JP2006230211A - 糸状微細藻類の培養装置および培養方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 小量の培養を行うにも大量の培養を行うにも適しており、また設備費用やメンテナンス費用が余りかかることのない糸状微細藻類の培養装置および培養方法を提供する。
【解決手段】 この発明の糸状微細藻類の培養装置は、培養槽内にネット構造体を設置したものとしている。この発明の糸状微細藻類の培養方法は、培養槽内に設置したネット構造体に糸状微細藻類を付着させることにより、その糸状微細藻類に充分な光の照射が確保されるようにしたものとしている。
【選択図面】 図１

Description

この発明は、増殖効率が高く、生産性が非常に優れた糸状微細藻類の培養装置および培養方法に関するものである。

従来、図４に示したように、頂部にガス排出用開口部１１を有する培養容器１２の中に培養液１３を入れ、この培養液１３中に二酸化炭素を含むガスを吹き込みつつ、可視光線を入射させることによって培養容器１２内で微細藻類を培養するようにしており、前記培養容器１２を横置きされた内筒１４と外筒１５からなる二重円筒状に形成するとともに、少なくとも外筒１５を可視光線を透過する透明材料で構成し、ガス吹込口１６を培養容器１２内下部に開口した微細藻類の培養装置、および前記ガス吹込口１６から前記ガスを吹き込むことによって培養容器１２内に培養液１３の旋回流を形成するようにした微細藻類の培養方法が存在する（特許文献１）。

この微細藻類の培養装置および培養方法によれば、培養液の十分な攪拌を実現して高い生産性を得ることができるとともに、微細藻類の培養容器壁面への付着や培養容器底面への沈殿を防いで長期にわたって高い培養効率を維持することができるとしている。

さらに、図５に示したように、微細藻類が生息する培養液２１中に二酸化炭素を供給し、光を照射して微細藻類２２を培養する微細藻類の培養装置において、培養液２１中の微細藻濃度を測定する微細藻濃度計２３と、光の照射量を測定する照射量計２４と、培養液の液深を測定する液深計２５とを具備する微細藻類の培養装置及び同装置を用いての微細藻類の培養方法が存在する（特許文献２）。

この微細藻類の培養装置および培養方法によれば、培養液の藻体限界濃度を検出し、これによって生産藻体の引抜きを行うので引抜き前の藻体がダメージを受けることなく、次の運転サイクルがスムーズに立ち上がるとしている。また、日照量、液深、藻体濃度を検出し、生産藻体の引抜きタイミングを適切に設定すること、及び引抜き量を培養液全量の１／４〜３／４量の範囲とすることにより安定した半連続運転が可能になるとしている。
再公表特許ＷＯ２００２／０９９０３１号公報 特開平５−２８４９５９号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載された培養装置は、従来の培養装置を改造して作製することは困難であり、培養装置を新規に作製しなければならない。しかも、構造が複雑で、小規模の培養を行うには良いが、屋外培養の円形培養装置、レースウェイ培養装置のように数百トンの大量培養を行うには莫大な培養コストがかかる。さらに、培養装置のメンテナンス費用も屋外培養の円形培養装置、レースウェイ培養装置と比べると大幅にかかる。

さらに、前記特許文献２に記載された培養装置は、従来の培養装置を改造すれば作製可能であり、微細藻類の増殖に伴う光不足を解決して、微生物の生産を効率良く行うものであるが、微細藻類の増殖に伴い培養液中の藻類の濃度がある規定値に達すると、培養液を引き抜くものとしているので、微細藻濃度を測定する濃度計や培養液の液深を測定する液深計などを具備する必要があり、前記特許文献１に記載された培養装置と同様に、これらの計器の設備費用やメンテナンス費用が大幅にかかる。

そこで、この発明は、上記従来の問題点を解消することを目的としており、小量の培養を行うにも大量の培養を行うにも適しており、また設備費用やメンテナンス費用が余りかかることのない糸状微細藻類の培養装置および培養方法を提供することを目的としてなされたものである。

そのため、この発明の糸状微細藻類の培養装置は、培養槽内にネット構造体を設置したものとしている。

さらに、この発明の糸状微細藻類の培養方法は、培養槽内に設置したネット構造体に糸状微細藻類を付着させることにより、その糸状微細藻類に充分な光の照射が確保されるようにしたものとしている。

そして、この発明の糸状微細藻類の培養装置および培養方法において、前記ネット構造体は、格子状の網目を有し、平面状に形成したものとしたり、格子状の網目を有し、立体状に形成したものとすることができる。

この発明は、以上に述べたように構成されているので、増殖した糸状微細藻類がネット構造体に付着し、また従来では増殖に伴って不足する光の照射を培養槽底部まで十分に供給することができるので、従来に比べ増殖効率の高いものとなり、糸状微細藻類の生産性が非常に優れたものとなる。そして、この発明では、増殖した糸状微細藻類が培養槽の壁面に殆ど付着しないので、培養槽の壁面の洗浄を大幅に省くことができる。さらに、この発明は、培養装置の構造が非常に簡単であるので、小量の培養を行うにも大量の培養を行うにも適しており、また設備費用やメンテナンス費用が余りかかることのないものとなる。

以下、この発明の糸状微細藻類の培養装置および培養方法を実施するための最良の形態について、詳細に説明する。

この発明の糸状微細藻類の培養装置は、微細藻類の培養に一般的に使用されている培養装置、例えば図１〜３に示したように、円形培養装置、レースウェイ培養装置の培養槽１内にネット構造体２を設置したものとしている。そのため、この発明では、糸状微細藻類の培養装置を新たに作製することなく、従来の培養装置をそのまま利用することができる。しかも、培養槽１内にネット構造体２を設置するだけであるので、非常に低コストで作製することができ、この培養装置を用いた培養方法は、糸状微細藻類の培養槽１の壁面への付着を抑え、培養槽１の壁面の洗浄を大幅に省くことができる。

ネット構造体２は、ステンレスや鉄（表面が塗装や樹脂加工されたものが好ましい）などの金属製としたり、ビニールなどの合成樹脂製とすることができるが、材質は特に限定されることはない。ビニール製のものは安価で良いが、培養槽１内の水流、浮力等の影響を受けやすく、ネットが外れてしまい易いので、これらの対策を十分に考慮する必要がある。

また、ネット構造体２は、全体を平面形状とした場合には、例えば長方形、正方形、丸形などとすることができ、全体を立体形状とした場合には、例えば円筒形、円錐形などとすることができ、その形状についても特に限定されることはないが、従来の培養装置の形状に合わせたものとするのが良い。

さらに、ネット構造体２は、正方形、丸形、ひし形などの網目形状とすることができ、その形状については特に限定されることはないが、網目寸法については、培養槽１内の水流への影響、糸状微細藻類への光の照射の確保などの点を考慮する必要がある。ネット構造体２の網目形状が、例えば正方形の場合、網目寸法は約２〜２０ｍｍ角が適当であり、約５〜１０ｍｍ角が好ましい。何故ならば、網目寸法が約２ｍｍ角未満の場合、糸状微細藻類が網目すべてに付着してしまって隙間がなくなり、培養槽１内の水流の障害を引き起こし、糸状微細藻類の生産量が逆に低下してしまうからである。また、網目寸法が約２０ｍｍ角を超える場合、培養槽１内の水流を妨げることはないが、網目に付着する糸状微細藻類の割合が少なくなってしまい、ネット構造体２を設置する効果が少ない。この場合、培養槽１内に設置するネット構造体２を大きいものとして、その表面積を広くすれば、培養槽１の壁面に糸状微細藻類が付着することがないが、ネット構造体２を大きいものとするのも設置の手間がかかったり、製造コストが高くつき好ましくない。

そして、この発明の糸状微細藻類の培養方法は、培養槽１内に設置したネット構造体２に糸状微細藻類を付着させることにより、その糸状微細藻類に充分な光の照射が確保されるようにしたものとしている。

したがって、この発明の糸状微細藻類の培養方法では、培養槽１内で増殖した糸状微細藻類がネット構造体２に付着し、従来では糸状微細藻類の増殖に伴って不足する光の照射を培養槽１の底部まで十分に供給し、光の照射不足による糸状微細藻類の増殖の低下を抑えることができる。さらに、従来では培養した糸状微細藻類が培養槽１の壁面に付着していたが、そのほとんどがネット構造体２に付着することにより、培養槽１の壁面の洗浄の手間が大幅に省け、メンテナンス費用も余りかかることがない。そして、後に述べる実施例においては、従来の約１．３〜２．２倍の糸状微細藻類を生産できるものとなった。

この発明の培養装置および培養方法に用いられる糸状微細藻類としては、すべての糸状微細藻類株とすることができる。藍藻類としては、例えば、ホモエオスリックス属(Homoeothrix) 、カロスリックス属(Calothrix) 、プレクトネマ属(Plectonema)、スキトネマ属(Scytonema) 、ミクロケト属(Microchaete) 、アフェニゾメノン属(Aphanizomenon) 、ノジュラリア属(Nodularia) 、アウロシラ属(Aulosira)、アナベナ属(Anabaena)、ネンジュモ属(Nostoc)、フォルミジウム属(Phormidium)、リングビア属(Lyngbya) 、シンプロカ属(Symploca)、ムラサキクダモ属(Porphyrosiphon)、ミクロコレウス属(Microcoleus) 、ハパロシフォン属(Hapalosiphon)に属するものなどが挙げられる。緑藻類としては、スポンジロシウム属(Spondylosium)、デスミジウム属(Desmidium) 、スフェロゾスマ属(Sphaerozosma)に属するものなどが挙げられる。

この発明の糸状微細藻類の培養装置および培養方法に用いられる培養槽としては、レースウェイ培養タンク、円形培養タンク、培養チューブなどが挙げられる。

以下、この発明の糸状微細藻類の培養装置および培養方法を実施例に基づいて、詳細に説明する。

〔実施例１〕
直径２ｍ、高さ１．５ｍの１０トン容の円形ポリタンク内に、長方形（横１．２ｍ、縦１ｍ）のステンレス製のネット構造体（網目形状は縦横５ｍｍの格子状）を設置し、この円形ポリタンクを培養槽として、藍藻類のフォルミジウム・ルリダム(Phormidium luridum)を培養した。培養液は、水１リットル当たり硝酸カルシウム四水和物５０ｍｇ、硝酸カリウム０．１ｇ、硝酸ナトリウム５０ｍｇ、硫酸ナトリウム４０ｍｇ、塩化マグネシウム六水和物５０ｍｇ、β−グリセロりん酸二ナトリウム０．１ｇ、エチレンジアミン四酢酸四ナトリウム四水和物５ｍｇ、塩化鉄六水和物０．５ｍｇ、塩化マンガン四水和物５ｍｇ、塩化亜鉛０．５ｍｇ、塩化コバルト六水和物５ｍｇを含有するように調製した。光源は太陽光線を集めて光ファイバーでタンク内に引き込んだ。タンク底部からは０．５％の二酸化炭素を含む空気を５０リットル／分の割合で吹き込んだ。

培養中は、増殖した糸状微細藻類がネット構造体に付着するため、円形ポリタンク内壁に付着する糸状微細藻類が少なく、培養槽壁の洗浄の手間が大幅に省くことができた。培養開始１０日後、５トンの培養液とネット構造体に付着した糸状微細藻類であるフォルミジウム・ルリダムを遠心分離し、水分量約８０％となるペーストを１０ｋｇ得た。対照として、前記ネット構造体を設置しない他は同じ培養条件でフォルミジウム・ルリダムを培養したところ、水分量約８０％となるペーストを４．５ｋｇ得た。よって、この発明の糸状微細藻類の培養方法では、従来の培養方法の約２．２倍のフォルミジウム・ルリダムのペーストを効率良く得ることができた。

〔実施例２〕
縦１０ｍ、横３ｍの２トン容の強化プラスチック製レースウェイ培養タンク内に、長円形（長径２ｍ、短径０．５ｍ）のステンレス製のネット構造体（網目形状は直径１０ｍｍの円形状）を設置し、このレースウェイ培養タンクを培養槽として、緑藻類のスポンジロシウム・プルケルム(Spondylosium pulchellum) を培養した。培養液は、水１リットル当たり硝酸ナトリウム０．２５ｇ、硫酸マグネシウム７５ｍｇ、リン酸水素二カリウム７５ｍｇ、リン酸二水素カリウム０．１７５ｇ、塩化ナトリウム２５ｍｇ、塩化カルシウム１０ｍｇ、硫酸鉄溶液^* １ミリリットル、Ａ5 溶液^**１ミリリットルを含有するように調製した（硫酸鉄溶液^* ：濃硫酸２滴を加えた水０．５リットルに硫酸第一鉄１．０ｇを溶かした液、Ａ5 溶液^**：水１リットルにホウ酸２．８６ｇ、硫酸マンガン２．５ｇ、硫酸亜鉛０．２２２ｇ、硫酸銅７９ｍｇ、モリブデン酸ナトリウム２１ｍｇを溶かした液）。光源は、太陽光を利用し、屋外培養とした。レースウェイ培養タンクの底部からは二酸化炭素を１リットル／分の割合で吹き込んだ。培養液はペダルで３０回／分の割合で攪拌し、藻体濃度を均一になるようにした。

培養中は、増殖した糸状微細藻類がネット構造体に付着するため、レースウェイ培養タンク内壁に付着する糸状微細藻類が少なく、培養槽壁の洗浄の手間が大幅に省くことができた。培養開始１４日後、２トンの培養液とネット構造体に付着した糸状微細藻類であるスポンジロシウム・プルケルムを遠心分離し、得られたペーストをスプレードライにより乾燥させ、３．４ｋｇの粉末化したスポンジロシウム・プルケルムの乾燥パウダーを得た。対照として、前記ネット構造体を設置しない他は同じ培養条件でスポンジロシウム・プルケルムを培養したところ、２．７ｋｇの粉末化したスポンジロシウム・プルケルムの乾燥パウダーを得た。よって、この発明の糸状微細藻類の培養方法では、従来の培養方法の約１．３倍のスポンジロシウム・プルケルムの乾燥パウダーを効率良く得ることができた。

〔実施例３〕
直径８ｍ、高さ１ｍの３０トン容の強化アクリル製円形培養タンク内に、円筒形（直径３ｍ、高さ１ｍ）のステンレス製のネット構造体（網目形状は縦横５ｍｍの格子状）を設置し、この円形培養タンクを培養槽として、藍藻類のフォルミジウム・ルリダム(Phormidium luridum)を培養した。培養液は、実施例１に準じて調製し、光源は太陽光線を利用し、屋外培養とした。円形培養タンク底部からは二酸化炭素を２０リットル／分の割合で吹き込んだ。培養液は攪拌棒で攪拌し、藻体濃度を均一になるようにした。

培養中は、増殖した糸状微細藻類がネット構造体に付着するため、円形培養タンク内壁に付着する糸状微細藻類が少なく、培養槽壁の洗浄の手間が大幅に省くことができた。培養開始１２日後、３０トンの培養液とネット構造体に付着した糸状微細藻類であるフォルミジウム・ルリダムを遠心分離し、水分量約８０％となるペーストを４８ｋｇ得た。対照として、前記ネット構造体を設置しない他は同じ培養条件でフォルミジウム・ルリダムを培養したところ、水分量約８０％となるペーストを３３ｋｇ得た。よって、この発明の糸状微細藻類の培養方法では、従来の培養方法の約１．５倍のフォルミジウム・ルリダムのペーストを効率良く得ることができた。

〔実施例４〕
直径１５ｍ、高さ１ｍの５００トン容のコンクリート製円形培養タンク内に、円筒形（直径１０ｍ、高さ１ｍ）の鉄製のネット構造体（網目形状は縦横５ｍｍの格子状）を設置し、この円形培養タンクを培養槽として、藍藻類のフォルミジウム・ルリダム(Phormidium luridum)を培養した。培養液は、実施例１に準じて調製し、光源は太陽光線を利用し、屋外培養とした。円形培養タンク底部からは二酸化炭素を６０リットル／分の割合で吹き込んだ。培養液は攪拌棒で攪拌し、藻体濃度を均一になるようにした。

培養中は、増殖した糸状微細藻類がネット構造体に付着するため、円形培養タンク内壁に付着する糸状微細藻類が少なく、培養槽壁の洗浄の手間が大幅に省くことができた。培養開始３４日後、５００トンの培養液とネット構造体に付着した糸状微細藻類であるフォルミジウム・ルリダムを遠心分離し、得られたペーストは凍結乾燥を行い１２７ｋｇのフォルミジウム・ルリダムの乾燥パウダーを得た。対照として、前記ネット構造体を設置しない他は同じ培養条件でフォルミジウム・ルリダムを培養したところ、７３ｋｇのフォルミジウム・ルリダムの乾燥パウダーを得た。よって、この発明の糸状微細藻類の培養方法によって、従来の培養方法の約１．７倍のフォルミジウム・ルリダムの乾燥パウダーを効率良く得ることができた。

〔実施例５〕
直径１．１ｍ、高さ０．８ｍの５００リットル容の円形ポリタンク内に、円筒形（直径０．７ｍ、高さ０．５ｍ）のステンレス製のネット構造体（網目形状は縦横３ｍｍの格子状）を設置し、この円形ポリタンクを培養槽として、藍藻類のノストック・コムネ(Nostoc commune)を培養した。培養液は、実施例１に準じて調製し、光源は５００ワットの白熱灯を用い、屋外培養とした。円形ポリタンク底部からは１％二酸化炭素を含む空気を５リットル／分の割合で吹き込んだ。培養液は攪拌棒で攪拌し、藻体濃度を均一になるようにした。

培養中は、増殖した糸状微細藻類がネット構造体に付着するため、円形ポリタンク内壁に付着する糸状微細藻類が少なく、培養槽壁の洗浄の手間が大幅に省くことができた。培養開始１５日後、５００リットルの培養液とネット構造体に付着した糸状微細藻類であるノストック・コムネを遠心分離し、水分量約８０％となるペーストを１ｋｇ得た。対照として、前記ネット構造体を設置しない他は同じ培養条件でノストック・コムネを培養したところ、水分量約８０％となるペーストを０．５３ｋｇ得た。よって、この発明の糸状微細藻類の培養方法では、従来の培養方法の約１．９倍のノストック・コムネのペーストを効率良く得ることができた。

この発明の糸状微細藻類の培養装置を構成する培養槽とネット構造体の一実施形態を示す斜視図である。 この発明の糸状微細藻類の培養装置を構成する培養槽とネット構造体の他の実施形態を示す斜視図である。 この発明の糸状微細藻類の培養装置を構成する培養槽とネット構造体のさらに他の実施形態を示す斜視図である。 従来の微細藻類培養装置の一例を示す断面図である。 従来の微細藻類培養装置の他の例を示す説明図である。

符号の説明

１ 培養槽
２ ネット構造体

Claims (4)

1. 培養槽（１）内にネット構造体（２）を設置したことを特徴とする糸状微細藻類の培養装置。
2. 前記ネット構造体（２）が、格子状の網目を有し、平面状に形成したものであることを特徴とする請求項１記載の糸状微細藻類の培養装置。
3. 前記ネット構造体（２）が、格子状の網目を有し、立体状に形成したものであることを特徴とする請求項１記載の糸状微細藻類の培養装置。
4. 培養槽（１）内に設置したネット構造体（２）に糸状微細藻類を付着させることにより、その糸状微細藻類に充分な光の照射が確保されるようにしたことを特徴とする糸状微細藻類の培養方法。

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