『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

「食品分析用バイオセンサ」知財群のご紹介

2012年1月24日

農工大ティー・エル・オー株式会社

桐迫 正

新技術説明会 ～大学発知財群・企業向け提案～

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

概要

１．社会的背景

２．社会的要請

３．市場調査

４．食品産業ロードマップ

５．「食の安全・安心」に向けて（あるべき姿）

６．開発の目標

７．バイオセンサの仕様

８．要素技術と知財群形成

９．知財群形成後の進め方

１０．提案

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

１．１ 社会的背景

出典：厚生労働省 食中毒統計資料

患者数（左軸）

死者数（右軸）

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１．２ 社会的背景

平成22年度食中毒発生状況

患者数

O‐110/157 ２４人食中毒症状、男児死亡 富山の焼き肉店 2011年4月30日付 朝日新聞

出典：厚生労働省 食中毒統計資料

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１．３ 社会的背景

食物アレルギーの原因食物

出典：平成14年・17年度厚生労働科学研究報告書

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

１．４ 社会的背景

食品衛生法により 特定原材料として表示義務（７品目）

えび【海老フライ、エビ天ぷらなど】 かに【上海ガニ、松葉ガニなど】 卵【玉子、マヨネーズなど】 小麦【パン、うどんなど】 そば 【日本蕎麦】 落花生【ピーナッツ】 乳【牛乳、乳製品、チーズなど】

特定原材料等として表示を推奨（１８品目） 牛肉、豚肉、鶏肉

鮭、鯖

あわび、いか、いくら

大豆、まつたけ（松茸）、やまいも、くるみ

もも（桃）、オレンジ、キウイフルーツ、りんご、バナナ

ゼラチン

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２． 社会的要請

「食の安全・安心」 – 食中毒

– アレルギー

– 残留農薬

– 遺伝子組み換え

– 放射能

– 賞味期限/消費期限

– 産地（ブランド）識別

食品製造における品質管理 – 検査データの信頼性

– 表示の義務化/信頼性

– トレサビリティー

行政の対応 – 業界への指導

– 食品衛生法等の見直し

– 検査/測定の公定法化

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

出典：農林水産消費安全技術センター

３．１ 市場調査（製品）

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

３．２ 市場調査（製品）

出典：農林水産消費安全技術センター

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

３．３ 市場調査（製品）

出典：農林水産消費安全技術センター

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

３．４ 市場調査（食品製造）

製品出荷時のバイオセンサの導入・利用状況

代表的な企業において市場調査を実施

１次産業：「卵」

２次産業：「飲料（ビール）」、「調味料（醤油）」、「乳製品（バター）」「乳製品（ヨーグルト）」、「畜肉製品（ハム）」、「米加工品（煎餅）」「冷凍食品（シューマイ）」

３次産業：「惣菜（ポテトサラダ）」、店舗調理惣菜（サラダ類）」

受入れ検査：どの業種も「バイオセンサ」を導入していない。

製造工程上：飲料（ビール）のみＰＣＲによる検査を実施

PCR：Polymerase Chain Reaction DNAを増幅する手法

出荷検査：一部導入

飲料（ビール）：ＰＣＲによる検査

調味料（醤油）：ＡＴＰ生物発光測定装置

畜肉製品（ハム）：腸管出血性大腸菌群用簡易キットによる検査

ATP：アデノシン三リン酸

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３．５ 市場調査（食品製造）

微生物検査の対象

「1次産業；卵」、「2次産業：畜肉製品」、「3次産業：惣菜」とも病原性微生物（O157、サルモネラ、黄色ブドウ球菌、等）の発生に注意を払っている。

加工食品製造（2次産業）のほとんどは製品に影響を与える微生物（耐熱芽胞菌、乳酸菌、酵母、カビ）のコントロールにも注意を払っている。

「ビール」「しょうゆ」の企業は、ＰＣＲを用いて微生物の遺伝子検査を行い、最終製品の出荷時の製品品質に影響を及ぼす酵母や乳酸菌の菌種同定のために用いている。

最終製品の品質保証のためには公定法に準拠した検査が必須である。

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

食品の原料調整～製造～出荷までの日数

単位；日 約1～1.5日 （★）

約75～76日（1～1.5日）

約190～200日 （3～5日）

約8～10日（3～5日）

約6～7日（★） 約14～15日（3～5日）

約4～5日（3～5日）

約4～5日（3～5日）

約0.5～1日（★）

約0.5日（★）

卵

ビール

醤油

バター

ヨーグルト

ハム

米菓

冷凍食品

惣菜

店舗調理惣菜

（ ）内出荷判定の期間 ★：微生物結果が出荷後に判定される

３．６ 市場調査（食品製造）

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

３．７ 市場調査（食品製造）

食物アレルギー表示に対する対応状況

製品中のアレルギー成分の定量・定性分析を実施している企業はない。

アレルギー成分が含まれているかどうか製品開発段階で、採用する原材料業者が提示する分析結果を元に対応している。

ＨＡＣＣＰによるトレーサビリティのデータベースを確立しているところも多く、毎回の原材料の納入時には、原材料業者が提示する原料規格、成分規格書内容確認の対応のみとなっている。

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３．８ 市場調査（食品製造）

製造設備の洗浄管理

日々の洗浄はＣＩＰを採用している企業が多い。

CIP：Cleaning In Place 設備を分解することなく洗浄する手法

残渣が残りやすい部分（配管の継ぎ目、バルブ、濾過フィルター等）は分解洗浄となる。

他の生産品に切り替えるときや、最終製品の一般生菌数が通常よりも多く検出されたときには、洗浄後にスワブテスト実施し、製造工程上のクリーン度を確認している。

スワブテストには簡易検査キットを採用している企業が多い。

洗浄後に残渣（汚れ）がある場合は、そこに微生物などの細菌巣ができやすくなると考えられる。

洗浄周期は、製品の切り替え（ロット）毎、あるいは１日の製造終了時に、製造工程全体の洗浄を実施している。

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３．９ 市場調査（食品製造）

食中毒防止のための対応状況

ほとんどの食品製造業では、ＨＡＣＣＰを導入。

HACCP：食品を製造する際に工程上の危害を起こす要因（ハザード；Hazard）を分析しそれを最も効率よく管理できる部分（CCP；必須管理点）を連続的に管理して安全を確保する管理手法

乳製品、畜肉製品、冷凍食品の企業では、ＩＳＯ22000を取得。

ISO22000：原材料の調達から安全まで、安全、安心を確保するため、表示やコミュニケーションまで含めて管理するという、総合的な食品安全対策

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３．１０ 市場調査（食品製造）

バイオセンサに要求される仕様 製造物の品質検査は工場の品質管理室で実施することが多い。 品質管理室では製造物の微生物検査の他にも成分分析を実施するため、できるだけ簡易に迅速に、かつ正確に判定が得られる方法が必要とされる。

惣菜業では、原材料の搬入から製品出荷までの時間が短くなければならない。 トータルで約４～５時間、微生物部検査は結果判定までの３０分以内が望ましい。

バイオセンサに要求される仕様

短時間測定

低コスト

簡便な操作性

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３．１１ 市場調査（食品製造）

開発コンセプトの受容性

検査の迅速性、時間短縮が望める点で関心は高い。

分析作業の手間、時間短縮が実現できれば、製造コストを下げることが可能となる。

目的とする菌種は病原性微生物だけではなく、製品の品質に影響のある乳酸菌や酵母などの検出が可能か？

検出限界は？

検査の迅速性、検出感度の向上、公定法との相関データ示すことで、新しい検査システムの導入意欲が高まる。

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４．１ 食品産業技術ロードマップ

出典：農林水産先端技術産業

振興センター

食の安全・安心

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

出典：農林水産先端技術産業振興センター

４．２ 食品産業技術ロードマップ

食品の安全を確保（事故防止） 生物学的危害要因の把握・評価

有害微生物迅速検出・同定・定量システムの開発

有害微生物のオンライン検出技術開発

微生物予測モデルの作成

化学的危害要因の把握・評価 残留農薬、残留動物医薬等の同時一斉分析技術開発

新たに生じる微量化学ハザードの効率的分析技術

アレルゲンの検出・評価システム

残留農薬の分析技術

製造機械・容器包材の安全性確保 食品加工製造ラインの清浄度評価技術

トレサビリティーの確保・能力向上 品種、産地、加工方法の科学的鑑別技術

課題・テーマ 社会的背景、消費者ニーズ 解決策 対応する技術開発課題

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出典：農林水産先端技術産業振興センター

４．３ 食品産業技術ロードマップ

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出典：農林水産先端技術産業振興センター

４．４ 食品産業技術ロードマップ

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食品製造における品質管理

５． 「食の安全・安心」にむけて（あるべき姿）

飼料 原材料 製品 食卓

流通

輸入

受入検査

品質管理

品質管理 出荷検査

品質管理

検疫

設備の洗浄管理

食品製造

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

バイオセンサの検出対象 – 食中毒を引き起す微生物、細菌、ウィルスの検出

– 食物アレルギーの原因となるアレルゲンの検出

– 魚介類の鮮度管理

– 原材料の産地識別

バイオセンサの導入場面 – 食品製造における品質管理

• 原材料の受入れ検査

• プロセス内の品質管理

• 製品の出荷検査

– 生産ラインの設備管理 • 定期洗浄後の清浄度管理

導入業種 – 液状の製品を扱う業種（飲料、調味料、乳製品など）

６． 開発の目標

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光学的検出 – 吸光度、蛍光強度 – 蛍光異方性 – エバネッセント光 – 屈折率（表面プラズモン共鳴） – 光の散乱

電気的検出（FET） – 電流/電位/電荷

その他の検出 – 表面音響波（ＳＡＷ）の伝達速度 – 質量 – 発熱量（温度）

７． バイオセンサの仕様

電界効果トランジスタ（FET）型バイオセンサ

FETの利点 – 応答が速い – 選択膜で種類を変えられる。 – 集積化が可能、小型化 – 多検体検出 – 低コスト化

食品業界の求める仕様

短時間測定

低コスト

簡便な操作性

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７． バイオセンサの仕様

FET型バイオセンサのイメージ

ゲート

選択膜

固定化層

ソース ドレイン

基準電極

Vg

Vd

出力

標的 アプタマー

東京農工大学 池袋教授の知財

標的に対し特異性の優れた アプターの開発手法

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７． バイオセンサの仕様

バイオセンサ システム製品イメージ

計測部

信号処理部 データ処理

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知財群

アプタマー/DNA/ 酵素/微生物/抗体

企業

運用技術/ センサ較正

微細加工技術 MEMS/μ TAS

バイオセンサ

電極構造/材質/ 形状/製造方法

トランスデューサ （信号変換）

シーズ

ニーズ

分子識別素子

固定化担体/手法/ 界面制御

電極活性物質/透過 膜/イオン感応膜

固定化層

選択膜

メディエータ

組込み/小型化/ 測定方式/運用方法

信号処理/ﾃﾞｰﾀ処理 ユーザIF/操作性

操作全般

アライアンス

バイオセンサ世界市場規模 2009年： 67億2000万ドル 2016年：144億2000万ドル

筑波大学：長崎教授 信州大学：小駒准教授 東京海洋大学：大貫助教

関連業界

食品 計測・分析機器 エレクトロニクス

電気化学 半導体 MEMS

ICT 材料

８． 要素技術と知財群形成

実用化技術

構成要素技術

センサシステム

実装技術

東京農工大学池袋教授

東京海洋大学 遠藤教授

東京理科大学 矢島教授

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

９． 知財群形成後の進め方

知財群枠組み

要素技術基礎データ収集

試作機 設計

製作

評価

2012年 2013年 2014年 2015年 2011年

大学 企業

製品 設計

製作

評価

○

◎

◎

◎

◎

◎

○

◎ ◎

○

◎

◎

○

○

プロジェクト発足

製品完成

『複合領域「知財群」創造的活用ネットワーク構築』事業

参加企業に期待する技術 – 試作機の設計、製作

• 微細加工

– 製品化するための実装技術（設計、製作） • 組込み、小型化、量産性

– 計測機器としてシステム化 • 信号処理、データ処理、ユーザIF、操作性

– 計測データの精度、信頼性、再現性の確認

１０．提案

問合せ先 事務局： 東京理科大学 科学技術交流センター（承認TLO） 安江 ＴＥＬ：03-5225-1089 担当： 農工大ティー・エル・オー株式会社 桐迫 ＴＥＬ：042-388-7254

関連する業界 食品 計測・分析機器 エレクトロニクス

電気化学 半導体 MEMS

ICT 材料