研究内容

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グリーン化学品生産

芳香族化合物

フェノール

 2016年6月2日、公益財団法人地球環境産業技術研究機構・グリーンフェノール開発株式会社・住友ベークライト株式会社が、本研究開発「植物由来フェノール製造技術の開発」に対して、公益社団法人新化学技術推進協会(JACI)グリーン・サステイナブルケミストリーネットワーク会議より、「第15回グリーン・サステイナブルケミストリー(GSC)賞奨励賞」を受賞しました。

 化石資源への依存度の低下、ならびにエネルギーを大量消費する高温・高圧の化学工業プロセスから、常温・常圧で行える省エネルギープロセスへの置換はグリーン・イノベーションのための先端技術革新の潮流となっています。そのため、グリーン化学品分野において、研究開発対象は拡大の一途をたどっています。

 フェノール樹脂は、誕生から100年の歴史を有し、その優れた耐熱性、機械特性、電気絶縁性、耐燃性のために自動車、回路基板、木材加工接着材など広範な用途に適用されています。フェノール樹脂の原料であるフェノールは芳香族化合物の一種で、原油依存の方法により生産されています。フェノールは強い細胞毒性を示すことから、バイオプロセスによる生産は困難とされてきました。

フェノールの用途の図

<フェノールの用途>

現行フェノール製造法とグリーンフェノール生産法の図

<現行フェノール製造法とグリーンフェノール生産法>

 当研究グループでは、これまでに代謝工学的改変手法によりコリネ型細菌を改良し、非可食バイオマス由来のC6糖、C5糖の同時利用の問題を解決してきました。また、グリーンフェノール生産のために、フェノールの細胞毒性が軽減できる2段階工程法を構築してきました(糖→4HBA、4HBA→フェノール)。これらの方法に基づき、住友ベークライト株式会社と共同でグリーンフェノールの早期の工業化を目指しています。

グリーンフェノール生産プロセス

<グリーンフェノール生産プロセス>

アニリン

 アニリンは、石油由来のベンゼンを硝酸と硫酸の混酸でニトロ化し、蒸留してニトロベンゼンが得られます。その後、水素、金属触媒存在下で加熱還元、減圧蒸留する接触還元法などによってアニリンが得られます。こうした石油に依存したアニリン生産は高温を必要とし、また、ニトロ化に用いた混酸の中和によって多量の廃液が生じる問題があります。

 これに対して、増殖非依存型バイオプロセスを利用したアニリン生産(バイオ合成法)は、常温・常圧で行われ、非可食バイオマスを原料に有害な廃液も発生しない、環境に優しいなどの利点があります。また、コリネ型細菌は、大腸菌などと比較してアニリンに対する耐性が高く、生産用の宿主として優れています。

 こうした数々の利点を生かした増殖非依存型バイオプロセスは、アニリン生成能力が強化されたコリネ型細菌を用い、非可食バイオマス由来の混合糖(C6, C5糖の混合物)からアニリンを生成可能とします。

化学合成法によるアニリンの生成過程

<化学合成法によるアニリンの生成過程>

 芳香族化合物が糖から生合成されるまでには、多段階の代謝経路を必要とします。また、芳香族化合物の多くは細胞毒性が高い理由から、バイオ合成しにくいという問題があります。しかし、当研究グループが用いるコリネ型細菌は、アミノ酸の工業生産に用いられている有用で安全性に優れた工業用微生物であり、多くの芳香族化合物に耐性を示し、また溶菌しにくいという特徴を有しています。そのため様々な芳香族化合物を生産するのに適している微生物であると考えています。コリネ型細菌を代謝改変し、RITE独自に開発した増殖非依存バイオプロセス技術を用いれば、高濃度セル反応によって目的物質を高収率に高生産可能です。

 非可食バイオマス由来の混合糖液は、C5,C6糖の混合物ですので、多くの微生物は利用しやすいC6糖をC5糖よりも優先的に利用した後、C5糖を利用します。多くの微生物は増殖に伴って物質を生産するため、これでは糖の利用に時間がかかり、生産性は低下します。

 しかし、代謝改変を施したコリネ型細菌を用いると、増殖非依存条件下で混合糖を同時利用可能であり、且つ、元来発酵阻害物質に耐性を持つため、細胞を安定な連続酵素反応装置のように用いることができ、アニリンなどの目的物質を高収率に高生産可能となります。

非可食バイオマスを原料としたアニリンのバイオ生産と用途

<非可食バイオマスを原料としたアニリンのバイオ生産と用途>

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