JPH05184347A

JPH05184347A - 藻類の培養装置及び培養方法

Info

Publication number: JPH05184347A
Application number: JP4003840A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tarouda; 博之太郎田; Tadatomo Kuritani; 忠知栗谷
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1992-01-13
Filing date: 1992-01-13
Publication date: 1993-07-27

Abstract

(57)【要約】【目的】温度並びに照射光量の管理が容易で、藻体の生
産速度を損なうことなく、また異物や異生物の混入を効
率的に防止しうる、藻類の培養装置および培養方法を提
供する。【構成】太陽光を透過するフィルムで覆われ、送風機で
空気を取り入れて内部を陽圧に保つエアドーム型温室内
に藻類の培養池を設置し、光透過性の低いフィルム又は
遮光シートにより照射光量の調整並びに換気、加温等に
より温度管理を行ない、またエアドームの空気取り入れ
口に空気濾過フィルターを設置することにより、培養装
置内部を清浄な空気で陽圧に保ち、藻体の生産速度を損
なうことなく、異物あるいは異生物の混入を防止でき
る、藻類の培養装置および培養方法。【効果】本発明によれば、温度並びに照射光量の管理が
容易で、また異物や異生物の混入を効率的に防止しうる
高品質の藻類の培養装置並びに培養方法を提供でき、夾
雑生物の影響が大きく培養が困難であった藻類も大量培
養することを可能とし、また藻類の培養が困難であった
地域においても、藻類の商業生産を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、藻類の培養池と、当該
培養池を覆うエアドーム型温室とからなる藻類の培養装
置および当該培養装置を用いる藻類の培養方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】藻類を商業的に生産する場合に最も重要
なことは、いかに安価に、しかも効率良く光を照射する
かという点であり、従来の藻類の培養装置の殆どは太陽
光を光源とし、また屋外に設置されるものであった。し
かし屋外で微細藻類を培養する場合、培養温度をその藻
類が増殖するのに至適な範囲に保ち、またその藻類を補
食する動物、特に微小動物や光合成を競合的に阻害する
他の藻類の夾雑を防ぐことが非常に困難であった。従っ
て、これまでに商業生産に成功した微細藻類は、微生物
の夾雑に対して強いクロレラ、スピルリナ、ドナリエラ
のみで、しかも屋外培養池の水温を増殖至適範囲に保つ
ため、一年中温暖な場所でしか生産できなかった。

【０００３】一方、屋外で藻類を培養生産する場合に
は、時々異物の混入が発生するが、これを防止する有効
な手段はなく、従来、後処理工程で多大な時間労力をか
けて、検査、除去してきた。しかしながら、生産される
藻類の用途は、食品添加物、飼料添加物、化粧品、医薬
品の原料、あるいは機能性食品等であり、生産藻類に対
する品質要求は年々厳しいものとなって来ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これらの問題を解決す
るために、これまでチューブラー型やタンク型等の様々
な藻類培養装置が考案されてきたが、いまだに実用化さ
れた例はない。その理由は、装置が複雑でコストが高
い、光を十分に培養液に照射することができない、
微生物の夾雑を十分に防ぐことができない等である。更
に、これらの培養装置はいずれも密閉型であり、酸素や
二酸化炭素のガス交換速度が遅く、藻類の光合成速度あ
るいは呼吸速度が低下するという欠点を有していた。

【０００５】本発明の目的は、構造が単純で製造コスト
が安く、かつ温度管理が容易で、藻体の生産速度を損な
うことなく、異物や異生物の混入を効率的に防止しう
る、藻類の培養装置および培養方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意研究
の結果、太陽光を透過するフィルムでできたエアドーム
型温室（以下エアドームという）で藻類の培養池を覆う
ことにより、ガラスフレーム温室等に比べ、製造コスト
が安価で、照射光量を調節でき、かつ温度管理を行なう
ことが容易で、これまで気温が低くて藻類の培養が困難
であった地域においても商業生産が可能となることを見
いだした。

【０００７】またエアドームの空気取り入れ口に空気濾
過フィルターを設置することにより、培養装置内部を清
浄な空気で陽圧に保ち、他の方法よりも安価でかつ効率
的に、しかも藻体の生産速度を損なうことなく微生物あ
るいは異物の混入を防止できることを見いだして、本発
明を完成した。

【０００８】

【構成】即ち、本発明は、藻類の培養池と、当該培養池
を覆うエアドーム型温室とからなる藻類の培養装置およ
び当該培養装置を用いる藻類の培養方法に関する。

【０００９】詳しくは、本発明は、藻類を培養するため
の培養池と、太陽光を透過するフィルムで当該培養池を
覆い、且つ空気取り入れ口と排気口を設けたエアドーム
型温室とからなることを特徴とする藻類の培養装置で、
太陽光を透過するフィルムに適当な光透過率を有するも
のを選ぶか、または光透過率の低いフィルム又は遮光シ
ートを既設フィルムに重ねることにより、光量を調節す
る培養装置である。

【００１０】またエアドームの換気率を調節する方法、
エアドーム内部に霧状の水を噴霧し、気化熱によりドー
ム内の温度を調節する方法、培養池または培養装置内部
を加温または冷却する方法のいずれかにより、培養池ま
たは培養装置内部の温度を調節するか、又はそれらを組
み合わせて培養装置内部または培養池の温度を調節する
藻類の培養装置である。更にこれらの培養装置の空気取
り入れ口に空気濾過フィルターを設けることを特徴とす
る藻類の培養装置であり、並びに該藻類の培養装置を用
いる藻類の培養方法、特に藻類がクロレラ、スピルリ
ナ、ドナリエラ、フォルフィリディウム、ヘマトコッカ
ス等の微細藻類である藻類の培養方法である。

【００１１】次に、本発明に係る培養装置および当該培
養装置を用いた藻類の培養方法に関し、図面に従って、
詳細に説明する。本発明に用いられる藻類の培養池
（２）は、目的とする藻類の生産に好ましい形であれば
良く、いかなる形を有する培養池でも本発明に用いるこ
とができる。例えばクロレラ等の培養に用いられている
円形培養池、スピルリナ等の培養に用いられているレー
スウェイ型培養池、あるいはドナリエラ等の培養に用い
られているラグーン型培養池等が挙げられる。

【００１２】本発明に用いられるエアドーム（３）は、
送風機（４）で空気を取り入れて内部を陽圧に保つこと
により、太陽光を透過するフィルム（５）を膨らませて
構造を保持するもので、上記の培養池（２）を完全に覆
うことができるものであれば、どの様な構造であっても
良い。例えばエアテントハウス（特公平1-54006）等が
挙げられる。

【００１３】エアドーム（３）は、他のいかなる形の温
室、例えばガラスフレーム温室あるいはビニルハウス等
に比べても次の点で優れており、本発明で用いるのに最
も適している。即ち、構造が単純なため装置費および維持費が安価であり、
設置およびメンテナンスが容易であるばかりか、既存の
培養池にも簡単に設置することができる。ガラスフレーム温室あるいはビニルハウス等で必要な
ガラス又はフィルム等を保持する支柱が不要な為、光透
過率が高く、高い光合成速度が得られ、また光量が多過
ぎて培養に不適当な場合には、フィルム（５）に遮光シ
ート等を重ねるか、あるいは用いるフィルム（５）に適
当な光透過率を有するものを選ぶことにより、光量を簡
単に調節することができる。本発明で言う遮光シートと
は、光透過率の低い材質で作られたシート、もしくは網
目状等のシートで、光の透過性を制限するために、通常
用いられるものを言う。

【００１４】通常の温室に比べて、エアドームは換気
率が高く、従って酸素や二酸化炭素のガス交換速度が高
く、光合成あるいは呼吸を阻害することなく、高い生産
速度が得られる。藻類を培養する場合は、陸上植物とは
異なり、ガス交換が水面を介しておこなわれるため交換
速度が遅く、これが藻体の生産速度を制限する。例え
ば、本発明者等の研究によれば、スピルリナを屋外池で
培養した場合、日中の培養液中の溶存酸素量は、該大気
圧、該温度での液中の飽和溶存酸素濃度の２ないし３倍
に達した。これはスピルリナから光合成作用によって産
生される酸素により、液中の溶存酸素濃度が極めて高く
なっていることを示しているが、液中の溶存酸素濃度が
高くなり過ぎると、藻類の生育に阻害を及ぼすことが知
られている。そのため換気率を上げて、水面におけるガ
ス交換速度を上げることが重要であり、この要求を満た
すことのできる温室にはエアドーム（３）が最適であ
る。

【００１５】培養装置（１）内部に一定の空気流が生
じるため、ドーム内の温度あるいはガス濃度を均一に保
つことができ、制御が容易で、安定した藻類の生産が可
能である。本発明に用いられるエアドーム（３）のフィルム（５）
は、上記で述べたように、太陽光を透過し、該培養藻
の性質に適した光量が得られる光透過率を有するものを
選択する。かつ、できるだけ高い機械的強度と耐候性を
有し、表面が汚れにくい材質のものが望ましい。例え
ば、ナイロン糸のメッシュを塩ビフィルムでサンドイッ
チし、表面をアクリルコーティングしたフィルム等が好
ましく用いられる。

【００１６】培養池（２）とエアドーム（３）からなる
藻類の培養装置（１）の温度調節は、次のようにしてお
こなう。即ち、エアドーム（３）は温室であるから、通
常、内部温度は外気温よりも高くなるが、その気温差は
換気率を高くすれば小さく、逆に低くすれば大きくなる
から、換気率を調節することにより、培養装置（１）内
部の温度は容易に調節できる。また必要があればボイラ
ー、ヒーター等の各種の加温装置を組み合わせ、ドーム
内の温度を上げることも可能であり、また媒体を循環
し、培養装置内部または培養池を加温することにより、
培養装置内部または培養池の温度を調節することもでき
る。

【００１７】この様にして容易に温度調節が可能なた
め、これまで気温が低くて培養が困難であった地域でも
藻類の商業生産が可能となることは明かであるが、実際
には気温は１年を通じて大きく変動し、季節によっては
至適温度を超えてしまうことも考えられる。その場合に
は、換気率を高める方法の他に、エアドーム（３）のフ
ィルム（５）に適当な遮光シートを重ねて遮光する方
法、チラー等を用いて冷却水を循環し、培養池（２）ま
たは培養装置（１）内部を冷却する方法等で培養池
（２）の水温を下げることができる。しかし安価でかつ
簡便な操作で温度調節できる方法が望ましく、例えばエ
アドーム内部に霧状の水を噴霧し、気化熱によりドーム
内の温度を下げる方法が好ましい。この場合も本発明に
よれば、エアドームに吹き込む風中に水を噴射すること
により、容易に行なうことができる。

【００１８】エアドームの空気取り入れ口（６）に設け
る空気濾過フィルター（７）は、対象である異物、異生
物を効率よく除去し、しかも空気濾過での圧力損失が送
風機（４）に過大な負荷をかけないよう十分な濾過容量
を有する必要がある。この条件を満たすフィルターであ
れば材質はどの様なものでも良く、例えば昆虫や大きな
異物を除去するには、金網、防虫ネット等が挙げられ
る。また例えば対象が微小生物や塵の場合には、スポン
ジや不織布フィルター、更に内部を無菌的に保ちたけれ
ばHEPAフィルター等の更に高度な濾過フィルターを用い
ることができ、必要に応じて、これらを組み合わせて使
用することが好ましい。

【００１９】更に、この培養装置（１）の内部を清浄に
保つためには、排気口（８）にも空気濾過フィルターを
設けることが望ましく、またコンクリート製の培養池以
外の床もコンクリート土間（９）等で完全に覆われてい
ることが望ましい。さらには土間（９）に排水溝（１
０）が設置されていることが望ましく、更には、土間が
排水溝に向かって下る勾配を有し、容易に排水できるこ
とが望ましく、かつ排水溝の途中に培養装置外部へ通じ
る排水管（１１）を持つことが望ましい。コンクリート
等でできた土間（９）および培養池（２）は、殺菌剤例
えば次亜塩素酸ナトリウム水溶液等を液状あるいは霧状
で散布することにより容易に洗浄・殺菌できる。

【００２０】以上の様にして内部が清浄に保たれ、照射
光量並びに温度が管理された藻類の培養装置（１）は、
あらゆる藻類の培養に用いることができるが、特にクロ
レラ、スピルリナ、ドナリエラ、フォルフィリディウ
ム、ヘマトコッカス等の微細藻類の培養に好適である。

【００２１】現在クロレラは台湾および日本で生産され
ている。培養に用いられている藻株は、クロレラ・ピレ
ノイドーサ（Chlorella pyrenoidosa）、クロレラ・エ
ィプソイデア（C.ellipsoidea）、クロレラ・ブルガリ
ス（C.vulgaris）、またはセネデスムス属（Scenedesmu
s）等で、培養至適温度は種や株間で大きく異なり、そ
れぞれの生産地の気象条件に適した株を選択し、生産し
ている。例えば、日本では生育の適温が25℃であるクロ
レラ・ピレノイドーサ（C.pyrenoidosa）等が、また台
湾では適温が35〜40℃のクロレラ・エィプソイデア（C.
ellipsoidea）等が用いられている。しかし、いずれの
生産地においても冬期に水温を適温に保つことは困難
で、冬期の生産効率は低い。そこで本発明による藻類の
培養装置を用いることにより、冬期の生産効率を大幅に
向上させることができる。

【００２２】スピルリナは、タイ、アメリカ（カリフォ
ルニア、ハワイ）、メキシコおよび日本で生産されてい
る。培養に用いられているスピルリナ属（Spirulina）
藻株の適温は35℃なので、年間を通じて高い生産性を維
持できるのは、タイのように年間を通じて平均気温が30
℃を超える地域のみである。そこで本発明による藻類の
培養装置を用いることにより、該地での冬期の生産効率
を大幅に向上させることができる。

【００２３】ドナリエラは、オーストラリアとイスラエ
ルで生産されている。培養に用いられているドナリエラ
・サリーナ（Dunaliella salina）あるいはドナリエラ
・バルダビル（D.bardawil）等はいずれも耐塩性を有し
ており、商業生産ではアメーバ等の補食性微生物の夾雑
を防ぐため、20％以上の高い塩濃度で培養している。そ
こで本発明による空気濾過フィルター付藻類培養装置を
用いれば、微生物を夾雑させることなく塩濃度を低減す
ることができ、培地用薬品を大幅に節約でき、得られた
製品からの脱塩工程も簡略化できる。また、上記以外の
地域でも生産が容易になることは、クロレラやスピルリ
ナと同様である。

【００２４】フォルフィリディウムは単細胞の紅藻類
で、色調の良好な赤色天然色素フィコエリスリン生産藻
類として期待されているが、いまだ商業生産には至って
いない。その理由のひとつは生育の適温が25℃と低いか
らである。年間を通じて水温を25℃付近に保つことがで
きる商業的生産に適した生産地を探すことは困難である
が、本発明による藻類培養装置を用いれば、例えば日本
等の温帯地域でさえ、年間を通じて生産することが可能
である。

【００２５】ヘマトコッカスは、付加価値の高いカロテ
ノイド色素・アスタキサンチン生産藻類として期待され
ているが、いまだ商業生産には至っていない。その理由
は第一に本藻類が夾雑微生物に補食され易いことであ
り、そして第二にフォルフィリディウムと同じく生育の
適温が低いことにある。そこで本発明による空気濾過フ
ィルター付藻類培養装置を用いれば、温度を適温である
25〜30℃に管理し、藻体の生産速度を損なうことなく微
生物の夾雑を効率的に防止し、安定して培養することが
できる。

【００２６】いずれの藻類の場合にも、空気濾過フィル
ターをエアドームの空気取り入れ口に設けることによ
り、異物混入がない高品質な藻体を得ることができる。

【実施例】以下、本発明を実施例および比較例により説
明するが、もとより本発明はこれに限定されるものでは
ない。

【００２７】（実施例１）これまで、夏期にのみスピル
リナを生産していたレースウェイ型培養池Ｐ１(1000m²)
に、エアドームを設置した。まず池の周囲に溝を掘り、
次に太陽光を透過するフィルムを池の上に広げ、その上
にフィルムをおさえるメッシュを広げた。そして空気取
り入れ用の送風機をフィルムの空気取り入れ口に縛り付
け、台座を地面に固定した。フィルムとメッシュの裾部
分は、あらかじめ掘った溝に埋め込んで固定した。最後
に送風機を作動して、フィルムを膨張させた。

【００２８】この培養装置Ｐ１Ａの冬期における温度特
性を調べたところ、培養池の水温はＰ１に比べて平均10
℃、プロパンガスを燃焼させ加温することにより更に平
均4℃高くなった。（実施例２）実施例１で建設したエアドーム付き培養池
Ｐ１Ａを用いて、１１月から３月までの冬期の間スピル
リナの生産をおこなった。培地にはスピルリナ用のＳＯ
Ｔ培地（表１）を用い、ＰＨを9.0に調節して培養した
ところ、藻体生産速度は表３の通りであった。

【００２９】表１．ＳＯＴ培地の組成 ───────────────── NaHCO₃ 16.8 g/l K₂HPO₄ 0.5 g/l NaNO₃ 2.5 g/l K₂SO₄ 1.0 g/l NaCl 1.0 g/l MgSO₄・7H₂O 0.2 g/l CaCl₂・2H₂O 0.04 g/l FeSO₄・7H₂O 0.01 g/l Na₂EDTA 0.08 g/l A5 solution 1.0 ml/l ─────────────────

【００３０】表２．A5 solution の組成 ───────────────── H₃BO₃ 2.86 g/l MnSO₄・7H₂O 2.5 g/l ZnSO₄・7H₂O 222 mg/l CuSO₄・5H₂O 79 mg/l Na₂MoO₄・2H₂O 21 mg/l ─────────────────

【００３１】（比較例１）エアドームのない培養池Ｐ１
での冬期におけるスピルリナの生産速度は、実施例２と
おなじ培地／ＰＨを用いても、表３の通り明らかにＰ１
Ａに劣った。

【００３２】

【００３３】（実施例３）30m²のコンクリート製レース
ウェイ型培養池Ｐ２の周囲にコンクリートの土間を設け
た。土間の外側にはエアドームのフィルムを固定するた
めのアンカーを埋め込み、その内側に深さ10cmの排水溝
を設けた。土間は水はけが良くなるように排水溝に向け
て若干の勾配をつけた。また排水溝の一端には外部に通
じる排水管を設置した。エアドームおよび送風機をアン
カーに固定し、フィルムを膨張させた。空気取り入れ口
に不織布フィルターPS300（日本バイリーン（株）製）
を取り付けた。以上の様にして本発明に係る培養装置Ｐ
２Ａを設置した。

【００３４】（比較例２）これまで、緑藻ヘマトコッカ
スをＰ２で培養しようと試みたが、培養開始２〜３日目
でアメーバや繊毛虫等の微小動物あるいはアカムシ等の
昆虫により補食されてしまい、藻体を増殖させることが
できなかった。

【００３５】（実施例４）Ｐ２Ａを用いてヘマトコッカ
スを生産した。表４に示す改変Ｃ培地を用い、ＰＨは7.
0に調節して培養した。Ｐ２Ａ内部の池と土間は、あら
かじめ次亜塩素酸ナトリウム水溶液により殺菌した。培
養にはヘマトコッカス・プルビアリスＮ４株（Haematoc
occus pluvialis N4）を用い、室内培養で他の真核微生
物が夾雑していないきれいな種藻株を得て、これをＰ２
Ａに接種した。培養期間中の水温は25-29℃に保たれ
た。

【００３６】その結果ヘマトコッカスは順調に増殖し、
培養７日目で藻濃度は720mg／lに達した。アメーバや繊
毛虫等の微小動物あるいはアカムシ等の昆虫の夾雑は観
察されなかった。７日間の平均藻体生産速度は 9.4g／m
²・day であった。

【００３７】表４．改変Ｃ培地の組成 ──────────────────── Ca(NO₃)₂・4H₂O 0.3 g/l KNO₃ 0.2 g/l β-Na₂ glycerophosphate 0.1 g/l MgSO₄・7H₂O 80 mg/l Vitamine B₁₂ 0.2 μg/l Biotin 0.2 μg/l Thiamine HCl 20 μg/l P IV metals 3 ml/l Tris(hydroxymethyl) aminomethane 0.5 g/l ────────────────────

【００３８】表５．P IV metals の組成 ──────────────────── FeCl₃・6H₂O 196 mg/l MnCl₂・4H₂O 36 mg/l ZnSO₄・7H₂O 22 mg/l CoCl₂・6H₂O 4 mg/l Na₂MoO₄・2H₂O 2.5 mg/l Na₂EDTA・2H₂0 1 g/l ────────────────────

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る藻類の培養装置によれば、
培養池をエアドームで覆うことにより照射光量の調整並
びに容易な温度管理が可能となり、また空気取り入れ口
に空気濾過フィルターを設けることにより、異物、異生
物の含まれない高品質な藻体を、安定かつ効率的に培養
でき、特にフォルフィリディウムやヘマトコッカスとい
ったこれまで商業生産ができなかった微細藻類の生産を
可能にする。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る藻類の培養装置の例として、レー
スウェイ型培養池とエアドーム型温室とからなる培養装
置の正面図を示した。

【図２】第１図の培養装置の平面図。

【図３】第１図のＩＶ−ＩＶ線に沿ってみた部分拡大縦
断面図。

【００４１】

【符号の説明】

１・・・・藻類の培養装置、２・・・・藻類の培養池、３・・・・エ
アドーム型温室、４・・・・送風機、５・・・・太陽光を透過す
るフィルム、６・・・・空気取り入れ口、７・・・・空気濾過フ
ィルター、８・・・・排気口、９・・・コンクリート等ででき
た土間、１０・・・・排水溝、１１・・・・排水管、１２・・・・出
入口、１３・・・・攪拌用水車。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】藻類を培養するための培養池と、太陽光
を透過するフィルムで当該培養池を覆い、且つ空気取り
入れ口と排気口を設けたエアドーム型温室とからなるこ
とを特徴とする藻類の培養装置。
【請求項２】太陽光を透過するフィルムに適当な光透
過率を有するものを選ぶか、または光透過率の低いフィ
ルム又は遮光シートを既設フィルムに重ねることによ
り、光量を調節する請求項１記載の藻類の培養装置。
【請求項３】エアドームの換気率を調節することによ
り、培養装置内部の温度を調節する請求項１記載の藻類
の培養装置。
【請求項４】エアドーム内部に霧状の水を噴霧し、気
化熱によりドーム内の温度を調節し、培養装置内部の温
度を調節する請求項１記載の藻類の培養装置。
【請求項５】培養装置内部を加温または冷却すること
により、培養装置内部または培養池の温度を調節する請
求項１記載の藻類の培養装置。
【請求項６】太陽光を透過するフィルムに適当な光透
過率を有するものを選ぶか、または光透過率の低いフィ
ルム又は遮光シートを既設フィルムに重ねることによ
り、光量を調節し、かつエアドームの換気率を調節する
方法、エアドーム内部に霧状の水を噴霧し、気化熱によ
りドーム内の温度を下げる方法、培養装置内部または培
養池を加温または冷却する方法等を組み合わせることに
より、培養装置内部または培養池の温度を調節する請求
項１記載の藻類の培養装置。
【請求項７】エアドーム型温室の空気取り入れ口に空
気濾過フィルターを設ける請求項１、２、３、４、５ま
たは６のいずれか一項記載の藻類の培養装置。
【請求項８】請求項１、２、３、４、５、６または７
のいずれか一項記載の藻類の培養装置を用いる藻類の培
養方法。
【請求項９】藻類がクロレラ、スピルリナ、ドナリエ
ラ、フォルフィリディウム、ヘマトコッカス等の微細藻
類である請求項８記載の藻類の培養方法。