環境創成計画学講座
環境分子化学分野

Ecomaterial Design and Process Engineering
Environmentally-Benign Molecular Design and Synthesis

自然環境に順応する ChemicalEngineering Technology の創製
Innovative experimental and theoretical technologies on chemical engineering
for creating sustainable society

准教授 大田 昌樹
Associate Professor

Masaki Ota

従来の医薬食品製造分野においては、ときに高環境負荷の有機溶媒が使用されることで人体への副作用の問題などが懸念されてきた。
これに対し我々は、安心かつ安全な経口 ･ 経皮物質の製造に向けて、二酸化炭素の他、エタノール、水等のグリーン溶媒を用いた高圧流体、特に超臨界・亜臨界流体の利用による環境調和型製造技術の開発に関する応用研究を推進している。特に最近では、Hildebrand 溶解度パラメータを独自に拡張したエントロピー型溶解度パラメータを理論的背景に、化学を基盤において地球環境や生態系保全に向けた持続可能な社会構築を目的として、天然資源や合成化合物の有効利用を可能とする工学技術の開発に関する研究について付加価値順のカスケード利用を可能とするための分離工学、安心安全な物質選定のための高圧溶液化学、超臨界流体抽出・亜臨界溶媒分離技術の社会実装のためのプロセスシステム等において知識と経験を深めてきた。これらの研究を推進するための基礎学問は化学工学にあり、基礎物性の測定からモデル化ま減できるようになった。
（平成 30 年度文部科学大臣表彰・若手科学者賞の受賞内容）今年はその延長線上の実証研究を検討することができた。

流通式亜臨界溶媒分離技術の開発
最近、我々は関連企業と共同で連続式亜臨界溶媒分離装置（向で実験・理論の両面から研究を進めている。

流接触型高圧抽出装置）のオリジナル開発に成功している（Fig.3）。

Green processing and engineering are required for the chemical engineering of pharmaceuticals, foods, beverages, cosmetics, chemicals, and so on.
For this purpose, we aim to use only non-toxic solvents such as carbon dioxide, ethanol, and water for extraction and separation processes, instead ofharmful or potentially toxic solvents. Recently, we developed an entropy-based solubility parameter—an extended Hildebrand solubility parameter—
for high-pressure fluids (sub/supercritical fluids) and have applied it to designing extraction and separation techniques in order to achieve sustainablegreen chemistry. We are promoting these experimental and theoretical approaches based on chemical engineering to study and develop newenvironmental sciences and technologies.

いる。オリジナリティーは、複数台の自動背圧弁を内蔵タイマーに2013 年には、この装置に搭載した連動式自動背圧弁が市販されて医薬食品素材の環境調和型抽出分離を設計するにあたり、1930期待している。

2022 年の研究活動

Activities in 2022 (Publications)より交互に吐出する機構そのものにある。2022 年は、医薬品で展開される合成化合物を中心に、高密度流体を利用した亜臨界溶媒分離による分離効率に関する研究を推進してきた。まだ、この連動弁搭載型の流通式亜臨界分離装置はパッケージとして普及していない便利な指標である。これは、分子の配置配向は完全にランダムかつ混合による体積変化、さらには過剰エントロピーがそれぞれ無視できるとした正則溶液論に基づく物性であり、溶剤選定の他、高分子材料の設計などに広く用いられている。このパラメータは通常、医薬食品素材の抽出・分離において標準状態下で使用されてきたが、最近になって著者は、超臨界・亜臨界流体のような高温高圧状態でもこの物性値は、SP 値と互換性のある熱力学量であることからエント
ロピー型溶解度パラメータ（Fig.2）と名付けたが、この理論が開発

Although the SP has been widely used under ambient temperature andpressure conditions, we recently extended its value for high-pressure
fluids such as sub-/supercritical fluids (Fig.1). This parameter is termed
the entropy-based solubility parameter (eSP), which extends the regularsolution theory (Fig.2). Now that our thermodynamic property has been
made available, we can more easily predict high-pressure extraction andseparation processes and drastically reduce the economic and time costs

所属する化学工学会における機関紙「化学工学論文集」にて、「二酸化炭素 – エタノール – ホップエキス系における高圧気液平衡比測定と相関」が 2021 年度優秀論文集に選出された。Fig. 4 には、この論文で紹介したホップエキス主要 7 成分における高圧気液平衡比の実験値と理論値の一致の例を示した。また、これに関連して研究助成を受けた公益財団法人ひと・健康・未来研究財団の機関紙でも受賞論文を掲載することができた。
分担執筆としては、著書「バイオプロセスを用いた有用性物質生産技術」にて、溶媒抽出や超臨界流体クロマトグラフィーの事例を紹介することができた。また、著書「高圧力の科学・技術事典」にも分担執筆をすることができた。

されたことにより理論予測をしながら高温高圧下の抽出分離実験が[1] 大田昌樹, 受賞論文 ひとや環境にやさしい新しい抽出分離溶媒の開発 ～実験の理論予測を目指して～, ひとの健やかでこころ豊かな未来を実現するために～ひと・健康・未来, 31, 32-33 (2022).
[2] 大田昌樹, 桒原歩大, バイオプロセスを用いた有用性物質生産技術, 第5章
第2節 溶媒抽出, 技術情報協会 (2022).
[3] 大田昌樹, 松田修汰ら, バイオプロセスを用いた有用性物質生産技術,
第6章第5節 超臨界流体クロマトグラフィー, 技術情報協会 (2022).
[4] 大田昌樹, 高圧力の科学・技術事典, Ⅳ章3.6 分離・抽出：超臨界CO 2
天然物固体からの抽出, 朝倉書店 (2022).

Activities in 2022 (Awards)[1] 大田昌樹ら, 化学工学論文集2021年度優秀論文賞 (2022).

実施できるようになり、試行錯誤に要する実験的コストを大幅に削

Fig.1 Hildebrand solubility parameter (SP) andentropy-based solubility parameter (eSP)

54 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 Correlation between SP and eSP

Fig.3 Flow-type subcritical fluid separation apparatus

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

計算できるように理論的手法を新たに展開することができた（Fig.1）。

The Hildebrand solubility parameter (SP) is useful for chemicalengineering processing, such as for extraction and separation techniques.
Selecting suitable solvents for production of targeted functional naturalresources is usually difficult for high-pressure processing.

先端環境創成学専攻

年代に Hildebrand が提唱した溶解度パラメータ（SP 値）は極めて

Application of our entropy-basedsolubility parameter

Development of flow-type subcriticalfluid separation
Recently, we developed a flow-type subcritical fluid separation
apparatus for separating colors, flavors, and so on from targeted naturalresources (Fig.3). The JASCO Corporation collaborated to makeinterlocking back-pressure regulators and another related setup based on
our time-programming regulation concept. This year, the subcriticalfluid separation apparatus was used to separate chemicals used forpharmaceutical. Although the apparatus has not been widely used inother research, we would like to conduct PR activities to promote thegreen separation processes.

が、需要が拡大すれば将来的には具現化される可能性があるものとエントロピー型溶解度パラメータ（eSP）の応用

for trial-and-error experiments. Thus, people would choose these things
using the eSP as a tool for selecting a suitable solvent or mixtures fordesigning high-pressure extraction and separation processes. Thesecontents are based on “The Commendation for Science and Technology
by the Minister of Education, Culture, Sports, Science and Technology:
The Young Scientists’ Prize (2018).”

Fig.4 Results of prediction of retention time with separated
chemicals on supercritical fluid chromatography.
Coexistence Activity Report 202255