小関 成樹 (コセキ シゲノブ)

農学研究院 基盤研究部門 生物環境工学分野教授
教育イノベーション機構教授

研究者基本情報

■ 通称等の別名
  • Shige Koseki
■ 学位
  • 博士(農学), 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
研究者番号
  • 70414498
ORCID IDResearcher ID
  • J-8317-2012
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 予測微生物学
  • 数理モデル
  • 予測モデル
  • 殺菌
  • 適合溶質
  • 確率論
  • 代謝阻害
  • アミノ酸
  • 細菌
  • 増殖阻害
  • 食品品質
  • 食品
研究分野
  • ライフサイエンス, 食品科学, 食品工学,食品安全
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2020年07月 - 現在
    北海道大学, 大学院農学研究院, 教授
  • 2013年08月 - 2020年06月
    北海道大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授
  • 2003年04月 - 2013年07月
    農研機構 食品総合研究所
  • 2010年03月 - 2011年03月
    タスマニア大学農学部, 客員研究員
  • 1998年04月 - 1999年03月
    三栄源エフ・エフ・アイ株式会社
委員歴
  • 2018年03月 - 現在
    Joint FAO/WHO Expert Meeting on Microbiological Risk Assessment (JEMRA), Member, 政府
  • 2016年04月 - 現在
    内閣府食品安全委員会, 評価技術ワーキンググループ, 政府
  • 2013年10月 - 現在
    内閣府食品安全委員会, 微生物・ウィルス専門調査委員会, 政府

研究活動情報

■ 受賞
  • 2010年03月, 第14回 安藤百福賞 発明発見奨励賞「食品における有害微生物の増殖および死滅の予測:数理モデルと情報技術の活用」
    小関 成樹
■ 論文
■ その他活動・業績
■ 主な担当授業
  • 食品・循環農業システム工学特論, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 食品加工工学特論, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 農学フロンティア総論, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 食資源生産論, 2024年, 修士課程, 国際食資源学院
  • 大学院共通授業科目(一般科目):自然科学・応用科学, 2024年, 修士課程, 大学院共通科目
  • 食品安全・機能性開発学特論, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 食品安全・機能性開発学特論演習, 2024年, 修士課程, 農学院
  • 環境と人間, 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 一般教育演習(フレッシュマンセミナー), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 農産物・食品加工工学Ⅰ, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 農産物・食品加工工学Ⅱ, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 材料力学, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 材料力学演習, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 物理学概論, 2024年, 学士課程, 農学部
  • 一般教育演習(フレッシュマンセミナー), 2024年, 学士課程, 全学教育
  • 環境と人間, 2024年, 学士課程, 全学教育
■ 所属学協会
  • Editorial board member, Applied and Environmental Microbiology
  • Editorial board member, International Journal of Food Microbiology
  • Editorial board member, Journal of Food Protection
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 微生物はなぜ乾燥に耐えられるのか?微生物細胞のガラス転移による乾燥適応機序の解明
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2021年04月05日 - 2024年03月31日
    小関 成樹
    乾燥食品(環境)において微生物が長期間にわたり生残するための乾燥ストレス耐性を獲得するメカニズムを,微生物細胞のガラス転移現象に焦点を絞り,その物理的状態の変化の観点から明らかにする。食中毒細菌の制御から有用細菌の安定保存までを可能とする科学的な基盤を構築することを目的とする。具体的には以下の3つの研究課題について取り組む。
    初年度は、研究対象を従来の細菌だけから,真菌類(カビ,酵母)や細菌芽胞に拡大して,ガラス転移温度(Tg)と水分活性(aw)との関係を昇温レオロジー測定によって明らかにした。また,得られたTgと保存中の生残に及ぼす影響を明らかにする。具体的には乾燥食品の食中毒原因として主要なサルモネラ属菌およびその近縁種の代替細菌としてCronobacter sakazakii など様々な食品の腐敗および変敗の原因となる細菌芽胞について検討した。
    また、乾燥耐性が高く,食品産業において重要な細菌 Cronobacter sakazakiiと酵母を用いて、様々なawに調節した試料の分子ダイナミクス(mean square displacement, MSD)を幅広い温度範囲で測定した。また,研究室既設の温度変調FT-IRを用い,各試料の分子間相互作用変化をガラス転移と水和レベルの観点から検討した。さらに、従来よりも高感度かつ広い温度範囲で微生物のガラス転移を検出可能な方法として,直列型昇温レオロジー測定を構築した。モデル試料としてアルブミンを用い,装置の効果を検証した。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 21H04710
  • 細菌細胞の乾燥によるガラス転移:物性研究から解明する静菌と殺菌の制御メカニズム
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2018年04月01日 - 2021年03月31日
    小関 成樹; 川井 清司
    本年度は以下について検討した。
    1.細菌のガラス転移温度(Tg)と水分活性(aw)との関係解明 ガラス転移に伴う力学的性質の変化を簡便に捉えるための方法として,市販のレオメータに温度制御装置を取り付けた昇温レオロジー測定法を 構築し,この測定手法を乾燥状態の細菌に適用することを考案し,昨年度の検討を通じてサルモネラの細菌細胞のガラス転移温度(Tg)も昇温 レオロジー測定によって検出し得ることを確認した。今年度は,試料調製や測定条件等を慎重に検討した上で,サルモネラ以外のクロノバクタ ー属菌等の乾燥に耐性を有する菌種におけるTgと水分活性(aw)の関係の違いを検討した。さらに,ガラス転移温度をパラメータに組み込んだ ,細菌の生残予測モデルを開発した。
    2.微生物のガラス転移温度(Tg)制御方法の開発 細菌のTgを可塑剤や硬化剤などによって制御する場合,それらの物質が細菌の細胞膜を透過する必要がある。一般に可塑剤は低分子であるた め,電解質やポリオール溶液に浸すことで,容易に成し得られる。問題は細胞内への硬化剤の導入である。一般にTgの高い成分は分子サイズも 大きく,細胞膜を透過させることはできない。この問題を克服するにあたり,申請者らは低分子同士の複合体形成に着目している。既往の研究 (Macfarlane et al., 2002)により,ある種の電解質(塩化マグネシウム等)とポリオール(グリセロール等)とは乾燥状態において複合体 を形成し,Tgが相乗的に高くなることが知られている。これらの物質はいずれも細胞膜を透過可能な分子サイズであり,細胞毒性も低い。本年 度は細胞内に導入した後,乾燥することで,細胞内部で複合体が形成され,内部のTgを引き上げることが可能かを詳細に検討した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 18H02148
  • 食物消化過程におけるカンピロバクターの生残特性を基盤とする新たな用量反応モデルの開発
    食品健康影響評価技術研究
    2018年 - 2019年
    小関成樹
    内閣府, 研究代表者, 競争的資金
  • 必須アミノ酸による食品有害細菌の増殖抑制効果:作用機構の解明と予測モデルの開発(国際共同研究強化)
    科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
    2016年 - 2018年
    小関 成樹
    本研究ではD-Trpにより細菌の増殖が抑制されるメカニズムを解明するためD-Trpが細菌細胞内で作用している可能性,細菌細胞外で作用している可能性の2つの仮説を立て検証を行った。得られた結果を総合的に判断すると,D-Trpによる細菌の増殖抑制はD-Trpが細菌に取り込まれて起こるのでなく,細胞膜や細胞外部で作用している可能性が高いという結論が得られた。またD-Trpにより増殖抑制されたE. coliは増殖可能な環境下に移ると再増殖したことから,D-Trpを微生物制御に利用する際は常に環境中にD-Trpが存在する必要があると考えられる。
    日本学術振興会, 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化), 北海道大学, 15KK0267
  • 必須アミノ酸による食品有害細菌の増殖抑制効果:作用機構の解明と予測モデルの開発
    科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化)
    2015年 - 2018年
    小関成樹
    文部科学省, 研究代表者, 競争的資金
  • 必須アミノ酸による食品有害細菌の増殖抑制効果:作用機構の解明と予測モデルの開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2014年04月01日 - 2017年03月31日
    小関 成樹
    新たな微生物制御技術の開発を最終的な目的とし,D-トリプトファンによるE. coliの増殖抑制効果に関する基礎的な検討を行った結果,以下の3点を明らかにした。1)D-トリプトファンによるE. coliの増殖抑制効果は浸透圧ストレスのみによって誘導されるものでなく,NaCl濃度が重要な役割を果たしている。2)NaCl濃度,D-トリプトファン濃度を説明変数とする,E. coli増殖限界予測モデルを構築し,効果発現に必要な濃度条件の組み合わせを探索可能とした。3)D-トリプトファンの取り込みによってE. coliは死滅し,その死滅速度は温度依存性が明確で,増殖の至適温度付近で最大の死滅速度になる。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 26450173
  • 損傷菌の発生機序の解明と検出・制御技術の開発
    食品の安全性と動物衛生の向上のためのプロジェクト
    2013年 - 2017年
    稲津康弘
    農林水産省, 競争的資金
  • 細菌の適応能力を逆手にとる:適合溶質の取込み機構を活用した安全・高品質な食品製造
    科学研究費助成事業 若手研究(B)
    2011年04月28日 - 2015年03月31日
    小関 成樹
    細菌のストレス応答時の適合溶質の細胞質内への取り込みに注目して,細菌が誤って適合溶質として機能しない非適合溶質を取り込むことによって,代謝阻害を誘導し,結果として増殖を抑制する,との仮説のもとに種々のアミノ酸をはじめとする食品素材の細菌増殖抑制効果を明らかにした。アミノ酸のなかでも,D-トリプトファンが顕著な効果を示すことを明らかにするとともに,最適な作用条件を解明した。新たな非熱的な微生物制御手法として利用が期待できる。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構->北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 23780150
  • 低水分含量食品中における食中毒細菌(サルモネラ、腸管出血性大腸菌)の菌数変動および生存確率予測モデルの開発
    食品健康影響評価技術研究
    2014年 - 2015年
    小関成樹
    内閣府, 研究代表者, 競争的資金
  • 殺菌効果と食品品質との最適化:確率論的安全ゾーン理論と殺菌最適化システムの構築
    科学研究費助成事業 若手研究(A)
    2009年 - 2012年
    小関 成樹
    近年,食品の安全性を確保する手法として,「リスク」の概念の導入が進みつつある。リスク概念から生まれた新たな概念として,フードチェーン全体を考慮するFood Safety Objective(FSO)が提案されている。本研究ではFSOに対応可能な新たな殺菌評価手法を開発することを目的として,殺菌効果の評価を従来の速度論的な評価から,確率論的な評価へ転換する。さらに,確率論的な評価の中で、殺菌処理によりネガティブな効果を受ける品質の評価を取り入れて,品質面と殺菌効果との最適化を図るための新たな概念として,安全性をゾーンとして捉えるStatistical Safety Zone(SSZ,確率論的安全ゾーン)理論を提案する。本年度は加熱殺菌の指標菌としてC.sporogens, B.subtilisおよびB.coagulansについて検討した。加熱温度,加熱時間,pH,水分活性といった基本要因が殺菌効果に及ぼす影響を明らかにして,新たな確率論的な殺菌予測モデルを開発するための基礎データを蓄積した。取得データは死滅確率(殺菌成功)をロジスティック回帰分析によって,多数の要因を組み込んで記述する数理モデルへと発展させることを可能とする。さらに、本年度は導入したレトルト殺菌機を用いて加熱方式の違いによる殺菌効果の違いについても明らかにして、それらの差異を従来殺菌の指標として用いられてきたF値による評価との関係を明らかにして、新たな評価手法開発の基盤を構築した。
    日本学術振興会, 若手研究(A), 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 研究代表者, 競争的資金, 21688010
  • 予測微生物学的解析手法を用いた微生物学的リスク評価システムの開発
    食品健康影響評価技術研究
    2007年 - 2009年
    小関成樹
    内閣府, 研究代表者, 競争的資金
  • 養液栽培におけるオゾン水による微生物制御と生産安定技術の開発
    先端技術を活用した農林水産研究高度化事業
    2007年 - 2008年
    谷岡 隆
    農林水産省, 競争的資金
  • 食品の非熱的処理における細菌死滅挙動の変動要因の解明と高精度予測モデルの開発
    科学研究費助成事業 若手研究(B)
    2006年 - 2008年
    小関 成樹
    非熱処理の一つである高圧処理における殺菌効果に及ぼす種々の環境要因を定量的に評価して,従来の死滅曲線を求めるモデル化手法とは異なる殺菌効果予測モデルを実際の食品系において開発した。また,高圧処理によって生ずる損傷菌の回復を制御するために,高圧処理後に温和な加熱処理を施す手法を開発した。さらに,損傷回復制御条件の最適化のための数理モデルを開発し,必要に応じた処理条件の選定を可能とした。
    日本学術振興会, 若手研究(B), 独立行政法人農業技術研究機構, 研究代表者, 競争的資金, 18780106
  • 強酸性電解水を用いた青果物の殺菌および青果物における食中毒細菌増殖モデルの開発
    科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
    2003年 - 2004年
    小関 成樹
    本研究は希薄な食塩水を電気分解することによって得られる強酸性電解水の殺菌力と,青果物の微生物増殖過程とに注目して,以下の3点を目的としている.
    1)強酸性電解水の殺菌効果を,青果物に接種した食中毒細菌に対する微生物学的な試験と共焦点レーザー蛍光顕微鏡(CLSM)による視覚化によって検討し,強酸性電解水の青果物における作用機構を明らかにする.
    2)強酸性電解水の新たな利用方法として,電解水氷の有効な活用方法を開発する.そのために,電解水氷の殺菌特性および冷却特性を明らかにする.
    3)強酸性電解水あるいは電解水氷によって殺菌した青果物の安全性を確保しつつ流通させるために,予測微生物学の手法を用いて,青果物の保存中における食中毒細菌増殖予測モデルを開発する.
    の以上3項目であるが,本年度はE.coli O157:H7をはじめとする種々の食中毒細菌青果物に接種し,青果物上での食中毒菌の増殖特性について検討した.一定温度条件下における増殖についての予測モデルの開発をした.さらに,変動温度条件にも対応できる予測モデルを開発して,実際の流通中の温度履歴からレタス上の食中毒細菌の増殖を精度良く予測することができた.この成果によって,温度履歴を測定することでその野菜における微生物学的な安全性を推定,評価することが可能になった.これらの結果はInternational Journal of Food Microbiologyに2報投稿し,受理され現在印刷中である.
    以上のように,本年度の研究実施状況は当初の計画通りに順調に進捗した.
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 独立行政法人食品総合研究所, 03J01477