menu

ミッション2「太陽エネルギー変換・高度利用」
令和3年度の活動

更新日: 2022/06/01

課題1 バイオリファイナリーへ向けた生体触媒、人工触媒の開発

研究代表者 渡辺隆司(京都大学 生存圏研究所)
共同研究者 徳永有希、岡野啓志、斎藤香織、西村裕志 (京都大学 生存圏研究所)、永田崇、近藤敬子、片平正人 (京都大学 エネルギー理工学研究所)、入江俊一(滋賀県立大学 環境科学部)

リグノセルロース系バイオマス変換の鍵となる高効率なリグニン分解のため、セルロースを酸化的に解重合する溶解性多糖モノオキシゲナーゼ(LPMO)の構造機能解析を行った。即ち、選択的白色腐朽菌Ceriporiopsis subvermispora由来のLPMOを酵母で発現し、X線結晶構造解析するとともに、セルラーゼとの相乗効果を解析した1。また、セルロース分解においてリグニンがLPMOの電子供与体として機能するか否かを解析するため、人工リグニンおよびミルドウッドリグニンの存在下および非存在下でLPMOをセルロースと反応させ、セルロースおよびリグニンの分解挙動を解析した。また、リグニン親和性ペプチドを白色腐朽菌Trametes versicolor由来のラッカーゼのN末端およびC末端に結合したリグニン分解酵素のリグニン分解特性の解析を進めた。木質バイオマスからUV-AおよびUV-B吸収性リグニン由来モノマーおよびオリゴマーを生産するマイクロ波反応を見出し、論文を発表した2

選択的白色腐朽菌C. subvermispora由来LPMOとセロヘキサオース結合体の構造(左図)1および、マイクロ波反応によるUV-AおよびUV-Bを吸収するリグニン由来モノマーおよびオリゴマーの木質バイオマスからの生産(右図)2

成果発表

  1. T Huyen Nguyen, Kiko Kondo, Yusei Yagi, Yu Iseki, Nagi Okuoka, Takashi Watanabe, Bunzo Mikami, Takashi Nagata and Masato Katahira, Functional and structural characterizations of lytic polysaccharide monooxygenase, which cooperates synergistically with cellulases, from Ceriporiopsis subvermispora, ACS Sustainable Chem. Eng., in press (2022).

        DOI: https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c06810

  1. Mikame, Yasunori Ohashi, Yoshiyuki Naito, Hiroshi Nishimura, Masato Katahira, Satoshi Sugawara, Kenzo Koike, Takashi Watanabe, Natural organic ultraviolet absorbers from lignin, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, in press (2021).

         DOI: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.1c05415.

  その他関連学会発表3件(国内3件)

課題2 化学反応用マイクロ波加熱容器の研究開発

研究代表者 三谷友彦(京都大学 生存圏研究所)
共同研究者 豊永雄郎、鈴木健斗、高原麦、篠原真毅(京都大学 生存圏研究所)

昨年度に引き続き、電磁界結合と呼ばれる物理現象を利用した、金属の囲いがなくても安全に利用できる開放型マイクロ波加熱装置の設計開発を行った。今年度は、複数試料の同時加熱を目指し、1次元方向に共振器を複数設置した電磁界結合型マイクロ波加熱設計を電磁界シミュレーションにより実施した。加えて、広範囲の加熱むら低減を目指した取り組みとして、0次モード共振器を利用した電磁界結合型マイクロ波加熱、軌道角運動量(OAM: Orbital Angular Momentum )モードを利用した照射型マイクロ波加熱の基礎研究を行った。さらに、導波管内の定在波を利用したヒドロゲルに対する高空間分解能マイクロ波加熱の基礎研究を行った。

成果発表

学会発表6件(国際会議2件、国内4件)

課題3 細胞壁内リグニン分布構造解析から木材の構造物性相関解析への展開

研究代表者 今井友也(京都大学 生存圏研究所)
共同研究者 堀川祥生(東京農工大学 農学研究院)、飛松裕基、田中聡一(京都大学 生存圏研究所)、岡久陽子(京都工芸繊維大学 繊維学系)、神代圭輔(京都府立大学 大学院生命環境科学研究科)

細胞壁内のリグニンを主とするマトリクス成分の構造は,木材のマクロ物性に大きく影響するとされるが,その理解は十分進んでいない。本課題では,物性との相関を念頭にマトリクス成分の構造解析を進めるため,木材試料に各種揺動(温度変化,曲げ応力,脱リグニン処理など)を加えた際の変化を,小角X線散乱を使った平均構造ベースで捉えることを試みた。今年度は蓄積したデータの解析を中心に進め,論文投稿の準備を現在進めている。

成果発表

国内学会発表 1件

論文投稿(査読中)1件

課題4 賦活による窒素ドープササ炭素のCO2吸着量の向上

研究代表者 畑俊充(京都大学 生存圏研究所)
共同研究者 本間千晶(道総研林産試)

未利用バイオマスから地球温暖化問題を解決する有用物を生産するため、ササ炭素化物のナノ空隙に着目し、二酸化炭素吸蔵性の検討を行った。チシマザサ稈部、葉部の熱処理、賦活試験、およびCO2吸着測定を行った。350℃熱処理物を水酸化カリウム水溶液とともにるつぼに入れ、600℃・1h賦活処理を行った。放冷後、処理物を水洗後、乾燥、秤量し、賦活に伴う重量減少率(賦活収率)を算出した。得られた賦活物を元素分析に供試した。薬剤賦活による試料の重量減少にもかかわらず、数%の窒素の含有率を保持できた。葉部で71.9 cc/g、稈部68.5cc/gのCO2吸着量が、0℃において得られた。これは木質のガス吸着によって得られる値と同等である。ササは稈部よりも葉部に多くの窒素が含まれているため、葉部において吸着量が大きかったと思われる。

ミッション2関連研究
(ミッション2シンポジウム発表一覧)

第453回生存圏シンポジウム(令和3年11月2日開催)にて、ミッション2関連研究発表を実施した。以下に、発表された研究テーマ14件を示す。

  1. OAMモードによる無線電力伝送と無線通信の同時実現のための研究
  2. 大電力情報と電力融合伝送システム
  3. マイクロ波ソルボリシスによるスギ木粉からの抗ウイルス物質の生産
  4. ウェアラブルデバイスへ向けた無線電力伝送システム用レクテナの開発
  5. ドローンへのマイクロ波無線電力伝送
  6. 地下シロアリCoptotermes spp.における非嗅覚器官感覚子の微細構造解析
  7. 無線電力伝送における多素子アンテナの高周波化及び簡易制御化検討
  8. 万能アンテナの開発
  9. リグニン・バイオマス分解酵素間相互作用解析のための安定同位体ラベルDHPの合成
  10. マイクロ波帯におけるベルトラミ場の理論的研究
  11. 電磁界結合型マイクロ波加熱装置による複数試料同時加熱の検討
  12. アラビアガム糖鎖分解酵素を用いた物性改変技術の開発基盤
  13. 1/2周波数レトロディレクティブによる無線電力伝送
  14. 無線電力伝送に向けた整流回路の大電力化に関する検討

令和2年度の活動報告はこちらから

〒 611-0011 京都府宇治市五ヶ庄
TEL: 0774-38-3346 FAX: 0774-38-3600
E-mail: webmaster@rish.kyoto-u.ac.jp