(57)【要約】【課題】天候の影響を受けにくい藻類培養装置及び方法を提供する。【解決手段】藻類培養装置１００は、建屋５０内から建屋５０外に渡って配置された透明管１を有する循環ラインＣ、循環ラインＣ内で培養液を循環させるポンプ５、及び透明管Ｃにおける建屋５０内に配置された部分１ａに光を照射する光源２０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建屋内から建屋外に渡って配置された透明管を有する循環ライン、
前記循環ライン内で培養液を循環させるポンプ、及び、
前記透明管における前記建屋内に配置された部分に光を照射する光源、
を備える藻類培養装置。
【請求項２】
建屋外の明るさを取得する光センサ、及び、
前記建屋外の明るさに基づいて、前記光源が照射する光の強さを制御する制御部をさらに備える請求項１記載の藻類培養装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記建屋外の明るさが所定の閾値より大きい場合に前記光源を消灯し、前記建屋外の明るさが所定の閾値未満の場合に前記光源を点灯する請求項２記載の藻類培養装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記光源の点灯時に、前記建屋外の明るさが低いほど、前記光源が照射する光の強さが強くなるように前記光源が照射する光の強さを変化させる請求項３記載の藻類培養装置。
【請求項５】
建屋内に配置され、前記循環ライン内の培養液にガスを接触させる気液接触部をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項６】
建屋内に配置され、前記循環ライン内から培養液を抜き出す抜出口をさらに備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の藻類培養装置。
【請求項７】
建屋内から建屋外に渡って配置された透明管を有する循環ライン内で培養液を循環させる工程、及び、
前記透明管における前記建屋内に配置された部分に光を照射する工程を備える藻類培養方法。
【請求項８】
建屋外の明るさに基づいて、前記光の強さを制御する制御工程をさらに有する請求項７記載の藻類培養方法。
【請求項９】
前記制御工程は、前記建屋外の明るさが所定の閾値より大きい場合に前記光を照射させず、前記建屋外の明るさが所定の閾値未満の場合に前記光を照射させる請求項８記載の藻類培養方法。
【請求項１０】
前記制御工程は、前記光の照射時に、前記建屋外の明るさが低いほど、前記光の強さが強くなるように光の強さを変化させる請求項９記載の藻類培養方法。
【請求項１１】
前記循環ラインにおける前記建屋内に配置された部分で前記培養液にガスを接触させる工程をさらに備える請求項７〜１０のいずれか一項に記載の藻類培養方法。
【請求項１２】
前記循環ラインにおける前記建屋内に配置された部分から培養液を抜き出す工程をさらに備える請求項７〜１１のいずれか一項に記載の藻類培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、藻類培養装置及び培養方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヘマトコッカスなどの藻類を培養する装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０００−５２３９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の装置では、天候などの変動により生産能力などが大きく変化してしまう。本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、天候の影響を受けにくい藻類培養装置及び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】
【０００５】
本発明に係る藻類培養装置は、建屋内から建屋外に渡って配置された透明管を有する循環ライン、前記循環ライン内で培養液を循環させるポンプ、及び前記透明管における建屋内に配置された部分に光を照射する光源、を備える。
【０００６】
本発明によれば、透明管における建屋外に配置された部分（以下、屋外透明管と言うことがある）を通過する藻類に対して太陽光を照射させることにより、自然エネルギーを利用して効率よく藻類を培養することが可能である。また、曇天、雨天時、朝夕等の屋外の照度が不足する場合に、透明管における建屋内に配置された部分（以下、屋内透明管と言うことがある）で光源により藻類に対して光を補うことができ、生産管理がし易い。また、光源が屋内に配置されているので、光源を容易に風雨や埃などから保護できる。
【０００７】
ここで、藻類培養装置は、建屋外の明るさを取得する光センサ、及び前記建屋外の明るさに基づいて、前記光源が照射する光の強さを制御する制御部をさらに備えることが好ましい。これにより、運転が容易となる。
【０００８】
また、前記制御部は、前記建屋外の明るさが所定の閾値より大きい場合に前記光源を消灯し、前記建屋外の明るさが所定の閾値未満の場合に前記光源を点灯することが好ましい。また、前記制御部は、前記光源の点灯時に、前記建屋外の明るさが低いほど、前記光源が照射する光の強さが強くなるように光源が照射する光の強さを変化させることが好ましい。これらにより、建屋外で培養液に与えられる光の量の不足に応じて、効率よく光の強さの補償が可能となる。
【０００９】
また、藻類培養装置は、建屋内に配置され、前記循環ライン内の培養液を冷却する冷却部をさらに備えることが好ましい。
【００１０】
また、藻類培養装置は、前記建屋内に配置され、前記循環ライン内の培養液にガスを接触させる気液接触部をさらに有することが好ましい。
【００１１】
また、藻類培養装置は、前記建屋内に配置され、前記循環ライン内から培養液を抜き出す抜出口をさらに備えることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る藻類培養方法は、建屋内から建屋外に渡って配置された透明管を有する循環ライン内で培養液を循環させる工程、及び前記透明管における前記建屋内に配置された部分に光を照射する工程を備える。
【００１３】
ここで、上記方法は、建屋外の明るさに基づいて、前記光の強さを制御する制御工程をさらに有することが好ましい。
【００１４】
また、上記方法は、前記制御工程は、前記建屋外の明るさが所定の閾値より大きい場合に前記光を照射させず、前記建屋外の明るさが所定の閾値未満の場合に前記光を照射させることが好ましい。
【００１５】
また、前記制御工程は、前記光の照射時に、前記建屋外の明るさが低いほど、前記光の強さが強くなるように光の強さを変化させることができる。
【００１６】
また、上記方法は、前記循環ラインにおける前記建屋内に配置された部分で前記培養液にガスを接触させる工程をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
また、上記方法は、前記循環ラインにおける前記建屋内に配置された部分から培養液を抜き出す工程をさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、天候の影響を受けにくい藻類培養装置及び方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態にかかる藻類培養装置の正面図である。
【図２】図１の藻類培養装置の側面図である。
【図３】図１の藻類培養装置の上面図である。
【図４】制御部による光源からの光の強さの制御の挙動の１例を説明するグラフである。
【図５】他の実施形態にかかる藻類培養装置の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
続いて、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態にかかる藻類培養装置１００の正面図である。
【００２１】
本実施形態にかかる藻類培養装置１００は、主として、建屋５０、循環ラインＣ、ポンプ５、光源２０、光センサ６０、制御部６５を備える。
【００２２】
建屋５０は、屋根及び壁を有し、内部に設けられた物を、屋外の環境（例えば、日光、雨、風、埃など）から保護する。
【００２３】
循環ラインＣは、ライン３ａ、ヘッダ２ａ、複数の透明管１、ヘッダ２ｂ、複数の透明管１、ヘッダ２ｃ、複数の透明管１、ヘッダ２ｄ、複数の透明管１、ヘッダ２ｅ、ライン３ｂ、気液接触塔４０、及びライン３ｃにより構成される。ヘッダ２ａは、ライン３ａから流入した培養液を、複数の透明管１に分配する。ヘッダ２ｂ、２ｃ、２ｄは、それぞれ、複数の透明管１から流入した培養液を混合した後、再び、複数の透明管１に分配する。ヘッダ２ｅは、複数の透明管１から流入した培養液をライン３ｂに供給する。
【００２４】
透明管１は、それぞれ、上流側から順に、屋内透明管（透明管における建屋５０内に配置された部分）１ａ、屋外透明管（透明管における建屋５０外に配置された部分）１ｂ、及び屋内透明管（透明管における建屋５０内に配置された部分）１ａを有する。屋内透明管１ａには直射日光が当たらない一方、屋外透明管１ｂには直射日光が当たる。
【００２５】
循環ラインＣにおける、屋内透明管１ａの全長さ及び屋外透明管１ｂの全長さの合計に対する、屋内透明管１ａの全長さの比率は、１０〜２５％であることが好ましい。
循環ラインＣにおける、屋内透明管１ａの全長さ及び屋外透明管１ｂの全長さの合計は、１０〜７０ｍであることが好ましい。
【００２６】
また、屋内透明管１ａ及び屋外透明管１ｂの内径は、４０〜８０ｍｍが好ましい。これらの透明管の材質は可視光に透明である物であれば特に限定されないが、例えば、ガラス、アクリル樹脂を挙げることができる。
【００２７】
屋内透明管１ａは、図２及び図３に示すように、それぞれ、水平方向に延びている。また、屋外透明管１ｂは、図３に示すように、上から見てＵ字形状を有しており、中央のラウンド部以外の両端部が水平方向に延びている。また、図１に示すように、１つのヘッダに接続された複数の透明管１は、上下方向に一列に平行に並んでいる。さらに、ヘッダ２ａの上に、ヘッダ２ｃ，２ｅが配置され、ヘッダ２ｂの上にヘッダ２ｄが配置され、図３に示すように、建屋５０内には、屋内透明管１ａの列と屋内透明管１ａの列との間に隙間Ｖが形成されている。透明管１は、架台１０により支持されている。
【００２８】
図１に示すように、建屋５０内において、屋内透明管１ａ及びヘッダ２ａ〜２ｅは、建屋５０内に設けられた気温調節室７０内に配置されている。気温調節室７０は、エアーコンディショナ７６を有し、気温調節室７０内の気温を適切な温度、例えば、０〜２０℃に調整する。
【００２９】
気液接触塔（気液接触部）４０は、培養液を一部貯留する槽であり、内部にガス分散器１２を備える。ガス分散器１２には、ライン７５を介して、エアポンプ７１及び二酸化炭素供給源７２に接続されている。空気の量はライン７５に接続されたバルブ７３により、二酸化炭素の量はライン７５に接続されたバルブ７４により調節可能である。二酸化炭素供給源７２の例は、液体ＣＯ２ボンベである。気液接触塔４０内では、ガス分散器１２による気液接触により、培養液に対して、二酸化炭素の供給が可能である。また、気液接触塔４０の上部には、着脱可能な蓋４０ｂが設けられており、培養液の交換が可能となっている。
【００３０】
気液接触塔４０は、建屋５０内にさらに設けられたクリーンルーム８０内に配置されており、蓋４０ｂの解放時の培養液のコンタミネーションが抑制されている。クリーンルーム８０は、ヘパフィルターなどのフィルターを有し、清浄な外気を室内に導入する空気清浄機８２を有することが好ましく、室内の殺菌を行う紫外線殺菌ランプ８４を有することが好ましい。
【００３１】
ポンプ５は、ライン３ｃとライン３ａとの間に設けられ、循環ラインＣ内で培養液を循環させる。循環流速は、０．１〜１ｍ／ｓ程度とすることができる。
【００３２】
光源２０は、建屋５０内において、上述の隙間Ｖ内に設けられており、屋内透明管１ａに対して光を照射する。光源２０は、藻類の生長に必要な波長の光を照射できる人工光源であれば特に限定されない。このような光源２０として、例えば、ＬＥＤが挙げられる。中でも、波長範囲が約４７０ｎｍの青色ＬＥＤが好ましい。また、平行に並んだ複数の屋内透明管１ａに対して効率よく、光を照射すべく、ＬＥＤがマトリクス状に配置された光源であることが好ましい。ＬＥＤが、板状部材の両面にそれぞれマトリクス状に配置されていると、両面側に光を照射できるので特に好ましい。光源２０の形態やＬＥＤの種類などは特に限定されない。
【００３３】
光センサ６０は、屋外に配置され、太陽光の強さ、すなわち、建屋外の明るさ、例えば、屋外の照度、放射照度等を取得する。制御部６５は、光センサ６０が取得した屋外の明るさに基づいて、光源２０の光の出力を制御する。
【００３４】
これにより、曇天、及び雨天時などのように、晴天時に比べて太陽光の強さが不足する場合に、培養液に与えられる光子の量を補うことができる。また、朝、夕など、晴天時でさえも正午やその前後にくらべて太陽光の強さが不足する場合にも、同様にして光子を補うことができる。さらに、冬期など、晴天時の正午やその前後でさえも太陽光の強さが不足する場合などにも、夏季などと同様の条件となるように光子の量を補償することも可能である。
【００３５】
具体的には、例えば、制御部（コンピュータ）６５は、屋外の明るさが所定の閾値（照度、光子束密度など）を下回る場合に、光源２０を非駆動状態から駆動状態、すなわち、点灯状態に切り替えることができる。また、制御部６５は、屋外の明るさが所定の閾値（照度、光子束密度など）を上回る場合に、光源２０を駆動状態から非駆動状態、すなわち、消灯状態に切り替えることができる。
【００３６】
また、制御部６５は、光源２０の駆動（点灯）状態において、屋外の明るさが低いほど、光源２０が照射する光の強さが強くなるように光源２０が照射する光の強さを変化させることができる。例えば、屋外の太陽光の強さが予め定められた第１閾値（照度、光子束密度など）を下回る場合に、光源２０を所定の出力となるように駆動し、太陽光の強さが予め定められた第二閾値（＜第一閾値）を下回る場合に、光源２０の出力がさらに高くなるように駆動すると言ったように、複数の閾値を設定し、閾値が低くなるほど光源２０から照射する光が強くなるように光源２０を階段状に駆動することもできる。また、同様にして、光の強さを、屋外の明るさを変数とする一時間数や二次関数などの関数に従って変化させることもできる。
【００３７】
さらに、例えば、図４に示すように、朝、夕の態様の傾きによる変動や、雲などによる太陽光の強さの不足（図中の１３時頃）の量に応じて、培養液に与えられる光子の量が一定となるように光源２０を駆動することもできる。
【００３８】
なお、制御部６５は、夜間には、光源２０を駆動させず、暗期を設けることができる。
【００３９】
続いて、上記実施形態にかかる藻類培養装置を用いた藻類培養方法について説明する。
【００４０】
まず、循環ラインＣ内に培養液を供給する。培養液は、種となる藻類と、藻類の増殖に必要な培地成分を含む。
【００４１】
藻類は、光合成により生長する藻類であれば特に限定されないが、特に、ヘマトコッカス槽が好ましい。ヘマトコッカス藻は、ヘマトコッカス属に属し、アスタキサンチンを生産する藻体が好ましい。具体的には、ヘマトコッカス・プルビアリス（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｐｌｕｖｉａｌｉｓ）、ヘマトコッカス・ラキュストリス（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｌａｃｕｓｔｒｉｓ）、ヘマトコッカス・カペンシス（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｃａｐｅｎｓｉｓ）、ヘマトコッカス・ドロエバケンシス（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｄｒｏｅｂａｋｅｎｓｉｓ）、ヘマトコッカス・ジンバビエンシス（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ  ｚｉｍｂａｂｗｉｅｎｓｉｓ）などであり、より具体的には、ヘマトコッカス・プルビアリスＮＩＥＳ１４４、ヘマトコッカス・ラキュストリス ＡＴＴＣ ３０４０２，ＡＴＣＣ ３０４５３，ＩＡＭＣ２９６，ＩＡＭ ３９２、ＩＡＭ ３９３、ＩＡＭ ３９４、ＩＡＭ３９９、ヘマトコッカス・カペンシスＵＴＥＸ １０２３、ヘマトコッカス・ドロエバケンシス ＵＴＥＸ ５５、ヘマトコッカス・ジンバビエンシス ＵＴＥＸ １７５８などが挙げられる。
【００４２】
培地成分は、藻類を増殖できれば良く、藻類の種類などに応じて適宜設定すればよい。
【００４３】
このような培養液を、クリーンルーム８０内にある気液接触塔４０の蓋４０ｂ（抜出口）から循環ラインＣ内に供給する。気液接触等４０は、建屋５０にあることにより、培養液のコンタミネーションが抑制される。特に、クリーンルーム８０内にあると、より一層コンタミネーションを抑制できる。
【００４４】
続いて、ポンプ５を駆動して、培養液を循環ラインＣ内で循環させる。屋外透明管１ｂを通過する培養液に太陽光が与えられ、光合成により藻類が増殖する。また、曇天、雨天などにより屋外の明るさが不足する場合には、これをセンサ６０がこれを検知し、制御部６５が光の不足を補償するように、光源２０を駆動する。
【００４５】
これらにより、太陽光を利用しつつ、短期的な天候の変動や、雨期／乾期などの季節変動などに左右されずに、安定的に、藻類の増殖が可能となる。
【００４６】
また、光源２０が屋内に配置されているので、光源２０を、日光、雨、風等の外部環境から保護しやすく、光源２０の長寿命化が可能である。
【００４７】
好ましい培養液の培養温度は、用いる緑藻によっても異なるが、通常、５〜５０℃、好ましくは１０〜３７℃、さらに好ましくは１５〜３０℃である。温度調節室７０における気温の制御により、好適に屋内透明管１ａ内を流れる培養液の温度を低下させることができ、培養液の温度管理も容易となる。
【００４８】
培養液中のヘマトコッカス藻の増殖工程を経た後に、アスタキサンチンの生成及び蓄積工程を行い、シスト細胞を得る。この工程は細胞の成長を抑制するようなストレスが加わる環境下となるよう、環境ストレス条件を制御することによって行う。すなわち、栄養源枯渇、塩類の添加、光の照射等の環境ストレスを単独又は組み合わせて付加することにより、栄養細胞を休眠状態であるシスト細胞に速やかに形態変化させることができる。また、アスタキサンチン合成系は、栄養源の枯渇、光の照射により誘導され、シスト細胞中にアスタキサンチンが多量蓄積される。シスト細胞は、気液接触塔４０の蓋４０ｂや気液接触塔４０の化部に設けられたバルブなどから容易に回収できる。
【００４９】
本発明は、上記実施形態に限定されず様々な変形態様が可能である。例えば、上記実施形態では、循環ラインＣが、ヘッダを有し、途中で複数の透明管１に分岐される構成であるが、分岐しない構成でも構わない。また、循環ラインＣが分岐する場合でも、分岐した複数の透明管１が垂直に並ばない構成でも良く、例えば、水平に並ぶ態様でもよい。循環ラインＣの形態は特に限定されない。
【００５０】
また、上記実施形態では、エアーコンディショナ７６が気温調節室７０内の気温を調整することにより、培養液の温度が制御されるが、他の形態でもよい。例えば、エアーコンディショナ７６に代えて、又は、エアーコンディショナ７６に加えて、屋外透明管１ｂに対して冷却水を散布する水冷部（シャワーリングなど）７７を採用してもよい。また、エアーコンディショナに代えて、図５に示すように、水冷ユニット９９を設けても良い。水冷ユニット９９は、気液接触塔４０の周囲に配置されたウォータージャケット９０、ヘッダ２ａ〜２ｅの周囲に配置されたウォータージャケット９１、ウォーターチラー９２、循環ライン９９ｃ、及びポンプ９３を有する。循環ライン９９ｃは、ウォーターチラー９２と、ウォータージャケット９１、９２との間の循環流路を形成する。ポンプ９３は、循環ライン９９内で冷水を循環させる。水冷ユニット９９は、ウォータージャケット９０又はウォータージャケット９１のいずれか一方のみを有しても良い。また、図５の構成にさらに、シャワーリング７７等を追加しても良い。また、冷却水を循環せず、例えば、冷却水をウォータージャケットを通過させたのち排水路などに放水されるようにしても良い。さらに、投げ込み式のウォーターチラーをウォータージャケット９０、９１内に配置しても良い。なお、外気温によっては、冷却が不要の場合もある。
【００５１】
また、光源２０の形状や配置も特に上述の態様には限定されず、例えば、各屋内透明管１ａを取りかこむように光源２０を配置しても良い。
【００５２】
また、循環ラインＣの気液接触塔４０の形態も特に限定されず、気液が交換できる態様であればよい。
【００５３】
また、抜出口の形態も上述の蓋４０ｂには限定されず、気液接触塔４０とは別に設けられていても良い。例えば、気液接触塔４０の下部に収穫用バルブ４０Ｖ（図１参照）を設け、このバルブ４０Ｖを介して培養液を抜き出しても良い。
【００５４】
また、上記実施形態では、光センサ６０及び制御部６５を有するが、人が建屋外の明るさを判断したり、人が光の強さの制御をすることも可能である。
【符号の説明】
【００５５】
５０…建屋、１…透明管、１ａ…屋内透明管、１ｂ…屋外透明管、Ｃ…循環ライン、５…ポンプ、２０…光源、６０…光センサ、６５…制御部、７６…エアーコンディショナ、７７…水冷部、４０…気液接触塔（気液接触部）、４０ｂ…蓋（抜出口）、１００…藻類培養装置。
【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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