(57)【要約】【課題】微細藻の培養環境を健全な状態に維持すること。【解決手段】微細藻を含む培養液を収容した培養槽において微細藻の硝酸呼吸を検出する工程（ステップＳ１２）と、微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて培養槽の培養液の流動を促進する工程（ステップＳ１４）と、を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細藻を含む培養液を収容した培養槽において前記微細藻の硝酸呼吸を検出する工程と、
前記微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて前記培養槽の前記培養液の流動を促進する工程と、
を含む、微細藻培養方法。
【請求項２】
前記微細藻の硝酸呼吸を検出する工程は、前記培養液の亜硝酸イオン濃度を計測する、請求項１に記載の微細藻培養方法。
【請求項３】
前記微細藻の硝酸呼吸を検出する工程は、前記培養液の酸化還元電位を計測する、請求項１に記載の微細藻培養方法。
【請求項４】
前記培養液の流動を促進する工程は、攪拌羽根により前記培養液の流動を促進する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の微細藻培養方法。
【請求項５】
前記培養液の流動を促進する工程は、気泡により前記培養液の流動を促進する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の微細藻培養方法。
【請求項６】
微細藻を含む培養液を収容する培養槽と、
前記微細藻の硝酸呼吸を検出する検出手段と、
前記培養液の流動を促進する促進手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記促進手段を制御する制御部と、
を備える、微細藻培養装置。
【請求項７】
前記検出手段は、前記培養液の亜硝酸イオン濃度を計測する亜硝酸イオン計測部であり、前記制御部は、前記亜硝酸イオン計測部で計測された結果に基づいて前記促進手段を制御する、請求項６に記載の微細藻培養装置。
【請求項８】
前記検出手段は、前記培養液の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計測部であり、前記制御部は、前記酸化還元電位計測部で計測された結果に基づいて前記促進手段を制御する、請求項６に記載の微細藻培養装置。
【請求項９】
前記促進手段は、前記培養液の中に配置される攪拌羽根と、前記攪拌羽根を駆動する攪拌駆動部と、を有した羽根攪拌装置であり、前記制御部は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記羽根攪拌装置の前記攪拌駆動部を制御する、請求項６〜８のいずれか１つに記載の微細藻培養装置。
【請求項１０】
前記促進手段は、前記培養液の中に配置されて気泡を発生させる気泡発生部と、前記気泡発生部に空気を供給する空気供給部と、を有した気泡攪拌装置であり、前記制御部は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記気泡攪拌装置の前記空気供給部を制御する、請求項６〜８のいずれか１つに記載の微細藻培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細藻培養方法および微細藻培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１は、下水処理プロセスに有害化学物質が流入したとき、最初に有害物質の影響を受けるのは硝化細菌の呼吸量阻害であるが、硝化プロセスに関連するアンモニア酸化細菌と亜硝酸酸化細菌のどちらが阻害を受けているかが判らず、有害物質の検出感度が悪い問題を解決することを目的としている。そこで、特許文献１では、純粋培養したアンモニア酸化細菌を固定化した膜、担体、または微生物センサと、純粋培養した亜硝酸酸化細菌を固定化した膜、担体、または微生物センサと、を用い、これらの通過前と通過後の溶存酸素濃度または亜硝酸性窒素濃度を測定し、硝化阻害物質を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０６０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、珪藻などの微細藻は、その高い増殖特性や細胞から取り出すことのできる有用物を利用することについて、食糧やエネルギー等の各種の分野において多くの期待が寄せられている。
【０００５】
微細藻は、窒素、リン、微量成分が増殖に必要である。窒素は、微細藻の活動の根幹に位置するタンパク質やデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）の合成に使われるため、微細藻の増殖において欠乏しないように注意が必要である。光合成を行う一部の微細藻では、大気中の窒素を固定する能力を有するが、大多数の微細藻では、培養に窒素をＮＯ３−などの形態で供給される。一部の微細藻では、ＮＯ３−を体内に蓄積し、暗所などの光合成ができない場合に呼吸に利用する性質があることが確認されている。これは、細菌などで行われている硝酸呼吸であり、硝酸の酸素を消費して呼吸に利用する嫌気呼吸の一種である。硝酸呼吸は、ＮＯ３−をＮＯ２−に変える反応で、このＮＯ２−が何らかの理由で微生物環境に蓄積すると、微生物の機能に障害が起こる。例えば、排水処理設備（活性汚泥）などでは、排水処理の性能低下が起こる。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、微細藻の培養環境を健全な状態に維持することのできる微細藻培養方法および微細藻培養装置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】
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る微細藻培養方法は、微細藻を含む培養液を収容した培養槽において前記微細藻の硝酸呼吸を検出する工程と、前記微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて前記培養槽の前記培養液の流動を促進する工程と、を含む。
【０００８】
本発明の一態様に係る微細藻培養方法では、前記微細藻の硝酸呼吸を検出する工程は、前記培養液の亜硝酸イオン濃度を計測することが好ましい。
【０００９】
本発明の一態様に係る微細藻培養方法では、前記微細藻の硝酸呼吸を検出する工程は、前記培養液の酸化還元電位を計測することが好ましい。
【００１０】
本発明の一態様に係る微細藻培養方法では、前記培養液の流動を促進する工程は、攪拌羽根により前記培養液の流動を促進することが好ましい。
【００１１】
本発明の一態様に係る微細藻培養方法では、前記培養液の流動を促進する工程は、気泡により前記培養液の流動を促進することが好ましい。
【００１２】
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る微細藻養装置は、微細藻を含む培養液を収容する培養槽と、前記微細藻の硝酸呼吸を検出する検出手段と、前記培養液の流動を促進する促進手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記促進手段を制御する制御部と、を備える。
【００１３】
本発明の一態様に係る微細藻培養装置では、前記検出手段は、前記培養液の亜硝酸イオン濃度を計測する亜硝酸イオン計測部であり、前記制御部は、前記亜硝酸イオン計測部で計測された結果に基づいて前記促進手段を制御することが好ましい。
【００１４】
本発明の一態様に係る微細藻培養装置では、前記検出手段は、前記培養液の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計測部であり、前記制御部は、前記酸化還元電位計測部で計測された結果に基づいて前記促進手段を制御することが好ましい。
【００１５】
本発明の一態様に係る微細藻培養装置では、前記促進手段は、前記培養液の中に配置される攪拌羽根と、前記攪拌羽根を駆動する攪拌駆動部と、を有した羽根攪拌装置であり、前記制御部は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記羽根攪拌装置の前記攪拌駆動部を制御することが好ましい。
【００１６】
本発明の一態様に係る微細藻培養装置では、前記促進手段は、前記培養液の中に配置されて気泡を発生させる気泡発生部と、前記気泡発生部に空気を供給する空気供給部と、を有した気泡攪拌装置であり、前記制御部は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記気泡攪拌装置の前記空気供給部を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて、培養槽の培養液の流動を促進することで、培養槽の底部などに蓄積・沈殿して嫌気状態になり硝酸呼吸をしていた微細藻が培養液と共に流動する。これにより、微細藻が光合成と酸素呼吸を行う健全な状態に戻る。この結果、本発明によれば、微細藻の培養環境を健全な状態に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る微細藻培養方法に関する培養日数と細胞濃度の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る微細藻培養方法に関する培養日数と亜硝酸濃度の関係を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明の実施形態１に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態１に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施形態２に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態２に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態３に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態３に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の実施形態４に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態４に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る微細藻培養方法に関する培養日数と細胞濃度の関係を示すグラフである。図２は、本実施形態に係る微細藻培養方法に関する培養日数と亜硝酸濃度の関係を示すグラフである。
【００２１】
図１および図２において、珪藻を含む培養液を培養槽に収容した培養装置を２種類用意して培養した。培養装置は、ビールタンクを改良した大型の光照射方式の培養装置である。培養装置の一方は、培養槽の底部などに珪藻の蓄積が生じないように、例えば攪拌を行った培養Ａ（●）であり、培養装置の他方は珪藻の蓄積の対策を行っていない培養Ｂ（○）である。
【００２２】
培養Ｂ（○）は、培養槽の底部などに珪藻の蓄積が生じない対策をしていない場合、図２に示すように、亜硝酸濃度が高くなると、図１に示すように珪藻の細胞濃度が急速に低下している。培養Ｂ（○）は、亜硝酸濃度の上昇と、珪藻の細胞濃度の低下とが同期している。
【００２３】
一方、培養Ａ（●）は、培養槽の底部などに珪藻の蓄積が生じないように対策しており、図２に示すように、亜硝酸濃度は上昇しない。培養Ａ（●）は、図１に示すように珪藻の細胞濃度が増加している。
【００２４】
このように、培養槽の底部などに珪藻が蓄積した状況では、培養液中の珪藻の細胞濃度の低下が発生している。培養槽の底部などに蓄積した珪藻は、死滅したわけではなく、沈殿して密集している状況で、光エネルギーを利用できなくなるため嫌気状態に陥り、亜硝酸濃度が上昇していることから硝酸呼吸をしているものと考えられる。
【００２５】
このように、微細藻の培養において、亜硝酸濃度と微細藻の細胞濃度とは密接な関係があり、微細藻を健全な状態で培養するには、硝酸呼吸をしないような培養環境とする必要がある。
【００２６】
［実施形態１］
図３は、実施形態１に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図４は、実施形態１に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。
【００２７】
図３に示すように、実施形態１の微細藻培養装置１１は、培養槽２と、羽根攪拌装置３と、亜硝酸イオン計測部４と、制御部５と、を有する。
【００２８】
培養槽２は、微細藻（例えば、微細藻である珪藻（キートセロス等のケイ素の殻を持つ微細藻））を含む培養液１０を収容する。培養槽２は、レースウエイ培養を行うもので、トラック状の周回路２Ａを有している。培養槽２は、例えば、培地である培養液１０の高さが例えば２０ｃｍ〜３０ｃｍであり、上部が開口されて内部が大気開放された状態であってもよいし、上部が蓋部材により塞がれて密閉された状態であってもよい。ただし、上部を蓋部材で塞ぐ場合、蓋部材は、微細藻が光合成を行う波長の光を透過する素材で形成される。従って、培養槽２の中の培養液１０には、太陽光が供給される。培養槽２は、太陽光を取り込みやすくするために、蓋部材に限らず、側面部分が光を透過する素材で形成されてもよい。また、培養槽２は、底面が光を反射させる素材で形成されてもよい。なお、培養槽２は、図には明示しないが、培養槽２に収容された培養液１０の中に光を照射する人口照明である光源装置を備えていてもよい。
【００２９】
培養槽２は、図には明示しないが、微細藻を供給する微細藻供給部や、培養液を供給する培養液供給部や、収容する微細藻を含む培養液１０に大気を供給するガス供給部を備えてもよい。また、培養槽２は、その他に、培養液１０の液面レベルを計測するレベル計や、培養液１０の温度を調整する温度調整部や、培養液１０の回収部や、培養槽２の洗浄時に培養液１０を排出する排出部等を備えてもよい。
【００３０】
羽根攪拌装置３は、培養槽２の周回路２Ａにおいて培養液１０を攪拌する。羽根攪拌装置３は、攪拌羽根３Ａと、攪拌駆動部３Ｂと、を有している。攪拌羽根３Ａは、培養槽２の周回路２Ａに回転可能に設けられている。攪拌駆動部３Ｂは、攪拌羽根３Ａを駆動するもので、例えば、攪拌羽根３Ａを回転するモータを有する。羽根攪拌装置３により培養液１０を攪拌することで、図３に矢印で示すように微細藻を含む培養液１０が培養槽２の周回路２Ａにおいて周回される。
【００３１】
亜硝酸イオン計測部４は、培養液１０の亜硝酸イオン濃度を計測する。亜硝酸イオン計測部４は、例えば、亜硝酸イオンメータが適用される。
【００３２】
制御部５は、例えば、コンピュータであり、図には明示しないが、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなマイクロプロセッサを含む演算処理装置などにより実現される。制御部５は、羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂを制御する。
【００３３】
制御部５による制御、即ち、微細藻培養方法について説明する。
【００３４】
図４に示すように、制御部５は、羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂを低速運転する（ステップＳ１１）。制御部５は、攪拌駆動部３Ｂの低速運転することにより、攪拌羽根３Ａを低速回転させ培養槽２に収容された培養液１０を攪拌させて周回路２Ａに低流速で周回させる。低流速とは、培養液１０に含まれる微細藻が培養液１０と共に周回路２Ａに、通常、淀みなく周回できる速度であり、例えば、０．３ｍ／ｓｅｃが好ましく、攪拌駆動部３Ｂの消費電力を抑えた速度である。
【００３５】
制御部５は、亜硝酸イオン計測部４から連続または定期的に亜硝酸イオン濃度を取得し、攪拌駆動部３Ｂの低速運転時（ステップＳ１１）において、亜硝酸イオン濃度が上限値以上であるかを判断する（ステップＳ１２）。亜硝酸イオン濃度の上限値は、制御部５において予め設定されるものある。亜硝酸イオン濃度の上限値は、例えば、２ｍｇ／Ｌ以上であり、２ｍｇ／Ｌ以上の場合に、硝酸呼吸が発生する状況になり微細藻の細胞濃度が下がることを実験により得た数値である。
【００３６】
そして、ステップＳ１２において、亜硝酸イオン濃度が上限値以上の場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御部５は、羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂを高速運転する（ステップＳ１３）。制御部５は、攪拌駆動部３Ｂを高速運転することにより、攪拌羽根３Ａを高速回転させ培養槽２に収容された培養液１０を攪拌させて周回路２Ａに高流速で周回させる。高流速とは、培養液１０に含まれる微細藻が培養槽２の底部などに蓄積している場合、蓄積を剥離させ培養液１０と共に周回路２Ａに周回できる速度であり、例えば、１．０ｍ／ｓｅｃが好ましい。従って、攪拌駆動部３Ｂの高速運転により、培養槽２の底部などに蓄積している微細藻を底部などから剥離して培養液１０と共に周回路２Ａに周回させる。なお、ステップＳ１２において、亜硝酸イオン濃度が上限値以上ではない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、制御部５は、羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂの低速運転を継続する（ステップＳ１１）。
【００３７】
培養槽２の底部などに蓄積している微細藻が培養液１０と共に周回路２Ａに周回すると、図１および図２の実験による見地から、微細藻の嫌気状態が解消されて微細藻の培養環境が健全となるため硝酸呼吸をしなくなり亜硝酸イオンの減少と共に微細藻の細胞濃度が増加することになる。
【００３８】
制御部５は、亜硝酸イオン計測部４から連続または定期的に亜硝酸イオン濃度を取得し、攪拌駆動部３Ｂの高速運転時（ステップＳ１３）において、亜硝酸イオン濃度が下限値以下であるかを判断する（ステップＳ１４）。亜硝酸イオン濃度の下限値は、制御部５において予め設定される。亜硝酸イオン濃度の下限値は、例えば、１．５ｍｇ／Ｌ以下であり、１．５ｍｇ／Ｌ以下の場合に、硝酸呼吸が発生する状況が解消され微細藻の細胞濃度が上がることを実験により得た数値である。
【００３９】
そして、ステップＳ１４において、亜硝酸イオン濃度が下限値以下の場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、制御部５は、羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂを低速運転する（ステップＳ１５）。即ち、制御部５は、攪拌駆動部３Ｂを低速運転し、培養液１０を周回路２Ａに低流速（例えば、０．３ｍ／ｓｅｃ）で周回させる。ステップＳ１５の後、本制御を終了し、再びステップＳ１１から本制御を行う。なお、ステップＳ１４において、亜硝酸イオン濃度が下限値以下ではない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、制御部５は、羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂの高速運転を継続する（ステップＳ１３）。
【００４０】
なお、上述した微細藻培養方法は、微細藻培養装置１１において制御部５により自動で羽根攪拌装置３を制御するものであるが、制御部５を用いない場合、即ち、手動で羽根攪拌装置３を操作する微細藻培養方法であっても同様にステップＳ１１〜Ｓ１５を行う。
【００４１】
このように、実施形態１の微細藻培養方法は、微細藻を含む培養液１０を収容した培養槽２において微細藻の硝酸呼吸を検出する工程と、微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて培養槽２の培養液１０の流動を促進する工程と、を含む。
【００４２】
具体的に、実施形態１の微細藻培養方法では、微細藻の硝酸呼吸を検出する工程は、培養液１０の亜硝酸イオン濃度を計測する。また、培養液１０の流動を促進する工程は、攪拌羽根３Ａにより培養液１０の流動を促進する。
【００４３】
実施形態１の微細藻培養装置１１は、微細藻を含む培養液１０を収容する培養槽２と、微細藻の硝酸呼吸を検出する検出手段と、培養液１０の流動を促進する促進手段と、検出手段の検出結果に基づいて促進手段を制御する制御部５と、を備える。
【００４４】
具体的に、実施形態１の微細藻培養装置１１では、検出手段は、培養液１０の亜硝酸イオン濃度を計測する亜硝酸イオン計測部４であり、制御部５は、亜硝酸イオン計測部４で計測された結果に基づいて促進手段を制御する。また、促進手段は、培養液１０の中に配置される攪拌羽根３Ａと、攪拌羽根３Ａを駆動する攪拌駆動部３Ｂと、を有した羽根攪拌装置３であり、培養槽２の内部で培養液１０が収容される箇所において、培養槽２中に培養液１０を移動させるものである。制御部５は、検出手段の検出結果に基づいて羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂを制御する。
【００４５】
従って、実施形態１によれば、微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて、培養槽２の培養液１０の流動を促進することで、培養槽２の底部などに蓄積・沈殿して嫌気状態になり硝酸呼吸をしていた微細藻が培養液１０と共に流動する。これにより、微細藻が光合成と酸素呼吸を行う健全な状態に戻る。この結果、実施形態１によれば、微細藻の培養環境を健全な状態に維持できる。
【００４６】
また、微細藻の硝酸呼吸の検出は、亜硝酸イオン濃度を計測すること、亜硝酸イオン計測部４を用いて制御部５で判断することで実施できる。
【００４７】
また、培養液１０の流動の促進は、攪拌羽根３Ａにより行うこと、攪拌羽根３Ａと攪拌駆動部３Ｂとを有した羽根攪拌装置３を用い制御部５で制御することで実施できる。
【００４８】
なお、亜硝酸イオン計測部４は、培養槽２において微細藻が蓄積し易い場所の培養液１０をサンプリングすることで微細藻の硝酸呼吸の検出精度を向上できる。また、培養槽２に微細藻が蓄積し易い凹部や凸部を設けてもよく、亜硝酸イオン計測部４は、この凹部や凸部付近の培養液１０をサンプリングすることで微細藻の硝酸呼吸の検出精度を向上できる。
【００４９】
［実施形態２］
図５は、実施形態２に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図６は、実施形態２に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。
【００５０】
実施形態２の微細藻培養装置１２は、上述した実施形態１の微細藻培養装置１１に対し、亜硝酸イオン計測部４に代えて酸化還元電位計測部６を備える点で異なる。その他の構成は、実施形態１の微細藻培養装置１１と同じであり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
酸化還元電位計測部６は、酸化還元電位（ＯＲＰ：Oxidation  Reduction  Potential）を計測する。酸化還元電位は、酸化(Oxidation)と還元(Reduction)が起こる際に電子の移動が生じた電位(potential)である。
【００５２】
制御部５による制御、即ち、微細藻培養方法について説明する。
【００５３】
図６に示すように、制御部５は、羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂを低速運転する（ステップＳ２１）。制御部５は、攪拌駆動部３Ｂの低速運転することにより、攪拌羽根３Ａを低速回転させ培養槽２に収容された培養液１０を攪拌させて周回路２Ａに低流速（例えば、０．３ｍ／ｓｅｃ）で周回させる。
【００５４】
制御部５は、酸化還元電位計測部６から連続または定期的に酸化還元電位を取得し、攪拌駆動部３Ｂの低速運転時（ステップＳ２１）において、酸化還元電位が下限値以下であるかを判断する（ステップＳ２２）。酸化還元電位の下限値は、制御部５において予め設定されるものある。酸化還元電位の下限値は、例えば、−５０ｍＶ以下であり、−５０ｍＶ〜−２００ｍＶで、硝酸呼吸が発生する状況になり微細藻の細胞濃度が下がることを実験により得た数値である。
【００５５】
そして、ステップＳ２２において、酸化還元電位が下限値以下の場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、制御部５は、羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂを高速運転する（ステップＳ２３）。制御部５は、攪拌駆動部３Ｂを高速運転することにより、攪拌羽根３Ａを高速回転させ培養槽２に収容された培養液１０を攪拌させて周回路２Ａに高流速（例えば、１．０ｍ／ｓｅｃ）で周回させる。従って、攪拌駆動部３Ｂの高速運転により、培養槽２の底部などに蓄積している微細藻を底部などから剥離して培養液１０と共に周回路２Ａに周回させる。なお、ステップＳ２２において、酸化還元電位が下限値以下ではない場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、制御部５は、羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂの低速運転を継続する（ステップＳ２１）。
【００５６】
培養槽２の底部などに蓄積している微細藻が培養液１０と共に周回路２Ａに周回すると、上述したように、微細藻の嫌気状態が解消されて微細藻の培養環境が健全となるため硝酸呼吸をしなくなり亜硝酸イオンの減少と共に微細藻の細胞濃度が増加することになる。
【００５７】
制御部５は、酸化還元電位計測部６から連続または定期的に酸化還元電位を取得し、攪拌駆動部３Ｂの高速運転時（ステップＳ２３）において、酸化還元電位が上限値以上であるかを判断する（ステップＳ２４）。酸化還元電位の上限値は、制御部５において予め設定される。酸化還元電位の上限値は、＋値であって、例えば、２００ｍＶ以上であり、２００ｍＶ以上の場合に、硝酸呼吸が発生する状況が解消され微細藻の細胞濃度が上がることを実験により得た数値である。
【００５８】
そして、ステップＳ２４において、酸化還元電位が上限値以上の場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、制御部５は、羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂを低速運転する（ステップＳ２５）。即ち、制御部５は、攪拌駆動部３Ｂを低速運転し、培養液１０を周回路２Ａに低流速（例えば、０．３ｍ／ｓｅｃ）で周回させる。ステップＳ２５の後、本制御を終了し、再びステップＳ２１から本制御を行う。なお、ステップＳ２４において、酸化還元電位が上限値以上ではない場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、制御部５は、羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂの高速運転を継続する（ステップＳ２３）。
【００５９】
なお、上述した微細藻培養方法は、微細藻培養装置１２において制御部５により自動で羽根攪拌装置３を制御するものであるが、制御部５を用いない場合、即ち、手動で羽根攪拌装置３を操作する微細藻培養方法であっても同様にステップＳ２１〜Ｓ２５を行う。
【００６０】
このように、実施形態２の微細藻培養方法は、微細藻を含む培養液１０を収容した培養槽２において微細藻の硝酸呼吸を検出する工程と、微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて培養槽２の培養液１０の流動を促進する工程と、を含む。
【００６１】
具体的に、実施形態２の微細藻培養方法では、微細藻の硝酸呼吸を検出する工程は、培養液１０の酸化還元電位を計測する。また、培養液１０の流動を促進する工程は、攪拌羽根３Ａにより培養液１０の流動を促進する。
【００６２】
実施形態２の微細藻培養装置１２は、微細藻を含む培養液１０を収容する培養槽２と、微細藻の硝酸呼吸を検出する検出手段と、培養液１０の流動を促進する促進手段と、検出手段の検出結果に基づいて促進手段を制御する制御部５と、を備える。
【００６３】
具体的に、実施形態２の微細藻培養装置１２では、検出手段は、培養液１０の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計測部６であり、制御部５は、酸化還元電位計測部６で計測された結果に基づいて促進手段を制御する。また、促進手段は、培養液１０の中に配置される攪拌羽根３Ａと、攪拌羽根３Ａを駆動する攪拌駆動部３Ｂと、を有した羽根攪拌装置３であり、培養槽２の内部で培養液１０が収容される箇所において、培養槽２中に培養液１０を移動させるものである。制御部５は、検出手段の検出結果に基づいて羽根攪拌装置３の攪拌駆動部３Ｂを制御する。
【００６４】
従って、実施形態２によれば、微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて、培養槽２の培養液１０の流動を促進することで、培養槽２の底部などに蓄積・沈殿して嫌気状態になり硝酸呼吸をしていた微細藻が培養液１０と共に流動する。これにより、微細藻が光合成と酸素呼吸を行う健全な状態に戻る。この結果、実施形態２によれば、微細藻の培養環境を健全な状態に維持できる。
【００６５】
また、微細藻の硝酸呼吸の検出は、酸化還元電位を計測すること、酸化還元電位計測部６を用いて制御部５で判断することで実施できる。
【００６６】
また、培養液１０の流動の促進は、攪拌羽根３Ａにより行うこと、攪拌羽根３Ａと攪拌駆動部３Ｂとを有した羽根攪拌装置３を用い制御部５で制御することで実施できる。
【００６７】
なお、酸化還元電位計測部６は、培養槽２において微細藻が蓄積し易い場所の培養液１０の酸化還元電位を計測することで微細藻の硝酸呼吸の検出精度を向上できる。また、培養槽２に微細藻が蓄積し易い凹部や凸部を設けてもよく、酸化還元電位計測部６は、この凹部や凸部付近の培養液１０の酸化還元電位を計測することで微細藻の硝酸呼吸の検出精度を向上できる。
【００６８】
［実施形態３］
図７は、実施形態３に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図８は、実施形態３に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。
【００６９】
図７に示すように、実施形態３の微細藻培養装置１３は、培養槽２１と、気泡攪拌装置３１と、亜硝酸イオン計測部４１と、制御部５１と、を有する。
【００７０】
培養槽２１は、微細藻（例えば、珪藻（キートセロス等のケイ素の殻を持つ微細藻））を含む培養液１０を収容する。培養槽２１は、フォトバイオリアクター型の培養システムに用いられる。培養槽２１は、例えば、矩形の槽状に形成され、上部が開口されて内部が大気開放された状態であってもよいし、上部が蓋部材により塞がれて密閉された状態であってもよい。ただし、上部を蓋部材で塞ぐ場合、蓋部材は、微細藻が光合成を行う波長の光を透過する素材で形成される。また、培養槽２１は、光源装置７１を備えている。光源装置７１は、培養槽２１の中に光を照射する人口照明である。すなわち、光源装置７１は、培養槽２１に収容された培養液１０の中に光を照射する。培養槽２１は、太陽光を取り込みやすくするために、蓋部材に限らず、側面部分が光を透過する素材で形成されてもよい。また、培養槽２１は、底面が光を反射させる素材で形成されてもよい。
【００７１】
培養槽２１は、図には明示しないが、微細藻を供給する微細藻供給部や、培養液を供給する培養液供給部や、培養液１０の液面レベルを計測するレベル計や、培養液１０の温度を調整する温度調整部や、培養液１０の回収部や、培養槽２の洗浄時に培養液１０を排出する排出部等を備えてもよい。
【００７２】
気泡攪拌装置３１は、培養槽２１において培養液１０を攪拌する。気泡攪拌装置３１は、気泡発生部３１Ａと、空気供給部３１Ｂと、を有する。気泡発生部３１Ａは、培養槽２１の内部に設けられている。気泡発生部３１Ａは、培養槽２１の底部に設けられていても、側部に設けられていてもよい。気泡発生部３１Ａは、空気が供給されることで培養液１０に気泡を噴出する。空気供給部３１Ｂは、気泡発生部３１Ａに空気を供給するもので、例えば、コンプレッサーを有する。即ち、気泡攪拌装置３１は、気泡発生部３１Ａから噴出した気泡により培養液１０を攪拌する。気泡攪拌装置３１は、通常、培養液１０に含まれる微細藻に曝気を行う曝気装置として機能する。
【００７３】
亜硝酸イオン計測部４１は、培養液１０の亜硝酸イオン濃度を計測する。亜硝酸イオン計測部４１は、例えば、亜硝酸イオンメータが適用される。
【００７４】
制御部５１は、例えば、コンピュータであり、図には明示しないが、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなマイクロプロセッサを含む演算処理装置などにより実現される。制御部５１は、気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂを制御する。
【００７５】
制御部５による制御、即ち、微細藻培養方法について説明する。
【００７６】
図８に示すように、制御部５１は、気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂを低圧運転する（ステップＳ３１）。制御部５１は、空気供給部３１Ｂを低圧運転することにより、気泡発生部３１Ａに供給する空気量を少なくし気泡発生部３１Ａから少量の気泡を噴出させ、培養槽２１に収容された培養液１０を攪拌させて低流速で循環させる。低流速とは、培養液１０に含まれる微細藻が培養液１０と共に培養槽２１に、通常、淀みなく循環できる速度であり、例えば、０．３ｍ／ｓｅｃが好ましく、空気供給部３１Ｂの消費電力を抑えた速度である。
【００７７】
制御部５１は、亜硝酸イオン計測部４１から連続または定期的に亜硝酸イオン濃度を取得し、空気供給部３１Ｂの低圧運転時（ステップＳ３１）において、亜硝酸イオン濃度が上限値以上であるかを判断する（ステップＳ３２）。亜硝酸イオン濃度の上限値は、制御部５１において予め設定される。亜硝酸イオン濃度の上限値は、実施形態１と同様であり、例えば、２ｍｇ／Ｌ以上である。
【００７８】
そして、ステップＳ３２において、亜硝酸イオン濃度が上限値以上の場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、制御部５１は、気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂを高圧運転する（ステップＳ３３）。制御部５１は、空気供給部３１Ｂを高圧運転することにより、気泡発生部３１Ａに供給する空気量を多くし気泡発生部３１Ａから多量の気泡を噴出させ、培養槽２１に収容された培養液１０を攪拌させて高流速で循環させる。高流速とは、培養液１０に含まれる微細藻が培養槽２１の底部などに蓄積している場合、蓄積を剥離させ培養液１０と共に循環できる速度であり、例えば、１．０ｍ／ｓｅｃが好ましい。従って、空気供給部３１Ｂの高圧運転により、培養槽２１の底部などに蓄積している微細藻を底部などから剥離して培養液１０と共に循環させる。なお、ステップＳ３２において、亜硝酸イオン濃度が上限値以上ではない場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）、制御部５１は、気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂの低圧運転を継続する（ステップＳ３１）。
【００７９】
培養槽２１の底部などに蓄積している微細藻が培養液１０と共に循環すると、図１および図２の実験による見地から、微細藻の嫌気状態が解消されて微細藻の培養環境が健全となるため硝酸呼吸をしなくなり亜硝酸イオンの減少と共に微細藻の細胞濃度が増加することになる。
【００８０】
制御部５１は、亜硝酸イオン計測部４１から連続または定期的に亜硝酸イオン濃度を取得し、空気供給部３１Ｂの高圧運転時（ステップＳ３３）において、亜硝酸イオン濃度が下限値以下であるかを判断する（ステップＳ３４）。亜硝酸イオン濃度の下限値は、制御部５において予め設定される。亜硝酸イオン濃度の下限値は、実施形態１と同様であり、例えば、１．５ｍｇ／Ｌ以下である。
【００８１】
そして、ステップＳ３４において、亜硝酸イオン濃度が下限値以下の場合（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）、制御部５１は、気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂを低圧運転する（ステップＳ３５）。即ち、制御部５１は、空気供給部３１Ｂを低圧運転し、培養液１０を低流速（例えば、０．３ｍ／ｓｅｃ）で循環させる。ステップＳ３５の後、本制御を終了し、再びステップＳ３１から本制御を行う。なお、ステップＳ３４において、亜硝酸イオン濃度が下限値以下ではない場合（ステップＳ３４：Ｎｏ）、制御部５は、気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂの高圧運転を継続する（ステップＳ３３）。
【００８２】
なお、上述した微細藻培養方法は、微細藻培養装置１３において制御部５１により自動で気泡攪拌装置３１を制御するものであるが、制御部５１を用いない場合、即ち、手動で羽根攪拌装置３１を操作する微細藻培養方法であっても同様にステップＳ３１〜Ｓ３５を行う。
【００８３】
このように、実施形態３の微細藻培養方法は、実施形態１と異なる培養槽２１において微細藻の硝酸呼吸を検出する工程と、微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて培養槽２１の培養液１０の流動を促進する工程と、を含む。
【００８４】
具体的に、実施形態３の微細藻培養方法では、微細藻の硝酸呼吸を検出する工程は、培養液１０の亜硝酸イオン濃度を計測する。また、培養液１０の流動を促進する工程は、気泡発生部３１Ａにより培養液１０の流動を促進する。
【００８５】
実施形態３の微細藻培養装置１３は、実施形態１とは異なる培養槽２１と、微細藻の硝酸呼吸を検出する検出手段と、培養液１０の流動を促進する促進手段と、検出手段の検出結果に基づいて促進手段を制御する制御部５１と、を備える。
【００８６】
具体的に、実施形態３の微細藻培養装置１３では、検出手段は、培養液１０の亜硝酸イオン濃度を計測する亜硝酸イオン計測部４１であり、制御部５１は、亜硝酸イオン計測部４１で計測された結果に基づいて促進手段を制御する。また、促進手段は、培養液１０の中に配置される気泡発生部３１Ａと、気泡発生部３１Ａに空気を供給する空気供給部３１Ｂと、を有した気泡攪拌装置３１であり、培養槽２１の内部で培養液１０が収容される箇所において、培養槽２１中に培養液１０を移動させるものである。制御部５１は、検出手段の検出結果に基づいて気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂを制御する。
【００８７】
従って、実施形態３によれば、微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて、培養槽２１の培養液１０の流動を促進することで、培養槽２１の底部などに蓄積・沈殿して嫌気状態になり硝酸呼吸をしていた微細藻が培養液１０と共に流動する。これにより、微細藻が光合成と酸素呼吸を行う健全な状態に戻る。この結果、実施形態３によれば、微細藻の培養環境を健全な状態に維持できる。
【００８８】
また、微細藻の硝酸呼吸の検出は、亜硝酸イオン濃度を計測すること、亜硝酸イオン計測部４１を用いて制御部５１で判断することで実施できる。
【００８９】
また、培養液１０の流動の促進は、気泡発生部３１Ａにより行うこと、気泡発生部３１Ａと空気供給部３１Ｂとを有した気泡攪拌装置３１を用い制御部５１で制御することで実施できる。
【００９０】
なお、亜硝酸イオン計測部４１は、培養槽２１において微細藻が蓄積し易い場所の培養液１０をサンプリングすることで微細藻の硝酸呼吸の検出精度を向上できる。また、培養槽２１に微細藻が蓄積し易い凹部や凸部を設けてもよく、亜硝酸イオン計測部４１は、この凹部や凸部付近の培養液１０をサンプリングすることで微細藻の硝酸呼吸の検出精度を向上できる。
【００９１】
［実施形態４］
図９は、実施形態４に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図１０は、実施形態４に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。
【００９２】
実施形態４の微細藻培養装置１４は、上述した実施形態３の微細藻培養装置１３に対し、亜硝酸イオン計測部４１に代えて酸化還元電位計測部６１を備える点で異なる。その他の構成は、実施形態３の微細藻培養装置１３と同じであり、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９３】
酸化還元電位計測部６１は、実施形態２と同様に、酸化還元電位（ＯＲＰ：Oxidation  Reduction  Potential）を計測する。
【００９４】
制御部５１による制御、即ち、微細藻培養方法について説明する。
【００９５】
図９に示すように、制御部５１は、気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂを低圧運転する（ステップＳ４１）。制御部５１は、空気供給部３１Ｂを低圧運転することにより、気泡発生部３１Ａに供給する空気量を少なくし気泡発生部３１Ａから少量の気泡を噴出させ、培養槽２１に収容された培養液１０を攪拌させて低流速（例えば、０．３ｍ／ｓｅｃ）で循環させる。
【００９６】
制御部５１は、酸化還元電位計測部６１から連続または定期的に酸化還元電位を取得し、空気供給部３１Ｂの低圧運転時（ステップＳ４１）において、酸化還元電位が下限値以下であるかを判断する（ステップＳ４２）。酸化還元電位の下限値は、実施形態２と同様で、例えば、−５０ｍＶ以下であり、−５０ｍＶ〜−２００ｍＶである。
【００９７】
そして、ステップＳ４２において、酸化還元電位が下限値以下の場合（ステップＳ４２：Ｙｅｓ）、制御部５１は、気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂを高圧運転する（ステップＳ４３）。制御部５は、空気供給部３１Ｂを高圧運転することにより、気泡発生部３１Ａに供給する空気量を多くし気泡発生部３１Ａから多量の気泡を噴出させ、培養槽２１に収容された培養液１０を攪拌させて高流速（例えば、１．０ｍ／ｓｅｃ）で循環させる。従って、空気供給部３１Ｂの高圧運転により、培養槽２１の底部などに蓄積している微細藻を底部などから剥離して培養液１０と共に循環させる。なお、ステップＳ４２において、酸化還元電位が下限値以下ではない場合（ステップＳ４２：Ｎｏ）、制御部５１は、気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂの低圧運転を継続する（ステップＳ４１）。
【００９８】
培養槽２１の底部などに蓄積している微細藻が培養液１０と共に循環すると、上述したように、微細藻の嫌気状態が解消されて微細藻の培養環境が健全となるため硝酸呼吸をしなくなり亜硝酸イオンの減少と共に微細藻の細胞濃度が増加することになる。
【００９９】
制御部５１は、酸化還元電位計測部６１から連続または定期的に酸化還元電位を取得し、空気供給部３１Ｂの高圧運転時（ステップＳ４３）において、酸化還元電位が上限値以上であるかを判断する（ステップＳ４４）。酸化還元電位の上限値は、制御部５１において予め設定される。酸化還元電位の上限値は、実施形態２と同様に、＋値であって、例えば、２００ｍＶ以上である。
【０１００】
そして、ステップＳ４４において、酸化還元電位が上限値以上の場合（ステップＳ４４：Ｙｅｓ）、制御部５１は、気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂを低圧運転する（ステップＳ４５）。即ち、制御部５１は、空気供給部３１Ｂを低圧運転し、培養液１０を低流速（例えば、０．３ｍ／ｓｅｃ）で循環させる。ステップＳ４５の後、本制御を終了し、再びステップＳ４１から本制御を行う。なお、ステップＳ４４において、酸化還元電位が上限値以上ではない場合（ステップＳ４４：Ｎｏ）、制御部５１は、気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂの高圧運転を継続する（ステップＳ４３）。
【０１０１】
なお、上述した微細藻培養方法は、微細藻培養装置１４において制御部５１により自動で気泡攪拌装置３１を制御するものであるが、制御部５１を用いない場合、即ち、手動で羽根攪拌装置３１を操作する微細藻培養方法であっても同様にステップＳ４１〜Ｓ４５を行う。
【０１０２】
このように、実施形態４の微細藻培養方法は、実施形態１と異なる培養槽２１において微細藻の硝酸呼吸を検出する工程と、微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて培養槽２の培養液１０の流動を促進する工程と、を含む。
【０１０３】
具体的に、実施形態４の微細藻培養方法では、微細藻の硝酸呼吸を検出する工程は、培養液１０の酸化還元電位を計測する。また、培養液１０の流動を促進する工程は、気泡発生部３１Ａにより培養液１０の流動を促進する。
【０１０４】
実施形態４の微細藻培養装置１４は、実施形態１とは異なる培養槽２１と、微細藻の硝酸呼吸を検出する検出手段と、培養液１０の流動を促進する促進手段と、検出手段の検出結果に基づいて促進手段を制御する制御部５１と、を備える。
【０１０５】
具体的に、実施形態４の微細藻培養装置１４では、検出手段は、培養液１０の酸化還元電位を計測する酸化還元電位計測部６１であり、制御部５１は、酸化還元電位計測部６１で計測された結果に基づいて促進手段を制御する。また、促進手段は、培養液１０の中に配置される気泡発生部３１Ａと、気泡発生部３１Ａに空気を供給する空気供給部３１Ｂと、を有した気泡攪拌装置３１であり、培養槽２１の内部で培養液１０が収容される箇所において、培養槽２１中に培養液１０を移動させるものである。制御部５１は、検出手段の検出結果に基づいて気泡攪拌装置３１の空気供給部３１Ｂを制御する。
【０１０６】
従って、実施形態４によれば、微細藻の硝酸呼吸の検出に基づいて、培養槽２１の培養液１０の流動を促進することで、培養槽２１の底部などに蓄積・沈殿して嫌気状態になり硝酸呼吸をしていた微細藻が培養液１０と共に流動する。これにより、微細藻が光合成と酸素呼吸を行う健全な状態に戻る。この結果、実施形態４によれば、微細藻の培養環境を健全な状態に維持できる。
【０１０７】
また、微細藻の硝酸呼吸の検出は、酸化還元電位を計測すること、酸化還元電位計測部６１を用いて制御部５で判断することで実施できる。
【０１０８】
また、培養液１０の流動の促進は、気泡発生部３１Ａにより行うこと、気泡発生部３１Ａと空気供給部３１Ｂとを有した気泡攪拌装置３１を用い制御部５１で制御することで実施できる。
【０１０９】
なお、酸化還元電位計測部６１は、培養槽２１において微細藻が蓄積し易い場所の培養液１０の酸化還元電位を計測することで微細藻の硝酸呼吸の検出精度を向上できる。また、培養槽２１に微細藻が蓄積し易い凹部や凸部を設けてもよく、酸化還元電位計測部６１は、この凹部や凸部付近の培養液１０の酸化還元電位を計測することで微細藻の硝酸呼吸の検出精度を向上できる。
【符号の説明】
【０１１０】
１０  培養液
１１，１２，１３，１４  微細藻培養装置
２，２１  培養槽
２Ａ  周回路
３  羽根攪拌装置
３Ａ  攪拌羽根
３Ｂ  攪拌駆動部
３１  気泡攪拌装置
３１Ａ  気泡発生部
３１Ｂ  空気供給部
４，４１  亜硝酸イオン計測部
５，５１  制御部
６，６１  酸化還元電位計測部
７１  光源装置
【図１】
2020174579.tif 000003
【図２】
2020174579.tif 000004
【図３】
2020174579.tif 000005
【図４】
2020174579.tif 000006
【図５】
2020174579.tif 000007
【図６】
2020174579.tif 000008
【図７】
2020174579.tif 000009
【図８】
2020174579.tif 000010
【図９】
2020174579.tif 000011
【図１０】
2020174579.tif 000012