微生物の破砕方法
【課題】微生物の細胞壁を効果的に破砕する際の破砕コストを従来に比べて大幅に低減することができると共に、微生物から有用成分を抽出する際にも抽出効率を飛躍的に高めることができる微生物の破砕方法を提供する。
【解決手段】回転刃２２と固定刃２４とのクリアランスＣが１ｍｍ以下の叩解機１０を用いて、微生物の細胞壁を破砕する。
【解決手段】回転刃２２と固定刃２４とのクリアランスＣが１ｍｍ以下の叩解機１０を用いて、微生物の細胞壁を破砕する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物の破砕方法に係り、特に有用成分を産出する微生物の破砕コストを削減するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、有用成分を産生することのできる藻類や酵母等の微生物を培養し、培養した微生物から有用成分を取り出すことが行われている。微生物から有用成分を取り出すため、特許文献１では、微生物の細胞壁を高圧ホモジナイザーやビーズミル等で破砕した後、遠心分離により細胞砕片を含む水相を取り除き、有用成分が存在する油相を取り出している。
【０００３】
即ち、先ず微生物を破砕して有用成分を取り出し易くする破砕工程を行う必要があり、この破砕工程での破砕コストを如何に低く抑えるかが、工業化のためのコストパフォーマンスとして極めて重要になる。医薬品のように破砕量が少なく有用成分の単価を高く設定できる場合には、破砕コストを商品価格に吸収可能であるが、破砕量が多く単価をそれほど高く設定できない商品では破砕コストを吸収しきれないので、破砕コストを如何に下げるかが重要になる。
【０００４】
また、微生物から有用成分を取り出す場合に限らず、例えばクロレラのような微生物そのものが栄養補助食品として摂取されるものは、破砕した粉末や粉末を顆粒状にした状態で摂取することが多いが、細胞壁の破砕状態が悪いと摂取効果が小さくなると言われている。したがって、如何に低い破砕コストで細胞壁を効果的に破砕できるかが重要になる。
【特許文献１】特表２００４−５０４８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１で使用されている、高圧ホモジナイザーやビーズミルの破砕機は、破砕に必要な微生物単位量当たりの消費電力が大きく、破砕コストを十分に削減することができないという問題がある。特に、最近話題になっているバイオ燃料やバイオマスプラスチックのバイオマス資源として微生物を利用しようとした場合、培養した大量の微生物を低コストで破砕する必要が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、微生物の細胞壁を効果的に破砕する際の破砕コストを従来に比べて大幅に低減することができると共に、微生物から有用成分を抽出する際にも抽出効率を飛躍的に高めることができる微生物の破砕方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、回転刃と、固定刃若しくは逆方向に回転する回転刃とのクリアランスが１ｍｍ以下の回転型破砕機を用いて、微生物の細胞壁を破砕することを特徴とする微生物の破砕方法を提供する。
【０００８】
回転刃と、固定刃若しくは逆方向に回転する回転刃とのクリアランスが１ｍｍ以下の回転型破砕機を用いて微生物の細胞壁を破砕することにより、従来の高圧ホモジナイザーやビーズミルの破砕機を用いたい場合に比べて、微生物単位重量当たりの消費電力を大幅に低減することができる。また、本発明の破砕方法と従来の高圧ホモジナイザーやビーズミルの破砕機を用いた破砕方法とを同じ消費電力当たりでみたときには、本発明の方が細胞壁の破砕レベルを顕著に向上することができる。これにより、微生物の細胞壁を効果的に破砕する際の破砕コストを大幅に低減することができる。また、細胞壁を破砕する破砕レベルが格段に良くなるので、微生物から有用成分を抽出する際にも抽出効率を飛躍的に高めることができる。
【０００９】
回転型破砕機のクリアランスとしては、０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【００１０】
請求項２は請求項１において、前記回転型破砕機の剪断応力は１０３Ｎ／ｍ２以上であることを特徴とする。回転型破砕機の剪断応力が１０３Ｎ／ｍ２以上であることが、微生物の細胞壁を効果的に破砕する上で一層好ましいからである。したがって、回転型破砕機の回転刃と固定刃のクリアランスは１ｍｍ以下であるが、破砕条件（微生物の種類、回転刃２２の回転速度、微生物溶液の濃度又は粘度等）に応じて、剪断応力が１０３Ｎ／ｍ２以上になるようにクリアランスや回転速度を調整することが好ましい。
【００１１】
請求項３は請求項１又は２において、前記回転型破砕機は叩解機であることを特徴とする。
【００１２】
本発明における回転型破砕機の具体例としては、叩解機が好適である。叩解機は、製紙工業でパルプ繊維を切断、膨潤、フィブリル化する工程で使用されているが、発明者は、微生物の細胞壁を破砕する破砕機として使用することで、微生物の細胞壁を効果的に破砕でき且つ従来の高圧ホモジナイザーやビーズミルに比べて破砕に要する消費電力を大幅に低減できることを発見した。
【００１３】
請求項４は請求項１〜３の何れかにおいて、前記回転型破砕機で前記微生物の細胞壁を８０％以上の割合で破砕するのに必要な消費電力が、微生物１ｇ（ドライベース）当たり２０ワット（Ｗ）以下であることを特徴とする。
【００１４】
これは、本発明の微生物の破砕方法を使用することで達成できる省エネを、特徴の構成として限定したもので、微生物の細胞壁を８０％以上破砕するのに必要な消費電力を、微生物１ｇ（ドライベース）当たり２０ワット（Ｗ）以下まで低減することができる。
【００１５】
請求項５は請求項１〜４の何れかにおいて、前記微生物は、有用成分を産生する微細藻類、酵母、バクテリアの何れかであることを特徴とする。
【００１６】
これは、破砕対象である微生物を具体的に特定したものであり、微生物は、有用成分を産生する微細藻類、酵母、バクテリアの何れかであることが好ましい。有用成分としては、脂質、糖質、蛋白質（アミノ酸を含む）、核酸を挙げることができる。
【００１７】
請求項６は請求項５において、前記有用成分がバイオ燃料やバイオプラスチックの原料として利用可能な成分であることを特徴とする。
【００１８】
バイオ燃料（例えばエタノール）やバイオプラスチックの原料（例えばポリ乳酸）としての利用可能な有用成分を産生する微生物を破砕対象として工業化を考えた場合、微生物を低コストで大量に破砕処理する必要が生じることから、本発明が特に有効だからである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の微生物の破砕方法によれば、微生物の細胞壁を効果的に破砕する際の破砕コストを従来に比べて大幅に低減することができる。また、細胞壁を破砕する破砕レベルが格段に良くなるので、微生物から有用成分を抽出する際にも抽出効率を飛躍的に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面に従って本発明の微生物の破砕方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２１】
本発明の微生物の破砕方法を適用する回転型破砕機として、以下に叩解機の例で詳しく説明する。
【００２２】
叩解機は、製紙工業でパルプ繊維をフィブリル化するための専用機器として使用されている。しかし、発明者は、微生物の細胞壁を破砕する破砕機として使用することで、従来の高圧ホモジナイザーやビーズミルに比べて、予測を遥かに超えた破砕レベルと省エネルギーを得ることができるとの知見を得た。
【００２３】
叩解機は、叩解方法の違いにより、ナイアガラビーター、ジョルダン、コニカル型リファイナー、ドラム型リファイナー、ディスクリファイナーがあり、いずれの叩解機も本発明に使用することができる。中でも、ディスクリファイナー型の叩解機は、微生物の細胞壁を破砕するのに特に適しており、図１はディスクリファイナー型の叩解機の一例を示す要部断面図である。
【００２４】
図１に示すように、ディスクリファイナー型の叩解機１０は、ケーシング１２に、円板状の回転ディスク１４が設けられ、回転ディスク１４の中心が回転軸１６に支持される。回転軸１６はケーシング側面１２Ａを貫通してケーシング１２外に延設され、クリアランス調整器１８を介してモータ２０に連結される。そして、回転ディスク１４の内側面には歯形状の回転刃２２がドーナツ状に設けられると共に、ケーシング１２の側面１２Ｂ内側には、回転刃２２に対向して固定刃２４がドーナツ状に固定支持される。回転刃２２及び固定刃２４は、連続したドーナツ状に形成されることに限らず、複数の扇形状をした回転刃２２及び固定刃２４がドーナツ状に間隔を置いて配置されていてもよい。
【００２５】
回転刃２２と固定刃２４とのクリアランスＣは１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、特に好ましくは０．２ｍｍ以下に設定される。また、回転ディスク１４の直径Ｌは３５０ｍｍ〜９２０ｍｍの範囲が好ましい。また、上記したクリアランス調整器１８は、回転刃２２と固定刃２４とを１ｍｍ以下のクリアランスで且つ０．１ｍｍ精度で任意に調整できるものであればどのようなものでもよい。例えば、クリアランス調整器１８としては、モータ２０回転軸と回転軸１６とをスプライン溝により回転動力が伝達可能な入れ子構造に形成し、回転軸１６を支持するスライド板をボールネジ機構でケーシング方向に進退させる構成を採用することができる。
【００２６】
また、回転軸１６が貫通しない側のケーシング側面１２Ｂ中央部には供給口２６が形成され、この供給口２６に破砕対象物である微生物をケーシング１２内に供給するための供給管２８が接続される。供給管２８からは、０．１〜７質量％程度のスラリー濃度に調製した微生物スラリーを供給する。一方、ケーシング１２下部には破砕された破砕処理液の排出口３０が形成され、この排出口３０には排出管３２が接続される。そして、微生物を破砕するには、回転ディスク１４を回転させて回転刃を回転した状態で、供給管２８からケーシング１２内に微生物スラリーを供給する。これにより、微生物スラリーには、回転刃２２と固定刃２４との間の極めて狭い間隙において大きな剪断力が付与されるので、微生物の細胞壁が破砕される。かかる微生物の細胞壁の破砕において、剪断応力は１０３Ｎ／ｍ２以上であることが好ましい。したがって、破砕条件（微生物の種類、回転刃２２の回転速度、微生物溶液の濃度又は粘度等）に応じて図１に示すクリアランス調整器１８を調整し、剪断応力が１０３Ｎ／ｍ２以上になるようにクリアランスＣを調整することが好ましい。
【００２７】
また、微生物の細胞壁はパルプ繊維に比べて軟らかいため、クリアランスＣを小さくし過ぎたり、微生物のスラリー濃度を薄くし過ぎたりすると、回転刃２２と固定刃２４とが接触するメタルタッチと呼ばれる故障が発生し易い。したがって、モータ２０の負荷を測定する負荷測定手段、例えばアンペア計を設けて、モータ負荷が急激に上昇したときに過電流が流れるようにすることが好ましい。これにより、メタルタッチが発生しないようにクリアランスＣやスラリー濃度を適切に設定することができる。
【００２８】
また、微生物から有用成分を取り出したり、微生物を栄養補助食品として使用したりする場合には、微生物の細胞を８０％以上の割合で破砕することが好ましい。ここで、微生物の細胞を８０％以上の割合で破砕するとは、破砕処理に供される微生物の細胞数全体を１００としたときに、その８０％以上の細胞の細胞壁が破砕されることを意味する。
【００２９】
また、高圧ホモジナイザーやビーズミルを使用した従来の破砕方法で微生物１ｇ（ドライベース）当たりを破砕するのに要する消費電力が２０ワット（Ｗ）を超えることからして、叩解機を使用した本発明の破砕方法では、少なくとも消費電力を２０ワット（Ｗ）以下にすることが必要になる。
【００３０】
そして、本発明の破砕方法を実施することで、微生物の細胞を８０％以上の割合で破砕することができ、且つ消費電力を２０ワット（Ｗ）以下に削減することができる。
【００３１】
本発明における破砕対象である微生物としては、有用成分を産生する微細藻類、酵母、バクテリアの何れかを好適に使用できる。
【００３２】
微細藻類とは、陸上動物と同様に酸素発生を伴う光合成機能を有する単細胞、若しくは単細胞に近い多細胞の藻類であり、器官として未分化の細胞を有し、顕微鏡下の識別を要する小さな個体（１〜数十ミクロン）の藻を総称する。この微細藻類には、クロロフィル、フィコピリン、カロテノイド等の有用成分を含有している。微細藻類は、車軸藻、緑藻、褐藻、珪藻、黄緑藻、真正眼点藻、ハプト藻、紅藻、藍藻等の分類群に分類でき、いずれも光合成機能を有するため、植物プランクトンとも称される。
【００３３】
酵母とは、細胞壁で覆われた内側に核やミトコンドリア等を確認できる真核単細胞生物で、サッカロミセス属酵母、チゴサッカロミセス属酵母、クルイフェロミセス酵母、シゾサッカロミセス属酵母、ハンセヌラ属酵母、ピチア属酵母、カンジダ属酵母、ロゾトルラ属酵母等の分類群に分類できる。
【００３４】
バクテリアとは、古細菌が持たないＮ−アセチルムラミン酸を含んだ細胞壁を持つ原核生物で、具体的には、アクチノバクテリア門、ファーミキューテス門、プロテオバクテリア門、バクテロイデス門、デイノコックス門、プランクトミセス門、クラミジア門、スピロヘータ門、クロロビウム門、クロロフレクサス門、シアノバクテリア門等を例示できる。
【００３５】
また、微生物が産出する有効成分としては、脂質、糖質、蛋白質（アミノ酸を含む）、核酸を挙げることができる。これらの有用成分の他、バイオ燃料（例えばエタノール）やバイオプラスチック（例えばポリ乳酸）の原料として利用可能な成分（例えばセルロース）を挙げることができる。
【００３６】
脂質とは、パルミチン酸，ステアリン酸等の飽和脂肪酸、アラキドン酸（ＡＲＡ），ドコサヘキサエン酸（ＤＨＡ），エイコサヘキサエン酸（ＥＰＡ），γ−リノレイン酸（ＧＬＡ）等の不飽和脂肪酸、ｎ−アルカン，ｎ−アルカジエン，ｎ−アルカトリエン，tryococcene類等の高級炭化水素類、β−カロチン等のカロテノイド類、アスタキサンチン等のキサントフィル類、スクアレン，レチノール等のテルペノイド類、コレストロール，胆汁酸等のステロイド類、アルコールと脂肪酸のエステル類、リン脂質や糖脂質等の複合脂質を挙げることができる。
【００３７】
糖類とは、単糖類やオリゴ糖類、多糖類を指す。単糖類には、リボース、アラビノース、キシロース、リキソース、アロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、タロース、フコース、ラムノース、リブロ、キシルロース、エリトロース、トレオース、プシコース、フルクトース、ソルボース、タガトース等を挙げることができる。オリゴ糖は、特に、２〜１０個、好ましくは２〜７個の単糖単位で構成されているものを称する。
【００３８】
多糖類には１種の単糖からなるホモグリカン（単一多糖類）及び２種以上の単糖からなるヘテログリカン（複合多糖類）がある。ホモグリカンとしてはセルロース、デンプン、グリコーゲン、カロニン、ラミナラン、デキストランなどのグルカン類、イヌリン、レバンなどのフルクタン類、マンナン類、キシラン類、ペクチン類等のガラクツロナン、アルギン酸などのマンヌロナン類、キチン等のＮ−アセチルグルコサミン重合体などである。ヘテログルカンとしては、グアラン、マンナン、ヘパリン、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸などのジヘテログリカン、フコイダン、アガロースなどがある。
【００３９】
タンパク質は、アミノ酸からなる単純タンパク質と、核酸・リン酸・脂質・糖・金属などを含む複合タンパク質がある。また、酵素、ペプチドはタンパク質に含まれる。
【００４０】
タンパク質を構成するアミノ酸としては、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、シスチン、フェニルアラニン、チロシン、トレオニン、トリプトファン、バリン、アルギニン、アラニン、グリシン、プロリン、グルタミン酸、セリン、アスパラギン酸を挙げることができる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の実施例を、比較例と対比して説明するが、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００４２】
［試験１］
試験１では、ディスクリファイナー又はナイアガラビーター（叩解機）を用いてクロレラスラリーを破砕処理した本発明の実施例と、高圧ホモジナイザー又はビーズミルを用いてクロレラスラリーを破砕処理した従来の比較例とについて、消費電力及び破砕レベルを対比した。
【００４３】
〈微生物スラリーの調製〉
市販の生クロレラＶ−１２（クロレラ工業株式会社製、藻体濃度１３質量％）に水を加えて、藻体濃度０．５質量％のクロレラスラリーを調製した。
【００４４】
（実施例１）
上記のように調製したクロレラスラリー６０ｋｇを、クリアランスが１ｍｍ以下、回転刃の回転数１０００ｒｐｍに設定したシングルタイプのディスクリファイナー（熊谷理機工業株式会社製ＫＲＫ高濃度ディスクレファイナーNo.2500-I、リファイナープレートNo.2500-F）で破砕処理を行った。クロレラスラリーのディスクリファイナーへの通過回数は１回として、処理時間を２分とした。
【００４５】
（実施例２）
回転刃の回転数を１１００ｒｐｍとした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００４６】
（実施例３）
藻体濃度を１％とした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００４７】
（実施例４）
藻体濃度１％、回転刃の回転数を１５００ｒｐｍとした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００４８】
（実施例５）
藻体濃度を３％とした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００４９】
（実施例６）
藻体濃度３％、回転刃の回転数を１５００ｒｐｍとした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００５０】
（実施例７）
藻体濃度３％、回転刃の回転数を２０００ｒｐｍとした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００５１】
（実施例８）
藻体濃度を５％とした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００５２】
（実施例９）
実施例１と同様に調製した藻体濃度０．５％のクロレラスラリー６０ｋｇを、実施例１とは別の相川鉄工株式会社製ＳＤＲ１４のシングルタイプのディスクリファイナーで、回転刃の回転数１５００ｒｐｍで破砕処理した。クロレラスラリーの通過回数及び処理時間は実施例１と同様である。
【００５３】
（実施例１０）
実施例３と同様に調製した藻体濃度１．０％のクロレラスラリー２３ｋｇを、ナイアガラビーター（熊谷理機工業株式会社製試験用ナイアガラビーターNo.2505、回転刃の回転数５００ｒｐｍ）で破砕処理を行った。処理時間は４分とした。
【００５４】
（比較例１）
実施例３と同様に調製した藻体濃度１．０％のクロレラスラリー６０ｋｇを、高圧ホモジナイザー（ＮＩＲＯ ＳＯＡＶＯＩ製 ＮＳ３０３７、使用圧力６００bar）で破砕処理を行った。クロレラスラリーの高圧ホモジナイザーへの通過回数は３回とし、１回の処理時間を２分とした。
【００５５】
（比較例２）
高圧ホモジナイザーの通過回数を５回とした以外は、比較例１と同じ処理を行った。
【００５６】
（比較例３）
実施例３と同様に調製した藻体濃度１．０％のクロレラスラリー２６Ｌを、ビーズミル（株式会社井上製作所製 連続式キーミルＫＭＣ−１、φ１ｍｍのジルコニアビーズ使用）で破砕処理を行った。クロレラスラリーのビーズミルへの通過回数は２回、１回の処理時間を３分とした。
【００５７】
（比較例７）
ビーズミルの通過回数を４回とした以外は、比較例３と同じ処理を行った。
【００５８】
〈評価項目と評価基準〉
クロレラスラリーを所定時間破砕処理したときに要した破砕機（実施例は叩解機、比較例は高圧ホモジナイザー又はビーズミル）の消費電力と、得られた破砕レベルを調べた。破砕レベルについては次のように規定した。
【００５９】
〈破砕レベル〉
藻体濃度１％に調製した生クロレラＶ−１２のクロレラスラリー２０ｍＬを、ミキサーミル（株式会社レッチェ製ＭＭ−４００、ボール径φ２０ｍｍ、ジャー及びボール材質：ステンレス（材質番号1.4112））を用いて、処理時間を変えて破砕処理を行った。時間ごとの破砕処理液を顕微鏡で観察し、各処理時間で破砕された細胞の割合（％）を調べて以下のようにランク分けした。
【００６０】
・ミキサーミル７分処理： 破砕レベル ◎ 破砕された細胞 約１００％
・ミキサーミル５分処理： 破砕レベル ○ 破砕された細胞 約 ８０％
・ミキサーミル３分処理： 破砕レベル △ 破砕された細胞 約 ５０％
・ミキサーミル１分処理： 破砕レベル × 破砕された細胞 約 ２０％
そして、上記の実施例１〜１０の破砕条件と、比較例１〜４の破砕条件で破砕した細胞の破砕状態が上記ランク分けのどのレベルに該当するかを調べた。
【００６１】
［試験１の結果］
試験１の試験条件及び試験結果を図２の表に示した。
【００６２】
図２の表において、「周速」とは回転刃の先端部における周速であり、回転刃の回転数と回転ディスクの直径Ｌから算出した。また、「乾物換算処理量」とは、スラリー処理量と処理時間から、クロレラの乾物換算量に対する１秒当たりの処理量として示した。また、「消費電力」は、クロレラ１ｇ（ドライベース）当たりを破砕処理するのに要する消費電力として示した。
【００６３】
図２の表から、高圧ホモジナイザー又はビーズミルを使用した従来の破砕方法で行った比較例１〜４は、消費したクロレラ１ｇ当たりの消費電力が２２〜７５（Ｗ／ｇ）の範囲で平均４２．８（Ｗ／ｇ）であった。また、破砕レベルも×〜○の範囲であり、クロレラの細胞全体のうち破砕された細胞の割合が低かった。
【００６４】
これに対して、叩解機を使用した本発明の破砕方法で行った実施例１〜１０は、消費したクロレラ１ｇ当たりの消費電力が０．５〜４．９（Ｗ／ｇ）の範囲で平均１．８（Ｗ／ｇ）であった。また、破砕レベルも○〜◎の範囲であり、クロレラの細胞全体のうち約８０％以上の細胞を破壊することができた。
【００６５】
上記の実施例と比較例との試験結果から分かるように、微生物を叩解機で破砕処理する本発明の破砕方法を行うことにより、高圧ホモジナイザーやビーズミルを使用した従来の破砕方法に比べて破砕レベルを顕著に向上でき、しかもクロレラ単位質量当たりの消費電力を大幅に削減することができる。
【００６６】
［試験２］
試験２は、破砕対象を試験１のクロレラから、有効成分として油分を含む微生物であるナンノクロロプシスに変えて実施した。そして、消費電力及び破砕レベルの他に、油脂分回収率を評価した。実施例ではディスクリファイナーを使用し、比較例では高圧ホモジナイザー又はビーズミルを使用した。
【００６７】
〈油脂分回収率の評価方法〉
濃縮生ナンノクロロプシスを凍結乾燥した後、クロロホルム／メタノール（２体積／１体積の比率に混合）混液を用いたFolshらの方法により、乾物換算したナンノクロロプシス単位質量当たり含まれる総脂質含量を先ず定量した。その結果、総脂質含量は０．１９ｇ／ｇ（Ｘ）であった。
【００６８】
次に、破砕処理で得られたナンノクロロプシス処理液を、遠心分離（６２００ｒｐｍ、２０℃、１０分の条件）した後、ナンノクロロプシスを含む水層を除去して得られた油層部分を秤量して、乾物換算したナンノクロロプシス単位質量当たりの回収油脂量（Ｙ）を算出した。そして、油脂分回収率は、（Ｙ／Ｘ）×１００（％）により求めた。
【００６９】
（実施例１１）
市販の濃縮生ナンノクロロプシス（マリーンバイオ社製マリーンフレッシュ、藻体濃度５．５質量％）に水を加えて、藻体濃度１％のナンノクロロプシススラリーを調製した。その他は、試験１での実施例３と同じ処理を行った。
【００７０】
（実施例１１）
藻体濃度を３％とした以外は、実施例１１と同じ処理を行った。
【００７１】
（比較例５）
実施例１１と同様に調製した藻体濃度１％のナンノクロロプシススラリーについて、試験１の比較例１と同じ処理を行った。
【００７２】
（比較例６）
実施例１１と同様に調製した藻体濃度１％のナンノクロロプシススラリーについて、試験１の比較例３と同じ処理を行った。
【００７３】
［試験２の結果］
試験２の試験条件及び結果を図３の表に示した。
【００７４】
図３の表から、高圧ホモジナイザー又はビーズミルを使用した従来の破砕方法で行った比較例５及び６は、消費したナンノクロロプシス１ｇ当たりの消費電力が２２〜３７．５（Ｗ／ｇ）の範囲で平均２９．８（Ｗ／ｇ）であった。また、破砕レベルも×〜△の範囲であり、ナンノクロロプシスの細胞全体のうち破砕された細胞の割合が低かった。また、油脂分回収率は１３〜２５％の範囲で平均１９％と極めて低かった。
【００７５】
これに対して、叩解機を使用した本発明の破砕方法で行った実施例１１〜１２は、消費したナンノクロロプシス１ｇ当たりの消費電力が０．６〜２．１（Ｗ／ｇ）の範囲で平均１．４（Ｗ／ｇ）であった。また、破砕レベルも◎であり、ナンノクロロプシスの細胞全体のうち約１００％の細胞を破壊することができた。また、油脂分回収率は６０〜６５％の範囲で平均６２．５％と高い回収率を得ることができた。
【００７６】
上記の試験２での実施例と比較例との試験結果から分かるように、微生物の種類をクロレラからナンノクロロプシスに代えても、本発明の破砕方法は従来の破砕方法に比べて消費電力及び破砕レベルを顕著に向上できるだけでなく、油脂分回収率を顕著に向上できる。油脂分回収率を顕著に向上できる理由は、油脂分が含まれる細胞をどれだけ効率良く破砕できるかであり、実施例１１及び１２と比較例５及び６との破砕レベルの違いがそのまま油脂分回収率の違いとして現れたものと考察される。したがって、例えば非極性油脂分（例えば炭化水素）を多く産生するような微生物（例えば緑藻Botryococcus brauniiや、緑藻Pseudochoricystis ellipsoidea等）から油脂分を抽出する場合、本発明により、ヘキサンの様な有機溶剤を用いることなく、遠心分離の操作だけで高い回収率が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の破砕方法を実施する叩解機の一例としてディスクリファイナーの構造を示す要部断面図
【図２】本発明の破砕方法と従来の破砕方法とについて対比した試験１の結果を説明する表図
【図３】本発明の破砕方法と従来の破砕方法とについて対比した試験２の結果を説明する表図
【符号の説明】
【００７８】
１０…ディスクリファイナー型の叩解機、１２…ケーシング、１４…回転ディスク、１６…回転軸、１８…クリアランス調整装置、２０…モータ、２２…回転刃、２４…固定刃、２６…供給口、２８…供給管、３０…排出口、３２…排出管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物の破砕方法に係り、特に有用成分を産出する微生物の破砕コストを削減するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、有用成分を産生することのできる藻類や酵母等の微生物を培養し、培養した微生物から有用成分を取り出すことが行われている。微生物から有用成分を取り出すため、特許文献１では、微生物の細胞壁を高圧ホモジナイザーやビーズミル等で破砕した後、遠心分離により細胞砕片を含む水相を取り除き、有用成分が存在する油相を取り出している。
【０００３】
即ち、先ず微生物を破砕して有用成分を取り出し易くする破砕工程を行う必要があり、この破砕工程での破砕コストを如何に低く抑えるかが、工業化のためのコストパフォーマンスとして極めて重要になる。医薬品のように破砕量が少なく有用成分の単価を高く設定できる場合には、破砕コストを商品価格に吸収可能であるが、破砕量が多く単価をそれほど高く設定できない商品では破砕コストを吸収しきれないので、破砕コストを如何に下げるかが重要になる。
【０００４】
また、微生物から有用成分を取り出す場合に限らず、例えばクロレラのような微生物そのものが栄養補助食品として摂取されるものは、破砕した粉末や粉末を顆粒状にした状態で摂取することが多いが、細胞壁の破砕状態が悪いと摂取効果が小さくなると言われている。したがって、如何に低い破砕コストで細胞壁を効果的に破砕できるかが重要になる。
【特許文献１】特表２００４−５０４８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１で使用されている、高圧ホモジナイザーやビーズミルの破砕機は、破砕に必要な微生物単位量当たりの消費電力が大きく、破砕コストを十分に削減することができないという問題がある。特に、最近話題になっているバイオ燃料やバイオマスプラスチックのバイオマス資源として微生物を利用しようとした場合、培養した大量の微生物を低コストで破砕する必要が生じる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、微生物の細胞壁を効果的に破砕する際の破砕コストを従来に比べて大幅に低減することができると共に、微生物から有用成分を抽出する際にも抽出効率を飛躍的に高めることができる微生物の破砕方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、回転刃と、固定刃若しくは逆方向に回転する回転刃とのクリアランスが１ｍｍ以下の回転型破砕機を用いて、微生物の細胞壁を破砕することを特徴とする微生物の破砕方法を提供する。
【０００８】
回転刃と、固定刃若しくは逆方向に回転する回転刃とのクリアランスが１ｍｍ以下の回転型破砕機を用いて微生物の細胞壁を破砕することにより、従来の高圧ホモジナイザーやビーズミルの破砕機を用いたい場合に比べて、微生物単位重量当たりの消費電力を大幅に低減することができる。また、本発明の破砕方法と従来の高圧ホモジナイザーやビーズミルの破砕機を用いた破砕方法とを同じ消費電力当たりでみたときには、本発明の方が細胞壁の破砕レベルを顕著に向上することができる。これにより、微生物の細胞壁を効果的に破砕する際の破砕コストを大幅に低減することができる。また、細胞壁を破砕する破砕レベルが格段に良くなるので、微生物から有用成分を抽出する際にも抽出効率を飛躍的に高めることができる。
【０００９】
回転型破砕機のクリアランスとしては、０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
【００１０】
請求項２は請求項１において、前記回転型破砕機の剪断応力は１０３Ｎ／ｍ２以上であることを特徴とする。回転型破砕機の剪断応力が１０３Ｎ／ｍ２以上であることが、微生物の細胞壁を効果的に破砕する上で一層好ましいからである。したがって、回転型破砕機の回転刃と固定刃のクリアランスは１ｍｍ以下であるが、破砕条件（微生物の種類、回転刃２２の回転速度、微生物溶液の濃度又は粘度等）に応じて、剪断応力が１０３Ｎ／ｍ２以上になるようにクリアランスや回転速度を調整することが好ましい。
【００１１】
請求項３は請求項１又は２において、前記回転型破砕機は叩解機であることを特徴とする。
【００１２】
本発明における回転型破砕機の具体例としては、叩解機が好適である。叩解機は、製紙工業でパルプ繊維を切断、膨潤、フィブリル化する工程で使用されているが、発明者は、微生物の細胞壁を破砕する破砕機として使用することで、微生物の細胞壁を効果的に破砕でき且つ従来の高圧ホモジナイザーやビーズミルに比べて破砕に要する消費電力を大幅に低減できることを発見した。
【００１３】
請求項４は請求項１〜３の何れかにおいて、前記回転型破砕機で前記微生物の細胞壁を８０％以上の割合で破砕するのに必要な消費電力が、微生物１ｇ（ドライベース）当たり２０ワット（Ｗ）以下であることを特徴とする。
【００１４】
これは、本発明の微生物の破砕方法を使用することで達成できる省エネを、特徴の構成として限定したもので、微生物の細胞壁を８０％以上破砕するのに必要な消費電力を、微生物１ｇ（ドライベース）当たり２０ワット（Ｗ）以下まで低減することができる。
【００１５】
請求項５は請求項１〜４の何れかにおいて、前記微生物は、有用成分を産生する微細藻類、酵母、バクテリアの何れかであることを特徴とする。
【００１６】
これは、破砕対象である微生物を具体的に特定したものであり、微生物は、有用成分を産生する微細藻類、酵母、バクテリアの何れかであることが好ましい。有用成分としては、脂質、糖質、蛋白質（アミノ酸を含む）、核酸を挙げることができる。
【００１７】
請求項６は請求項５において、前記有用成分がバイオ燃料やバイオプラスチックの原料として利用可能な成分であることを特徴とする。
【００１８】
バイオ燃料（例えばエタノール）やバイオプラスチックの原料（例えばポリ乳酸）としての利用可能な有用成分を産生する微生物を破砕対象として工業化を考えた場合、微生物を低コストで大量に破砕処理する必要が生じることから、本発明が特に有効だからである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の微生物の破砕方法によれば、微生物の細胞壁を効果的に破砕する際の破砕コストを従来に比べて大幅に低減することができる。また、細胞壁を破砕する破砕レベルが格段に良くなるので、微生物から有用成分を抽出する際にも抽出効率を飛躍的に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面に従って本発明の微生物の破砕方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２１】
本発明の微生物の破砕方法を適用する回転型破砕機として、以下に叩解機の例で詳しく説明する。
【００２２】
叩解機は、製紙工業でパルプ繊維をフィブリル化するための専用機器として使用されている。しかし、発明者は、微生物の細胞壁を破砕する破砕機として使用することで、従来の高圧ホモジナイザーやビーズミルに比べて、予測を遥かに超えた破砕レベルと省エネルギーを得ることができるとの知見を得た。
【００２３】
叩解機は、叩解方法の違いにより、ナイアガラビーター、ジョルダン、コニカル型リファイナー、ドラム型リファイナー、ディスクリファイナーがあり、いずれの叩解機も本発明に使用することができる。中でも、ディスクリファイナー型の叩解機は、微生物の細胞壁を破砕するのに特に適しており、図１はディスクリファイナー型の叩解機の一例を示す要部断面図である。
【００２４】
図１に示すように、ディスクリファイナー型の叩解機１０は、ケーシング１２に、円板状の回転ディスク１４が設けられ、回転ディスク１４の中心が回転軸１６に支持される。回転軸１６はケーシング側面１２Ａを貫通してケーシング１２外に延設され、クリアランス調整器１８を介してモータ２０に連結される。そして、回転ディスク１４の内側面には歯形状の回転刃２２がドーナツ状に設けられると共に、ケーシング１２の側面１２Ｂ内側には、回転刃２２に対向して固定刃２４がドーナツ状に固定支持される。回転刃２２及び固定刃２４は、連続したドーナツ状に形成されることに限らず、複数の扇形状をした回転刃２２及び固定刃２４がドーナツ状に間隔を置いて配置されていてもよい。
【００２５】
回転刃２２と固定刃２４とのクリアランスＣは１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下、特に好ましくは０．２ｍｍ以下に設定される。また、回転ディスク１４の直径Ｌは３５０ｍｍ〜９２０ｍｍの範囲が好ましい。また、上記したクリアランス調整器１８は、回転刃２２と固定刃２４とを１ｍｍ以下のクリアランスで且つ０．１ｍｍ精度で任意に調整できるものであればどのようなものでもよい。例えば、クリアランス調整器１８としては、モータ２０回転軸と回転軸１６とをスプライン溝により回転動力が伝達可能な入れ子構造に形成し、回転軸１６を支持するスライド板をボールネジ機構でケーシング方向に進退させる構成を採用することができる。
【００２６】
また、回転軸１６が貫通しない側のケーシング側面１２Ｂ中央部には供給口２６が形成され、この供給口２６に破砕対象物である微生物をケーシング１２内に供給するための供給管２８が接続される。供給管２８からは、０．１〜７質量％程度のスラリー濃度に調製した微生物スラリーを供給する。一方、ケーシング１２下部には破砕された破砕処理液の排出口３０が形成され、この排出口３０には排出管３２が接続される。そして、微生物を破砕するには、回転ディスク１４を回転させて回転刃を回転した状態で、供給管２８からケーシング１２内に微生物スラリーを供給する。これにより、微生物スラリーには、回転刃２２と固定刃２４との間の極めて狭い間隙において大きな剪断力が付与されるので、微生物の細胞壁が破砕される。かかる微生物の細胞壁の破砕において、剪断応力は１０３Ｎ／ｍ２以上であることが好ましい。したがって、破砕条件（微生物の種類、回転刃２２の回転速度、微生物溶液の濃度又は粘度等）に応じて図１に示すクリアランス調整器１８を調整し、剪断応力が１０３Ｎ／ｍ２以上になるようにクリアランスＣを調整することが好ましい。
【００２７】
また、微生物の細胞壁はパルプ繊維に比べて軟らかいため、クリアランスＣを小さくし過ぎたり、微生物のスラリー濃度を薄くし過ぎたりすると、回転刃２２と固定刃２４とが接触するメタルタッチと呼ばれる故障が発生し易い。したがって、モータ２０の負荷を測定する負荷測定手段、例えばアンペア計を設けて、モータ負荷が急激に上昇したときに過電流が流れるようにすることが好ましい。これにより、メタルタッチが発生しないようにクリアランスＣやスラリー濃度を適切に設定することができる。
【００２８】
また、微生物から有用成分を取り出したり、微生物を栄養補助食品として使用したりする場合には、微生物の細胞を８０％以上の割合で破砕することが好ましい。ここで、微生物の細胞を８０％以上の割合で破砕するとは、破砕処理に供される微生物の細胞数全体を１００としたときに、その８０％以上の細胞の細胞壁が破砕されることを意味する。
【００２９】
また、高圧ホモジナイザーやビーズミルを使用した従来の破砕方法で微生物１ｇ（ドライベース）当たりを破砕するのに要する消費電力が２０ワット（Ｗ）を超えることからして、叩解機を使用した本発明の破砕方法では、少なくとも消費電力を２０ワット（Ｗ）以下にすることが必要になる。
【００３０】
そして、本発明の破砕方法を実施することで、微生物の細胞を８０％以上の割合で破砕することができ、且つ消費電力を２０ワット（Ｗ）以下に削減することができる。
【００３１】
本発明における破砕対象である微生物としては、有用成分を産生する微細藻類、酵母、バクテリアの何れかを好適に使用できる。
【００３２】
微細藻類とは、陸上動物と同様に酸素発生を伴う光合成機能を有する単細胞、若しくは単細胞に近い多細胞の藻類であり、器官として未分化の細胞を有し、顕微鏡下の識別を要する小さな個体（１〜数十ミクロン）の藻を総称する。この微細藻類には、クロロフィル、フィコピリン、カロテノイド等の有用成分を含有している。微細藻類は、車軸藻、緑藻、褐藻、珪藻、黄緑藻、真正眼点藻、ハプト藻、紅藻、藍藻等の分類群に分類でき、いずれも光合成機能を有するため、植物プランクトンとも称される。
【００３３】
酵母とは、細胞壁で覆われた内側に核やミトコンドリア等を確認できる真核単細胞生物で、サッカロミセス属酵母、チゴサッカロミセス属酵母、クルイフェロミセス酵母、シゾサッカロミセス属酵母、ハンセヌラ属酵母、ピチア属酵母、カンジダ属酵母、ロゾトルラ属酵母等の分類群に分類できる。
【００３４】
バクテリアとは、古細菌が持たないＮ−アセチルムラミン酸を含んだ細胞壁を持つ原核生物で、具体的には、アクチノバクテリア門、ファーミキューテス門、プロテオバクテリア門、バクテロイデス門、デイノコックス門、プランクトミセス門、クラミジア門、スピロヘータ門、クロロビウム門、クロロフレクサス門、シアノバクテリア門等を例示できる。
【００３５】
また、微生物が産出する有効成分としては、脂質、糖質、蛋白質（アミノ酸を含む）、核酸を挙げることができる。これらの有用成分の他、バイオ燃料（例えばエタノール）やバイオプラスチック（例えばポリ乳酸）の原料として利用可能な成分（例えばセルロース）を挙げることができる。
【００３６】
脂質とは、パルミチン酸，ステアリン酸等の飽和脂肪酸、アラキドン酸（ＡＲＡ），ドコサヘキサエン酸（ＤＨＡ），エイコサヘキサエン酸（ＥＰＡ），γ−リノレイン酸（ＧＬＡ）等の不飽和脂肪酸、ｎ−アルカン，ｎ−アルカジエン，ｎ−アルカトリエン，tryococcene類等の高級炭化水素類、β−カロチン等のカロテノイド類、アスタキサンチン等のキサントフィル類、スクアレン，レチノール等のテルペノイド類、コレストロール，胆汁酸等のステロイド類、アルコールと脂肪酸のエステル類、リン脂質や糖脂質等の複合脂質を挙げることができる。
【００３７】
糖類とは、単糖類やオリゴ糖類、多糖類を指す。単糖類には、リボース、アラビノース、キシロース、リキソース、アロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、タロース、フコース、ラムノース、リブロ、キシルロース、エリトロース、トレオース、プシコース、フルクトース、ソルボース、タガトース等を挙げることができる。オリゴ糖は、特に、２〜１０個、好ましくは２〜７個の単糖単位で構成されているものを称する。
【００３８】
多糖類には１種の単糖からなるホモグリカン（単一多糖類）及び２種以上の単糖からなるヘテログリカン（複合多糖類）がある。ホモグリカンとしてはセルロース、デンプン、グリコーゲン、カロニン、ラミナラン、デキストランなどのグルカン類、イヌリン、レバンなどのフルクタン類、マンナン類、キシラン類、ペクチン類等のガラクツロナン、アルギン酸などのマンヌロナン類、キチン等のＮ−アセチルグルコサミン重合体などである。ヘテログルカンとしては、グアラン、マンナン、ヘパリン、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸などのジヘテログリカン、フコイダン、アガロースなどがある。
【００３９】
タンパク質は、アミノ酸からなる単純タンパク質と、核酸・リン酸・脂質・糖・金属などを含む複合タンパク質がある。また、酵素、ペプチドはタンパク質に含まれる。
【００４０】
タンパク質を構成するアミノ酸としては、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、シスチン、フェニルアラニン、チロシン、トレオニン、トリプトファン、バリン、アルギニン、アラニン、グリシン、プロリン、グルタミン酸、セリン、アスパラギン酸を挙げることができる。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明の実施例を、比較例と対比して説明するが、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００４２】
［試験１］
試験１では、ディスクリファイナー又はナイアガラビーター（叩解機）を用いてクロレラスラリーを破砕処理した本発明の実施例と、高圧ホモジナイザー又はビーズミルを用いてクロレラスラリーを破砕処理した従来の比較例とについて、消費電力及び破砕レベルを対比した。
【００４３】
〈微生物スラリーの調製〉
市販の生クロレラＶ−１２（クロレラ工業株式会社製、藻体濃度１３質量％）に水を加えて、藻体濃度０．５質量％のクロレラスラリーを調製した。
【００４４】
（実施例１）
上記のように調製したクロレラスラリー６０ｋｇを、クリアランスが１ｍｍ以下、回転刃の回転数１０００ｒｐｍに設定したシングルタイプのディスクリファイナー（熊谷理機工業株式会社製ＫＲＫ高濃度ディスクレファイナーNo.2500-I、リファイナープレートNo.2500-F）で破砕処理を行った。クロレラスラリーのディスクリファイナーへの通過回数は１回として、処理時間を２分とした。
【００４５】
（実施例２）
回転刃の回転数を１１００ｒｐｍとした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００４６】
（実施例３）
藻体濃度を１％とした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００４７】
（実施例４）
藻体濃度１％、回転刃の回転数を１５００ｒｐｍとした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００４８】
（実施例５）
藻体濃度を３％とした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００４９】
（実施例６）
藻体濃度３％、回転刃の回転数を１５００ｒｐｍとした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００５０】
（実施例７）
藻体濃度３％、回転刃の回転数を２０００ｒｐｍとした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００５１】
（実施例８）
藻体濃度を５％とした以外は、実施例１と同じ処理を行った。
【００５２】
（実施例９）
実施例１と同様に調製した藻体濃度０．５％のクロレラスラリー６０ｋｇを、実施例１とは別の相川鉄工株式会社製ＳＤＲ１４のシングルタイプのディスクリファイナーで、回転刃の回転数１５００ｒｐｍで破砕処理した。クロレラスラリーの通過回数及び処理時間は実施例１と同様である。
【００５３】
（実施例１０）
実施例３と同様に調製した藻体濃度１．０％のクロレラスラリー２３ｋｇを、ナイアガラビーター（熊谷理機工業株式会社製試験用ナイアガラビーターNo.2505、回転刃の回転数５００ｒｐｍ）で破砕処理を行った。処理時間は４分とした。
【００５４】
（比較例１）
実施例３と同様に調製した藻体濃度１．０％のクロレラスラリー６０ｋｇを、高圧ホモジナイザー（ＮＩＲＯ ＳＯＡＶＯＩ製 ＮＳ３０３７、使用圧力６００bar）で破砕処理を行った。クロレラスラリーの高圧ホモジナイザーへの通過回数は３回とし、１回の処理時間を２分とした。
【００５５】
（比較例２）
高圧ホモジナイザーの通過回数を５回とした以外は、比較例１と同じ処理を行った。
【００５６】
（比較例３）
実施例３と同様に調製した藻体濃度１．０％のクロレラスラリー２６Ｌを、ビーズミル（株式会社井上製作所製 連続式キーミルＫＭＣ−１、φ１ｍｍのジルコニアビーズ使用）で破砕処理を行った。クロレラスラリーのビーズミルへの通過回数は２回、１回の処理時間を３分とした。
【００５７】
（比較例７）
ビーズミルの通過回数を４回とした以外は、比較例３と同じ処理を行った。
【００５８】
〈評価項目と評価基準〉
クロレラスラリーを所定時間破砕処理したときに要した破砕機（実施例は叩解機、比較例は高圧ホモジナイザー又はビーズミル）の消費電力と、得られた破砕レベルを調べた。破砕レベルについては次のように規定した。
【００５９】
〈破砕レベル〉
藻体濃度１％に調製した生クロレラＶ−１２のクロレラスラリー２０ｍＬを、ミキサーミル（株式会社レッチェ製ＭＭ−４００、ボール径φ２０ｍｍ、ジャー及びボール材質：ステンレス（材質番号1.4112））を用いて、処理時間を変えて破砕処理を行った。時間ごとの破砕処理液を顕微鏡で観察し、各処理時間で破砕された細胞の割合（％）を調べて以下のようにランク分けした。
【００６０】
・ミキサーミル７分処理： 破砕レベル ◎ 破砕された細胞 約１００％
・ミキサーミル５分処理： 破砕レベル ○ 破砕された細胞 約 ８０％
・ミキサーミル３分処理： 破砕レベル △ 破砕された細胞 約 ５０％
・ミキサーミル１分処理： 破砕レベル × 破砕された細胞 約 ２０％
そして、上記の実施例１〜１０の破砕条件と、比較例１〜４の破砕条件で破砕した細胞の破砕状態が上記ランク分けのどのレベルに該当するかを調べた。
【００６１】
［試験１の結果］
試験１の試験条件及び試験結果を図２の表に示した。
【００６２】
図２の表において、「周速」とは回転刃の先端部における周速であり、回転刃の回転数と回転ディスクの直径Ｌから算出した。また、「乾物換算処理量」とは、スラリー処理量と処理時間から、クロレラの乾物換算量に対する１秒当たりの処理量として示した。また、「消費電力」は、クロレラ１ｇ（ドライベース）当たりを破砕処理するのに要する消費電力として示した。
【００６３】
図２の表から、高圧ホモジナイザー又はビーズミルを使用した従来の破砕方法で行った比較例１〜４は、消費したクロレラ１ｇ当たりの消費電力が２２〜７５（Ｗ／ｇ）の範囲で平均４２．８（Ｗ／ｇ）であった。また、破砕レベルも×〜○の範囲であり、クロレラの細胞全体のうち破砕された細胞の割合が低かった。
【００６４】
これに対して、叩解機を使用した本発明の破砕方法で行った実施例１〜１０は、消費したクロレラ１ｇ当たりの消費電力が０．５〜４．９（Ｗ／ｇ）の範囲で平均１．８（Ｗ／ｇ）であった。また、破砕レベルも○〜◎の範囲であり、クロレラの細胞全体のうち約８０％以上の細胞を破壊することができた。
【００６５】
上記の実施例と比較例との試験結果から分かるように、微生物を叩解機で破砕処理する本発明の破砕方法を行うことにより、高圧ホモジナイザーやビーズミルを使用した従来の破砕方法に比べて破砕レベルを顕著に向上でき、しかもクロレラ単位質量当たりの消費電力を大幅に削減することができる。
【００６６】
［試験２］
試験２は、破砕対象を試験１のクロレラから、有効成分として油分を含む微生物であるナンノクロロプシスに変えて実施した。そして、消費電力及び破砕レベルの他に、油脂分回収率を評価した。実施例ではディスクリファイナーを使用し、比較例では高圧ホモジナイザー又はビーズミルを使用した。
【００６７】
〈油脂分回収率の評価方法〉
濃縮生ナンノクロロプシスを凍結乾燥した後、クロロホルム／メタノール（２体積／１体積の比率に混合）混液を用いたFolshらの方法により、乾物換算したナンノクロロプシス単位質量当たり含まれる総脂質含量を先ず定量した。その結果、総脂質含量は０．１９ｇ／ｇ（Ｘ）であった。
【００６８】
次に、破砕処理で得られたナンノクロロプシス処理液を、遠心分離（６２００ｒｐｍ、２０℃、１０分の条件）した後、ナンノクロロプシスを含む水層を除去して得られた油層部分を秤量して、乾物換算したナンノクロロプシス単位質量当たりの回収油脂量（Ｙ）を算出した。そして、油脂分回収率は、（Ｙ／Ｘ）×１００（％）により求めた。
【００６９】
（実施例１１）
市販の濃縮生ナンノクロロプシス（マリーンバイオ社製マリーンフレッシュ、藻体濃度５．５質量％）に水を加えて、藻体濃度１％のナンノクロロプシススラリーを調製した。その他は、試験１での実施例３と同じ処理を行った。
【００７０】
（実施例１１）
藻体濃度を３％とした以外は、実施例１１と同じ処理を行った。
【００７１】
（比較例５）
実施例１１と同様に調製した藻体濃度１％のナンノクロロプシススラリーについて、試験１の比較例１と同じ処理を行った。
【００７２】
（比較例６）
実施例１１と同様に調製した藻体濃度１％のナンノクロロプシススラリーについて、試験１の比較例３と同じ処理を行った。
【００７３】
［試験２の結果］
試験２の試験条件及び結果を図３の表に示した。
【００７４】
図３の表から、高圧ホモジナイザー又はビーズミルを使用した従来の破砕方法で行った比較例５及び６は、消費したナンノクロロプシス１ｇ当たりの消費電力が２２〜３７．５（Ｗ／ｇ）の範囲で平均２９．８（Ｗ／ｇ）であった。また、破砕レベルも×〜△の範囲であり、ナンノクロロプシスの細胞全体のうち破砕された細胞の割合が低かった。また、油脂分回収率は１３〜２５％の範囲で平均１９％と極めて低かった。
【００７５】
これに対して、叩解機を使用した本発明の破砕方法で行った実施例１１〜１２は、消費したナンノクロロプシス１ｇ当たりの消費電力が０．６〜２．１（Ｗ／ｇ）の範囲で平均１．４（Ｗ／ｇ）であった。また、破砕レベルも◎であり、ナンノクロロプシスの細胞全体のうち約１００％の細胞を破壊することができた。また、油脂分回収率は６０〜６５％の範囲で平均６２．５％と高い回収率を得ることができた。
【００７６】
上記の試験２での実施例と比較例との試験結果から分かるように、微生物の種類をクロレラからナンノクロロプシスに代えても、本発明の破砕方法は従来の破砕方法に比べて消費電力及び破砕レベルを顕著に向上できるだけでなく、油脂分回収率を顕著に向上できる。油脂分回収率を顕著に向上できる理由は、油脂分が含まれる細胞をどれだけ効率良く破砕できるかであり、実施例１１及び１２と比較例５及び６との破砕レベルの違いがそのまま油脂分回収率の違いとして現れたものと考察される。したがって、例えば非極性油脂分（例えば炭化水素）を多く産生するような微生物（例えば緑藻Botryococcus brauniiや、緑藻Pseudochoricystis ellipsoidea等）から油脂分を抽出する場合、本発明により、ヘキサンの様な有機溶剤を用いることなく、遠心分離の操作だけで高い回収率が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の破砕方法を実施する叩解機の一例としてディスクリファイナーの構造を示す要部断面図
【図２】本発明の破砕方法と従来の破砕方法とについて対比した試験１の結果を説明する表図
【図３】本発明の破砕方法と従来の破砕方法とについて対比した試験２の結果を説明する表図
【符号の説明】
【００７８】
１０…ディスクリファイナー型の叩解機、１２…ケーシング、１４…回転ディスク、１６…回転軸、１８…クリアランス調整装置、２０…モータ、２２…回転刃、２４…固定刃、２６…供給口、２８…供給管、３０…排出口、３２…排出管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転刃と、固定刃若しくは逆方向に回転する回転刃とのクリアランスが１ｍｍ以下の回転型破砕機を用いて、微生物の細胞壁を破砕することを特徴とする微生物の破砕方法。
【請求項２】
前記回転型破砕機の剪断応力は１０３Ｎ／ｍ２以上であることを特徴とする請求項１の微生物の破砕方法。
【請求項３】
前記回転型破砕機は叩解機であることを特徴とする請求項１又は２の微生物の破砕方法。
【請求項４】
前記回転型破砕機で前記微生物の細胞を８０％以上の割合で破砕するのに必要な消費電力が、微生物１ｇ（ドライベース）当たり２０ワット（Ｗ）以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の微生物の破砕方法。
【請求項５】
前記微生物は、有用成分を産生する微細藻類、酵母、バクテリアの何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１の微生物の破砕方法。
【請求項６】
前記有用成分がバイオ燃料やバイオマスプラスチックの原料として利用可能な成分であることを特徴とする請求項５の微生物の破砕方法。
【請求項１】
回転刃と、固定刃若しくは逆方向に回転する回転刃とのクリアランスが１ｍｍ以下の回転型破砕機を用いて、微生物の細胞壁を破砕することを特徴とする微生物の破砕方法。
【請求項２】
前記回転型破砕機の剪断応力は１０３Ｎ／ｍ２以上であることを特徴とする請求項１の微生物の破砕方法。
【請求項３】
前記回転型破砕機は叩解機であることを特徴とする請求項１又は２の微生物の破砕方法。
【請求項４】
前記回転型破砕機で前記微生物の細胞を８０％以上の割合で破砕するのに必要な消費電力が、微生物１ｇ（ドライベース）当たり２０ワット（Ｗ）以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の微生物の破砕方法。
【請求項５】
前記微生物は、有用成分を産生する微細藻類、酵母、バクテリアの何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れか１の微生物の破砕方法。
【請求項６】
前記有用成分がバイオ燃料やバイオマスプラスチックの原料として利用可能な成分であることを特徴とする請求項５の微生物の破砕方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１６２４９９（Ｐ２０１０−１６２４９９Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７８７６（Ｐ２００９−７８７６）
【出願日】平成２１年１月１６日（２００９．１．１６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１６日（２００９．１．１６）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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