Forntier of plasma-enhanced biorefinery science using stable isotopes

使用稳定同位素的等离子体增强生物精炼科学前沿

基本信息

批准号：
22H01213
负责人：
伊藤昌文
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Meijo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、プラズマからの様々な活性種とバイオマス資源との相互作用について酸素や窒素や重水などの同位体を用いて反応経路や反応速度を調査し、酵素分解効率やバイオ燃料の生成効率を向上させる知見を得るためのデータベースを構築することを目的としている。バイオマスとの反応を見る前に、純水中のフェノールとプラズマから選択的に生成した酸素ラジカルとの反応について酸素の安定同位体を用いて調査した。その結果、フェノールの六員環のC＝C ボンドと酸素原子又は励起状態の酸素分子が選択的に反応することが確認できた。また多糖類の分子は質量が大きいため糖の二量体であるセロビオースと空気-液体グロープラズマとの反応生成物について薄層クロマトグラフィーとGC/MSにより分析した結果、質量数の小さな分子に分解されていることが判明したが、非常に多種類の分子が生成されており、照射時間が長くなるにつれてグルコースを経て酢酸やシュウ酸まで分解されていることが判明した。また、木質バイオマスの構成成分の一つであるリグニン構成分子の二量体であるguaiacylglycerol-β-guaiacyl ether(GGE)を上記空気-液体グロープラズマで分解することを試みた。これらの反応生成物も非常に多種類の分子に変換されるが、HPLCで分離できた主要成分の一つについて質量分析と2次元NMR解析をした結果、GGEの二量体が生成されていることが判明した。この分子はさらにプラズマ処理すると分解されて消滅することも判明した。以上のように、糖の二量体、リグニンの二量体と空気―液体グロープラズマの反応プロセスについて解析し、多糖を分解するための重要な知見を得ることができた。

在这项研究中，我们利用氧、氮和重水等同位素研究了来自等离子体和生物质资源的各种活性物种之间相互作用的反应路径和反应速率，并研究了酶分解效率和生物燃料生产效率。用于获取改进知识的数据库。在研究与生物质的反应之前，我们研究了纯水中的苯酚与使用稳定氧同位素从等离子体选择性产生的氧自由基之间的反应。结果证实，苯酚六元环中的C=C键选择性地与氧原子或激发态氧分子反应。此外，由于多糖分子质量较大，因此使用薄层色谱和GC/MS对纤维二糖（糖二聚体）和气液辉光等离子体之间的反应产物进行分析表明，它们被分解成质量数较小的分子。结果发现，产生了多种分子，并且随着照射时间的延长，葡萄糖分解为乙酸和草酸。我们还尝试使用上述空气-液体辉光等离子体来分解愈创木基甘油-β-愈创木基醚（GGE），这是木质素构成分子的二聚体，其是木质生物质的成分之一。这些反应产物也转化为各种各样的分子，但对通过HPLC分离的主要成分之一进行质谱分析和二维NMR分析的结果表明，生成了GGE的二聚体。还发现，当进一步进行等离子体处理时，该分子会分解并消失。如上所述，我们能够分析糖二聚体、木质素二聚体和气液辉光等离子体之间的反应过程，并获得多糖分解的重要知识。