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生体触媒固定化高分子ゲルの創製・機能化と環境・バイオプロセスへの応用

生物催化剂固定化聚合物凝胶的制备和功能化及其在环境和生物过程中的应用

基本信息

批准号：
19J13236
负责人：
青柳諒
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J13236/
关键词：
生体触媒ゲル高分子

项目摘要

本研究では、環境・バイオエネルギー分野で有用な反応系（以下に示す①～④）のそれぞれに対し機能性ゲル触媒を開発する。テーマは、①微生物/Cu固定化ゲルの開発とN2O生成反応への応用、②酵母固定化多孔質ゲルの創製とエタノール発酵への応用、③trypsin固定化ゲルの開発とタンパク質分解への応用、④アンモニア酸化細菌（AOB）固定化ゲルの開発とアンモニア酸化反応への応用である。生体触媒の固定化手法、高分子の特性、ゲルの構造などのパラメータが触媒活性や連続反応プロセスへの適用可能性に及ぼす影響を明らかにする。得られた知見から生体触媒固定化ゲルの設計指針に関する学術基盤を構築する。令和2年度は、令和元年度に引き続いて生体触媒固定化ゲルの作製と反応実験を行い、さらに、ゲル触媒の繰り返しおよび長期利用性能を明らかにし、それらを用いるプロセスの設計指針を構築して社会実装の可能性を検討した。①：Cu固定化ゲルのN2O生成反応特性を評価した。②：酵母固定化多孔質ゲルを創製し、それと遊離酵母を併用した連続槽型反応器によるethanol発酵プロセスを行った。③：遊離のトリプシンを用いたcaseinの加水分解反応実験を行った。④：マイクロセンサを用いて、アンモニア酸化反応が生じている時のAOB固定化ゲルの中心部の酸素濃度をモニタリングした。ゲル中の酸素の拡散速度およびAOBが触媒する酸素の反応速度から、反応進行時のゲル内部の酸素の濃度分布を推算し、この種の材料の設計指針を構築した。

In this study, we developed a functional catalyst for the reaction system (shown below as ①~④). (1) Development of microorganism/Cu immobilized microorganism and reaction of N2O generation;(2) Development of yeast immobilized porous microorganism;(3) Development of trypsin immobilized microorganism and reaction of N2O generation;(4) Development of AOB immobilized microorganism and reaction of N2O generation. Immobilization methods of bio-catalyst, characteristics of polymer, structure of polymer, selection of catalyst activity, application possibility of catalyst and influence of polymer on catalyst are discussed. The design guidelines for the immobilization of biological catalysts were obtained. In 2002, the feasibility of constructing a design guideline for immobilization of bio-catalyst was discussed. 1. Evaluation of Cu immobilization and N2O formation reaction characteristics. 2. Yeast immobilized porous material was created, and free yeast was used in combination with ethanol immobilized in a tank reactor. 3. Free and easy to use casein and water decomposition reaction 4. The concentration of acid in the central part of AOB immobilized in the middle of AOB immobilized in AOB immobilized in the middle of AOB immobilized in the middle of AOB immobilized in AOB immobilized AOB immobilized in AOB immobilized in AOB immobilized AOB in AOB immobilized AOB immobilized in AOB immobilized AOB immobilized AOB in AOB immobilized AOB immobilized in AOB immobilized AOB in AOB immobilized The dispersion velocity and AOB of the acid in the catalyst can be used to calculate the concentration distribution of the acid in the catalyst during the reaction and to construct the design guidelines for the material.