顔写真

キタカワ ナオミ
北川 尚美
Naomi Kitakawa
所属
大学院工学研究科 化学工学専攻 プロセス要素工学講座(反応プロセス工学分野)
職名
教授
学位
  • 博士(工学)(東北大学)

経歴 6

  • 2017年5月 ~ 継続中
    東北大学 大学院工学研究科 教授

  • 2002年10月 ~ 2017年4月
    東北大学 准教授(工学研究科) 准教授

  • 2006年8月 ~ 2007年3月
    コーネル大学工学部化学工学科 研究員

  • 1996年4月 ~ 2002年9月
    東北大学 助手(工学部) 助手

  • 1994年5月 ~ 1996年3月
    東北大学 助手(反応化学研究所) 助手

  • 1994年4月 ~ 1994年5月
    通商産業省工業技術院東北工業技術研究所 非常勤研究員 研究補助員

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学歴 3

  • 東北大学 大学院工学研究科 博士課程後期化学工学専攻

    1991年4月 ~ 1994年3月

  • 東北大学 大学院工学研究科 博士課程前期化学工学専攻

    1989年4月 ~ 1991年3月

  • 東北大学 工学部 化学工学科

    1985年4月 ~ 1989年3月

委員歴 22

  • 公益社団法人化学工学会 理事

    2021年4月 ~ 継続中

  • 日本学術会議 会員(第三部幹事)

    2020年10月 ~ 継続中

  • 公益社団法人日本化学会 男女共同参画推進委員会委員長

    2018年3月 ~ 継続中

  • 仙台市環境審議会 委員

    2012年4月 ~ 継続中

  • 公益社団法人日本生物工学会北日本支部 役員

    2007年4月 ~ 継続中

  • 公益社団法人化学工学会バイオ部会 幹事

    2005年4月 ~ 継続中

  • 公益社団法人化学工学会東北支部 役員

    1996年4月 ~ 継続中

  • 一般社団法人エネルギー・資源学会編集委員会 実行委員

    2014年11月 ~ 2021年3月

  • 日本学術会議 連携会員(第三部)

    2011年10月 ~ 2020年9月

  • 経済産業省産業構造審議会製造産業分科会バイオ小委員会 専門委員

    2013年11月 ~ 2020年7月

  • 宮城県環境影響評価技術審査会 委員

    2005年1月 ~ 2019年12月

  • 公益社団法人日本化学会 男女共同参画推進委員会委員

    2008年4月 ~ 2018年2月

  • 男女共同参画学協会連絡会 委員長

    2016年11月 ~ 2017年10月

  • 岩手県環境影響評価技術審査会 委員

    2004年9月 ~ 2016年9月

  • 公益社団法人化学工学会誌編集委員会 エディター

    2014年4月 ~ 2016年3月

  • 公益社団法人化学工学会 理事、男女共同参画委員会委員長

    2009年3月 ~ 2013年2月

  • 福島県都市計画審議会環境影響評価専門小委員会 委員

    2008年2月 ~ 2012年9月

  • 公益社団法人生物工学会 代議員

    2009年6月 ~ 2011年5月

  • 公益社団法人日本化学会 代議員

    2009年4月 ~ 2010年10月

  • 宮城県保健環境センター評価委員会 委員

    2005年8月 ~ 2010年8月

  • 公益社団法人生物工学会編集委員会 委員

    2008年4月 ~ 2010年3月

  • 化工誌編集委員会 委員

    2005年4月 ~ 2007年3月

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所属学協会 9

  • アメリカ化学工学会

  • 日本生物工学会

  • エネルギー資源学会

  • 日本食品工学会

  • アメリカ油化学会

  • 日本エネルギー学会

  • 日本油化学会

  • 日本化学会

  • 日本化学工学会

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研究キーワード 4

  • 酵素反応速度論

  • 植物細胞培養

  • 生体膜脂質酸化

  • バイオマスエネルギー生産

研究分野 5

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 触媒プロセス、資源化学プロセス /

  • 環境・農学 / 環境材料、リサイクル技術 /

  • 環境・農学 / 環境負荷低減技術、保全修復技術 /

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / バイオ機能応用、バイオプロセス工学 / 生物化学工学

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 反応工学、プロセスシステム工学 / 反応工学

受賞 10

  1. 令和3年度化学技術分野の文部科学大臣表彰化学技術賞(研究部門)

    2021年4月 文部科学省 持続可能な反応分離プロセスの構築とその実用化に関する研究

  2. 化学工学会賞2020年度女性賞

    2021年3月 公益社団法人化学工学会 女性の視点を活かした製造プロセス開発

  3. 化学工学会賞2019年度研究賞

    2020年3月 公益社団法人化学工学会 難水溶性エステル合成を対象とした反応プロセス工学研究

  4. 第17回(2017年度)GSC賞文部科学大臣賞

    2018年6月 公益社団法人新化学技術推進協会 未利用油資源の完全利用・高付加価値化を実現するフロー型反応分離システム

  5. Edwin N. Frankel Award for Best Paper of 2017

    2017年5月2日 The American Oil Chemists' Society The American Oil Chemists' Society(アメリカ油化学会)刊行の2016年の論文の内、Lipid Oxidation and Quality Divisionで最優秀と認められた論文1報に贈られる賞

  6. Edwin N. Frankel Award for Best Paper of 2012

    2013年4月30日 The American Oil Chemists' Society The American Oil Chemists' Society(アメリカ油化学会)刊行の2012年の論文の内、Lipid Oxidation and Quality Divisionで最優秀と認められた論文1報に贈られる賞

  7. Bioresource Technology Most Cited Articles 2007-2010,

    2011年4月 Bioresource Technology

  8. Award for Best Paper for 2004 in Lipid Oxidation and Quality Division of the American Oil Chemists' Society

    2005年5月2日 The American Oil Chemists' Society American Oil Chemists' Society(アメリカ油化学会)刊行の論文の内、脂質酸化関連の最も優れた論文として選出

  9. O-CHAパイオニア学術研究奨励賞

    2000年9月18日 2001年国際O-CHA学術会議組織委員会 「お茶培養細胞によるカテキン生産システムの構築とお茶カテキンの抗酸化活性評価」

  10. Award for Best Paper of 1999 in Lipid Oxidation and Quality Division of the American Oil Chemists' Society

    2000年4月26日 American Oil Chemists' Society American Oil Chemists' Society(アメリカ油化学会)刊行の論文の内、脂質酸化関連の最も優れた論文として選出

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論文 71

  1. Highly Accurate Prediction of Edible Oil Oxidative Stability by Multivariate Analysis Incorporating Chemiluminescence Data 査読有り

    Yuta Yoshida, Kousuke Hiromori, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Atsushi Takahashi

    ACS Food Science & Technology 2023年10月26日

    DOI: 10.1021/acsfoodscitech.3c00364  

  2. Comprehensive Study on Kinetic Modeling of Liquid-Phase Selective Oxidation Using Au-Supported Catalysts for Efficient Production of Value-Added Chemicals from Glycerol

    Tsutomu Chida, Kousuke Hiromori, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Naoki Mimura, Aritomo Yamaguchi, Atsushi Takahashi

    Industrial & Engineering Chemistry Research 62 (18) 6932-6942 2023年4月25日

    出版者・発行元:American Chemical Society (ACS)

    DOI: 10.1021/acs.iecr.3c00336  

    ISSN:0888-5885

    eISSN:1520-5045

  3. Process for continuous production of sugar esters of medium-chain fatty acid: Effect of residence time on productivity and scale-up design 査読有り

    Tomone Sasayama, Kousuke Hiromori, Atsushi Takahashi, Naomi Shibasaki-Kitakawa

    Journal of Food Engineering 305 2021年9月

    DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2021.110608  

    ISSN:0260-8774

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    Continuous production of the sugar ester (SEs) of a medium-chain fatty acid was conducted in a column reactor packed with a strongly basic anion-exchange resin and its production behavior was compared with that of a conventional long-chain fatty acid SE. Using the resin catalyst under mild conditions (60 °C and atmospheric pressure) facilitated continuous production of the medium-chain fatty acid SE in almost 60% yield, even with a short residence time of 8 min. The productivity per unit time and total output before resin deactivation were determined as scale-up parameters. Both values were five times higher for medium-chain fatty acid SE production compared with long-chain fatty acid SE production. Based on these values, the required amount of the resin can be estimated according to the desired production volume. Furthermore, the resin catalyst activity decreased gradually during continuous production, but repeated resin use was achieved with periodic regeneration.

  4. Process optimization for continuous production of sustainable biodiesel from completely non-edible biomass, lignocellulosic hydrous ethanol and waste fatty acids 査読有り

    Nahian Siddique, Masato Suzue, Makiko Kato, Kousuke Hiromori, Naomi Shibasaki-Kitakawa

    Fuel 289 2021年4月

    DOI: 10.1016/j.fuel.2020.119884  

    ISSN:0016-2361

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    This work developed a continuous production process of sustainable biodiesel from completely non-edible biomass to replace first generation one from fossil derived methanol and edible oils. Hydrous bioethanol obtained from woody biomass (without the standard dehydration that requires a significant energy input) and waste fatty acids generated as by-products of edible oil refining were used as feedstocks. Esterification was performed using a porous cation-exchange resin in conjunction with ethanol having water levels of 0 to 15 wt%, in both batch and continuous systems. High fatty acid conversions of more than 90% were obtained in both systems by optimizing the reaction time, even with a water concentration in the ethanol as high as 15 wt%. Because the resin was found to maintain its catalytic activity over time, this technology is expected to assist in the development of future sustainable fuel systems.

  5. Controlling reaction selectivity for sugar fatty acid ester synthesis by using resins with different basicities 査読有り

    Tomone Sasayama, Ayumu Kanezawa, Kousuke Hiromori, Atsushi Takahashi, Naomi Shibasaki-Kitakawa

    Food Chemistry 340 2021年3月15日

    DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.128100  

    ISSN:0308-8146

    eISSN:1873-7072

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    A strongly basic ion-exchange resin catalyst was reported to exhibit a high catalytic activity in transesterification to produce a bio-based surfactant, sugar ester under mild condition. However, the side-reactions to decompose the reactant and the product were found to occur. This study was aimed to improve the selectivity of sugar ester synthesis by newly focusing on the basicity of the resin. A weakly basic resin (Diaion WA20) with a lower mass transfer resistance suppressed the decompositions while maintaining synthesis rate. Controlling molar ratio of the reactants in the intraparticle reaction field also increased the reaction selectivity, 72.1% and product yield, 57.5%. Both values were drastically increased compared to the reported values with the strongly basic resin (selectivity 50.9%, yield 14.3%). This is the first knowledge to show a high catalytic activity of weakly basic resin. These results suggest that a more efficient continuous production process would be possible.

  6. Quantitative Evaluation of Oxidative Stability of Biomembrane Lipids in the Presence of Vitamin E 査読有り

    Atsushi Takahashi, Ryota Takahashi, Kousuke Hiromori, Naomi Shibasaki-Kitakawa

    JAOCS, Journal of the American Oil Chemists' Society 2021年

    DOI: 10.1002/aocs.12480  

    ISSN:0003-021X

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    In this report, the oxidation of biomembrane lipids, phospholipid and cholesterol (ChH), was examined experimentally in the presence of vitamin E (V H) by using a liposome system, which is widely used as a biomembrane model. A kinetic model was constructed by taking into account mechanisms of antioxidation and pro-oxidation by V H and the co-oxidation mechanisms of biomembrane lipids reported previously. The model quantitatively described oxidation behavior in the liposome system under various V H addition conditions. The model also predicted oxidation behavior in vivo under various oral ingestion conditions of V H. The results suggest that ChH oxidation, which causes various diseases, can be suppressed effectively by taking a certain amount of V H once a day to avoid a reduction in the V H concentration present in the biomembrane. The proposed kinetic approach should be a useful tool for quantitatively characterizing complicated reaction systems, such as biomembrane oxidation. E E E E E E

  7. Production of methyl caffeate as an intermediate product to produce caffeic acid phenethyl ester by esterification using cation-exchange resin 査読有り

    Rani Salsabila, Meka Saima Perdani, Naomi Shibasaki Kitakawa, Heri Hermansyah

    Energy Reports 6 528-533 2020年2月

    DOI: 10.1016/j.egyr.2019.09.020  

    eISSN:2352-4847

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    Caffeic acid (CA) could be considered as an important natural anti-oxidant. However, the low solubility and stability of CA in various solvent is limiting the application in industry. It is advantageous to synthesize alkyl ester of caffeic acid based on both their biological function and potential application. One of the caffeic acid derivatives called caffeic acid phenethyl ester (CAPE) is a compound with numerous important biological activities. To synthesize CAPE one of the method used is catalyzed esterification of caffeic acid and phenethyl alcohol using ion exchange resin catalyst. The first step of the process is to perform esterification of caffeic acid and methanol to produce methyl caffeate (MC). MC would then be used to produce CAPE in the presence of phenethyl alcohol. Herein, the reaction condition and kinetic parameters for the synthesis of MC using cation-exchange resin as a catalyst were investigated, and the product was confirmed by high-performance liquid chromatography (HPLC). The highest yield of MC catalyzed by cation-exchange resin attained under the optimum condition as follows: reaction temperature of 60 °C and a reaction time of 4 h. The esterification kinetics of CA and methanol is described by the pseudo-homogeneous first order model. The relationship between temperature and the forward rate constant gives activation energy of 51 kJ/mol. These results indicated that cation-exchange resin possesses high catalytic activity in the synthesis of MC, which is an efficient catalyst suitable for MC production.

  8. Efficient Conversion of Glycerol into High Value-Added Chemicals by Partial Oxidation 査読有り

    Tsutomu Chida, Kousuke Hiromori, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Naoki Mimura, Aritomo Yamaguchi, Atsushi Takahashi

    JAOCS, Journal of the American Oil Chemists' Society 2020年

    DOI: 10.1002/aocs.12440  

    ISSN:0003-021X

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    Glycerol can be effectively converted to glyceric acid, a high value-added pharmaceutical raw material, through its partial oxidation over an Au/Al O catalyst under strongly basic conditions. The factors important for the highly selective production of glyceric acid were investigated experimentally. It was clarified that NaOH was involved in the glycerol activation step to a glycerol alkoxide intermediate (2, 3-dihydroxypropoxide) in the liquid phase, then glyceric acid was formed by OOH species derived from O on an Au catalyst in the partial oxidation step. We have newly discovered the concerted effect of NaOH and O in different reaction steps. 2 3 2 2

  9. Competitive adsorption model for process design of separation and recovery method in porous type anion-exchange resin 査読有り

    Kousuke Hiromori, Kosei Kanuma, Naomi Shibasaki-Kitakawa

    Journal of Chemical Engineering of Japan 53 (9) 477-484 2020年

    DOI: 10.1252/JCEJ.20WE066  

    ISSN:0021-9592

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    To optimize operating conditions for separation and recovery method with a porous type anion-exchange resin, a competitive adsorption model was developed by considering mass transfer and ion-exchange reactions of each component. The model well described the concentration profiles adsorbed in the axial direction of the column packed with the resin, which are difficult to determine experimentally, in addition to the concentration profiles in the effluent from the column. The model was also able to predict optimum operating conditions to maximize the recovery yield of the target material and is effective for the process design of the recovery method with the resin.

  10. Cleaner separation-purification process to efficiently produce high-purity natural lipophilic phenolic compounds from by-products of vegetable oil refining 査読有り

    Kousuke Hiromori, Tomone Sasayama, Naomi Shibasaki-Kitakawa

    Journal of Cleaner Production 189 223-230 2018年7月10日

    DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.04.012  

    ISSN:0959-6526

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    A cleaner separation-purification process without both conventional molecular distillation and chromatographic separation was developed and used to produce high-purity natural lipophilic phenolic compounds from by-products of vegetable oil refining. The key technology is a novel purification method using a weakly basic resin with acidity between those of impurity component with carboxylic acid group and a desired component with phenolic hydroxyl group as the adsorbent, which enables complete removal of only impurity component from the mixture. By combining the purification method with the separation process previously reported (Hiromori et al., 2015), the total process consisted of three columns packed with different types of ion-exchange resins (strongly acidic resin, strongly basic resin and weakly basic resin). In order to recover vitamin E (tocopherol, tocotrienol), the most prominent natural lipophilic phenolic compounds, a mixture of the by-product, deodorizer distillate from rice bran, and ethanol was supplied to the first and second columns, which were connected in series, and vitamin E selectively adsorbed on the resin. Next, a desorption solution was supplied to the second column connected with third column, and vitamin E (purity >98 wt%) was eluted. The yield of tocopherol was about 100% without thermal decomposition, which was much higher than the yield of about 50% obtained by a conventional method with molecular distillation. The yield of tocotrienol, which has lower thermal stability than tocopherol, was about 71%, whereas that of the conventional method was about 29%. The quantities of raw material and solvent, and the energy consumption to produce 1 kg of high purity vitamin E in this process were drastically reduced compared with the conventional process.

  11. Process design for green and selective production of bio-based surfactant with heterogeneous resin catalyst 査読有り

    Tomone Sasayama, Yuto Kamikanda, Naomi Shibasaki-Kitakawa

    Chemical Engineering Journal 334 2231-2237 2018年2月15日

    出版者・発行元:Elsevier B.V.

    DOI: 10.1016/j.cej.2017.11.132  

    ISSN:1385-8947

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    The aim of this study was to construct an environmentally and eco-friendly production process of a bio-based surfactant, namely a sugar fatty acid ester (SE), using a heterogeneous catalyst. A strongly basic resin was found to show a fairly high catalytic activity in the transesterification of sucrose and a fatty acid methyl ester to produce an SE under mild conditions, i.e., 60 °C and atmospheric pressure, especially when sufficient sucrose was adsorbed on the resin active sites. In a continuous process using a flow reactor packed with the resin, an appropriate combination of sucrose adsorption and sucrose supply during the reaction enabled to maintain the sucrose concentration at high levels. As a result, continuous SE production succeeded in a short residence time of 1.5 h without saponification to form soap for the first time. In this process, the downstream operations to separate the soap and the catalyst from the product were unnecessary. This heterogeneous resin catalyst enables simple, efficient, and environmentally friendly SE production and this process has potential commercial applications.

  12. Control of molecular weight distribution in synthesis of poly(2-hydroxyethyl methacrylate) using ultrasonic irradiation 査読有り

    Masaki Kubo, Takayuki Kondo, Hideki Matsui, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    Ultrasonics Sonochemistry 40 736-741 2018年1月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI: 10.1016/j.ultsonch.2017.08.011  

    ISSN:1350-4177

    eISSN:1873-2828

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    Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) was synthesized using ultrasonic irradiation without any chemical initiator. The effect of the ultrasonic power intensity on the time course of the conversion to polymer, the number average molecular weight, and the polydispersity were investigated in order to synthesize a polymer with a low molecular weight distribution (i.e., low polydispersity). The conversion to polymer increased with time. A higher ultrasonic power intensity resulted in a faster reaction rate. The number average molecular weight increased during the early stage of the reaction and then gradually decreased with time. A higher ultrasonic intensity resulted in a faster degradation rate of the polymer. The polydispersity decreased with time. This was because the degradation rate of a polymer with a higher molecular weight was faster than that of a polymer with a lower molecular weight. A polydispersity below 1.3 was obtained under ultrasonic irradiation. By changing the ultrasonic power intensity during the reaction, the number average molecular weight can be controlled while maintaining low polydispersity. When the ultrasonic irradiation was halted, the reactions stopped and the number average molecular weight and polydispersity did not change. On the basis of the experimental results, a kinetic model for synthesis of PHEMA under ultrasonic irradiation was constructed considering both polymerization and polymer degradation. The kinetic model was in good agreement with the experimental results for the time courses of the conversion to polymer, the number average molecular weight, and the polydispersity for various ultrasonic power intensities.

  13. A kinetic model for flavonoid production in tea cell culture 査読有り

    Naomi Shibasaki-Kitakawa, Yasuhiro Iizuka, Atsushi Takahashi, Toshikuni Yonemoto

    Bioprocess and Biosystems Engineering 40 (2) 211-219 2017年2月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00449-016-1688-4  

    ISSN:1615-7591

    eISSN:1615-7605

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    As one of the strategies for efficient production of a metabolite from cell cultures, a kinetic model is very useful tool to predict productivity under various culture conditions. In this study, we propose a kinetic model for flavonoid production in tea cell culture based on the cell life cycle and expression of PAL, the gene encoding phenylalanine ammonia-lyase (PAL)—the key enzyme in flavonoid biosynthesis. The flavonoid production rate was considered to be related to the amount of active PAL. Synthesis of PAL was modelled based on a general gene expression/translation mechanism, including the transcription of DNA encoding PAL into mRNA and the translation of PAL mRNA into the PAL protein. The transcription of DNA was assumed to be promoted at high light intensity and suppressed by a feedback regulatory mechanism at high flavonoid concentrations. In the model, mRNA and PAL were considered to self-decompose and to be lost by cell rupture. The model constants were estimated by fitting the experimental results obtained from tea cell cultures under various light intensities. The model accurately described the kinetic behaviors of dry and fresh cell concentrations, glucose concentration, cell viability, PAL specific activity, and flavonoid content under a wide range of light intensities. The model simulated flavonoid productivity per medium under various culture conditions. Therefore, this model will be useful to predict optimum culture conditions for maximum flavonoid productivity in cultured tea cells.

  14. Novel simple process for tocopherols selective recovery from vegetable oils by adsorption and desorption with an anion-exchange resin 査読有り

    Kousuke Hiromori, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Kazunori Nakashima, Toshikuni Yonemoto

    Food Chemistry 194 1-5 2016年8月4日

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/j.foodchem.2015.07.137  

    ISSN:0308-8146

    eISSN:1873-7072

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    Abstract A novel and simple low-temperature process was used to recover tocopherols from a deodorizer distillate, which is a by-product of edible oil refining. The process consists of three operations: the esterification of free fatty acids with a cation-exchange resin catalyst, the adsorption of tocopherols onto an anion-exchange resin, and tocopherol desorption from the resin. No degradation of tocopherols occurred during these processes. In the tocopherol-rich fraction, no impurities such as sterols or glycerides were present. These impurities are commonly found in the product of the conventional process. This novel process improves the overall recovery ratio and the mass fraction of the product (75.9% and 51.0 wt%) compared with those in the conventional process (50% and 35 wt%).

  15. Kinetic Analysis of Co-oxidation of Biomembrane Lipids Induced by Water-Soluble Radicals 査読有り

    Atsushi Takahashi, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Takao Noda, Yuko Sukegawa, Yuya Kimura, Toshikuni Yonemoto

    JAOCS, Journal of the American Oil Chemists' Society 93 (6) 803-811 2016年6月1日

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s11746-016-2821-x  

    ISSN:0003-021X

    eISSN:1558-9331

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    Experiments on the oxidation of the biomembrane lipids, cholesterol (ChH) and phospholipids (LH), induced by water-soluble radicals were performed in three types of model liposome systems. To clarify mechanisms of sole LH and ChH oxidations and their co-oxidation, these systems were prepared using oxidizable LH and non-oxidizable ChH, non-oxidizable LH and oxidizable ChH, and oxidizable LH and ChH. Experimental results showed that sole oxidation of LH or ChH in the lipid phase was induced by water-soluble radicals and that ChH oxidation was strongly accelerated by LH oxidation. A kinetic model was constructed based on reaction mechanisms that considered mass transfer of water-soluble radicals from the water to lipid phases, a series of sole oxidations of LH and ChH initiated by transferred radicals in the lipid phase, and accelerated reactions between LH and ChH. The resulting model quantitatively described sole LH and ChH oxidations and their co-oxidation behaviors in liposome systems under various water-soluble radical concentrations.

  16. Pretreatment combining ultrasound and sodium percarbonate under mild conditions for efficient degradation of corn stover 査読有り

    Kazunori Nakashima, Yuuki Ebi, Masaki Kubo, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    Ultrasonics Sonochemistry 29 455-460 2016年3月1日

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI: 10.1016/j.ultsonch.2015.10.017  

    ISSN:1350-4177

    eISSN:1873-2828

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    Ultrasound (US) can be used to disrupt microcrystalline cellulose to give nanofibers via ultrasonic cavitation. Sodium percarbonate (SP), consisting of sodium carbonate and hydrogen peroxide, generates highly reactive radicals, which cause oxidative delignification. Here, we describe a novel pretreatment technique using a combination of US and SP (US-SP) for the efficient saccharification of cellulose and hemicellulose in lignocellulosic corn stover. Although US-SP pretreatment was conducted under mild condition (i.e., at room temperature and atmospheric pressure), the pretreatment greatly increased lignin removal and cellulose digestibility. We also determined the optimum US-SP treatment conditions, such as ultrasonic power output, pretreatment time, pretreatment temperature, and SP concentration for an efficient cellulose saccharification. Moreover, xylose could be effectively recovered from US-SP pretreated biomass without the formation of microbial inhibitor furfural.

  17. Hydrodynamic Cavitation Reactor for Efficient Pretreatment of Lignocellulosic Biomass 査読有り

    Kazunori Nakashima, Yuuki Ebi, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Hitoshi Soyama, Toshikuni Yonemoto

    Industrial and Engineering Chemistry Research 55 (7) 1866-1871 2016年2月24日

    出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC

    DOI: 10.1021/acs.iecr.5b04375  

    ISSN:0888-5885

    eISSN:1520-5045

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    In the present study, hydrodynamic (HD) cavitation was combined with sodium percarbonate (SP) for the pretreatment of lignocellulosic biomass. For HD cavitation, a circular flow system equipped with a venturi tube was employed. The combined system of HD and SP (HD-SP) was compared to a pretreatment system using ultrasonication and SP (US-SP). The efficacy of each pretreatment method was evaluated by measuring lignin removal, and glucose and xylose formation. Fourier transform infrared spectra indicated that both systems resulted in a similar degree of lignin removal; however, the HD-SP system was more efficient than the US-SP system for glucose and xylose production. Neither system generated the inhibitor furfural, while it was detected in dilute acid (DA)-pretreated biomass. Furthermore, changing the venturi tube throat diameter improved the efficacy of the HD-SP system. The HD-SP system is promising for the industrial pretreatment of lignocellulosic biomass.

  18. 3-6-2 含水バイオエタノールの原料利用を目指したイオン交換樹脂法による脂肪酸エステル合成

    北川 尚美, 鈴江 真士, 福島 康裕

    日本エネルギー学会大会講演要旨集 25 94-95 2016年

    出版者・発行元:一般社団法人 日本エネルギー学会

    DOI: 10.20550/jietaikaiyoushi.25.0_94  

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    <p>The water content of ethanol used as the gasoline additive should be less than 0.5 wt% and the dewatering process requires a large energy input. Thus, the necessity of anhydrous ethanol as gasoline additive fades and new technology which can use hydrous ethanol is desired. In this research, biodiesel is produced in the form of fatty acid ethyl ester (FAEE) using hydrous ethanol by esterification of free fatty acid (FFA). The FAEE has higher cetane number and fuel economy and power than the traditional fatty acid methyl ester (FAME) and FAEE's low temperature fluidity is also improved. However, the conventional technologies for esterification of FFA never use hydrous ethanol because the water in the reaction solution must be completely removed to obtain a high conversion. We have reported that the catalytic activity of the ion-exchange resin is not inhibited by water. Thus, using the cation-exchange resin catalyst the batch and continuous esterification experiments with hydrous ethanol are performed. The maximum water content in hydrous ethanol to obtain high conversion is clarified.</p>

  19. 遊離脂肪酸含有量の高い植物油を原料利用できるイオン交換樹脂法を用いたパイロットスケールの高品質バイオディーゼル製造装置の開発 査読有り

    北川尚美, 大柳友克, 博吉汗斯琴髙娃, 中島一紀, 丹羽忠夫, 南一郎, 米本年邦

    化学工学論文集 42 (1) 30-36 2016年

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1252/kakoronbunshu.42.30  

    ISSN:0386-216X

    eISSN:1349-9203

  20. Effect of Support Material on Production of Fructosyl-Stevioside Using Immobilized beta–Fructofuranosidase 査読有り

    A.Takahashi, F.P.C.Toro, N.Shibasaki-Kitakawa, T.Yonemoto

    Bulletin of the Chemical Society of Japan 89 (1) 58-60 2016年

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1246/bcsj.20150320  

    ISSN:0009-2673

    eISSN:1348-0634

  21. トコトリエノールの高効率分離精製技術の開発 査読有り

    北川尚美, 廣森浩祐, 博吉汗斯琴髙娃, 関根敬史, 天野義一, 高橋武彦, 木村俊之, 米本年邦

    日本食品工学会誌 17 (1) 23-31 2016年

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.11301/jsfe.17.23  

    ISSN:1345-7942

  22. Effectiveness of adjustable-volume packed-bed reactor with an ion-exchange resin catalyst for continuous production 査読有り

    Kota Yamazaki, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Kazunori Nakashima, Toshikuni Yonemoto

    Journal of Chemical Engineering of Japan 49 (7) 668-672 2016年

    出版者・発行元:SOC CHEMICAL ENG JAPAN

    DOI: 10.1252/jcej.15we243  

    ISSN:0021-9592

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    Packed-bed reactors filled with ion-exchange resin catalysts are very effective for the continuous production of various chemicals. However, the resin tends to swell or shrink depending on the composition of the surrounding solution, and this can greatly alter the resin bed height and the volume of the liquid phase above the resin in a fixed-volume reactor. Because this liquid phase does not contribute to the production of chemicals in the reaction, it is important to minimize the liquid-phase volume to increase the productivity. In the present study, an adjustable-volume packed-bed reactor system was developed, and its effectiveness for the continuous production of fatty acid esters and regeneration of the resin were evaluated. The column height was adjusted by controlling the position of a movable plunger to minimize the liquid-phase volume in the upper part of the column. In fatty acid ester production using the adjustable-volume reactor, the residence time of the reactants in the liquid phase was shorter than that in a fixed-volume reactor, and the solution was rapidly eluted from the column, which improved productivity. For resin regeneration, minimization of the liquidphase volume in the adjustable-volume reactor reduced the effect of dilution on the performance of the regeneration solutions compared to that in the fixed-volume reactor, and less regeneration solution was required. The adjustable volume reactor could allow for more efficient and environment-friendly production of chemicals than a fixed-volume reactor.

  23. Conversion of Methyl Lactate to Acrylates over Modified NaY Zeolite Catalysts 査読有り

    Atsushi Takahashi, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Tadahiro Fujitani

    BULLETIN OF THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN 88 (11) 1581-1583 2015年11月

    出版者・発行元:CHEMICAL SOC JAPAN

    DOI: 10.1246/bcsj.20150213  

    ISSN:0009-2673

    eISSN:1348-0634

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    The catalytic activity of alkali metal- and alkaline earth metal-modified NaY zeolites for production of acrylic acid and methyl acrylate from methyl lactate was investigated. The reaction pathways and the role of the alkali metals in acrylate production are discussed.

  24. 3-6-3 陽イオン交換樹脂を触媒とする不可逆的エステル化反応機構の解明(Session 3-6 BDF I)

    山崎 功大, 鈴江 真士, 北川 尚美, 米本 年邦

    日本エネルギー学会大会講演要旨集 24 108-109 2015年

    出版者・発行元:一般社団法人日本エネルギー学会

    DOI: 10.20550/jietaikaiyoushi.24.0_108  

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    Aiming at clarifying the mechanism of irreversible esterification by the cation-exchange resin catalyst, a kinetic model was constructed. In the model, the esterification proceeds by the following three steps: (1) distribution from the bulk liquid phase to the resin surface, (2) diffusion in the resin liquid phase, (3) adsorption and reaction on the resin solid phase. The model quantitatively describes the concentration profiles of each component under the various conditions. It is clarified that the molar ratio of methanol to free fatty acid becomes much higher than that in the bulk liquid phase because of the resin's strong affinity against methanol.

  25. Production of high quality biodiesel from waste acid oil obtained during edible oil refining using ion-exchange resin catalysts 査読有り

    Naomi Shibasaki-Kitakawa, Kousuke Hiromori, Toru Ihara, Kazunori Nakashima, Toshikuni Yonemoto

    FUEL 139 11-17 2015年1月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/j.fuel.2014.08.024  

    ISSN:0016-2361

    eISSN:1873-7153

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    This study was aimed at the continuous production of high quality biodiesel fuel, which fully satisfies international specifications, from waste acid oil with free fatty acids (FFA) content of &gt; 95 wt%. First, the effect of water on the esterification of FFA with the cation-exchange resin catalyst was discussed. Then, a simple method for pretreating the resin without drying, only supplying alcohol of 1.5 cm(3)/g (wet resin), was proposed. Second, the operating conditions for the continuous esterification of FFA to biodiesel were established. The complete conversion of FFA was achieved at the mole ratio of alcohol: fatty acid residue of 2:1 and sufficient residence time. Subsequent processing with an anionexchange resin catalyst for the transesterification of triglycerides in the oil was necessary to produce high quality biodiesel. The biodiesel productivity with acid oil was about 8.5 times higher than that with triglyceride-rich oil. This process demonstrated a commercially feasible route to high quality biodiesel. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  26. 3-11-3 イオン交換樹脂法によるパイロットプラントを用いた高品質バイオディーゼルの連続製造(Session 3-11 BDF等1)

    北川 尚美, 大柳 友克, 斯琴高 娃, 中島 一紀, 米本 年邦

    日本エネルギー学会大会講演要旨集 23 148-149 2014年

    出版者・発行元:一般社団法人日本エネルギー学会

    DOI: 10.20550/jietaikaiyoushi.23.0_148  

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    This study was aimed at the pilot plant production of high quality biodiesel, which fully satisfies fuel specifications, from the cheaper non-edible oil with high free fatty acid content. Not only the fatty acid methyl ester (FAME), but also the fatty acid ethyl ester (FAEE), received much attention as more environmentally preferable biodiesel, was produced by the plant. Both biodiesel products were fully met the fuel standard specifications without any downstream purification processes except for removing alcohol. The calorific values of FAEE were higher than those of FAME and this meant that the fuel economy and horse power of FAEE will be improved.

  27. A fusion enzyme consisting of bacterial expansin and endoglucanase for the degradation of highly crystalline cellulose 査読有り

    Kazunori Nakashima, Koji Endo, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    RSC ADVANCES 4 (83) 43815-43820 2014年

    出版者・発行元:ROYAL SOC CHEMISTRY

    DOI: 10.1039/c4ra05891g  

    ISSN:2046-2069

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    We have prepared novel fusion enzymes consisting of Bacillus subtilis expansin EXLX1 and Clostridium thermocellum endoglucanase CelD. These two components are directly fused, or fused using flexible glycine-serine peptide linkers (GGGGS, GS linker) with different lengths: a triplicate (GGGGS) 3 linker (GS3) and a sextuple (GGGGS)(6) linker (GS6), resulting in fusion enzymes EXLX1-CelD, EXLX1-GS3-CelD and EXLX1-GS6-CelD. The binding ability and digestibility of these fusion enzymes towards a series of cellulose substrates with different crystallinity index (CrI) was examined. Fused with EXLX1, CelD acquired high binding ability to various kinds of cellulose and the linkaer length had no impact on function. In the degradation of cellulose, EXLX1-GS3-CelD exhibited the highest degradation activity among the fusion enzymes examined, suggesting that linker length between the two proteins has a significant impact on the activity of the fusion enzyme. EXLX1-GS3-CelD was found to function more effectively towards higher crystalline celluloses.

  28. Production of human secreted alkaline phosphatase in suspension and immobilization cultures of tobacco NT1 cell 査読有り

    Kazunori Nakashima, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Takuya Miyamoto, Masaki Kubo, Toshikuni Yonemoto, Michael L. Shuler

    BIOCHEMICAL ENGINEERING JOURNAL 77 177-182 2013年8月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE SA

    DOI: 10.1016/j.bej.2013.06.004  

    ISSN:1369-703X

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    The recombinant protein production by a plant cell culture offers several advantages including product safety and ease of the purification of secreted proteins and the capability of plants to correctly fold complex proteins. However, low productivity is generally a limitation of this system, caused by the denaturation and degradation of the secreted proteins due to proteolytic enzyme protease in the medium. In this study, we demonstrated that the transgenic tobacco NT1 cells were immobilized in Ca2+-alginate gel beads coated with a cell-free gel film, which significantly improved the productivity of the recombinant human secreted alkaline phosphatase (SEAP), about 33 times larger than that in the suspension culture. The cells immobilized in the beads were protected from hydrodynamic stress during cultivation and hence did not release the endogenous protease, which caused damage to the secreted SEAP. The immobilization culture without cell leakage could be quite effective for the production of recombinant protein. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

  29. Simultaneous production of high quality biodiesel and glycerin from Jatropha oil using ion-exchange resins as catalysts and adsorbent 査読有り

    Naomi Shibasaki-Kitakawa, Keiichi Kanagawa, Kazunori Nakashima, Toshikuni Yonemoto

    BIORESOURCE TECHNOLOGY 142 732-736 2013年8月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/j.biortech.2013.05.111  

    ISSN:0960-8524

    eISSN:1873-2976

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    The simultaneous production of high quality biodiesel and glycerin was realized by a bench-scale process using expanded-bed reactors packed with cation- and anion-exchange resins. The mixed-solution of crude Jatropha oil and methanol at a stoichiometric molar ratio was supplied to the process. The free fatty acid as well as triglyceride was completely converted to biodiesel. All by-products were adsorbed on the resin and the effluent from the process was free from them. The effluent fully met the international biodiesel standard specifications without any downstream purification processes except for removing methanol. The glycerin adsorbed on the resin was completely recovered as a transparent methanol solution during regeneration of the resin. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  30. Kinetic model for formation of DMPO-OH in water under ultrasonic irradiation using EPR spin trapping method 査読有り

    Masaki Kubo, Kazuhiro Sekiguchi, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    RESEARCH ON CHEMICAL INTERMEDIATES 38 (9) 2191-2204 2012年11月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s11164-012-0536-7  

    ISSN:0922-6168

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    The rate of the formation of the 2-hydroxy-5,5-dimethyl-1-pyrrolidinyloxy (DMPO-OH) radical in water during ultrasonic irradiation was evaluated both experimentally and theoretically. The hydroxyl radical (OH radical) was indirectly detected using 5,5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide (DMPO) as the spin trapping compound, and the generated DMPO-OH by the reaction between the OH radical and DMPO was measured by an electron paramagnetic resonance. The rate of change in the concentration of the DMPO-OH decreased with time, suggesting that not only the formation reaction of DMPO-OH but also the degradation reaction would take place by ultrasonic irradiation. The formation rate of the DMPO-OH was higher with ultrasonic power intensity and lower with reaction temperature. Based on the experimental results, a kinetic model for the formation of the DMPO-OH was proposed by considering the formation reaction, the ultrasonic degradation, and spontaneous degradation of DMPO-OH. The model well described the effect of the ultrasonic power intensity and the reaction temperature on the formation rate of DMPO-OH. The rate of the formation of the DMPO-OH was evaluated with the aid of the kinetic model.

  31. A Kinetic Model Describing Antioxidation and Prooxidation of β-Carotene in the Presence of α-Tocopherol and Ascorbic Acid 査読有り

    Naomi Shibasaki-Kitakawa, Masahiko Murakami, Masaki Kubo, Toshikuni Yonemoto

    Journal of American Oil Chemists’ Society 89 (5) 815-824 2012年5月

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1007/s11746-011-1980-z  

    ISSN:0003-021X

  32. A8 超音波ポリマー合成における分子量分布の制御

    久保 正樹, 近藤 孝行, 北川 尚美, 米本 年邦

    ソノケミストリー討論会講演論文集 21 15-16 2012年

    出版者・発行元:日本ソノケミストリー学会

    DOI: 10.20577/pamjss.21.0_15  

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    Poly (2-hydroxyethyl methacrylate) (PHEMA) was synthesized using ultrasonic irradiation without chemical initiator. Effects of ultrasound intensity on time course of conversion to polymer, number average molecular weight, and polydispersity were investigated in order to synthesize the polymer with low molecular weight distribution (i.e., low polydispersity). According to the experimental results, a kinetic model for polymer synthesis under ultrasonic irradiation was constructed with considering both polymerization and polymer degradation. Poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm) was also synthesized at low reaction temperature. The constructed model was applied to the low-temperature synthesis process.

  33. Biodiesel Production from Waste Cooking Oil Using Anion-Exchange Resin as Both Catalyst and Adsorbent 招待有り 査読有り

    Naomi Shibasaki-Kitakawa, Takahiro Tsuji, Masaki Kubo, Toshikuni Yonemoto

    BIOENERGY RESEARCH 4 (4) 287-293 2011年12月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s12155-011-9148-0  

    ISSN:1939-1234

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    A novel production process of biodiesel fuel was developed using an expanded-bed reactor packed with an anion-exchange resin having catalytic and adsorption abilities. Waste cooking oil was used as a cheaper feedstock, and methanol was added at the stoichiometric molar ratio of 3:1. The main constituent of the feedstock, triglyceride was completely converted to the biodiesel by the resin&apos;s catalytic ability. The impurities of the feedstock, free fatty acid, water, and dark brown pigment were removed from the product by the adsorption on the resin. In addition, the by-product glycerin was also removed from the product by the adsorption on the resin. The product eluted from the reactor was directly used for the standard tests of the biodiesel properties. The eluted product almost met the biodiesel quality standards (EN14214 in Europe and ASTM D6751 in North America). Thus, the proposed system permitted the simple production of biodiesel from the waste cooking oil without the upstream processing to remove the impurities (free fatty acid and water) and the downstream processing to remove the catalyst and by-products (glycerin and soap).

  34. Rigorous kinetic model considering positional specificity of lipase for enzymatic stepwise hydrolysis of triolein in biphasic oil-water system 査読有り

    Heri Hermansyah, Anondho Wijanarko, Masaki Kubo, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    BIOPROCESS AND BIOSYSTEMS ENGINEERING 33 (7) 787-796 2010年9月

    出版者・発行元:SPRINGER

    DOI: 10.1007/s00449-009-0400-3  

    ISSN:1615-7591

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    A rigorous kinetic model describing the stepwise triglyceride hydrolysis at the oil-water interface, based on the Ping Pong Bi Bi mechanism using suspended lipase having positional specificity, was constructed. The preference of the enzyme to cleave to the ester bonds at the edge and the center of the glycerol backbone of the substrates (tri-, di- or monoglyceride) was incorporated in the model. This model was applied to the experimental results for triolein hydrolysis using suspended Porcine pancreatic lipase (an sn-1,3 specific lipase) and Candida rugosa lipase (a non-specific lipase) in a biphasic oil-water system under various operating conditions. In order to discuss the model&apos;s advantages, other models that do not consider the positional specificity of the lipase were also applied to our experimental results. The model considering the positional specificity of the lipase gave results which fit better with the experimental data and described the effect of the initial enzyme concentration, the interfacial area, and the initial concentrations of triolein on the entire process of the stepwise triolein hydrolysis. This model also gives a good representation of the rate for cleaving the respective ester bonds of each substrate by each type of lipase.

  35. Simple Continuous Production Process of Biodiesel Fuel from Oil with High Content of Free Fatty Acid Using Ion-Exchange Resin Catalysts 査読有り

    Naomi Shibasaki-Kitakawa, Takahiro Tsuji, Kouhei Chida, Masaki Kubo, Toshikuni Yonemoto

    ENERGY & FUELS 24 (6) 3634-3638 2010年6月

    出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC

    DOI: 10.1021/ef100109u  

    ISSN:0887-0624

    eISSN:1520-5029

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    A simple continuous production process of biodiesel fuel, fatty acid esters from oils with high content of free fatty acid (FFA), was constructed using the heterogeneous ion-exchange resin catalysts. In the system, the expanded-bed reactor packed with the cation-exchange resin catalyst for esterification of the FFA and that with the anion-exchange resin catalyst for transesterification of the triglyceride were connected M series. When the mixed solution of the crude rice bran oil with a 14 wt % FFA and alcohol was supplied to the proposed system, the fatty acid esters with a high conversion of more than 98.6% could be continuously produced without any extra operation such as dewaxing/degumming of the raw oil, removal of the byproduct, and addition of alcohol.

  36. Is Excess Methanol Addition Required To Drive Transesterification of Triglyceride toward Complete Conversion? 査読有り

    Takahiro Tsuji, Masaki Kubo, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    ENERGY & FUELS 23 (12) 6163-6167 2009年12月

    出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC

    DOI: 10.1021/ef900622d  

    ISSN:0887-0624

    eISSN:1520-5029

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    To clarify whether excess methanol addition is required to drive the transesterification of triglyceride toward complete conversion, the effect of the molar ratio of methanol to triglyceride on the reaction behavior was studied using not only the conventional homogeneous alkali catalyst but also the novel heterogeneous anion-exchange resin catalyst. For the heterogeneous anion-exchange resin catalyst, the transesterification completely proceeded even at the stoichiometric molar ratio of 3:1 because the saponification, which preferentially proceeded at the lower molar ratio of methanol to cause the catalyst depletion and the product contamination, never occurred. The reaction rate at 3:1 was much higher than that at the molar ratio of 6: 1, widely used in the industrial production process of the biodiesel fuel. This was because the homogeneous single phase was formed at 3:1 and the mass-transfer resistance between the methanol/triglyceride phases disappeared.

  37. Catalytic Synthesis of Glycerol Monoacetate Using a Continuous Expanded Bed Column Reactor Packed with Cation-Exchange Resin 査読有り

    Takuya Fukumura, Takuji Toda, Yuichiro Seki, Masaki Kubo, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH 48 (4) 1816-1823 2009年2月

    出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC

    DOI: 10.1021/ie800625g  

    ISSN:0888-5885

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    The selective and continuous production of monoacetin using an expanded-bed column reactor, in which the reactive fluid flows vertically upward and the catalyst is hydrodynamically floated, was studied. Acetic acid and glycerol were used as the substrates and the proton-type cation-exchange resin Amberlyst 16 was used as the catalyst. Batch reaction experiments under various conditions were first conducted to investigate the details of the heterogeneous catalytic reaction mechanism. The esterification of acetic acid with glycerol to produce the target product monoacetin was proved to proceed predominantly over the undesired consecutive esterification reactions to diacetin and triacetin. The intraparticle and extraparticle mass-transfer resistances for the catalytic resin were negligible. The Eley-Rideal-type catalytic reaction model was successfully applied to the experimental data for the various conditions. Next, the hydrodynamic correlation between the flow rate of the reactive fluid and the corresponding expanded-bed height on the continuous reactor was determined experimentally. Furthermore, the reaction and transport model for a continuous expanded-bed column reactor was constructed based on the kinetic model for the batch system. The numerical calculation simulated the experimental data well, and the optimum operating conditions were successfully determined by the theoretical analysis.

  38. イオン交換樹脂触媒を利用したバイオディーゼル燃料製造技術の開発

    北川 尚美, 米本 年邦

    化学工学会 研究発表講演要旨集 2009 171-171 2009年

    出版者・発行元:公益社団法人 化学工学会

    DOI: 10.11491/scej.2009f.0.171.0  

  39. バイオディーゼル燃料生産におけるメタノール添加量低減の検討

    辻 崇裕, 久保 正樹, 北川 尚美, 米本 年邦

    化学工学会 研究発表講演要旨集 2009 808-808 2009年

    出版者・発行元:公益社団法人 化学工学会

    DOI: 10.11491/scej.2009f.0.808.0  

  40. イオン交換樹脂を不均相固体触媒とした米糠原油からのバイオディーゼル燃料生産

    千田 光平, 北川 尚美, 米本 年邦

    化学工学会 研究発表講演要旨集 2008 198-198 2008年

    出版者・発行元:公益社団法人 化学工学会

    DOI: 10.11491/scej.2008.0.198.0  

  41. バイオディーゼル燃料の連続生産プロセスにおけるイオン交換樹脂の触媒性能

    辻 崇裕, 北川 尚美, 米本 年邦

    化学工学会 研究発表講演要旨集 2008 197-197 2008年

    出版者・発行元:公益社団法人 化学工学会

    DOI: 10.11491/scej.2008.0.197.0  

  42. Progressive Effect of Water on Prevention of β-Carotene Oxidation in Biphasic Oil-Water System with Addition of an Antioxidant, α-Tocopherol 査読有り

    M.Murakami, N.Shibasaki-Kitakawa, T.Yonemoto

    Journal of Chemical Engineering Japan 41 (6) 485-491 2008年

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1252/jcej.08we020  

    ISSN:0021-9592

  43. Biodiesel production using anionic ion-exchange resin as heterogeneous catalyst 査読有り

    Naomi Shibasaki-Kitakawa, Hiroki Honda, Homare Kuribayashi, Takuji Toda, Takuya Fukumura, Toshikum Yonemoto

    BIORESOURCE TECHNOLOGY 98 (2) 416-421 2007年1月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCI LTD

    DOI: 10.1016/j.biortech.2005.12.010  

    ISSN:0960-8524

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    The transesterification reactions of triolein with ethanol using various ion-exchange resin catalysts were conducted to produce ethyl oleate as a biodiesel. The anion-exchange resins exhibited much higher catalytic activities than the cation-exchange resin. The anion-exchange resin with a lower cross-linking density and a smaller particle size gave a high reaction rate as well as a high conversion. By combining the three-step regeneration method, the resin could be repeatedly used for the batch transesterification without any loss in the catalytic activity. A continuous transesterification reaction was carried out using an expanded bed reactor packed with the most active resin. The reactor system permitted the continuous production of ethyl oleate with a high conversion. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  44. Mathematical model for stepwise hydrolysis of triolein using Candida rugosa lipase in biphasic oil-water system 査読有り

    Heri Hermansyah, Masaki Kubo, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    BIOCHEMICAL ENGINEERING JOURNAL 31 (2) 125-132 2006年9月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE SA

    DOI: 10.1016/j.bej.2006.06.003  

    ISSN:1369-703X

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    A mathematical model describing the triglyceride hydrolysis with lipase was constructed. The stepwise hydrolysis at the oil-water interface based on the Ping Pong Bi Bi mechanism and the inhibition by a fatty acid were considered in addition to the differences in the interfacial and bulk concentrations of the enzyme, substrate and product. This model was applied to the experimental results for the triolein hydrolysis using Candida rugosa lipase in the biphasic oil-water system under various operating conditions. In order to discuss the model's advantages, other simple models not considering the inhibition by a fatty acid or Ping Pong Bi Bi mechanism were also applied to our experimental results. The present model gave better fitted results and well described the effect of the initial enzyme concentration, the interfacial area and the initial concentrations of triolem and a fatty acid on the entire process of the stepwise triolein hydrolysis. The present model was very effective for predicting the appropriate conditions for the efficient production of the desired product and to provide information which cannot be experimentally obtained. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

  45. バイオディーゼル燃料生産におけるイオン交換樹脂触媒の性能評価

    栗林 誉, 北川 尚美, 米本 年邦

    化学工学会 研究発表講演要旨集 2006 704-704 2006年

    出版者・発行元:公益社団法人 化学工学会

    DOI: 10.11491/scej.2006f.0.704.0  

  46. Kinetics of ultrasonic disinfection of Escherichia coli in the presence of titanium dioxide particles 査読有り

    M Kubo, R Onodera, N Shibasaki-Kitakawa, K Tsumoto, T Yonemoto

    BIOTECHNOLOGY PROGRESS 21 (3) 897-901 2005年5月

    出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC

    DOI: 10.1021/bp049729s  

    ISSN:8756-7938

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    The ultrasonic disinfection of Escherichia coli was carried out in the presence of anatase-type TiO2 particles, and the effectiveness of the combination of ultrasonic irradiation with TiO2 addition was verified. The rate constant was determined from the plot of the common logarithm of the survival cell ratio versus the ultrasonic irradiation time using first-order kinetics. In the absence of particles, the rate constant was proportional to the ultrasonic power. When ultrasonic disinfection was carried out in the presence of TiO2 particles, which have a radical generation ability, the rate of disinfection was remarkably faster than that in the absence of TiO2. In the presence of silica particles, which have no radical generation ability, the rate of disinfection was the same as that in the absence of TiO2. These results suggest that the radical generation ability of TiO2 appeared as a result of the ultrasonic irradiation. The effect of the amount of TiO2 on the rate of disinfection was also examined. The rate constant for disinfection in the presence of TiO2 was saturated to a certain value and was represented using the Langmuir-type equation. The proposed model well describes the effects of the ultrasonic power and the amount of TiO2 on the rate constant for disinfection.

  47. Kinetics of ultrasonic degradation of phenol in the presence of TiO2 particles 査読有り

    M Kubo, K Matsuoka, A Takahashi, N Shibasaki-Kitakawa, T Yonemoto

    ULTRASONICS SONOCHEMISTRY 12 (4) 263-269 2005年3月

    出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE BV

    DOI: 10.1016/j.ultsonch.2004.01.039  

    ISSN:1350-4177

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    The degradation of phenol by ultrasonic irradiation in the presence of TiO2 was investigated in complete darkness. The effects of amount of TiO2 and the combination of TiO2 addition with gas (air or oxygen) supply on the degradation kinetics of phenol and the formation of the reaction products were examined. The degradation rate of phenol increased with the amount of TiO2. As the dissolved oxygen concentration increased by supplying oxygen, the degradation rate of phenol also increased. A kinetic model for the disappearance of phenol was proposed. The model takes into account the OH radical formation by direct water degradation, indirect degradation by oxygen atom and indirect degradation by TiO2 catalysis. The calculated results explained well the fact that a higher amount of TiO2 and dissolved oxygen concentration gave faster disappearance rate. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

  48. Combination of extractive solvent addition and immobilization culture for continuous production of scopoletin by tobacco cells 査読有り

    Y Iizuka, R Kato, N Shibasaki-Kitakawa, T Yonemoto

    BIOTECHNOLOGY PROGRESS 21 (2) 603-607 2005年3月

    出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC

    DOI: 10.1021/bp0498645  

    ISSN:8756-7938

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    Extractive solvent addition was combined with immobilization cultures of Nicotiana tabacum cells to produce scopoletin. Using various solvents, the partition coefficients of scopoletin between the solvent and water phases and the solvent toxicity to the cell viability were investigated. The effect of the solvent addition on cell growth and scopoletin production was elucidated in the suspension cultures. Coconut oil, one of the natural vegetable oils, was selected as the most suitable extractive solvent. The cells were immobilized in the calcium alginate gel bead coated with a cell-free gel film and then the batch cultures with the addition of various volumes of the coconut oil were performed. The total scopoletin production increased with the solvent volume according to the amount of scopoletin transferred from the medium to the solvent. The maximum productivity obtained in the batch immobilization cultures was about 16 times larger than that in the suspension culture without solvent. A continuous production system, in which the fresh solvent was supplied to the culture system and the solvent containing scopoletin was recovered from it, was constructed. The integrated scopoletin production in the effluent oil attained 2.21 mg/gDCW for 30 days at 100 cm(3)/day without cell leakage.

  49. チャ細胞培養によるフラボノイド生産に関する速度論モデル

    北川 尚美, 飯塚 泰弘, 米本 年邦

    化学工学会 研究発表講演要旨集 2005 335-335 2005年

    出版者・発行元:公益社団法人 化学工学会

    DOI: 10.11491/scej.2005.0.335.0  

  50. Oxidation Kinetics of β-Carotene in Oleic Acid Solvent with Addition of an Antioxidant, α-Tocopherol 査読有り

    Naomi Shibasaki-Kitakawa, Hideto Kato, Atsushi Takahashi, Toshikuni Yonemoto

    Journal of American Oil Chemists' Society 81 (4) 389-394 2004年4月

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1007/s11746-004-0911-x  

    ISSN:0003-021X

  51. A Rigorous Kinetic Model for β-Carotene Oxidation in the Presence of an Antioxidant, α-Tocopherol 査読有り

    Atsushi Takahashi, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    Jouranl of the American Oil Chemists' Society 80 (12) 1241-1247 2003年12月

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1007/s11746-003-0849-z  

    ISSN:0003-021X

  52. Copolymerization of carbon dioxide and ethyl vinyl ether at subcritical and supercritical conditions 査読有り

    C Yokoyama, Y Kawase, N Shibasaki-Kitakawa, RL Smith

    JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE 89 (12) 3167-3174 2003年9月

    出版者・発行元:JOHN WILEY & SONS INC

    DOI: 10.1002/app.12553  

    ISSN:0021-8995

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    The copolymerization of carbon dioxide (CO2) and ethyl vinyl ether (EVE) at subcritical and super-critical conditions was studied in the presence and absence of an aluminum triacetylacetonate [Al(acac)(3)] catalyst. The experiments took place at 313-423 K and 4-15 MPa and for reaction times of 12-120 h. We confirmed that CO2 could copolymerize with EVE with or without the Al(acac)(3) catalyst, regardless of whether the vessel wall material was Teflon or stainless steel. With the Al(acac), catalyst, a maximum yield of 3.2% polymer was obtained at 338 K, 6 MPa, and 45 h. The maximum value of the average CO2 fraction was about 50% (100% of the theoretical) at 338 K, 15 MPa, and 45 h. Results confirmed the mechanism and pathways proposed earlier by Soga et al. (1973). There was a trade-off between yield and the CO, fraction incorporated into the polymer as conditions changed from subcritical to super-critical. (C) 2003 Wiley Periodicals, Inc.

  53. Improvement of catechin productivity in suspension cultures of tea callus cells 査読有り

    N Shibasaki-Kitakawa, J Takeishi, T Yonemoto

    BIOTECHNOLOGY PROGRESS 19 (2) 655-658 2003年3月

    出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC

    DOI: 10.1021/bp025539a  

    ISSN:8756-7938

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    In the suspension cultures of tea callus cells, C.sinensis cv. Yabukita, the effects of the culture conditions, such as culture period and light irradiation, on cell growth and catechin production were investigated. The production of flavonoids (catechins + proanthocyanidins) was promoted by inoculating the cells into the fresh medium at the culture period giving the maximum flavonoid content in the cells. The cultivation under light irradiation was repeated several times by inoculating the cells with the maximum flavonoid content. The flavonoid production was significantly increased without inhibiting the cell growth. We obtained the maximum flavonoid production, 1.5 g/dm(3) medium, and the maximum content, 150 mg/(g of dry cell weight (DCW)). The latter value was larger than that in the leaves of the tea plant.

  54. Kinetic model for synthesis of fructosyl-stevioside using suspended β-fructofuranosidase 査読有り

    Kentaro Suzuki, Takuya Fukumura, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    Biochemical Engineering Journal 10 (3) 207-215 2002年4月

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1016/S1369-703X(01)00183-8  

    ISSN:1369-703X

  55. A Kinetic Model for Co-oxidation of β-Carotene with Oleic Acid 査読有り

    Atsushi Takahashi, Jun-Ichi Suzuki, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    Journal of Americal Oil Chemists' Society 78 (12) 1203-1207 2001年12月

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1007/s11745-001-0414-9  

    ISSN:0003-021X

  56. Cultures of Nicotiana tabacum cells immobilized in calcium alginate gel beads coated with cell-free gel film 査読有り

    N Shibasaki-Kitakawa, Y Iizuka, T Yonemoto

    JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 34 (11) 1431-1438 2001年11月

    出版者・発行元:SOC CHEMICAL ENG JAPAN

    DOI: 10.1252/jcej.34.1431  

    ISSN:0021-9592

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    Nicotiana tabacum cells were immobilized in the Ca-alginate gel beads coated with the cell-free gel film and then cultivated in the flask. The effects of the coating film thickness on intraparticle cell growth and cell leakage were investigated. The beads with the coating film of a desired thickness can be prepared by controlling the amount of free Ca2+ in the core beads. The optimum thickness for preventing cell leakage without inhibiting intraparticle cell growth was determined. The productivity of the phenolics, which was one of the secondary metabolites of tobacco cells, for the immobilization cultures was compared with that for the suspension culture. The phenolics production and release to the medium seemed to be promoted by the immobilization. The immobilization culture using the coated beads was very effective in promoting the extracellular productivity of the phenolics as well as preventing cell leakage. The immobilization method was applied to the culture system using an airlift bioreactor with a draft tube. Cell leakage was completely prevented throughout the 25-day cultivation without inhibiting cell growth.

  57. 部分循環式フリ-フロ-等電点電気泳動法による二成分タンパク質の連続分離プロセスに関する数学モデル 査読有り

    金成勲, 大谷律子, 白井亘, 北川尚美, 北川明生, 米本年邦

    化学工学論文集 27 (2) 174-180 2001年3月

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1252/kakoronbunshu.27.174  

    ISSN:0386-216X

  58. Intraparticle cell growth and cell leakage in cultures of Nicotiana tabacum cells immobilized in calcium alginate gel beads 査読有り

    N Shibasaki-Kitakawa, Y Iizuka, T Yonemoto

    JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY 75 (11) 1008-1014 2000年11月

    出版者・発行元:JOHN WILEY & SONS LTD

    DOI: 10.1002/1097-4660(200011)75:11<1008::AID-JCTB297>3.0.CO;2-T  

    ISSN:0268-2575

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    Immobilized Nicotiona tabacum cells in calcium alginate gel beads were prepared under various conditions and then were cultivated. The effects of different conditions of preparation, in relation to concentration of calcium ions (Ca2+), on intraparticle cell growth and cell leakage from beads were investigated experimentally. As the amount of Ca2+ incorporated into the beads increased, the numbers of cells leaked fi om the beads into the medium decreased. However, cell growth was inhibited by high Ca2+ concentrations in the beads. Optimal conditions existed, which prevented cell leakage without inhibiting intraparticle cell growth. The effect of adding CaCl2 to the culture medium was also studied. The Ca2+, used for the alginate crosslinking, gradually leached from the beads with increasing cultivation time, such that the beads gradually became brittle and fragile. The addition of CaCl2 was effective in preventing Ca2+ loss from the beads and cell leakage. (C) 2000 Society of Chemical Industry.

  59. Kinetic analysis for oxidation of oleic acid 査読有り

    A Takahashi, NS Kitakawa, T Yonemoto

    JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 33 (3) 481-488 2000年6月

    出版者・発行元:SOC CHEMICAL ENG JAPAN

    DOI: 10.1252/jcej.33.481  

    ISSN:0021-9592

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    Oleic acid oxidation experiments were conducted under various temperature conditions, and the time courses of the concentrations of oleic acid, hydroperoxide and dissolved oxygen (DO) were measured. A novel kinetic model was constructed on the basis of an autocatalytic free-radical chain reaction mechanism, in which two kinds of initiation reactions due to hydroperoxide decomposition, the reaction to generate a secondary product, and the consecutive reaction of the secondary product with oxygen were involved. There were seven unknown constants, two constants for gas-liquid mass transfer, and five constants for chemical reaction in the model. In order to estimate the constants for the gas-liquid mass transfer, gas absorption experiments were conducted using oleic acid with antioxidant, The chemical kinetic constants were estimated by fitting the model equations with the results for the concentrations of the oleic acid, the hydroperoxide and the dissolved oxygen obtained experimentally. The fitted results were in good agreement with the experimental data over a wide range of temperatures. The validity of activation energies in the kinetic constants was verified by comparison with the previously reported literature values. Furthermore, the variation of the oxidized oleic acid composition was simulated by the model.

  60. Liquid phase amination of 1-bromobutane under high temperature and high pressure 査読有り

    C Yokoyama, Y Mabuchi, N Shibasaki-Kitakawa, S Takahashi

    SEKIYU GAKKAISHI-JOURNAL OF THE JAPAN PETROLEUM INSTITUTE 43 (2) 127-134 2000年3月

    出版者・発行元:JAPAN PETROLEUM INST

    DOI: 10.1627/jpi1958.43.127  

    ISSN:0582-4664

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    The amination of 1-bromobutane in an aqueous ammonia solution of 50 wt% ammonia using a high-pressure coiled-tube flow reactor was examined. The temperature range studied was from 343 to 403 K and the reaction pressure was 13 MPa. The major reaction products were n-butylamine and di-n-butylamine, but higher amines, such as tri-iz-butylamine, were detected only in trace amounts. Based on a second order consecutive reaction model fur the formation of n-butylamine and di-n-butylamine, the reaction rate of amination of 1-bromobutane was determined. Arrhenius parameters for the rate constant of the first reaction step to form n-butylamine were found to have an activation energy of 87.9 kJ/mol acid pre-exponential factor of 1.03 x 10(9) mol/(dm(3) s), and those for the second reaction step to form di-n-butylamine were found to have the activation energy of 84.3 kJ/mol and pre-exponential factor of 3.30 x 10(9) mol/(dm(3) s).

  61. Kinetic Model for Autoxidation of β-Carotene in Organic Solutions. 査読有り

    Atsushi Takahashi, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    Journal of American Oil Chemists' Society 76 (8) 897-903 1999年8月

    出版者・発行元:None

    DOI: 10.1007/s11746-999-0104-5  

    ISSN:0003-021X

  62. Viscosity of gaseous HFC-125 (pentafluoroethane) under high pressures 査読有り

    M Takahashi, N Shibasaki-Kitakawa, C Yokoyama

    INTERNATIONAL JOURNAL OF THERMOPHYSICS 20 (2) 445-453 1999年3月

    出版者・発行元:KLUWER ACADEMIC/PLENUM PUBL

    DOI: 10.1023/A:1022648819511  

    ISSN:0195-928X

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    This paper reports experimental results for the viscosity of gaseous HFC-125 (pentafluoroethane) under high pressures. The measurements were carried out with an oscillating-disk viscometer of the Maxwell type at temperatures from 298.15 to 423.15 K and at pressures up to the saturated vapor pressures at each temperature at subcritical conditions or up to 9 MPa at supercritical temperatures. Intermolecular scaling parameters of HFC-125 for the extended corresponding states were determined from the viscosity data at 0.1 MPa. An empirical viscosity equation is proposed to interpolate the present experimental results as a function of temperature and density.

  63. Viscosity of gaseous HFC-143a (1,1,1-trifluoroethane) under high pressures 査読有り

    M Takahashi, N Shibasaki-Kitakawa, C Yokoyama

    INTERNATIONAL JOURNAL OF THERMOPHYSICS 20 (2) 435-443 1999年3月

    出版者・発行元:KLUWER ACADEMIC/PLENUM PUBL

    DOI: 10.1023/A:1022696702673  

    ISSN:0195-928X

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    The viscosity of gaseous HFC-143a(1,1,1-trifluoroethane) was measured with an oscillating-disk viscometer of the Maxwell type at temperatures from 298.15 to 423.15 K and at pressures up to the saturated vapor pressure at each temperature under subcritical conditions or up to 9 MPa under supercritical conditions. Intermolecular potential parameters of HFC-143a for the extended corresponding states were determined from the viscosity data at 0.1 MPa. An empirical viscosity equation as functions of temperature and density is proposed to interpolate the present experimental results.

  64. Viscosity of gaseous HFC-134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane) under high pressures 査読有り

    N Shibasaki-Kitakawa, M Takahashi, C Yokoyama

    INTERNATIONAL JOURNAL OF THERMOPHYSICS 19 (5) 1285-1295 1998年9月

    出版者・発行元:KLUWER ACADEMIC/PLENUM PUBL

    ISSN:0195-928X

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    The viscosity of gaseous HFC-134a (1,1,1,2-tetrafluoroethane) was measured with an oscillating disk viscometer of the Maxwell type from 298.15 to 398.15 K at pressures up to 5.5 MPa. Intermolecular potential parameters for the Lennard-Jones 12-6 model were determined from the viscosity data at 0.1 MPa. The viscosity equation developed by Krauss et al. was applied to correlate the present viscosity data. In addition, the correlations proposed by Stiel and Thodos and by Lee and Thodos were tested for fitting the experimental viscosity data.

  65. Kinetic model for oligosaccharide hydrolysis using suspended and immobilized enzymes 査読有り

    Naomi Shibasaki-Kitakawa, Benjamas Cheirsilpa, Ken-Ichiro Iwamura, Masanori Kushibiki, Akio Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    Biochemical Engineering Journal 1 (3) 201-209 1998年

    出版者・発行元:Elsevier

    DOI: 10.1016/S1369-703X(98)00003-5  

    ISSN:1369-703X

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    A novel kinetic model that describes the hydrolysis of oligosaccharide using the suspended enzyme has been constructed by introducing the selectivity of the enzyme for cleaving each α-1,6 glycosidic bond of the substrate. The Michaelis-Menten type kinetic constants, Km and Vmax, and the selectivity coefficient, α, are estimated by fitting the model with the experimental data obtained under various conditions. The new constant, α, is estimated at 0.411, and almost the same as the experimental values. The model has been extended for the immobilized enzyme system by taking into account the intraparticle mass transfer resistance. The model constants are estimated similarly to the case of the suspended enzyme system. αimm (α for the immobilized enzyme system) is a little higher than that in the suspended enzyme system. Kmimm and Vmaximm, are much greater than those for the suspended enzyme system. The estimated values of the effective diffusivities in the support particle are a few order of magnitude smaller than those in aqueous solution. The model well simulates both experimental results obtained in the suspended and immobilized enzyme systems. © 1998 Elsevier Science S.A. All rights reserved.

  66. Viscosity of gaseous nitrous oxide from 298.15 K to 398.15 K at pressures up to 25 MPa 査読有り

    M Takahashi, N ShibasakiKitakawa, C Yokoyama, S Takahashi

    JOURNAL OF CHEMICAL AND ENGINEERING DATA 41 (6) 1495-1498 1996年11月

    出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC

    ISSN:0021-9568

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    The viscosity of gaseous nitrous oxide was measured using an oscillating disk viscometer of the Maxwell type from 298.15 K to 398.15 K at pressures up to 25 MPa. The results were fitted to an empirical equation as a function of temperature and density. The Chung and Lee-Thodos correlations were tested to fit the experimental viscosity values.

  67. GAS VISCOSITY OF DIFLUOROMETHANE FROM 298.15 TO 423.15 K AND UP TO 10 MPA 査読有り

    M TAKAHASHI, N SHIBASAKIKITAKAWA, C YOKOYAMA, S TAKAHASHI

    JOURNAL OF CHEMICAL AND ENGINEERING DATA 40 (4) 900-902 1995年7月

    出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC

    DOI: 10.1021/je00020a036  

    ISSN:0021-9568

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    The gas viscosity of difluoromethane was measured using an oscillating disk viscometer of the Maxwell type from 298.15 to 423.15 K at pressures up to 10 MPa. The results were fitted to an empirical equation as a function of temperature and density. Intermolecular force constants of the Lennard-Jones 12-6 potential were determined. In addition, the experimental density was compared with the calculated values from various equations of state previously reported.

  68. Kinetic analysis for effect of initial substrate concentration on growth and secondary metabolite production in cultures of Nicotiana tabacum 査読有り

    Namoi Shibasaki, Ryousuke Obika, Toshikuni Yonemoto, Teiriki Tadaki

    Journal of Chemical Technology &amp; Biotechnology 63 (3) 201-208 1995年

    DOI: 10.1002/jctb.280630302  

    ISSN:1097-4660 0268-2575

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    Suspension cultures of tobacco cells were studied using airlift and rotary‐drum bioreactors. The effect of initial concentrations of a major substrate, sucrose, on the growth and production of a secondary metabolite, phenolic compounds, was investigated. The dry weights and total concentrations of the phenolic compounds increased with the initial sucrose concentration in both bioreactors. Both bioreactors were found to have the same tendency for the effect of initial sucrose concentration. The structured model, presented previously was modified by considering that sucrose was hydrolyzed to glucose and fructose by an enzymatic reaction. The previous and the new models were applied to the above two sets of experimental data obtained with two bioreactors, independently. The hydrolysis of sucrose was elucidated to contribute slightly to the overall kinetics of growth and secondary metabolite production in these cultures. Furthermore, the levels of shear damage in each bioreactor were quantitatively compared based on the death rate constant, ki, which is one of the model constants. Copyright © 1995 SCI

  69. APPLICATION OF 5-STATE STRUCTURED MODELS FOR GROWTH AND SECONDARY METABOLITE PRODUCTION IN CULTURES OF NICOTIANA-TABACUM 査読有り

    N SHIBASAKI, T YONEMOTO, T TADAKI

    JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY 58 (2) 151-157 1993年

    出版者・発行元:JOHN WILEY & SONS LTD

    ISSN:0268-2575

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    A new structured model was constructed and applied to batch suspension cultures of Nicotiana tabacum in an airlift bioreactor with a draught tube. This model was developed by modifying the structured model proposed by Bailey and Nicholson1,2 for cultures of Catharanthus roseus cells. In this model, a plant cell was considered to consist of a vacuole and non-vacuole. A secondary metabolite was also assumed to be synthesized by viable cells and stored at a constant concentration in the vacuole. Parameters for the model equations were estimated based upon experimental data using numerical optimization techniques. The simulated results using these parameters showed that the present model was superior to the earlier model for describing growth and product synthesis during all culture periods for the tobacco cell cultures.

  70. SUSPENSION-CULTURE OF NICOTIANA-TABACUM CELLS IN A ROTARY-DRUM BIOREACTOR 査読有り

    N SHIBASAKI, K HIROSE, T YONEMOTO, T TADAKI

    JOURNAL OF CHEMICAL TECHNOLOGY AND BIOTECHNOLOGY 53 (4) 359-363 1992年

    出版者・発行元:JOHN WILEY & SONS LTD

    ISSN:0268-2575

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    Suspension cultures of Nicotiana tabacum (tobacco) were studied using a rotary-drum bioreactor and the effects of various operating factors on culture growth were investigated. Conditions of oxygen concentration, aeration and drum rotation rates required for optimum culture growth rate were determined. The results were compared with those obtained in an air-lift bioreactor with a draft tube. The culture growth rates were higher in the rotary-drum bioreactor than in the air-lift bioreactor under the same conditions of aeration. The rotary-drum bioreactor was superior to the air-lift bioreactor in respect of oxygen mass transfer and the level of shear damage to N. tabacum cells.

  71. A Mass-balance-consistent Process Inventory Model for Ion-exchange Resin Catalyzed Biodiesel Production 査読有り

    Journal of Chemical Engineering of Japan

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MISC 15

  1. Clarification of key factors promoting selective oxidation of glycerol into glyceric acid on Au catalyst.

    Tsutomu Chida, Hiromori Kousuke, Shibasaki-Kitakawa Naomi, Mimura Naoki, Yamaguchi Aritomo, Takahashi Atsushi

    JOURNAL OF THE AMERICAN OIL CHEMISTS SOCIETY 97 69-69 2020年9月

    出版者・発行元:WILEY

    ISSN:0003-021X

    eISSN:1558-9331

  2. こめ油からのビタミンE類の分離技術

    廣森 浩祐, 北川 尚美

    オレオサイエンス 17 (6) 253-259 2017年6月1日

    出版者・発行元:公益社団法人日本油化学会

    ISSN:1345-8949

  3. 選択的なイオン交換による吸着を利用したビタミンE類の高純度化

    廣森浩祐, 笹山知嶺, 北川尚美

    ビタミンE研究の進歩 17 63-68 2016年12月30日

    出版者・発行元:ビタミンE研究会

  4. 3P-023 Bacillus subtilis由来Misticタンパク質を利用した大腸菌によるシリカ重合酵素の可溶性発現(酵素学,酵素工学,一般講演)

    長谷川 凛, 中島 一紀, 北川 尚美, 米本 年邦

    日本生物工学会大会講演要旨集 67 276-276 2015年

    出版者・発行元:日本生物工学会

  5. 2P-047 バクテリア由来エクスパンシンとエンドグルカナーゼからなる融合酵素の作製とセルロース分解挙動(酵素学,酵素工学,一般講演)

    中島 一紀, 遠藤 孝治, 北川 尚美, 米本 年邦

    日本生物工学会大会講演要旨集 66 118-118 2014年

    出版者・発行元:日本生物工学会

  6. 脂肪酸100%の油をも原料利用可能な高品質バイオディーゼル連続製造プロセスの開発

    北川尚美, 中島一紀, 米本年邦

    ケミカルエンジニヤリング 59 (2) 112-118 2014年

  7. 高品質バイオ燃料と高機能生理活性物質を同時製造可能な環境配慮型反応分離技術の開発

    北川 尚美

    化学工学 76 (4) 207-208 2012年4月5日

  8. イオン交換樹脂触媒を用いた新規なバイオディーゼル燃料製造技術の開発

    北川尚美, 米本年邦

    化学工学 74 (4) 164-167 2010年4月1日

  9. 東北大学大学院工学研究科化学工学専攻反応プロセス工学研究室

    米本 年邦, 北川 尚美, 久保 正樹

    化学工学 = Chemical engineering 73 (9) 445-445 2009年9月5日

    ISSN:0375-9253

  10. バイオディーゼル燃料製造技術-現状と展望-

    北川尚美, 米本年邦

    化学工学 70 (8) 399-402 2006年8月

    出版者・発行元:社団法人化学工学会

    ISSN:0375-9253

  11. 1E16-5 イオン性液体中におけるセルロースの酵素分解(生物化学工学,一般講演)

    村上 理彦, 北川 尚美, 米本 年邦

    日本生物工学会大会講演要旨集 17 149-149 2005年

    出版者・発行元:日本生物工学会

  12. 脂質溶媒と抗酸化剤が共存する実用系でのβ-カロチンの酸化速度論

    北川 尚美, 高橋 厚, 米本 年邦

    FOODS & FOOD INGREDIENTS JOURNAL OF JAPAN 209 (2) 121-131 2004年2月

  13. 2D15-4 Haematococcus pluvialisの二段階培養による連続アスタキサンチン生産(発酵生理学・発酵工学・培養工学,一般講演)

    北川 尚美, 松浦 牧子, 吉澤 明美, 米本 年邦

    日本生物工学会大会講演要旨集 16 158-158 2004年

    出版者・発行元:日本生物工学会

  14. 2H09-1 代謝酵素の発現を考慮したチャ細胞によるフラボノイド生産に関する速度論モデル

    飯塚 泰弘, 北川 尚美, 米本 年邦

    日本生物工学会大会講演要旨集 15 181-181 2003年

    出版者・発行元:日本生物工学会

  15. 植物細胞培養技術の工学的利用

    北川 尚美, 米本 年邦

    無機マテリアル 4 (266) 56-63 1997年1月

    出版者・発行元:The Society of Inorganic Materials, Japan

    DOI: 10.11451/mukimate1994.4.56  

    ISSN:1340-7899

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書籍等出版物 3

  1. Feasible Processes for Continuous Biodiesel Production from Multi-Feedstocks

    N.Shibasaki-Kitakawa, T.Yonemoto

    Biofuels Production and Processing Technology 2017年10月

  2. Energy Technology Roadmaps of Japan

    N.Shibasaki-Kitakawa

    Springer 2016年

  3. Kinetic Analysis of β-Carotene Oxidation in a Lipid Solvent with or without an Antioxidant

    Atsushi Takahashi, Naomi Shibasaki-Kitakawa, Toshikuni Yonemoto

    2003年7月

講演・口頭発表等 25

  1. Continuous Production of Fatty Acid Ethyl Ester from Jatropha Oil Using Ion-exchange Resin Catalysts and Evaluation of Fuel Quality 国際会議

    N.Shibasaki-Kitakawa, T.Oyanagi, S.Borjigin, N.Nakashima, T.Yonemoto

    105th AOCS Annual Meeting & Expo 2014年5月4日

  2. 女性技術者フォーラム

    バイオディーゼル燃料製造に関する実用化技術開発 2014年3月18日

  3. Pilot plant productin of high quality biodiesel without downstream purification process 国際会議

    Asian Congress on Biotechnology (ACB2013) 2013年12月17日

  4. Simultaneous Reaction and Purification Process for Continuous Production of High Quality Biodiesel From Acid Oils 国際会議

    T. Ihara, T. Yonemoto

    2013 AIChE Annual Meeting 2013年11月7日

  5. 高品質バイオ燃料を連続製造可能な環境配慮型反応分離技術の開発

    INCHEM TOKYO 2013 2013年10月31日

  6. 高品質バイオ燃料を連続製造可能な環境配慮型反応分離技術の開発

    化学工学会第45回秋季大会 2013年9月16日

  7. 高品質バイオ燃料と高機能生理活性物質を同時製造可能な環境配慮型反応分離技術の開発

    第45回プロセス設計技術講演会・見学会 2013年7月4日

  8. High Quality Biodiesel Production from Acid Oils Using Ion-exchange Resin as Catalysts and Adsorbent. 国際会議

    T.Yonemoto

    The 13th International Conference on QiR 2013年6月26日

  9. A Kinetic Model Describing Antioxidation and Prooxidation of -Carotene in the Presence of -Tocopherol and Ascorbic Acid 国際会議

    T.Yonemoto

    104th AOCS Annual Meetings 2013年4月30日

  10. A New Biodiesel Production Process Using Ion-exchange Resins as Catalysts and Adsorbents. 国際会議

    T.Yonemoto

    ACHEMA2012/International Powder and Nanotechnology Forum 2012 2012年6月19日

  11. イオン交換樹脂触媒を用いた高品質バイオディーゼル燃料製造技術

    (財)京都高度技術研究所産学連携事業部第64回バイオマス利用研究会 2011年9月29日

  12. イオン交換樹脂触媒を用いた高品質バイオディーゼル燃料製造技術

    NPO法人近畿バイオインダストリ振興会議第18回バイオマス研究会 2011年7月15日

  13. Continuous Production of High Quality Biodiesel from Vegetable Oils with High Fatty Acid Content Using Ion-exchange Resin Catalysts 国際会議

    Toshikuni Yonemoto

    The 12th The International Conference on QiR 2011年7月4日

  14. 食品系でのbeta-カロテンの酸化・抗酸化反応メカニズムの解明

    米本 年邦

    有用天然資源の応用開発シンポジウム 2010年1月

  15. 米糠残渣油からのトコトリエノール高効率回収とバイオ燃料製造を同時達成可能な新規な反応・分離技術の開発

    飯島記念食品科学振興財団第22回学術講演会 2009年11月

  16. イオン交換樹脂触媒を利用したバイオディーゼル燃料製造技術の開発

    米本 年邦

    化学工学会第41回秋季大会 2009年9月

  17. イオン交換樹脂を固体触媒とした高品質バイオディーゼル燃料合成法の開発

    米本年邦

    (社)自動車技術会 次世代燃料・潤滑油委員会 2009年3月

  18. イオン交換樹脂を新規固体触媒としたバイオディーゼル燃料連続合成法の開発

    平成20年度化学系学協会東北大会 2008年10月

  19. イオン交換樹脂を不均相固体触媒とする新規バイオディーゼル燃料合成法

    米本 年邦

    松戸テクノプラザ定例会 2008年1月

  20. 天然抗酸化剤の酸化反応機構の解明-抗酸化剤の効果的な使用法の提言-

    米本 年邦

    化学工学会東北支部第29回プロセス設計技術講演会・見学会 2008年1月

  21. イオン交換樹脂を不均相触媒とした新規バイオディーゼル製造法

    寺子屋せんだい 2007年5月28日

  22. Continuous Synthesis of Biodiesel Fuel Using Cationic and Anionic Ion-Exchange Resins as Heterogeneous Catalyst 国際会議

    Toshikuni Yonemoto

    The 3rd International Symposium on Sustainable Energy System in Kyoto 2006年8月30日

  23. バイオディーゼル燃料の生産―現状とイオン交換樹脂を不均相触媒として用いる新規プロセスの提案―

    米本 年邦

    ヤンマー株式会社講演会 2006年7月12日

  24. Oxidation Kinetics of β–Carotene in Oleic Acid Solvent with Addition of an Antioxidant, α–Tocopherol 国際会議

    T.Yonemoto

    96th AOCS Annual Meeting & Expo 2005年5月

  25. Development of Catechin Production Process by Means of Tea Cell Culture 国際会議

    2001 International Conference on O-CHA(tea) Culture and Science 2001年10月

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産業財産権 18

  1. ビタミンE類の選択的な分離方法

    北川尚美, 廣森浩祐, 鹿沼光誠, 笹山知嶺

    産業財産権の種類: 特許権

  2. 脂肪酸エステル連続製造用の陰イオン交換樹脂触媒の再生処理法

    北川尚美, 米本年邦

    産業財産権の種類: 特許権

  3. 油からのビタミンE類の選択的な連続回収方法

    北川尚美, 米本年邦, 廣森浩祐

    産業財産権の種類: 特許権

  4. 脂肪酸エステルの製造方法及びバイオディーゼル燃料

    北川, 米本, 井原, 高柳

    特許第5927949号

    産業財産権の種類: 特許権

  5. エステルの交換反応生成物およびその製造方法

    産業財産権の種類: 特許権

  6. 脂肪酸エステル製造方法および脂肪酸エステルの製造装置

    産業財産権の種類: 特許権

  7. 脂肪酸エステルの製造方法

    株)東北テクノアーチ, 三菱化学

    産業財産権の種類: 特許権

  8. 脂肪酸エステルの製造方法および脂肪酸エステル製造装置

    株)東北テクノアーチ, 三菱化学

    産業財産権の種類: 特許権

  9. 油脂からのトコトリエノールとバイオディーゼル燃料の同時生産方法

    米本, 北川, 千田, 宮澤, 仲川, 木村

    特許第5700188号

    産業財産権の種類: 特許権

  10. 細胞培養によるJatropha油の製造方法

    産業財産権の種類: 特許権

  11. 脂肪酸エステルの製造方法

    株)東北テクノアーチ, 三菱化学

    産業財産権の種類: 特許権

  12. 強塩基性陰イオン交換樹脂の再生方法

    米本, 北川, 三菱化学, 高柳

    産業財産権の種類: 特許権

  13. 強塩基性陰イオン交換樹脂の 再生方法

    株)東北テクノアーチ, 三菱化学

    産業財産権の種類: 特許権

  14. グリセリンの製造方法およびグリセリンの製造装置

    北川尚美, 米本年邦, 中川芳一

    産業財産権の種類: 特許権

  15. 脂肪酸エステルの製造方法、脂肪酸エステルの製造装置、および触媒

    株)東北テクノアーチ, 三菱化学

    産業財産権の種類: 特許権

  16. 脂肪酸エステルの製造方法

    北川尚美, 米本年邦, 栗林誉, 高柳弘昭

    産業財産権の種類: 特許権

  17. イオン交換樹脂触媒の再生方法

    米本年邦, 北川尚美, 本田浩紀, 栗林誉

    産業財産権の種類: 特許権

  18. 脂肪酸エステルの製造方法

    米本年邦, 北川尚美, 戸田拓児

    特許第4198663号

    産業財産権の種類: 特許権

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共同研究・競争的資金等の研究課題 14

  1. 反応平衡制約からの解放を実現する触媒粒子内の反応分離機能制御

    北川 尚美

    2023年4月1日 ~ 2026年3月31日

  2. 粒子を含有した流動キャビテーションによる新機能性材料の創成

    祖山 均, 北川 尚美, 佐々木 裕章

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2020年4月1日 ~ 2023年3月31日

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    1. 天然バイオマスをベンチュリ管を用いて発生させた流動キャビテーションで処理し,溶媒を分析した結果,カフェ酸を検出することができ,流動キャビテーションによる天然バイオマスから生理活性物質の抽出に成功した。また,抽出と同時にサブマイクロオーダのセルロースファイバを得られることを実証した。 2. ベンチュリ管を流動キャビテーションで発生させる場合に生じる閉塞によるトラブルを回避するために,流路断面積を連続的に可変な流動キャビテーション発生装置を考案し,当該装置により天然バイオマスを前処理せずに流動キャビテーションで解繊が可能なことを実証した。 3. アブレシブを混濁させたキャビテーション噴流を用いたキャビテーションピーニングで表面改質したチタン製合金材を疲労試験に供した結果,粒子を含有した流動キャビテーションにより疲労強度を向上できることを実証した。 4. 金属製3次元積層造形材を流動キャビテーションならびにレーザキャビテーションで処理して,ねじり疲労試験および平面曲げ疲労試験に供した結果,積層造形材はバルク材に比べて疲労強度が低いものの,せん断負荷に関しては比較的機械的表面改質による疲労強度の向上が大であることが判明した。 5. 流動キャビテーションとレーザキャビテーションを実験的に比較検討するなかで,パルスレーザのパルス幅を拡大させてピークパワーを低減させて伝送してレーザキャビテーションを発生させることに成功した。 6. 流動キャビテーションならびにレーザキャビテーションを用いて機械的表面改質した金属材料の疲労特性ならびに機械的特性を従来技術の機械的表面改質と比較した結果,キャビテーションを用いたほうが疲労特性が改善することを明らかにした。なお,この傾向は,比較的軟らかい金属材料のほうが顕著であることを示した。

  3. 地域環境に適した保持温度を持つバイオマス由来潜熱蓄熱材の設計法の確立

    北川 尚美, 廣森 浩祐

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関:Tohoku University

    2019年4月1日 ~ 2022年3月31日

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    本研究では、代表者ら独自の難水溶性エステルの効率的な合成法「イオン交換樹脂触媒法」を用いて、廃棄物系脂肪酸を原料として種々の脂肪酸エステルを合成し、脂肪酸基とアルコール基の構造が熱化学特性に及ぼす影響を評価する。そして、その影響を定量的に表現できるモデルを構築し、所望の融点を有する蓄熱材の設計法を確立する。1年目の2019年度は、以下の項目に取り組んだ。 項目①種々の植物油からの脂肪酸エステル合成と得られたエステル混合物の熱化学特性の評価 脂肪酸組成が大きく異なる4種の廃棄植物油を用い、メタノールとエタノールを反応物として脂肪酸エステル合成を行った。生成物は複数の脂肪酸エステルを含む混合物となる。この混合物の熱化学特性を示差走査熱量計で測定した。その結果、各エステル混合物では、含有量の多い脂肪酸由来のピーク(パルミチン酸PA、ステアリン酸SA、オレイン酸OA、リノール酸LA、リノレン酸XA)が複数観察された。しかし、成分数とピーク数は一致しておらず、PAとSAのエステル体は生活温度域付近(16-25℃)で1つのピークを形成している様子が観察された。そこで、PAとSAのエチルエステルとメチルエステルを取り上げ、さらに詳細に検討を行うこととした。 項目②試薬ベースの単成分系での脂肪酸エステルの熱化学特性の評価 前述の2種の脂肪酸のメチル体(PM、SM)とエチル体(PE、SE)の4種を取り上げ、それらの高純度試薬を購入し、単成分系と二成分混合系で熱化学特性を測定した。混合系では、融点の近い2種を組み合わせて4通りとし、モル分率を変化させた。その結果、いずれも単成分では融点が生活温度域よりも高いものの、PM+PE混合系では、どの組成比でも生活温度域に融点と凝固点を持つことが分かった。中でも、PMモル分率81%の時に、潜熱量が最も高く、石油由来のオレフィン類に匹敵することが示された。

  4. 油糧バイオマスから健康機能物質とバイオ燃料の同時製造を実現する新反応・分離技術

    米本 年邦, 北川 尚美, 中島 一紀

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    研究機関:Tohoku University

    2012年4月1日 ~ 2015年3月31日

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    油糧バイオマスに含まれる抗酸化活性の高いビタミンE類(トコトリエノール、トコフェロール)や血中コレステロール濃度を下げる植物ステロールなどの脂溶性健康機能物質を選択的に回収すると同時に、軽油代替燃料となる高品質脂肪酸エステルを製造する独創的な反応・分離技術を開発した。溶媒との親和性に応じて大きく膨潤・収縮するイオン交換樹脂を充填する際に有効な容量可変式反応器を考案、油分を転化率100%で脂肪酸エステルに変換したところ、溶解度の低下によってステロールが室温で結晶化し、容易に回収できることを見出した。また、トコフェロールの回収率100%達成、トコトリエノールの高収率回収に世界に先駆け成功した。

  5. 恒久的にエステル交換触媒活性を発現する新規なアルコキシド型陰イオン交換樹脂の創製

    北川 尚美

    2010年 ~ 2012年

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    本研究では、恒久的にエステル交換触媒活性を発現する新規なアルコキシド型陰イオン交換樹脂を作製し、その触媒特性や反応メカニズムを明らかにした上で、連続合成システムを構築することを目指す。研究期間は3年であり、初年度となる本年度は、触媒活性に及ぼす樹脂性状の影響を検討した。イオン交換樹脂には、分子サイズの大きなトリグリセリド(分子量900程度)の内部拡散のしやすさを考え、多孔性の強塩基性樹脂の中で最も架橋度と粒径が小さい三菱化学株式会社製Diaion PA306S(架橋度3%,粒径0.15-0.25mm)を用いた。樹脂は工場出荷時に置換基Cl型、水膨潤状態であるため、まず、置換基を効率よくアルコキシド型にする調製法の検討を行った。そして、樹脂を充填したカラムに脱水メタノールを通液することで水を除去した後、1.0mol/dm^3のNaOMe溶液を通液することによって置換基の70%程度をメトキシド型に変換できることが分かった。また、メトキシド型樹脂を用いた場合でも、OH型樹脂と同様に高いエステル交換活性を発現すること、反応系内に水が存在すると樹脂のメトキシド基とOH基とのイオン交換が生じるため、OH基型樹脂で問題となっている触媒活性消失反応が低頻度であるものの起こること、が分かった。さらに、PA306S樹脂と同じ組成を持ち、形状が粒子状ではなく繊維状(繊維径15μm程度)であるイオン交換繊維を触媒として、同様のエステル交換実験を行った。そして、イオン交換樹脂を繊維状にすることによって、扱い易さを保持しつつより小さな直径を達成でき、分子サイズの大きな反応物の触媒内拡散距離が短くなるため、エステル交換活性が著しく増大することが分かった。

  6. 米糠残渣油からのトコトリエノール回収とバイオディーゼル燃料合成

    米本 年邦, 北川 尚美, 久保 正樹, 中島 一紀

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2009年 ~ 2011年

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    本研究では、米糠から食用油を製造する工程で副生する残渣油(脱臭スカム油)から、健康機能物質トコトリエノールの回収と環境調和型バイオディーゼル燃料の生産を行う新規な反応・分離プロセスを構築することを目的とした。まず、回分系において、陽イオン交換樹脂を触媒とする遊離脂肪酸のエステル化、陰イオン交換樹脂を吸着剤とするトコトリエノールを含むビタミンE類の吸脱着による回収、陰イオン交換樹脂を触媒とするトリグリセリドのエステル交換を段階的に行った。そして、各反応や吸着挙動に及ぼす操作因子の影響を検討することで、各段階での目的に応じた適切な操作条件を明らかにした。この結果に基づき、樹脂を充填したカラム型反応器を作製し、各段階の連続プロセス化を行った。

  7. カテキン利用の三次元抗酸化剤高速再生サイクル設計による生理活性物質の長期酸化防止

    米本 年邦, 北川 尚美, 久保 正樹

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2004年 ~ 2006年

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    本研究では、食品系における生理活性物質β-カロテンの長期酸化防止を達成するため、脂溶性ビタミンEと水溶性ビタミンCに新規な両親媒性カテキンを組み合わせることで抗酸化剤高速再生サイクルを設計することを目的とした。まず、ビタミンEとCの間で生じる反応機構解明のため、界面積既知の油水二相系でのカロテンの酸化実験を行い、初期ビタミンEやC濃度、界面積、気相体積など諸因子の影響を検討した。そして、系内にビタミンEが存在する限りカロテン酸化が抑制されること、ビタミンCがビタミンE消費を抑制あるいは促進する相反効果を有すること、特定の条件下でカロテンの酸化抑制期間が飛躍的に増大することを明らかにした。この酸化抑制期間の増大は、従来ビタミンCによるビタミンEの再生反応によるものと考えられていたが、実際にはビタミンC自身の酸化によって系内酸素が消費され低濃度となっているためであることも解明した。また、各物質自身の酸化、ビタミンEによる抗酸化、ビタミンCによるビタミンEの再生および消費、気相から水相、水相から油相への酸素の物質移動を考慮して構築した速度論モデルは、反応条件に応じてカロテン酸化が促進あるいは抑制されるという相反現象を良好に表現できた。さらに、実際の食品系はoil in waterエマルションなどの分散系であることから、実験系を形状が安定なリボソーム系へと展開させ、油水二相系で解明した反応機構に基づき、リボソーム系でのカロテン酸化を表現可能であることを明らかにした。 一方、両親媒性カテキンとカロテン間で生じる反応機構解明のため、不活性な油均相系でカロテンの酸化実験を行い、カテキンがカロテンの酸化抑制と促進の相反効果を有すること、カテキンの構造によってどちらの効果が優勢となるかが異なること、明らかにした。

  8. 生理活性物質の長期酸化防止を可能とする抗酸化剤高速再生サイクルの設計

    北川 尚美

    2002年 ~ 2004年

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    本研究は、脂溶性抗酸化剤ビタミンEと水溶性抗酸化剤ビタミンCの共存系にさらに両親媒性抗酸化剤カテキンを複合させた新規な酸化防止法を確立することを目的としている。これまでに、界面積既知の油水二相系においてビタミンEとC共存下で生理活性物質β-カロチンの酸化実験を行い、酸化防止期間が最大となる抗酸化剤添加条件を実験的に明らかにした。また、各抗酸化剤単独存在下におけるカロチンの酸化モデルを構築した。本年度は、これらの酸化モデルを組み合わせ、さらに、ビタミンEとCの間で生じる反応を考慮することによって、両抗酸化剤共存下でのカロチン酸化モデルを構築した。昨年度までの研究により、両抗酸化剤共存下では、ビタミンC初濃度が低い場合にはビタミンE消費が促進されてカロチン酸化の抑制期間が短くなるが、ビタミンC初濃度が高くなると逆にビタミンE消費が抑制されて酸化抑制期間が飛躍的に長くなるという実験結果を得ている。そこで、ビタミンE消費を促進する反応として、水相でのビタミンC自身の酸化によって生じた極性の高い連鎖成長ラジカルが油水界面でビタミンEを消費する反応を、ビタミンE消費を抑制する反応として、ビタミンCがラジカル化したビタミンEに水素を供与し再生する反応を、それぞれ考慮した。また、再生反応は油相に溶解したビタミンCとビタミンEの間で生じるとした。これらの反応および物質移動を考慮した酸化モデルは、前述したビタミンC初濃度に応じてカロチンの酸化が促進されたり抑制されたりという、相反する現象を良好に表現した。また、このモデルを用いてカロチン酸化に及ぼすビタミンE初濃度や油水界面積の影響を検討することにより、酸化抑制期間を増大させるための適切な条件を明らかにした。

  9. カテキンによる脂溶性抗酸化剤の高度耗生反応を利用した生理活性物質の完全酸化防止

    米本 年邦, 久保 正樹, 北川 尚美

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    2001年 ~ 2002年

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    本研究は、新規な抗酸化剤であるカテキン類の抗酸化活性を評価すると共に、カテキン類による酸化抑制機構を解明し、生理活性物質の完全酸化防止を実用レベルにおいて実現することを目的としている。平成13年度は、生理活性物質にβ-カロチンを取り上げ、不活性なn-デカン溶媒中において2種類のカテキン(エピガロカテキンガレード;EGCG、エピカテキンガレート;ECG)添加条件下で酸化実験を行った。どちらのカテキンを添加した場合も、カロチン濃度が緩やかに減少する期間が観察されたことから、カロチン酸化が抑制されたと考えられる。また、この酸化抑制期間は、ECGの場合添加濃度の増加に伴い長くなったが、EGCGの場合ある添加濃度で最大となった。EGCGはECGとは異なりピロガロ構造を有することから、抗酸化活性以外に、自身の酸化により反応性の高い活性酸素を生成し、この活性酸素が目的物質の酸化を促進させている可能性があると考えられる。しかし、これらの実験ではカテキンをn-デカン中に溶解させるために微量のエタノールを用いており、このエタノール量に応じてカテキンの抗酸化活性が変化することも分かった。脂溶性のカロチンは一般にoil in waterエマルションの形で食品に添加されており、カテキンは両親媒性であるが水相により溶解し易いことから、脂溶性のカロチンやビタミンEとカテキンとの反応は、油水界面で生じると考えられる。そこで平成14年度は、界面積既知の単純な油水二相系でビタミンEのみを添加してカロチンの酸化実験を行った。そして、水相の存在によって油相でのビタミンEの消費が抑制され、その結果、カロチン酸化の抑制期間が油相均相系よりも長くなることを明らかにした。このビタミンEの消費が抑制される物理化学過程として、ビタミンE自身の酸化によって生じた極性の高い連鎖成長ラジカルが油相から水相に移動して除去されることを考え、新たな速度論モデルを構築した。このモデルは、種々の初期ビタミンE濃度条件において、カロチンおよびビタミンE濃度の減少挙動を良好に表現することができた。

  10. 二重層ゲルに包括した固定化植物細胞によるターゲティング物質連続生産プロセスの構築

    米本 年邦, 北川 尚美

    2000年 ~ 2000年

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    本研究では、従来法により細胞を固定化したアルギン酸カルシウムゲルの周囲を細胞を含まない同ゲルの薄層でコーティングするという二重層ゲルに包括固定化した植物細胞のリアクター培養において、特定の代謝産物をターゲティングとした抽出溶媒を添加することにより、代謝産物の高効率連続生産を可能とするプロセスを構築することを目的とする。今年度は、二重層ゲルに包括したタバコ細胞の固定化培養をフラスコおよびリアクタースケールで行い、フェノール類生産における本固定化法の有効性を検討すると共に、ニンジン細胞の懸濁培養系においてβ-カロチン生産に及ぼす抽出溶媒添加の影響を検討した。 タバコ細胞のフラスコスケールの固定化培養では、ゲル内の細胞増殖を抑制せずに培地中への細胞漏出を防ぐための適切なコーティング層厚さが存在することを示した。また、本固定化法によって、二次代謝物の一つであるフェノール類の総生産量、および細胞外生産量が共に著しく増加することを明らかにした。さらに、ドラフトチューブ付エアーリフト型リアクターを用いた固定化培養では、固定化により細胞が流体剪断力から保護されているため増殖を良好に維持できること、フェノールの総生産量および細胞外生産量がフラスコの場合と同様に大きく増加することを示した。一方、ニンジン細胞のフラスコスケールの懸濁培養では、抽出溶媒としてn-ヘキサデカンを添加することにより、細胞増殖およびβ-カロチン生産が共に促進されることを示した。また、この培養では、培地中に多くのカロチンがエマルションの形で放出されており、このカロチン粒子数は培養の経過に伴い増加していることが分かった。さらに、抽出溶媒と共に細胞壁透過促進剤であるジメチルスルホキシドを添加することにより、細胞外カロチン生産量を著しく増加させることができた。 以上の結果から、二重層ゲルに包括固定化した植物細胞を用いて抽出溶媒添加培養を行うことは、代謝産物の効率的な生産に極めて有効であると考えられる。

  11. 太陽電池への利用を可能とするナノサイズ酸化チタン微粒子の連続合成プロセスの開発

    米本 年邦, 久保 正樹, 北川 尚美

    提供機関:Japan Society for the Promotion of Science

    制度名:Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究種目:Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

    研究機関:Tohoku University

    1999年 ~ 2000年

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    本研究の目的は、アルコキシドを出発原料とし平均粒径が50nm以下、単分散性の目安として幾何標準偏差が1.2以下となる単分散ナノサイズ酸化チタン微粒子を連続的に合成するプロセスを構築することである。微粒子合成法にはビルドアップ法とブレイクダウン法があり、本研究ではビルドアップ法としてアルコキシド法、ブレイクダウン法として解膠についてそれぞれ検討した。 アルコキシド法による微粒子の連続合成に先立ち、回分実験によって粒径の小さい微粒子の生成条件について検討した。溶媒にはエタノールを、金属アルコキシドにはテトラエチルオルトチタネート(TEOT)を用いた。また、分散剤としてヒドロキシプロピルセルロース(HPC)を添加した。始めに、TEOT濃度を一定にして、水の濃度を増加させたところ、粒径は小さいものの幾何標準偏差は単分散性の指標を示す1.2より大きい粒子が生成した。そこで、分散剤であるHPCの濃度を増加させたところ、粒径が小さくなるとともに幾何標準偏差も1.2より小さい粒子が生成した。さらに、TEOT濃度を減少させることで、粒径38nmかつ幾何標準偏差も1.19という単分散性の高い微粒子の合成に成功した。 回分実験の結果を基に、スラグ流式流通管型反応器を用いて連続合成実験を行った。本装置は、固体微細核の発生を超音波照射下の充填層で、そしてそれに引き続く微細核の数十ナノサイズ微粒子への凝集成長をスラグ流れ管型反応器中で行わせているものである。その結果、回分実験とほぼ同程度の性状を持つ単分散ナノサイズチタニア微粒子の合成に成功した。 また、アルコキシド法で作製した粒子懸濁液に濃硝酸を添加することで、粒子表面を溶解させて粒径の大きな粒子を分裂させる解膠について、回分実験を行った。その結果、硝酸濃度には最適値が存在し、その条件で得られた粒子は平均粒径32nmとアルコキシド法で作製した粒子よりも小さく、幾何標準偏差は1.22と単分散の目安である1.2を上回ったものの、単分散に近い粒子を合成することができた。

  12. 擬生体膜構造を有するリポソーム中に包括されたβ-カロチンの酸化反応機構の解明

    北川 尚美

    1999年 ~ 2000年

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    本研究では、食品添加物用途のβ-カロチンの酸化防止法として、脂質相と内部水相が重なり合った擬生体膜構造を有するリポソームによる包括法に注目し、リポソーム内でのカロチンの酸化機構、ならびにビタミンEやCなどの脂溶性・水溶性抗酸化剤を共に内包した場合の酸化防止機構の解明を目的とする。昨年度は、カロチンを内包したリポソーム懸濁液を作成し種々の条件下で酸化実験を行い、内包カロチンの酸化防止には不飽和度の低いホスファチジルコリン(PC)を用いてリポソームを作成すること、ビタミンEとCを共に内包させることが有効であることを示した。 本年度は、リポソームの油-水界面で起こる反応に着目し、不活性なn-デカンとTris-HCl緩衝液からなる二相系においてカロチンの酸化実験を行い、種々の条件でビタミンEやCを添加した場合のカロチンの酸化挙動を検討した。その結果、油相中のビタミンEが存在している間はカロチン酸化の進行が抑制されること、水相中のビタミンCにはカロチン酸化を抑制する働きがないことが分かった。また、ビタミンEとCの共存下では、ビタミンCがEの再生反応を行うことにより間接的にカロチン酸化を抑制していること、ビタミンCがEの消費反応も行っていることを明らかにした。さらに、ビタミンC濃度が低い場合にはEの消費反応が優先的に起こるため、カロチンの酸化抑制期間が短くなること、これに対して、ビタミンC濃度が高い場合には再生反応が優先的に起こるため、系内のビタミンEが長期間一定濃度で保持され、カロチン酸化の進行が長期に渡って抑制されることを示した。 以上の結果から、ビタミンEと高濃度のビタミンCを共に添加することは、リポソーム内包カロチンの酸化防止に極めて効果的であると考えられる。

  13. 能動輸送模型リアクターによる微水系酵素反応システムの開発

    米本 年邦, 中嶋 光敏, 北川 尚美, 川勝 孝博

    1997年 ~ 1998年

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    本研究の目的は、能動輸送膜分離法と微水系酵素反応の要素技術を組み合わせることにより、高級脂肪酸を選択的に連続生産する微水系酵素反応膜型リアクターを開発することである。 まず、能動輸送膜分離法に関する研究として、自作した酢酸セルロース膜を用いた膜分離装置を作成し、この装置を用いてヘキサン溶媒中における高級脂肪酸の膜分離特性の検討を行った。高級脂肪酸にはミリスチシ酸、デカン酸およびオレイン酸を用いた。分離実験結果の解析により、オレイン酸は保持液側に濃縮され、デカン酸およびミリスチン酸は透過液側に濃縮されることが分かった。また膜の阻止率は、使用した脂肪酸では分子量の順に小さく、透過係数はオレイン酸、ヘキサン、ミリスチン酸、デカン酸の順に大きくなった。以上の研究により、酢酸セルロース膜を用いたヘキサン溶媒中での高級脂肪酸の分離では能動輸送現象が起こる可能性があることを見出した。 一方、微水系酵素反応に蘭する研究として、Oil-Water二相系においてリパーゼを用いた油脂のヘキサン溶媒中での加水分解実験を行い、加水分解速度に及ぼす諸因子の影響を検討した。基質である油脂にはトリオレインを、酵素にはトリオレインの3つのエステル結合部位をすべて切断するcandida rugosa sipaeを用い、加水分解によるオレイン酸の生成を試みた。この実験結果から、本加水分解反応では反応初期ではトリオレインからジオレインヘの反応が優先的に起こっているが、反応中期および後期ではジオレインからモノオレインヘの反応およびモノオレインからグリセリンヘの反応が逐次的に起こっていることが分かった。また、基質濃度が低い条件では、ジオレインヘの反応がより優先的に起こることも分かった。 今後、これらの各要素技術に関する詳細な研究から得られた知見を組み合わせることにより、能動輸送膜型リアクターの構築が可能となると考えられる。

  14. 超臨界状態における二酸化炭素をモノマー成分とした共重合反応に関する研究

    北川 尚美

    1995年 ~ 1995年

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    超臨界状態の二酸化炭素を直接モノマー成分として、比較的簡単な化合物であるエチルビニルエーテルとの共重合反応を数百cm^3スケールの高圧反応器を用いて行った。その結果、比較的弱いルイス酸触媒Al(acac)_3の存在下で、これまで報告された他の二酸化炭素を用いた共重合反応の生成物よりもかなり二酸化炭素導入率の高い共重合体を得ることができた。また、NMRの分析結果から、共重合体中への二酸化炭素の導入形式はケト基とエーテル基の組み合わせであることが分かり、これより、本共重合の反応経路も以前報告された経路に基づきβ-ラクトンを中間体として起こっていると考えられる。 また、生成した共重合体の収量や二酸化炭素導入率に及ぼす反応時間、温度、圧力などの種々の操作因子の影響を検討したところ、収量は温度や圧力に対して極大値が存在し、二酸化炭素導入率は温度を低くし、圧力を高くすることにより50%近く(ほぼ交互共重合)まで増加させることが可能であることが分かった。収量に極大値が存在するのは、この反応で超臨界状態の二酸化炭素が反応物と溶媒の2つの役割を同時に果たしているため、両者にとっての最適条件が異なっていることが原因であると考えられる。さらに、この共重合反応は触媒を用いない場合でも収量が半分程度まで減少するものの進行し、また、反応器の内壁も若干ではあるが触媒の役割を果たしていることが分かった。 以上の内容は、化学工学会第28回秋季大会('95 9/27〜29)、第5回東北大学反応化学研究所研究発表会('96 11/6,7)、第7回女性科学者フォーラム女性科学者シンポジウム('96 1/27)で既に発表しており、また、(財)大阪科学技術センター機関紙「the OSTEC」'96 4月号にも掲載予定である。

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社会貢献活動 41

  1. 仙台青陵中等教育学校「H28年度理科実験講座」

    2016年8月2日 ~ 2016年8月3日

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    「大学発の最先端技術を用いたバイオ燃料の合成実験」

  2. 「女子中高生夏の学校2009」

    2009年8月13日 ~ 2009年8月15日

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    科学技術振興機構平成21年度女子高生の理系進路選択支援事業として、(独)国立女性教育会館主催、男女共同参画学強会連絡会が協力して行われている活動であり、講師の一人として、実験およびポスターによる説明を行った。

  3. 「バイオディーゼル燃料製造装置実証開始セレモニー」

    2016年12月 ~

  4. 「バイオ燃料生産システム/地産地消に対応/エプシロン/東北大/種子島で本格実証」

    2016年11月1日 ~

  5. 「エプシロンと東北大など、種子島で地域密着型バイオ燃料生産システムの実証を開始」

    2016年10月31日 ~

  6. 「バイオ燃料製造を実証/東北大など/種子島に新装置」

    2016年10月31日 ~

  7. 「深層断面/女性研究者の「女性賞」は有効か―学協会、支援のあり方探る」

    2016年10月28日 ~

  8. 仙台青陵中等教育学校「理科講座」

    2016年7月9日 ~

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    「大学発の最先端技術を用いたバイオ燃料の製造技術とその実用化」

  9. 仙台育英学園高校「サイエンス・コ・ラボ」(理科共同実験講座)

    2016年7月2日 ~

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    「大学発の最先端技術を用いたバイオ燃料の合成実験(講義と実験)」

  10. 講演と実験 自然と共生するスマートエコアイランド種子島シンポジウム

    2016年3月6日 ~

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    「廃食用油を利用したバイオディーゼル燃料の製造」に関する講演と実験

  11. 「東北大、バイオマスの前処理に泡の圧潰衝撃力活用で超音波よりも処理効率20倍以上を実証」

    2016年2月16日 ~

  12. 出前講義 鹿児島県立種子島高校

    2016年1月29日 ~

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    「種子島におけるバイオディーゼル製造のための最新技術導入の取り組み」

  13. 山形南高校「大学出張講義」

    2015年9月16日 ~

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    東北大学紹介と大学発の最新バイオマス有効利用技術に関する講義

  14. 仙台育英高校「サイエンス・コ・ラボ」

    2015年6月27日 ~

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    「天然ビタミンEの分離回収実験」

  15. 高崎女子高校「大学模擬授業」

    2014年11月20日 ~

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    群馬県立高崎女子高校理系進学希望の2年生を対象に東北大学の理系学部・学科ガイダンスとバイオ燃料に関する研究紹介

  16. 宮城県総合教育センター「平成26年度高等学校理科研修会」講師

    2014年9月12日 ~

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    高等学校の理科担当教諭を対象とした研修会で「化学反応の工学とその先端技術」として講話を行い、研究室見学および実習を行った。

  17. 仙台育英高校「サイエンス・コ・ラボ」

    2014年6月28日 ~

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    「天然ビタミンEの回収」というテーマのもとに仙台育英学園高校2年生・秀光中等教育校5年生生徒に実験・講義

  18. 東北大学サイエンスカフェ

    2014年1月31日 ~

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    「環境にやさしいバイオ燃料を環境にやさしく作ることができる画期的な製造技術」について実験も含め講演

  19. 盛岡第一高校「平成25年度キャリアアップ講演会」

    2013年12月4日 ~

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    岩手県立盛岡第一高等学校開催の「キャリアアップ講演会(東北大学研究)」の講師。2年生を対象に大学の紹介、学部の紹介、専門分野についての入門講座等を行った。

  20. 長野工業高等専門学校「研究室訪問」

    2013年11月8日 ~

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    国立長野工業高等専門学校5年生が研究室を訪問。研究室見学、研究室紹介、実験装置の説明など。

  21. 高崎女子高校「大学模擬授業」

    2013年11月7日 ~

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    群馬県立高崎女子高校理系進学希望の2年生を対象に東北大学の理系学部・学科ガイダンスとバイオ燃料に関する研究紹介

  22. 石巻高校「大学模擬講義」

    2013年10月22日 ~

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    宮城県立石巻高校1,2年生を対象に東北大学の理系学部・学科ガイダンスとバイオ燃料に関する研究紹介

  23. 仙台二華中学校「スタディーツアー」

    2013年7月11日 ~

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    仙台市立仙台二華中学校3年生5名が研究室を訪問。研究室見学、研究室紹介、実験装置の説明など。

  24. 仙台育英高校「サイエンス・コ・ラボ」

    2013年6月29日 ~

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    「バイオ燃料の利点と問題点を考えよう」というテーマのもとに仙台育英学園高校2年生・秀光中等教育校5年生生徒に「バイオディーゼル燃料の製造」について実験・講義

  25. 日本大学大学院工学研究科特別講義

    2013年6月19日 ~

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    日本大学大学院工学研究科の特別講義の講師として、「環境に優しいバイオ燃料を環境に優しく製造するための化学工学に基づく研究開発」を講義

  26. 宇都宮女子高校「大学模擬授業」

    2013年5月23日 ~

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    栃木県立宇都宮女子高校理系進学希望の2年生を対象に東北大学の理系学部・学科ガイダンスとバイオ燃料に関する研究紹介

  27. 青森高校「総合学習特別講演会」

    2013年1月24日 ~

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    青森県立青森高校1年生を対象に東北大学の理系学部・学科ガイダンスとバイオ燃料に関する研究紹介

  28. サイエンス・パートナーシップ・プロジェクト報告会

    2013年1月11日 ~

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    宮城県工業高校生, 生徒発表に対する講評・指導助言

  29. 宮城県仙台第二高校「一日大学」

    2012年12月6日 ~

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    宮城県立仙台第二高校1年生を対象とした大学ガイダンス。化学系進学希望の生徒対象にバイオディーゼル製造技術についての講義

  30. みやぎクラフトマン21高大連携授業

    2012年12月4日 ~

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    宮城県工業高校化学工業科2年生を対象に植物油を原料とし従来の触媒と新規の触媒を用いてバイオディーゼルを作る講義および実験

  31. 会津高校「研究室訪問」

    2012年11月28日 ~

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    東北大学化学・バイオ系福島県立会津高校2年生を対象に研究室見学、研究室紹介、実験装置の説明など。

  32. 福島東高校「研究室訪問」

    2012年11月7日 ~

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    東北大学化学・バイオ系に進学希望の福島県立福島東高校2年生を対象に研究室見学、研究室紹介、実験装置の説明など。

  33. 仙台育英学園サイエンス・コ・ラボ(理科共同実験講座)

    2012年9月8日 ~

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    仙台育英学園高校2年生・秀光中等教育校5年生生徒に「バイオディーゼル燃料の製造」について実験・講義

  34. みやぎクラフトマン21高大連携授業

    2011年12月6日 ~

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    宮城県工業高校化学工業科2年生を対象にバイオディーゼル燃料の特徴や製造方法についての講義および実験

  35. 出前講座

    2010年11月16日 ~

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    学校法人松韻学園福島高等学校にて普通科2,3学年理系生徒に「環境に優しいエネルギー~廃食油から作るバイオディーゼル燃料~」を講義

  36. 女子中高生夏の学校2010

    2010年8月13日 ~

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    実験・実習の担当とポスターによる研究紹介

  37. 東北大サイエンスカフェ

    2010年5月28日 ~

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    バイオディーゼル燃料は、動物や植物の油とアルコールから作ることができるディーゼルエンジン用のエネルギーです。石油から作るディーゼル燃料(軽油)とは違い、排気ガスがとてもクリーンでいやな匂いもせず、家庭で使用した後の食用油を原料として作ることもできるため、環境に優しいエネルギーと言われています。この燃料の特徴や作り方について解説しました。

  38. (財)東北産業活性化センター出前講座「IVICTユニバーサイエンス」

    2009年6月25日 ~

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    山形県率山形西高等学校にて「バイオテクノロジーを使ったものづくり」という出前講座を行った。

  39. “A new catalytic system for producing biodiesel fuel”

    2005年12月 ~

  40. 「バイオディーゼル燃料, イオン交換樹脂で安価製造, 東北大グリセリン商品化も」

    2005年10月24日 ~

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    東北大学大学院工学研究科化学工学専攻の研究グループ(米本年邦教授、北川尚美助教授ら)は、一般的な水処理に利用されているイオン交換樹脂を固体触媒として油脂とアルコールとのエステル交換反応(50℃、大気圧下)を行い、再生可能な軽油代替燃料であるバイオディーゼル油を製造することに世界で初めて成功した。現在、バイオディーゼル油の製造には均相アルカリ触媒が用いられているが、①アルカリが混入した副生成物が生じるためその処理が必要、②アルカリとのケン化反応を生じるため原料の酸価を低くする処理が必要、などが製造コスト高や環境負荷の点で大きな問題となっている。本技術は、触媒の生成物への混入がなく、ケン化反応も生じないという特徴を有するためこれまでの問題点を一挙に解決可能とするもので、低コスト化を実現できかつ廃棄物ゼロエミッションの環境調和型製造技術として注目されている。

  41. 「バイオディーゼル燃料の新製法開発/触媒にイオン交換樹脂/東北大-三菱化学/副生物の高純度利用」

    2005年10月17日 ~

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メディア報道 8

  1. 鹿児島県西之表市広報誌

    鹿児島県西之表市

    2015年10月1日

    メディア報道種別: その他

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    高品質のバイオディーゼル製造を実証研究する関係者等が来庁

  2. 凛として生きる「理系女性の挑戦」

    日刊工業新聞

    2015年8月11日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

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    バイオディーゼル製造技術、社会で役立つ技術を提供

  3. 仙台放送ニュースアプリ「東北大コラム」

    仙台放送

    2015年7月24日

    メディア報道種別: その他

  4. 科学の泉

    河北新報

    2013年9月17日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

    詳細を見る 詳細を閉じる

    コラム「科学の泉」連載6回 バイオマスエネルギーについて、その利点やこれからの展望について分かりやすく解説。

  5. 蛍雪時代

    2013年6月1日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

  6. 粗油で100%反応生産、バイオディーゼル、東北大が装置、酸・アルカリの個体触媒使用、せっけん副生成解消

    日刊工業新聞

    2013年3月5日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

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    東北大学大学院工学研究科の北川尚美准教授は軽油代替燃料として期待されているバイオディーゼルを、低品質原料の粗油でも反応率100%で連続生産できる装置を完成させた。酸とアルカリの個体触媒を使うことでせっけんの副生成を無くしており、パイロットプランの全自動装置で連続生産を確立した。食用油製造工場で燃焼処分している脂肪酸を原料に、輸送用バイオディーゼル燃料の品質規格を満たすものが低コストで生産できる。

  7. 東北大サイエンスカフェから

    河北新報

    2010年6月15日

    メディア報道種別: 新聞・雑誌

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    東北大のサイエンスカフェが5月28日、「環境に優しいエネルギー〜廃食油から作るバイオディーゼル燃料」をテーマに、仙台市青葉区のせんだいメディアテークで開かれた。大学院工学研究科の北川尚美准教授がバイオ燃料の特長やさまざまな製造方法を解説した。

  8. 「てれまさむねTODAY」

    NHK仙台

    2005年10月17日

    メディア報道種別: テレビ・ラジオ番組

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その他 15

  1. 安全・安心なバイオマス由来界面活性剤の高効率製造プロセスの開発

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    糖と脂肪酸からなるバイオマス由来の界面活性剤(シュガーエステル)は、優れた界面活性作用を持ち、生物分解可能で安全性が高い。しかし、現状では製造コストが高く、用途が高価な食品に限定されている。本課題では、食と競合しない新原料として、製糖工程で副生する未利用糖と、食用油製造工程で副生する非可食油から合成した脂肪酸エチルを用い、これらを安価な樹脂触媒充填塔に通液することで、石鹸の副生なしに目的製品の連続製造を目指す。操作条件が温和で反応速度が大きく、触媒や石鹸の除去が不要のためプロセスも簡便となる。原料に脂肪酸メチルを用いないため、毒性メタノールも副生せず、安全性と経済性を著しく向上できる。

  2. 非可食性バイオマスから高機能化学品・材料を製造するバリューチェーン構築のための生産システムの開発/地域バイオマスからの化成品マルチ生産システム開発

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    バイオマスを集積する地域において農林工が連携する新複合産業を創出するべく、原料の種類と質の多様性および地域産業の制約に耐える革新的な化成品生産共通基盤技術の開発を目指し、安全性、ロバスト性、熱効率、操作性に優れ、かつバイオマスの全構成成分を化成品に誘導するプロセス技術、化成品の総付加価値を最大化する反応技術、これらを支える化成品生産のマス・カスタマイゼーションに基づくサプライチェーン最適化技術の可能性を検討する。

  3. 地域密着型バイオ燃料生産のための分散型燃料生産装置と集中型樹脂触媒再生設備の開発

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    申請テーマ全体では、1)小規模燃料製造装置の設計と最適化、2)集中型樹脂再生設備の設計と最適化、3)経済性を考慮した再生条件の緩和、4)経済性や事業性の課題抽出、を継続的に実施し、小規模燃料製造装置に関しては、装置製造のコスト削減とコンパクト化、製造可能な燃料の最大量の決定とその性能安定性の検証を行う。また、集中型樹脂再生設備に関しては、再生条件の緩和によるランニングコストの削減と設備の操作性の改善、再生液のリサイクル可能な回数や樹脂の継続利用可能期間などの検証を行い、可能な限り長期のデータを収集する。そして、採算性のある燃料製造事業と樹脂再生事業を成立させる小規模分散型製造装置と集中型樹脂再生設備の仕様を明らかにし、株式会社エプシロンとしての装置販売事業を開始する。

  4. 新バイオ液体燃料製造プロセスの開発とその持続的社会実装支援システムの構築

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    本研究では、輸送や貯蔵が可能なバイオ液体燃料普及のブレークスルーを目指し、バイオエタノールの主なコスト要因である濃縮・脱水工程を省いた新たな利用法を提案すると同時に、今後も継続的な利用が見込める軽油代替燃料をより発熱量が高く低温流動性も良好なエチルエステルの形で製造する技術を確立する。そして、新燃料エチルエステルの高品質性を自動車会社の協力下でエンジン試験や走行試験によって実証し、規格化のためのデータを蓄積する。また、製造プロセスのLCAを実施することで経済・環境合理性を明らかにし、高品質化と経済性向上、温室効果ガス排出の低減を同時に達成できる多段循環型のバイオ液体燃料製造プロセスであることを立証する。さらに、地域性や原料の種類、バイオエタノールの含水率に応じて変化する省エネ効果と、エチルエステル化による負荷と利点についても検討し、本プロセスの有効性を定量的に示すことで社会実装を目指す。

  5. スーパービタミンEトコトリエノールの環境配慮型分離

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    米ぬか由来の油には多くの健康機能物質が含まれており、中でも、スーパービタミンEと呼ばれるトコトリエノールは、食用油製造工程で排出する廃棄油中に濃縮されている。申請企業では、分子蒸留による分画とクロマト分離による回収を試みているが、熱分解し易いトコトリエノールの回収率は低く(35%)、事業化に至っていない。東北大北川らはイオン交換樹脂を触媒・吸着剤とする独自の反応分離技術を開発しており、この方法を用いれば分子蒸留を行わずに高回収率で連続分離を達成できる。本研究開発では、東北大の独自技術と申請企業のクロマト分離を組み合わせてトコトリエノール製造(回収率≥80%、純度≥95%)を行い、その品質評価とコスト試算に取り組む。また、トコトリエノールの機能性や市場性に関する徹底調査を行い、これらの結果に基づき、事業化の可能性を見極める。

  6. 高品質バイオ燃料と高機能生理活性物質を同時製造可能な環境配慮型反応分離技術の開発

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    1.研究の背景 食用油製造工程で多量に排出する脂肪酸油などの残渣油(年間世界生産量:米糠212万トン、パーム1200万トン)は、製造工場で集中的、安定的に排出するため回収不要な新規な廃棄物系バイオマス原料と捉えることができる。この油には、環境調和型軽油代替燃料バイオディーゼルの原料となる遊離脂肪酸や油脂、健康保持の薬理活性を有するスーパービタミンEや植物ステロールなどが含まれている。しかし、現行技術ではこれらの有効成分を利用することができず、大半が焼却廃棄されている。 2.研究の目標 当研究者は、化学品製造プロセスの構築を行う反応プロセス工学の専門を活かし、廃棄物油を原料として高品質バイオ燃料と健康機能物質を同時製造する技術を開発する。原料の前処理や生成物の精製処理を付随させないことで余分なエネルギー消費や廃棄物排出を防ぎ、徹底的な環境配慮型技術とする。 3.研究の特色 本技術は、耐久性が高く継続的に利用できるイオン交換樹脂粒子に触媒と分離剤の2つの機能を発現させることで、原料中の油成分(遊離脂肪酸と油脂)の燃料化と不純物成分(色素や副生物)の除去分離を同時に達成する。そのため、前処理や精製処理を必要としない。この粒子は油に低濃度で含まれるスーパービタミンEを選択的に吸着する機能も併せ持つため、唯一の同時製造可能な技術となる。 4.将来的に期待される効果や応用分野 本技術は、バイオ燃料製造のみに着目しても、現行法の原料油の利用制限や製品燃料への不純物混入などの問題点を全て解消できるため、国内を始め世界中の燃料製造法が本技術に置き換わり、CO2排出量削減と循環型社会推進に著しく貢献する。また、現在高価で利用が困難な健康機能物質を安価に同時製造でき、国民の健康増進にも貢献する。

  7. 食用油製造工程で排出する遊離脂肪酸残渣油を原料とした高品質バイオディーゼル燃料の連続製造技術の開発

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    本研究では、食用油の製造工程で排出される遊離脂肪酸残渣油を未利用の廃棄物系バイオマス原料と捉え、申請者らの独自技術であるイオン交換樹脂法を用いて高品質のバイオディーゼル燃料(BDF)に連続変換する技術を開発し、燃料品質と製造コストを評価する。この残渣油は、国産米ぬか油の場合、年間3万トン(総生産量の約30%)排出されるものの、半分程度が利用されずに焼却されているのが現状である。現行の均相塩基触媒を用いた製造法では、遊離脂肪酸と触媒が反応し品質低下の原因となる石ケンを生成するため原料として利用できない。本法では、残渣油の主成分である遊離脂肪酸を陽イオン交換樹脂触媒によるエステル化でBDFに変換、僅かに存在する油脂(トリグリセリド)を陰イオン交換樹脂触媒によるエステル交換でBDFに変換と同時に、ビタミンEなどの高付加価値物質を樹脂への吸着により選択的に回収することで、経済性の向上を図る。

  8. イオン交換樹脂触媒を利用したBDF製造法のビジネス化課題探索

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    本事業の目的は、環境負荷大の現行BDF製造法の代替となる新規なイオン交換樹脂法の実用化を目指し、現時点で最も負荷の大きな樹脂再生コスト削減のために考案したBDF製造と樹脂再生を分離する方式(オフサイト方式)のフィージビリティスタディーに取り組み、実際にどの程度コストが削減できる可能性があるか、新たに解決すべき課題は何か、を明らかにし、ビジネス化の可能性を評価することである。

  9. イオン交換樹脂法によるBDF連続製造技術の実用化研究

  10. 米糠残渣油からのトコトリエノール高効率回収とバイオ燃料製造を同時達成可能な新規な反応・分離技術の開発

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    本研究では,米糠残渣油から活性劣化なしでトコトリエノールを回収すると共に,残りの成分をBDFとして利用可能な高品質の脂肪酸エステルに変換する新規な反応・分離技術の開発を目的とし,1)陽イオン交換樹脂による遊離脂肪酸のエステル化(50℃),2)陰イオン交換樹脂によるビタミンE類の吸着(10℃)・脱離(50℃),3)陰イオン交換樹脂によるトリグリセリドのエステル交換(50℃)を段階的に行った。その結果,平均回収率78%でトコトリエノールを回収できること,遊離脂肪酸とトリグリセリドを共に高品質なBDFに変換できることを明らかにした。

  11. 植物細胞による組み換えタンパク質生産において新規なグリコシル化機構を付与するハイブリッド酵素の開発

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    植物細胞培養による組み換えタンパク質生産における1)分泌タンパク質の生産性が低い、2)生産されたタンパク質にヒトのアレルゲンとなる糖が付加する、という問題の解決を目指し、タバコ細胞によるモデルタンパク質生産系で種々の検討を行った。その結果、アルギン酸カルシウムコーティングビーズによる固定化培養を行うことで、分泌タンパク質の変性や分解を防ぐことに成功し、細胞あたりの生産性を懸濁培養系の約33倍まで向上させた。また、アレルゲンとなる糖の付加を抑制するための新規なハイブリッド酵素を作成し、目的タンパク質を生産する形質転換細胞に導入したところ、増殖能の阻害なしにハイブリッド酵素を発現させることに成功した。

  12. イオン交換樹脂を不均相固体触媒としたバイオディーゼル燃料製造技術の確立

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    バイオディーゼル燃料(脂肪酸エステル)は、動植物の油脂(トリグリセリド)とアルコールとのエステル交換反応によって合成される。この燃料は、従来の石油系ディーゼル燃料(軽油)に比べ、生物分解され易い、潤滑性が高い、排ガスがクリーン、など多くの利点を有する。また、環境汚染の一因となる廃食用油からも合成できるという特長を有する。現製造プロセスでは、エステル交換反応推進のために均相アルカリ触媒が用いられており、反応終了後に生成物と触媒との分離が必要であること、副反応であるケン化が生じて収率が低下すること、が大きな問題となっている。申請者らは、生成物との分離が不要な新規な不均相固体触媒としてイオン交換樹脂を提案しており、既にケン化反応を生ずることなく高いエステル交換活性を発現することを明らかにしている。イオン交換樹脂は比較的安価で活性が安定であり、樹脂骨格が破損しない限り長期間の繰り返しあるいは連続利用が可能と考える。しかし、主に水溶液系で用いられている樹脂を油溶液系で用いた場合の知見は僅少である。本研究では、バイオディーゼル燃料製造に適したイオン交換樹脂の選定と反応機構の解明、ならびに触媒活性の安定性や活性維持に必要となる再生処理方法の検討を行うことにより、イオン交換樹脂を触媒とした製造技術の確立を目的とする。

  13. イオン交換樹脂を不均相触媒としたバイオディーゼル燃料の高効率生産技術の確立

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    本研究では、分離プロセスの不要な新規プロセスとして、イオン交換樹脂を不均相固体触媒とした製造法を提案する。そして、この樹脂を用いた効率的な連続生産技術を確立し、バイオディーゼル燃料の低コスト化を計ると共に、農業廃棄物を利用したエタノール生産技術との組み合わせに取り組み、より環境調和型の生産技術の開発を目指す。

  14. イオン交換樹脂を不均相触媒とした廃食用油からのバイオディーゼル燃料の高効率連続生産プロセスの構築

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    イオン交換樹脂を不均相触媒とした廃食用油からのバイオディーゼル燃料の高効率連続生産プロセスの構築

  15. お茶培養細胞によるカテキン生産システムの構築とお茶カテキンの抗酸化活性の評価

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    本研究は、カテキン生産性を高めるための光照射などの培養条件の最適化、細胞内に蓄積されたカテキンの選択的な回収法の確立、お茶細胞大量培養用の光バイオリアクターの開発を行うことにより、お茶培養細胞による効率的なカテキン生産システムを構築する。そして、このシステムで生産されたお茶カテキンの抗酸化活性の評価ならびに抗酸化機構の解明を行う。

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