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シン・キクラゲ144㎥栽培室の環境制御

2025/8/23 13:392025/9/4 17:45

「シン・キクラゲ」：白キクラゲの美容成分（高保湿多糖・フコース・ビタミンD₂など）を、共生菌いらずの白いキクラゲに“後付け”する技術を確立。 改良株を純粋培養し成分強化した独自菌床で栽培、収穫シン・キクラゲの遺伝子を持つ菌を培養、栽培する事で「シン・キクラゲ」＝“育てやすさ”と“高機能”の両立を実現しました。

福知山栽培工場：各成長期に合ったベスト環境制御プロセスの考察

シン・キクラゲ　成長ステージ別最適環境

#2：144㎥栽培室（本件）の環境調整の考察

直径10cm長さ20cmの白いキクラゲ菌床を144立方メートルの栽培室で4,000本栽培

各成長期に合った環境制御プロセスの考察

1. 基本原理：呼吸による有機物の酸化分解

一般的な有酸素呼吸の反応式

• 菌床中のデンプン、セルロース、ヘミセルロースなど → グルコースなど単糖 に分解

• それを解糖系 → クエン酸回路（TCA回路） → 電子伝達系で酸化

• 最終的に CO₂と水 が生成される

2. 各過程でのCO₂発生ポイント

(1) 酵素分解段階（菌糸が基質に作用）

• セルラーゼ、ヘミセルラーゼ、リグニナーゼ、アミラーゼなどの分解酵素を分泌

• 複雑な高分子（セルロース・リグニン・デンプン）を単糖（グルコース等）に分解

• この段階ではまだCO₂はほぼ発生しないが、分解基質が呼吸に使える形に変換される

(2) 解糖系（Embden-Meyerhof-Parnas経路）

• グルコース (C₆H₁₂O₆) → ピルビン酸 (C₃H₄O₃) に分解

• ATP 2分子とNADHが生成

• この段階ではCO₂はほぼ出ない

(3) ピルビン酸脱炭酸反応

• ピルビン酸 → アセチルCoAに変換

• このとき CO₂ 1分子／ピルビン酸1分子 発生

• ここがCO₂発生の最初の大きなステップ

(4) クエン酸回路（TCA回路）

• アセチルCoAがオキサロ酢酸と結合し、クエン酸に → 一連の酸化還元反応でATPとNADH生成

• 各サイクルで 2分子のCO₂ が発生

• したがって、グルコース1分子からTCA回路を経て 合計6分子のCO₂ が放出される

(5) 電子伝達系（酸化的リン酸化）

• NADHやFADH₂から電子を受け取り、最終的に酸素を還元 → 水（H₂O）を生成

• この段階ではCO₂は出ないが、大量のATPを得る

3. 嫌気的代謝のケース（酸素不足時）

• ピルビン酸 → エタノール + CO₂ （アルコール発酵様）

• ピルビン酸 → 乳酸 （乳酸発酵）
などが起こることがある。

4. 成長過程とCO₂発生の関係

• 菌糸伸長期：基質分解と呼吸が活発 → CO₂放出が最大

• 菌糸熟成期：代謝安定、発生量はやや低下

• 原基形成期：CO₂濃度の低下がトリガーになる（CO₂が多いと原基形成が抑制）

• 子実体成長期：再び呼吸活発化 → CO₂発生量が増加する

5. まとめ

• 菌糸が基質中の糖を分解 → 解糖系 → ピルビン酸脱炭酸 → TCA回路での酸化
という一連の呼吸反応で生じます。
特に ピルビン酸→アセチルCoA と TCA回路 がCO₂発生の主要ステップです。

A：栽培で排出されるCO2濃度

人体に影響を及ぼすCO２濃度

• 400～1,000 ppm：通常の室内空間のCO2濃度。通常は健康上の問題は生じない。

• 1,000～2,000 ppm：不快感や集中力の低下が生じることがある。

• 2,000～5,000 ppm：頭痛、眠気、集中力の低下、不快感、増加した心拍数や軽度の吐き気を引き起こす可能性がある。

• 5,000 ppm以上：これは労働安全衛生基準での作業環境としての許容限界濃度です。これを超えると重度の健康障害のリスクが高まる。

• 40,000 ppm以上：生命に危険を及ぼす可能性があり、数分以内に意識を失うことがある。

• 推定CO₂発生量 (L/h)：4,000本全体が1時間に発生させるCO₂量の推定

• 無換気での濃度上昇 (ppm/h)：144 m³の室内にCO₂がどれだけ増えるか（参考）。この値が大きいほど、換気が不可欠

• 推奨室内CO₂ (ppm)：各期の目安（中点）。レンジは下の「推奨レンジ」を参照

• 推奨換気量 (m³/h)：外気420 ppm前提で、目標ppmを維持するために必要な定常時の排気量（=給気量）

• 菌床形状：直径10 cm × 長さ20 cmの円柱 → 体積 ≈ 1.571 L/本

• 湿潤かさ密度：0.83 kg/L（おが粉主体ブロックの典型域）→ 約1.30 kg/本

• 総菌床質量：1.30 kg/本 × 4,000本 = 約5,200 kg

• 室内容積：144 m³（= 144,000 L）

• 外気CO₂：420 ppm（郊外の目安）

• CO₂発生速度（白キクラゲ、保守的中庸値）
• 菌糸伸長期：0.10 L/kg・h
• 菌糸熟成期：0.06 L/kg・h
• 原基形成期：0.12 L/kg・h
• 子実体成長期：0.20 L/kg・h

• 換気量の算出：定常質量収支より

現場での使い所（ポイント）

• 表の**「無換気での濃度上昇 (ppm/h)」が大きい* → 連続換気＋局所排気の必要性が高いサイン

• 原基形成期はレンジが低い（500–800 ppm）。この期だけ換気量を増やす or CO₂希釈運転に切り替えるのがコツ

• 子実体成長期は再び代謝が上がるため、CO₂管理と加湿・送風のバランス調整が歩留まりに直結

1. 原基形成 → 子実体発生 → 成長 → 収穫（数日〜2週間程度、種類や条件によって変動）

2. 収穫後、菌床にまだ栄養分が残っていれば、水分や温度・CO₂条件を再調整することで 再び原基が形成され、次の子実体群が出てくる。

• 菌床１本から 複数回の発生（flush） が可能

• 一般的には 3〜4回程度（施設条件や菌床の充実度による）

• 回数を重ねるごとに収量は減少（1クール目 > 2クール目 > 3クール目 > 4クール目…）

• 最終的に栄養が枯渇し、雑菌リスクも高まるため廃床する

• 「4クール栽培」とは、1菌床から4回の収穫を得る設計を意味します

• したがって「4000本×4クール」なら、最大で「延べ16,000回分の収穫チャンス」があるイメージです

• ただし実際には後半のクールでは収量が落ちるため、総収穫量は1クール目の4倍にはならない点に注意が必要です

• 例えば「1菌床あたり累計400g」が実績なら、各クールの目安は
• 1st ≈ 180g
• 2nd ≈ 120g
• 3rd ≈ 72g
• 4th ≈ 28g

• 実際は品種・培地配合・温湿度やCO₂管理、洗い出し（リハイドレーション）のうまさで変動します。

• もし実測データ（各クールの重量ログ）があれば、その分布にフィットさせて自社プロファイルを算出し、収量予測やROI表に直結できます。必要ならテンプレを用意します。

B：各期の最適CO2濃度について

• 吸気：Panasonic 有圧換気扇 FY‑40MSU3

• 排気：Panasonic ミニシロッコ FY‑19CG1 ×4台

• 風量コントロール（推奨）：単相100V 有圧換気扇用 FY‑SCS05（70–100%可）をFY‑40MSU3に適用。 (Panasonic Corporation)

• 菌糸伸長期（目標1500 ppm）：≈ 480 m³/h（≈3.35 ACH）

• 菌糸熟成期（目標1100 ppm）：≈ 460 m³/h（≈3.20 ACH）

• 原基形成期（目標650 ppm）：≈ 2720 m³/h（≈18.9 ACH）

• 子実体成長期（目標900 ppm）：≈ 2170 m³/h（≈15.1 ACH）

• CO₂制御：各期の**目標値±ヒステリシス（±50 ppm）**で段制御＋時間比例（デューティ）制御。

• 差圧制御：室内を−2〜−5 Paの微負圧に保つ（外気汚染・胞子逆流の抑制）。

• 目安：S=OFF、E=1台（弱 or デューティ30–50%）

• CO₂>1550ppmが5分継続 → E1 強 → E2 弱まで段上げ

• CO₂<1450ppmが5分継続 → 段下げ（Eデューティ↓）

• 目安：S=OFF、E=1台（弱/デューティ40–60%）

• トリガは伸長期と同様（±50 ppm、5分判定）

• 目安：S=85–100%（≈2630–3100）、E=3台 強（2793）

• CO₂>700ppm（5分）→ E=4台 強

• CO₂<600ppm（5分）→ S=80–85%またはE=3台 強→2台 強＋1台 弱に落とす

• 目安：S=75–85%（≈2320–2630）、E=2台 強（1862）〜3台 強（2793）

• まず S=80% + E=2台 強で開始 → CO₂>950ppm（5分）でE=3台 強

• CO₂<850ppm（5分）→ S=75% or E=2台 強（デューティ80→60%）

実装メモ

• 配線/部材
• FY‑40MSU3 → FY‑SCS05で70–100%可変（位相制御）。 (Panasonic Corporation)
• FY‑19CG1 → FY‑SW81W等で強/弱切替、台数制御はリレー/コンタクタで段運転。 (Panasonic Corporation, Yahoo!ショッピング)

• 保護：モータ保護のため最小ON/OFF 60秒以上。頻繁な再起動は避け、5分周期の時間比例を推奨。

• センサー：CO₂は上下2点（例：0.6 mと1.5 m）、移流撹拌用の循環ファンを併用。

• 差圧：給気/排気のバランスが崩れたら、差圧優先でS or Eを微修正（−2〜−5 Paに収める）。

• シャッター/逆止：逆流防止を必ず設置（電気式 or 重力式）。

• 周波数：地域の50/60Hzで公称風量が変わるため、初期段設定は地区に合わせて1段補正。

C：菌床を最適に栽培するための湿度

• RH目標に対しヒステリシス±2%RH（原基/幼菌は±1%RH）

• 2台は交互デューティ（例：片方を基準、もう片方は＋10–20%の追従補償）でオン/オフ回数を分散

• 最小ON/OFFは60秒以上（頻繁な断続で霧化体を痛めない）

• 排気段が上がる（E台数↑ or 強運転）ほど加湿出力を前倒しで+10〜30%

• 吸気Sが上がる（乾いた外気流入）ときも同様に一時的に+10〜20%

• 逆にCO₂低換気モードでは霧量を通常に戻す（過湿回避）

• 室温に対して露点差ΔTdp＝+2〜+3℃を目安に維持
• 例：室温24℃なら露点21〜22℃相当（表計算や露点センサーで監視）

• 壁・天井・ダクト表面温度が室温−3℃以下になる箇所があると結露しやすい→その範囲ではRH目標を2–3%下げるか断熱を追加

• 霧の直当てを菌床へ禁止（水滴化→細菌リスク）

• できれば**上流側（吸気寄り）**に配置し、循環送風で室内に均一分散

• 2台は対角に置き、微角度の首振り（可能なら）でホットスポット回避

• 停止後の残霧排出：原基/幼菌期は停止直後に排気強制はしない（乾き過ぎ防止）。仕上げ期は微排気で過湿残りを掃く

• 排気：最小（E=1台デューティ30–50%）

• 吸気：原則OFF（差圧維持用の微給気はOK）

• 加湿：KNC A=基準、B=追従+10%、±2%RHでオン/オフ

• 排気：最小〜小（E=1台デューティ40–60%）

• 吸気：必要時のみ

• 加湿：伸長期と同様、露点差を常時監視

• 排気：高換気（CO₂ 650ppm狙い）。E=3台強〜4台強

• 吸気：S=85–100%

• 加湿：換気強化で乾くため、**平常出力＋20〜30%**の前倒し補償
• ±1%RH幅、最小ON120秒（霧不足→乾燥防止）

• 排気：中〜やや高（CO₂ 900ppm）

• 吸気：S=75–85%

• 加湿：原基と同様、ただし連続>95%が30分超の時は排気を一段上げるか加湿を5–10%落とす

• 排気：中（形状安定）

• 吸気：同上

• 加湿：**中心88%、±2%**でヒステリシス運転。仕上げ直前は86–88%まで下げると表面が締まりやすい

• RHセンサーは2点（1.2–1.5 m高さ、霧直撃回避の遮蔽付き）→平均値で制御、差が大きい場合は循環不良として送風を増す

• 露点/温度・CO₂と排気段を同時ログ化し、換気段に対する加湿補償量を週次で学習更新（±5%刻み）

1. 目標RH：70 / 72 / 90 / 92→88%（各期）

2. 霧太郎2台：交互デューティ＋フィードフォワード（排気・吸気段に比例＋10〜30%）

3. ΔTdp 2–3℃**をキープ（結露ラインが出たらRH−2〜3% or 断熱）

4. センサー2点平均・最小ON/OFF 60–120秒・±1〜2%RHのヒステリシス

D:　推定収穫量

• 1本あたり：
• 1st：180 g、2nd：120 g、3rd：72 g、4th：28 g（合計 400 g）

• 1000本なら：
• 1st：180 kg、2nd：120 kg、3rd：72 kg、4th：28 kg（合計 400 kg）

• 生キクラゲの水分含量は 約90％前後（季節・栽培条件で 88–93％程度）

• 乾燥工程で水分を10％前後まで下げるため、重量は概ね 1/8〜1/12 に縮むのが一般的です。

• 実務では「1/10換算」が多く使われます。

• 生キクラゲ 100 kg → 乾燥後 約10 kg

• 生収量 400 g/本（4クール累計）の場合 → 乾燥換算で 40 g/本程度

• 乾燥方法（熱風乾燥、凍結乾燥、真空乾燥など）で仕上がり重量が変動
• 高温乾燥だと仕上がりは軽くなるが、色・成分劣化リスクあり
• 凍結乾燥なら重量率は同様でも、色や多糖類（美容・食品機能性）保持率が高い

• 仕上げ水分率を8–10％に揃えることで、保存安定と重量計算の再現性が出やすい

E： 栽培期ごとの最適室温

• 呼吸熱：菌床総量 ≈5.2t → 発熱量も大きいので、夏場は空調の余裕容量が必須。

• CO₂制御と連動：温度上昇に伴いCO₂排気が増える → 外気が暑いと加湿負荷も大きくなる。

• 変動管理：原基誘導は「温度を2–3℃下げる操作」が重要なトリガーになる。

• 結露リスク：22℃付近でRH 92%以上にすると、壁面が外気温より低い場合に結露する → 断熱 or 送風で回避。

• 菌糸期は 26℃前後

• 原基形成で24℃程度に下げる

• 子実体成長は 22–23℃で安定させる

• 表タイトル：白キクラゲ 栽培環境制御マトリクス（144m³ / 4000本）

• CO₂・RH・室温はそれぞれ「レンジ」と「中心」を記載。

• 推奨換気量は前回のCO₂収支計算に基づく中心値（m³/h）と、144 m³室での**ACH（換気回数/h）**を併記。

• 機器との対応は、**FY‑40MSU3（吸気）**の目安出力と、**FY‑19CG1（排気）**の台数/強設定を直感的に引けるように欄を設けています。

G：成長期の切換わり判別方法

• CO₂排出量（ppmそのものではなく発生レート）

• 基材コア温度と室温の差（ΔT＝T_core−T_air）

• O₂消費レート（可能なら）

• 重量変化（基材ごとにロードセルで含水・乾燥の推移）

• 噴霧後の湿度回復時間（RHが設定値に戻るまでの時間）

• VOC（MOSセンサで総量のトレンドを見る程度でOK）

• 画像（可能なら：原基検知・子実体面積/個数）※「計測データ」に含められるなら精度が跳ね上がります

• ログの**微分（dC/dt）**は5–15分移動回帰で平滑化

• E を基材本数で割ると1本あたりの発生レートになり、ステージ差が見やすくなります

• ΔT_core-air 閾値：+1.0〜+1.5℃超が48h連続 →「伸長期アクティブ」

• CO₂発生レート傾き：移動窓内で0付近に収束（±5〜10%/日） →「熟成期」

• 環境切替後の応答：CO₂レートが数時間で下方変化点を持ち、その後低位安定 →「原基形成入り」

• 重量の日内ギザ（蒸散パターンの振幅/周期が明確）→「子実体成長中」

• CO₂レート・ΔTの連続低下＋画像の成長鈍化 →「収穫・維持」

1. 5–15分間隔で各指標を取得（CO₂/O₂、T_core、T_air、RH、重量）

2. 各系列を移動平均＋ロバスト回帰で平滑化

3. 特徴量：{平均、一次微分、二次微分、日内振幅、ステップ応答（噴霧後RH回復τ）}

4. 変化点検出（PELT/窓相関/累積和CUSUM）

5. ルールベースHMM（隠れマルコフ）またはランダムフォレストでステージ確率を算出

6. しきい値超で状態遷移を宣言（ヒステリシスを持たせてフリップ防止）

• T_core：代表基材に細径サーミスタ（数点）＋交換ローテ

• CO₂/O₂：室内2〜3点＋排気ダクト上流1点（外気も1点）

• 重量：棚/トレイ単位のロードセル（代表点だけでも可）

• RH/温度：気流の当たり過ぎない位置に高さ別

• 取得間隔：5〜10分、変化点検出は30〜120分窓で

• カメラ2〜3台の定点画像から原基ピクセルの新生・子実体輪郭面積の増分を見れば、原基形成期/成長期の確定度が一気に上がります。

• 画像が難しくても、上記のCO₂レート×ΔT×重量×RH応答で十分実用的です。

H: 144㎥の栽培室でFY-40Msu3を1台で吸気、FY-19CG1を4台で排気をする場合、各成長期による最適風量を室内圧力で求める事は可能か？

• FY-40MSU3（吸気）：50/60 Hz → 2590 / 3020 m³/h（低騒音・有圧換気扇）。Panasonic Biz+2Panasonic Biz+2

• FY-19CG1（排気）：50/60 Hz → 947 / 931 m³/h（ミニシロッコ）。Panasonic BizPanasonic

• 排気1台：6.46 ACH、2台：12.9 ACH、3台：19.4 ACH、4台：25.9 ACH

• 吸気1台フル：21.0 ACH※実流量はダクト/フィルタ圧損で低下。最終的にはP–Q特性範囲で確認。Panasonic Biz

1. 漏気キャリブ（Q–ΔP関係の同定）　排気停止→吸気を段階運転／次に吸気停止→排気を1→2→3→4台…と切替。各点で室内ΔPとダクト流量（風量計 or フード）を採取し、　Q = C·(ΔP)^n（n≈0.5–0.65）にフィット。以後は必要Q（=ACH×144）からΔPセットポイントを逆算できます。

2. 二重ループ制御　内側：ΔP-PID制御（吸気ダンパー開度/吸気間欠で調整）。　外側：CO₂上位制御（上限接近時は排気台数↑/間欠率↑、湿度低下時は|ΔP|を浅く）。

3. 設備ポイント　最大排気>吸気時は給気口を意図的に設置（プレフィルタ＋中性能以上）し、侵入空気を必ずフィルタ経由に。ファンはP–Q特性範囲で使用。Panasonic Biz

• 必要風量Q [m³/h] = 目標ACH × 144

• 推定ΔP = (Q/C)^{1/n}（キャリブ後に使用）

• 例：子実体成長で10 ACH狙い → Q=1440 m³/h → ΔPをその値に合うよう調整。　実運用はΔP±2 Paのバンド＋CO₂/湿度の上位監視で安定します。