微細藻類培養装置及び方法
【課題】培養液を藻類担体に安定供給する。
【解決手段】垂直方向に延在する１あるいは複数の藻類担体と、該藻類担体の上部から培養液を供給する培養液供給手段とを具備する。
【解決手段】垂直方向に延在する１あるいは複数の藻類担体と、該藻類担体の上部から培養液を供給する培養液供給手段とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細藻類培養装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、付着性微細藻類と培養液との懸濁液を貯留する培養槽の上方に担体を吊り下げ、懸濁液を曝気して懸濁液を飛散させることにより飛沫を発生させ、当該飛沫を担体に付着させることにより付着性微細藻類を大量培養する方法及び装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−８０１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術は、懸濁液を曝気して発生する飛沫を担体に付着させるものなので、懸濁液の飛沫を安定して担体に付着させることが困難である。すなわち、曝気によって発生する飛沫は飛散量や飛散方向が不安定であり、よって上記従来技術では、必要量の懸濁液つまり付着性微細藻類及び培養液を安定して担体に付着させることが困難であり、この結果として付着性微細藻類を安定して培養することができない。
【０００５】
また、曝気によって発生する飛沫は飛散量や飛散方向が不安定なので、担体の表面温度つまり担体の表面に付着した付着性微細藻類の培養温度を所望温度に安定化することが困難である。さらには、上記従来技術では、懸濁液を曝気するために大型の曝気装置を必要とするので、初期設備コストやランニングコストが高いという問題もある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）培養液、あるいは微細藻類及び培養液を藻類担体に安定供給する。
（２）微細藻類の培養温度を安定化する。
（３）微細藻類の培養に関する初期設備コスト及びランニングコストを低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、微細藻類培養装置に係る第１の解決手段として、垂直方向に延在する１あるいは複数の藻類担体と、該藻類担体の上部から培養液を供給する培養液供給手段とを具備する、という手段を採用する。
【０００８】
微細藻類培養装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、培養液供給手段は、藻類担体の下方に設けられ、上部が開放する培養液貯槽と、該培養液貯槽から培養液を汲み上げて藻類担体の上部に供給するポンプとを備える、という手段を採用する。
【０００９】
微細藻類培養装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、培養液供給手段は、培養液に含まれる雑菌を殺菌あるいは滅菌する殺菌装置を備える、という手段を採用する。
【００１０】
微細藻類培養装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、培養液供給手段は、培養液の温度を調節する温度調節装置を備える、という手段を採用する。
【００１１】
微細藻類培養装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、培養液供給手段は、前記培養液に含まれる栄養塩の濃度を計測する栄養塩分析装置と、前記栄養塩分析装置による前記栄養塩の濃度計測結果に基づいて、前記栄養塩の濃度が適切値となるように前記栄養塩を前記培養液に添加する栄養塩添加装置とを備える、という手段を採用する。
【００１２】
微細藻類培養装置に係る第６の解決手段として、上記第１〜第５のいずれかの解決手段において、藻類担体を覆う防御シートをさらに備える、という手段を採用する。
【００１３】
微細藻類培養装置に係る第７の解決手段として、上記第１〜第６のいずれかの解決手段において、藻類担体は担体ユニットを複数連設してなる、という手段を採用する。
【００１４】
微細藻類培養装置に係る第８の解決手段として、上記第７の解決手段において、前記藻類担体を吊り下げた状態で回転させる担体回転装置を備える、という手段を採用する。
【００１５】
微細藻類培養装置に係る第９の解決手段として、上記第１〜第６のいずれかの解決手段において、藻類担体は平板状に形成されている、という手段を採用する。
【００１６】
微細藻類培養装置に係る第１０の解決手段として、上記第２〜第９のいずれかの解決手段において、培養液貯槽に代えて、藻類担体の下方に漏斗を設けて培養液を回収し、当該培養液を小型培養液貯槽に貯留する、という手段を採用する。
【００１７】
また、本発明では、微細藻類培養方法に係る第１の解決手段として、垂直方向に延在する１あるいは複数の藻類担体の上部から培養液を供給する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、垂直方向に延在する藻類担体の上部から培養液を供給するので、従来の培養液の飛散による供給方法に比較して、培養液、あるいは微細藻類及び培養液を藻類担体に安定供給することが可能であると共に、微細藻類の培養温度を安定化することが可能である。
さらには、従来技術のように大型の曝気装置が不要なので、微細藻類の培養に関する初期設備コスト及びランニングコストを低減させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る微細藻類培養装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る微細藻類培養装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る微細藻類培養装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る微細藻類培養装置の構成を示す模式図である。
【図５】第１及び第２実施形態の変形例を示す模式図である。
【図６】各実施形態の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の第１、第２実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
第１実施形態に係る微細藻類培養装置は、図１に示すように、藻類担体１、担体支持部材２、培養液貯槽３、ポンプ４、殺菌装置５、温度調節装置６及び防御シート７（透明シート）によって構成されている。これら各構成要素のうち、担体支持部材２、培養液貯槽３、ポンプ４、殺菌装置５及び温度調節装置６は、培養液供給手段を構成している。
【００２１】
藻類担体１は、微細藻類Ｘを担持する担体であり、図示するように担体ユニット１ａを垂直方向に連設することにより垂直方向に延在する。担体ユニット１ａは、所定形状、例えば立方体のスポンジからなるものであり、表面に微細藻類Ｘが付着状態に担持されている。このような複数の担体ユニット１ａを連設してなる藻類担体１は、担体支持部材２によって垂下されることによって垂直方向に延在するものであり、図示するように複数設けられている。
【００２２】
上記微細藻類Ｘは、食品や燃料等の原料になる産業上有用な植物性プランクトンであり、例えば体内で炭化水素（燃料）を生成するボトリオコッカス・ブラウニー（学名：Botryococcus braunii）やアオコ、または食品原料として有用なクロレラである。このような微細藻類Ｘは、担体ユニット１ａの表面において培養液Ｙを供給されつつ照明光（例えば太陽光）を照射されることにより光合成を繰り返して増殖する。培養液Ｙは、例えばＣ培地（NIES-Collection.List of Strains Fifth Edition Microalgae and Protozoa, Nissei Eblo Co., 140pp(1997)）に代表される藻類の培養に必要な栄養塩を含むものである。
【００２３】
上記担体ユニット１ａの材質は、微細藻類Ｘが付着し易いものが好ましく、例えば発砲ポリエステルやポリウレタンである。また、担体ユニット１ａの色は、照明光の透過性に優れた透明が好ましく、または熱を吸収し難い色（白色系）が好ましい。担体ユニット１ａの大きさは、ハンドリングのし易さや照明光の透過性を考慮して設定されるものであり、例えば１辺が１〜１０ｃｍ程度である。また、担体ユニット１ａの形状は、表面積が広いこと、また製造が容易であることとを考慮して設定されるものであり、例えば球体や算盤玉のような立方体以外の形状であってもよい。
【００２４】
担体支持部材２は、藻類担体１の一端を支持することにより藻類担体１を垂直方向に延在する姿勢とすると共に、培養液Ｙが流通する流路が形成された部材である。担体支持部材２は、外部から降り注ぐ照明光を極力遮らないようにパイプ状部材を組み合わせて棚状にしたものであり、この棚に藻類担体１の一端を所定間隔で固定することにより複数の藻類担体１を所定間隔を空けた状態かつ垂直状態に支持する。また、この担体支持部材２は、殺菌装置５及び温度調節装置６を介してポンプ４から供給される培養液Ｙを藻類担体１に分配供給する。
【００２５】
このような担体支持部材２によって支持される藻類担体１の位置は、例えば１〜５ｍの範囲であり、各藻類担体１の間隔は例えば１ｍ程度である。このように所定間隔を空けた状態で複数の藻類担体１を支持することにより、隣接する藻類担体１の陰になって照明光が照射されない部位が減少し、複数の藻類担体１の各々に均一に照明光を照射することが可能となる。
【００２６】
培養液貯槽３は、図示するように複数の藻類担体１の下方に設けられると共に上部が開放した貯留槽である。培養液貯槽３は、各藻類担体１から滴下した培養液Ｙを回収して貯留すると共に、当該培養液Ｙをポンプ４に供給する。ポンプ４は、上記培養液貯槽３から培養液Ｙを汲み上げて担体支持部材２（つまり、各藻類担体１の上部）に供給する。このポンプ４によって各藻類担体１の上部に供給される培養液Ｙの供給量は、各担体ユニット１ａの表面が乾かない程度、つまり当該各担体ユニット１ａの表面に付着している微細藻類Ｘが培養液Ｙに常に浸る程度を最小限とし、かつ、正常な増殖速度で微細藻類Ｘが増殖する際に消費する栄養塩を供給できる量に設定される。
【００２７】
殺菌装置５は、上記ポンプ４の吐出口側に設けられており、培養液Ｙに含まれる雑菌を殺菌あるいは滅菌する装置であり、例えば紫外線やオゾンを用いて雑菌を死滅させるものである。温度調節装置６は、培養液Ｙの流れ方向において上記殺菌装置５の下流側に設けられており、培養液Ｙを所定温度、つまり微細藻類Ｘの増殖に適した温度に調節する。防御シート７は、上記藻類担体１、担体支持部材２及び培養液貯槽３を覆う透明シートである。この防御シート７は、藻類担体１表面で増殖する微細藻類Ｘに外部から飛来する虫や気中物質が付着して増殖を阻害することを防止あるいは抑制する。
【００２８】
また、このような防御シート７で藻類担体１、担体支持部材２及び培養液貯槽３を覆うことにより、微細藻類Ｘの培養雰囲気を藻類担体１の増殖に適した雰囲気とすることが容易となる。すなわち、防御シート７内の空間に酸素を含まないガスを積極的に供給することにより、あるいは防御シート７内の空間における酸素を他のガスに置換することにより、微細藻類Ｘが光合成によって生成する酸素の濃度が下がるので、微細藻類Ｘによる光合成が活発になって微細藻類Ｘの増殖が促進される。
【００２９】
次に、このように構成された微細藻類培養装置の動作について詳しく説明する。
第１実施形態に係る微細藻類培養装置を稼働させて微細藻類Ｘを培養するに際して、初期的な微細藻類Ｘの植種方法には２つの方法が考えられる。すなわち、微細藻類Ｘを各担体ユニット１ａの表面に植種する方法と微細藻類Ｘを培養液Ｙに植種する方法とが考えられる。これら２つの植種方法のうち、各担体ユニット１ａに植種する方法は担体ユニット１ａの個数が多いことを考慮すると作業が煩雑であり時間を要するが、培養液Ｙに植種する方法は、ポンプ４が作動することによって培養液Ｙが各担体ユニット１ａに供給され、これによって培養液Ｙ中の微細藻類Ｘの表面に付着するので、作業性に優れている。
【００３０】
例えば、培養液Ｙに微細藻類Ｘを植種して培養を行う場合、培養開始時に培養液貯槽３に一定量の培養液Ｙを外部から供給すると共に当該培養液Ｙに一定量の微細藻類Ｘを植種用として添加し、この上でポンプ４を作動させて植種用の微細藻類Ｘが混じった培養液Ｙを培養液貯槽３から各藻類担体１の上部に供給する。この結果、培養液Ｙは、各藻類担体１の上部から各担体ユニット１ａの表面を経由して下方に徐々に垂下して最終的に培養液貯槽３に滴下する。
【００３１】
そして、これによって植種用の微細藻類Ｘは各担体ユニット１ａの表面に徐々に付着するので、培養液Ｙ中における微細藻類Ｘの濃度は徐々に低下して、最終的に培養液Ｙには微細藻類Ｘが殆ど含まれない状態となる。そして、各担体ユニット１ａの表面に付着した微細藻類Ｘは、ポンプ４の作動によって順次供給される培養液Ｙ中の栄養塩及び照明光（太陽光）の照射により光合成を繰り返して増殖する。そして、一定期間（培養期間）に亘って培養液Ｙ中の供給と照明光（太陽光）の照射とを継続することにより、各担体ユニット１ａの表面に付着した微細藻類Ｘは、所望量まで増殖する。
【００３２】
ここで、培養期間の経過とともに培養液Ｙ中の栄養塩の濃度が低下するので、培養期間においては、このような栄養塩の濃度低下を補うために、培養液貯槽３中の培養液Ｙ（栄養塩の度が低下したもの）を一定の割合で新品状態の培養液Ｙと入れ替える処理を行う必要がある。このような培養液Ｙの入れ替え方法については、種々の方法が考えられるが、例えばポンプ４の作動を停止することなく、培養液貯槽３中の培養液Ｙ（栄養塩の度が低下したもの）を所定流量で徐々に抜き取ると共に、当該所定流量で新品状態の培養液Ｙを培養液貯槽３に供給することを連続的に行うことにより、培養期間における培養液Ｙの栄養塩の濃度が所望値に維持されるようにすることが好ましい。
【００３３】
また、培養期間においては植種用の微細藻類Ｘに初期的に含まれていたこと等に由来する雑菌も増殖するが、このような雑菌は、培養液Ｙがポンプ４によって各藻類担体１の上部に供給される際に通過する殺菌装置５によって除去されるので、微細藻類Ｘの増殖を妨げることはない。なお、培養の初期段階においては、培養液Ｙ中に植種用の微細藻類Ｘが混じっているので、殺菌装置５を作動停止状態にすることが好ましい。
【００３４】
また、培養期間において、培養液Ｙは、温度調節装置６によって微細藻類Ｘの増殖に適した温度に調節されるので、微細藻類Ｘの増殖環境は、温度環境として最適化される。例えば、太陽光を照明光とし屋外で微細藻類Ｘを培養する場合、季節や時間に応じて培養温度は著しく変動する。すなわち、夏場においては周囲温度が高くなり、冬場においては周囲温度が低くなるので、各藻類担体１の表面温度つまり微細藻類Ｘの培養温度も、これに応じて変動する。このような状況に対して、温度調節装置６は、微細藻類Ｘの培養温度が所望温度を維持するように培養液Ｙの温度を調節する。さらに、培養期間においては、防御シート７によって外部から飛来する虫や気中物質が微細藻類Ｘに付着することが防止あるいは抑制される。
【００３５】
このような培養期間が経過すると、ポンプ４の作動を停止して培養が終了する。そして、各藻類担体１は、担体支持部材２から取り外され、さらに圧搾処理されることにより微細藻類Ｘが各担体ユニット１ａから分離・回収される。この微細藻類Ｘが分離・回収された各担体ユニット１ａは、洗浄及び殺菌処理を施した後に、上述した微細藻類Ｘの培養に再利用される。
【００３６】
このような本第１実施形態によれば、担体支持部材２によって垂直方向に延在するように設けられた藻類担体１の上部に培養液Ｙを供給するので、培養液Ｙは、藻類担体１の延在方向、つまり藻類担体１の表面を上から下に向かって流れ、よって藻類担体１の各部位つまり各担体ユニット１ａに所望量の培養液Ｙを均一かつ安定に供給することが可能である。
【００３７】
また、殺菌装置５によって雑菌が除去され、さらに温度調節装置６によって培養液Ｙが微細藻類Ｘの増殖に適した温度に調節されるので、藻類担体１の増殖速度を最大化することができる。さらには、従来のような大型の曝気装置が不要なので、初期設備コスト及びランニングコストを従来よりも低減することが可能である。
【００３８】
〔第２実施形態〕
第２実施形態に係る微細藻類培養装置は、図２に示すように、上述した第１実施形態の培養液貯槽３に代えて小型培養液貯槽３Ａを設けると共に当該小型培養液貯槽３Ａと各藻類担体１との間に傾斜板８を介装したものである。
【００３９】
微細藻類Ｘを産業上の原料として培養するためには膨大な量を必要とするが、この膨大な必要量の微細藻類Ｘを培養するためには、広大な用地に藻類担体１を大量に配置して効率的に培養を行う必要がある。したがって、場合によっては、平地ではなく山間部等の傾斜地で微細藻類Ｘの培養を行うことも十分に想定される。上述した第１実施形態では、各藻類担体１の下方全域に亘る培養液貯槽３を設けたが、傾斜地では、このような培養液貯槽３を設けることは難しい。
【００４０】
このような事情から、本第２実施形態に係る微細藻類培養装置では、傾斜地の一部に小型培養液貯槽３Ａを設け、かつ、当該小型培養液貯槽３Ａと各藻類担体１との間に各藻類担体１の下方全域に亘る傾斜板８を介装することにより、各藻類担体１から滴下した培養液Ｙを傾斜板８で受けて小型培養液貯槽３Ａに導く。すなわち、傾斜板８は、各藻類担体１から滴下した培養液Ｙを受ける大型の漏斗として機能する。
【００４１】
また、このような第２実施形態に係る微細藻類培養装置を傾斜地に設置する場合、微細藻類培養装置を斜面に沿って多段に設けることが考えられる。すなわち、培養液Ｙを小型培養液貯槽３Ａからポンプ４によって直接汲み上げるのではなく、小型培養液貯槽３Ａの培養液Ｙを傾斜方向において下側つまり高さが低い側の微細藻類培養装置の担体支持部材２と接続することにより高低差による重力を利用して低い側の微細藻類培養装置の各藻類担体１の上部に培養液Ｙを供給することが可能である。そして、最も低い所に位置する微細藻類培養装置の小型培養液貯槽３Ａと最も高い所に位置する微細藻類培養装置の担体支持部材２とを接続することにより、培養液Ｙを各段の微細藻類培養装置全体で循環させる。
【００４２】
このような第２実施形態によれば、傾斜地を有効利用して微細藻類Ｘを培養することが可能であると共に、上述した第１実施形態と同様な効果を得ることが可能である。また、微細藻類培養装置を斜面に沿って多段に設ける場合には、高低差による重力を利用するので、ポンプ４、殺菌装置５及び温度調節装置６の台数を必要最小限の各１台に削減して初期設備コスト及びランニングコストを低減することが可能である。
【００４３】
〔第３実施形態〕
第３実施形態に係る微細藻類培養装置は、図３に示すように、上述した第１実施形態の藻類担体１、つまり担体ユニット１ａを複数連設してなる藻類担体１に代えて、平板状に形成されたスポンジからなる藻類担体（以下、スポンジシートと称す）１Ａを設けたものである。各スポンジシート１Ａは、各担体支持部材２によって吊り下げられた状態で支持されており、培養液貯槽３の上方において垂直方向に延在している。
【００４４】
スポンジシート１Ａの材質は、第１実施形態と同様に微細藻類Ｘが付着し易いものが好ましく、例えば安価な発砲ポリエステルやポリウレタンを用いることができる。スポンジシート１Ａの色も、第１実施形態と同様、照明光の透過性に優れた透明が好ましく、または熱を吸収し難い色（白色系）が好ましい。スポンジシート１Ａの大きさは、ハンドリング性を考慮すると、幅（水平方向の長さ）２ｍ〜数１０ｍ程度、高さ（垂直方向の長さ）１〜５ｍ程度が好ましく、厚さは光透過性を考慮して１〜１０ｃｍ程度が好ましい。
【００４５】
培養液Ｙは、担体支持部材２からスポンジシート１Ａの上側辺に沿って一定間隔で滴下される。培養液Ｙの滴下位置の間隔は、スポンジシート１Ａの幅方向に対して均一に培養液Ｙが供給されるように設定されている。これにより、スポンジシート１Ａに滴下された培養液Ｙは、スポンジシート１Ａの表面に沿って降下し、その過程においてスポンジシート１Ａの全面に均一に微細藻類Ｘが付着し増殖する。培養液貯槽３、ポンプ４、殺菌装置５、温度調節装置６及び防御シート７の役割は、第１実施形態と同様である。
【００４６】
なお、図３では、複数のスポンジシート１Ａが並列配置されている状態を図示しているが、隣接するスポンジシート１Ａ同士の間隔は１ｍ程度とすることが好ましい。これにより、隣接するスポンジシート１Ａの陰になって照明光が照射されない部位が減少し、スポンジシート１Ａの各々に均一に照明光を照射することが可能となる。また、入射した光が反射や吸収によってほど良く弱光化し、日光のような強い光でも有効利用できる。
【００４７】
このような第３実施形態によれば、微細藻類Ｘの付着面積（培養面積）を増大させるこ
とができるので、第１実施形態と比較して、効率良く微細藻類Ｘの培養を行うことができるようになる。また、スポンジシート１Ａの内外で微細藻類Ｘが十分に増殖した後、スポンジシート１Ａを取り外して圧搾することにより、容易に高濃度の微細藻類Ｘを回収することができる。つまり、微細藻類Ｘの回収も第１実施形態より容易となる。さらに、上述した第１実施形態と同様な効果を得ることも可能であることは勿論である。
【００４８】
〔第４実施形態〕
第４実施形態に係る微細藻類培養装置は、図４に示すように、上述した第２実施形態の藻類担体１、つまり担体ユニット１ａを複数連設してなる藻類担体１に代えて、第３実施形態で使用した平板状に形成されたスポンジからなる藻類担体（スポンジシート）１Ａを設けたものである。
【００４９】
このような第４実施形態によれば、傾斜地を有効利用して微細藻類Ｘを培養することが可能であると共に、上述した第３実施形態と同様な効果、すなわち、効率良く微細藻類Ｘの培養を行うことができ、微細藻類Ｘの回収も容易になるという効果を得ることができる。また、第２実施形態と同様に、微細藻類培養装置を斜面に沿って多段に設ける場合には、高低差による重力を利用するので、ポンプ４、殺菌装置５及び温度調節装置６の台数を必要最小限に削減して初期設備コスト及びランニングコストを低減することが可能である。
【００５０】
以上、本発明の第１〜第４実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記各実施形態では、微細藻類（植物性プランクトン）として、ボトリオコッカス・ブラウニーやアオコ）、またクロレラを例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明はこれ以外の微細藻類についても有用である。
【００５１】
（２）上記第１及び第２実施形態では、複数の担体ユニット１ａを連設することにより藻類担体１を構成したが、本発明はこれに限定されない。この藻類担体については、例えば長尺状のスポンジの中心軸線に沿った断面形状を周期的に大小に変動させることにより、外形が周期的に膨らんだり細くなったりする形状であってもよい。また、このような形状の藻類担体の断面形状は、円あるいは多角形であってもよい。
【００５２】
（３）上記各実施形態では、ポンプ４が担体支持部材２に供給する培養液Ｙの全部を殺菌あるいは滅菌するが、本発明はこれに限定されない。すなわち、担体ユニット１ａ（或いはスポンジシート１Ａ）の表面に付着した微細藻類Ｘの一部が担体ユニット１ａ（或いはスポンジシート１Ａ）の表面から脱落して培養液Ｙとともに培養液貯槽３あるいは小型培養液貯槽３Ａに回収することが考えられるので、このような事態を考慮すると、例えばポンプ４から殺菌装置５に供給される培養液Ｙを細孔径１０μｍ程度のプランクトンネット等でろ過することにより、２μｍ以下の大きさである雑菌と１０μｍ以上の大きさの微細藻類Ｘとを分別し、当該分別された微細藻類Ｘを殺菌装置５を迂回させて担体支持部材２に供給することが好ましい。
【００５３】
（４）上記第１及び第２実施形態では、複数の担体ユニット１ａを連設することにより藻類担体１を構成し、その藻類担体１をパイプ状（棒状）の担体支持部材２に吊り下げた状態で保持しておく場合を例示した。しかしながら、このような状態では、藻類担体１の表面において、日中、常に日光に当たる部位と、常に日陰となる部位が発生する。太陽は東から西に移動するとは言え、藻類担体１の全表面において入射光量が均一になることはあり得ない。光が当たりすぎの部位は強光阻害により増殖が停滞する。逆に光量不足の部位は十分な光合成ができず増殖が停滞する。
一般に、光合成を行う生物は周期的（例えば数秒毎）に明暗が訪れることが生育によいとされている（例えば非特許文献「M. Janssen et al. Photosynthetic efficiency of Dunaliella tertiolecta under short light/dark cycles Enzyme and Microbial Technology 29 (2001) 298-305」を参照）。
【００５４】
そこで、第１及び第２実施形態の微細藻類培養装置において、図５に示すような、藻類担体１を吊り下げた状態で回転させる担体回転装置を設けても良い。この担体回転装置は、図５（ａ）に示すように、藻類担体１を担体支持部材２に吊り下げた状態で鉛直軸回りに回転自在に支持する回転支持機構１１と、担体支持部材２の回転を藻類担体１の鉛直軸回りの回転に変換する歯車１２、１３とから構成されている。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ’矢視図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ’矢視図である。
【００５５】
図５（ｄ）は、一本の担体支持部材２に複数の藻類担体１を担体回転装置によって回転自在に吊り下げた状態を示したものである。担体支持部材２の一端は、モータ１４の回転軸と接続されており、モータ１４が回転することで担体支持部材２も回転し、各藻類担体１も鉛直軸回りに回転することになる。このような構成を採用することにより、各藻類担体１の全表面における入射光量を均一化させることができ、その結果、微細藻類Ｘの培養効率を向上させることができる。
【００５６】
なお、モータ１４の回転数は、例えば０．１〜６０ｒｐｍが好ましいが、この数値は藻類担体１の大きさや微細藻類Ｘの目標培養効率など、微細藻類培養装置の仕様に応じて適切な値に設定すれば良い。また、担体回転装置の構成も図５に示した構成に限定されず、藻類担体１を担体支持部材２に吊り下げた状態で鉛直軸回りに回転させることができれば、どのような構成を採用しても良い。例えば、水等の液体の落下エネルギーを利用して藻類担体１を回転させるような構成が考えられる。
【００５７】
（５）培養液Ｙに含まれる栄養塩（リン、窒素、カリウム、鉄、カルシウム、マグネシウムなど）の濃度管理は非常に重要である。栄養塩の濃度が濃すぎても、薄すぎても、微細藻類Ｘの増殖速度が低下するからである。そこで、上記各実施形態の微細藻類培養装置において、図６に示すように、ポンプ４から担体支持部材２に至る培養液Ｙの循環経路に、ポンプ４から送り出される培養液Ｙに含まれる栄養塩の濃度を計測する栄養塩分析装置１５と、栄養塩分析装置１５による栄養塩の濃度計測結果に基づいて、栄養塩の濃度が適切値となるように栄養塩を培養液Ｙに添加する栄養塩添加装置１６とを設けても良い。
【００５８】
培養液Ｙに含まれる栄養塩である、リン（リン酸イオンとして）、窒素（硝酸イオンとして）、カリウムイオン、鉄イオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの各種培地成分は、比色法を用いて簡単に計測することができる（例えばホームページアドレスhttp://kyoritsu-lab.co.jp/pack/packtest/wak_2.htmlを参照）。栄養塩分析装置１５は、例えば上記の手法を用いて１時間に１回、各成分の濃度を計測する。
【００５９】
そして、栄養塩添加装置１６は、予め微細藻類Ｘの培養に最適な濃度（適切値）が設定されており、栄養塩分析装置１５による栄養塩の濃度計測結果に基づいて、栄養塩の濃度が適切値となるように必要な量の栄養塩を培養液Ｙに添加する。微細藻類Ｘの培養に最適な濃度は、例えば非特文献「C. Dayananda et al., Autotrophic cultivation of Botryococcus braunii for the production of hydrocarbons and exopolysaccharides in various media, Biomass and Bioenergy 31 (2007) 87-93」を参考にして決定することができる。また、栄養塩の添加量は、例えば図１中で使用している培養液Ｙの量[ｌ（リットル）]×（予め設定した増殖に最適な栄養塩濃度[ｇ/ｌ]−現在の濃度[ｇ/ｌ]）
で算出できる。
【００６０】
なお、上記のような栄養塩濃度のモニタリングの他、培養液Ｙの濁度を連続モニタリングして、濁りが激しいときは培養がうまくいっていない（濁度の上昇はバクテリアの過増殖、藻体の死滅による細胞内成分流出などを意味する）ことを検出しても良い。
また、培養液Ｙにおける可視光や紫外光の波長の吸光度を、周波数別に連続スキャンして吸光スペクトラムを測定しても良い。この吸光スペクトラムは、培養液Ｙにどのような有機物が含まれているかを定性的に示しているので、この吸光スペクトラムが急激に変化したならば（例えば、波長３００ｎｍの吸収がある時急激に増加した、など）培養コンディションが急激に変化した可能性がある。この時の吸光スペクトラムと、その時観察された実際の培養条件の悪化理由をデータベース化すれば、培養時のトラブルを未然に防ぐことができるようになる。
【符号の説明】
【００６１】
１、１Ａ…藻類担体、１ａ…担体ユニット、２…担体支持部材、３…培養液貯槽、３Ａ…小型培養液貯槽、４…ポンプ、５…殺菌装置、６…温度調節装置、７…防御シート、８…傾斜板、Ｘ…微細藻類、Ｙ…培養液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細藻類培養装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、付着性微細藻類と培養液との懸濁液を貯留する培養槽の上方に担体を吊り下げ、懸濁液を曝気して懸濁液を飛散させることにより飛沫を発生させ、当該飛沫を担体に付着させることにより付着性微細藻類を大量培養する方法及び装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−８０１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術は、懸濁液を曝気して発生する飛沫を担体に付着させるものなので、懸濁液の飛沫を安定して担体に付着させることが困難である。すなわち、曝気によって発生する飛沫は飛散量や飛散方向が不安定であり、よって上記従来技術では、必要量の懸濁液つまり付着性微細藻類及び培養液を安定して担体に付着させることが困難であり、この結果として付着性微細藻類を安定して培養することができない。
【０００５】
また、曝気によって発生する飛沫は飛散量や飛散方向が不安定なので、担体の表面温度つまり担体の表面に付着した付着性微細藻類の培養温度を所望温度に安定化することが困難である。さらには、上記従来技術では、懸濁液を曝気するために大型の曝気装置を必要とするので、初期設備コストやランニングコストが高いという問題もある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）培養液、あるいは微細藻類及び培養液を藻類担体に安定供給する。
（２）微細藻類の培養温度を安定化する。
（３）微細藻類の培養に関する初期設備コスト及びランニングコストを低減する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、微細藻類培養装置に係る第１の解決手段として、垂直方向に延在する１あるいは複数の藻類担体と、該藻類担体の上部から培養液を供給する培養液供給手段とを具備する、という手段を採用する。
【０００８】
微細藻類培養装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、培養液供給手段は、藻類担体の下方に設けられ、上部が開放する培養液貯槽と、該培養液貯槽から培養液を汲み上げて藻類担体の上部に供給するポンプとを備える、という手段を採用する。
【０００９】
微細藻類培養装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、培養液供給手段は、培養液に含まれる雑菌を殺菌あるいは滅菌する殺菌装置を備える、という手段を採用する。
【００１０】
微細藻類培養装置に係る第４の解決手段として、上記第１〜第３のいずれかの解決手段において、培養液供給手段は、培養液の温度を調節する温度調節装置を備える、という手段を採用する。
【００１１】
微細藻類培養装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれかの解決手段において、培養液供給手段は、前記培養液に含まれる栄養塩の濃度を計測する栄養塩分析装置と、前記栄養塩分析装置による前記栄養塩の濃度計測結果に基づいて、前記栄養塩の濃度が適切値となるように前記栄養塩を前記培養液に添加する栄養塩添加装置とを備える、という手段を採用する。
【００１２】
微細藻類培養装置に係る第６の解決手段として、上記第１〜第５のいずれかの解決手段において、藻類担体を覆う防御シートをさらに備える、という手段を採用する。
【００１３】
微細藻類培養装置に係る第７の解決手段として、上記第１〜第６のいずれかの解決手段において、藻類担体は担体ユニットを複数連設してなる、という手段を採用する。
【００１４】
微細藻類培養装置に係る第８の解決手段として、上記第７の解決手段において、前記藻類担体を吊り下げた状態で回転させる担体回転装置を備える、という手段を採用する。
【００１５】
微細藻類培養装置に係る第９の解決手段として、上記第１〜第６のいずれかの解決手段において、藻類担体は平板状に形成されている、という手段を採用する。
【００１６】
微細藻類培養装置に係る第１０の解決手段として、上記第２〜第９のいずれかの解決手段において、培養液貯槽に代えて、藻類担体の下方に漏斗を設けて培養液を回収し、当該培養液を小型培養液貯槽に貯留する、という手段を採用する。
【００１７】
また、本発明では、微細藻類培養方法に係る第１の解決手段として、垂直方向に延在する１あるいは複数の藻類担体の上部から培養液を供給する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、垂直方向に延在する藻類担体の上部から培養液を供給するので、従来の培養液の飛散による供給方法に比較して、培養液、あるいは微細藻類及び培養液を藻類担体に安定供給することが可能であると共に、微細藻類の培養温度を安定化することが可能である。
さらには、従来技術のように大型の曝気装置が不要なので、微細藻類の培養に関する初期設備コスト及びランニングコストを低減させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る微細藻類培養装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る微細藻類培養装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る微細藻類培養装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る微細藻類培養装置の構成を示す模式図である。
【図５】第１及び第２実施形態の変形例を示す模式図である。
【図６】各実施形態の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の第１、第２実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
第１実施形態に係る微細藻類培養装置は、図１に示すように、藻類担体１、担体支持部材２、培養液貯槽３、ポンプ４、殺菌装置５、温度調節装置６及び防御シート７（透明シート）によって構成されている。これら各構成要素のうち、担体支持部材２、培養液貯槽３、ポンプ４、殺菌装置５及び温度調節装置６は、培養液供給手段を構成している。
【００２１】
藻類担体１は、微細藻類Ｘを担持する担体であり、図示するように担体ユニット１ａを垂直方向に連設することにより垂直方向に延在する。担体ユニット１ａは、所定形状、例えば立方体のスポンジからなるものであり、表面に微細藻類Ｘが付着状態に担持されている。このような複数の担体ユニット１ａを連設してなる藻類担体１は、担体支持部材２によって垂下されることによって垂直方向に延在するものであり、図示するように複数設けられている。
【００２２】
上記微細藻類Ｘは、食品や燃料等の原料になる産業上有用な植物性プランクトンであり、例えば体内で炭化水素（燃料）を生成するボトリオコッカス・ブラウニー（学名：Botryococcus braunii）やアオコ、または食品原料として有用なクロレラである。このような微細藻類Ｘは、担体ユニット１ａの表面において培養液Ｙを供給されつつ照明光（例えば太陽光）を照射されることにより光合成を繰り返して増殖する。培養液Ｙは、例えばＣ培地（NIES-Collection.List of Strains Fifth Edition Microalgae and Protozoa, Nissei Eblo Co., 140pp(1997)）に代表される藻類の培養に必要な栄養塩を含むものである。
【００２３】
上記担体ユニット１ａの材質は、微細藻類Ｘが付着し易いものが好ましく、例えば発砲ポリエステルやポリウレタンである。また、担体ユニット１ａの色は、照明光の透過性に優れた透明が好ましく、または熱を吸収し難い色（白色系）が好ましい。担体ユニット１ａの大きさは、ハンドリングのし易さや照明光の透過性を考慮して設定されるものであり、例えば１辺が１〜１０ｃｍ程度である。また、担体ユニット１ａの形状は、表面積が広いこと、また製造が容易であることとを考慮して設定されるものであり、例えば球体や算盤玉のような立方体以外の形状であってもよい。
【００２４】
担体支持部材２は、藻類担体１の一端を支持することにより藻類担体１を垂直方向に延在する姿勢とすると共に、培養液Ｙが流通する流路が形成された部材である。担体支持部材２は、外部から降り注ぐ照明光を極力遮らないようにパイプ状部材を組み合わせて棚状にしたものであり、この棚に藻類担体１の一端を所定間隔で固定することにより複数の藻類担体１を所定間隔を空けた状態かつ垂直状態に支持する。また、この担体支持部材２は、殺菌装置５及び温度調節装置６を介してポンプ４から供給される培養液Ｙを藻類担体１に分配供給する。
【００２５】
このような担体支持部材２によって支持される藻類担体１の位置は、例えば１〜５ｍの範囲であり、各藻類担体１の間隔は例えば１ｍ程度である。このように所定間隔を空けた状態で複数の藻類担体１を支持することにより、隣接する藻類担体１の陰になって照明光が照射されない部位が減少し、複数の藻類担体１の各々に均一に照明光を照射することが可能となる。
【００２６】
培養液貯槽３は、図示するように複数の藻類担体１の下方に設けられると共に上部が開放した貯留槽である。培養液貯槽３は、各藻類担体１から滴下した培養液Ｙを回収して貯留すると共に、当該培養液Ｙをポンプ４に供給する。ポンプ４は、上記培養液貯槽３から培養液Ｙを汲み上げて担体支持部材２（つまり、各藻類担体１の上部）に供給する。このポンプ４によって各藻類担体１の上部に供給される培養液Ｙの供給量は、各担体ユニット１ａの表面が乾かない程度、つまり当該各担体ユニット１ａの表面に付着している微細藻類Ｘが培養液Ｙに常に浸る程度を最小限とし、かつ、正常な増殖速度で微細藻類Ｘが増殖する際に消費する栄養塩を供給できる量に設定される。
【００２７】
殺菌装置５は、上記ポンプ４の吐出口側に設けられており、培養液Ｙに含まれる雑菌を殺菌あるいは滅菌する装置であり、例えば紫外線やオゾンを用いて雑菌を死滅させるものである。温度調節装置６は、培養液Ｙの流れ方向において上記殺菌装置５の下流側に設けられており、培養液Ｙを所定温度、つまり微細藻類Ｘの増殖に適した温度に調節する。防御シート７は、上記藻類担体１、担体支持部材２及び培養液貯槽３を覆う透明シートである。この防御シート７は、藻類担体１表面で増殖する微細藻類Ｘに外部から飛来する虫や気中物質が付着して増殖を阻害することを防止あるいは抑制する。
【００２８】
また、このような防御シート７で藻類担体１、担体支持部材２及び培養液貯槽３を覆うことにより、微細藻類Ｘの培養雰囲気を藻類担体１の増殖に適した雰囲気とすることが容易となる。すなわち、防御シート７内の空間に酸素を含まないガスを積極的に供給することにより、あるいは防御シート７内の空間における酸素を他のガスに置換することにより、微細藻類Ｘが光合成によって生成する酸素の濃度が下がるので、微細藻類Ｘによる光合成が活発になって微細藻類Ｘの増殖が促進される。
【００２９】
次に、このように構成された微細藻類培養装置の動作について詳しく説明する。
第１実施形態に係る微細藻類培養装置を稼働させて微細藻類Ｘを培養するに際して、初期的な微細藻類Ｘの植種方法には２つの方法が考えられる。すなわち、微細藻類Ｘを各担体ユニット１ａの表面に植種する方法と微細藻類Ｘを培養液Ｙに植種する方法とが考えられる。これら２つの植種方法のうち、各担体ユニット１ａに植種する方法は担体ユニット１ａの個数が多いことを考慮すると作業が煩雑であり時間を要するが、培養液Ｙに植種する方法は、ポンプ４が作動することによって培養液Ｙが各担体ユニット１ａに供給され、これによって培養液Ｙ中の微細藻類Ｘの表面に付着するので、作業性に優れている。
【００３０】
例えば、培養液Ｙに微細藻類Ｘを植種して培養を行う場合、培養開始時に培養液貯槽３に一定量の培養液Ｙを外部から供給すると共に当該培養液Ｙに一定量の微細藻類Ｘを植種用として添加し、この上でポンプ４を作動させて植種用の微細藻類Ｘが混じった培養液Ｙを培養液貯槽３から各藻類担体１の上部に供給する。この結果、培養液Ｙは、各藻類担体１の上部から各担体ユニット１ａの表面を経由して下方に徐々に垂下して最終的に培養液貯槽３に滴下する。
【００３１】
そして、これによって植種用の微細藻類Ｘは各担体ユニット１ａの表面に徐々に付着するので、培養液Ｙ中における微細藻類Ｘの濃度は徐々に低下して、最終的に培養液Ｙには微細藻類Ｘが殆ど含まれない状態となる。そして、各担体ユニット１ａの表面に付着した微細藻類Ｘは、ポンプ４の作動によって順次供給される培養液Ｙ中の栄養塩及び照明光（太陽光）の照射により光合成を繰り返して増殖する。そして、一定期間（培養期間）に亘って培養液Ｙ中の供給と照明光（太陽光）の照射とを継続することにより、各担体ユニット１ａの表面に付着した微細藻類Ｘは、所望量まで増殖する。
【００３２】
ここで、培養期間の経過とともに培養液Ｙ中の栄養塩の濃度が低下するので、培養期間においては、このような栄養塩の濃度低下を補うために、培養液貯槽３中の培養液Ｙ（栄養塩の度が低下したもの）を一定の割合で新品状態の培養液Ｙと入れ替える処理を行う必要がある。このような培養液Ｙの入れ替え方法については、種々の方法が考えられるが、例えばポンプ４の作動を停止することなく、培養液貯槽３中の培養液Ｙ（栄養塩の度が低下したもの）を所定流量で徐々に抜き取ると共に、当該所定流量で新品状態の培養液Ｙを培養液貯槽３に供給することを連続的に行うことにより、培養期間における培養液Ｙの栄養塩の濃度が所望値に維持されるようにすることが好ましい。
【００３３】
また、培養期間においては植種用の微細藻類Ｘに初期的に含まれていたこと等に由来する雑菌も増殖するが、このような雑菌は、培養液Ｙがポンプ４によって各藻類担体１の上部に供給される際に通過する殺菌装置５によって除去されるので、微細藻類Ｘの増殖を妨げることはない。なお、培養の初期段階においては、培養液Ｙ中に植種用の微細藻類Ｘが混じっているので、殺菌装置５を作動停止状態にすることが好ましい。
【００３４】
また、培養期間において、培養液Ｙは、温度調節装置６によって微細藻類Ｘの増殖に適した温度に調節されるので、微細藻類Ｘの増殖環境は、温度環境として最適化される。例えば、太陽光を照明光とし屋外で微細藻類Ｘを培養する場合、季節や時間に応じて培養温度は著しく変動する。すなわち、夏場においては周囲温度が高くなり、冬場においては周囲温度が低くなるので、各藻類担体１の表面温度つまり微細藻類Ｘの培養温度も、これに応じて変動する。このような状況に対して、温度調節装置６は、微細藻類Ｘの培養温度が所望温度を維持するように培養液Ｙの温度を調節する。さらに、培養期間においては、防御シート７によって外部から飛来する虫や気中物質が微細藻類Ｘに付着することが防止あるいは抑制される。
【００３５】
このような培養期間が経過すると、ポンプ４の作動を停止して培養が終了する。そして、各藻類担体１は、担体支持部材２から取り外され、さらに圧搾処理されることにより微細藻類Ｘが各担体ユニット１ａから分離・回収される。この微細藻類Ｘが分離・回収された各担体ユニット１ａは、洗浄及び殺菌処理を施した後に、上述した微細藻類Ｘの培養に再利用される。
【００３６】
このような本第１実施形態によれば、担体支持部材２によって垂直方向に延在するように設けられた藻類担体１の上部に培養液Ｙを供給するので、培養液Ｙは、藻類担体１の延在方向、つまり藻類担体１の表面を上から下に向かって流れ、よって藻類担体１の各部位つまり各担体ユニット１ａに所望量の培養液Ｙを均一かつ安定に供給することが可能である。
【００３７】
また、殺菌装置５によって雑菌が除去され、さらに温度調節装置６によって培養液Ｙが微細藻類Ｘの増殖に適した温度に調節されるので、藻類担体１の増殖速度を最大化することができる。さらには、従来のような大型の曝気装置が不要なので、初期設備コスト及びランニングコストを従来よりも低減することが可能である。
【００３８】
〔第２実施形態〕
第２実施形態に係る微細藻類培養装置は、図２に示すように、上述した第１実施形態の培養液貯槽３に代えて小型培養液貯槽３Ａを設けると共に当該小型培養液貯槽３Ａと各藻類担体１との間に傾斜板８を介装したものである。
【００３９】
微細藻類Ｘを産業上の原料として培養するためには膨大な量を必要とするが、この膨大な必要量の微細藻類Ｘを培養するためには、広大な用地に藻類担体１を大量に配置して効率的に培養を行う必要がある。したがって、場合によっては、平地ではなく山間部等の傾斜地で微細藻類Ｘの培養を行うことも十分に想定される。上述した第１実施形態では、各藻類担体１の下方全域に亘る培養液貯槽３を設けたが、傾斜地では、このような培養液貯槽３を設けることは難しい。
【００４０】
このような事情から、本第２実施形態に係る微細藻類培養装置では、傾斜地の一部に小型培養液貯槽３Ａを設け、かつ、当該小型培養液貯槽３Ａと各藻類担体１との間に各藻類担体１の下方全域に亘る傾斜板８を介装することにより、各藻類担体１から滴下した培養液Ｙを傾斜板８で受けて小型培養液貯槽３Ａに導く。すなわち、傾斜板８は、各藻類担体１から滴下した培養液Ｙを受ける大型の漏斗として機能する。
【００４１】
また、このような第２実施形態に係る微細藻類培養装置を傾斜地に設置する場合、微細藻類培養装置を斜面に沿って多段に設けることが考えられる。すなわち、培養液Ｙを小型培養液貯槽３Ａからポンプ４によって直接汲み上げるのではなく、小型培養液貯槽３Ａの培養液Ｙを傾斜方向において下側つまり高さが低い側の微細藻類培養装置の担体支持部材２と接続することにより高低差による重力を利用して低い側の微細藻類培養装置の各藻類担体１の上部に培養液Ｙを供給することが可能である。そして、最も低い所に位置する微細藻類培養装置の小型培養液貯槽３Ａと最も高い所に位置する微細藻類培養装置の担体支持部材２とを接続することにより、培養液Ｙを各段の微細藻類培養装置全体で循環させる。
【００４２】
このような第２実施形態によれば、傾斜地を有効利用して微細藻類Ｘを培養することが可能であると共に、上述した第１実施形態と同様な効果を得ることが可能である。また、微細藻類培養装置を斜面に沿って多段に設ける場合には、高低差による重力を利用するので、ポンプ４、殺菌装置５及び温度調節装置６の台数を必要最小限の各１台に削減して初期設備コスト及びランニングコストを低減することが可能である。
【００４３】
〔第３実施形態〕
第３実施形態に係る微細藻類培養装置は、図３に示すように、上述した第１実施形態の藻類担体１、つまり担体ユニット１ａを複数連設してなる藻類担体１に代えて、平板状に形成されたスポンジからなる藻類担体（以下、スポンジシートと称す）１Ａを設けたものである。各スポンジシート１Ａは、各担体支持部材２によって吊り下げられた状態で支持されており、培養液貯槽３の上方において垂直方向に延在している。
【００４４】
スポンジシート１Ａの材質は、第１実施形態と同様に微細藻類Ｘが付着し易いものが好ましく、例えば安価な発砲ポリエステルやポリウレタンを用いることができる。スポンジシート１Ａの色も、第１実施形態と同様、照明光の透過性に優れた透明が好ましく、または熱を吸収し難い色（白色系）が好ましい。スポンジシート１Ａの大きさは、ハンドリング性を考慮すると、幅（水平方向の長さ）２ｍ〜数１０ｍ程度、高さ（垂直方向の長さ）１〜５ｍ程度が好ましく、厚さは光透過性を考慮して１〜１０ｃｍ程度が好ましい。
【００４５】
培養液Ｙは、担体支持部材２からスポンジシート１Ａの上側辺に沿って一定間隔で滴下される。培養液Ｙの滴下位置の間隔は、スポンジシート１Ａの幅方向に対して均一に培養液Ｙが供給されるように設定されている。これにより、スポンジシート１Ａに滴下された培養液Ｙは、スポンジシート１Ａの表面に沿って降下し、その過程においてスポンジシート１Ａの全面に均一に微細藻類Ｘが付着し増殖する。培養液貯槽３、ポンプ４、殺菌装置５、温度調節装置６及び防御シート７の役割は、第１実施形態と同様である。
【００４６】
なお、図３では、複数のスポンジシート１Ａが並列配置されている状態を図示しているが、隣接するスポンジシート１Ａ同士の間隔は１ｍ程度とすることが好ましい。これにより、隣接するスポンジシート１Ａの陰になって照明光が照射されない部位が減少し、スポンジシート１Ａの各々に均一に照明光を照射することが可能となる。また、入射した光が反射や吸収によってほど良く弱光化し、日光のような強い光でも有効利用できる。
【００４７】
このような第３実施形態によれば、微細藻類Ｘの付着面積（培養面積）を増大させるこ
とができるので、第１実施形態と比較して、効率良く微細藻類Ｘの培養を行うことができるようになる。また、スポンジシート１Ａの内外で微細藻類Ｘが十分に増殖した後、スポンジシート１Ａを取り外して圧搾することにより、容易に高濃度の微細藻類Ｘを回収することができる。つまり、微細藻類Ｘの回収も第１実施形態より容易となる。さらに、上述した第１実施形態と同様な効果を得ることも可能であることは勿論である。
【００４８】
〔第４実施形態〕
第４実施形態に係る微細藻類培養装置は、図４に示すように、上述した第２実施形態の藻類担体１、つまり担体ユニット１ａを複数連設してなる藻類担体１に代えて、第３実施形態で使用した平板状に形成されたスポンジからなる藻類担体（スポンジシート）１Ａを設けたものである。
【００４９】
このような第４実施形態によれば、傾斜地を有効利用して微細藻類Ｘを培養することが可能であると共に、上述した第３実施形態と同様な効果、すなわち、効率良く微細藻類Ｘの培養を行うことができ、微細藻類Ｘの回収も容易になるという効果を得ることができる。また、第２実施形態と同様に、微細藻類培養装置を斜面に沿って多段に設ける場合には、高低差による重力を利用するので、ポンプ４、殺菌装置５及び温度調節装置６の台数を必要最小限に削減して初期設備コスト及びランニングコストを低減することが可能である。
【００５０】
以上、本発明の第１〜第４実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記各実施形態では、微細藻類（植物性プランクトン）として、ボトリオコッカス・ブラウニーやアオコ）、またクロレラを例示したが、本発明はこれに限定されない。本発明はこれ以外の微細藻類についても有用である。
【００５１】
（２）上記第１及び第２実施形態では、複数の担体ユニット１ａを連設することにより藻類担体１を構成したが、本発明はこれに限定されない。この藻類担体については、例えば長尺状のスポンジの中心軸線に沿った断面形状を周期的に大小に変動させることにより、外形が周期的に膨らんだり細くなったりする形状であってもよい。また、このような形状の藻類担体の断面形状は、円あるいは多角形であってもよい。
【００５２】
（３）上記各実施形態では、ポンプ４が担体支持部材２に供給する培養液Ｙの全部を殺菌あるいは滅菌するが、本発明はこれに限定されない。すなわち、担体ユニット１ａ（或いはスポンジシート１Ａ）の表面に付着した微細藻類Ｘの一部が担体ユニット１ａ（或いはスポンジシート１Ａ）の表面から脱落して培養液Ｙとともに培養液貯槽３あるいは小型培養液貯槽３Ａに回収することが考えられるので、このような事態を考慮すると、例えばポンプ４から殺菌装置５に供給される培養液Ｙを細孔径１０μｍ程度のプランクトンネット等でろ過することにより、２μｍ以下の大きさである雑菌と１０μｍ以上の大きさの微細藻類Ｘとを分別し、当該分別された微細藻類Ｘを殺菌装置５を迂回させて担体支持部材２に供給することが好ましい。
【００５３】
（４）上記第１及び第２実施形態では、複数の担体ユニット１ａを連設することにより藻類担体１を構成し、その藻類担体１をパイプ状（棒状）の担体支持部材２に吊り下げた状態で保持しておく場合を例示した。しかしながら、このような状態では、藻類担体１の表面において、日中、常に日光に当たる部位と、常に日陰となる部位が発生する。太陽は東から西に移動するとは言え、藻類担体１の全表面において入射光量が均一になることはあり得ない。光が当たりすぎの部位は強光阻害により増殖が停滞する。逆に光量不足の部位は十分な光合成ができず増殖が停滞する。
一般に、光合成を行う生物は周期的（例えば数秒毎）に明暗が訪れることが生育によいとされている（例えば非特許文献「M. Janssen et al. Photosynthetic efficiency of Dunaliella tertiolecta under short light/dark cycles Enzyme and Microbial Technology 29 (2001) 298-305」を参照）。
【００５４】
そこで、第１及び第２実施形態の微細藻類培養装置において、図５に示すような、藻類担体１を吊り下げた状態で回転させる担体回転装置を設けても良い。この担体回転装置は、図５（ａ）に示すように、藻類担体１を担体支持部材２に吊り下げた状態で鉛直軸回りに回転自在に支持する回転支持機構１１と、担体支持部材２の回転を藻類担体１の鉛直軸回りの回転に変換する歯車１２、１３とから構成されている。なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ’矢視図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ’矢視図である。
【００５５】
図５（ｄ）は、一本の担体支持部材２に複数の藻類担体１を担体回転装置によって回転自在に吊り下げた状態を示したものである。担体支持部材２の一端は、モータ１４の回転軸と接続されており、モータ１４が回転することで担体支持部材２も回転し、各藻類担体１も鉛直軸回りに回転することになる。このような構成を採用することにより、各藻類担体１の全表面における入射光量を均一化させることができ、その結果、微細藻類Ｘの培養効率を向上させることができる。
【００５６】
なお、モータ１４の回転数は、例えば０．１〜６０ｒｐｍが好ましいが、この数値は藻類担体１の大きさや微細藻類Ｘの目標培養効率など、微細藻類培養装置の仕様に応じて適切な値に設定すれば良い。また、担体回転装置の構成も図５に示した構成に限定されず、藻類担体１を担体支持部材２に吊り下げた状態で鉛直軸回りに回転させることができれば、どのような構成を採用しても良い。例えば、水等の液体の落下エネルギーを利用して藻類担体１を回転させるような構成が考えられる。
【００５７】
（５）培養液Ｙに含まれる栄養塩（リン、窒素、カリウム、鉄、カルシウム、マグネシウムなど）の濃度管理は非常に重要である。栄養塩の濃度が濃すぎても、薄すぎても、微細藻類Ｘの増殖速度が低下するからである。そこで、上記各実施形態の微細藻類培養装置において、図６に示すように、ポンプ４から担体支持部材２に至る培養液Ｙの循環経路に、ポンプ４から送り出される培養液Ｙに含まれる栄養塩の濃度を計測する栄養塩分析装置１５と、栄養塩分析装置１５による栄養塩の濃度計測結果に基づいて、栄養塩の濃度が適切値となるように栄養塩を培養液Ｙに添加する栄養塩添加装置１６とを設けても良い。
【００５８】
培養液Ｙに含まれる栄養塩である、リン（リン酸イオンとして）、窒素（硝酸イオンとして）、カリウムイオン、鉄イオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオンなどの各種培地成分は、比色法を用いて簡単に計測することができる（例えばホームページアドレスhttp://kyoritsu-lab.co.jp/pack/packtest/wak_2.htmlを参照）。栄養塩分析装置１５は、例えば上記の手法を用いて１時間に１回、各成分の濃度を計測する。
【００５９】
そして、栄養塩添加装置１６は、予め微細藻類Ｘの培養に最適な濃度（適切値）が設定されており、栄養塩分析装置１５による栄養塩の濃度計測結果に基づいて、栄養塩の濃度が適切値となるように必要な量の栄養塩を培養液Ｙに添加する。微細藻類Ｘの培養に最適な濃度は、例えば非特文献「C. Dayananda et al., Autotrophic cultivation of Botryococcus braunii for the production of hydrocarbons and exopolysaccharides in various media, Biomass and Bioenergy 31 (2007) 87-93」を参考にして決定することができる。また、栄養塩の添加量は、例えば図１中で使用している培養液Ｙの量[ｌ（リットル）]×（予め設定した増殖に最適な栄養塩濃度[ｇ/ｌ]−現在の濃度[ｇ/ｌ]）
で算出できる。
【００６０】
なお、上記のような栄養塩濃度のモニタリングの他、培養液Ｙの濁度を連続モニタリングして、濁りが激しいときは培養がうまくいっていない（濁度の上昇はバクテリアの過増殖、藻体の死滅による細胞内成分流出などを意味する）ことを検出しても良い。
また、培養液Ｙにおける可視光や紫外光の波長の吸光度を、周波数別に連続スキャンして吸光スペクトラムを測定しても良い。この吸光スペクトラムは、培養液Ｙにどのような有機物が含まれているかを定性的に示しているので、この吸光スペクトラムが急激に変化したならば（例えば、波長３００ｎｍの吸収がある時急激に増加した、など）培養コンディションが急激に変化した可能性がある。この時の吸光スペクトラムと、その時観察された実際の培養条件の悪化理由をデータベース化すれば、培養時のトラブルを未然に防ぐことができるようになる。
【符号の説明】
【００６１】
１、１Ａ…藻類担体、１ａ…担体ユニット、２…担体支持部材、３…培養液貯槽、３Ａ…小型培養液貯槽、４…ポンプ、５…殺菌装置、６…温度調節装置、７…防御シート、８…傾斜板、Ｘ…微細藻類、Ｙ…培養液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に延在する１あるいは複数の藻類担体と、
該藻類担体の上部から培養液を供給する培養液供給手段と
を具備することを特徴とする藻類培養装置。
【請求項２】
培養液供給手段は、
藻類担体の下方に設けられ、上部が開放する培養液貯槽と、
該培養液貯槽から培養液を汲み上げて藻類担体の上部に供給するポンプとを備えることを特徴とする請求項１記載の藻類培養装置。
【請求項３】
培養液供給手段は、培養液に含まれる雑菌を殺菌あるいは滅菌する殺菌装置を備えることを特徴とする請求項１または２記載の藻類培養装置。
【請求項４】
培養液供給手段は、培養液の温度を調節する温度調節装置を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項５】
培養液供給手段は、
前記培養液に含まれる栄養塩の濃度を計測する栄養塩分析装置と、
前記栄養塩分析装置による前記栄養塩の濃度計測結果に基づいて、前記栄養塩の濃度が適切値となるように前記栄養塩を前記培養液に添加する栄養塩添加装置と、
を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項６】
藻類担体を覆う防御シートをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項７】
藻類担体は、担体ユニットを複数連設してなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項８】
前記藻類担体を吊り下げた状態で回転させる担体回転装置を備えることを特徴とする請求項７に記載の藻類培養装置。
【請求項９】
藻類担体は、平板状に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項１０】
培養液貯槽に代えて、藻類担体の下方に漏斗を設けて培養液を回収し、当該培養液を小型培養液貯槽に貯留することを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項１１】
垂直方向に延在する１あるいは複数の藻類担体の上部から培養液を供給することを特徴とする藻類培養方法。
【請求項１】
垂直方向に延在する１あるいは複数の藻類担体と、
該藻類担体の上部から培養液を供給する培養液供給手段と
を具備することを特徴とする藻類培養装置。
【請求項２】
培養液供給手段は、
藻類担体の下方に設けられ、上部が開放する培養液貯槽と、
該培養液貯槽から培養液を汲み上げて藻類担体の上部に供給するポンプとを備えることを特徴とする請求項１記載の藻類培養装置。
【請求項３】
培養液供給手段は、培養液に含まれる雑菌を殺菌あるいは滅菌する殺菌装置を備えることを特徴とする請求項１または２記載の藻類培養装置。
【請求項４】
培養液供給手段は、培養液の温度を調節する温度調節装置を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項５】
培養液供給手段は、
前記培養液に含まれる栄養塩の濃度を計測する栄養塩分析装置と、
前記栄養塩分析装置による前記栄養塩の濃度計測結果に基づいて、前記栄養塩の濃度が適切値となるように前記栄養塩を前記培養液に添加する栄養塩添加装置と、
を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項６】
藻類担体を覆う防御シートをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項７】
藻類担体は、担体ユニットを複数連設してなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項８】
前記藻類担体を吊り下げた状態で回転させる担体回転装置を備えることを特徴とする請求項７に記載の藻類培養装置。
【請求項９】
藻類担体は、平板状に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項１０】
培養液貯槽に代えて、藻類担体の下方に漏斗を設けて培養液を回収し、当該培養液を小型培養液貯槽に貯留することを特徴とする請求項２〜９のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項１１】
垂直方向に延在する１あるいは複数の藻類担体の上部から培養液を供給することを特徴とする藻類培養方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７５９６４（Ｐ２０１２−１７５９６４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６２９９（Ｐ２０１１−１６６２９９）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]