レースウェイポンド型培養槽
【課題】培養コストが抑制でき、浅い水深においても十分量の二酸化炭素を培養液に溶解可能なレースウェイポンド型培養槽を提供する。
【解決手段】培養液Ｍが流れる培養路８において攪拌手段が設けられ、攪拌手段により培養液Ｍの攪拌を行うレースウェイポンド型培養槽であって、攪拌手段の上方に、かつ、攪拌手段及び培養液Ｍの液面を覆うカバー１が設けられ、カバー１により形成された空間に二酸化炭素が供給され、当該二酸化炭素が攪拌手段により培養液Ｍに溶解されるように構成されていることを特徴とするレースウェイポンド型培養槽を用いることにより、培養コストが抑制でき、浅い水深においても十分量の二酸化炭素を培養液に溶解可能なレースウェイポンド型培養槽。
【解決手段】培養液Ｍが流れる培養路８において攪拌手段が設けられ、攪拌手段により培養液Ｍの攪拌を行うレースウェイポンド型培養槽であって、攪拌手段の上方に、かつ、攪拌手段及び培養液Ｍの液面を覆うカバー１が設けられ、カバー１により形成された空間に二酸化炭素が供給され、当該二酸化炭素が攪拌手段により培養液Ｍに溶解されるように構成されていることを特徴とするレースウェイポンド型培養槽を用いることにより、培養コストが抑制でき、浅い水深においても十分量の二酸化炭素を培養液に溶解可能なレースウェイポンド型培養槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレースウェイポンド型培養槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素等の温室効果ガスの排出量を抑制する観点から、植物が吸収する二酸化炭素量と当該植物を焼却した際に生じる二酸化炭素の発生量とが等量であるという考え方、即ち「カーボンニュートラル」との考え方が浸透しつつある。このため、バイオマス資源由来の原料から生産される、所謂バイオマス燃料（例えばトリグリセリド等の脂質、エタノール等のアルコール等）の利用が以前にも増して注目されている。
【０００３】
バイオマス燃料の原料となるバイオマス資源としては、例えば大豆、トウモロコシ、パーム等が挙げられるが、これらの可食性植物を上記のバイオマス資源として利用する場合、食糧不足への懸念や耕作地を確保するための森林破壊等という課題が生じることがある。そこで、上記のバイオマス資源に代わるものとして、池、湖沼等に広く生息する、光合成を行う原生生物等の光合成微生物は、植物と同様の光合成能を有し、水と二酸化炭素とから脂質、炭水化物等を生合成し、細胞内に数十質量％蓄積することが知られている。そして、この生産量は植物に比べて高く、具体的には、脂質、炭水化物等の生産量が高いといわれるパームの単位面積当たりで１０倍以上であるため、上記の課題を解決するために非常に有効な手段である。
【０００４】
そこで、光合成微生物を人工的に培養するための培養方法として、例えば特許文献１には、レースウェイポンドを用いる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５２４８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、レースウェイポンド型培養槽においては、レースウェイポンド型培養槽を構成する培養路を流れる培養液の攪拌手段として、パドル等が用いられる。しかしながら、光合成微生物を培養するレースウェイポンド型培養槽の場合、その水深は約１０ｃｍ〜３０ｃｍ程度と、通常の場合よりも浅いものとなる。その理由としては、培養路の底部に存在する光合成微生物に対しても太陽光を満遍なく照射させるためである。そして、このように十分な太陽光を全ての光合成微生物に照射することにより、十分な光合成を行わせることが可能となる。
【０００７】
しかしながら、このような浅い水深を有する培養液においては、二酸化炭素の曝気水深を確保することができない。従って、このような浅い水深である培養液に対して十分な二酸化炭素を溶解させるために過剰量の二酸化炭素を培養液に接触させなければならず、培養コストが増加するという課題がある
【０００８】
本発明は上記の課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、培養コストが抑制でき、浅い水深においても十分量の二酸化炭素を培養液に溶解可能なレースウェイポンド型培養槽を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、レースウェイポンド型培養槽において、攪拌手段上部にカバーを備え、当該カバー内部に二酸化炭素を供給することにより、培養コストが抑制でき、浅い水深においても十分量の二酸化炭素を培養液に溶解可能なレースウェイポンド型培養槽を提供することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
即ち、本発明の要旨は、培養液が流れる培養路において攪拌手段が設けられ、当該攪拌手段により培養液の攪拌を行うレースウェイポンド型培養槽であって、当該攪拌手段の上方に、かつ、当該攪拌手段及び当該培養液の液面を覆うカバーが設けられ、当該カバーにより形成された空間に二酸化炭素が供給され、当該二酸化炭素が当該攪拌手段により当該培養液に溶解されることを特徴とする、レースウェイポンド型培養槽に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、培養コストが抑制でき、浅い水深においても十分量の二酸化炭素を培養液に溶解可能なレースウェイポンド型培養槽を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽を模式的に表す斜視図である。
【図２】第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽に適用可能な攪拌手段の一具体例を模式的に表す図である。
【図３】第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽において、図２に示す攪拌手段を用い、カバーを取り外した様子を模式的に表す図である。
【図４】図２に示す攪拌手段を用いたレースウェイポンド型培養槽において、攪拌手段近傍を模式的に表す横断面図である。
【図５】図２に示す攪拌手段を用いたレースウェイポンド型培養槽において、攪拌手段近傍を模式的に表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本実施形態は以下の内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更して実施することができる。
【００１４】
＜第一実施形態＞
図１は、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽を模式的に表す斜視図である。図１に示すように、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒは、培養液Ｍが流れる培養路８において攪拌手段Ｐ（図１においては図示していない。具体的な構成は後述する。）が設けられ、攪拌手段Ｐにより培養液Ｍの攪拌を行うレースウェイポンド型培養槽であって、攪拌手段Ｐの上方に、かつ、攪拌手段Ｐ及び培養液Ｍの液面を覆うカバー１が設けられ、カバー１により形成された空間（即ち、カバー１内部）に二酸化炭素が供給され、二酸化炭素が攪拌手段Ｐにより培養液Ｍに溶解されるようになっている。なお、図１及び図３において、培養液Ｍ中に示している矢印は培養液Ｍの流れの向きを表し、支持材２の軸まわりに示している矢印は支持材２の回転方向を表している。
【００１５】
二酸化炭素の具体的な供給方法として、図１においては、カバー１の上面に、パイプ、管等の二酸化炭素供給路４が接続されている。二酸化炭素供給路４はガス供給量調整バルブ５を介して二酸化炭素供給源３と接続され、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒはこのような構成を有することにより、カバー１の内部に二酸化炭素を供給することができるようになっている。
【００１６】
なお、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいて培養可能なものは、本発明の効果を著しく損なわない限り特に制限されない。ただし、培養液Ｍに効率良く二酸化炭素が溶解されるという観点から、好ましくは二酸化炭素を利用して培養される生物、より好ましくは光合成生物、さらに好ましくは光合成微生物、よりさらに好ましくは藻類、特に好ましくはユーグレナである。
【００１７】
ユーグレナは鞭毛虫の一群で、運動性のある藻類として有名なミドリムシを含む。大部分のユーグレナは葉緑体を有しており、光合成を行って独立栄養生活を行うが、捕食性のものや吸収栄養性のものもある。ユーグレナは動物学と植物学との双方に分類される属である。
【００１８】
培養液Ｍの組成は、培養される生物の種類に応じて決定すればよい。例えば、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒを用いてユーグレナを培養する場合、培養液Ｍとしては、例えば、窒素源、リン源、ミネラルなどの栄養塩類を添加した培養液、例えば、改変Ｃｒａｍｅｒ−Ｍｙｅｒｓ培地（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４ １．０ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４ １．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ０．２ｇ／Ｌ、ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ ０．０２ｇ／Ｌ、Ｆｅ２（ＳＯ２）３・７Ｈ２Ｏ ３ｍｇ／Ｌ、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ １．８ｍｇ／Ｌ、ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ １．５ｍｇ／Ｌ、ＺｎＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ０．４ｍｇ／Ｌ、Ｎａ２ＭｏＯ４・２Ｈ２Ｏ ０．２ｍｇ／Ｌ、ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ ０．０２ｇ／Ｌ、チアミン塩酸塩（ビタミンＢ１） ０．１ｍｇ／Ｌ、シアノコバラミン（ビタミンＢ１２）、（ｐＨ３．５））を用いることができる。なお、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４は、（ＮＨ４）２ＳＯ４やＮＨ３ａｑに変換することも可能である。
【００１９】
また、培養液ＭのｐＨは好ましくは２以上、また、その上限は、好ましくは６以下、より好ましくは４．５以下である。ｐＨを酸性側にすることにより、光合成微生物は他の微生物よりも優勢に生育することができるため、コンタミネーションを抑制することができる。
【００２０】
カバー１は、攪拌手段Ｐ（具体的な構成、機能等については後述する。）の上方に、かつ、攪拌手段Ｐ及び培養液Ｍの液面を覆うように設けられているものである。カバー１の大きさは特に制限されないが、攪拌手段Ｐを完全に覆うことができるものとする。カバー１の下部が培養液Ｍの液面に接触した場合、カバー１が培養液Ｍの流れを受けることになる、換言するとカバー１が培養液Ｍの流れを阻害することになるが、本発明の効果を著しく損なわない程度の阻害であれば、このような接触がなされていてもよい。また、カバー１が攪拌手段Ｐと比べて大きすぎる場合（即ち、カバー１を設けることにより形成される空間が大きすぎる場合）、培養液Ｍに溶解されない二酸化炭素の量が過剰なものとなる可能性がある。
【００２１】
カバー１の形状も特に制限されない。図１に示す第一実施形態においては四角形状（即ち、半正八角形状）としているが、半円柱形状等であってもよい。
【００２２】
また、カバー１を構成する材料も特に制限されない。カバー１を構成する材料としては、例えば樹脂、金属等が挙げられ、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意に組み合わせて用いてもよい。ただし、カバー１内部において培養液Ｍが攪拌され、培養液Ｍのミスト（飛沫）が生じる可能性が極めて高いことから、カバー１を構成する材料としては、培養液Ｍによって腐食されないものを用いることが特に好ましい。
【００２３】
支持材２は後述する攪拌手段Ｐにおける平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７とが固定されるものである。支持材２を構成する材料等は特に制限されないが、カバー１と同様に培養液Ｍによって腐食されず、かつ、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７を確実に固定できるものを用いることが好ましい。
【００２４】
また、支持材２の長さも特に制限されない。ただし、支持材２は、通常はギア、ベルト等を介して駆動手段（図示しない。）と接続される構成となっており、当該駆動手段によって支持材２を回転（即ち、攪拌手段Ｐを駆動）させることができるようになっている。そのため、ギアやベルトと接触させることができる程度に、支持材２が培養路８の外部に突き出す長さを有していることが好ましい。また、支持材２の太さも特に制限されず、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７を確実に固定できる程度の強度を有する太さにすればよい。
【００２５】
二酸化炭素供給源３は、カバー１内部に二酸化炭素を供給するものである。図１に示す第一実施形態においては、二酸化炭素が充填されたガスボンベを用いている。ただし、二酸化炭素供給源３はガスボンベに何ら限定されるものではなく、例えば二酸化炭素を含む工場等からの排気ガスを用いてもよい。ただし、工場等からの排気ガスを二酸化炭素供給源３として用いる場合には、予め培養する例えば光合成微生物の成長及び培養を阻害する成分を除去したガスを用いることが好ましい。このような成分を除去する装置（例えば硫黄酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）の除去装置等）は公知の任意のものを用いることができ、その設置場所も任意である。例えば、予め当該装置により除去したガスを二酸化炭素供給路４（後述する。）に流通させてもよいし、当該装置をカバー１の上部に設け、除去前の排気ガスを二酸化炭素供給路４に流通させて当該装置で当該成分を除去後、二酸化炭素をカバー１内部に供給する構成としてもよい。なお、培養する光合成微生物が例えば硫黄酸化物や窒素酸化物等に対して耐性があったり、浄化作用があったりするものであれば、硫黄酸化物や窒素酸化物等の除去は行わなくてもよい。
【００２６】
二酸化炭素供給路４は、カバー１内部と二酸化炭素供給源３とを接続するものである。二酸化炭素供給路４の長さや構成材料は特に制限されないが、供給される二酸化炭素の損失をできるだけ抑制する観点から、可能な限り短いことが好ましい。また、構成材料は二酸化炭素によって劣化しないものが好ましく、特に、工場等からの排気ガスを二酸化炭素供給源３として用い、例えばＳＯｘやＮＯｘの除去装置をカバー１の上部に設ける場合、当該排気ガスに含まれる二酸化炭素以外の成分によっても劣化しない材料を用いることが好ましい。
【００２７】
二酸化炭素供給路４の途中には、二酸化炭素供給路４を流れるガスの流量を調整するガス供給量調整バルブ５が設けられ、これにより、カバー１内部に供給される二酸化炭素の量を調整することができる。ガス供給量調整バルブ５は手動で操作されてもよく、自動で操作されてもよい。
【００２８】
なお、供給する二酸化炭素の量は必ずしも一定である必要は無く、例えば時間や天候等に応じてその供給量を変動させるようにすることができる。具体的には、培養する光合成微生物の種類（活動状況）に応じて供給量を変動させてもよい。例えば、午前に光合成が活発であるならば午前に二酸化炭素の量を多く、午後に光合成が活発であるならば午後に二酸化炭素の量を多く、夜間に光合成が行われないならば夜間は二酸化炭素の供給を停止（培養槽全体の運転を停止）する等して、光合成微生物の活動状況に応じて二酸化炭素を供給する。このようにすることで、二酸化炭素の無駄な消費を抑制すること、換言すると、光合成微生物に取り込まれなかった二酸化炭素が大気中に無駄に放散されることを防止できる。ちなみに、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒは、このような光合成微生物の活動状況に応じて二酸化炭素を供給する機能を備えているものとする。
このような供給量の変動は手動でガス供給量調整バルブ５を操作して行ってもよいし、例えば上記の変動を行わせることができるプログラムが記録された装置（例えば時間に応じて供給量を変動させる場合にはタイマー等）とガス供給量調整バルブ５とを連動させて、上記の操作を自動で行わせてもよい。
【００２９】
さらに、培養する光合成微生物の種類（活動パターン）に応じて供給量を変動させてもよい。例えば、培養する光合成微生物の活動が午後に特に活発になる場合、通常は光合成も午後に活発に行われるため、午後において二酸化炭素の供給量を増加させる等してもよい。
【００３０】
カバー１内部に供給される二酸化炭素の量は特に制限されない。ただし、培養コストを抑制しつつ、かつ、効率良く培養液Ｍに二酸化炭素を溶解させる観点から、培養液Ｍの二酸化炭素の溶解量が培養液Ｍの飽和二酸化炭素濃度となるように、カバー１内部に二酸化炭素を供給することが好ましい。
【００３１】
このような適切な量の二酸化炭素をカバー１内部に供給するために、例えばカバー１内部に二酸化炭素濃度測定器、培養液Ｍの溶存二酸化炭素濃度測定器等を設け、カバー１内部及び培養液Ｍ中の二酸化炭素濃度を測定することが好ましい。そして、測定値に基づいて二酸化炭素の供給量を変動させることにより、より適切な量の二酸化炭素をカバー１内部に供給することができる。
【００３２】
また、培養液Ｍの流れを阻害しない程度にカバー１を培養液Ｍに接触させ、カバー１内部の圧力及び二酸化炭素濃度を測定しながら培養を行ってもよい。このようにすることで、例えば二酸化炭素が不足してカバー１内の圧力が下がったら二酸化炭素を供給し、カバー１内部の圧力が所定のものになったら、供給を止める制御を行うことができ、過剰な二酸化炭素量（即ち、外部に放散される二酸化炭素量）をより確実に減少させることができる。
【００３３】
さらには、上記のように、本発明の効果を著しく損なわない程度にカバー１を培養液Ｍに接触させ、カバー１内部に二酸化炭素を供給して培養液Ｍに二酸化炭素を溶解させる際、培養液Ｍから放散される二酸化炭素量も考慮して、カバー１内部に供給する二酸化炭素量を制御してもよい。
【００３４】
次に、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒに適用可能な攪拌手段Ｐの一具体例を、図２を参照しながら説明する。
【００３５】
図２は、第一実施形態に係るレースウェイ培養装置Ｒに適用可能な攪拌手段Ｐの一具体例（以下、適宜、「第一実施形態に係る攪拌手段」と言う。）を模式的に表す図である。図２に示す第一実施形態に係る攪拌手段Ｐは、培養液Ｍの流れ方向に対して平行（即ち、同方向）若しくは略平行な方向の攪拌を行う平行方向攪拌手段６と、流れ方向に対して垂直若しくは略垂直な方向の攪拌を行う垂直方向攪拌手段７と、を備えている。そして、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７は、いずれも等間隔となるように支持材２に固定されている。また、第一実施形態に係る攪拌手段Ｐは、培養液Ｍを攪拌する機能に加えて、培養液Ｍの流れを作り出す機能（即ち、培養液Ｍの循環手段としての機能）も有している。
【００３６】
図２に示すように、第一実施形態に係る攪拌手段Ｐにおいては、平行方向攪拌手段６として板状羽根を、垂直方向攪拌手段７として櫛状羽根を用いている。また、支持材２に固定される、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７の数は図２においてはいずれも４つずつとしているが、固定される各手段の数は４つに限定されるものではない。また、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７の数を異なるものにしてもよい。さらに、図２においては、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７が交互に支持材２に設けられているが、必ずしも交互に設けられる必要は無い。また、垂直方向攪拌手段７を構成する櫛部７ａ（後述する。）の数も特に制限されない。
【００３７】
また、図２に示す平行方向攪拌手段６は、その端部（支持材２に固定されていない側）が折り曲げられて形成されている。図２に示すように、平行方向攪拌手段６の端部が折り曲げられた形状を有する板状羽根とし、さらに折り曲げ角を鈍角とすることにより、カバー１内部の二酸化炭素を培養液Ｍ中により効率良く溶解させることができる。
【００３８】
平行方向攪拌手段６の大きさ及び厚さ、並びに垂直方向攪拌手段７の長さ及び太さ等は特に制限されず、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７が、培養路８の底部に接触しない程度の大きさ及び長さにし、各手段の強度が保てる程度の厚さ及び太さにすればよい。
【００３９】
図３は、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいて攪拌手段Ｐとして図２に示す攪拌手段を用い、カバー１を取り外した様子を模式的に表す図である。図３に示すように、攪拌手段Ｐが駆動することにより、培養路８内で浅い水深の培養液Ｍに対して、培養コストを抑制しつつも十分量の二酸化炭素を溶解させることができる。また、培養液Ｍの流れを作り出すこともできる。
【００４０】
ここで、図２に示す攪拌手段Ｐを構成する、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、図２に示す攪拌手段Ｐを用いたレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいて、攪拌手段Ｐ近傍を模式的に表す横断面図、図５は、図２に示す攪拌手段Ｐを用いたレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいて、攪拌手段Ｐ近傍を模式的に表す斜視図である。なお、図５においては、説明の簡略化のために、垂直方向攪拌手段７を構成する一部の櫛部７ａのみを示している。
【００４１】
なお、図４において、白抜きの矢印がカバー１内部における二酸化炭素の流れる向きを表し、培養液Ｍ中に示されている円形状のものが、培養液Ｍ中に溶解している二酸化炭素を表している。また、黒い実線矢印は各手段（及び支持材２）が回転する方向を表している。
【００４２】
図４に示すように、カバー１内部に供給された二酸化炭素はカバー１内部に一様に拡散するが、平行方向攪拌手段６の回転により二酸化炭素の流れる向きがほぼ一方向となり（図４において、支持材２を中心として反時計回り方向。）、拡散した二酸化炭素の大部分が、平行方向攪拌手段６とともに培養液Ｍに強制的に接触させられる（即ち、二酸化炭素が培養液Ｍに押し込められる）ことになる。そして、平行方向攪拌手段６により培養液Ｍに強制的に接触させられた二酸化炭素は培養液Ｍに溶解し、溶解し切れなかった二酸化炭素は培養液Ｍとカバー１との間に存在する隙間を通って外部に放出される。
なお、図４に示す実施形態においては、カバー１の端部と培養液Ｍとは接触していないが、上記のようにカバー１の端部と培養液Ｍとを接触させて、二酸化炭素を外部に放出させない構成としてもよい。
【００４３】
また、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７によって培養液Ｍの攪拌が繰り返され、カバー１内部には培養液Ｍのミスト（しぶき）が飛び散っている状態であり、二酸化炭素で充満した空間に当該飛沫が曝露されていることになる。従って、当該飛沫は、周辺の雰囲気である二酸化炭素を溶解しやすく、このようにして二酸化炭素を溶解した飛沫は、再び培養液Ｍとなって培養路８を流れることになる。
【００４４】
以上のように、攪拌手段Ｐの上方に、かつ、攪拌手段Ｐ及び培養液Ｍの液面を覆うカバー１が設けられ、カバー１内部に二酸化炭素が供給されることにより、効率よく培養液Ｍに二酸化炭素を溶解させることができる。なお、攪拌手段Ｐが平行方向攪拌手段６又は垂直方向攪拌手段７を有さず、攪拌手段Ｐが例えばスクリュー等であっても、例えば水流によって生じる気流の乱れや発生する飛沫等によって、上記の効果と同様の効果を奏する。
【００４５】
また、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいては、攪拌手段として図２に示す攪拌手段Ｐを用いているため、以下のような利点も得られる。
【００４６】
レースウェイポンド型培養槽を用いて光合成微生物を培養する場合、通常は培養液の水深が浅いため培養液の移動が二次元方向（即ち、水深方向に垂直な方向）のみになる傾向があり、水深方向の培養液の移動が起き難いという課題がある。従って、培養路の底部に存在する光合成微生物まで太陽光が到達しうる程度の浅さに培養液の水深を調整しても依然としてその培養条件が不十分である可能性が高い。そのため、十分に太陽光が照射される培養液液面付近に存在する光合成微生物層と、太陽光が照射されにくい培養路底部に存在する光合成微生物層と、の二層に分かれやすくなり、上層（液面に近い層）と下層（培養路の底部に近い層）との混合が行われにくく、一様な培養が行われにくいという課題がある。
【００４７】
しかしながら、第一実施形態に係る攪拌手段Ｐを用いることにより、平行方向攪拌手段６は、上記の二酸化炭素溶解の作用に加えて、培養液Ｍの流れを形成する作用も有する。さらに、培養路８の底部から培養液Ｍを掻き揚げる（即ち、底部から培養液Ｍを掬い上げる）ように平行方向攪拌手段６が駆動するため、培養路８における培養液Ｍの上下方向（図４における紙面上下方向）の攪拌を行うこともできる。
【００４８】
さらに、図５に示すように、垂直方向攪拌手段７が駆動することにより、垂直方向攪拌手段７を構成する櫛部７ａの移動後には、図５において黒い細実線矢印で示すように横方向（即ち、培養液Ｍの流れ方向に対して垂直若しくは略垂直。厳密には垂直ではないが、説明を簡略化するために「垂直」と呼称している。）の培養液Ｍの流れが生じる。従って、第一実施形態に係る攪拌手段Ｐを用いることにより、平行方向攪拌手段６による培養液Ｍの上下方向の攪拌のみならず、培養液Ｍの流れ方向に対して垂直な方向の攪拌を行うこともできる。
【００４９】
従って、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいて攪拌手段として図２に示す攪拌手段Ｐを用いることにより、培養液Ｍの流れ方向に対して平行（即ち、流れ方向と同方向）及び垂直、さらには培養液Ｍの上下方向の攪拌を、一体的に形成された一つの攪拌手段によって行うことができ、上記の培養液Ｍに対する二酸化炭素溶解の促進に加え、均一な培養液Ｍの攪拌をも行うことが可能となる。
【００５０】
＜まとめ＞
以上、本実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒを、攪拌手段として図２に示す攪拌手段Ｐを用いて具体的に説明したが、本実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒに適用可能な攪拌手段は、図２に示す攪拌手段Ｐに限定されるものではない。即ち、本実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒに設けられる攪拌手段としては、公知の任意の攪拌手段を用いることができる。また、レースウェイポンド型培養槽Ｒに設けられる攪拌手段の数も任意であり、設ける攪拌手段の数に応じてカバー１をそれぞれ設ければよい。
【００５１】
さらに、上記のように、第一実施形態に係る攪拌手段Ｐは培養液Ｍの流れを作り出す機能（即ち、培養液Ｍの循環手段としての機能）も有しているが、攪拌手段は循環手段としての機能を有する必要はなく、循環手段としての機能を有さない攪拌手段と、循環手段とを組み合わせて本実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒとしてもよい。
【００５２】
また、図１に示す第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいては、二酸化炭素供給源３からカバー１内部に直接二酸化炭素が供給される構成としているが、例えば、カバー１外部において、別の溶解手段（図示しない。）によって二酸化炭素を培養液Ｍに溶解させ、当該二酸化炭素が溶解した培養液Ｍがカバー１の下部を通過する際にカバー１内部に二酸化炭素が放散されることにより、二酸化炭素がカバー１内部に供給される構成としてもよい。このような構成とすることにより、カバー１内部に放散した二酸化炭素を再び培養液Ｍに溶解させることができ、外部へ放散する二酸化炭素量を減少させることができ、ひいては培養コストを削減できる。
【００５３】
その他にも、本発明の要旨を損なわない限り、上記の内容を適宜変更して実施可能であることは当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００５４】
１ カバー
２ 支持材
３ 二酸化炭素供給源
４ 二酸化炭素供給路
５ ガス供給量調整バルブ
６ 平行方向攪拌手段
７ 垂直方向攪拌手段
７ａ 櫛部
８ 培養路
Ｍ 培養液
Ｐ 攪拌手段
Ｒ レースウェイポンド型培養槽
【技術分野】
【０００１】
本発明はレースウェイポンド型培養槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素等の温室効果ガスの排出量を抑制する観点から、植物が吸収する二酸化炭素量と当該植物を焼却した際に生じる二酸化炭素の発生量とが等量であるという考え方、即ち「カーボンニュートラル」との考え方が浸透しつつある。このため、バイオマス資源由来の原料から生産される、所謂バイオマス燃料（例えばトリグリセリド等の脂質、エタノール等のアルコール等）の利用が以前にも増して注目されている。
【０００３】
バイオマス燃料の原料となるバイオマス資源としては、例えば大豆、トウモロコシ、パーム等が挙げられるが、これらの可食性植物を上記のバイオマス資源として利用する場合、食糧不足への懸念や耕作地を確保するための森林破壊等という課題が生じることがある。そこで、上記のバイオマス資源に代わるものとして、池、湖沼等に広く生息する、光合成を行う原生生物等の光合成微生物は、植物と同様の光合成能を有し、水と二酸化炭素とから脂質、炭水化物等を生合成し、細胞内に数十質量％蓄積することが知られている。そして、この生産量は植物に比べて高く、具体的には、脂質、炭水化物等の生産量が高いといわれるパームの単位面積当たりで１０倍以上であるため、上記の課題を解決するために非常に有効な手段である。
【０００４】
そこで、光合成微生物を人工的に培養するための培養方法として、例えば特許文献１には、レースウェイポンドを用いる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５２４８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、レースウェイポンド型培養槽においては、レースウェイポンド型培養槽を構成する培養路を流れる培養液の攪拌手段として、パドル等が用いられる。しかしながら、光合成微生物を培養するレースウェイポンド型培養槽の場合、その水深は約１０ｃｍ〜３０ｃｍ程度と、通常の場合よりも浅いものとなる。その理由としては、培養路の底部に存在する光合成微生物に対しても太陽光を満遍なく照射させるためである。そして、このように十分な太陽光を全ての光合成微生物に照射することにより、十分な光合成を行わせることが可能となる。
【０００７】
しかしながら、このような浅い水深を有する培養液においては、二酸化炭素の曝気水深を確保することができない。従って、このような浅い水深である培養液に対して十分な二酸化炭素を溶解させるために過剰量の二酸化炭素を培養液に接触させなければならず、培養コストが増加するという課題がある
【０００８】
本発明は上記の課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、培養コストが抑制でき、浅い水深においても十分量の二酸化炭素を培養液に溶解可能なレースウェイポンド型培養槽を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、レースウェイポンド型培養槽において、攪拌手段上部にカバーを備え、当該カバー内部に二酸化炭素を供給することにより、培養コストが抑制でき、浅い水深においても十分量の二酸化炭素を培養液に溶解可能なレースウェイポンド型培養槽を提供することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】
即ち、本発明の要旨は、培養液が流れる培養路において攪拌手段が設けられ、当該攪拌手段により培養液の攪拌を行うレースウェイポンド型培養槽であって、当該攪拌手段の上方に、かつ、当該攪拌手段及び当該培養液の液面を覆うカバーが設けられ、当該カバーにより形成された空間に二酸化炭素が供給され、当該二酸化炭素が当該攪拌手段により当該培養液に溶解されることを特徴とする、レースウェイポンド型培養槽に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、培養コストが抑制でき、浅い水深においても十分量の二酸化炭素を培養液に溶解可能なレースウェイポンド型培養槽を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽を模式的に表す斜視図である。
【図２】第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽に適用可能な攪拌手段の一具体例を模式的に表す図である。
【図３】第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽において、図２に示す攪拌手段を用い、カバーを取り外した様子を模式的に表す図である。
【図４】図２に示す攪拌手段を用いたレースウェイポンド型培養槽において、攪拌手段近傍を模式的に表す横断面図である。
【図５】図２に示す攪拌手段を用いたレースウェイポンド型培養槽において、攪拌手段近傍を模式的に表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本実施形態は以下の内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更して実施することができる。
【００１４】
＜第一実施形態＞
図１は、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽を模式的に表す斜視図である。図１に示すように、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒは、培養液Ｍが流れる培養路８において攪拌手段Ｐ（図１においては図示していない。具体的な構成は後述する。）が設けられ、攪拌手段Ｐにより培養液Ｍの攪拌を行うレースウェイポンド型培養槽であって、攪拌手段Ｐの上方に、かつ、攪拌手段Ｐ及び培養液Ｍの液面を覆うカバー１が設けられ、カバー１により形成された空間（即ち、カバー１内部）に二酸化炭素が供給され、二酸化炭素が攪拌手段Ｐにより培養液Ｍに溶解されるようになっている。なお、図１及び図３において、培養液Ｍ中に示している矢印は培養液Ｍの流れの向きを表し、支持材２の軸まわりに示している矢印は支持材２の回転方向を表している。
【００１５】
二酸化炭素の具体的な供給方法として、図１においては、カバー１の上面に、パイプ、管等の二酸化炭素供給路４が接続されている。二酸化炭素供給路４はガス供給量調整バルブ５を介して二酸化炭素供給源３と接続され、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒはこのような構成を有することにより、カバー１の内部に二酸化炭素を供給することができるようになっている。
【００１６】
なお、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいて培養可能なものは、本発明の効果を著しく損なわない限り特に制限されない。ただし、培養液Ｍに効率良く二酸化炭素が溶解されるという観点から、好ましくは二酸化炭素を利用して培養される生物、より好ましくは光合成生物、さらに好ましくは光合成微生物、よりさらに好ましくは藻類、特に好ましくはユーグレナである。
【００１７】
ユーグレナは鞭毛虫の一群で、運動性のある藻類として有名なミドリムシを含む。大部分のユーグレナは葉緑体を有しており、光合成を行って独立栄養生活を行うが、捕食性のものや吸収栄養性のものもある。ユーグレナは動物学と植物学との双方に分類される属である。
【００１８】
培養液Ｍの組成は、培養される生物の種類に応じて決定すればよい。例えば、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒを用いてユーグレナを培養する場合、培養液Ｍとしては、例えば、窒素源、リン源、ミネラルなどの栄養塩類を添加した培養液、例えば、改変Ｃｒａｍｅｒ−Ｍｙｅｒｓ培地（（ＮＨ４）２ＨＰＯ４ １．０ｇ／Ｌ、ＫＨ２ＰＯ４ １．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ０．２ｇ／Ｌ、ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏ ０．０２ｇ／Ｌ、Ｆｅ２（ＳＯ２）３・７Ｈ２Ｏ ３ｍｇ／Ｌ、ＭｎＣｌ２・４Ｈ２Ｏ １．８ｍｇ／Ｌ、ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ １．５ｍｇ／Ｌ、ＺｎＳＯ４・７Ｈ２Ｏ ０．４ｍｇ／Ｌ、Ｎａ２ＭｏＯ４・２Ｈ２Ｏ ０．２ｍｇ／Ｌ、ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ ０．０２ｇ／Ｌ、チアミン塩酸塩（ビタミンＢ１） ０．１ｍｇ／Ｌ、シアノコバラミン（ビタミンＢ１２）、（ｐＨ３．５））を用いることができる。なお、（ＮＨ４）２ＨＰＯ４は、（ＮＨ４）２ＳＯ４やＮＨ３ａｑに変換することも可能である。
【００１９】
また、培養液ＭのｐＨは好ましくは２以上、また、その上限は、好ましくは６以下、より好ましくは４．５以下である。ｐＨを酸性側にすることにより、光合成微生物は他の微生物よりも優勢に生育することができるため、コンタミネーションを抑制することができる。
【００２０】
カバー１は、攪拌手段Ｐ（具体的な構成、機能等については後述する。）の上方に、かつ、攪拌手段Ｐ及び培養液Ｍの液面を覆うように設けられているものである。カバー１の大きさは特に制限されないが、攪拌手段Ｐを完全に覆うことができるものとする。カバー１の下部が培養液Ｍの液面に接触した場合、カバー１が培養液Ｍの流れを受けることになる、換言するとカバー１が培養液Ｍの流れを阻害することになるが、本発明の効果を著しく損なわない程度の阻害であれば、このような接触がなされていてもよい。また、カバー１が攪拌手段Ｐと比べて大きすぎる場合（即ち、カバー１を設けることにより形成される空間が大きすぎる場合）、培養液Ｍに溶解されない二酸化炭素の量が過剰なものとなる可能性がある。
【００２１】
カバー１の形状も特に制限されない。図１に示す第一実施形態においては四角形状（即ち、半正八角形状）としているが、半円柱形状等であってもよい。
【００２２】
また、カバー１を構成する材料も特に制限されない。カバー１を構成する材料としては、例えば樹脂、金属等が挙げられ、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意に組み合わせて用いてもよい。ただし、カバー１内部において培養液Ｍが攪拌され、培養液Ｍのミスト（飛沫）が生じる可能性が極めて高いことから、カバー１を構成する材料としては、培養液Ｍによって腐食されないものを用いることが特に好ましい。
【００２３】
支持材２は後述する攪拌手段Ｐにおける平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７とが固定されるものである。支持材２を構成する材料等は特に制限されないが、カバー１と同様に培養液Ｍによって腐食されず、かつ、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７を確実に固定できるものを用いることが好ましい。
【００２４】
また、支持材２の長さも特に制限されない。ただし、支持材２は、通常はギア、ベルト等を介して駆動手段（図示しない。）と接続される構成となっており、当該駆動手段によって支持材２を回転（即ち、攪拌手段Ｐを駆動）させることができるようになっている。そのため、ギアやベルトと接触させることができる程度に、支持材２が培養路８の外部に突き出す長さを有していることが好ましい。また、支持材２の太さも特に制限されず、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７を確実に固定できる程度の強度を有する太さにすればよい。
【００２５】
二酸化炭素供給源３は、カバー１内部に二酸化炭素を供給するものである。図１に示す第一実施形態においては、二酸化炭素が充填されたガスボンベを用いている。ただし、二酸化炭素供給源３はガスボンベに何ら限定されるものではなく、例えば二酸化炭素を含む工場等からの排気ガスを用いてもよい。ただし、工場等からの排気ガスを二酸化炭素供給源３として用いる場合には、予め培養する例えば光合成微生物の成長及び培養を阻害する成分を除去したガスを用いることが好ましい。このような成分を除去する装置（例えば硫黄酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）の除去装置等）は公知の任意のものを用いることができ、その設置場所も任意である。例えば、予め当該装置により除去したガスを二酸化炭素供給路４（後述する。）に流通させてもよいし、当該装置をカバー１の上部に設け、除去前の排気ガスを二酸化炭素供給路４に流通させて当該装置で当該成分を除去後、二酸化炭素をカバー１内部に供給する構成としてもよい。なお、培養する光合成微生物が例えば硫黄酸化物や窒素酸化物等に対して耐性があったり、浄化作用があったりするものであれば、硫黄酸化物や窒素酸化物等の除去は行わなくてもよい。
【００２６】
二酸化炭素供給路４は、カバー１内部と二酸化炭素供給源３とを接続するものである。二酸化炭素供給路４の長さや構成材料は特に制限されないが、供給される二酸化炭素の損失をできるだけ抑制する観点から、可能な限り短いことが好ましい。また、構成材料は二酸化炭素によって劣化しないものが好ましく、特に、工場等からの排気ガスを二酸化炭素供給源３として用い、例えばＳＯｘやＮＯｘの除去装置をカバー１の上部に設ける場合、当該排気ガスに含まれる二酸化炭素以外の成分によっても劣化しない材料を用いることが好ましい。
【００２７】
二酸化炭素供給路４の途中には、二酸化炭素供給路４を流れるガスの流量を調整するガス供給量調整バルブ５が設けられ、これにより、カバー１内部に供給される二酸化炭素の量を調整することができる。ガス供給量調整バルブ５は手動で操作されてもよく、自動で操作されてもよい。
【００２８】
なお、供給する二酸化炭素の量は必ずしも一定である必要は無く、例えば時間や天候等に応じてその供給量を変動させるようにすることができる。具体的には、培養する光合成微生物の種類（活動状況）に応じて供給量を変動させてもよい。例えば、午前に光合成が活発であるならば午前に二酸化炭素の量を多く、午後に光合成が活発であるならば午後に二酸化炭素の量を多く、夜間に光合成が行われないならば夜間は二酸化炭素の供給を停止（培養槽全体の運転を停止）する等して、光合成微生物の活動状況に応じて二酸化炭素を供給する。このようにすることで、二酸化炭素の無駄な消費を抑制すること、換言すると、光合成微生物に取り込まれなかった二酸化炭素が大気中に無駄に放散されることを防止できる。ちなみに、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒは、このような光合成微生物の活動状況に応じて二酸化炭素を供給する機能を備えているものとする。
このような供給量の変動は手動でガス供給量調整バルブ５を操作して行ってもよいし、例えば上記の変動を行わせることができるプログラムが記録された装置（例えば時間に応じて供給量を変動させる場合にはタイマー等）とガス供給量調整バルブ５とを連動させて、上記の操作を自動で行わせてもよい。
【００２９】
さらに、培養する光合成微生物の種類（活動パターン）に応じて供給量を変動させてもよい。例えば、培養する光合成微生物の活動が午後に特に活発になる場合、通常は光合成も午後に活発に行われるため、午後において二酸化炭素の供給量を増加させる等してもよい。
【００３０】
カバー１内部に供給される二酸化炭素の量は特に制限されない。ただし、培養コストを抑制しつつ、かつ、効率良く培養液Ｍに二酸化炭素を溶解させる観点から、培養液Ｍの二酸化炭素の溶解量が培養液Ｍの飽和二酸化炭素濃度となるように、カバー１内部に二酸化炭素を供給することが好ましい。
【００３１】
このような適切な量の二酸化炭素をカバー１内部に供給するために、例えばカバー１内部に二酸化炭素濃度測定器、培養液Ｍの溶存二酸化炭素濃度測定器等を設け、カバー１内部及び培養液Ｍ中の二酸化炭素濃度を測定することが好ましい。そして、測定値に基づいて二酸化炭素の供給量を変動させることにより、より適切な量の二酸化炭素をカバー１内部に供給することができる。
【００３２】
また、培養液Ｍの流れを阻害しない程度にカバー１を培養液Ｍに接触させ、カバー１内部の圧力及び二酸化炭素濃度を測定しながら培養を行ってもよい。このようにすることで、例えば二酸化炭素が不足してカバー１内の圧力が下がったら二酸化炭素を供給し、カバー１内部の圧力が所定のものになったら、供給を止める制御を行うことができ、過剰な二酸化炭素量（即ち、外部に放散される二酸化炭素量）をより確実に減少させることができる。
【００３３】
さらには、上記のように、本発明の効果を著しく損なわない程度にカバー１を培養液Ｍに接触させ、カバー１内部に二酸化炭素を供給して培養液Ｍに二酸化炭素を溶解させる際、培養液Ｍから放散される二酸化炭素量も考慮して、カバー１内部に供給する二酸化炭素量を制御してもよい。
【００３４】
次に、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒに適用可能な攪拌手段Ｐの一具体例を、図２を参照しながら説明する。
【００３５】
図２は、第一実施形態に係るレースウェイ培養装置Ｒに適用可能な攪拌手段Ｐの一具体例（以下、適宜、「第一実施形態に係る攪拌手段」と言う。）を模式的に表す図である。図２に示す第一実施形態に係る攪拌手段Ｐは、培養液Ｍの流れ方向に対して平行（即ち、同方向）若しくは略平行な方向の攪拌を行う平行方向攪拌手段６と、流れ方向に対して垂直若しくは略垂直な方向の攪拌を行う垂直方向攪拌手段７と、を備えている。そして、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７は、いずれも等間隔となるように支持材２に固定されている。また、第一実施形態に係る攪拌手段Ｐは、培養液Ｍを攪拌する機能に加えて、培養液Ｍの流れを作り出す機能（即ち、培養液Ｍの循環手段としての機能）も有している。
【００３６】
図２に示すように、第一実施形態に係る攪拌手段Ｐにおいては、平行方向攪拌手段６として板状羽根を、垂直方向攪拌手段７として櫛状羽根を用いている。また、支持材２に固定される、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７の数は図２においてはいずれも４つずつとしているが、固定される各手段の数は４つに限定されるものではない。また、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７の数を異なるものにしてもよい。さらに、図２においては、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７が交互に支持材２に設けられているが、必ずしも交互に設けられる必要は無い。また、垂直方向攪拌手段７を構成する櫛部７ａ（後述する。）の数も特に制限されない。
【００３７】
また、図２に示す平行方向攪拌手段６は、その端部（支持材２に固定されていない側）が折り曲げられて形成されている。図２に示すように、平行方向攪拌手段６の端部が折り曲げられた形状を有する板状羽根とし、さらに折り曲げ角を鈍角とすることにより、カバー１内部の二酸化炭素を培養液Ｍ中により効率良く溶解させることができる。
【００３８】
平行方向攪拌手段６の大きさ及び厚さ、並びに垂直方向攪拌手段７の長さ及び太さ等は特に制限されず、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７が、培養路８の底部に接触しない程度の大きさ及び長さにし、各手段の強度が保てる程度の厚さ及び太さにすればよい。
【００３９】
図３は、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいて攪拌手段Ｐとして図２に示す攪拌手段を用い、カバー１を取り外した様子を模式的に表す図である。図３に示すように、攪拌手段Ｐが駆動することにより、培養路８内で浅い水深の培養液Ｍに対して、培養コストを抑制しつつも十分量の二酸化炭素を溶解させることができる。また、培養液Ｍの流れを作り出すこともできる。
【００４０】
ここで、図２に示す攪拌手段Ｐを構成する、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７について、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、図２に示す攪拌手段Ｐを用いたレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいて、攪拌手段Ｐ近傍を模式的に表す横断面図、図５は、図２に示す攪拌手段Ｐを用いたレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいて、攪拌手段Ｐ近傍を模式的に表す斜視図である。なお、図５においては、説明の簡略化のために、垂直方向攪拌手段７を構成する一部の櫛部７ａのみを示している。
【００４１】
なお、図４において、白抜きの矢印がカバー１内部における二酸化炭素の流れる向きを表し、培養液Ｍ中に示されている円形状のものが、培養液Ｍ中に溶解している二酸化炭素を表している。また、黒い実線矢印は各手段（及び支持材２）が回転する方向を表している。
【００４２】
図４に示すように、カバー１内部に供給された二酸化炭素はカバー１内部に一様に拡散するが、平行方向攪拌手段６の回転により二酸化炭素の流れる向きがほぼ一方向となり（図４において、支持材２を中心として反時計回り方向。）、拡散した二酸化炭素の大部分が、平行方向攪拌手段６とともに培養液Ｍに強制的に接触させられる（即ち、二酸化炭素が培養液Ｍに押し込められる）ことになる。そして、平行方向攪拌手段６により培養液Ｍに強制的に接触させられた二酸化炭素は培養液Ｍに溶解し、溶解し切れなかった二酸化炭素は培養液Ｍとカバー１との間に存在する隙間を通って外部に放出される。
なお、図４に示す実施形態においては、カバー１の端部と培養液Ｍとは接触していないが、上記のようにカバー１の端部と培養液Ｍとを接触させて、二酸化炭素を外部に放出させない構成としてもよい。
【００４３】
また、平行方向攪拌手段６及び垂直方向攪拌手段７によって培養液Ｍの攪拌が繰り返され、カバー１内部には培養液Ｍのミスト（しぶき）が飛び散っている状態であり、二酸化炭素で充満した空間に当該飛沫が曝露されていることになる。従って、当該飛沫は、周辺の雰囲気である二酸化炭素を溶解しやすく、このようにして二酸化炭素を溶解した飛沫は、再び培養液Ｍとなって培養路８を流れることになる。
【００４４】
以上のように、攪拌手段Ｐの上方に、かつ、攪拌手段Ｐ及び培養液Ｍの液面を覆うカバー１が設けられ、カバー１内部に二酸化炭素が供給されることにより、効率よく培養液Ｍに二酸化炭素を溶解させることができる。なお、攪拌手段Ｐが平行方向攪拌手段６又は垂直方向攪拌手段７を有さず、攪拌手段Ｐが例えばスクリュー等であっても、例えば水流によって生じる気流の乱れや発生する飛沫等によって、上記の効果と同様の効果を奏する。
【００４５】
また、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいては、攪拌手段として図２に示す攪拌手段Ｐを用いているため、以下のような利点も得られる。
【００４６】
レースウェイポンド型培養槽を用いて光合成微生物を培養する場合、通常は培養液の水深が浅いため培養液の移動が二次元方向（即ち、水深方向に垂直な方向）のみになる傾向があり、水深方向の培養液の移動が起き難いという課題がある。従って、培養路の底部に存在する光合成微生物まで太陽光が到達しうる程度の浅さに培養液の水深を調整しても依然としてその培養条件が不十分である可能性が高い。そのため、十分に太陽光が照射される培養液液面付近に存在する光合成微生物層と、太陽光が照射されにくい培養路底部に存在する光合成微生物層と、の二層に分かれやすくなり、上層（液面に近い層）と下層（培養路の底部に近い層）との混合が行われにくく、一様な培養が行われにくいという課題がある。
【００４７】
しかしながら、第一実施形態に係る攪拌手段Ｐを用いることにより、平行方向攪拌手段６は、上記の二酸化炭素溶解の作用に加えて、培養液Ｍの流れを形成する作用も有する。さらに、培養路８の底部から培養液Ｍを掻き揚げる（即ち、底部から培養液Ｍを掬い上げる）ように平行方向攪拌手段６が駆動するため、培養路８における培養液Ｍの上下方向（図４における紙面上下方向）の攪拌を行うこともできる。
【００４８】
さらに、図５に示すように、垂直方向攪拌手段７が駆動することにより、垂直方向攪拌手段７を構成する櫛部７ａの移動後には、図５において黒い細実線矢印で示すように横方向（即ち、培養液Ｍの流れ方向に対して垂直若しくは略垂直。厳密には垂直ではないが、説明を簡略化するために「垂直」と呼称している。）の培養液Ｍの流れが生じる。従って、第一実施形態に係る攪拌手段Ｐを用いることにより、平行方向攪拌手段６による培養液Ｍの上下方向の攪拌のみならず、培養液Ｍの流れ方向に対して垂直な方向の攪拌を行うこともできる。
【００４９】
従って、第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいて攪拌手段として図２に示す攪拌手段Ｐを用いることにより、培養液Ｍの流れ方向に対して平行（即ち、流れ方向と同方向）及び垂直、さらには培養液Ｍの上下方向の攪拌を、一体的に形成された一つの攪拌手段によって行うことができ、上記の培養液Ｍに対する二酸化炭素溶解の促進に加え、均一な培養液Ｍの攪拌をも行うことが可能となる。
【００５０】
＜まとめ＞
以上、本実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒを、攪拌手段として図２に示す攪拌手段Ｐを用いて具体的に説明したが、本実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒに適用可能な攪拌手段は、図２に示す攪拌手段Ｐに限定されるものではない。即ち、本実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒに設けられる攪拌手段としては、公知の任意の攪拌手段を用いることができる。また、レースウェイポンド型培養槽Ｒに設けられる攪拌手段の数も任意であり、設ける攪拌手段の数に応じてカバー１をそれぞれ設ければよい。
【００５１】
さらに、上記のように、第一実施形態に係る攪拌手段Ｐは培養液Ｍの流れを作り出す機能（即ち、培養液Ｍの循環手段としての機能）も有しているが、攪拌手段は循環手段としての機能を有する必要はなく、循環手段としての機能を有さない攪拌手段と、循環手段とを組み合わせて本実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒとしてもよい。
【００５２】
また、図１に示す第一実施形態に係るレースウェイポンド型培養槽Ｒにおいては、二酸化炭素供給源３からカバー１内部に直接二酸化炭素が供給される構成としているが、例えば、カバー１外部において、別の溶解手段（図示しない。）によって二酸化炭素を培養液Ｍに溶解させ、当該二酸化炭素が溶解した培養液Ｍがカバー１の下部を通過する際にカバー１内部に二酸化炭素が放散されることにより、二酸化炭素がカバー１内部に供給される構成としてもよい。このような構成とすることにより、カバー１内部に放散した二酸化炭素を再び培養液Ｍに溶解させることができ、外部へ放散する二酸化炭素量を減少させることができ、ひいては培養コストを削減できる。
【００５３】
その他にも、本発明の要旨を損なわない限り、上記の内容を適宜変更して実施可能であることは当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００５４】
１ カバー
２ 支持材
３ 二酸化炭素供給源
４ 二酸化炭素供給路
５ ガス供給量調整バルブ
６ 平行方向攪拌手段
７ 垂直方向攪拌手段
７ａ 櫛部
８ 培養路
Ｍ 培養液
Ｐ 攪拌手段
Ｒ レースウェイポンド型培養槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液が流れる培養路において攪拌手段が設けられ、該攪拌手段により培養液の攪拌を行うレースウェイポンド型培養槽であって、
該攪拌手段の上方に、かつ、該攪拌手段及び該培養液の液面を覆うカバーが設けられ、
該カバーにより形成された空間に二酸化炭素が供給され、該二酸化炭素が該攪拌手段により該培養液に溶解されるように構成されている
ことを特徴とする、レースウェイポンド型培養槽。
【請求項２】
該攪拌手段が、
該培養液の流れ方向に対して平行若しくは略平行な方向の攪拌を行う平行方向攪拌手段と、
該流れ方向に対して垂直若しくは略垂直な方向の攪拌を行う垂直方向攪拌手段と、
該平行方向攪拌手段及び該垂直方向攪拌手段を固定する支持材と、
を少なくとも備えている
ことを特徴とする、請求項１に記載のレースウェイポンド型培養槽。
【請求項３】
該平行方向攪拌手段が板状羽根であり、
該垂直方向攪拌手段が櫛状羽根である
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のレースウェイポンド型培養槽。
【請求項１】
培養液が流れる培養路において攪拌手段が設けられ、該攪拌手段により培養液の攪拌を行うレースウェイポンド型培養槽であって、
該攪拌手段の上方に、かつ、該攪拌手段及び該培養液の液面を覆うカバーが設けられ、
該カバーにより形成された空間に二酸化炭素が供給され、該二酸化炭素が該攪拌手段により該培養液に溶解されるように構成されている
ことを特徴とする、レースウェイポンド型培養槽。
【請求項２】
該攪拌手段が、
該培養液の流れ方向に対して平行若しくは略平行な方向の攪拌を行う平行方向攪拌手段と、
該流れ方向に対して垂直若しくは略垂直な方向の攪拌を行う垂直方向攪拌手段と、
該平行方向攪拌手段及び該垂直方向攪拌手段を固定する支持材と、
を少なくとも備えている
ことを特徴とする、請求項１に記載のレースウェイポンド型培養槽。
【請求項３】
該平行方向攪拌手段が板状羽根であり、
該垂直方向攪拌手段が櫛状羽根である
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のレースウェイポンド型培養槽。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２３９７９（Ｐ２０１２−２３９７９Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６３３８７（Ｐ２０１０−１６３３８７）
【出願日】平成２２年７月２０日（２０１０．７．２０）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【出願人】（５０６１４１２２５）株式会社ユーグレナ (12)
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２０日（２０１０．７．２０）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【出願人】（５０６１４１２２５）株式会社ユーグレナ (12)
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【Ｆターム（参考）】
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