【研究概要】

持続可能な社会の実現に向けて、石油に代わる資源として注目されている木質バイオマスから、エネルギーや有用な化学物質を生み出す研究を行っています。中でも私たちは、「リグニン」に注目しています。リグニンは、地球上で最も豊富に存在する芳香族高分子の一つですが、その化学構造が非常に複雑であり、また植物の細胞壁内で不均一に分布していることから、これまで十分に活用されていません。私たちの研究では、リグニンをより有効に利用するため、超臨界または亜臨界の状態にある流体を使った熱化学処理技術を用いて、細胞壁からリグニンを抽出し、それを有用な化学物質に変換することを試みています。リグニンの反応性は、木質バイオマスの種類（樹種・バイオマス種）や溶媒の特性によって大きく異なります。そのため、リグニンを分解して得られた化合物の構造を化学的に解析するとともに、顕微鏡を使った組織観察を行い、リグニンが細胞壁の中でどのように存在し、どのように分解されるのかを総合的に理解しようとしています。このような、リグニンの構造と分布、化学反応性を結びつけて考える「トポ化学的アプローチ」により、より効率的なリグニン利用の道を探っています。詳しくは髙田が書いた総説をご覧ください。

木質バイオマスの細胞壁は主にセルロース、ヘミセルロース、リグニンから構成されます。芳香族高分子であるリグニンは、基本骨格〜結合様式〜末端構造なども多様であり、不均一な構造、分布をしています。 Heterogenous distribution and a variety of chemical structure of lignin, one of the main cell wall components in lignocellulosics.

【主な総説】

・髙田 昌嗣、寺崎 昌海：リグノセルロース細胞壁におけるリグニン分布と熱化学処理による脱リグニンのトポ化学, 木材学会誌, 70(4) 105-119, 2024

【関連する主な論文】

・Masatsugu Takada, Yutaka Okazaki, Shinya Kajita, Haruo Kawamoto, Takashi Sagawa: Fractionation of beech wood cell walls into digestible cellulose-rich residues and photoluminescent lignin-rich precipitates via semi-flow hot-compressed water treatment with 2-naphthol, RSC Advances, 14(29), 20660-20667, 2024.

・Yan Yu, Jie Wu, Xueyong Ren, Anthony Lau, Hamid Razaei, Masatsugu Takada, Xiaotao Bi, Shahabbadine Sokhansanj: Steam explosion of lignocellulosic biomass for multiple advanced bioenergy processes: A review Renewable and Sustainable Energy Reviews, 154, 111871, 2022.

・Masatsugu Takada, Eiji Minami, Haruo Kawamoto: Topochemistry of the Delignification of Japanese Beech (Fagus crenata) Wood by Supercritical Methanol Treatment, ACS Omega, 6(32), 20924-20930, 2021.

・Masatsugu Takada, Richard P. Chandra, John N. Saddler: The influence of lignin migration and relocation during steam pretreatment on the enzymatic hydrolysis of softwood and corn stover biomass substrates, Biotechnology and Bioengineering, 116 (11), 2864-2873, 2019.

・Masatsugu Takada, Eiji Minami, Shiro Saka: Decomposition behaviors of the lignocellulosics as treated by semi-flow hot-compressed water, Journal of Supercritical Fluids, 133 (2), 566-572, 2018.

・Masatsugu Takada, Yoshiki Tanaka, Eiji Minami and Shiro Saka: Comparative study of the topochemistry on delignification of Japanese beech (Fagus crenata) in subcritical phenol and subcritical water, Holzforschung, 70 (11) 1047-1053, 2016.

・Masatsugu Takada, Shiro Saka: Comparative study on topochemistry of delignification from Japanese cedar and Japanese beech by hydrothermal treatment, Journal of Wood Science, 61 (6) 602-607, 2015.