酵母Scheffersomyces stipitisを宿主とした多様なバイオマス原料からのレスベラトロール生産プロセスの開発と食品廃棄物Upcycleプロセスの事業化

概要

Kobe University Repository : Kernel
PDF issue: 2024-05-08

酵母Scheffersomyces stipitisを宿主とした多様な
バイオマス原料からのレスベラトロール生産プロセ
スの開発と食品廃棄物Upcycleプロセスの事業化

小林, 優真
(Degree)
博士（科学技術イノベーション）

(Date of Degree)
2023-03-25

(Date of Publication)
2024-03-01

(Resource Type)
doctoral thesis

(Report Number)
甲第8676号

(URL)
https://hdl.handle.net/20.500.14094/0100482424
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博

士

論

文

（論文題目）
酵母 Scheffersomyces stipitis を宿主とした多様な
バイオマス原料からのレスベラトロール生産プロセス
の開発と食品廃棄物 Upcycle プロセスの事業化

２０２３年

1月

神戸大学大学院科学技術イノベーション研究科

（氏名）

小

林

優

真

目次
第１章

序論 ......................................................................................................................4

第１節

食品廃棄物をめぐる現状 ....................................................................................4

第２節

食品廃棄物再利用に向けたバイオプロダクション技術の応用 .............................7

第３節

本論文の主眼 .....................................................................................................9

参考文献および引用....................................................................................................... 11
第２章

先端研究テーマ「Scheffersomyces stipitis を宿主とした多様なバイオマ

ス原料からのレスベラトロール生産」 ............................................................................... 13
第１節

テーマの背景 ................................................................................................... 13

第１項

レスベラトロールについて........................................................................... 13

第２項

Scheffersomyces stipitis に関する先行研究.................................................... 13

第３項

S. stipitis を宿主としたバイオプロダクションプロセス確立に向けた課題 ..... 14

第４項

本研究の目的 ............................................................................................... 14

第２節

実験方法 .......................................................................................................... 14

第１項

使用した大腸菌および酵母株と培地組成 ...................................................... 14

第２項

遺伝子合成およびプラスミド構築 ................................................................ 15

第３項

栄養要求性酵母株とレスベラトロール生産酵母株の構築 .............................. 16

第４項

８種類の単糖類及び二糖類からのレスベラトロール生産発酵試験 ................ 17

第５項

Quantitative real‑time PCR (qRT‑PCR) ....................................................... 17

第６項

酵母のタンパク質抽出.................................................................................. 17

第７項

二糖類分解酵素活性分析 .............................................................................. 18

第８項

高速液体クロマトグラフィー（HPLC）分析................................................ 18

第９項

キャピラリー電気泳動・飛行時間型質量分析計（CE-TOF-MS）分析 .......... 18

第１０項 統計解析 ...................................................................................................... 19
第３節

結果 ................................................................................................................. 19

第１項

S. stipitis を宿主としたレスベラトロール生産株の構築 ................................ 19

第２項

レスベラトロール生産性向上を目的としたシキミ酸経路の改変 .................... 20

第３項

８種類の単糖類及び二糖類からのレスベラトロール生産発酵試験 ................ 23

第４項

二糖類を炭素源とした発酵条件下での細胞内代謝動態の解析 ....................... 25

第５項

二糖類分解酵素活性分析 .............................................................................. 27

第４節

考察 ................................................................................................................. 28

第５節

結言 ................................................................................................................. 30

第６節

付録 ................................................................................................................. 31

参考文献および引用....................................................................................................... 36
1

第３章

先端研究テーマ「レスベラトロール生産における混合糖利用の検討」................. 40

第１節

テーマの背景 ................................................................................................... 40

第１項

廃糖蜜(モラセス)の排出状況と原料による組成の違い .................................. 40

第２項

モラセスを原料としたバイオプロダクションにおける課題........................... 40

第３項

テーマの目的 ............................................................................................... 41

第２節

実験方法 .......................................................................................................... 41

第１項

酵母株と培地組成 ........................................................................................ 41

第２項

レスベラトロールの発酵生産試験 ................................................................ 41

第３項

HPLC 分析 .................................................................................................. 41

第４項

CE-TOF-MS 分析 ........................................................................................ 42

第３節

結果 ................................................................................................................. 42

第１項

混合糖培養................................................................................................... 42

第２項

混合糖を炭素源とした培養条件下での細胞内代謝解析 ................................. 43

第３項

モラセスを原料としたレスベラトロール生産試験 ........................................ 46

第４節

考察 ................................................................................................................. 47

第５節

結論 ................................................................................................................. 49

参考文献および引用....................................................................................................... 50
第４章

イノベーション・アイデア .................................................................................. 52

第１節

本章の概観 ...................................................................................................... 52

第２節

技術的ブレイクスルーとその応用可能性 .......................................................... 52

第３節

イノベーション・アイデアの概要 .................................................................... 56

参考文献および引用....................................................................................................... 60
第５章

事業戦略 ............................................................................................................. 62

第１節

本章の概観 ...................................................................................................... 62

第２節

ビジネスモデル................................................................................................ 63

第３節

市場調査およびマーケティング戦略................................................................. 71

第４節

ロードマップ ................................................................................................... 77

第５節

差別化要因と競争優位性の源泉........................................................................ 85

第６節

PEST 分析.................................................................................................... 89

参考文献および引用....................................................................................................... 91
第６章

技術戦略 ............................................................................................................. 92

第１節

技術戦略の目的................................................................................................ 92

第２節

技術的課題設定................................................................................................ 92

第３節

技術戦略ロードマップ ..................................................................................... 93

第４節

研究開発方針 ................................................................................................... 96

参考文献および引用....................................................................................................... 99
2

第７章

知財戦略 ........................................................................................................... 100

第１節

知財戦略の目的.............................................................................................. 100

第２節

侵害防止調査 ................................................................................................. 100

第３節

知的財産管理の基本方針 ................................................................................ 101

参考文献および引用..................................................................................................... 104
第８章

財務戦略 ........................................................................................................... 105

第１節

財務戦略の目的.............................................................................................. 105

第２節

財務計画 ........................................................................................................ 106

第３節

資金調達計画 ................................................................................................. 112

参考文献および引用..................................................................................................... 114
第９章

結言 .................................................................................................................. 115

3

第１章 序論
第１節

食品廃棄物をめぐる現状

World Bank Group が 2018 年に発表した『What a waste 2.0: a global snapshot of solid
waste management to 2050.』1 では、世界の国と地域において排出される全廃棄物中、食料
関連の廃棄物を含む有機性廃棄物を示す Food and Green の排出量が最も高い割合を示して
おり、高所得国では全体の 30 %以上、その他の所得国では全体の半分以上を占めている。
その排出量は年間約 13 億トン、その廃棄物処理や廃棄物の発生プロセスで排出される温室
効果ガスの量は年間約 33 億トンと推定されている 2。
（Fig. I-1）

Fig.Ⅰ-1. 世界で排出される廃棄物の種類構成
出所：What a waste 2.0: a global snapshot of solid waste management to 2050.1 より引用
所得別の各国で排出される廃棄物種類構成と世界全体で排出される廃棄物の種類構成を示す。高所得国
は一人当たり国民総所得が 12,476 ドル以上の国、中高所得国は一人当たり国民総所得が 12,476 から
4,036 ドルの国、中低所得国は一人当たり国民総所得が 4,035 から 1,025 ドルの国、低所得国は一人当
たり国民総所得が 1,025 ドル以下の国をそれぞれ示す。

ここで示している食品関連の廃棄物とは、食品生産における農水畜産業から消費者が消
費するまでに排出される廃棄物全般を指しており、例えば、農作物の収穫時に排出される
植物の非可食部（トウモロコシの芯や稲わら麦わら）や食品加工の副産物、貯蔵・保管中
に腐敗した食品、スーパーマーケットで売れずに廃棄された商品などである。農作物にお
ける上流から下流までの食料生産プロセスを 5 つの工程（Agricultural production: 農作物
栽培、Post-harvest Handling and Storage: 農作物の収穫後の処理および貯蔵、Processing:
食品加工とパッケージ、Distribution: 運搬販売、Consumption: 消費）に分割すること
で、食料生産に関連する廃棄物が、どのようにして排出されるのかについて調査した報告
4

によると、フードシステムで排出される全ての廃棄物の排出量を 100%としたとき、各プ
ロセスで排出される廃棄物はおよそ 10~30%の間で推移しており、農作物の栽培段階で排
出される廃棄物量が 32%で最も高いが、廃棄物の排出場所やタイミングが分散していると
いえる。
（Fig. ...

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