種々リグノセルロースの水熱反応による脱リグニンのトポ化学

リグノセルロースを水熱処理することで、酸やアルカリ触媒を用いずに低分子化でき、有用ケミカルスとしての有効利用が期待される。その際のリグニン分解挙動の解明が本研究の主な目的である。本年度は、以下の３点について主に研究した。（１）トウモロコシ穂軸の各組織部の構造解析：樹木と分類学的位置付けが異なる被子植物単子葉類のトウモロコシの穂軸について、リグニンのトポ化学を明らかにするため、トウモロコシ穂軸を構成する三つの組織部（殻、木化環、髄）の構造解析及び組織観察を検討した。その結果、三つの組織部でリグニン基本骨格やケイ皮酸量が異なることが明らかにした。また、各組織部で構成細胞が異なり、リグニン濃度及びケイ皮酸の分布が細胞組織部位によって異なることも示唆された。（２）種々リグノセルロースの水熱処理で得られるリグニン由来分解物：分類学的位置付けが異なる５種類のリグノセルロース（裸子植物針葉樹：スギ木部、被子植物双子葉類広葉樹：ブナ木部、被子植物単子葉類：ニッパヤシ茎葉、稲わら、トウモロコシ穂軸に対して水熱処理（230℃/10MPa）した際のリグニン分解挙動を比較した。その結果、いずれも、エーテル結合の開裂によるリグニンの分解が示唆された。特に樹木に比べて単子葉類では脱リグニンが大きく進行しており、高分子リグニンが溶出していた。（３）ブナの超臨界メタノール処理による脱リグニンのトポ化学：昨年度検討した水やフェノールとの比較のため、ブナを超臨界メタノール処理（270℃/27MPa）し、脱リグニン挙動を検討した。その結果、リグニンが優先的に分解、溶出しており、木部繊維二次壁、道管二次壁、細胞間層のいずれの部位でも脱リグニンが大きく進行していた。一方で、柔細胞内腔に強い紫外線吸収を示す物質の生成が確認された。この生成物について、柔細胞内腔に特異的に分布する無機成分が影響していることが示唆された。

リグノセルロースを水熱処理することで、酸やアルカリ触媒を用いずに低分子化でき、有用ケミカルスとしての有効利用が期待される。その際のリグニン分解挙動の解明が本研究の主な目的である。本年度は、以下の３点について主に研究した。（１）トウモロコシ穂軸の各組織部の構造解析：樹木と分類学的位置付けが異なる被子植物単子葉類のトウモロコシの穂軸について、リグニンのトポ化学を明らかにするため、トウモロコシ穂軸を構成する三つの組織部（殻、木化環、髄）の構造解析及び組織観察を検討した。その結果、三つの組織部でリグニン基本骨格やケイ皮酸量が異なることが明らかにした。また、各組織部で構成細胞が異なり、リグニン濃度及びケイ皮酸の分布が細胞組織部位によって異なることも示唆された。（２）種々リグノセルロースの水熱処理で得られるリグニン由来分解物：分類学的位置付けが異なる５種類のリグノセルロース（裸子植物針葉樹：スギ木部、被子植物双子葉類広葉樹：ブナ木部、被子植物単子葉類：ニッパヤシ茎葉、稲わら、トウモロコシ穂軸に対して水熱処理（230℃/10MPa）した際のリグニン分解挙動を比較した。その結果、いずれも、エーテル結合の開裂によるリグニンの分解が示唆された。特に樹木に比べて単子葉類では脱リグニンが大きく進行しており、高分子リグニンが溶出していた。（３）ブナの超臨界メタノール処理による脱リグニンのトポ化学：昨年度検討した水やフェノールとの比較のため、ブナを超臨界メタノール処理（270℃/27MPa）し、脱リグニン挙動を検討した。その結果、リグニンが優先的に分解、溶出しており、木部繊維二次壁、道管二次壁、細胞間層のいずれの部位でも脱リグニンが大きく進行していた。一方で、柔細胞内腔に強い紫外線吸収を示す物質の生成が確認された。この生成物について、柔細胞内腔に特異的に分布する無機成分が影響していることが示唆された。