Thermomyces lanuginosusで処理したヘンプポマースからの生体高分子と脂質のNMRによる解析

収穫の残り物を隠れた財産に変える

世界中で、油や穀物の搾油・抽出が行われた後に大量の植物残渣が残されます。ヘンプの油生産も例外ではなく、通常は低価値の廃棄物や飼料として扱われる繊維質副産物「ヘンプポマース」が生じます。本研究は、高温性の菌類が微細な精製装置のようにヘンプポマース内部の分子を再配列し、燃料、材料、肥料に有用な成分を生み出せるかを探ります。強力な分析手法であるNMRを用いて、研究者たちはこの過小評価された資源に含まれる油、植物繊維、リン化合物が菌によってどのように変換されるかを詳細に観察しました。

ヘンプの忘れられた成分を詳しく見る

ヘンプポマースは単なる乾いた残渣以上のものです。セルロース、ヘミセルロース、リグニンといった構造的植物繊維に加え、意外に高い割合の油やリン含有化合物を含んでいます。これらの成分は価値がある一方で、リグノセルロース性バイオマスと呼ばれる複雑で処理困難な混合状態に強く結び付いています。その複雑さが分解耐性を生み、高度な製品へアップグレードすることを難しくします。著者らは、湿らせたヘンプポマース上で固体発酵させた高温性菌類 Thermomyces lanuginosus が、この内部化学を穏やかかつ効果的に再配列し、工業用途にとってより多用途なバイオマスにできるかを検証しました。

天然の油処理者としての菌類

まずチームは、菌の増殖による油分の変化を4日、7日、10日の経時で追跡しました。プロトンNMRを用いると、菌がモノ・ジ・トリグリセリドなどの複雑な貯蔵脂肪を着実に消費し、遊離グリセロールを増やしながら不飽和脂肪酸の豊富なプールを維持していることがわかりました。10日後にはグリセロールが劇的に増加し、脂質分画の約3分の1に達し、リノール酸やリノレン酸などの多価不飽和脂肪酸は部分的に変換されていました。ヘンプポマースの油は単不飽和脂肪酸が比較的豊富であり、これは栄養面や燃料品質の両面で価値があります。実質的に、菌は生物学的な加工場のように働き、大きな脂質分子をより小さく価値のある断片に分解して、食品や化粧品からバイオディーゼルやバイオ由来プラスチックまで産業を供給できるようにしました。

植物繊維の再加工とリンの解放

油分に加えて、菌は固体の植物マトリックスも書き換えました。固体状態NMRは、植物細胞壁の強靭な接着成分であるリグニンが時間とともにカルボニル基やカルボキシル基を増やしていることを示しました。これらの変化はリグニンをより反応性にし、分散剤やポリマー、あるいは建材のビチューメン代替物としての利用に適する可能性を高めます。セルロースでは、残存する芳香族不純物（おそらくリグニン痕跡）が減少し、紙や繊維、化学誘導体にとって魅力的な化学的により「きれいな」多糖が残されていることを示す信号が見られました。ヘミセルロースは、より炭水化物に類する信号へのシフトとメトキシル基の減少を示し、菌の活動がリグニン様の付着物を剥ぎ取り糖骨格を濃縮していることを示唆しました。同時に、リンを豊富に含む抽出物の解析では、菌が有機リン形態の一部（モノエステル）をより利用可能な無機のオルトリン酸塩に変換しており、残渣の植物栄養源としての価値を高める可能性が示されました。

グリーンなバイオリファイナリーへの新たな道

総じて、これらの変化は Thermomyces lanuginosus がヘンプポマースを同時にいくつもの方法でアップグレードできることを示しています：油をグリセロールと有用な脂肪酸に単純化し、リグニンをより反応性の高い形に調整し、セルロースとヘミセルロースを精製し、リンの化学をより利用しやすい栄養形に再編する。NMRにより研究者たちはこれらの変換を非破壊的かつ詳細にモニターできたため、特定の分子変化を潜在的な工業用途に結びつけることができました。一般読者への要点は、低価値の加工残渣に見えるものでも、適切な菌の助けを借りれば、燃料、材料、肥料の多目的原料になり得るということです。この種の穏やかで生物学に基づく精製は、あるプロセスの残り物が次のプロセスの原材料になる循環型バイオエコノミーの重要な一部です。

引用: Vuković, J.P., Jednačak, T., Novak, P. et al. NMR characterisation of biopolymers and lipids from hemp pomace treated with Thermomyces lanuginosus. Sci Rep 16, 13345 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41682-1

キーワード: ヘンプポマース, 固体発酵, 菌類バイオリファイナリー, リグノセルロース資源, NMR分光法