2020 Fiscal Year Annual Research Report
短時間高活性水熱前処理を用いた利益創出・エコ型バイオマス全成分有効利用法の開発
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20H00644
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅田 元子 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), 准教授 (10580954)
石田 竜弘 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(薬学域), 教授 (50325271)
中崎 清彦 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (70180263)
森脇 真希 (高野) 富山大学, 学術研究部工学系, 助教 (10444192)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | バイオリファイナリー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、国内で大量に発生する未利用木質バイオマス（間伐材、成形廃棄残材やおがくず等）を原料として、短時間高活性水熱前処理（加圧式マイクロ波水熱処理または高圧高温水蒸気処理）を用いた高付加価値バイオマス由来化成品（電子基板材料用エポキシ硬化樹脂、薬剤用ＤＤＳ担体セルロースナノファイバーや高強度ポリ乳酸コンポジットなど）の創製と機能性評価を行う。本年度は内部加熱式の加圧式マイクロ波水熱処理と外部加熱式の高圧高温水蒸気処理の前処理（脱リグニン）効果を針葉樹スギと広葉樹クヌギを用いて比較検討し、それぞれの最適前処理条件を決定した。前処理物を水抽出後に種々の有機溶媒で抽出分離することにより得られたリグニンオリゴマーの化学的性状（数および重量平均分子量、水酸基当量や熱分解特性など）を調査し、エポキシ原料や樹脂硬化剤としての利用可能性について検討した。分離されたセルロース画分（一部リグニン含有）の化学的性状（成分分析やグルコース重合度など）に及ぼす前処理条件を明らかにするとともに、グラインダー処理によるリグノセルロースナノファイバーの製造を試みた。水熱前処理条件により種々のグルコース重合度を有するリグノセルロースナノファイバーを製造することができた。また、セルロース画分を基質とした同時糖化発酵（セルラーゼと乳酸発酵菌を使用）により、ポリ乳酸の原料と成る乳酸をほぼ理論収率通りに得ることができた。
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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
加圧式マイクロ波水熱処理と高圧高温水蒸気処理の最適前処理条件の決定、各抽出分離画分（水可溶性成分、リグニンオリゴマーや分離セルロース画分）の化学的性状変化の究明およびリグノセルロースナノファイバーの化学的特性評価をある程度行うことができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
バイオマス中のへミセルロースとリグニンの一部は高温水熱処理によって加水分解され、ポリフェノールやオリゴ糖を含む水抽出物として分離される。オリゴ糖は腸内のビフィズス菌の増殖促進、代替甘味料として糖尿病、肥満や虫歯の予防などに効果的であるので、水可溶性成分中のオリゴ糖の分離精製と機能性（腸内細菌叢の変化等）について検討する。また、ポリフェノールについては分離精製後、DPPHラジカル消去能等を測定することにより天然抗酸化物質としての機能性を評価する。リグニンオリゴマーについては、種々の混合比におけるリグニン/PEG/有機溶媒から成る溶液を作成し、エレクトロスピニング法により、リグニン/PEGナノファイバーを作製するとともに、エポキシ樹脂や樹脂硬化剤としての利用について検討する。水熱処理セルロース画分（ある程度解繊済）が市販セルロース（クラフトパルプ）と比較して省エネルギー（グラインダー処理時間が短い）でファイバー化が可能であることを示す。セルロースナノファイバーの安全性（細胞に対する刺激性等）については、ウェスタンブロッティング装置を用いた遺伝子のタンパク質発現量変化から立証する。次に、リグノセルロースナノファイバーに薬剤用担体として最適な分散性を付加するために電荷を有するカルボキシルメチルセルロース（CMC）やヒドロキシプロピルセルロース（HPC）等の分散剤を添加し、その特性を評価する。
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