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研 究 分 野 の 紹 介
本研究室では、
- バイオプロセス工学 （バイオプロセスの最適化、知的制御に関する研究）
- 環境生物工学 （未利用バイオマスの微生物機能による有効活用や環境浄化）
- 生物情報工学 （プロテオーム解析・バイオインフォマティクス）
の3つの領域に注力しています。
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| バイオプロセスの特徴
・微生物や酵素が主役
・常温/常圧・・・温和な条件
・複雑な物質を容易に生産
・省エネ・環境調和型プロセス |
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(1)
バイオプロセス工学
バイオプロセスは一般に複雑で非線形性が強く、工学的には取り扱いの難しいプロセスです。本研究室では、経験的な知識を活用でき、非線形システムのモデリングに適したファジィ制御やニューラルネットワーク、遺伝的アルゴリズムなどの知識工学的手法を用いたバイオプロセスのモデル化、制御、最適化等を研究テーマとして取り組んでいます。この分野は、世界的に見ても日本が最も進んでいる研究分野です。また、バイオリアクターの開発やバイオプロセスの動特性解析などにも力を入れています。
主な研究テーマ
- バイオプロセスのファジィ制御
- 乳製品製造プロセスへの知識工学的手法の応用（企業との共同研究）
- 遺伝的アルゴリズムによるリジン発酵の最適化
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| ファジィ制御の実用化事例 |
ファジィ推論とニューラルネットワーク |
関連文献
1) J. Horiuchi
and K. Hiraga, Industrial Application of Fuzzy Control to Large-Scale
Recombinant Vitamin B2 Production. J. Biosci. Bioeng., 87, 365-371
(1999)
2) J. Horiuchi, Fuzzy Modeling and Control of Biological Processes.
J. Biosci. Bioeng., 94, 574-578 (2002)
3) J. Horiuchi et al., Modeling of pH Response in Continuous
Anaerobic Acidogenesis by an Artificial Neural Network. Biochem.
Eng. J., 9, 199-204 (2001)
4）J. Horiuchi, et al., : Artificial Neural Network Model with
a Culture Database for Prediction of Acidification Step in Cheese
Production. Journal of Food Engineering, 63, 4, 459-465 (2004)
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(2)
環境生物工学分野
我々の社会の将来を考えた時、sustainableな循環型社会の構築は避けて通ることのできない課題です。本研究室では、北海道の未利用バイオマスを原料として、微生物機能やバイオリアクター技術を活用した様々な要素技術開発を行っています。次世代のエネルギー・物質生産システム、バイオリファイナリーの構築も本研究室の新しいターゲットです。また、企業・自治体と共同でコンポスト・メタン発酵などの環境分野の共同研究も活発に行っています。
主な研究テーマ
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未利用バイオマスを活用したバイオリファイナリーモデルの構築
- コーンコブ（トウモロコシの芯）を原料としたキシリトールの微生物生産
- チーズホエー（乳清）を原料とした環境調和型融雪剤CMAの微生物生産
- メタン発酵の高効率化-汚泥生物分解性の評価（企業との共同研究）
- 下水処理水を利用した寒冷地ビオトープの開発（企業との共同研究）
- キノコ廃培地由来木炭ペレットを用いる充填塔型バイオリアクターの開発
- 規格外玉ねぎを原料とした機能性オニオンビネガー生産プロセスの開発
- 寒冷地における下水汚泥の効率的コンポスト化
- 耐塩性藻類によるCO2固定と効率的培養法の開発
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オニオン
ビネガー |
耐塩藻類の培養と回収
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木炭ペレットバイオリアクター
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乳清からのCMAの微生物生産
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関連文献
1) J. Horiuchi
et al., Continuous Acetic Acid Production by a Packed Bed Bioreactor
Employing Charcoal Pellets Derived from Waste Mushroom Medium.
J. Biosci. Bioeng., 89, 124-128 (2000)
2) J. Horiuchi et al., Effective Onion Vinegar Production by
a Two-step Fermentation System. J. Biosci. Bioeng., 90, 289-293
(2000)
3) J. Horiuchi et al., Simplified Method for Estimation of Microbial
Activity in Compost by ATP Analysis. Bioresource Technology,
86, 95-98 (2002)
4) J. Horiuchi et al., Effective Cell Harvesting of Halotolerant
Microalga, Dunaliella tertiolecta, with pH Control. J. Biosci.
Bioeng., 95, 412-415 (2003)
5) J. Horiuchi, K. Tada, M. Kobayashi, T. Kanno, and K. Ebie:
Biological Approach for Effective Utilization of Worthless Onions
? Vinegar Production and Composting. Resources, Conservation
and Recycling, 40, 94-109 (2004)
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(3)
生物情報工学
近年のライフサイエンス分野の急速な進展に伴い、DNAチップや2次元電気泳動などの網羅的解析手法を用いる培養解析や最適化が可能になってきています。本研究室でも、リジン発酵やキシリトール発酵を対象に、代謝反応モデルを構築するとともに、連続培養系や２次元電気泳動を用いて細胞内タンパクの網羅的動態解析を行い、培養解析とプロセス最適化に取り組んでいます。またファジィ推論を活用したバイオインフォマティクスも研究対象としています。
主な研究テーマ
- プロテオーム解析に基づくリジン発酵の解析と最適化
（H14-16年度科研費研究課題）
- 代謝反応モデルを用いたキシリトール生産の最適化
- 連続培養系を用いたキシリトール代謝の解析
リジン生産菌の2次元電気泳動マップ
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キシリトール 代謝経路の簡略化モデル
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関連文献
1) 生命情報とモデリング、（堀内淳一、ソフトウェアバイオロジー、Vol.
1, No. 1, 31-35 (2002))
2)プロテオーム解析に基づくリジン発酵プロセスの解析、(多田清志，粕谷 聡，堀内淳一、ソフトウェアバイオロジー、Vol.
3, No. 1, 65-68 (2004)) |
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