2012 Fiscal Year Research-status Report
イオン液体とラジカルを利用したリグノセルロースのトータルリファイナリー
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24560959
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
仁宮 一章 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 助教 (10379125)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 宣明 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 教授 (50019634)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | リグノセルロース / イオン液体 / リファイナリー / ラジカル / 超音波 |
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| Research Abstract |
カーボンニュートラルな資源であるリグノセルロース（籾殻、木屑等）から効率的にエタノール（燃料・エチレン系化合物の原料）や芳香族化合物（プラスチックの原料）を製造する技術（リグノセルロースリファイナリー）を開発する。本申請のポイントは、リグノセルロースをイオン液体に溶解させ超音波（ラジカルや衝撃波が生じる）を照射することにより、セルロースの結晶構造とリグニン構造を同時に緩和し、さらに、前処理ホロセルロース（セルロース＋ヘミセルロースの総称）と前処理リグニンへと効率的に分画する点にある。前処理ホロセルロースは酵素と酵母を用いた同時糖化発酵により迅速にエタノールへ変換させ、また、前処理リグニンも光化学反応で生じるラジカルにより芳香族化合物へ変換させ資源化する。
H24年度プロセス1: リグノセルロースの前処理・分画 （仁宮、清水、大学院生A）
本項では、リグノセルロースをイオン液体と超音波で前処理した後、前処理ホロセルロースと前処理リグニンに分画した。使用するコリン系イオン液体の種類，バイオマスに対するイオン液体の重量比、超音波照射強度・時間などがリグニン/ホロセルロース分離効率や前処理効率（酵素糖化率）に及ぼす影響を検討し、前処理条件を最適化した。ここで、低細胞毒性・高前処理能を持つコリン系イオン液体の探索には、既に合成したコリン系イオン液体のアニオンの種類を種々の飽和脂肪酸やリン酸系化合物へと変えた新規なイオン液体を合成し，その細胞毒性試験と前処理試験を行う。現状より優れたイオン液体が探索できない場合には、コリン酢酸を用いる。イオン液体前処理の効果を評価するため，分画したホロセルロースの酵素糖化反応を行なった。オリゴ糖、単糖、糖過分解物などを液体クロマトグラフィーおよびゲル浸透クロマトグラフィーで測定した。
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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
予定通り、リグノセルロースをイオン液体と超音波で前処理した後、前処理ホロセルロースと前処理リグニンに分画できたため。使用するコリン系イオン液体の種類，バイオマスに対するイオン液体の重量比、超音波照射強度・時間などがリグニン/ホロセルロース分離効率や前処理効率（酵素糖化率）に及ぼす影響を検討し、前処理条件を最適化できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
プロセス2: 前処理・分離されたホロセルロースの糖化・発酵 （仁宮、大学院生A）
H25年度は、(1)にて前処理・分離されたホロセルロースからエタノールへの同時糖化発酵条件を最適化する。（比較として、リン酸膨潤セルロース（モデルセルロース）も基質として用いる。）同時糖化発酵にはキシロース資化経路を導入した組み換え酵母を用いる。またホロセルロース糖化酵素にはメイセラーゼ等のセルラーゼ酵素製剤を用いる。前処理・分画されたホロセルロースを逐次添加する間欠流加発酵を行う。仕込み菌体濃度、糖化酵素濃度、基質流加速度が生産エタノール濃度、残存糖濃度に及ぼす影響を調べ、最適発酵条件（菌体・酵素の仕込み量の最小化等）を検討する。プロセス１での低毒性イオン液体探索とは別に、イオンビーム照射変異導入によるイオン液体耐性酵母の育種・そのDNAアレイ解析も行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
今年度の残額28,254円は消耗品として次年度に使用する。
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