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

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。

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。