2015 Fiscal Year Annual Research Report
新規なサスペンションゲル化法による微生物・酵素固定化多孔質ゲルの創製
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26289284
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
徳山 英昭 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10363029)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺田 昭彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30434327)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 化学工学 / 反応・分離工学 / 酵素 / 微生物 / 高分子合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、新規なゲルの作製法であるサスペンションゲル化法を確立し、この手法により作製される多孔質高分子ゲルの独立した孔（μmオーダー）に生体触媒（微生物および酵素）を包括固定した微生物固定化ゲルおよび酵素固定化ゲルを創製する。エネルギー・環境分野での反応（バイオ燃料の製造、排水処理など）を例に高性能な生体触媒反応プロセスを構築する。
平成27年度は、マイクロカプセルを鋳型として多孔質ゲルを作製できるサスペンションゲル化法に、mmオーダーのゲル粒子を作製できる沈降重合法を組み合わせた手法を提案・確立し、酵素固定化多孔質ゲル粒子および微生物固定化多孔質ゲル粒子を作製した。
酵素リパーゼを固定化した多孔質ゲルの酵素反応特性を、4-ニトロフェニル酢酸の加水分解反応をモデルとして検証し、従来の酵素固定化均質ゲルと性能比較した。酵素固定化多孔質ゲル粒子は、モデル反応を良く触媒し、その活性が低下することなく12回の繰り返し利用が可能だった。従来の均質ゲルの合成と同時の酵素の包括固定法では酵素が重合反応場に曝されて失活すること、およびサスペンションゲル化法ではマイクロカプセルが酵素を保護してその失活を防げることを明らかとした。
アンモニア酸化細菌を固定化した多孔質ゲルをアンモニアの酸化（硝化）反応に適用した。連続槽型反応器を作製し、これにアンモニア水溶液を連続供給してゲル内の微生物を増殖させる馴養を行い、約2ヶ月の連続運転で固定化微生物は十分な活性を示すようになった。今後、反応特性を定量的に評価する。
アンモニアの酸化反応で有用な高酸素透過性の高分子ゲルを狙いとして、コンタクトレンズをヒントに、シリコーン系のポリマーを配合した高分子ゲルを作製した。ゲル中の溶存酸素濃度および酸素透過性の測定評価手法を確立した。酸素透過性の劇的な向上は見られなかった。今後、ゲルを改良する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度の研究の目的は、①生体触媒固定化ゲル粒子の作製、および②長期反応への適用可能性の検証だった。①については、酵素と微生物のそれぞれを固定化したゲル粒子の作製技術を確立し学会発表した。②については、酵素固定化ゲルが繰り返し酵素反応に利用できることを実証し論文を投稿中である。微生物固定化ゲルに関しては、連続槽型反応器を作製し、微生物を増殖させる馴養を行っており、研究を順調に進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度（最終年度）は、アンモニア酸化細菌固定化ゲルのアンモニアの酸化（硝化）反応特性を評価し、反応メカニズムを解明する。具体的には、回分反応実験の反応速度解析、ゲル相を通過する物質の拡散透過性、および固定化微生物の反応活性を明らかにする。そして、連続槽型反応器を用いたプロセスの設計指針を構築する。微生物固定化担体の酸素透過性の向上を狙ってシリコーン系のポリマーを配合した高分子ゲルを開発する。酵素リパーゼ固定化ゲルのトリオレインとエタノールのエステル交換反応特性を評価し、バイオディーゼル燃料の製造プロセスの設計指針を構築する。
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| Causes of Carryover |
相見積による業者の選定や格安航空券の購入により、物品費や旅費を節約できたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度に、連続槽型反応器を作製・運転するために必要な機材や機器を購入する。
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Research Products
(6 results)
