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酵素バイオ燃料電池による電気エネルギーと有用物質の同時生産

研究課題

研究課題/領域番号 16J07225
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生物機能・バイオプロセス
研究機関東京農工大学

研究代表者

作田 陸  東京農工大学, 大学院工学府, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2017年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2016年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードバイオリファイナリー / グリーンケミストリー / サステイナブルケミストリー / 生物電気化学 / バイオマス / ヘキサル酸 / ヘキスロン酸 / 基幹化合物 / アルダル酸 / ウロン酸
研究実績の概要

PQQ-GDHによるD-ガラクツロン酸酸化でガラクタル酸を生産できることが従前の研究で分かった。この酵素が幅広い糖を基質とすること、立体異性の活用でより幅広い応用展開を期待できることなどを勘案し、他の生物由来ヘキスロン酸からのガラクタル酸ジアステレオマー生成も試みた。D-グルクロン酸はウルバンやヘミセルロース、D-マンヌロン酸とL-グルロン酸はアルギン酸を構成する。GDHで前二者の酸化を試みた。加えてCoprinopsis cinerea由来ピラノース脱水素酵素のPQQドメイン(DHPDH)でL-グルロン酸酸化を試みた。DHPDHもアノード触媒として適している。D-グルクロン酸とL-グルロン酸からD-グルカル酸、D-マンヌロン酸からD-マンナル酸を得られたので論文として発表した。
ガラクタル酸と電力を同時生産する酵素バイオ燃料電池に関する検討も行った。GDH電極によるD-ガラクツロン酸酸化によりガラクタル酸とその1,4-ラクトンがファラデー効率99%で生成したことをNMRで確認した。O2とD-ガラクツロン酸がGDH電極とビリルビン酸化酵素(BOD)電極の触媒電流にそれぞれ有意に影響していないことをCV測定と二元配置分散分析で明らかとした。続いてポリガラクツロン酸をペクチナーゼで加水分解してD-ガラクツロン酸を収率86%で得た。不純物による反応の阻害が予想されたが、加水分解物水溶液中での上記2電極のCV測定では、純品溶液と比較し触媒電流の減少は観測されなかった。GDH電極をアノード、BOD電極をカソードとする電池の開回路電圧はCV測定で各電極の触媒電流が出力し始めた電位の差と一致していた。電池の対照測定と比較して最大電流と最大出力は大きく、D-ガラクツロン酸とポリガラクツロン酸加水分解物のどちらを燃料とする場合でも、電池として機能することを確認できた。論文投稿準備を進めている。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] CSIRO(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] ヘキサル酸の酸化的な生産~硝酸からバイオ燃料電池まで~2018

    • 著者名/発表者名
      作田陸、中村暢文
    • 雑誌名

      アグリバイオ

      巻: 2 ページ: 500-503

    • NAID

      40021808354

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Enzymes Suitable for Biorefinery to Coproduce Hexaric Acids and Electricity from Hexuronic Acids Derived from Biomass2017

    • 著者名/発表者名
      Sakuta Riku、Takeda Kouta、Igarashi Kiyohiko、Ohno Hiroyuki、Nakamura Nobuhumi
    • 雑誌名

      Energy Technology

      巻: 6 号: 2 ページ: 273-279

    • DOI

      10.1002/ente.201700404

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase anode: Coproduction of galactaric acid and electricity2017

    • 著者名/発表者名
      Sakuta, R., Takeda, K., Igarashi, K., Ohno, H., and Nakamura, N.
    • 雑誌名

      J. Mol. Catal. B Enzym.

      巻: 印刷中 ページ: S76-S79

    • DOI

      10.1016/j.molcatb.2016.11.021

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fundamentals and Recent Development of Enzymatic Biofuel Cells2016

    • 著者名/発表者名
      R.Sakuta, N. Nakamura
    • 雑誌名

      The Journal of Fuel Cell Technology

      巻: 16 ページ: 42-49

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ガラクタル酸と電気エネルギーを同時生産するバイオ燃料電池2018

    • 著者名/発表者名
      作田陸、阿部隼人、武田康太、五十嵐圭日子、大野弘幸、中村暢文
    • 学会等名
      電気化学会第85回大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 酵素バイオ燃料電池を用いたヘキスロン酸からのヘキサル酸と電気エネルギーの同時生産2017

    • 著者名/発表者名
      作田陸、武田康太、五十嵐圭日子、大野弘幸、中村暢文
    • 学会等名
      2017年電気化学秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Simultaneous Production of Electricity and Galactaric Acid from Pectin with an Enzymatic Biofuel Cell2016

    • 著者名/発表者名
      R. Sakuta, K. Takeda, H. Ohno, N. Nakamura
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science (PRiME) 2016
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A pectin biorefinery: Galactaric acid production from D-galacturonic acid with an enzymatic bioanode2016

    • 著者名/発表者名
      R. Sakuta, K. Takeda, H. Ohno, N. Nakamura
    • 学会等名
      20th Annual Green Chemistry & Engineering Conference
    • 発表場所
      Oregon, USA
    • 年月日
      2016-06-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Galactaric acid production catalyzed by PQQ-dependent glucose dehydrogenase2016

    • 著者名/発表者名
      R. Sakuta, K. Takeda, H. Ohno, N. Nakamura
    • 学会等名
      Green and Sustainable Chemistry Conference
    • 発表場所
      Berlin, Germany
    • 年月日
      2016-04-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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