2015 Fiscal Year Research-status Report
酵母による分解と超音波霧化技術を併用した木質系廃棄バイオマスの高度有効活用
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26420537
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| Research Institution | Tokyo University of Technology |
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Principal Investigator |
志水 美文 (下村美文) 東京工科大学, 医療保健学部, 講師 (30396759)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
斎木 博 東京工科大学, 応用生物学部, 教授 (30371503) [Withdrawn]
石河 睦生 桐蔭横浜大学, 医用工学部, 講師 (90451864)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 廃棄物再資源化 / 微生物 / 木質系バイオマス / 抗菌成分 / 超音波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は「未利用な木質系廃棄バイオマスのうち、有機成分は微生物の栄養源とし、抗菌成分は超音波霧化技術により、マスク等に塗布して総合的に活用すること」である。まず、これまで未利用な木質系廃棄バイオマス(ヒノキ、青森ヒバ等)から抗菌活性の高いヒノキチオールを抽出して分離する。そして抗菌物質が除かれた有機物質は酵母の栄養源として利用する。一方、ヒノキチオールの高い抗菌活性を生かして、マスクや衛生キャップ等の生地に塗布し、衛生用品として有効利用することを目指している。ヒノキチオールの塗布には超音波霧化技術を利用することで非常に少ない溶液量で効率的に行うことが可能となる。
具体的な実験では、まず酵母菌による木質系バイオマスの至適分解条件の決定を行うために、木質系バイオマスのどの成分が分解されているかを確認した。セルロース、リグニン、タンニン酸を単一炭素源として培地に加え、5週間以上の長期に渡って培養を行った。液体振とう培養中の酵母の増殖は一定期間ごとに、コロニーカウント法から生菌数の増加で評価した。
一方、超音波霧化器によってヒノキ、青森ヒバからの抽出溶液を栄養寒天培地に塗布を行った。次に、酸性油であるヒノキチオールおよび青森ヒバ油を効率よく霧化するために乳化溶液を作製した。超音波霧化能力の向上を目指して超音波トランスデューサの出力について検討を行った。ヒノキ、青森ヒバからの抽出液の抗菌活性の効果は空中落下細菌試験方法により確認した。コロニー数が増加しないこと、つまり細菌の生育が抑制されることから抽出溶液の抗菌活性を判定した。
平成27年度に行った研究により、酵母による分解と超音波霧化技術を併用した木質系廃棄バイオマスの高度有効活用に向けて大変意義のある成果を得ることができた。
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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
平成26年度に得られた結果を基にして、「１）超音波霧化技術による抗菌成分を塗布」については、まず超音波霧化器によってヒノキ、青森ヒバからの抽出溶液を栄養寒天培地に塗布を行った。抽出溶液は茶褐色なので、栄養寒天培地上に一様に塗布できているかまず、目視で観察した。さらに均一に塗布できているかはハイパースペクトルカメラを用いて確認した。次に、酸性油であるヒノキチオールおよび青森ヒバ油を効率よく霧化するために乳化溶液を作製した。超音波霧化能力の向上を目指して超音波トランスデューサの出力について検討を行った。一方、ヒノキ、青森ヒバからの抽出溶液の抗菌活性の効果は空中落下細菌試験方法により確認した。一般細菌が生育する栄養寒天培地を用い、抽出溶液を塗布後、栄養寒天培地のふたを1時間開放して空中落下菌を付着させて培養後、コロニー数のカウントを行った。コロニー数が増加しないこと、つまり細菌の生育が抑制されることから抽出溶液の抗菌活性を判定した。
「２）実際の木質系バイオマスを用いた長期分解試験」では、酵母菌による至適分解条件の決定を行うために、木質系バイオマスのどの成分が分解されているかを確認した。セルロース、リグニン、タンニン酸を単一炭素源として培地に加え、5週間以上の長期に渡って培養を行った。液体振とう培養中の酵母の増殖は一定期間ごとに、コロニーカウント法から生菌数の増加で評価した。
また、平成27年度で得られた成果を取りまとめ、日本水環境学会、日本音響学会およびUltrasonics Symposium (IUS), 2015 IEEE Internationalの国際会議で発表を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度に得られた結果を基にして、「１）超音波霧化技術による抗菌成分を塗布」については、酸性油であるヒノキチオールおよび青森ヒバ油を効率よく霧化するために引き続き、至適乳化条件（乳化時間、装置、乳化剤、混合比）の検討を行う。また酸性油であるヒノキチオールおよびヒバ油の乳化溶液の抗菌活性についても確認を行う。続いて不織布、滅菌綿等の様々な生地に塗布し、塗布状態および抗菌活性の確認を行う。超音波霧化条件(超音波トランスデューサの出力、塗布回数、塗布溶液の濃度等)を変化させて、超音波霧化器の最適霧化条件の検討を行う。さらに抗菌活性の持続性を確認し、実用化に向けた基礎検討を行う
「２）実際の木質系バイオマスを用いた長期分解試験」では、分解能力を最大限に発揮できる至適分解条件の決定を行う。木質系廃棄バイオマスが唯一の炭素源として含まれる培地で繰り返し、菌体の植え継ぎを行うことによって、分解・資化能力向上のための馴致を行う。さらに、難分解性有機物質による酵母の生育阻害についても確認を行う。
以上の項目を検討することで、超音波霧化技術と酵母による分解を併用して、これまで未利用な木質系廃棄バイオマスの高度有効活用に向けた成果が得られると期待される。
「１）超音波霧化技術による抗菌成分を塗布」の抗菌活性試験および「２）実際の木質系バイオマスを用いた長期分解試験」は研究代表者下村、「１）超音波霧化技術による抗菌成分を塗布」の超音波霧化器の条件検討は研究分担者石河が主体となって実験を遂行する。
研究成果は廃棄物資源循環学会等で発表するとともに学会論文誌等への論文投稿も行う。
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| Causes of Carryover |
超音波霧化を行う前の乳化条件の検討や超音波トランスデューサの出力の検討が終了しなかったため、本年度に購入予定であった、木質バイオマスから抽出したヒノキチオールを生地に塗布するための2台の超音波霧化器は購入しなかった。そのため、結果として次年度使用額が生じることとなった。本年度購入しなかった超音波霧化器については次年度に購入することを検討中である。
また、本年度予定していたよりも学会発表数が減ってしまったため、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
消耗品費としては、ほとんどは微生物を培養するために必要な消耗試薬（微生物培養試薬類、微生物用器具類、微生物観察用器具類、ガラス器具、エタノール等）について使用する予定である。これらは、本研究を遂行するには必要不可欠なものである。分析用試薬は本研究で使用する木質バイオマスからの抽出液の成分を確認するために必要な経費である。HPLCによる抽出成分の分析は、分析会社へ委託して行うことを計画している。
旅費、謝金等、その他の経費として最終年度はこれまで以上に、本研究課題の成果を積極的に学会、研究会、学会誌等に発表、掲載、別刷りを購入することを予定している。したがって、本研究の成果を広く社会へ発信・公表するために必要な経費である。
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