新技術説明会 様式例

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1 1 ミドリムシ由来多糖高分子を原料とした 有機材料の開発 - 廃水から高付加価値物質創製の可能性 - 産業技術総合研究所バイオメディカル研究部門 上級主任研究員 芝上基成

2 2 ミト リムシの概要 約 10 50μm の微細藻類 動物でも植物でもある動物学上の分類 原生動物門鞭毛虫綱ミト リムシ目植物学上の分類 : ミト リムシ植物門ミト リムシ藻類綱ミト リムシ目 撮影 : 宮崎大学林雅弘教授 ( 共同研究者 )

3 3 ミト リムシハ イオマスの活用例 食品添加物としての利用 乾燥粉末 種々の食品 燃料としての利用 油脂 航空機用燃料 素材としてのミドリムシバイオマスに開発の余地あり

4 ミト リムシ培養と素材としての特徴 光独立栄養 光従属栄養 従属栄養培養が可能 光合成だけでなくエサを食べて効率よく増殖 廃水 廃液の利用も可能 ~100g/L 程度の高密度化も可能 大量消費材の素材として利用可能 細胞壁を持たないため細胞内分子の抽出が容易 バイオマス生産の低コスト化が可能 4

5 素材生産工場としてのミト リムシ 食品系工場農産物集積場 乾燥細胞 多糖類 樹脂 繊維 植物 食品系廃液 ミドリムシ培養 油脂 ミドリムシ由来バイオマス 医薬品 想定される高付加価値製品 有償で処理する無価値の炭素源を有価物に変換可能 5

6 ミト リムシ細胞の構成成分 成分 粗蛋白質粗脂質灰分 β-1,3- グルカン残渣 構成比 (%) ~ ~ ~ ~ ~ 北岡ら 日本農芸化学会誌 51(8), (1977) 単一分子である β-1,3- グルカンの大量産生に特徴 6

7 β-1,3- ク ルカン ( ハ ラミロン ) 撮影 : 宮崎大学林雅弘教授 パラミロン粒子 Carbohydr. Polym. 87 (2012) 役割はエネルギー貯蔵 乾燥細胞重量の ~55% を蓄積 セルロース類似の直鎖状多糖 7

8 ハ ラミロンとセルロースの比較 パラミロン セルロース 構造 / 結合様式 H H 1 H 3 β-1,3- 結合 n H H H 1 4 H H n β-1,4- 結合 集合様式 三重らせん シート 生産速度 1~2 日程度多くは年単位 天然での存在状態 抽出 / 精製フ ロセス マイクロ粒子 純度 100% 細胞膜破壊 自然沈降 ( 常温常圧下の温和な反応 ) 多くはリグノセルロース 植物 ハ ルフ 化 脱リク ニン ( 機械粉砕 / 高温下の過激な反応 ) 鎖長ほぼ均一鎖長 ( 単分散に近い ) 不均一 ( 多分散 ) 8

9 9 原料としてのハ ラミロンの特徴 単分散性 成形性が良好な熱可塑性樹脂 三重らせん形成能 調製プロセスが簡素で高アスペクト比のナノファイバー 100% 純度 精製容易なバイオマス原料 上記 3 つの特徴でセルロース等他の多糖との差別化

10 10 ハ ラミロン由来の製品イメーシ 熱可塑性樹脂 ナノファイバー

11 11 熱可塑性樹脂 - 熱可塑性の意義 - 加熱 パラミロン粉末 炭化 化学変性 樹脂ペレット ( 熱可塑性樹脂 ) 熱成形 フィルム等高付加価値製品 熱可塑化により高付加価値製品へ

12 12 熱可塑性樹脂 - 熱可塑性誘導体 - 長鎖アシル基 / 短鎖アシル基の導入による混合エステル化 R R R H H H H n R R R R = R m R R n or R or H R パラミロン パラミロン混合エステル アシル基鎖長により広範囲の熱 機械特性が得られる

13 13 熱可塑性樹脂 - 構造および熱物性 - 置換度 ( 長鎖アルキル基 / アセチル基 ) 重量平均分子量 ( 10 4 ) メルトフローレート (g/10 min) カ ラス転移温度 ( ) ハ ラミロン混合エステル C14-C2 C14-C2 C16-C2 C16-C2 C18-C2 C18-C2 0.28/ / / / / / リファレンス高分子ホ リ乳酸ナイロン 11 ABS メルトフローレート : リファレンス高分子と同程度 カ ラス転移温度 : リファレンス高分子以上 熱可塑性と耐熱性に特徴あり Carbohydr. Polym. 105 (2014) 90 96

14 熱可塑性樹脂 - 機械物性 - 置換度 ( 長鎖アルキル基 / アセチル基 ) 曲げ強度 (MPa) 曲げ弾性率 (GPa) 衝撃強度 (kj/m 2 ) ハ ラミロン混合エステル C14-C2 C14-C2 C16-C2 C16-C2 C18-C2 C18-C2 0.28/ / / / / / リファレンス高分子ホ リ乳酸ナイロン 11 ABS 曲げ強度 : リファレンス高分子と同程度 曲げ弾性率 : リファレンス高分子と同程度 衝撃強度 : ホ リ乳酸やナイロン 11 と同程度 耐久材として利用可能 Carbohydr. Polym. 105 (2014)

15 曲げ強度 15 熱可塑性樹脂 - 物性比較 - ポリ乳酸 熱可塑性 ミト リムシフ ラスチック 耐衝撃性 耐熱性 ABS

16 16 熱可塑性樹脂 - 特徴と製品イメーシ - 特徴 良好な熱可塑性 成形性 ( 分散度 ~1) 高耐熱性 出口イメージ 製造時に溶融温度均一性が要求される熱可塑性樹脂製品

17 17 ハ ラミロン由来の製品イメーシ 熱可塑性樹脂 ナノファイバー

18 ナノファイハ ー パラミロン粒子 Carbohydr. Res., 75, 231 (1979) 三重らせん構造のナノファイハ ーはハ ラミロン粒子に埋まっている 18

19 ナノファイハ ー - 調製方法 - 解繊 自己組織化 自己組織化 ハ ラミロン粒子 アルカリ水溶液に溶解 希釈 希釈 ナノファイハ ー 自己組織化能に基づくナノファイハ ー形成 19

20 ナノファイハ ー - 形状 - Carbohydr. Polym. 93 (2013) ミト リムシナノファイハ ー セルロースナノファイハ ー セルロースナノファイハ ーに類似のミト リムシナノファイハ ー 20

21 ナノファイハ ー - セルロースナノファイハ ーとの比較 - ミト リムシナノファイハ ー セルロースナノファイハ ー 調製法ボトムアップ法トップダウン法 ハ ラミロン 自己組織化 リク ノセルロース 機械的解繊 ( ク ラインタ ー ホ ールミル等 ) 形状 幅 / 長さアスヘ クト比サイス 均一性コスト 20nm~/ 長大高安価の可能性あり 15nm~/ 短小 ~ 中精製により高高価 21

22 ナノファイハ ー - ホ トムアッフ 法の長所 - 自己組織化 天然ハ ラミロン 化学修飾 天然型ナノファイハ ー 自己組織化 化学修飾ハ ラミロン 化学修飾ナノファイハ ー ホ トムアッフ 法により調製容易な化学修飾ナノファイハ ー 22

23 23 ナノファイハ ー - 化学修飾ナノファイハ ーの例 - R 2 = CH 2 C - Na + or カルホ キシメチルハ ラミロン Carbohydr. Polym. 152 (2016)

24 24 ナノファイハ ー - 特徴と製品イメーシ - 特徴 低コスト化可能 高アスペクト比 サイズ均一性 化学修飾可能 出口イメージ 樹脂用添加剤 化粧品素材 食品素材

25 25 まとめ ミドリムシを使った廃水処理により 種々の高付加価値物質の生産が可能 廃水を用いる培養により 多大なカーホ ンオフセットが可能

26 26 企業への期待 廃水の活用 ( 醗酵企業 食品企業 ) 糖を含む食品系廃水の培養液としての活用 熱可塑性樹脂 ( 化成品企業 ) 成形法の工夫による種々の製品化 ナノファイハ ー ( 化成品企業 ) セルロースナノファイハ ーが不得手とする用途開発

27 27 本技術に関する知的財産権 発明の名称 :β-1,3-ク ルカン誘導体 及び β-1,3-ク ルカン誘導体の製造方法 登録番号 : 出願人 : 産総研 宮崎大学 発明者 : 芝上基成 坪内源 林雅弘

28 28 本技術に関する知的財産権 発明の名称 :β-1,3-ク ルカンナノファイハ ーの製造方法 出願番号 : 特願 ( 登録査定 H29/3/21) 出願人 : 産総研 宮崎大学 発明者 : 芝上基成 林雅弘

29 29 お問い合わせ先 産業技術総合研究所 イノベーションコーディネータ 新間陽一 TEL FAX life-liaison-ml@aist.go.jp

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