酵素バイオ燃料電池による電気エネルギーと有用物質の同時生産

使用酶生物燃料电池同时生产电能和有用物质

• 批准号: 16J07225
• 负责人: 作田 陸
• 金额: $ 0.83万
• 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: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J07225/
• 关键词: バイオリファイナリー; グリーンケミストリー; サステイナブルケミストリー; 生物電気化学; バイオマス; ヘキサル酸; ヘキスロン酸; 基幹化合物; アルダル酸; ウロン酸

PQQ-GDHによるD-ガラクツロン酸酸化でガラクタル酸を生産できることが従前の研究で分かった。この酵素が幅広い糖を基質とすること、立体異性の活用でより幅広い応用展開を期待できることなどを勘案し、他の生物由来ヘキスロン酸からのガラクタル酸ジアステレオマー生成も試みた。D-グルクロン酸はウルバンやヘミセルロース、D-マンヌロン酸とL-グルロン酸はアルギン酸を構成する。GDHで前二者の酸化を試みた。加えてCoprinopsis cinerea由来ピラノース脱水素酵素のPQQドメイン(DHPDH)でL-グルロン酸酸化を試みた。DHPDHもアノード触媒として適している。D-グルクロン酸とL-グルロン酸からD-グルカル酸、D-マンヌロン酸からD-マンナル酸を得られたので論文として発表した。ガラクタル酸と電力を同時生産する酵素バイオ燃料電池に関する検討も行った。GDH電極によるD-ガラクツロン酸酸化によりガラクタル酸とその1,4-ラクトンがファラデー効率99%で生成したことをNMRで確認した。O2とD-ガラクツロン酸がGDH電極とビリルビン酸化酵素(BOD)電極の触媒電流にそれぞれ有意に影響していないことをCV測定と二元配置分散分析で明らかとした。続いてポリガラクツロン酸をペクチナーゼで加水分解してD-ガラクツロン酸を収率86%で得た。不純物による反応の阻害が予想されたが、加水分解物水溶液中での上記2電極のCV測定では、純品溶液と比較し触媒電流の減少は観測されなかった。GDH電極をアノード、BOD電極をカソードとする電池の開回路電圧はCV測定で各電極の触媒電流が出力し始めた電位の差と一致していた。電池の対照測定と比較して最大電流と最大出力は大きく、D-ガラクツロン酸とポリガラクツロン酸加水分解物のどちらを燃料とする場合でも、電池として機能することを確認できた。論文投稿準備を進めている。

PQQ - GDH に よ る D - ガ ラ ク ツ ロ ン acid acidification で ガ ラ ク タ を ル acid production で き る こ と が 従 で の research points before か っ た. こ の enzyme が picture hiroo い sugar を matrix と す る こ と, three-dimensional heterosexual の use で よ り picture hiroo い 応 with unwinding を expect で き る こ と な ど を case し, he の biological origin ヘ キ ス ロ ン acid か ら の ガ ラ ク タ ル acid ジ ア ス テ レ オ マ ー generated も try み た. D - グ ル ク ロ ン acid は ウ ル バ ン や ヘ ミ セ ル ロ ー ス, D - マ ン ヌ ロ ン acid と L - グ ル ロ ン acid は ア ル ギ ン acid を constitute す る. GDHで the first two are <s:1> acidified を test みた. Add え て Coprinopsis cinerea origin ピ ラ ノ ー ス dehydrated vegetable enzyme の PQQ ド メ イ ン (DHPDH) で L - グ ル ロ ン acid acidification を み た. DHPDH る アノ ド ド catalyst と て suitable for <s:1> て る る る. D - グ ル ク ロ ン acid と L - グ ル ロ ン acid か ら D - グ ル カ ル acid, D - マ ン ヌ ロ ン acid か ら D - マ ン ナ ル acid を must ら れ た の で paper と し て 発 table し た. ガ ラ ク タ と power を ル acid production at the same time す る enzyme バ イ オ fuel cell に masato す る 検 line for も っ た. GDH electrode に よ る D - ガ ラ ク ツ ロ ン acid acidification に よ り ガ ラ ク タ ル acid と そ の 1, 4 - ラ ク ト ン が フ ァ ラ デ ー sharper rate 99% で generated し た こ と を NMR で confirm し た. O2 と D - ガ ラ ク ツ ロ ン acid が GDH electrode と ビ リ ル ビ ン acidification enzyme (BOD) electrode の catalytic current に そ れ ぞ れ intentionally に influence し て い な い こ と を CV measurement と dual configuration dispersion analysis ら で か と し た. 続 い て ポ リ ガ ラ ク ツ ロ ン acid を ペ ク チ ナ ー ゼ で hydrolytic decomposition し て D - ガ ラ ク ツ ロ ン acid を た で 収 rate 86%. Impurity content に よ る anti 応 の resistance against が to think さ れ た が, hydrolytic decomposition in aqueous solution, で の is written 2 electrode の CV measurement で は, single product solution と compare し catalytic current の reduce は 観 measuring さ れ な か っ た. GDH electrode を ア ノ ー ド, BOD electrode を カ ソ ー ド と す る の open loop battery 圧 は CV measurement で each electrode の が catalytic current output し beginning め た の と consistent for the difference し て い た. Battery の according to determination of seaborne と compare し て maximum current と output は largest き く, D - ガ ラ ク ツ ロ ン acid と ポ リ ガ ラ ク ツ ロ ン acid hydrolysis content の ど ち ら を fuel と す る occasions で も, battery と し て function す る こ と を confirm で き た. Paper submission preparation を to めて る る.

项目成果

Fundamentals and Recent Development of Enzymatic Biofuel Cells

酶生物燃料电池的基础知识和最新发展

• 发表时间: 2016
• 期刊: The Journal of Fuel Cell Technology
• 作者: R.Sakuta;N. Nakamura
• 通讯作者: N. Nakamura

Pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase anode: Coproduction of galactaric acid and electricity

吡咯喹啉醌依赖性葡萄糖脱氢酶阳极：半乳糖二酸和电的联产

• DOI: 10.1016/j.molcatb.2016.11.021
• 发表时间: 2017
• 期刊: J. Mol. Catal. B Enzym.
• 作者: Sakuta;R.;Takeda;K.;Igarashi;K.;Ohno;H.;and Nakamura;N.
• 通讯作者: N.

ガラクタル酸と電気エネルギーを同時生産するバイオ燃料電池

同时产生半乳糖二酸和电能的生物燃料电池

• 发表时间: 2018
• 作者: 作田陸;阿部隼人;武田康太;五十嵐圭日子;大野弘幸;中村暢文
• 通讯作者: 中村暢文

ヘキサル酸の酸化的な生産～硝酸からバイオ燃料電池まで～

氧化生产己酸 ~ 从硝酸到生物燃料电池 ~

• 发表时间: 2018
• 期刊: アグリバイオ
• 作者: 作田陸;中村暢文
• 通讯作者: 中村暢文

Simultaneous Production of Electricity and Galactaric Acid from Pectin with an Enzymatic Biofuel Cell

利用酶生物燃料电池从果胶中同时生产电力和半乳糖二酸

• 发表时间: 2016
• 作者: R. Sakuta;K. Takeda;H. Ohno;N. Nakamura
• 通讯作者: N. Nakamura