(57)【要約】【課題】本発明の目的は、微生物燃料電池を用いて微生物の代謝を制御する微生物の代謝物の製造方法に関し、さらには、培地や微生物の状態を精度よくモニタリングしながら微生物の代謝物を製造する方法を提供することである。【解決手段】上記課題は、培地に配置された微生物燃料電池を備えた微生物の代謝物生産リアクターを用いて、微生物の代謝を制御することを特徴とする微生物の代謝物の製造方法、好ましくは、前記微生物燃料電池で発電された電力を解析することで、前記培地の状態をモニタする、微生物の代謝物の製造方法により解決される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培地に配置された微生物燃料電池を備えた微生物の代謝物生産リアクターを用いて、微生物の代謝を制御することを特徴とする微生物の代謝物の製造方法。
【請求項２】
前記微生物燃料電池で発電された電力を解析することで、前記培地の状態をモニタする、請求項１に記載の微生物の代謝物の製造方法。
【請求項３】
前記微生物燃料電池で発電された電力の解析結果に応じて前記微生物燃料電池における発電量を制御することで、微生物の代謝を制御する、
請求項２に記載の微生物の代謝物の製造方法。
【請求項４】
培地と、前記培地に配置された微生物燃料電池とを備え、
前記微生物燃料電池により微生物の代謝を制御する、微生物の代謝物生産リアクター。
【請求項５】
前記微生物燃料電池で発電された電力を解析する解析部と、を更に備え、
前記解析部は、前記微生物燃料電池で発電された電力を解析することで、前記培地の状態をモニタする、
請求項４に記載の微生物の代謝物生産リアクター。
【請求項６】
前記微生物燃料電池における発電量を制御する制御部と、を更に備え、
前記制御部は、前記解析部における解析結果に応じて前記微生物燃料電池における発電量を制御することで、微生物の代謝を制御する、
請求項５に記載の微生物の代謝物生産リアクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微生物の代謝物の製造方法及び微生物の代謝物生産リアクターに関し、特に微生物燃料電池を用いた微生物の代謝物の製造方法及び微生物の代謝物生産リアクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物は日常生活になくてはならない身近な存在である。これまでの長い歴史の中でも、例えば、環境浄化、食料品製造、医薬品製造等において、微生物によるバイオプロセスが広く活用されており、その力を借りずしては成し得ることが困難であった。微生物によるバイオプロセスの例としては、微生物が有機物を餌にすることを利用し、環境浄化では微生物を用いた活性汚泥法による水処理により生活排水を浄化している。他の例としては、微生物の代謝作用を利用して、食料品分野では多くの発酵食品（醤油、酒、味噌、ヨーグルトなど）を製造したり、医薬品分野では治療薬（糖尿病治療薬など）を製造している。また、微生物の代謝作用の違いにより独特の代謝物を生み出すことが知られており、例えば、食料品では同じ原材料を用いても微生物の代謝作用を用いることで独特の香りやうまみを生み出せることが知られている。現在でもまだなお微生物代謝の有用性は計り知れない。
一方、近年では微生物を用いた発電に注目した微生物燃料電池の開発が進められている。微生物燃料電池は、微生物が有機物を分解しながら同時に発電する仕組みのため、省エネルギーの水浄化方法としての検討が進んでいる（非特許文献１）。しかしながら、微生物燃料電池を用いた他の研究例はあまり見られない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】微生物燃料電池による廃水処理システム最前線、（株）エヌ・ティー・エス
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、微生物燃料電池は、微生物から電子を受け取ることができる。一方、微生物の代謝物は、微生物の代謝反応である複雑な酸化還元反応を経て産出される。微生物の代謝反応を制御することにより、生産する代謝物の量や種類を制御することができれば、産業的な利用価値としても大きい。また、代謝反応を制御するためには、培地や微生物の状態を簡易かつ精度よくモニタリングすることも必要である。本発明の目的は、微生物燃料電池を用いて微生物の代謝を制御する微生物の代謝物の製造方法に関し、さらには、培地や微生物の状態を精度よくモニタリングしながら微生物の代謝物を製造する方法を提供することである。
【０００５】
本発明者らは、前記の諸問題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に至った。本発明は、培地に配置された微生物燃料電池を備えた微生物の代謝物生産リアクターを用いて、微生物の代謝を制御することを特徴とする微生物の代謝物の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、微生物燃料電池を用いて微生物の代謝を制御する微生物の代謝物の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】微生物燃料電池を説明するための模式図である。
【図２】微生物燃料電池のカソードおよびアノードの配置例を説明するための断面図である。
【図３】実施の形態１にかかる代謝物生産リアクターを説明するための模式図である。
【図４】実施の形態２にかかる代謝物生産リアクターを説明するための模式図である。
【図５】微生物燃料電池の電圧変化の一例を示す図である。
【図６】微生物燃料電池の電圧変化の他の例を示す図である。
【図７】微生物燃料電池を用いた解析方法を説明するための図である。
【図８】微生物燃料電池を用いた解析方法を説明するための図である。
【図９】微生物燃料電池の電圧変化の他の例を示す図である。
【図１０】実施の形態３にかかる代謝物生産リアクターを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜微生物燃料電池の説明＞
まず、本発明で用いられる微生物燃料電池について、図１に示す模式図を用いて説明する。図１に示すように、微生物燃料電池１０は、カソード（正極）１１およびアノード（負極）１２を備える。カソード１１は、空気と触れることができる位置に配置されている。アノード１２は、培地１５の内部に埋設されている。すなわち、本実施の形態にかかる発明において培地１５とは、微生物が代謝反応を起こせることができる場所であればどのようなものであってもよい。
【０００９】
カソード１１は、例えばカーボンフェルト等のカーボン材料を用いて構成することができる。また、カソード１１は、基材（カーボンフェルト等のカーボン材料やステンレス等の金属材料）に、導電性カーボンや酸素還元触媒をコーティングしたものを用いてもよい。このとき使用する基材は、メッシュ状やパンチングメタル等の多孔性の材料が好ましい。
【００１０】
また、アノード１２も同様に、例えばカーボンフェルト等のカーボン材料を用いて構成することができる。また、アノード１２は、基材（カーボンフェルト等のカーボン材料やステンレス等の金属材料）に、導電性カーボンや有機物酸化触媒をコーティングしたものを用いてもよい。このとき使用する基材は、メッシュ状やパンチングメタル等の多孔性の材料が好ましい。
【００１１】
培地１５には微生物と、有機物（炭水化物源、窒素源）などの栄養源と、ミネラル、ビタミンなどを適度に組み合わせたものが含まれており、微生物はアノード１２の表面に定着している。本実施の形態にかかる発明では、培地１５はイオン伝導性のあるものであればよい。ここで、培地１５とは、培養液などの液体状でもよいし、ペーストなどの半固体状であってもよいし、粒子やゲルなどの固体状でもよい。また、有機物を分解して電力を発生することができる微生物であれば、どのような微生物を用いてもよい。
【００１２】
また、有機物とは、一般的に有機化合物と呼ばれるものを示すが、具体例としては、炭水化物、タンパク質、有機酸、アミノ酸、糖類、脂質などが挙げられる。なお、例えば、培地１５に存在する微生物の数が少ない場合は、予め微生物をアノード１２に植種等してもよい。
【００１３】
また、カソード１１やアノード１２の反応を促進させるために、培地１５中にメディエーターを添加しても良い。
【００１４】
用いる微生物は、代謝物を生産する微生物であれば、どのような微生物でも良いが、発酵食品であれば、カビ、酵母、細菌が挙げられ、具体的には、麹カビ属、青カビ属、毛カビ属、クモノスカビ属、モナスクス属などのカビ、サッカロミセス属、キャンディダ属などの酵母、乳酸菌、酢酸菌、納豆菌、プロピオン酸菌などの細菌が挙げられる。
【００１５】
微生物燃料電池の反応について、培地１５が酸性状態の場合の例を示す。図１に示すように、アノード１２では、微生物の代謝によって有機物が分解される。このとき、下記の式１に示す反応が生じる。
【００１６】
有機物＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−  ・・・式１
【００１７】
式１の反応で発生した電子（ｅ−）はアノード１２に取り込まれてカソード１１側へと移動する。また、式１の反応で発生したプロトン（Ｈ＋）は、培地１５中を通過して、カソード１１側へと移動する。
【００１８】
また、カソード１１では、アノード１２側から移動してきた電子とプロトン、及びカソード１１付近の酸素が下記の式２に示す反応をする。
【００１９】
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ  ・・・式２
【００２０】
そして、上記の式１および式２に示す反応が繰り返されることで、カソード１１とアノード１２との間に起電力が発生する。このような動作により、微生物燃料電池において電力が生成される。
【００２１】
＜カソードおよびアノードの配置例＞
次に、カソード１１およびアノード１２の配置例について説明する。図２は、代謝物を製造する容器１６中に培地１５が収容されている。微生物燃料電池のカソードおよびアノードの配置例を説明するための断面図であり、容器１６中におけるカソードおよびアノードの配置例を示している。
【００２２】
上述したように、カソード１１では上記式２に示した反応を生じさせる必要があるので、カソード１１は空気（酸素）と触れる位置に配置する必要がある。したがって、図２に示すカソード１１_１のように培地１５の表面に配置することが好ましい。また、カソード１１_２のように培地中に筒等の空気と培地とを隔てる壁を設けて形成した凹部の底（培地と空気の界面）に配置してもよい。また、カソード１１_３のように、容器の側部にカソードを配置してもよい。この場合はカソード１１_３の上端が空気と触れるように配置することが好ましい。また、カソード１１_４のように、容器１６の側部に形成された穴にカソード１１_４を配置してもよい。このように配置することで、カソード１１_４の一方の面が空気と他方の面が培地１５とそれぞれ触れるようにすることができる。また、カソード１１_５のように、容器１６の底面にカソード１１_５を配置してもよい。この場合は容器１６の底面に穴を開けてカソード１１_５の一方の面が空気と触れるようにする。また、カソード１１_６のように、容器１６の底部に形成された穴にカソード１１_６を配置してもよい。このように配置することで、カソード１１_６の一方の面が空気と他方の面が培地１５と触れるようにすることができる。なお、図２に示すカソード１１_１〜１１_６の配置は一例であり、カソード１１を配置する位置は、空気（酸素）と触れる位置であればどのような場所であってもよい。
【００２３】
また、上述したように、アノード１２では、上記式１に示した反応を生じさせる必要があるので、微生物および有機物と接触するようにアノード１２を配置する必要がある。したがって、図２に示すアノード１２_１、１２_２のように培地１５の内部に埋設することが好ましい。なお、図２に示すアノード１２_１、１２_２の配置は一例であり、アノード１２を配置する位置は、微生物および有機物と接触する位置であればどのような場所であってもよい。
【００２４】
なお、図２では複数のカソード１１_１〜１１_２、及び複数のアノード１２_１、１２_２の配置例を示しているが、本実施の形態において微生物燃料電池を配置する際は、カソードとアノードとが対になるように配置することができる。例えば、カソード１１_１とアノード１２_１とを用いて１つの微生物燃料電池を構成することができる。また、本実施の形態では、複数の微生物燃料電池（すなわち、２対以上のカソードとアノードの組み合わせ）を培地１５に配置してもよい。また、カソードとアノードの個数が対にならないように配置してもよい。例えば、カソード１つに対してアノードが複数個となるように配置してもよい。なお、カソード及びアノードを配置する位置は、微生物燃料電池から取得するデータ（電力）に応じて適宜決定することができる。
【００２５】
また、図２に示すように、本実施の形態では、カソード１１、アノード１２、及び電解質１３が一体となった微生物燃料電池セル１０_１を培地１５中に配置してもよい。この場合は、カソード１１が空気取り入れ孔１４を通して空気と触れるようにする必要がある。例えば、空気取り入れ孔１４は、容器の外部とカソード１１とを空間的に繋ぐホースを用いて構成してもよい。また、電解質１３は、イオンを伝導することができる材料を用いて構成することができる。また、微生物燃料電池セル１０_２を容器１６の底部に配置してもよい。この場合は、容器１６に形成された穴を通じて微生物燃料電池セル１０_２のカソードが空気と触れるようにする必要がある。また、微生物燃料電池セル１０_３はカソード１１、アノード１２、及び電解質１３が一体となったものをカソード１１が内側となるようにして空気と触れるようにし、アノード１２が外側となって培地と触れるようにして、筒型のような構成でもよいし、２つ以上の組み合わせの構成にして培地１５中に配置してもよい。
【００２６】
なお、図２に示したカソード１１およびアノード１２の配置は一例であり、本実施の形態では、図２に示した位置以外にカソード１１およびアノード１２を配置してもよい。
【００２７】
＜代謝物＞
次に、微生物の代謝物について説明する。本発明の代謝物とは、微生物が生体外部から取り入れた栄養源（有機物、無機物など）と体内の酵素などによる化学反応により生成される、新たな一次代謝物および二次代謝物を含む化合物のことをいう。微生物の代謝経路は、反応経路として生体内で全てつながっており、一つの代謝経路が変動することにより、他の代謝経路も影響を受け変動する。本発明では、微生物から電子を取り出して代謝経路を制御することで、微生物の代謝物の製造を制御する。代謝物は、微生物が代謝するものであれば、どのようなものでも製造することが可能であり、例えば、発酵食品、医薬品などが挙げられる。発酵食品であれば、微生物の代謝が変化することにより代謝物が変化し、通常の発酵により得られる食品と比べて、食品の栄養価が上がったり、独特の香りやうまみが生まれる。
【００２８】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について説明する。図３は、実施の形態１にかかる微生物の代謝物製造リアクター１である。微生物燃料電池は、微生物を培養する培養液（培地１５）が添加された容器１６中に配置されている。なお、微生物燃料電池が備えるカソード１１およびアノード１２の配置は、図２に示した場合と同様に配置することができる。
【００２９】
次に、微生物の代謝物の製造について説明する。代謝物の製造手順は、培養液中で微生物を培養した後、微生物の代謝反応により得られる代謝物を回収する一般的な代謝物の製造手順と同様に行うことが出来るが、本発明では微生物が代謝物を製造する際に、培養液中にカソード１１およびアノード１２が配置されているため、微生物から電子を取り出すことができる。すなわち、微生物の代謝反応中に微生物から電子を取り出して代謝反応を変化させることができるため、微生物が代謝する代謝物の量や種類も変化させることができる。また、微生物から取り出す電子の量や、電子を取り出すタイミングによっても微生物の代謝反応を変化させることができる。従って、目的とする代謝物に応じて、微生物燃料電池を作動させて微生物から電子を取り出し、微生物の代謝を制御することができる。
【００３０】
また、微生物の種類に応じて培養に適した培養条件で行うことが好ましく、微生物が活発に活動しやすい環境を整えることが重要である。培養温度は、微生物の種類に応じて培養に適した温度が好ましい。また、培地が培養液ではなく、ペースト状の半固体や固形物の混合物の場合は、培養に適した湿度で行うことが好ましい。
【００３１】
培養中の培養液を均一にするために、図３の撹拌羽１７を用いて培養液中を撹拌しても良いし、不要であれば撹拌をしなくても良い。また、微生物が呼吸などの好気的な環境が必要であれば、空気導入部１８により空気を培養液中に導入して曝気などをしてもよいし、曝気をしながら培養液を撹拌することで培養液全体に空気を行き渡らせるようにしてもよい。
【００３２】
また、培養方法については、容器中の培養液を用いて微生物に代謝物を製造させた後に回収するバッチ式の回分培養法であっても良いし、培養液を連続的ないしは間欠的に容器に供給して代謝物を製造し続ける連続式の流加培養法であっても良い。
【００３３】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図４は、実施の形態２にかかる代謝物製造リアクターを示すブロック図である。図４に示すように、代謝物製造リアクター２は、微生物燃料電池１０、解析部２１を備える。代謝物製造リアクター２は、培地中の有機物や微生物の活性度をモニタし、代謝物製造の状態を把握しながら代謝物を製造することができる。
【００３４】
微生物燃料電池１０は、培地１５に配置されている。なお、微生物燃料電池１０が備えるカソード１１およびアノード１２の配置は、図２に示した場合と同様に配置することができる。なお、図４では微生物燃料電池１０を機能ブロックで示している。
【００３５】
解析部２１は、微生物燃料電池１０で発電された電力を解析する機能を有する。例えば、解析部２１は、コンピュータ等を用いて構成することができる。すなわち、解析用のプログラムをコンピュータ等で実行することで、解析処理を実施することができる。本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター２では、解析部２１において微生物燃料電池１０で発電された電力を解析することで、培地１５の状態や微生物の活性度をモニタする。すなわち、微生物燃料電池１０で生成される電力と培地１５の状態や微生物の活性度とは互いに関連性を有しているので、微生物燃料電池１０で発電された電力を解析することで、培地１５の状態や微生物の活性度をモニタすることができる。
【００３６】
本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター２は、図４に示すように、さらに表示部を備えていてもよい。表示部２２は、解析部２１における解析結果を表示する。例えば、表示部２２は、液晶ディスプレイ等を用いて構成することができる。
【００３７】
本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター２では、微生物燃料電池１０で発電された電力を解析することで培地１５の状態や微生物の活性度をモニタしている。ここで、微生物燃料電池１０で発電された電力とは、微生物燃料電池１０で発電された電力の電圧値（起電力）および電流値を含んでいる。つまり、解析部２１は、微生物燃料電池１０で発電された電力の電圧値および電流値の少なくとも一方を解析することで、培地１５の状態や微生物の活性度をモニタすることができる。
【００３８】
図５は、微生物燃料電池の電圧変化の一例を示す図である。図５に示す例は、微生物燃料電池１０を設置した時点でアノード１２に微生物が付着していない場合を示している。図５に示すように、微生物燃料電池１０を設置した時点（タイミングｔ１）では、アノード１２に微生物がほとんど付着していないので、分解される有機物の量が少ない。このためタイミングｔ１における微生物燃料電池１０の電圧値は低い値となる。
【００３９】
タイミングｔ１以降、アノード１２に付着する微生物の量や分解される有機物の量が増えるにしたがって、微生物燃料電池１０の電圧値は上昇する（初期挙動）。
【００４０】
その後、タイミングｔ２では電圧上昇の変曲点となっており、タイミングｔ２〜ｔ３では微生物燃料電池１０の電圧が急激に上昇している。これは培地１５中の微生物の活性度が高まり、微生物の代謝状態が変化していることを示している。
【００４１】
タイミングｔ３〜ｔ４では微生物燃料電池１０の電圧値が略一定となり、定常状態となる。そして、タイミングｔ４からタイミングｔ５にかけて微生物燃料電池１０の電圧値が徐々に低下している。これは培地１５中に存在する有機物の量または微生物の量や活性度が減少したことを示している。
【００４２】
このように、本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター２では、微生物燃料電池１０で発電された電力（電圧値）を解析することで培地１５の状態や微生物の活性度をモニタすることができる。
【００４３】
また、解析部２１は、微生物燃料電池１０で発電された電圧値の単位時間当たりの変化量の基準値をあらかじめ決定してメモリ等に格納しておき、取得したデータとの比較により解析してもよい。
【００４４】
なお、上記では、図５のタイミングｔ４〜ｔ５において微生物燃料電池１０の電圧値が急激に低下する原因として培地１５中の有機物の量や微生物の量や活性度の低下を挙げたが、例えば、培地１５中へのコンタミなどにより微生物にとって有毒な成分が流入した場合にも、微生物燃料電池１０の電圧値が急激に低下する。
【００４５】
図６は、微生物燃料電池の電圧変化の他の例を示す図である。図６に示す例は、微生物燃料電池１０を設置した時点でアノード１２に微生物が付着している場合を示している。図６に示すように、微生物燃料電池１０を設置した時点でアノード１２に微生物が付着している場合は、設置した当初（タイミングｔ１）から微生物燃料電池１０の電圧値は高い値となる。図６に示す例では、タイミングｔ１からｔ２にかけて微生物燃料電池１０の電圧値が徐々に低下している。これは培地１５中に存在する有機物が減少したことを示している。その後、タイミングｔ２からｔ３にかけて微生物燃料電池１０の電圧値が上昇している。これは培地１５中の微生物の代謝状態が変化するなどして活性度が高まっていることを示している。
【００４６】
本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター２における解析例について、更に詳細に説明する。
【００４７】
図１に示したように、微生物燃料電池１０は微生物の代謝によって有機物が分解されることで発電される。このため、微生物燃料電池１０で発電される電力は、次の要素に応じて変化する。
【００４８】
（１）微生物の量、及び活性度
培地１５における微生物の量が多いほど発電量が増加する。また、微生物の活性度が高いほど、発電量が増加する。一方、培地１５における微生物の量が少ないほど発電量が減少する。また、微生物の活性度が低いほど、発電量が減少する。
【００４９】
（２）有機物の量、及び分解性
培地１５における有機物の量が多いほど発電量が増加する。また、有機物が分解されやすいほど、発電量が増加する。一方、培地１５における有機物の量が少ないほど発電量が減少する。また、有機物が分解されにくいほど、発電量が減少する。
【００５０】
（３）プロトンの伝導度
培地１５におけるプロトンの伝導度が高いほど発電量が増加する。一方、培地１５におけるプロトンの伝導度が低いほど発電量が減少する。例えば、培地１５中に溶解しているイオン成分が多い場合はプロトンの伝導度が高くなる。また、培地１５が液体状ではなく、半固体状、固体状であれば、培地１５における水分量が多い場合はプロトン伝導度が高くなる。培地１５中に溶解しているイオン成分が少ない場合はプロトンの伝導度が低くなる。また、培地１５が液体状ではなく、半固体状、固体状であれば、培地１５における水分量が少ない場合はプロトン伝導度が低くなる。
【００５１】
また、本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター２では、以下に示すデータに基づいて、培地の状態や微生物の活性度などをモニタ（推定）することができる。
【００５２】
例えば、初期の電圧上昇（グラフの傾き）を解析することで、培地１５の嫌気性度、微生物の状態、有機物の分解性を把握することができる。例えば、電圧上昇率が高い場合（グラフの傾きが急峻な場合）は、微生物燃料電池１０における発電量が多いため、微生物の量が多く、微生物が活性であり、有機物が多く存在し、培地１５のプロトン伝導度が高いと推定することができる。一方、電圧上昇率が低い場合（グラフの傾きが緩やかな場合）は、微生物燃料電池１０における発電量が少ないため、微生物の量が少なく、微生物が不活性であり、有機物が少なく、培地１５のプロトン伝導度が低いと推定することができる。
また、電圧上昇および電圧下降の際に変曲点を有して急激に上昇および下降するような場合は、微生物の代謝状態が変化したと推定することができる。
【００５３】
また、電圧上昇後の電圧変動を解析することで、培地の状態（有機物の増減、プロトン伝導度の変化、温度、湿度）、微生物の状態（微生物の量と活性度、代謝状態の変化）などを把握することができる。
【００５４】
例えば、微生物燃料電池１０における電圧値が増加した場合は、培地中の有機物が増加し、微生物の量が多く、微生物の活性度も高いと推定することができる。一方、微生物燃料電池１０における電圧値が減少した場合は、培地中の有機物が減少し、微生物の量が減少し、微生物の活性度も低いと推定することができる。
【００５５】
また、微生物燃料電池１０における電圧値の維持率（電圧値の安定度）を用いることで、培地１５の安定度、つまり、有機物の供給と消費のバランスや微生物の数の安定性をモニタすることができる。
【００５６】
また、微生物燃料電池１０の電圧値が所定の閾値よりも高い場合は、培地１５の有機物の量が多く、微生物の量も多いため、微生物が活発であると判定することができる。
【００５７】
また、微生物燃料電池１０の電流値は、有機物の分解スピードと関連している。したがって、微生物燃料電池１０の電流量を用いることで、微生物の量や活性度、有機物の種類（分解されやすさ）をモニタすることができる。
【００５８】
また、微生物燃料電池１０の電流量（電流値×時間）は、有機物の分解量と関連している。したがって、微生物燃料電池１０の電流量を用いることで、培地１５で消費された有機物の量を把握することができる。したがって、新たに追加する基質（有機物）の量を算出することができる。
【００５９】
また、微生物燃料電池１０の開回路電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）を用いることで、微生物の種類や量および活性度、有機物の種類および量をモニタすることができる。そのため、図９のようにはじめ（タイミングｔ１〜ｔ２）は開回路電圧で電圧値をモニタリングしておき、電圧上昇が急上昇して極大点に達する前まで（タイミングｔ２〜ｔ３）の所で微生物燃料電池１０を閉回路にして、微生物の代謝をさらに変化させるよう解析結果を活用してもよい。
【００６０】
また、微生物燃料電池１０のＩＲドロップ（つまり、ＯＣＶと電流を流した直後の電圧との差）や微生物燃料電池１０の内部抵抗値を用いることで、培地１５中の有機物の量や微生物の活性度をモニタすることができる。
【００６１】
また、微生物燃料電池１０の緩和速度（電流遮断後の電圧変化）を用いることで、培地１５中の有機物の量や微生物の活性度をモニタすることができる。
【００６２】
また、上述した微生物燃料電池１０の開回路電圧、ＩＲドロップ、内部抵抗値、緩和速度を組み合わせることで、プロトン抵抗、活性化過電圧、ガス拡散性等をモニタすることができる。
【００６３】
また、図７に示すような微生物燃料電池１０のＩ−Ｖ特性を求めることでも、微生物の種類、有機物の種類を特定することができる。Ｉ−Ｖ特性は、微生物燃料電池１０に接続された外部抵抗を変化させることで測定することができる。または、ＬＳＶ（Linear Sweep Voltammetry）測定を用いて測定することができる。
【００６４】
例えば、図７（ａ）に示すＩ−Ｖ特性は、電流と電圧とが直線的な関係にあるのに対して、図７（ｂ）に示すＩ−Ｖ特性は、電流と電圧とが曲線的（下側に凸）な関係にあり、図７（ｃ）に示すＩ−Ｖ特性は、電流と電圧とが曲線的（上側に凸）な関係にある。このように、微生物燃料電池１０のＩ−Ｖ特性は、微生物の種類や活性度、有機物の種類や量によって形状が異なるので、このようなＩ−Ｖ特性の違いから培地１５中の微生物の種類や活性度、有機物の種類や量を把握することができる。
【００６５】
また、図８に示すような微生物燃料電池１０の電流と電力の関係を求めることで、微生物の種類や活性度、有機物の種類や量を特定することができる。例えば、図８（ａ）に示すグラフでは、電流に対する電力のピークが中央よりも左側にあるのに対して、図８（ｂ）に示すグラフでは、電流に対する電力のピークが中央よりも右側にある。このように、微生物燃料電池１０の電流と電力の関係は、微生物の種類や活性度、有機物の種類や量によって形状が異なるので、このような電流と電力の関係の違いから微生物の種類や活性度、有機物の種類や量を特定することができる。
【００６６】
本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター２では、上述のようにして求めたデータを、単位当たりのデータに置き換えて解析してもよい。具体的には、上述のようにして求めたデータを、電極（カソード、アノード）の単位面積、単位体積、単位重量等当たりの値に換算して解析を行ってもよい。
【００６７】
また、本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター２では、モデルケース（基準）のデータ（図７、図８に示したようなグラフのデータや基準値など）を予め格納しておき、微生物燃料電池１０から取得したデータ（電圧値等）をモデルケースのデータと比較（照合）することで、微生物の種類や量および活性度、有機物の種類および量等を解析してもよい。
【００６８】
以上で説明したように、本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター２では、微生物燃料電池１０で発電された電力を解析することで、培地１５の状態や微生物の活性度をモニタしている。すなわち、微生物燃料電池１０で生成される電力と培地１５の状態とは互いに関連性を有している。したがって、微生物燃料電池１０で発電された電力を解析することで、培地１５の状態や微生物の活性度を精度よくモニタすることができる。
【００６９】
以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、微生物燃料電池を用いて培地の状態を精度よくモニタすることが可能な代謝物製造リアクター２により、微生物の代謝を制御できる代謝物の製造方法を提供することができる。
【００７０】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図１０は、実施の形態３にかかる代謝物製造リアクター３を示すブロック図である。図１０に示す代謝物製造リアクター３は、実施の形態２で説明した代謝物製造リアクター２と比べて、制御部２３を備える点が異なる。これ以外の構成及び動作については、実施の形態２で説明した代謝物製造リアクター２と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明は省略する。なお、本実施の形態においても上述の実施の形態１〜２の内容を適宜組み合わせてもよい。
【００７１】
図１０に示すように、本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター３は、微生物燃料電池１０、解析部２１、制御部２３を備え、必要に応じて表示部２２を備える。
【００７２】
制御部２３は、微生物燃料電池１０の発電量を制御して培地１５の微生物代謝を制御するための手段である。本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター３において、制御部２３は、解析部２１における解析結果に応じて微生物燃料電池１０を制御する。
【００７３】
例えば、制御部２３は、解析部２１における解析結果に応じて微生物燃料電池における発電量を制御することで培地１５中の微生物の代謝を制御する。
【００７４】
例えば、制御部２３により、微生物燃料電池における発電をオン・オフするスイッチが接続されている。制御部２３は、このスイッチをオン・オフすることで、微生物燃料電池における発電のオン・オフを制御する。このように微生物燃料電池における発電量（オン・オフ）を制御することで微生物の代謝を制御することができる。
【００７５】
また、例えば、制御部２３には、微生物燃料電池の電流量を調整することができる。電流量の制御は、一般的な電流電圧制御機能が内蔵されていればよく、例えば制御部２３に可変抵抗を内蔵していて、必要な電流量が取り出せるように制御する。このように微生物燃料電池における電流量（発電量）を制御することで微生物の代謝を制御することができる。
【００７６】
また、本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター３では、上述したスイッチ、及び可変抵抗を組み合わせて、微生物燃料電池の発電量を制御してもよい。この場合、制御部２３は、スイッチ及び可変抵抗の各々を制御することで、微生物燃料電池の発電量を制御することができる。
【００７７】
例えば、培養を開始してから微生物燃料電池１０の電圧値の傾きが急上昇をはじめた場合、制御部２３は、微生物燃料電池１０で発電される電力量が多くなるように微生物燃料電池１０を制御する。すなわち、微生物燃料電池１０の電圧値の傾きが急上昇をはじめた場合は、培地１５における微生物の活性度が高まっているタイミングであると推定される。このような場合、制御部２３は、微生物燃料電池で発電される電力量が多くなるようにすることで、培地１５中の微生物の活性度をさらに増加させたり、微生物の代謝状態を変化させることができる。
【００７８】
逆に、微生物燃料電池１０の電圧値があらかじめ決めておいた閾値を下回った場合、制御部２３は、微生物燃料電池１０で発電される電力量が少なくなるように微生物燃料電池１０を制御する。すなわち、微生物燃料電池１０の電圧値が閾値を下回った場合は、培地１５における有機物の分解量が多く、また微生物が活性状態であると推定される。このような場合、制御部２３は、微生物燃料電池で発電される電力量が少なくなるようにすることで、培地１５中の有機物分解量や微生物の活性度を抑制させ、微生物の代謝状態を安定にさせることができる。また、微生物燃料電池１０の電圧値が閾値を下回った場合に、培地１５中に有機物を添加するなどして引き続き微生物の活性度を保つように解析結果を活用することもできる。一方、微生物燃料電池１０の電圧値が下降状態の場合であっても、新たな代謝変化をさせる目的の場合は、微生物燃料電池１０の発電量が多くなるように制御しても良い。
【００７９】
以上で説明したように、本実施の形態にかかる代謝物製造リアクター３により、解析部２１における解析結果に応じて制御部２３が微生物燃料電池１０の電流量（発電量）を制御することで、微生物の代謝を制御できる代謝物の製造方法を提供することができる。したがって、培地１５中の状態や微生物の状態を精度よくモニタしながら微生物燃料電池１０の発電量を制御することで、微生物の代謝物を制御することができる。
【００８０】
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００８１】
１、２、３  代謝物製造リアクター
１０、１０_１〜１０_３  微生物燃料電池
１１、１１_１〜１１_６  カソード
１２、１２_１〜１２_２  アノード
１３  電解質
１４  空気取り入れ孔
１５  培地
１６  容器
１７  撹拌羽
１８  空気導入部
２１  解析部
２２  表示部
２３  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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