる米糠を2年目の12月にようやく入手することができた。今後は，これらのフェルラ酸量や炭水化物量を測定し，木材腐朽菌による酸化分解とフェルラ酸カップリング効果の確認を進めるとともに，研究協力者である新潟県森林研究所とキノコ会社に依頼し，キノコ生産における効果も確認していく。
また，アルカリ酸化銅分解におけるアルドール縮合反応の効率化をさらに進め，様々なタイプの長波長UVリグニン分解物の生産を検討する。また，多価フェノール導入リグニン分解物についても抗酸化活性以外の生理活性やフェノール性水酸基量をさらに高めたリグニン分解物生産の検討も行い，高生理活性リグニンの開発により高付加価値物質の用途へつなげる。
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| Causes of Carryover |
精米度の異なる米糠の入手が大幅に遅れたことにより，栽培レベルでのキノコ培養の開始ができなかった。その影響もあり，研究分担者に進めていただく生理活性試験も遅れており，予算の遂行ができなかった。日本酒酒米糠の入手も可能となったため，次年度は最終目的に向け，研究を進めていく。
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