| 研究課題/領域番号 |
23K25038
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03784 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分64030:環境材料およびリサイクル技術関連
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| 研究機関 | 福岡大学 |
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研究代表者 |
重松 幹二 福岡大学, 工学部, 教授 (00242743)
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| 研究分担者 |
亀井 一郎 宮崎大学, 農学部, 教授 (90526526)
中村 嘉利 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 教授 (20172455)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2025年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2024年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2023年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
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| キーワード | バイオエタノール / 漢方薬 / セルラーゼ / 発効促進 / 酵母 / 発酵促進 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
木質バイオマスを原料とする第二世代バイオエタノールの製造では、リグニンが酵素糖化の障壁となったり、糖化酵素の原料表面への吸着が強いため効率が低いなどの問題が実用化を妨げている。また、それらの阻害を避けるための脱リグニン工程において発酵阻害物質が副生するとともに、発酵工程では基質阻害や生成物阻害によって高原料濃度の発酵が困難で、エタノール濃度が低い発酵液しか得られない。
本研究は、漢方薬の抽出残渣を添加することで、サポニンの界面活性作用によって酵素糖化を促進させたり、発酵促進成分によって基質阻害や生成物阻害が生じる条件でも高濃度エタノールが製造できる技術を確立することを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
バイオエタノール製造の高効率化のため、(1)漢方薬および生薬のスクリーニング、(2)爆砕処理木材原料への適合性、(3)発酵促進効果の作用機序を挙げて実施した。また、研究過程でさらに(4)ガソリンエンジンへの適応性を加えた。
各生薬の熱水抽出前後の比較により、生薬によって発酵促進作用が全く異なることが明らかとなった。生薬や漢方薬以外では、特に数種のキノコ類に強い発酵促進効果が見られた。また、一部の食品廃棄物が酵母の増殖に必要な栄養素を供給することを確認するとともに、発酵阻害物質である塩分を含んでいても発酵促進物質の添加で解決できることを確認した。これらの一部は「バイオエタノール生産における酵母の発酵に必要な栄養素供給能を有する食品類の探索」として高校生向けの平易な文体で学内紀要に公開した。
浸透圧上昇によって発酵が阻害する高濃度の糖原料や代謝されないキシロース共存下でも、発酵促進物質の添加によって高濃度のエタノールを得ることに成功した。このとき、キシロースは晶析によって純度90%以上の結晶として回収することにも成功した。これらは「エタノール発酵に対するマオウの発酵促進効果を活用した高濃度キシロースにおける発酵阻害の克服とキシロースの単離」として学会発表を行った。
発酵阻害物質が共存する場合では、脱泡を促す撹拌操作だけでは解決できないが、生薬の発酵促進効果との相乗効果によって解決可能であることを確認した。この結果は「発酵阻害物質を含むエタノール発酵に対するマオウ添加と撹拌操作の相乗効果」として8月に学会発表予定である。
漢方薬残渣を共存させて得たバイオエタノールをガソリンエンジンに供したところ、通常のガソリンや試薬のエタノールよりも排ガス特性や燃費が良いことを見出した。この結果は「漢方薬残渣の添加によるバイオエタノールの発酵促進および排ガス改善」として8月に学会発表予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
漢方薬に使用される各種生薬の熱水抽出前後での発酵促進効果のスクリーニングにより、いずれも発酵促進効果を持つもの、抽出後に効果が高まるもの、低下するもの、いずれも阻害作用を示すものなど、様々な作用に分類された。これは、促進作用を示す成分が熱水可溶成分であるもの、熱水に不溶で固体残渣に留まるものなど、生薬の種類によって全く異なることを示している。そして、これら生薬の混合である漢方薬では、プラスマイナスの複雑な挙動を示した結果が表出することとなる。一方、漢方薬以外にも、数種のキノコ類に発酵促進効果が見られ、廃菌床やほだ木など未利用バイオマスの有効利用への発展が開かれた。さらに、酵母の増殖に必要な栄養素の供給に対して一部の食品廃棄物が効果的であること、塩分を含んでいても発酵促進物質の添加によりその阻害作用を解決できることを確認したため、食品ロス法を視野に入れた研究へと発展している。
高濃度の糖原料およびキシロース共存下でも発酵促進物質の添加により高濃度のエタノールを得ることに成功し、バイオエタノール製造の高効率化に成功しつつある。また、酵母で代謝されないキシロースは、晶析によって純度90%以上の結晶として回収することに成功し、新たな技術開発へと発展している。爆砕処理のような高熱水処理ではフルフラール等の発酵阻害物質が副生することが難点であるが、撹拌操作と発酵促進物質の投入で相乗効果が見られたことから、解決の可能性が開きつつある。
漢方薬残渣を共存させて製造したバイオエタノールは、排ガス特性や燃費が良いことを見出した。これより、発酵促進効果のみならず、より高性能のバイオエタノールを製造する技術革新へと発展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
漢方薬および生薬のスクリーニングについては、漢方薬残渣や食品廃棄物が持つ発酵促進効果と栄養素供給能の調査を続ける。特に、両者ともに効果を発揮するキノコ類の効果を重視し、廃菌床やほだ木など未利用バイオマスの有効利用への展開を開始する。食品ロス法ともからめ、適用拡大に向けたスクリーニングを進める。
爆砕処理木材原料への適合性については、脱リグニン処理によって副生するアルデヒド類に対する克服が課題であり、発酵における撹拌操作と発酵促進物質の相乗効果を期待した、より高濃度のエタノールを得るための条件探索を進める。
発酵促進効果の作用機序については、水可溶成分と不溶固体成分の化学分析から発酵促進効果をもたらす成分の特定とともに、撹拌操作と添加物効果を区別することで作用機序を明らかにしていく。
ガソリンエンジンへの適応性については、得られたバイオエタノールの燃料特性を調べるとともに、化学分析結果と照らし合わせて、よりクリーンなバイオ燃料の製造プロセスの開発を進める。
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