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バイオマス分解酵素研究の最前線 :セルラーゼ・ヘミセルラーゼを中心として

シーエムシー出版/2012.3.

当館請求記号:RA84-J13

分類:技術動向


目次


目次

  • 序章
  • 1
    セルラーゼ研究,古くから現在へ
    神田鷹久
    天野良彦
    1
    • 1.1
      はじめに
      1
    • 1.2
      セルラーゼ研究の推移
      1
    • 1.3
      セルラーゼ研究の流れの中で興味ある話題
      2
    • 1.4
      おわりに
      5
  • 2
    バイオマス分解酵素研究の新たな展開
    蓮沼誠久
    近藤昭彦
    6
    • 2.1
      はじめに―加速するバイオリファイナリー研究―
      6
    • 2.2
      バイオリファイナリーに資するバイオマス分解酵素研究
      7
    • 2.3
      プロセス統合化のためのバイオマス分解微生物の利用
      8
    • 2.4
      おわりに
      8
  • 【第1編】
    多様なセルラーゼ・ヘミセルラーゼ
    • 第1章
      糸状菌・担子菌の酵素
      • 1
        Trichoderma reesei
        森川康
        10
        • 1.1
          はじめに
          10
        • 1.2
          T.reeseiセルラーゼの種類と機能
          11
        • 1.3
          T.reeseiセルラーゼ遺伝子とその発現調節
          14
        • 1.4
          バイオマス分解用高機能T.reeseiセルラーゼの創成
          16
      • 2
        糸状菌Trichoderma reeseiにおけるセルラーゼ・ヘミセルラーゼ遺伝子発現機構
        小笠原渉
        志田洋介
        20
        • 2.1
          セルロース分解性糸状菌Trichoderma reesei
          20
        • 2.2
          T.reeseiにおけるセルラーゼ・ヘミセルラーゼの生産機構
          20
        • 2.3
          T.reeseiにおけるセルラーゼ・ヘミセルラーゼ遺伝子の転写調節因子
          21
        • 2.4
          T.reeseiにおけるセルラーゼ・キシラナーゼ遺伝子の誘導発現モデル
          24
      • 3
        Aspergillus aculeatusのセルラーゼ系
        川口剛司
        荒井基夫
        27
        • 3.1
          Aspergillus aculeatusのセルラーゼとその利用
          27
        • 3.2
          Aspergtllus aculeatusのセルラーゼ遺伝子
          30
      • 4
        Acrernonium cellulolyticus
        藤井達也
        澤山茂樹
        34
        • 4.1
          はじめに
          34
        • 4.2
          A.cellulolyticus糖化酵素による植物バイオマスの糖化特性
          34
        • 4.3
          A.cellulolyticusのゲノム解析および遺伝子操作技術
          36
        • 4.4
          おわりに
          36
      • 5
        担子菌(Irpex lacteus)のセルラーゼ
        天野良彦
        野﨑功一
        38
        • 5.1
          バイオマス分解酵素生産菌としての魅力
          38
        • 5.2
          CBH Iタイプのセルラーゼ
          40
        • 5.3
          CBH IIタイプのセルラーゼ
          41
        • 5.4
          エンド型セルラーゼ
          41
        • 5.5
          β-グルコシダーゼとセロビオース脱水素酵素
          42
    • 第2章
      菌類の酵素
      • 1
        好熱嫌気性細菌Clostridium thermocellumが生産するセルロソーム―その特徴と高活性セルロソーム開発
        小杉昭彦
        森隆
        44
        • 1.1
          はじめに
          44
        • 1.2
          Clostridium thermocellumのセルロソームの特徴
          45
        • 1.3
          高活性Clostridium thermocellum S14株の分離と特性
          46
        • 1.4
          セルラーゼ酵素複合体を生産する好熱嫌気性好アルカリ性細菌の分離
          48
        • 1.5
          おわりに
          48
      • 2
        Clostridium属細菌(中温菌)
        三宅英雄
        田丸浩
        50
        • 2.1
          はじめに
          50
        • 2.2
          セルロソーム
          50
        • 2.3
          セルロソームとノンセルロソームの相乗効果
          51
        • 2.4
          セルロソーム生産性中温菌Clostridium属のゲノム解析
          52
        • 2.5
          おわりに
          54
      • 3
        耐熱性菌―超耐熱性セルラーゼー
        石川一彦
        56
        • 3.1
          はじめに
          56
        • 3.2
          超耐熱性セルラーゼ酵素の発見
          56
        • 3.3
          超耐熱性エンド型セルラーゼの産業応用
          57
        • 3.4
          超耐熱性セルラーゼの構造機能解析
          58
        • 3.5
          今度の展開
          60
      • 4
        放線菌
        金子哲
        林清
        62
        • 4.1
          放線菌のセルロース分解酵素系
          62
        • 4.2
          放線菌のヘミセルラーゼ
          64
    • 第3章
      植物由来の細胞壁分解酵素
      小西照子
      竹田匠
      • 1
        はじめに
        67
      • 2
        植物細胞壁の構造
        67
      • 3
        植物成長に関与する細胞壁分解酵素
        67
      • 4
        セルロース生合成に関与する細胞壁分解酵素
        69
      • 5
        防御応答に関与している細胞壁分解酵素
        69
      • 6
        果実の熟成および軟化に関与する細胞壁分解酵素
        70
      • 7
        セルロース系バイオマスの利用において
        70
    • 第4章
      昆虫の酵素(ゴキブリ,シロアリ,カミキリムシなど)
      渡辺裕文
      • 1
        はじめに
        72
      • 2
        GH9エンドグルカナーゼ
        73
        • 2.1
          昆虫由来GH9 EGのリコンビナント生産
          73
      • 3
        昆虫由来GH5 EG
        74
      • 4
        昆虫由来GH45 EG
        75
      • 5
        GH48に属する昆虫由来酵素
        75
      • 6
        GH28に属する昆虫由来酵素
        76
      • 7
        β-グルコシダーゼ
        76
        • 7.1
          昆虫由来GH1 BGL
          76
        • 7.2
          昆虫由来GH3酵素
          76
        • 7.3
          昆虫由来BGLのリコンビナント発現生産と特性
          77
      • 8
        昆虫の消化性共生微生物のセルラーゼ
        77
      • 9
        今後の昆虫セルラーゼ研究
        77
    • 第5章
      動物の酵素
      • 1
        ルーメンからの酵素
        高橋潤一
        79
        • 1.1
          ルーメンセルロース・ヘミセルロース分解菌
          79
        • 1.2
          アンモニアストリッピングとR.flavefaciensによるセルロース・ヘミセルロースの分解モデル
          81
      • 2
        水生生物のセルラーゼとヘミセルラーゼ
        谷村彩
        劉文
        山田京平
        豊原治彦
        84
        • 2.1
          緒論
          84
        • 2.2
          外源性と内源性のセルラーゼ
          85
        • 2.3
          外源性と内源性のヘミセルラーゼ
          88
        • 2.4
          まとめ
          88
    • 第6章
      環境遺伝子の網羅的解析と植物バイオマス分解酵素
      井上潤一
      大熊盛也
      • 1
        はじめに
        92
      • 2
        メタゲノム解析の方法
        92
      • 3
        メタゲノム解析によって網羅的に取得された配列群
        93
      • 4
        メタトランスクリプトーム解析―シロアリ共生微生物の解析例の紹介―
        94
      • 5
        課題と展望
        95
  • 【第2編】
    関連酵素
    • 第7章
      リグニン分解酵素
      渡辺隆司
      • 1
        白色腐朽菌によるリグニン分解
        98
      • 2
        リグニン分解酵素
        98
        • 2.1
          リグニンペルオキシダーゼ
          92
        • 2.2
          バーサタイルペルオキシダーゼ(VP)
          101
        • 2.3
          マンガンペルオキシダーゼ
          102
        • 2.4
          ラッカーゼ
          103
      • 3
        リグニン分解に関与する担子菌の多様な酵素
        104
    • 第8章
      セルロース膨潤タンパク質
      竹田匠
      • 1
        植物細胞壁のゆるみを誘導するエクスパンシン
        108
      • 2
        エクスパンシンの多様性
        108
      • 3
        遺伝子情報を用いたエクスパンシンの探索
        109
      • 4
        エクスパンシンによる細胞壁糖鎖の分解促進作用
        110
      • 5
        糖化へのエクスパンシン利用
        112
  • 【第3編】
    セルラーゼの構造・機能
    • 第9章
      セルラーゼ活性測定の標準化
      小林良則
      • 1
        はじめに
        114
      • 2
        還元糖定量法の標準化
        114
      • 3
        タンパク質の定量法
        116
      • 4
        酵素活性・糖化能測定法
        117
        • 4.1
          FPU活性測定法
          117
        • 4.2
          CMCase活性測定法
          117
        • 4.3
          β-Glucosidase活性測定法
          118
        • 4.4
          Avicelase活性測定法
          119
        • 4.5
          Xylanase活性測定法
          119
        • 4.6
          β-Xylosidase活性測定法
          120
        • 4.7
          バイオマス酵素糖化能測定法
          120
      • 5
        おわりに
        122
    • 第10章
      セルラーゼの立体構造と作用機作
      • 1
        セルラーゼの立体構造
        苅田修一
        124
        • 1.1
          GHファミリー5(GH5)
          129
        • 1.2
          GHファミリー6(GH6)
          130
        • 1.3
          GHファミリー7(GH7)
          130
        • 1.4
          GHファミリー8(GH8)
          130
        • 1.5
          GHファミリー9(GH9)
          131
        • 1.6
          GHファミリー12(GH12)
          131
        • 1.7
          GHファミリー44(GH44)
          31
        • 1.8
          GHファミリー45(GH45)
          132
        • 1.9
          GHファミリー48(GH48)
          132
        • 1.10
          GHファミリー61(GH61)
          132
        • 1.11
          GHファミリー124(GH124)
          132
      • 2
        セルラーゼとリグノセルロースの分子間相互作用
        高田理江
        渡辺隆司
        135
        • 2.1
          はじめに
          135
        • 2.2
          リグニンによるセルラーゼの阻害
          135
        • 2.3
          リグニンへの吸着性を支配する酵素の構造
          137
        • 2.4
          セルラーゼのリグノセルロースへの非生産的な吸着を軽減する添加剤
          138
        • 2.5
          CBMの基質認識と前処理バイオマス表層糖鎖解析への応用
          140
        • 2.6
          おわりに
          141
      • 3
        セルラーゼのプロセッシブ性と構造の相関
        五十嵐圭日子
        143
        • 3.1
          はじめに
          143
        • 3.2
          セロビオヒドロラーゼはなぜセルロースをセロビオースで切り出すのか?
          143
        • 3.3
          セルラーゼの構造がプロセッシビテイに与える影響
          144
        • 3.4
          エンド型-エキソ型とプロセッシビティの違い
          146
        • 3.5
          セルロース基質がエンド型-エキソ型,プロセッシビティに与える影響
          146
        • 3.6
          おわりに
          148
      • 4
        セルラーゼの反応機構
        伏信進矢
        150
        • 4.1
          標準的な反応機構
          150
        • 4.2
          GHファミリーと反応機構の対応
          151
        • 4.3
          例外的な反応機構
          152
        • 4.4
          基質の歪み
          153
    • 第11章
      セロビオヒドロラーゼ糖結合性モジュールのドッキング解析
      湯井敏文
      椎葉大偉
      • 1
        はじめに
        155
      • 2
        セルロース結晶面に対するCBMの結合様式
        155
      • 3
        セルロース結晶表面認識に関わるアミノ酸残基
        158
      • 4
        おわりに
        158
    • 第12章
      セルラーゼによる分解程度を指標とした基質構造のハイスループット分析
      堀川祥生
      杉山淳司
      • 1
        はじめに
        160
      • 2
        近赤外分光法と多変量解析
        160
      • 3
        前処理残渣による検量モデルの構築
        162
      • 4
        前処理濾液による検量モデルの構築
        163
      • 5
        展望
        164
    • 第13章
      セルロース合成における分解酵素の役割
      田島健次
      • 1
        はじめに
        165
      • 2
        バクテリアにおけるセルロース合成酵素選伝子と合成酵素複合体(TC)
        165
      • 3
        バクテリア由来エンドグルカナーゼの立体構造
        166
      • 4
        セルロース合成における分解酵素の機能
        167
      • 5
        おわりに
        169
  • 【第4編】
    ヘミセルラーゼの構造・機能
    • 第14章
      ヘミセルラーゼの立体構造
      金子哲
      • 1
        キシラナーゼの立体構造
        170
      • 2
        α-L-アラビノフラノシダーゼの立体構造
        175
      • 3
        α-グルクロニダーゼの立体構造
        177
    • 第15章
      ヘミセルラーゼの作用機作
      阪本龍司
      • 1
        はじめに
        180
      • 2
        キシランの構造
        180
        • 2.1
          グルクロノキシラン(O-アセチル-4-O-メチルグルクロノキシラン)
          181
        • 2.2
          アラビノグルクロノキシラン(アラビノ-4-O-メチルグルクロノキシラン)
          181
        • 2.3
          アラビノキシラン
          181
      • 3
        キシラン分解酵素
        181
        • 3.1
          エンド-β-1, 4-キシラナーゼ(EC 3.2.1.8)
          181
        • 3.2
          β-キシロシダーゼ(EC 3.2.1.37)
          182
        • 3.3
          α-L-アラビノフラノシダーゼ(EC 3.2.1.55)
          183
        • 3.4
          フェルラ酸エステラーゼ(EC 3.1.1.73)
          183
        • 3.5
          α-D-グルクロニダーゼ(EC 3.2.1.139)
          183
        • 3.6
          アセチルキシランエステラーゼ(EC 3.1.1.72)
          184
      • 4
        キシログルカン(XG)の構造
        184
      • 5
        XG分解酵素
        185
        • 5.1
          XG特異的エンド-β-1, 4-グルカナーゼ(キシログルカナーゼ;EC 3.2.1.151)
          185
        • 5.2
          オリゴXG還元末端特異的セロビオヒドロラーゼ(EC 3.2.1.150)
          185
        • 5.3
          オリゴXG特異的イソプリメベロース生成酵素(EC 3.2.1.120)
          185
        • 5.4
          その他
          185
      • 6
        マンナンの構造
        186
        • 6.1
          直鎖マンナン
          186
        • 6.2
          グルコマンナン
          186
        • 6.3
          ガラクトマンナン
          186
        • 6.4
          ガラクトグルコマンナン
          187
      • 7
        マンナン分解酵素
        187
        • 7.1
          エンド-β-1, 4-マンナナーゼ(EC 3.2.1.78)
          187
        • 7.2
          β-マンノシダーゼ(EC 3.2.1.25)
          187
        • 7.3
          β-グルコシダーゼ(EC 3.2.1.21)
          187
        • 7.4
          α-ガラクトシダーゼ(EC 3.2.1.22)
          188
        • 7.5
          アセチル(ガラクト)グルコマンナンエステラーゼ(EC 3.1.1.6)
          188
      • 8
        おわりに
        188
  • 【第5編】
    セルラーゼの高機能化
    • 第16章
      人工セルロソームの構築と酵母での発現
      粟冠和郎
      幸田勝典
      • 1
        はじめに―人工セルロソーム構築のための分子生物学的基盤
        190
      • 2
        人工セルロソームの構築
        191
      • 3
        人工セルロソームの酵母への導入
        192
        • 3.1
          Aga1-Aga2システムによる酵母表層上での骨格タンパク質の発現
          193
        • 3.2
          酵母表層での骨格タンパク質と酵素の複合体形成
          193
      • 4
        おわりに
        194
    • 第17章
      無細胞合成系を用いたセルラーゼの高機能化
      今村千絵
      池内暁紀
      伊藤洋一郎
      • 1
        はじめに
        196
      • 2
        無細胞系の最適化によるセルラーゼの活性型での生産
        196
      • 3
        無細胞合成系によるセルラーゼの高機能化
        197
        • 3.1
          改良型SIMPLEX法による分解活性の向上
          198
        • 3.2
          アラニンスキャニングを利用した活性中心の最適化
          199
        • 3.3
          有利変異の相加
          200
      • 4
        おわりに
        201
    • 第18章
      細胞表層工学を利用した最適なセルラーゼカクテルの構築
      中西昭仁
      Bae Jungu
      黒田浩一
      植田充美
      • 1
        はじめに
        202
      • 2
        バイオエタノールの現状
        202
        • 2.1
          セルラーゼによるセルロースの分解
          203
        • 2.2
          セルラーゼ提示酵母によるセルロースからの発酵
          203
        • 2.3
          セルラーゼカクテルの選抜
          204
      • 3
        おわりに
        206
    • 第19章
      モジュール再編成によるセルラーゼの高機能化
      梅津光央
      金渡明
      中濯光
      • 1
        はじめに
        208
      • 2
        固相基質分解酵素の構造的特徴
        208
      • 3
        モジュール単位での直接融合による組換え蛋白質設計
        209
      • 4
        コヘシンードッケリン相互作用を利用したセルラーゼ連結
        210
      • 5
        ビオチンーアビジン相互作用を利用したセルラーゼ連結
        212
      • 6
        ナノ材を骨格としたセルラーゼ連結
        212
      • 7
        おわりに
        214
  • 【第6編】
    セルラーゼ・ヘミセルラーゼの大量生産
    • 第20章
      セルラーゼ高生産糸状菌 Trichoderma reesei日本型系統菌株の開発
      小笠原渉
      志田洋介
      • 1
        TrichOderma reesei日本型系統樹進化への転写調節因子の関与
        216
        • 1.1
          日本型系統樹の比較ゲノム解析
          216
        • 1.2
          日本型系統樹の進化とは?
          219
      • 2
        日本型系統菌株のさらなる進化
        220
        • 2.1
          最適比率での酵素生産技術開発
          220
        • 2.2
          日本独自の最適比率での酵素生産技術開発(マイナープロモーターの利用)
          221
    • 第21章
      Acremonium cellulolticus由来糖質分解酵素の工業化検討
      村島弘一郎
      • 1
        はじめに
        224
      • 2
        菌株育種による生産性向上検討
        224
      • 3
        培地・培養条件の最適化による生産性向上について
        226
    • 第22章
      Bacillus
      荒勝俊
      • 1
        はじめに
        227
      • 2
        枯草菌ゲノムの改変技術
        227
      • 3
        枯草菌宿主の改良
        228
        • 3.1
          枯草菌遺伝子の機能性評価
          228
        • 3.2
          宿主ゲノムの縮小化による酵素高生産化
          229
      • 4
        枯草菌の酵素高生産化技術
        229
        • 4.1
          アミノ酸代謝系の制御によるセルラーゼ高生産化
          229
        • 4.2
          分泌装置の改良によるセルラーゼ高生産化
          229
        • 4.3
          細胞膜・壁の人工改変によるセルラーゼ高生産化
          230
      • 5
        ゲノム縮小株への技術統合による高機能化
        231
  • 【第7編】
    バイオマス利用分野への展開
    • 第23章
      バイオマス酵素糖化反応の解析
      小林良則
      • 1
        はじめに
        233
      • 2
        標準前処理標品の調製
        233
      • 3
        市販セルラーゼの特性
        235
      • 4
        前処理物の糖化パターン
        236
      • 5
        成分酵素の糖化における役割
        237
      • 6
        酵素コスト低減と頭打ち現象
        239
      • 7
        おわりに
        241
    • 第24章
      機械的前処理バイオマスの酵素分解
      矢野伸一
      • 1
        はじめに
        242
      • 2
        微粉砕による前処理
        242
      • 3
        前処理バイオマスの酵素糖化
        244
      • 4
        おわりに
        246
    • 第25章
      セルロソームの回収・再利用法の開発
      川出雄二郎
      田丸浩
      • 1
        はじめに
        247
      • 2
        セルロソームについて
        248
      • 3
        セルロソーム回収・再利用
        249
        • 3.1
          回収することの優位性
          249
        • 3.2
          セルロソームの回収
          249
        • 3.3
          セルロソームの回収・再利用
          251
      • 4
        まとめ・今後の展望
        251
    • 第26章
      セルラーゼ回収・再利用によるエタノール発酵の高効率化
      杉浦純
      趙雅蘋
      • 1
        はじめに
        253
      • 2
        バイオマスの糖化プロセス
        254
      • 3
        まとめ
        258
    • 第27章
      再生セルロースの酵素分解
      水野正浩
      • 1
        はじめに
        259
      • 2
        再生セルロースとは
        260
      • 3
        セルラーゼによるセルロースIIの酵素分解特性
        260
      • 4
        イオン液体処理により得られる再生セルロースの酵素分解
        262
    • 第28章
      セルラーゼ細胞表層提示酵母を用いたバイオマス変換
      山田亮祐
      蓮沼誠久
      近藤昭彦
      • 1
        はじめに
        265
      • 2
        統合型バイオプロセスによるエタノール生産
        265
      • 3
        統合型バイオエタノール生産を実現する細胞表層提示技術
        267
      • 4
        セルラーゼ細胞表層提示酵母を用いたセルロースからの統合型バイオエタノール生産
        267
      • 5
        セルラーゼ細胞表層提示割合最適化法の開発
        269
      • 6
        おわりに
        270
    • 第29章
      リグニン分解酵素表層提示酵母を用いたバイオマス変換
      Bae Jungu
      中西昭仁
      黒田浩一
      植田充美
      • 1
        はじめに
        272
      • 2
        細胞表層提示酵母を用いた前処理の利点と可能性
        273
      • 3
        ラッカーゼI提示酵母を用いたバイオマスの前処理
        274
        • 3.1
          ラッカーゼI提示酵母の構築
          274
        • 3.2
          ラッカーゼI提示酵母による稲わらの前処理&セルラーゼ提示酵母による糖化・発酵
          275
      • 4
        おわりに
        275
    • 第30章
      セルラーゼによるセルロースのナノファイバー化
      林徳子
      • 1
        はじめに
        278
      • 2
        従来のセルロースナノファイバー製造法
        278
      • 3
        酵素加水分解によるセルロースの微細化
        279
        • 3.1
          Trichoderma CBH I(Cel7A)の作用で見られる微細化
          279
        • 3.2
          Trichoderma CBH I(Cel7A)のCBMの作用で見られる微細化
          282
        • 3.3
          エンドグルカナーゼと物理的破壊の同時併用処理による微細化
          282
    • 第31章
      ペーパースラッジを原料としたセルラーゼの生産とペーパースラッジのバイオエタノールへの変換
      朴龍洙
      • 1
        はじめに
        285
      • 2
        PSとは
        285
      • 3
        未処理PSを用いたセルラーゼの生産
        285
      • 4
        PS由来のセルラーゼを用いたPSの糖化
        287
      • 5
        PS由来のセルラーゼを用いたPSの同時糖化・発酵によるエタノールの生産
        288
        • 5.1
          PSのSHFによるエタノール生産
          288
        • 5.2
          PSの同時糖化・発酵によるエタノールの生産
          289
        • 5.3
          PSの同時糖化・発酵によるエタノールの生産向上
          289
      • 6
        おわりに
        290
  • 【第8編】
    修飾酵素としての応用展開
    • 第32章
      洗剤への応用
      尾崎克也
      • 1
        はじめに
        293
      • 2
        洗剤用アルカリセルラーゼの開発
        293
      • 3
        高機能セルラーゼ開発と構造機能解析
        295
      • 4
        洗剤用セルラーゼの状況と今後の展望
        295
    • 第33章
      繊維業界でのセルラーゼの利用
      村島弘一郎
      • 1
        はじめに
        298
      • 2
        デニムの洗い加工へのセルラーゼの応用(バイオウォッシュ加工)
        298
      • 3
        天然セルロース系繊維加工へのセルラーゼの応用
        300
        • 3.1
          セルラーゼの精錬工程への応用(バイオ精錬)
          300
        • 3.2
          セルラーゼの仕上げ加工への応用(バイオフィニッシュ加工)
          300
    • 第34章
      紙パルプへの応用
      社領正樹
      • 1
        はじめに
        302
      • 2
        濾水性向上による,リサイクルパルブの乾燥費用削減
        302
      • 3
        クラフトパルプの叩解エネルギー削減
        302
      • 4
        脱インク
        304
      • 5
        クラフトパルプの漂白促進
        304
      • 6
        漂白ユーカリクラフトパルブの黄変防止
        305
    • 第35章
      食品への応用
      森茂治
      • 1
        はじめに
        306
      • 2
        醸造
        307
        • 2.1
          ビール
          307
        • 2.2
          ワイン
          307
      • 3
        果汁・野菜加工
        307
      • 4
        製パン
        308
      • 5
        最近動向
        309
        • 5.1
          高齢者・介護用食品製造
          309
        • 5.2
          香気前駆体(配糖体)の分解による茶,ワインの香気増強とイソフラボンの効率的アグリコン化
          310
        • 5.3
          農産物からの食品生産の効率化と食品廃棄物の減量化
          310


MOKUJI分類:技術動向