(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の発光面に該発光面を底面とする凹部を設けるか、あるいは該発光面の周囲に枠を設けて前記凹部あるいは枠内の前記平板状の発光面に光合成微生物を微生物包括固定化用担体と混合した光合成微生物の包括固定化ゲルの薄板を貼着可能に形成された発光板と、該発光板を装着して光合成微生物の培養を行う培養槽と、該発光板に光を供給する光供給手段と、培養槽内に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給手段とを備えてなることを特徴とする光合成微生物培養装置。
【請求項２】
発光板における平板状の発光面に該発光面を底面とする凹部を設けるか、あるいは該発光面の周囲に枠を設けて前記凹部あるいは枠内の前記平板状の発光面に光合成微生物を微生物包括固定化用担体と混合した光合成微生物の包括固定化ゲルの薄板を貼着し、該包括固定化ゲルの薄板を貼着した発光板を培地を入れた培養槽内に装着し、炭酸ガスを供給するとともに薄板状の光合成微生物の包括固定化ゲルに均一に光を照射しながら培養することを特徴とする光合成微生物の培養方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光合成微生物を包括固定化した状態で培養する光合成微生物培養装置及び培養方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大気中あるいは各種排ガス中のＣＯ2 の固定化などを目的としてクロレラ、スピルリナなどの光合成微生物の培養が試みられている。これらの光合成微生物を培養する方法として、寒天、カラギーナン、ゲランガムなどの微生物包括固定化用担体を用いて包括固定化し、培養する方法がある。この包括固定化法を利用した光合成微生物培養装置の１例を図４に示す。図４の装置においては光合成微生物を包括固定化しビーズ状に成形した固定化微生物１５を培地１４に懸濁させて培養槽７に入れ、該培養槽７を温度制御が可能な水槽６中に設置し、ガス混合装置３でＣＯ2 ボンベ５からのＣＯ2 とエアポンプ１０から送られる空気を混合したガスをガス流入ライン１６から通気するとともに、光供給装置１から光を供給して培養を行う。図４中の２は水槽６の温度を制御する温度コントローラー、１７はガス排出ラインである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような従来法では包括固定化光合成微生物に十分均一な光が供給できず、固定化担体の中心部にある微生物ほど光が遮蔽され、増殖できない。さらに固定化ゲルが培地中に分散した状態であることから入射強度が一定とならない。
本発明はこのような従来技術の実状に鑑み、光の利用効率の高い光合成微生物の培養装置及び培養方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は平板状の発光面に該発光面を底面とする凹部を設けるか、あるいは該発光面の周囲に枠を設けて前記凹部あるいは枠内の前記平板状の発光面に光合成微生物を微生物包括固定化用担体と混合した光合成微生物の包括固定化ゲルの薄板を貼着可能に形成された発光板と、該発光板を装着して光合成微生物の培養を行う培養槽と、該発光板に光を供給する光供給手段と、培養槽内に炭酸ガスを供給する炭酸ガス供給手段とを備えてなることを特徴とする光合成微生物培養装置及び発光板における平板状の発光面に該発光面を底面とする凹部を設けるか、あるいは該発光面の周囲に枠を設けて前記凹部あるいは枠内の前記平板状の発光面に光合成微生物を微生物包括固定化用担体と混合した光合成微生物の包括固定化ゲルの薄板を貼着し、該包括固定化ゲルの薄板を貼着した発光板を培地を入れた培養槽内に装着し、炭酸ガスを供給するとともに薄板状の光合成微生物の包括固定化ゲルに均一に光を照射しながら培養することを特徴とする光合成微生物の培養方法である。
【０００５】
本発明の培養装置又は培養方法により培養する光合成微生物の具体例としては大気中あるいは各種排ガス中のＣＯ2 を固定するためのクロレラ、スピルリナ、ポルフィリジウム、クロロコッカムなどの微細藻類などが挙げられる。
【０００６】
これらの光合成微生物を寒天、カラギーナン、ゲランガムなどの微生物包括固定化用担体と混合してゲル状とし、発光板の発光面に薄板状に貼着した形で培養を行う。光合成微生物の包括固定化ゲル薄板の厚みは、光が内部まで十分到達できる範囲とすればよく、通常は３ｍｍ前後が好ましい。
【０００７】
本発明の培養装置では培養のための光源として発光面が平板状（発光面全体から均一な光が供給される）の発光板を使用する。この発光板は、例えば表面に発光面を底面とする凹部を設けるかあるいは発光面の周囲に所定の高さの枠を設けるなどの方法により、その発光面に前記の薄板状の光合成微生物の包括固定化ゲルを貼着できる形状に構成されている。
【０００８】
発光板の発光面に薄板状の光合成微生物の包括固定化ゲルを貼着する方法としては、予め光合成微生物の包括固定化ゲルを薄板状に成形したものを貼着する方法、ゲルを発光面に塗布して薄板を形成させる方法、ゲルを形成する懸濁液を供給して発光面上でゲル化させる方法などを採ることができる。ゲルの貼着に際し、予め発光面にステンレス鋼やアルミニウムなどの金属、合成樹脂などの網目状や多孔状の薄板に加工でき、光合成微生物に対する毒性が少ない材質からなる網目状や多孔状の薄板などの固定器具を貼り付けておくことによりゲルの発光面への接着性を向上させることができる。
【０００９】
発光面に薄板状の光合成微生物の包括固定化ゲルを貼着した発光板を培養槽に入れ、培地（培養液）、ＣＯ2 ガス及び光を供給し、恒温槽中で所定の温度に保持しながら培養する。
光合成微生物を包括固定化したゲルは内部に光が十分到達できる程度に薄いため、ゲルのどの位置に細胞が存在していても均一な光が安定して供給可能になる。
【００１０】
本発明の光合成微生物培養装置の１例についてその基本構成を図１に示す。この装置において、平面型の発光板８には微生物包括固定化ゲル１２（図２参照）が薄く接着されている。これを培地が入った培養槽７に入れ、水槽６中に設置して温度コントローラ２で温度コントロールする。これらの培養槽７にＣＯ2 ボンベ５からガス混合装置３を経てＣＯ2 混合ガスを供給する。ＣＯ2 濃度はガス混合装置３でエアコンプレッサ４からの空気との混合により調整する。光は光供給装置１から光ファイバ９により供給する。図２に本発明に係る発光面に薄板状の光合成微生物の包括固定化ゲル１２を貼着した発光板８の模式図を示す。図２（ａ）は正面から見た一部切欠き断面図、図２（ｂ）は側面から見た断面図である。発光板８の片面は凹状で、微生物（例：藻類）包括固定化ゲル１２がゲル固定器具１３を介して接着されている。固定器具１３は網目状の薄い板を発光板８に貼り付けたもので、ゲルの発光板８への接着力を高めている。
【００１１】
なお、図２（ｃ）に示すように発光板の裏表に凹状部を設けて微生物包括固定化ゲル１２を貼着したり、多面体状の発光体を使用し、複数の発光面に微生物包括固定化ゲル１２を貼着するようにしてもよい。
【００１２】
【実施例】
以下実施例により本発明をさらに具体的に説明する。本発明の効果を実証するため、図１に示す構成の装置を使用して光合成微生物の培養試験を行った。
（１）培養装置
図１に示す構成の培養装置（培養槽７の設置数は４基）を使用した。光源にはメタルハライドランプを使用し、光ファイバ９で発光板８（発光面の面積約６００ｃｍ2 ）まで光を伝達するようにした。光合成微生物である藻体の包括固定化ゲル１２を接着させた発光板８を、１リットルの培地１４を注入した培養槽７に入れ、これを水槽６に設置し温度コントローラ２で培養温度をコントロールするようにした。
【００１３】
（２）培養方法及び培養条件
本試験に使用した光合成微生物である藻体（ Porphyridium cruentum R-1）は次のような手順で包括固定化した。まず、３重量％食塩水に寒天６ｇを加え１００ミリリットルとし、オートクレーブ中で１２１℃で１５分間加熱し溶解後、５０℃まで冷却した。これに前記藻体の懸濁液を５×１０5 ｃｅｌｌｓ／ミリリットルになるよう混合し、表面に硬質塩化ビニル樹脂製の網目状の薄板をゲル固定器具として貼り付けた発光板の凹形の枠内に注入して２４時間放置して固化させ、藻体包括固定化ゲル接着発光板とした（図２（ａ）及び（ｂ）の形状、ゲルの厚み３ｍｍ）。これを上記の培養装置７に入れ、ＣＯ2 濃度を調整した空気を通気して培養し、藻体数から、別途藻体数と藻体乾燥重量を別々に測定して作成した藻体数と藻体乾燥重量との関係を表す換算式を用いて藻体乾燥重量を算出した。培養条件は表１に示すとおりである。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
（３）測定分析方法
所定時間培養後の藻体包括固定化ゲルを採取し、オートクレーブ中で１２１℃で１分間加熱溶解後、藻体数を顕微鏡観察下、ヘマサイトメーターを用いて測定した。菌体数は別途作成した換算式で乾燥重量値に変換した。
【００１６】
（４）試験結果
試験結果を図３に示す。培養開始時点での藻体の乾燥重量が約５０ｍｇ／リットルであったものが、光強度５１．８μＥｉｎｓｔｅｉｎ／ｍ2 ／ｓの場合には２５０時間で約１８１０ｍｇ／リットルまで増殖していた。これは従来の培養法で得られていた値と同レベルであることから、本発明の培養装置及び培養方法の適用性が確認され、従来法での必要光強度１３０μＥｉｎｓｔｅｉｎ／ｍ2 ／ｓ（２５０時間で約１８００ｍｇ／リットルまで増殖させるのに必要な光強度）に比較して低い光強度でよいことが判明した。光強度が強いほど増殖は早いが、３８．５μＥｉｎｓｔｅｉｎ／ｍ2 ／ｓの場合でも２５０時間で約１５００ｍｇ／リットルまで増殖している。なお、増殖した藻体は一部培地中にも分散するが、藻体は主としてゲル中で増殖していた。
【００１７】
【発明の効果】
包括固定化ゲルのどの位置に細胞が存在していても均一な光が供給されるため低光強度でも従来法に比較して増殖機能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光合成微生物培養装置の１例を示す基本構成図。
【図２】本発明の実施例に係る微生物固定化発光板の模式図。
【図３】本発明の実施例に係る固定化光合成微生物の増殖曲線。
【図４】従来の光合成微生物培養装置の１例を示す構成図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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