2016 Fiscal Year Annual Research Report
ナノファイバー化技術を用いたきのこ栽培廃菌床の持続的利用技術の開発
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16H02998
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
上中 弘典 鳥取大学, 農学部, 准教授 (40397849)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 晃幸 鳥取大学, 農学部, 教授 (60132825)
伊福 伸介 鳥取大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70402980)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 未利用バイオマス利用 / きのこ栽培廃菌床 / ナノファイバー / 持続可能システム / 植物 / 食品 / きのこ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
きのこの菌床栽培の際に大量に生じる廃菌床は利用用途が無く、廃棄物として処理されているが、豊富に含むセルロースとキチンを利活用できれば、持続可能な資源利用システムが構築可能であると考えられる。セルロース、もしくはキチンをナノファイバー化して製造できるバイオナノファイバーには、農業分野と食品分野に貢献できる機能が備わっている。本研究では、「きのこ栽培廃菌床から製造したバイオナノファイバーの農業・食品分野での利用をベースとした持続的な資源利用システムの構築」を最終目標とし、バイオナノファイバーに関するこれまでの研究成果と独自のナノファイバー化技術を活用した研究を、農工連携の異分野融合研究により展開する。
きのこ栽培廃菌床由来バイオナノファイバーについては、複数の栽培きのこの廃菌床を原料に用いて製造できることが明らかになった。得られたキチンナノファイバーとセルロースナノファイバーの混合物に関しては、含有率、化学構造、形状、分散液の透明性等を評価した。また、きのこ栽培廃菌床由来バイオナノファイバーが得られるまでに、きのこ栽培廃菌床内のキチン／セルロースの存在比率を参考にキチンナノファイバーとセルロースナノファイバーの混合液を調製し、農業と食品分野で既に明らかにしている機能を指標に、これらのナノファイバーの評価を行った。きのこの菌床栽培時に添加した場合は、生育等に大きな変化は見られなかった。小麦粉生地への添加により、ナノファイバー混合液による生地強度の強化効果を確認した。また、得られたきのこ栽培廃菌床由来バイオナノファイバーを植物栽培の水耕液に添加した場合は、成長が促進される傾向が見られた。きのこ栽培廃菌床由来バイオナノファイバーの製造技術が確立できたので、今後はその機能評価を中心に行って行く予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初時間がかかると予想された「きのこ栽培廃菌床由来バイオナノファイバーの製造技術開発」については、主に木粉からの紙パルプの精製工程を利用することで、高純度のセルロースとキチンを同時に抽出することができ、キチンナノファイバーとセルロースナノファイバーの混合物が得られることが明らかになった。ただし、きのこ種の違いでキチン含量に大きな差が見られたこと、および予想よりもキチン含量が低いことから、供試する廃菌床の種類や製造工程について検討する必要がある。また、セルロースナノファイバーとキチンナノファイバーを製造し、他の試験に提供も行った。
一方、きのこ栽培廃菌床由来バイオナノファイバーを得るには時間がかかると考え、当初はきのこ栽培廃菌床内のキチン／セルロースの存在比率を参考にキチンナノファイバーとセルロースナノファイバーの混合液を調製したものの評価を行った。その結果、きのこの菌床栽培時に添加した場合、期待していた生育等への影響は見られなかった。添加方法や濃度、タイミング等を詳細に検討する必要があると考える。小麦粉生地への添加試験については、キチンとセルロースの比率に関わらずナノファイバーによる生地強度の強化効果が観察されたが、セルロース含量が高まるとその効果が弱まる傾向があることが明らかになった。植物を用いた評価については、きのこ栽培廃菌床由来バイオナノファイバーを用いた試験も行い、植物栽培の水耕液に添加した場合は成長が促進される傾向が見られた。病害抵抗性に関する評価にも着手しているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の根幹を成す「きのこ栽培廃菌床由来バイオナノファイバーの製造技術開発」が確立できたので、今後は機能をもつキチンが多く含まれるナノファイバーが得られるよう、供試する廃菌床の種類や製造工程に関して検討を行う。得られたきのこ栽培廃菌床由来バイオナノファイバーについては、本素材の有効性を証明するために、農業・食品分野での機能評価を継続して行う。具体的には、キチンナノファイバーとセルロースナノファイバーについて既に明らかにしている機能である、植物の病害抵抗性誘導能と成長促進効果、および小麦粉の生地強度の強化効果と穀類粉食品の食感に関しての評価を行う。また、先行研究からきのこの成長促進効果も期待できるので、その評価も行う。
「きのこ栽培廃菌床由来バイオナノファイバーの製造技術開発」に関しては新規なものなので、特許出願や研究発表を行っていく予定である。また、キチンナノファイバーとセルロースナノファイバーの小麦粉生地への添加効果に関する成果については、学術論文として査読付きの学術雑誌へ投稿する予定である。
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[Journal Article] Oral administration of surface-deacetylated chitin nanofibers and chitosan inhibit 5-fulorouracil-induced intestinal mucositis in mice2017
Author(s)
Ryo Koizumi, Kazuo Azuma, Hironori Izawa, Minoru Morimoto, Kosuke Ochi Takeshi Tsuka, Tomohiro Imagawa, Tomohiro Osaki, Norihiko Ito, Yoshiharu Okamoto, Hiroyuki Saimoto, Shinsuke Ifuku
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Journal Title
Oral administration of surface-deacetylated chitin nanofibers and chitosan inhibit 5-fulorouracil-induced intestinal mucositis in mice
Volume: 18
Pages: 279
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] An oral absorbent, surface-deacetylated chitin nano-fiber ameliorates renal injury and oxidative stress in 5/6 nephrectomized rats2017
Author(s)
Makoto Anraku, Ryo Tabuchi, Shinsuke Ifuku, Tomone Nagae, Daisuke Iohara, Hisao Tomida, Kaneto Uekama, Toru Maruyama, Shigeyuki Miyamura, Fumitoshi Hirayama, Masaki Otagiri
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Journal Title
Carbohydrate Polymers
Volume: 161
Pages: 21-25
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Protein/CaCO3/chitin nanofiber complex prepared from crab shells by simple mechanical treatment and its effect on plant growth.2016
Author(s)
Aklog, Y.F., Egusa, M., Kaminaka, H., Izawa, H., Morimoto, M., Saimoto, H. and Ifuku, S.
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Journal Title
Int. J. Mol. Sci
Volume: 17
Pages: 1600
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Biomaterials based on freeze dried surface-deacetylated chitin nanofibers reinforced with sulfobutyl ether b-cyclodextrin gel in wound dressing applications2016
Author(s)
Ryo Tabuchi, Kazuo Azuma, Ryotaro Izumi, Tsubasa Tanou, Yoshiharu Okamoto, Tomone Nagae, Daisuke Iohara, Kaneto Uekama, Masaki Otagiri Fumitoshi Hirayama, Shinsuke Ifuku, Makoto Anraku
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Journal Title
International Journal of Pharmaceutics
Volume: 511
Pages: 1080-1087
DOI
Peer Reviewed
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