2011 Fiscal Year Research-status Report

ポリ酸共存下でのマイクロ波照射によるセルロース性資源の物質変換とその応用

Research Project

Project/Area Number	23655131
Research Institution	University of Miyazaki
Principal Investigator	酒井剛宮崎大学, 工学部, 教授 (40284567)
Project Period (FY)	2011-04-28 – 2014-03-31
Keywords	ポリ酸 / セルロース / マイクロ波 / グルコース / バイオマス
Research Abstract	本年度は、交付申請書に記載の実施計画である「電磁気学的手法による機能触媒の制御に関する試み」について、(1)機能触媒（ポリ酸）存在下でのマイクロ波照射によるセルロースの分解に関する基礎研究、(2)マイクロ波照射によるセルロース系バイオマスの高効率変換条件の確立、の二点について重点的に検討を行った。まず、種々のポリ酸を用いてマイクロ波照射によるセルロースからのグルコースの生成量を調べたところ、ヘテロポリ酸では、マイクロ波照射によってセルロースからグルコースが得られるのに対して、イソポリ酸ではグルコースが生成しないことを明らかにした。さらに、硫酸や塩酸といった一般的な無機酸では、セルロースの色調変化は起こるもののグルコースが生成しないことを明らかにした。一方、色調変化は、分子構造内にC-O-C結合を含む環状の有機物のみで起こる現象であり、色調変化は加熱によって生じることを明らかにした。また、セルロースの高効率直接糖化に適した溶媒を探索した結果、1-プロパノールや2-プロパノールなどでは、色調変化は起こるもののグルコースは生成しないことがわかった。また、エタノールと水の混合溶媒を用いた時に、高いグルコース収率を示すことが示唆され、最高で80%の収率を得た。現在、再現性の確認に取り組んでいるところである。また、セルロース分解メカニズムを解明するために、二糖の分解と生成物の分析を行った。その結果、セロビオースからは47％の収率でグルコースが生成した。さらに、グルコースとフルクトースがグリコシド結合したスクロースにマイクロ波照射した場合、ほぼ同量のグルコースとフルクトースが生成されたことから、分子内のC-O-C結合が選択的に切断されたと考えられた。この結果から、マイクロ波照射によるセルロースの直接糖化は、C-O-Cグリコシド結合の選択的切断によるものとの結論に達した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 23年度の研究実施計画に記載した「電磁気学的手法による機能触媒の制御に関する試み」については、研究実施の概要に記載した通り、(1)機能触媒（ポリ酸）存在下でのマイクロ波照射によるセルロースの分解に関する基礎研究、(2)マイクロ波照射によるセルロース系バイオマスの高効率変換条件の確立、について、多くの重要な基礎知見を得るとともに、分解直接糖化メカニズムの大部分を明らかにできた。また、エタノールと水の混合溶媒でグルコースの最高収率80%を得ており、効率変換条件の確立とともに、溶媒を制御する新機軸によって、さらなる高効率変換が期待される。ただし、(3)二種類以上の機能触媒共存下でのマイクロ波照射効果、については上記２項の基礎研究がより深く進んだため、23年度は取り組むことができなかった。しかしながら、上記２項の基礎研究成果によって、本項目もさらに発展すると考えられ、達成度としては高く評価できると考えている。
Strategy for Future Research Activity	平成24年度は、平成23年度に得られた基礎的な知見や新規知見を駆使して、(3)二種類以上の機能触媒共存下でのマイクロ波照射効果に取り組む。また、23年度分で新規に見出した溶媒の効果について、再現性の確認に取り組むとともに、そのメカニズムを明らかにする。　また、初年度での取り掛かりが難しいと予想していた（II）電気化学的手法による機能触媒の制御に関する試み、と、（III）の光学的手法による機能触媒の制御に関する試み、については、予想通り実施できなかったため、本年度から検討を実施する。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	初年度は、試薬や分析用消耗品が多く必要だったため、ほとんど消耗品費に充てた。次年度についても、必要とする機器等はできるだけ学内設備を利用し、必要に応じて依頼分析等を行う。そのため、次年度もほとんどを消耗品費に充てる。また、既に１件の学会発表を予定しており、少なくともこの分の旅費は必要になる。