Forntier of plasma-enhanced biorefinery science using stable isotopes

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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。