(57)【要約】【課題】微細藻類を含有する微細藻類培養液を低コストで効率よく濃縮することができ、濃縮して分離後に回収される微細藻類および培養液の有効な利用を可能にする。【解決手段】微細藻類培養液の濃縮装置２０は、微細藻類を含有する微細藻類培養液を収容する分離槽２１と、分離槽２１に収容される微細藻類培養液に微細藻類を誘引する波長の光を照射する誘引波長光照射部２２と、微細藻類培養液のうちの光照射により微細藻類の濃度が高くなった部分である濃縮培養液を取り出す取出管２４とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細藻類を含有する微細藻類培養液に、前記微細藻類を誘引する波長の光を照射する光照射工程と、
前記微細藻類培養液のうちの光照射により前記微細藻類の濃度が高くなった部分を取り出す取出工程と、
を有することを特徴とする微細藻類培養液の濃縮方法。
【請求項２】
前記微細藻類を誘引する波長の光の照射と同時に、あるいは前記微細藻類を誘引する波長の光の照射前または後に、前記微細藻類が忌避する波長の光が、前記微細藻類培養液の前記微細藻類を誘引する波長の光が照射される側と反対側から照射されることを特徴とする請求項１に記載の微細藻類培養液の濃縮方法。
【請求項３】
前記光照射工程において、前記微細藻類を誘引する波長の光は、微細藻類培養液の下側から該微細藻類培養液に照射されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微細藻類培養液の濃縮方法。
【請求項４】
前記微細藻類は、光合成により油脂および炭水化物を生成し、細胞内に蓄積するものであることを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の微細藻類培養液の濃縮方法。
【請求項５】
前記微細藻類は、ユーグレナであることを特徴とする請求項１〜請求項４に記載の微細藻類培養液の濃縮方法。
【請求項６】
前記微細藻類を誘引する波長の光は、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の波長成分を含む光であることを特徴とする請求項１〜請求項５に記載の微細藻類培養液の濃縮方法。
【請求項７】
微細藻類を含有する微細藻類培養液に、前記微細藻類が忌避する波長の光を照射する光照射工程と、
前記微細藻類培養液のうちの光照射により前記微細藻類の濃度が高くなった部分を取り出す取出工程と、
を有することを特徴とする微細藻類培養液の濃縮方法。
【請求項８】
微細藻類を含有する微細藻類培養液を収容する収容部と、
前記収容部に収容される前記微細藻類培養液に、前記微細藻類を誘引する波長の光を照射する誘引波長光照射部と、
前記微細藻類培養液のうちの光照射により前記微細藻類の濃度が高くなった部分を取り出す取出部と、
を有することを特徴とする微細藻類培養液の濃縮装置。
【請求項９】
前記収容部に収容される前記微細藻類培養液に、前記微細藻類が忌避する波長の光を、前記微細藻類培養液の前記微細藻類を誘引する波長の光が照射される側と反対側から照射する忌避波長光照射部をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の微細藻類培養液の濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細藻類を含有する微細藻類培養液の濃縮方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
温室効果ガスの一つとされ、地球温暖化の要因とされているＣＯ２の濃度を低減するために、微細藻類を培養し、この微細藻類を用いて光合成によりＣＯ２を固定化する技術が知られている。
【０００３】
また、微細藻類は、栄養補助食品やサプリメントの素材として利用可能であることに加え、光合成によりＣＯ２を固定化して成長する際に油脂分を作り出すため、バイオ燃料の素材としても利用可能であり、注目が高まっている。このような微細藻類を利用するためには、微細藻類を培養した後に、微細藻類を含有する微細藻類培養液から、微細藻類を分離して取り出す必要がある。
【０００４】
従来、微細藻類培養液から微細藻類を分離する方法として、例えば凝集剤の添加により微細藻類のフロックを形成して沈降させることにより分離する方法、遠心分離機を用いて遠心分離する方法等が知られている。
【０００５】
また、微細藻類培養液から微細藻類（藻体）を分離する他の方法として、特開平７−２８９２４０号公報（特許文献１）に記載の方法がある。この公報には、「光源１８を備えた光照射槽１６において、藻類培養液に、藻類の増殖に最適な光量より強い光量の光を照射することにより藻体の沈降性を向上させ、藻体と培地とを分離する。」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２８９２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、凝集剤による沈降分離方法では、ランニングコストが増大するだけでなく、回収した微細藻類に凝集剤が混入するために回収後の微細藻類をそのまま利用できない場合があるとともに、微細藻類回収後の培養液は、凝集剤が残存するために培地として再利用することができず、排出する際にも処理にコストがかかる。また、遠心分離方法では、遠心分離機の運転に多大なエネルギーが消費されてしまう。
【０００８】
また、特許文献１に記載の方法は、藻類培養液に強光を照射することにより微細藻類の沈降性を向上させて分離する方法であって、自然沈降作用に頼らざるを得ず、必ずしも効率的な分離ができないおそれがある。また、藻類培養液に強光を照射するため、エネルギー消費が増大するとともに、微細藻類に悪影響を与えるおそれもある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、微細藻類を含有する微細藻類培養液を低コストで効率よく濃縮することができ、濃縮して分離後に回収される微細藻類および培養液の有効な利用を可能にする微細藻類培養液の濃縮方法および装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明に係る微細藻類培養液の濃縮方法は、微細藻類を含有する微細藻類培養液に、前記微細藻類を誘引する波長の光を照射する光照射工程と、前記微細藻類培養液のうちの光照射により前記微細藻類の濃度が高くなった部分を取り出す取出工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記微細藻類を誘引する波長の光の照射と同時に、あるいは前記微細藻類を誘引する波長の光の照射前または後に、前記微細藻類が忌避する波長の光が、前記微細藻類培養液の前記微細藻類を誘引する波長の光が照射される側と反対側から照射されることが好ましい。
また、前記光照射工程において、前記微細藻類を誘引する波長の光は、微細藻類培養液の下側から該微細藻類培養液に照射されることが好ましい。
また、前記微細藻類は、光合成により油脂および炭水化物を生成し、細胞内に蓄積するものであることが好ましい。
また、前記微細藻類は、ユーグレナであることが好ましい。
また、前記微細藻類を誘引する波長の光は、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の波長成分を含む光であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る微細藻類培養液の濃縮方法は、微細藻類を含有する微細藻類培養液に、前記微細藻類が忌避する波長の光を照射する光照射工程と、前記微細藻類培養液のうちの光照射により前記微細藻類の濃度が高くなった部分を取り出す取出工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る微細藻類培養液の濃縮装置は、微細藻類を含有する微細藻類培養液を収容する収容部と、前記収容部に収容される前記微細藻類培養液に、前記微細藻類を誘引する波長の光を照射する誘引波長光照射部と、前記微細藻類培養液のうちの光照射により前記微細藻類の濃度が高くなった部分を取り出す取出部と、を有することを特徴とする。
また、前記収容部に収容される前記微細藻類培養液に、前記微細藻類が忌避する波長の光を、前記微細藻類培養液の前記微細藻類を誘引する波長の光が照射される側と反対側から照射する忌避波長光照射部をさらに有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、微細藻類を含有する微細藻類培養液を低コストで効率よく濃縮することができ、濃縮して分離後に回収される微細藻類および培養液の有効な利用を可能にする微細藻類培養液の濃縮方法および装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る微細藻類培養液の濃縮装置が適用された微細藻類の分離回収システムの概略構成図である。
【図２】微細藻類の分離回収方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】２次元のプレート内での微細藻類の走光性の実験における光照射方法を説明するための模式的な平面図である。
【図４】５３０ｎｍの波長の光を用いた場合のプレート内での微細藻類の走光性の実験結果を示すグラフである。
【図５】照射される光の波長とセル存在率最大値との関係を示すグラフである。
【図６】２次元のシャーレ内での微細藻類の走光性の実験における光照射の様子を説明するための模式的な平面図である。
【図７】ヴァイアル瓶からの液サンプリングを説明するための模式図である。
【図８】緑色光（５３０ｎｍの波長の光）を用いた実験を行った場合のサンプリング順に並べた各サンプルの吸光度を示すグラフである。
【図９】光なしでの実験を行った場合のサンプリング順に並べた各サンプルの吸光度を示すグラフである。
【図１０】３次元のヴァイアル瓶内での微細藻類の走光性の実験結果を示す図表である。
【図１１】容量の大きいメスシリンダの底部に向けて下側から緑色光（５３０ｎｍの波長の光）を照射した実験を行った場合のサンプリング順に並べた各サンプルの吸光度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す図面において、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る微細藻類培養液の濃縮装置２０が適用された微細藻類の分離回収システム１００の概略構成図である。
図１に示すように、微細藻類の分離回収システム１００は、培養槽１０、微細藻類培養液の濃縮装置（以下、単に「濃縮装置」ともいう）２０、分離水回収槽３０、遠心分離機４０、乾燥機５０、および藻体回収槽６０を主に備えている。
【００１８】
培養槽１０は、微細藻類を培養する槽であり、微細藻類を培養液（培地）に含有させた微細藻類培養液を収容する。培養槽１０内から延伸する管路１１は、濃縮装置２０に接続されており、管路１１には、第１制御弁７１、および第１ポンプ８１が設置されている。
【００１９】
本発明で用いることのできる微細藻類としては、ユーグレナ（Euglena）を挙げることができる。ユーグレナは鞭毛虫の一群で、運動性のある藻類として有名なミドリムシを含む。大部分のユーグレナは、葉緑体を持っており、光合成を行って独立栄養生活を行うが、捕食性のものや吸収栄養性のものもある。
ユーグレナは、動物学と植物学の双方に分類される属である。
動物学では、原生動物門（Protozoa）の鞭毛虫綱（Mastigophorea）、植物鞭毛虫亜綱（Phytomastigophorea）に属する目の中にミドリムシ目（Euglenida）があり、これは三つの亜目、Euglenoidina、Peranemoidina、Petalomonadoidinaよりなる。
Euglenoidinaには、属としてEuglena、Trachelemonas、Strombonas、Phacus、Lepocinelis、Astasia、Colaciumが含まれる。
植物学では、ミドリムシ植物門（Euglenophyta）があり、その下にミドリムシ藻類綱（Euglenophyceae）、ミドリムシ目（Euglenales）があって、この目に含まれる属としてはEuglenaの他、動物分類表と同様である。
これ以外にも、シアノバクテリア、緑藻およびトレボキシア、プラシノ藻（緑色藻類）、原始紅藻類、珪藻、円石藻、渦べん毛藻、真眼点藻、黄金色藻などから１種または２種以上を選択して用いることができる。
【００２０】
なお、シアノバクテリアとしては、例えば、Chroococcacae、Stigonematacae、MastigocladacaeおよびOscillatroriacaeを挙げることができる。また、その他にも、Synechococcus lividusおよびSynechococcus elongatusなどのSynechococcusや、Synechocystis minervaeなどのSynechocystisや、Mastigocladus laminosusなどのMastigocladusや、Phormidium laminosusなどのPhormidiumや、Symploca thermalisなどのSymplocaや、Aphanocapsa thermalisなどのAphanocapsaや、Fisherellaなどを挙げることができる。
さらには、アナべナ（Anabaena）属に属するアナべナ・バリアビリス（Anabanena variabilis）ＡＴＣＣ ２９４１３、シアノテセ（Cyanothece）属のCyanothece sp. ＡＴＣＣ ５１１４２、シネココッカス（Synechococcus）属に属するSynechococcus sp. ＰＣＣ ７９４２およびアナシスティス（Anacystis）属に属するアナシスティス・ニデュランス（Anacystis nidulans）および好熱性シアノバクテリアなどを用いることができる。
【００２１】
緑藻およびトレボキシアとしては、例えば、クロレラ（系統学的に分けられたパラクロレラを含む）、クラミドモナス、ドナリエラ、セネデスムス、ボトリオコッカス、スティココッカス、ナンノクロリス、およびデスモデスムスなどの気生藻を挙げることができる。具体的には、Chlorella vulgarisおよびChlorella saccharophilaなどのクロレラ（Chlorella）、Dunaliella salina、Dunaliella tertiolectaなどのDunaliella、並びに光合成などの基本的な性質は同じであるが、分子系統解析によりトレボキシア藻網として分類されるParachlorella kessleri（Chlorella kessleri）を挙げることができる。また、クラミドモナス（Chlamydomonas）属に属するクラミドモナス・ラインハルディ（Chlamydomonas reinhardtii）、クラミドモナス・モエブシィ（Chlamydomonas moewusii）、クラミドモナス・ユーガメタス（Chlamydomonas eugametos）、クラミドモナス・セグニス（Chlamydomonas segnis）、セネデスムス（Senedesmus）属に属するセネデスムス・オブリクス（Senedesmus obliquus）、スティココッカス（Stichococcus）属に属するスティココッカス・アンプリフォルミス（Stichococcus ampliformis）、ナンノクロリス（Nannochloris）属に属するナンノクロリス・バシラリス（Nannochloris bacillaris）、およびデスモデスムス（Desmodesmus）属に属するデスモデスムス・スブスピカツス（Desmodesmus subspicatus）などを挙げることができる。
【００２２】
また、プラシノ藻（緑色藻類）としては、例えば、テトラセルミスなどを挙げることができ、原始紅藻類としては、例えば、シアニディオシゾン、シアニディウム、ガルディエリア、ポルフィリディウムなどを挙げることができる。
なお、本発明で用いることのできる微細藻類は、光合成により油脂および炭水化物を生成し、細胞内に蓄積することができ、細胞内に蓄積した炭水化物を油脂化することのできるものであればどのようなものでも用いることができ、前記したものに限定されるものではない。
【００２３】
培養液は、例えば、微細藻類としてユーグレナを用いる場合、窒素源、リン源、ミネラルなどの栄養塩類を添加した培養液、例えば、改変Cramer-Myers培地（（ＮＨ4）2ＨＰＯ4 １．０ｇ／Ｌ、ＫＨ2ＰＯ4 １．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ ０．２ｇ／Ｌ、ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ ０．０２ｇ/Ｌ、Ｆｅ2（ＳＯ4）3・７Ｈ2Ｏ ３ｍｇ／Ｌ、ＭｎＣｌ2・４Ｈ2Ｏ １．８ｍｇ／Ｌ、ＣｏＳＯ4・７Ｈ2Ｏ １．５ｍｇ／Ｌ、ＺｎＳＯ4・７Ｈ2Ｏ ０．４ｍｇ／Ｌ、Ｎａ2ＭｏＯ4・２Ｈ2Ｏ ０．２ｍｇ／Ｌ、ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ ０．０２ｍｇ／Ｌ、チアミン塩酸塩（ビタミンＢ1） ０．１ｍｇ／Ｌ、シアノコバラミン（ビタミンＢ12）０.０００５ｍｇ／Ｌ、（ｐＨ３．５））を用いることができる。なお、（ＮＨ4）2ＨＰＯ4は、（ＮＨ4）2ＳＯ4やＮＨ3ａｑに変換することも可能である。
なお、培養液は、培養する微細藻類に適した培地を用いればよく、これに限定されるものでないことはいうまでもない。
【００２４】
濃縮装置２０は、培養槽１０から送られる微細藻類を含有する微細藻類培養液を収容する分離槽（収容部）２１と、分離槽２１に収容される微細藻類培養液に微細藻類を誘引する波長の光を照射する誘引波長光照射部２２と、分離槽２１に収容される微細藻類培養液に微細藻類が忌避する波長の光を照射する忌避波長光照射部２３と、分離槽２１内の微細藻類培養液のうちの光照射により微細藻類の濃度が高くなった部分である濃縮培養液を取り出す取出管（取出部）２４とを有している。なお、本発明において、光照射とは、誘引波長光照射部２２による光照射、および忌避波長光照射部２３による光照射の、少なくとも一方をいう。
【００２５】
分離槽２１の少なくとも底壁２１１は、誘引波長光照射部２２から照射される光を透過可能な透明部材から形成されている。分離槽２１は、例えば樹脂、ガラス等から形成される。ただし、分離槽２１は、透明部材から形成される底壁以外が例えば金属等の不透明部材から形成されていてもよい。また、分離槽２１の形状や大きさは、特に限定されるものではなく適宜設定可能である。例えば、底壁２１１の一部に透明部材が嵌め込まれるように構成されてもよい。
【００２６】
誘引波長光照射部２２は、分離槽２１の下方に配置されている。誘引波長光照射部２２は、微細藻類を誘引する波長の光を、分離槽２１に収容される微細藻類培養液の下側から該微細藻類培養液に照射するものである。この誘引波長光照射部２２は、分離槽２１に固定された支持部材２５に設置されている。ただし、誘引波長光照射部２２の先端の発光部が分離槽２１内に臨むように、誘引波長光照射部２２が分離槽２１の底壁２１１を貫通して設置されていてもよい。さらには、分離槽２１の底壁２１１の内面に面発光する部材が、誘引波長光照射部２２として敷かれていてもよい。
【００２７】
微細藻類を誘引する波長の光として、好ましくは５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の波長成分を含む光、より好ましくは５３０ｎｍの単色光（緑色光）が使用される。誘引波長光照射部２２の光源は特に限定されるものではなく、例えば、ＬＥＤ照明装置、キセノンランプ、有機ＥＬ照明装置等の面発光照明装置などの光源が一つ以上使用されるとともに、フィルタ、分光器等の波長調整部材が用いられ得る。また、波長調整部材を用いて太陽光を利用することも可能である。
【００２８】
忌避波長光照射部２３は、分離槽２１に収容される微細藻類培養液を間に挟んで、誘引波長光照射部２２と反対側、すなわち微細藻類培養液の液面の上方に配置されている。忌避波長光照射部２３は、微細藻類が忌避する波長の光を、分離槽２１に収容される微細藻類培養液の上側から該微細藻類培養液に照射するものである。この忌避波長光照射部２３は、分離槽２１に固定された支持部材２６に設置されている。
【００２９】
微細藻類が忌避する波長の光として、好ましくは４００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内の波長成分からなる光、より好ましくは４００ｎｍの単色光が使用される。忌避波長光照射部２３の光源は特に限定されるものではなく、例えば、ＬＥＤ照明装置、キセノン（Ｘｅ）ランプ等の光源が一つ以上使用されるとともに、フィルタ、分光器等の波長調整部材が用いられ得る。また、波長調整部材を用いて太陽光を利用することも可能である。
【００３０】
取出管２４は、分離槽２１の底壁２１１に接続されている。分離槽２１の底壁２１１から延伸する取出管２４は、遠心分離機４０に接続されており、取出管２４には、第２制御弁７２、および第２ポンプ８２が設置されている。
【００３１】
分離槽２１には、光照射後の微細藻類培養液のうちの濃縮培養液以外の部分である培養液を分離水として回収するための第１分離水回収管２８が接続されている。ここで、第１分離水回収管２８は、分離槽２１の側壁２７を貫通して分離槽２１内に延びており、第１分離水回収管２８の分離槽２１内の端部には、水に浮く構造となっている分離水の回収口部分が設けられている。この分離水の回収口部分には、水面下に位置するように構成された排水ノズルが備えられている。第１分離水回収管２８の分離槽２１内の配管部分は、分離槽２１内において可動性を有するフレキシブルな構造となっており、例えば可撓性を有するホース、径違いの複数の筒が入れ子式に接続された伸縮自在な筒構造体等の、水面の昇降にともなってフレキシブルに動くものが好ましい。このような構成によれば、分離水が回収されるにつれて減少しその水面が下降しても、連続して分離水の回収が可能である。図１では、下向きの白抜き矢印で分離水の水面が下降するに合わせて排水ノズルが下降する様子を示してある。ただし、第１分離水回収管２８の分離槽２１側の端部の構成は、前記した構成に限定されるものではない。例えば、第１分離水回収管２８が分岐した複数の分岐管を有し、分離槽２１内に位置される各分岐管の端部にそれぞれ分離水の回収口部分が設けられていて、水面が下降するにつれて分離水の回収口部分を切り替える構造であってもよい。分離槽２１から延伸する第１分離水回収管２８の分離槽２１と反対側の端部は、分離水回収槽３０内に向けて開口しており、第１分離水回収管２８には、第３制御弁７３、および第３ポンプ８３が設置されている。
【００３２】
遠心分離機４０は、取出管２４を経て濃縮培養液から微細藻類を遠心分離するものである。遠心分離機４０としては、例えば分離板型遠心分離機、円筒型遠心分離機等が挙げられるが、これに限定されるものではない。ただし、遠心分離機４０は、例えば濃縮装置２０により所定濃度以上の濃縮培養液が得られる場合には、省略することも可能である。
【００３３】
遠心分離機４０には、濃縮培養液から遠心分離した微細藻類を移送するための第１移送路４１と、濃縮培養液から微細藻類を遠心分離した後の分離水を回収するための第２分離水回収管４２とが接続されている。遠心分離機４０から延伸する第１移送路４１は、乾燥機５０に接続されている。遠心分離機４０から延伸する第２分離水回収管４２の端部は、分離水回収槽３０内に向けて開口している。分離水回収槽３０は、分離槽２１内に収容されていた微細藻類培養液から微細藻類を分離した後の培養液を分離水として回収して収容する槽である。分離水回収槽３０内に回収された分離水は、培養槽１０に戻して再利用することも可能である。
【００３４】
乾燥機５０は、水分を含む微細藻類を乾燥させるものである。乾燥機５０としては、例えば工場等の施設からの廃熱を利用した乾燥機が挙げられるが、これに限定されるものではなく、市販の熱風乾燥機、スプレードライヤー、スラリードライヤー、凍結乾燥機等を用いることもでき、さらには、天日干しによる乾燥も可能である。
【００３５】
乾燥機５０には、乾燥後の微細藻類を移送するための第２移送路５１が接続されており、乾燥機５０から延伸する第２移送路５１の端部は、藻体回収槽６０内に向かうように配置されている。藻体回収槽６０は、分離槽２１内に収容されていた微細藻類培養液から分離された微細藻類（藻体）を回収して収容する槽である。
【００３６】
次に、図１に加え、図２を参照して、前記したように構成された微細藻類の分離回収システム１００の動作について説明する。
図２は、微細藻類の分離回収方法の手順を示すフローチャートである。
【００３７】
図２に示すように、まず、培養槽１０内において微細藻類が培養液（培地）で培養される（ステップＳ１０）。このステップＳ１０における微細藻類の培養は、大気雰囲気下で行うこともできるが、光合成による油脂と炭水化物の生成量をより多くするために、二酸化炭素ガスを積極的に供給し、培養液中への空気ばっ気よりも高い溶存二酸化炭素濃度で行うようにするのが好ましい。
【００３８】
そして、培養槽１０内の微細藻類を含有する微細藻類培養液が、第１制御弁７１を開いて第１ポンプ８１を動作させることにより、培養槽１０から管路１１を経て濃縮装置２０の分離槽２１内に送られる。
【００３９】
続いて、濃縮装置２０による微細藻類培養液の濃縮が行われる（ステップＳ２０）。このステップＳ２０では、誘引波長光照射部２２により、微細藻類を誘引する波長の光が、分離槽２１に収容される微細藻類培養液の下側から該微細藻類培養液に照射される。また、忌避波長光照射部２３により、微細藻類が忌避する波長の光が、分離槽２１に収容される微細藻類培養液の上側から該微細藻類培養液に照射される。したがって、微細藻類が特定の波長の光によって移動する微細藻類の走光性により、分離槽２１内の下部に微細藻類培養液中の微細藻類が集められる。これにより、分離槽２１内の微細藻類培養液のうちに、微細藻類の濃度が高くなった部分である濃縮培養液が形成される。
【００４０】
そして、分離槽２１内に形成された濃縮培養液が、第２制御弁７２を開いて第２ポンプ８２を動作させることにより、分離槽２１内の下部から取出管２４を経て取り出され、遠心分離機４０に向けて送られる。
【００４１】
なお、分離槽２１内の濃縮培養液の取出しは、例えば誘引波長光照射部２２および忌避波長光照射部２３による微細藻類培養液への光照射が行われている状態で所定時間放置した後に行われる。ただし、濃縮培養液が取出管２４を経て取り出されている間にも、光照射が行われていてもよい。このようにすれば、より高濃度の濃縮培養液を取り出すことが可能となる。
【００４２】
一方、分離槽２１内の微細藻類培養液のうちの濃縮培養液以外の部分である培養液が分離水として、第３制御弁７３を開いて第３ポンプ８３を動作させることにより、分離槽２１内から第１分離水回収管２８を経て送られて、分離水回収槽３０内に回収される（ステップＳ３０）。このとき、第１分離水回収管２８の分離槽２１側の端部に設けられた回収口部分の排水ノズルを介して、分離槽２１内の培養液の上層部から順次回収され、図１の白抜き矢印で示すように分離槽２１内の液面が下降するにしたがって排水ノズルも下降して分離水を連続的に回収する。
【００４３】
なお、分離槽２１内の培養液（分離水）を分離水回収槽３０内へ回収する動作の開始後あるいは完了後に、濃縮培養液の取出管２４を経た取出しを開始することが好ましい。このようにすれば、濃縮培養液の取出管２４を経た取出しの際に分離水を引き込むことが抑制されるため、より高濃度の濃縮培養液を取り出すことができる。
【００４４】
ステップＳ４０では、遠心分離機４０による遠心分離が行われる。すなわち、分離槽２１内の下部から送られた濃縮培養液から、微細藻類が遠心分離される。これにより、濃縮培養液の濃度をさらに高くすることができる。ここで、前もって濃縮装置２０による微細藻類培養液の濃縮が行われるため、遠心分離機４０の運転で消費されるエネルギーは少なくて済む。なお、前記したようにステップＳ４０の遠心分離を省略することもできる。
【００４５】
そして、濃縮培養液から遠心分離された微細藻類が、第１移送路４１を経て乾燥機５０に送られる。一方、濃縮培養液から微細藻類を遠心分離した後の培養液が分離水として、第２分離水回収管４２を経て送られて、分離水回収槽３０内に回収される（ステップＳ３０）。
【００４６】
分離水回収槽３０内に回収された分離水は、培養槽１０に戻して混合するとよい。このようにすれば、分離水を培地として有効に再利用することができる。また、分離水に残存する濃縮されなかった微細藻類を再び培養することができる。
【００４７】
ステップＳ５０では、乾燥機５０による乾燥が行われる。すなわち、水分を含む微細藻類が乾燥させられる。これにより、後記するステップＳ７０における油脂の回収の妨げとなる水分が除去される。
【００４８】
そして、乾燥された微細藻類が、第２移送路５１を経て送られて、藻体回収槽６０内に回収される（ステップＳ６０）。
【００４９】
続いて、油脂の回収が行われる（Ｓ７０）。このステップＳ７０では、藻体回収槽６０内に回収された微細藻類の細胞内から油脂が抽出されて回収される。微細藻類の細胞内からの油脂の抽出は、例えば、有機溶媒を用いた溶媒抽出法や超臨界ＣＯ2抽出法等により行うことができる。
【００５０】
そして、回収された油脂を精製・改質することにより、軽油やジェット燃料といったバイオ燃料を製造することができる。また、油脂が抽出された微細藻類は、細胞構成成分であるタンパク質や色素成分が残存しており、そのまま、もしくは、生物的および／または化学的に有機物を可溶化したり、乾燥等したりすることで飼料、肥料、固形燃料、化学製品の原料など、バイオマス原料として利用することができる。
【００５１】
前記したように本実施形態に係る濃縮装置２０は、微細藻類を含有する微細藻類培養液を収容する分離槽２１と、分離槽２１に収容される微細藻類培養液に微細藻類を誘引する波長の光を照射する誘引波長光照射部２２と、微細藻類培養液のうちの光照射により微細藻類の濃度が高くなった部分である濃縮培養液を取り出す取出管２４とを有している。すなわち、濃縮装置２０において行われる微細藻類培養液の濃縮方法は、微細藻類を含有する微細藻類培養液に、微細藻類を誘引する波長の光を照射する光照射工程と、微細藻類培養液のうちの光照射により微細藻類の濃度が高くなった部分を取り出す取出工程とを有している。
【００５２】
したがって本実施形態によれば、微細藻類が特定の波長の光によって移動する微細藻類の走光性により、微細藻類を誘引する波長の光が照射される側に微細藻類培養液中の微細藻類が誘引されて集められる。これにより、分離槽２１内の微細藻類培養液のうちに、微細藻類の濃度が高くなった部分である濃縮培養液が形成され、この濃縮培養液を取り出すことができる。なお、本発明において、微細藻類の濃度が高くなった部分を取り出すということは、微細藻類の濃度が低くなった部分を除くことで、微細藻類の濃度が高くなった部分を取得することも含む概念である。
また、本実施形態は、自然沈降作用に専ら依存するものではなく、特定の波長の光の照射により効率的な濃縮が可能になるとともに、微細藻類に悪影響を与えることもない。
また、凝集剤を使用しないため、回収した微細藻類に凝集剤が混入することがなく回収後の微細藻類を有効に利用することができるとともに、微細藻類回収後の培養液（分離水）は、凝集剤が残存せず培地として再利用することができ、排出する場合であっても処理が簡単となる。さらに、前もって濃縮装置２０による微細藻類培養液の濃縮が行われるため、遠心分離機４０を用いたとしても運転で消費されるエネルギーは少なくて済む。
すなわち、本実施形態によれば、微細藻類を含有する微細藻類培養液を低コストで効率よく濃縮することができ、濃縮して分離後に回収される微細藻類および培養液の有効な利用を可能にする微細藻類培養液の濃縮方法および装置を提供できる。
【００５３】
また、本実施形態では、微細藻類を誘引する波長の光の照射と同時に、あるいは微細藻類を誘引する波長の光の照射前または後に、微細藻類が忌避する波長の光が、微細藻類培養液の微細藻類を誘引する波長の光が照射される側と反対側から照射される。このような構成によれば、微細藻類が忌避する波長の光が照射される側から微細藻類培養液中の微細藻類が逃げていくため、微細藻類を誘引する波長の光が照射される側に微細藻類培養液中の微細藻類がより多く集められる。一方、微細藻類を誘引する波長の光が照射される側に微細藻類が集まってくると、微細藻類を誘引する波長の光が、集まった微細藻類自身によって徐々に遮られて奥側に届きにくくなる。このため、微細藻類の誘引作用が減少するおそれがあるが、微細藻類が忌避する波長の光による微細藻類の忌避作用によって、微細藻類培養液中の微細藻類を集める捕集作用を補うことができる。したがって、微細藻類培養液をより効率よく濃縮することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、微細藻類を誘引する波長の光は、微細藻類培養液の下側から該微細藻類培養液に照射される。このような構成によれば、光の照射による微細藻類の捕集作用に加えて、自然沈降作用も発揮される。これにより、分離槽２１内の下部に微細藻類培養液中の微細藻類をより効率よく集めることができる。また、分離槽２１内の上側から分離水を回収できるため、濃縮培養液を極力引き込まないで分離水を効率よく回収することができる。
【００５５】
また、微細藻類として、光合成により油脂および炭水化物を生成し、細胞内に蓄積するものが使用され得る。このような微細藻類は、栄養補助食品等の素材、バイオ燃料の素材として利用可能となる。
また、微細藻類として例えばユーグレナが使用され得る。ユーグレナは、光合成によりＣＯ２を固定化する能力が高いと同時に、豊富な栄養素を持つので栄養補助食品等としての利用価値が高く、しかも、細胞内から抽出される油脂から精製したオイルが軽質であるためジェット燃料に適しているという利点を有している。
【００５６】
また、本実施形態では、微細藻類を誘引する波長の光として、好ましくは５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の波長成分を含む光、より好ましくは５３０ｎｍの単色光（緑色光）が使用される。このような構成によれば、微細藻類を誘引する波長の光による微細藻類の誘引作用がより大きいため、微細藻類培養液をより効率よく濃縮することができる。
【００５７】
以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。また、前記した実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。
【００５８】
例えば、前記した実施形態では、濃縮装置２０に誘引波長光照射部２２および忌避波長光照射部２３の両方が備えられているが、誘引波長光照射部２２および忌避波長光照射部２３のいずれか一方が備えられるように構成されることも可能である。この場合でも、分離槽２１内の例えば下部に微細藻類培養液中の微細藻類を集める捕集作用を発揮できるため所定の効果が期待できる。
【００５９】
また、前記した実施形態では、微細藻類を誘引する波長の光の照射と同時に、微細藻類が忌避する波長の光が照射されることが想定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば微細藻類を誘引する波長の光の照射前または後に、微細藻類が忌避する波長の光が照射されるように構成されてもよい。
また、光照射の開始タイミングに関して言えば、前記した実施形態では、誘引波長光照射部２２による光照射と忌避波長光照射部２３による光照射とが同時に開始されることが想定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば誘引波長光照射部２２による光照射の開始後に忌避波長光照射部２３による光照射が開始されてもよいし、その逆であってもよい。さらには、誘引波長光照射部２２による光照射と忌避波長光照射部２３による光照射とが交互に行われてもよい。
【００６０】
また、前記した実施形態では、微細藻類を誘引する波長の光は、微細藻類培養液の下側から該微細藻類培養液に照射されるが、本発明はこれに限定されるものではない。分離槽２１に収容される微細藻類培養液の周囲（上下左右前後）のいずれか一方側から微細藻類を誘引する波長の光を照射するように構成すればよく、この場合でも、微細藻類培養液中の微細藻類が周囲（上下左右前後）のいずれか一方の側に集められるため、濃縮培養液を形成して取り出すことができる。
【００６１】
また、濃縮装置２０の分離槽２１に例えば分光光度計等の濃度センサを付設して、微細藻類培養液のうちの光照射により微細藻類の濃度が高くなった部分における微細藻類の濃度を測定するように構成することも可能である。そして、濃度センサにより所定値以上の濃度が検知された場合に、濃縮培養液の取出しを実行するようにすれば、より効率のよい微細藻類培養液の濃縮が可能となる。
【００６２】
［実験例］
次に、本発明の効果について以下の実験例を用いて説明する。但し、本発明の技術的範囲が以下の実験例によって限定されるものではない。
【００６３】
＜実験１＞２次元のプレート内での微細藻類の走光性の実験
（実験方法）
（１）前提条件
２次元（水平面内）のプレート内での微細藻類の走光性の実験を、アルミホイルをかぶせたシールドボックス内で、Ｘｅランプ以外の光源がない状態で行った。
（２）微細藻類
微細藻類としてユーグレナを用いた。
（３）培養条件
培養液にはＣＭ（Cramer-Myers）培地を用いた。培養中は蛍光灯の光を照射した。ＣＯ２濃度は５％（空気中）とした。温度は３２℃とした。また、攪拌子により攪拌を行った。
（４）実験用プレート作成手順
（ａ）ＣＭ培地からビタミン類を除いたものを２倍濃度に調整した溶液（溶液Ａ）を作成した。
（ｂ）２ｇ／Ｌのバクトアガー溶液（溶液Ｂ）を作成した。
（ｃ）溶液Ａと溶液Ｂとをそれぞれオートクレーブにかけた。なお、溶液Ａと溶液Ｂとを別々にオートクレーブにかけたのは、糖の一種であるバクトアガーは酸性条件下で加温すると分解してしまうからである。
（ｄ）熱いうちに溶液Ａと溶液Ｂとを１：１の割合で混合した。
（ｅ）混合液をクリーンベンチ内でプレートリーダ用のプレートに薄く注ぎ、室温放置で冷却した。
（ｆ）プレート内で固化した寒天培地を冷蔵保存した。
【００６４】
（５）濃縮時の光照射および吸光度の計測
図３は、２次元のプレート内での微細藻類の走光性の実験における光照射方法を説明するための模式的な平面図である。なお、説明を明確にするため、図３に示すように、光照射方向に垂直な方向（図３の紙面における上下方向）をＸ軸方向、光照射方向に沿う方向（図３の紙面における左右方向）をＹ軸方向とする（図４でも同様）。
図３に示すように、プレート１内に作成された寒天培地２の上に、独立栄養で培養された微細藻類を含有する微細藻類培養液（藻体懸濁液）を１５〜２０ｍｌほど注いだ。
そして、横（図３では右横）からＸｅランプ３により単色光を２０ｍＷ／ｃｍ２で矢印４方向に照射した状態で２４時間放置した。
続いて、プレートリーダ（ＴＥＣＡＮ社製インフィニットＭ２００ＰＲＯ）を用いて、プレート１をＸ方向に８分割しＹ方向に１２分割して形成される９６箇所の吸光度を計測した。吸光度は、各測定部に特定波長（ここではクロロフィルの光吸収に起因する６８０ｎｍの波長）の光を当て入射光強度と透過光強度の比の対数で表されるものであり、値が大きいほど濃度が高いことを示す。
このようなＸｅランプ３による光照射を、４００ｎｍ、５００ｎｍ、５３０ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６４０ｎｍ、６８０ｎｍ、および７００ｎｍの各波長の光（単色光）を用いて行い、それぞれについて吸光度の計測を行った。
【００６５】
（６）実験結果
図４は、５３０ｎｍの波長の光を用いた場合のプレート内での微細藻類の走光性の実験結果を示す立体的なグラフである。
図４に示すＸ軸方向およびＹ軸方向は、図３に対応しており、Ｘ軸およびＹ軸を含む平面で形成されるＸ−Ｙ平面は、プレート１の表面を表している。そして、Ｚ軸方向は、９６箇所の各測定部におけるセル存在率（％）を表している。セル存在率（％）は、プレート１全体における微細藻類（セル）のうちの何％が該当する測定部に存在しているかを示すものであり、全測定部の合計吸光度に対する各測定部における吸光度の割合で与えられる。
【００６６】
図４に示すように、５３０ｎｍの波長の光を用いた場合には、殆ど全ての微細藻類が光の照射部付近に集められており、一方、プレート１における光の照射部と反対側には、微細藻類が殆ど存在していないことがわかる。このように、５３０ｎｍの波長の光は、微細藻類の誘引作用が極めて大きいことがわかる。ここで、図４のグラフにおけるピークＰは、全測定部のうちで最も高いセル存在率（セル存在率最大値）を示している。
【００６７】
図５は、照射される光の波長とセル存在率最大値との関係を示すグラフである。
図５に示すように、５３０ｎｍの波長の光が微細藻類の誘引作用が最も大きいことがわかる。また、５００ｎｍ、および５５０ｎｍの各波長の光も微細藻類の誘引作用が比較的大きいことがわかる。
【００６８】
＜実験２＞２次元のシャーレ内での微細藻類の走光性の実験
（実験方法）
（１）前提条件
２次元（水平面内）のシャーレ内での微細藻類の走光性の実験を、アルミホイルをかぶせたシールドボックス内で行い、Ｘｅランプ以外の光源はない状態で行った。
（２）微細藻類、および（３）培養条件は、実験１と同様である。
（４）実験用シャーレ作成手順
プレートの代わりに、滅菌シャーレを用いること以外は、実験１の実験用プレート作成手順と同様である。
（５）濃縮時の光照射
図６は、２次元のシャーレ内での微細藻類の走光性の実験における光照射の様子を説明するための模式的な平面図である。
図６に示すように、シャーレ５内に作成された寒天培地２ａの上に、独立栄養で培養した微細藻類を含有する微細藻類培養液（藻体懸濁液）を注いだ。そして、横（図６では左横）からＸｅランプ３により４００ｎｍの波長の光を２０ｍＷ／ｃｍ２で照射した状態で２４時間放置した。また、別のシャーレ５で、５３０ｎｍの波長の光を用いて同様の光照射を行った。
（６）実験結果
図６に示すように、４００ｎｍの波長の光を用いた場合には、微細藻類が光の照射部付近から逃げていることがわかる。このように、４００ｎｍの波長の光は、微細藻類の忌避作用が極めて大きいことがわかる。一方、５３０ｎｍの波長の光を用いた場合には、殆ど全ての微細藻類が光の照射部付近に集められており、微細藻類の誘引作用が極めて大きいことがわかる。
【００６９】
＜実験３＞３次元のヴァイアル瓶内での微細藻類の走光性の実験
（実験方法）
（１）前提条件
３次元（空間内）のヴァイアル瓶内での微細藻類の走光性の実験を、光照射の場合にはアルミホイルをかぶせたシールドボックス内で行い、Ｘｅランプ以外の光源はない状態で行った。
（２）微細藻類、および（３）培養条件は、実験１と同様である。
（４）実験用ヴァイアル瓶作成手順
２０ｍｌのヴァイアル瓶に、独立栄養で培養された微細藻類を含有する微細藻類培養液（藻体懸濁液）を１５ｍｌ（光なしの場合／緑色光を用いた場合）入れた。
（５）濃縮時の光照射および吸光度の計測
光なしでの実験では、ヴァイアル瓶の全体をアルミホイルでくるんで遮光して２４時間放置した。また、緑色光（５３０ｎｍの波長の光）を用いた実験では、ヴァイアル瓶の底面に向けてヴァイアル瓶の下側に設置した光源から、対応する光を２０ｍＷ／ｃｍ２で照射して２４時間放置した。
図７は、ヴァイアル瓶からの液サンプリングを説明するための模式図である。
図７に示すように、ヴァイアル瓶６内の液の上層から順に、マイクロプレート７に形成された複数の凹部８の左上から右下の方に移して、サンプリングを行った。液のサンプリングは、光なしの場合と緑色光を用いた場合とでは約０．５ｍｌずつ行い、各サンプルの６８０ｎｍ（クロロフィルの光吸収に起因する波長）の吸光度をプレートリーダ（ＴＥＣＡＮ社製インフィニットＭ２００ＰＲＯ）で測定した。
【００７０】
（６）実験結果
図８は、緑色光を用いた実験を行った場合のサンプリング順に並べた各サンプルの吸光度を示すグラフである。つまり、図８は、緑色光を用いた実験を行った場合のヴァイアル瓶６内の液における微細藻類の濃度分布を表す。なお、図８中のサンプルＮｏ．は、サンプリング順の番号を示す（図９、図１１でも同様）。図８に示すように、緑色光を用いた実験を行った場合には、サンプリング順で最後の４サンプルが、極めて高い吸光度を示しており、微細藻類の濃度が高くなった部分である濃縮培養液が形成されていることがわかる。
図９は、光なしでの実験を行った場合のサンプリング順に並べた各サンプルの吸光度を示すグラフである。つまり、図９は、光なしでの実験を行った場合のヴァイアル瓶６内の液における微細藻類の濃度分布を表す。図９に示すように、光なしでの実験を行った場合には、各サンプルの吸光度は全体的に差異がなく、微細藻類の濃縮が行われていないことがわかる。
図１０は、３次元のヴァイアル瓶内での微細藻類の走光性の実験結果を示す図表である。吸光度（初期値）は、処理前の吸光度を計測したものである。吸光度（処理後、濃縮部）は、処理後におけるサンプリング順で最後付近の濃度の高いサンプル群（濃縮部）の平均吸光度を示す。なお、光なしでの実験を行った場合には濃縮部が形成されないが、緑色光を用いた実験を行った場合の濃縮部のサンプル数と同数のサンプル群を濃縮部と仮定して算出した。吸光度（処理後、上部）は、処理後における濃縮部以外のサンプル群（上部）の平均吸光度を示す。濃縮度（倍）は、濃度が何倍になったかを示す値であり、吸光度（処理後、濃縮部）を吸光度（初期値）で除することにより求められる。濃縮体積率（％）は、全体積に対する前記した濃縮部の体積の割合を示す。捕集率（％）は、微細藻類の総数に対する前記した濃縮部における微細藻類の数の割合を示す。図１０に示すように、緑色光を用いた場合には、例えば濃縮度が約９倍と高く、より効率のよい微細藻類培養液の濃縮が可能となることがわかる。
【００７１】
＜実験４＞３次元のメスシリンダ内での微細藻類の走光性の実験
（実験方法）
ヴァイアル瓶の代わりに比較的容量の大きい２００ｍｌのメスシリンダを使用し、緑色光（５３０ｎｍの波長の光）を用いた実験を行った。実験３と比べて全体として液量が多いため、最後の１０ｍｌほどまでは、サンプリング間隔を大きくして５．３ｍｌ毎に０．３ｍｌのサンプリングを行った。それ以外は実験３に準じた。
（６）実験結果
図１１は、容量の大きいメスシリンダの底部に向けて下側から緑色光を照射した実験を行った場合のサンプリング順に並べた各サンプルの吸光度を示すグラフである。図１１に示すように、容量の大きいメスシリンダを用いた場合でも、サンプリング順で最後付近のサンプル群が、極めて高い吸光度を示しており、微細藻類の濃度が高くなった部分である濃縮培養液が形成されていることがわかる。また、濃縮度が約８倍と高い値が得られた。
【符号の説明】
【００７２】
２０    濃縮装置
２１    分離槽（収容部）
２２    誘引波長光照射部
２３    忌避波長光照射部
２４    取出管（取出部）
【図１】
2014168409.tif 000003
【図２】
2014168409.tif 000004
【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】
2014168409.tif 000009
【図８】
2014168409.tif 000010
【図９】
2014168409.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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