目次
第1章 ビジネスとしての可能性と市場動向
はじめに
1．藻類が注目される理由
2．微細藻類：そのメリットと重要性、種類
3．藻類ビジネスの海外国内及び国内の市場動向
4．既存事業との関係性、国の動き（補助金など）
5．微細藻類に関わるサプライチェーン、関連プレーヤー
6．今後の展望
おわりに
第2章 微細藻類の培養プロセスと基本システム
(培養株の単離、有用培養株のスクリーニング育種)
はじめに
1．微細藻類採集のための培地(培養液) の準備
1．1 微細藻類のスクリーニング培地
1．1．1 培地調製のためのストック液
1．1．2 培地の準備
2．微細藻類試料の採集
2．1 浮遊性藻類の採集
2．2 付着性藻類の採集
2．3 気生藻類と陸生藻類(土壌藻類) の採集
2．4 堆積物の採集
2．5 予備培養
3．培養株の単離
3．1 ピペット洗浄法
3．2 希釈法
3．3 寒天希釈法
4．有用培養株のスクリーニング育種
4．1 細胞濃度の測定
4．2 スクリーニング育種
4．2．1 種々培養条件下でのスクリーニング育種
4．2．2 変異原物質を用いた突然変異の誘発によるスクリーニング育種法
4．2．3 遺伝子組換えによるスクリーニング育種法
5．培養株の維持管理
おわりに
第3章 大量培養生産・効率化・安定化・低コスト化の実務
第1節 産業化の視点から見た微細藻類
1．地球環境・資源を創生した微細藻類
2．微細藻類が活躍する3つの産業領域
2．1 レッド領域：健康
2．2 グリーン領域：農業・水産・環境
2．3 ホワイト領域：工業・エネルギー
3．実用化への3つの課題
3．1 製品価格と供給量
3．2 産業化プロセスとバリューチェーン
3．3 産業コンソーシアム
4．未来へ向けて
第2節 屋外での大量生産(大型化) 技術
はじめに
1．屋外培養に供される微細藻類
2．屋外培養に用いる培養装置
3．屋外培養における水資源の確保
4．屋外培養における栄養塩の確保
5．屋外培養における培養管理方法
6．屋外培養における微細藻類の濃縮・回収方法
7．コンタミネーションに対する対策
8．技術的な課題と展望
おわりに
第3節 室内大量培養装置設計に関する環境項目の解説
はじめに
1．微細藻類培養技術に関する基礎的知見
1．1 培養に影響をおよぼす環境要因
1．2 光環境
1．3 溶存ガス環境
2．培養における環境因子の定量方法
2．1 培養槽外郭周辺の光環境設計計算
2．2 培養槽内の光環境計測と培養器形状
2．2．1 光透過測定装置と結果
2．2．2 解析
2．2．3 効率の良い培養槽の考え方
2．2．4 応用計算の事例紹介と解説
2．3 培養内におけるガス挙動
2．3．1 培養槽内における溶存酸素濃度動態について
2．3．2 培養槽を用いた溶存酸素動態の検討事例
3．実用プラントにおける餌料用微細藻類培養システム開発
3．1 培養槽条件と設計と性能
3．2 実用プラントシステム
第4節 安定生産に向けたアプローチ
第1項 有用成分の生産性向上 ―脂肪酸鎖長・不飽和度の改変―
1．中鎖脂肪酸の生産性向上
1．1 ラウリン系油脂を取り巻く環境
1．2 藻類株の選定およびNannochloropsis の油脂合成経路の同定
1．3 Nannochloropsis 由来acyl-ACP thioesterase (NoTE) の基質特異性改変
1．4 改変型NoTE および内性TAG 合成経路遺伝子の発現強化
2．EPA の生産性向上
2．1 PUFA を取り巻く環境
2．2 Nannochloropsis のEPA 合成経路の同定
2．3 内性desaturase の発現強化
2．4 ACP の細胞内局在の改変
3．Nannochloropsis のセルフクローニング技術の開発
4．今後の展望
第2項 微細藻類培養槽の低コスト化へのアプローチ
はじめに
1．屋外での培養槽内の光環境
2．光計測器の種類と培養液中の光環境
3．培養液中の光環境の詳細
4．培養槽の性能指標
5．屋外培養についての提言
第3項 安定的な藻類生産に向けた合理的なアプローチと取り組み事例の紹介
はじめに
1．藻類による物質生産
2．藻類種・株の選抜における評価指標
3．バイオマス生産性vs 物質含有量
4．藻類種・株の選定における考え方
5．藻類の安価な大量生産に向けた取り組み
6．微生物培養におけるコンボリューショナルデータの現状と課題
7．コンボリューショナルデータを取得するセンサの概要と新規開発の取り組み
8．AI の開発
9．AI による培養制御試験の実施
10．藻類培養におけるコンボリューショナルデータとAI の活用
おわりに
第5節 微細藻類の濃縮・乾燥・油脂抽出技術
はじめに
1．微細藻類からの油脂抽出における問題
1．1 水分と規模
1．2 濃縮
1．3 乾燥
1．4 抽出操作
2．ジメチルエーテル
3．DME 抽出装置の構成と消費エネルギー
3．1 装置の基本構成
3．2 消費エネルギー
4．DME による微細藻類からの油脂の抽出
おわりに
第6節 藻類の濃縮と乾燥技術( ユーグレナの工業化を例に)
はじめに
1．藻類の濃縮
1．1 遠心分離
1．2 デカンテーション
1．3 膜濾過・フィルタープレス
1．4 凝集分離・浮上分離
2．藻類の乾燥
2．1 スプレードライ
2．2 フリーズドライ
2．3 ドラムドライ
第7節 藻類大量培養におけるトラブル
第1項 コンタミネーションのトラブル例と対応
はじめに
1．コンタミネーション
1．1 藻類の寄生生物や捕食者の混入
1．1．1 菌類
1．1．2 アメーバ(Amoeba)
1．1．3 その他の生物( 細菌類・ウイルス・動物)
1．2 検出方法
1．2．1 顕微鏡観察
1．2．2 分子生物学的手法
1．2．3 Single spore PCR
1．3 単離培養方法
1．3．1 直接単離法
1．3．2 釣菌法・寒天重層法・希釈培養法
1．4 毒性評価
1．5 対処方法
1．5．1 早期収穫
1．5．2 化学的対処法
1．5．3 物理的対処法
1．5．4 生態学的対処法
おわりに
第2項 群体性緑藻の培養プロセスでの課題
はじめに
1．特殊環境下での培養
2．オープンポンドで優占種となるために
2．1 藻体濃度と光透過率
2．2 群体性緑藻の培養
第8節 培養藻類の評価・分析
はじめに
1．藻類含有成分の定量分析
1．1 培養後の湿潤藻類の乾燥前処理について
1．2 脂質・脂肪酸の定量分析
1．2．1 藻類細胞内蓄積型脂質・脂肪酸の定量分析
1．2．2 藻類細胞外分泌型脂質・脂肪酸の定量分析
1．3 藻類細胞内蓄積型タンパク質の定量分析
第9節 微細藻類におけるゲノム編集技術・評価手法
はじめに
1．ゲノム編集技術の概要
2．微細藻類を対象としたゲノム編集技術
2．1 ゲノム編集用ツールの形態
2．2 ゲノム編集ツールの細胞内導入
2．3 ゲノム編集株の選抜および純系株の単離
2．4 遺伝子型の評価手法
2．5 表現型の評価手法
3．課題と今後の展望
おわりに
第10節 培養槽の性能評価
はじめに
1．培養環境の調整についての基本操作
1．1 通気ガス中の二酸化炭素濃度と培地pH の関係
1．2 溶存二酸化炭素の解離状態と培地pH の関係
2．細胞増殖速度に与える各種培養条件の影響
おわりに
第4章 ビジネスモデル検討と事業化に向けた取り組み
第1節 藻類バイオマスの産業利用を検討する上で
はじめに
1．藻類バイオマスの産業利用
1．1 開放型培養設備を用いた藻類バイオマスの生産コスト
1．1．1 2016 年NREL 報告書において、経済性評価に用いられたモデルの概要
1．1．2 2016 年NREL 報告書における藻類バイオマス生産コスト試算結果
1．2 閉鎖型培養設備を用いた藻類バイオマスの生産コスト
1．2．1 2019 年NREL 報告書において、経済性評価に用いられたモデルの概要
1．2．2 2019 年NREL 報告書における藻類バイオマス生産コスト試算結果
1．3 藻類バイオマスの加工コスト
1．3．1 2020 年NREL 報告書において、経済性評価に用いられたモデルの概要
1．3．2 2020 年NREL 報告書におけるバイオ燃料およびポリオール生産コスト試算結果
1．4 米国における藻類由来の燃料製造に関する経済性評価に関するまとめ
2．株式会社ちとせ研究所取り組み紹介
2．1 大規模藻類培養の実証
2．2 MATSURIプロジェクト
第2節 ビジネスへの藻類活用例および事業化を目指した取り組み
第1項 微細藻類を活用したバイオ燃料生産におけるCO2 固定化と廃熱利用の実験事例
はじめに
1．藻類バイオ燃料生産におけるCO2 固定化
2．実験方法
2．1 実験条件
2．2 実験方法
3．実験結果と考察
3．1 夏期の実験結果
3．2 秋期の実験結果
3．3 冬期の実験結果
3．4 総合的な評価
おわりに
第2項 微細藻類の有用物質抽出残渣を利用した水産飼料
はじめに
1．油脂生産微細類の油脂抽出残渣を利用した水産飼料
1．1 油脂生産微細藻類
1．2 油脂抽出残渣配合飼料によるニジマスの成長効果
1．3 油脂配合飼料による色上げ効果
1．4 マナマコ種苗用配合飼料への油脂抽出残渣の利用
2．アスタキサンチン生産微細藻類の抽出残渣をモデルとした検討
2．1 油脂抽出残渣含まれる濾過助剤の影響
2．2 残留エタノールの影響
2．3 微粉末化試験
2．4 有用物質抽出残渣を配合した飼料によるナマコ種苗の成長
2．5 今後の課題
おわりに
第3項 海面を利用したシアノバクテリアによる光合成的大規模水素生産の構想と実現に向けた課題
はじめに
1．計画の要点
1．1 水素生産に利用するシアノバクテリアの特性：光合成により水素を生産できる
1．2 経済性確保のためには、光合成生物を利用した大規模な太陽光エネルギー変換の開発が必要
1．2．1 人類のエネルギー消費量と太陽光エネルギー
1．2．2 太陽光エネルギーは莫大であり、生産の場として海面を構想
1．3 大規模生産の必要性
1．4 エネルギー収支がプラスであること
1．4．1 栄養塩類のコスト削減
1．4．2 低廉なバイオリアクターの必要性
2．構想する光生物学的水素大量生産システムの説明
2．1 利用する生物とその反応：シアノバクテリアのニトロゲナーゼを利用
2．1．1 ニトロゲナーゼを利用した水素生産系の説明
3．構想実現に向けた研究の現状
3．1 シアノバクテリアの遺伝子工学的改良―水素再吸収活性抑制のために
取り込み型ヒドロゲナーゼ活性を遺伝子工学的に除去
3．2 今後の方針：有望野生株の選抜
3．3 低コストバイオリアクターとして水素低透過性のプラスチックフィルムの利用を提案
4．将来の大規模な水素生産の場として海面利用の構想と実現への道筋
4．1 構想
4．2 実現のための必要条件
おわりに
第4項 微細藻類の食品利用可能性と事業化に向けた課題
1．微細藻類の食品活用の背景
1．1 人口増加に伴う食糧問題
1．2 水産資源と海洋環境問題
1．3 微細藻類の有為性
1．4 タンパク質とオメガ3 摂取の必要性
2．微細藻類による食品への利用可能性 ～ナンノクロロプシスを事例に～
2．1 ナンノクロロプシスとは
2．2 ナンノクロロプシスのEPA
2．3 ナンノクロロプシスの生産
3．今後の課題と展望 ～ナンノクロロプシスを事例に～
3．1 課題
3．2 展望
第5項 微細藻類を利用したバイオプラスチックの生産技術の開発
はじめに
1．微細藻類を利用したバイオプラスチックの分子設計と実用特性の実証
2．藻類バイオマスを使ったバイオプラスチックの生産プロセスの開発
3．今後の展望と課題
第6項 下水処理場における微細藻類活用
1．下水道事業の政策動向
2．水処理と藻類の関わり
3．微細藻類培養における下水道資源の有用性
3．1 栄養塩類を含む水資源
3．2 CO2 排出と無機炭素の活用
4．下水道資源を活用した藻類培養
4．1 培養藻類の活用
4．2 下水道資源を活用した藻類培養技術の実証試験
5．下水処理場での藻類培養による環境影響
5. 1 下水道事業における気候変動緩和政策
5．2 下水処理場での藻類培養技術の導入による環境影響評価
6．下水道事業の抱える課題と微細藻類培養技術の活用
6．1 人口減少に伴う汚水人口の減少
6．2 電力消費量の多さ
6．3 放流水質の問題
7．下水処理場における藻類培養の今後
第7項 マイクロプラスチック問題の実態と除去の取り組み
1．SDGs 課題としてのプラスチック問題
2．マイクロプラスチックとは
3．さまざまな環境で見つかるマイクロプラスチック
4．モニタリングと分析手法
5．生分解性プラスチックの開発とマイクロプラスチックへの影響
6．マイクロプラスチックが生物に与える影響
7．マイクロプラスチックの人体への影響
8．マイクロプラスチックを除去する試み
9．微細藻類を用いたマイクロプラスチック除去技術
10．プラスチックゴミ問題に関する社会的取り組み
第3節 一気通貫の「藻( も) のづくり」
1．藻( も) のづくりへの参入の経緯
2．「藻( も) のづくり」に必要なこと
3．一気通貫型の「藻( も) のづくり」
4．とりあえず内製化のすゝめ
おわりに
第4節 中小企業のための「ゼロから始める藻類研究・藻類ビジネス」
～ブランディングに終わらせない研究活動、イメージで終わらせない商品開発～
はじめに
1．ゼロから始める藻類ビジネス
1．1 藻類研究の手はじめに
1．2 藻類探索と基礎研究
2．応用研究へのステップアップ
2．1 ジレンマを乗り越えるリーダーシップ
2．2 アウトプットを意識した機能解析
3．藻類ビジネスを成功させるために
3．1 オリジナリティ
3．2 地域性と地域行政とのかかわり
3．3 藻類の特性と商品の特性
3．4 研究機関とのかかわり
3．5 パートナー企業とのかかわり
3．6 社内でのかかわり
3．6．1 研究と経営のマッチング
3．6．2 営業活動を意識した研究開発
おわりに
あとがき
