(57)【要約】  この培養装置（１）は、培養対象を付着させる担体（２）を有する担体部と、担体（２）に培養液を供給する供給部（３）と、担体（２）から流出する培養液を貯留する貯留部（５）とを備える。前記担体（２）は、基体（２１）と、基体（２１）の表面に複数形成され、各々の先端（２３３）の基体（２１）に対する相対位置が変化可能である凸部（２３）とを有する。前記担体部は、担体（２）を揺動させることにともない凸部（２３）の相対位置を変化させる揺動機構（２７）を有する。
2019009221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養装置であって、
培養対象を付着させる担体を有する担体部と、
前記担体に培養液を供給する供給部と、
前記担体から流出する培養液を貯留する貯留部とを備え、
前記担体は、
基体と、
前記基体の表面に複数形成され、各々の先端の前記基体に対する相対位置が変化可能である凸部とを有し、
前記担体部は、前記担体を揺動させることにともない前記凸部の前記相対位置を変化させる揺動機構を有する培養装置。
【請求項２】
前記基体が上下方向に沿うように設けられ、前記凸部の前記先端は、前記凸部の根元よりも下側に位置する請求項１記載の培養装置。
【請求項３】
前記供給部から前記担体に供給された培養液が、前記凸部の根元側から前記先端側に向けて流れるように構成されている請求項２記載の培養装置。
【請求項４】
前記凸部は、前記基体から延びる繊維状部材である請求項１記載の培養装置。
【請求項５】
前記繊維状部材は、環状部を有する請求項４記載の培養装置。
【請求項６】
前記揺動機構は、
前記担体を収容する収容部と、
前記収容部内に収容された前記担体に対して超音波振動を付与する超音波振動部とを有する請求項１乃至５のいずれか１項記載の培養装置。
【請求項７】
前記揺動機構は、
前記担体の表面に接触して設けられる接触体と、
前記接触体を前記表面に沿って移動させる移動部とを有する請求項１乃至５のいずれか１項記載の培養装置。
【請求項８】
培養装置であって、
培養対象を付着させる担体と、前記担体に培養液を供給する供給部と、前記担体から流出する培養液を貯留する貯留部とを備え、
前記担体の単位面積当たりの保水量が０．２ｇ／ｃｍ２以上である培養装置。
【請求項９】
培養対象を付着させる担体と、前記担体に培養液を供給する供給部と、前記担体から流出する培養液を貯留する貯留部とを備える培養装置に用いられる担体であって、
シート状に形成された基体と、
前記基体の表面に複数形成され、各々の先端の前記基体に対する相対位置が変化可能である凸部とを備え、
前記凸部の前記先端は、前記凸部の根元よりも下側に位置することが可能である担体。
【請求項１０】
基体と、前記基体の表面に複数形成され、各々の先端の前記基体に対する相対位置が変化可能である凸部とを有する担体に、培養対象を付着させるステップと、
前記担体にて培養対象を培養するステップと、
前記担体を揺動させることにともない前記凸部における前記相対位置を変化させ、前記担体から培養対象を離間させるステップと、
前記担体から離間した培養対象を含む流体を回収するステップとを含む培養対象回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細藻類などの培養対象を培養するための培養装置、担体、および培養対象回収方法に関する。
本願は、２０１７年７月４日に日本で出願された特願２０１７−１３１０２５号、および、２０１８年５月２８日に日本で出願された特願２０１８−１０１７１０号に基づき優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化への対策として、温暖化ガスの排出を可及的に抑える取り組み等が各国の産業界に強く求められている。クロレラ等の微細藻類や光合成細菌などの微生物は、ＣＯ２を排出しないでエネルギー生産が可能な資源その他の産業上利用可能な資源として非常に有望視されており、商業レベルでの活用及び効率的な製造に期待が寄せられている。【０００３】
クロレラ等の微細藻類を、エネルギー資源その他の産業上の利用に供するためには、できるだけ低いコストで生産することが要求されるが、水中で微細藻類を大量培養する場合、大規模なプールやタンクを必要とする。したがって、用地の取得又は設備の大規模化による費用増大等の問題がある。【０００４】
特許文献１では、土地を有効活用して簡易な設備で単位面積当たりの生産量の向上を図るために、鉛直に立てた担体表面に培養液を自然流下させ、その担体表面で微細藻類等の微生物を継続して増殖させ、自然流下した培養液中から連続的に微生物を回収する培養システムが提案されている。このシステムでは、担体表面の薄い水膜が従来法のプール水面に相当し、光（人工光）・炭酸ガス・栄養素を得て光合成がなされる。このシステムを格納したユニットでは、担体一枚で同一面積の水面と同等あるいは以上の培養量を得られ、担体の並列多層装備により同一床面積当たりでプールなどの従来法の１０倍〜２０倍の収穫を期待できる。さらに、前記ユニットを上下に積層することで、床面積当たりで従来手法の１００倍の培養量確保も期待できる。このような培養システムによれば、太陽光の豊富な地域に限られている立地制約も克服でき、極地や地下さらには宇宙空間でも培養可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１５３７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された培養システムでは、微生物の培養速度が遅く、培養開始から微生物を定常的に生産できるようになるまで１カ月近く要するので、生産効率が悪いという問題があった。
本発明は、担体表面及び内部で微生物を効率よく生産できる培養装置、担体、および培養対象回収方法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】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る培養装置は、培養対象を付着させる担体を有する担体部と、前記担体に培養液を供給する供給部と、前記担体から流出する培養液を貯留する貯留部とを備える。前記担体は、基体と、前記基体の表面に複数形成され、各々の先端の前記基体に対する相対位置が変化可能である凸部とを有する。前記担体部は、前記担体を揺動させることにともない前記凸部の前記相対位置を変化させる揺動機構を有する。【０００８】
前記基体は、上下方向に沿うように設けられ、前記凸部の前記先端は、前記凸部の根元よりも下側に位置してもよい。
前記供給部から前記担体に供給された培養液は、前記凸部の根元側から前記先端側に向けて流れるように構成されてもよい。
前記凸部は、前記基体から延びる繊維状部材であってもよい。
前記繊維状部材は、環状部を有してもよい。
前記揺動機構は、前記担体を収容する収容部と、前記収容部内に収容された前記担体に対して超音波振動を付与する超音波振動部とを有してもよい。
前記揺動機構は、前記担体の表面に接触して設けられる接触体と、前記接触体を前記表面に沿って移動させる移動部とを有してもよい。【０００９】
本発明の他の態様に係る培養装置は、培養対象を付着させる担体と、前記担体に培養液を供給する供給部と、前記担体から流出する培養液を貯留する貯留部とを備え、前記担体の単位面積当たりの保水量が０．２ｇ／ｃｍ２以上である。【００１０】
本発明の他の態様は、培養対象を付着させる担体と、前記担体に培養液を供給する供給部と、前記担体から流出する培養液を貯留する貯留部とを備える培養装置に用いられる担体である。この担体は、シート状に形成された基体と、前記基体の表面に複数形成され、各々の先端の前記基体に対する相対位置が変化可能である凸部とを備え、前記凸部の前記先端は、前記凸部の根元よりも下側に位置することが可能である。【００１１】
本発明の他の態様に係る培養対象回収方法は、基体と、前記基体の表面に複数形成され、各々の先端の前記基体に対する相対位置が変化可能である凸部とを有する担体に培養対象を付着させるステップと、前記担体にて培養対象を培養するステップと、前記担体を揺動させることにともない前記凸部における前記相対位置を変化させ、前記担体から培養対象を離間させるステップと、前記担体から離間した培養対象を含む流体を回収するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１２】
前記各態様によれば、担体表面及び内部で微生物を増殖させ、微生物を効率よく生産および回収できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る微生物培養システムを模式的に示した斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る微生物培養システムを模式的に示した側面図である。
【図３Ａ】第２の実施形態における担体の拡大断面図である。
【図３Ｂ】前記担体の突起部の説明図である。
【図４】第２の実施形態におけるハンガーの概略構成図である。
【図５】第２の実施形態における微生物の培養回収方法を示すフローチャートである。
【図６】第３の実施形態における網体振動機構の概略構成図である。
【図７Ａ】網体および担体の拡大図である。
【図７Ｂ】図７ＡにおけるＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線視断面図である。
【図８】第４の実施形態における超音波振動機構の概略構成図である。
【図９】第４の実施形態における振動槽の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の微生物培養システムの実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
［第１の実施形態］
本実施形態に係る培養システム１は、図１又は図２に模式的に示すように、気相中で微生物を培養するためのシステムであって、鉛直方向に配置されたシート状の担体２と、担体２に培養液を供給する培養液供給部３と、担体２の表面を覆うシート体（内側カバー部材）４と、担体２から流出した微生物を含む培養液を貯留する流出液タンク５と、流出液タンク５に貯留された培養液から分離された微生物を収容する収穫容器６と、流出液タンク５に貯留された培養液から分離した培養液を循環させる循環流路７と、担体２、培養液供給部３、シート体４、流出液タンク５及び循環流路７を覆うケース（外側カバー部材）８と、担体２に光を照射する光照射部９と、を備えている。
以下の説明においては、培養システム１の上下方向を単に上下方向という。培養システム１に設けられた担体２の幅方向を単に幅方向という。培養システム１における上下方向および幅方向と交差する方向を単に奥行方向という。
【００１６】
担体２は一定の幅を有する帯状のシートであり、微生物が付着できるとともに、その上方から供給された培養液を内部に浸透させつつ流下させることが可能なもので、単位面積当たりの保水量が０．２ｇ／ｃｍ２以上であると好ましい。本明細書において「保水量」とは、後述の実施例に記載する保水性試験で測定される値（ｇ／ｃｍ２）を意味する。担体２の単位面積当たりの保水量は、０．２５ｇ／ｃｍ２以上であると好ましく、０．３ｇ／ｃｍ２以上であるとより好ましい。担体２の単位面積当たりの保水量の上限は、特に限定されないが、１０ｇ／ｃｍ２以下、８ｇ／ｃｍ２以下、５ｇ／ｃｍ２以下、３ｇ／ｃｍ２以下、１ｇ／ｃｍ２以下などを選択することができる。
担体２の具体例としては、撚糸又は無撚糸のパイル地等が挙げられ、いずれも使用可能であるが、特に、無撚糸のパイル地が好ましい。パイル地の素材としては特に限定されず、具体的には綿、絹、毛、羊毛、および麻などの天然繊維（植物質繊維または動物質繊維）、アクリル、ポリエステル、ナイロン、ビニロン、ポリオレフィン、およびポリウレタン等の合成繊維が挙げられる。パイルとは織り方の種類で、織物の地組織から、ループ状の繊維（輪奈／loop of thread）が縦横に一定間隔毎に突き出て、地組織の表面を覆う織り方を言い、前記輪奈が弾力を有している。パイル地とは、パイル織りされた布地をいう。パイル地の毛足の長さは、特に限定されないが、３ｍｍ〜３０ｍｍとすることができる。担体２としてパイル地を用いると、適切な保水性および排水性が得られ、微生物を輪奈で適度に保持して生育させるとともに、生育した微生物の一部を輪奈から適度にふるい落として排出することができ、効率の良い培養システムを構築できる。
【００１７】
この実施形態の担体２は、長方形のシート状に１枚設けられている。但し、担体２の形態は、平板状に限定されるものではなく、長手方向もしくは幅方向の両端を連結した円筒状や角筒状であってもよい。また、担体２の数は１つに限定されるものではなく、２以上設けられていてもよい。
担体２は、逆Ｕ字状に、すなわち、中央から２つに畳んだ状態でハンガーＨの上端の水平部に掛けられるか、クリップやフック等の留め具を用いて担体２の端部がハンガーＨに固定され、吊り下げて設置されている。
【００１８】
ハンガーＨは、その下端から所望の高さ（例えば１ｍ前後）に担体２を吊り下げられることができるようにした部材であり、担体２を掛ける又は留めるために水平方向に配置された棒状の固定用部材１０と、固定用部材１０の両端を支持する一対の脚部材１１とを備えている。ハンガーＨは、互いに平行な複数の固定用部材１０を有したものであってもよい。
担体２は、上記の方法以外にも、剛性のある枠体等の支持部材に取り付けて自立させたり、後述する培養液供給部３の下方に直接留め具等を設けてこの留め具に吊り下げたりする方法等によって設置してもよい。
【００１９】
後述する培養液供給部３の下方に直接留め具等を設けてこの留め具に担体２を吊り下げた場合には、留め具を担体２に培養液を供給する流路にすることができるとともに、担体２を確実に培養液供給部３の直下に設置することができるため、培養液供給部３とハンガーＨとの位置合わせが不要となる。
【００２０】
この実施形態の培養液供給部３は、培養液を放出して担体２に供給するための水平に配置された管状部材であり、その一部は、不図示の培養液貯留タンク及び養分補給タンクに循環流路７を介して接続されている。培養液供給部３の、担体２の上端と対向する中央部の周壁には、培養液を放出するための供給孔３ａが、軸線方向に一定の間隔をおいて複数形成されている。供給孔３ａは下方に向けて配置され、担体２の上端に培養液を、担体２の幅方向全域に亘ってほぼ均等な含水量となるように、供給する。培養液供給部３は、担体２の数又は配置に応じて、複数配置されていてもよい。
【００２１】
培養液供給部３の培養液の供給能力は、培養液の担体２中の流下速度を５ｍＬ／ｈ／ｍ２以上から３００００ｍＬ／ｈ／ｍ２までとし得るものであることが望ましい。この変動幅は微生物の増殖に応じたものである。たとえば、クロレラにおいては、一体が成長して４分裂し、１６時間でそれぞれが分裂前の大きさに成長する。分裂当初は、養分は少量で足りるが、成長期には十分に与えることが必要である。これにより、微生物の周囲を常に新鮮な培養液で満たして増殖を維持しつつ、微生物を培養液とともに連続して自然流下させることができる。また、随時、培養液の流速を変化させたり、担体２に振動等の衝撃を与えたりすることにより、担体２に付着している微生物層の表層部を強制的に落下させると、下層部の光合成が活発になり増殖し回収量を増加させることができる。
【００２２】
微生物の安定した細胞増殖を維持し、ガス（ＣＯ２）交換をしやすくするために必要な最小限の水分及び／又は養分を与えるためには、微生物の植え付け量にもよるが、例えば、担体２が０．５ｍ２以上のパイル地ではないシート体よりなる場合は、当初は１０００ｍＬ／ｈ／ｍ２以上とし、その後は徐々に増加させ５０００ｍＬ／ｈ／ｍ２の流速で培養液を流すことが必要である。このため、培養液の流速が１５００ｍＬ／ｈ／ｍ２に至るまでは、流速の増加に伴い微生物の流出量も上昇するが、６０００ｍＬ／ｈ／ｍ２以上では流出量の伸びは鈍化する。好ましくは１５００ｍＬ／ｈ／ｍ２以上である。培養液の流速は、担体２の表面の任意の箇所において測定した値である。
【００２３】
流速が大きすぎると、藻類等の微生物が担体２に固着し難くなり、増殖率が低下する、養液相が厚くなりＣＯ２の交換が行い難くなる、又は物理的刺激により藻類等の微生物にストレスがかかる、といった問題が生じる。
【００２４】
担体２が０．５ｍ２以上の撚糸又は無撚糸のパイル地よりなる場合には、担体２の表面を流れる培養液の流速は、１２００ｍＬ／ｈ／ｍ２を超える速度とし、好ましくは５４００ｍＬ／ｈ／ｍ２以上であり、より好ましくは９０００ｍＬ／ｈ／ｍ２以上である。前記流速の上限は、３００００ｍＬ／ｈ／ｍ２以下が好ましく、２７０００ｍＬ／ｈ／ｍ２以下がより好ましく、２４０００ｍＬ／ｈ／ｍ２以下がさらに好ましい。培養液の流速は、前記と同様である。
【００２５】
培養液としては、微生物を通常の方法により培養して、微生物の濃度を高めることが可能な培地の希釈液であれば、特に制限されない。培地としては、例えばＣＨＵ培地、ＪＭ培地、ＭＤＭ培地などの一般的な無機培地を用いることが出来る。さらに、培地としては、ガンボーグＢ５培地、ＢＧ１１培地、ＨＳＭ培地の各種培地の希釈液が好ましい。無機培地には、窒素源としてＣａ（ＮＯ３）２・４Ｈ２ＯやＫＮＯ３、ＮＨ４Ｃｌが、その他の主要な栄養成分としてＫＨ２ＰＯ４やＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏなどが含まれる。培地には、微生物の生育に影響を与えない抗生物質等を添加してもよい。培地のｐＨは４〜１０が好ましい。可能な場合には、各種産業から排出される廃水等も利用してよい。
【００２６】
シート体４は、ビニール、ポリエチレン、ポリエステル等の合成樹脂により形成された透光性を有するシート状の部材である。培養システム１を用いて光合成を行わずに増殖できる微生物を培養する場合は、シート体４の材質は透明である必要はない。
【００２７】
シート体４は、担体２を包み込むように配置された直方体状の袋状をなし、担体２の前面および後面からそれぞれ一定の間隔を空けて平行に配置された長方形状の前面部４ａ及び後面部４ｂと、前面部４ａと後面部４ｂの両側縁同士をつなぐ側面部４ｃ，４ｃと、前面部４ａと後面部４ｂの下端同士をつなぐ底面部４ｄとを有している。
前面部４ａと後面部４ｂは、上端で逆Ｕ字状に折り返されて連続しており、この折り返し部分を培養液供給部３の上に掛けられ、更に不図示の留め具によって培養液供給部３に取り付けられている。
【００２８】
前面部４ａ及び後面部４ｂの折り返し部分と側面部４ｃとの間には、培養液供給部３を通すための挿通孔１５、及び、ハンガーＨの固定用部材１０を通すための挿通孔１６が形成されている。底面部４ｄには、担体２から流下する微生物を含む培養液を流出液タンク５に導く導出孔１７が形成されている。本実施形態では、導出孔１７は細長い略矩形形状（スリット状）をしているが、導出孔１７は、丸孔その他の形状の孔であってもよく、孔の数は単数でも複数であってもよい。培養液を流出液タンク５に導く不図示の導出ノズルが、導出孔１７に取り付けられていてもよい。
【００２９】
シート体４は、ハンガーＨなどの担体２を支持する部材の脚部材１１の下部以外を含めて担体２を上方及び側方から筒状に覆い、下方のみ開口して脚部材１１を突出させかつ培養液を導出できるようにした形態であってもよい。担体２を保温する点、及び、担体２が晒される雰囲気中に炭酸ガスを保持する点、さらに担体２から削り取った収穫物の飛散を防止する点からは、シート体４の内部が密閉もしくはほぼ密閉されていることが好ましい。シート体４は、留め具等により、後述するケース８に固定されていてもよい。
【００３０】
シート体４は担体２の表面の近傍に配置されていることが好ましい。「近傍」とは、本発明においては、シート体４と担体２の表面との離間距離が１〜１０ｃｍの範囲に設置されていることをいう。
この範囲にシート体４を設置することにより、担体２の表面を効果的に保温することができる。シート体４と担体２の表面との距離が１ｃｍ未満であると、少しの揺れや振動でシート体４が担体２の表面に密着する場合があり、密着部分に培養液や気体が充分供給されず、微生物の増殖が遅くなるおそれがある。シート体４と担体２の表面との距離が１０ｃｍを超えると、保温効果が充分得られない場合がある。シート体４と担体２の表面との距離は、より好ましくは、１〜５ｃｍの範囲である。
【００３１】
担体２を複数設けている場合は、それぞれの担体２を覆うようにシート体４を設置してもよいし、複数の担体２をまとめて覆うように一つの大きなシート体４を設置してもよい。
【００３２】
流出液タンク５は、担体２から流出した微生物を含む培養液の貯留槽であり、担体２から流下する培養液を受けられるように、上端が開口した一定深さの箱形状を有する。担体２から流出した微生物を含む培養液は、重力により、流出液タンク５内において微生物を高濃度に含む沈殿物と、微生物を殆ど含まない上清である培養液とに分離される。
【００３３】
収穫容器６は、流出液タンク５で分離された微生物を高濃度に含む沈殿を、流出液タンク５の底から回収して収容する容器である。
【００３４】
循環流路７は、流出液タンク５で分離された培養液（上清液）を回収して再度担体２に供給するためのものである。循環流路７にはポンプＰが設けてあり、これにより回収された培養液を担体２の上方まで汲み上げることができる。汲み上げられた培養液は、再び担体２の上から連続的に供給される。担体２に供給される培養液は、流出液タンク５内で分離された上清であるが、微生物を含んでいてもよい。ポンプＰの手前にストレーナを設け、上清液に含まれる微生物の少なくとも一部をストレーナで漉して回収してもよい。
【００３５】
この実施形態のケース８は箱型をなし、担体２、培養液供給部３、シート体４、流出液タンク５、及び循環流路７の全体を覆う。ケース８は、少なくとも担体２及びシート体４を覆っていれば、他の部材を覆っていることは必須ではない。シート体４及び担体２をケース８によって覆うことにより、保温力が一層高まり、担体２の表面温度を一定に保ちやすくなる。
【００３６】
ケース８の材質は特に限定されず、ガラス、アクリル、ポリスチレン、塩化ビニル等の透明なものが挙げられる。培養システム１を用いて光合成を行わずに増殖できる微生物を培養する場合は、ケース８の材質は透明である必要はない。ケース８内に、シート体４および担体２が複数のセットで設置される場合、流出液タンク５、収穫容器６および循環流路７は、個々のセット毎に装備せず、共通の装備にすることができる。
【００３７】
光照射部９は、担体２に前面から光を照射する部材であり、例えば、光源として板状をなす蛍光灯、有機ＥＬ又はＬＥＤ等を備えており、適宜、増殖に適した波長や光量を有する光を照射する。光照射部９が照射する光の波長は、３８０〜７８０ｎｍの範囲であればよい。赤色光のみで増殖が可能な微生物に対しては、光照射部９は光合成に適した赤色光のみを照射できるとよい。クロレラ等の微生物は赤色光のみで良好に増殖し得る。光照射部９による光の照射は、連続照射でなくとも、１００〜１０，０００Ｈｚの間欠照射光であってもよい。培養システム１を屋外に設置し、太陽光を利用することも可能である。屋内設置のまま、太陽光を導入し、人工光と組み合わせることも有効である。
【００３８】
担体２が円筒状や四角管状である場合、担体２の内周面にも光が照射されるように、担体２の中に棒状等の光照射部９を更に配置してもよい。
【００３９】
図１では、ケース８の外に光照射部９が設置されている態様を示したが、光照射部９はケース８の中に設置されていてもよい。
図１に示す例では、培養システム１に光照射部９が一つ設けられ、担体２の片面全面に光をほぼ均等に照射する。担体２の数に応じて光照射部９が複数設けられていてもよい。担体２と光照射部９とを複数設ける場合、担体２と光照射部９を交互に平行に設置することもできる。その場合、光照射部９が両面発光するものであれば、両側の担体２に光が照射できる。
【００４０】
ケース８内には、１〜４０％程度のＣＯ２を含有する混合空気が充填しており、更にＣＯ２を適宜補充するために、ＣＯ２またはＣＯ２を含む空気を送入可能になっていることが好ましい。この実施形態では、シート体４の下部に外部の炭酸ガス源からＣＯ２を導入する導入ノズル４ｅが設置され、シート体４の上部には内側気体を外へ排気するための排気ノズル４ｆが設置されている。担体２を１〜１０％程度のＣＯ２を含有する混合空気中に保持すれば、多くの微生物に良好に光合成を行わせることができる。シート体４の内側に大気を通気する場合でも、微生物の増殖は、速度は遅くなるが、可能である。
【００４１】
図１に示す培養システム１ではシート体４及びケース８を用いて保温性を高めているが、本発明の微生物培養システムでは、生育に適切な範囲の雰囲気温度と雰囲気ガスを保つことができれば、シート体４及びケース８を用いずに微生物の培養を行うこともできる。
【００４２】
本発明において、培養対象とする微生物は光合成微生物であることが好ましく、その場合、培養システム１は光照射部９を備えていることが好ましい。光合成を行わずに増殖できる微生物を培養する場合や、光合成微生物を屋外で培養する場合は、光照射部９はなくてもよい。
【００４３】
次に、培養システム１の使用方法及び作用について説明する。
培養システム１の使用を開始するには、微生物を付着させた脱脂綿等を担体２の上に載置し、その端部をハンガーＨ等に掛けて、又は、吊り下げて留めておく。微生物の付着方法としては、微生物を担体２に直接滴下あるいは塗布してもよい。担体２の周囲には、担体２の表面から１ｃｍ以上１０ｃｍ以下の範囲で離間した位置にシート体４を設置する。導入ノズル４ｅからＣＯ２または１〜４０％程度のＣＯ２を含む空気を導入し、下から上に向けて流し、排出ノズル４ｆから余剰ガスを排出する。
【００４４】
その上で、培養液供給部３から担体２の表面を５ｍＬ／ｈ／ｍ２以上の速度で流下するように培養液を連続的に供給しつつ、３８０〜７８０ｎｍの波長の赤色光を照射する。この光照射は、微生物の植付の当初は５０μｍｏｌｍ−２ｓ−１程度の弱い光量とし、成長に従って４００μｍｏｌｍ−２ｓ−１程度まで増やす。また、光合成生物は、夜間に分裂をするという特性を有するから、増殖初期には消灯時間を設けることも好ましい。この際、担体２の表面の液温および気温は、３３〜３７℃に設定しておくことが好ましい。
【００４５】
一定時間が経過すると、担体２に培養液が行き渡り、培養液供給部３から更に培養液が供給され、担体２の下端から培養液が流出液タンク５に流下する。微生物が担体２上で徐々に培養されると、担体２に付着していた微生物、又は担体２において培養された微生物は、培養液の流れによって徐々に担体２から流出し、培養液と共に流出液タンク５に流下する。
【００４６】
担体２から流下した微生物は、流出液タンク５内の培養液中で沈殿し、流出液タンク５の下方に設置された収穫容器６に取り込まれる。一方、流出液タンク５内に溜められた、微生物の一部を含む培養液の上清液は、ポンプＰにより汲み上げられ、循環流路７を経由して培養液供給部３に再び送られ、担体２上に繰り返し供給される。
【００４７】
微生物を含む培養液が培養液供給部３に再供給される量に応じて、不図示の培養液貯留タンクからの新しい培養液の供給量が調整される。また、不図示の養分補給タンクから、必要な養分が培養液供給部３に適宜供給され、培養液と共に担体２に放出される。
上記のように微生物の一部は自然に担体２から流下するが、この実施形態では、微生物の分裂成長に応じて、担体２上に定着している微生物層の表層を削り取ってもよい。これにより、下層部の微生物も光合成が活性化され、分裂増殖が始まる。
以上の動作を繰り返すことにより、微生物を連続的に培養しつつ、培養された微生物が収穫される。
【００４８】
本実施形態に係る培養システム１によれば、担体２として単位面積当たりの保水量が０．２ｇ／ｃｍ２以上であるシート、又はパイル地の織物を用いるため、同サイズの従来の培養システムを用いる場合と比べて微生物の生産量が増加し、短期間で定常的に微生物を収穫できるようになり、微生物の生産効率を高めることができる。
【００４９】
なお、本発明は前記実施形態に限られない。例えば、流出液タンク５内に貯留した培養液からの微生物の回収は、ろ過、遠心処理、又は、自然沈降のいずれによってもよい。微生物が細胞外に排出する物質を収穫する場合には、吸着や濃縮等のその他の方法を適用する。
【００５０】
前記実施形態では、縦長の担体が設けられているが、横長の担体を用いてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。
【実施例】
【００５１】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。【００５２】
［保水性試験］
本明細書において、担体の「保水量」は、下記の方法で測定した。
[１]  保水量を測定するサンプルは３ｃｍ×２６ｃｍの大きさで用意し、乾燥重量を測定した。
[２]  十分量の室温（例えば２３℃）の水道水を入れた容器にサンプルを入れて３分間放置し、サンプルに十分に水を含ませた。
[３]  ピンセットを使ってサンプルの長手方向の一端をつまみ、容器からサンプルを鉛直方向に伸ばして取り出し、水面から持ち上げた状態で５秒間静置し、水が垂れ落ちるのを待った。
[４]  水を含んだサンプルの重量を測定した。この時点で水が垂れても、垂れた水を含めた重量を測定した。
[５]  [４]で測定した重量からサンプルの乾燥重量を引き、サンプル１ｃｍ２あたりに含まれる水の量を算出した。
測定は各サンプルにつき５回ずつ行い、平均値を「保水量（ｇ／ｃｍ２）」とした。【００５３】
［実施例１］
図１に示すような培養システム１を用いてクロレラ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｋｅｓｓｌｅｒｉ  １１ｈ）を培養した。担体２としては、幅５０ｃｍ×長さ１２０ｃｍの無撚糸で織りあげたパイル地（保水量：０．３９５ｇ/ｃｍ２）を二つ折りでハンガーＨの固定用部材１０に吊り下げたものを用いた。
担体２を覆うシート体４としては、幅８０ｃｍ×高さ９０ｃｍ×厚さ１．２ｍｍの市販の塩化ビニールシートを用い、担体２の全体と培養液供給部３の一部を覆った。循環流路７の下流側には、ポンプＰ（エーハイム社製商品名「１０４６」）を設けた。ケース８としては、市販のガラスケース（ガラスの厚さ３ｍｍ）を用いた。光照射部９としては、赤色ＬＥＤ（イフェクト社製）を用いた。【００５４】
本培養システム１を用いて、ケース８内に下から上に向けて１０容量％のＣＯ２を含む空気を１．０Ｌ／分程度の速度で導入し、また流出液タンク５内の培養液内にバブリングした。培養液として、植物組織培養培地ガンボーグＢ５を５０倍希釈したものに、ＫＮＯ３を１５０ｍｇ／Ｌの濃度になるように添加して使用した。１０００ｍＬ／ｈの速度で担体２に培養液を供給しつつ、５０μｍｏｌｍ−２ｓ−１の強度の赤色光を担体２に照射しながら、３３〜３７℃でクロレラの培養を行った。培養開始時には、乾燥重量で１５ｇのクロレラを担体２の上に載置した脱脂綿に付着させてから、培養を開始した。【００５５】
培養開始２時間後に、培地の濃度は、ガンボーグＢ５培地１０倍希釈に調整した。翌日から、ガンボーグＢ５培地を１０倍希釈した液に、培地１ＬあたりＫＮＯ３を７５０ｍｇ、栄養補強剤（ガンボーグＢ５培地１０倍希釈に戻すための組成で、ＮａＨ２ＰＯ４：１７ｇ／ｌ、ＭｇＳＯ４：１５ｇ／ｌ、（ＮＨ４）２ＳＯ４：１３ｇ／ｌを含み、グルコースは含まない）：５ｍｌ、及び、ＮＨ４Ｃｌ：５０μｌを添加した培養液で、流出液タンク５の培地を毎日一度交換した。光量は、培養を開始した翌日から１００μｍｏｌｍ−２ｓ−１とした。担体２の表面温度は、培養中一定して３３〜３５℃であった。【００５６】
担体２から流出したクロレラを含む培養液は、流出液タンク５に集めた。流出液タンク５内でクロレラが増殖するのを防ぐため、流出液タンク５は黒い布で覆った。クロレラの回収は、培養開始３日目から１日に１〜３回担体２表面を掻き落とし、流出液タンク５中の培養液を遠心処理して行った。回収したクロレラは培養液に再懸濁し、分光光度計（ベックマン社製、ＤＵ７００）で測定された７３０ｎｍの濁度から乾燥重量を算出した（７３０ｎｍの濁度０．３５＝１ｇＤＷ（乾燥重量）／Ｌ）。また、８０℃で２時間以上乾燥させたクロレラから乾燥重量を求めて前記算出値を校正した。培養の結果、培養開始から５日目で乾燥重量１６９．５６ｇ/ｍ２のクロレラが収穫できた（担体２の１ｍ２あたりで算出）。【００５７】
［実施例２］
担体２として、幅５０ｃｍ×長さ１２０ｃｍの撚糸で織りあげたパイル地（保水量：０．２６７ｇ/ｃｍ２）を用いた以外は、実施例１と同様にクロレラを培養し、乾燥重量を算出した。培養の結果、培養５日目で乾燥重量１５７．０７ｇ/ｍ２のクロレラが収穫できた。【００５８】
［比較例１］
担体２として、幅４５ｃｍ×長さ１６０ｃｍのガーゼ３枚付不織布（保水量：０．１８５ｇ/ｃｍ２）を用いた以外は、実施例１と同様にクロレラを培養し、乾燥重量を算出した。培養の結果、培養５日目で乾燥重量１１２．２１ｇ/ｍ２のクロレラが収穫できた。【００５９】
担体として単位面積当たりの保水量が０．２ｇ／ｃｍ２以上であるパイル地を用いた実施例１及び２では、ガーゼ３枚付不織布を担体に使用した比較例１と比べて、クロレラの生産量が大幅に増えていた。【００６０】
［第２の実施形態］
図３Ａは第２の実施形態における担体２の拡大断面図であり、図３Ｂは突起部２３の説明図である。担体２は、ハンガーＨ１（図４参照）の固定用部材１０に吊り下げられている。
図４は、第２の実施形態におけるハンガーＨ１の概略構成図である。
図５は、第２の実施形態における微生物の培養回収方法を示すフローチャートである。【００６１】
次に、図３Ａ、図３Ｂ、図４、および図５を参照しながら、第２の実施形態について説明をする。以下の説明においては、上記第１の実施形態で説明した構成と同一の部分には同一の符号をつけ、その詳細な説明は省略する。【００６２】
［担体２］
まず、図３Ａおよび図３Ｂを参照しながら、第２の実施形態における担体２について説明をする。この担体２は第１実施形態または後述する他の実施形態においても使用可能である。
担体２は、パイル地により形成される。図３Ａに示す担体２は、繊維により形成された平板状の部分である基体２１と、基体２１の表面から突出する繊維状部材、すなわち起毛部により形成された多数の突起部２３とを有する。図示の突起部２３は、環状部（ループ部）を有する。この突起部２３は、基体２１に固定される根元２３１と、突起部２３における基体２１から最も離間した部分である先端２３３とを有する。例えば、突起部２３は、繊維径１ｍｍであり、基体２１からの突出量（奥行方向長さ、距離Ｌ１参照）が約２０ｍｍである。また、上記第１の実施形態で説明したように、担体２として単位面積当たりの保水量は０．２ｇ／ｃｍ２以上である。【００６３】
図３Ｂに示すように、突起部２３が弾性変形することにともない、突起部２３の先端２３３は根元２３１に対して移動可能である。すなわち、先端２３３は、根元２３１を中心として揺動可能であり（矢印Ｄ１参照）、基体２１に沿う方向（図中、上下および左右方向）に移動可能、かつ基体２１に対して進退する方向（図中、奥行方向）にも移動可能である。【００６４】
図３Ｂに示すように、担体２が吊るされている状態、すなわち基体２１が上下方向に沿って配置されている状態においては、先端２３３が根元２３１よりも下側に位置することが可能である（距離Ｌ２参照）。このように、先端２３３が根元２３１よりも下側に配置された状態で、担体２に培養液が供給されると、培養液が根元２３１側から先端２３３側に向けて流れる（矢印Ｄ２参照）。このように、先端２３３側に向けて培養液が流れるため、培養液および微生物が根元２３１側に滞留することが抑制される。その結果、培養液および微生物の滞留にともない発生し得る、培養液および微生物の腐敗などが抑制される。【００６５】
本実施形態における担体２においては、基体２１に突起部２３を設けることにより、担体２の表面積が大きくなる。このため、担体２の内部あるいは担体２の表面に存在する培養液における、気相と接する領域の面積が大きくなり、担体２の受光面積も大きくなる。これらのことにより、担体２における微生物の成長が促進され得る。【００６６】
担体２の表面積を増加させるためには、本実施形態のように、突起部２３すなわち凸部を担体２に設ける構成に替えて、例えば、多孔体のスポンジのように凹部を設ける構成も想定できる。しかし、この態様においては、スポンジ状に形成された担体の孔が培養液で満たされ、培養液および微生物が孔の内部で滞留することがある。この孔内部の培養液および微生物が排出されない場合には、上記のような培養液および微生物の腐敗などが発生し得る。また、多孔体のスポンジのように凹部を設ける構成は、十分な量の微生物を付着させることができない。一方、本実施形態においては、上記のように凸部である突起部２３を形成することにより、突起部２３の表面を培養液および微生物が流れる。その結果、培養液および微生物の腐敗などの発生が抑制される。【００６７】
先端２３３が根元２３１（基体２１）に対して移動可能であれば、突起部２３の形状は特に限定されない。例えば、突起部２３は、図示の例とは異なり環状に形成されなくてもよい。例えば、突起部２３は、一端が基体２１に支持され、他端が揺動可能である略円柱状、略円錐状、あるいは略角柱状の部材でもよい。例えば、担体２は、シャーリング地により形成されてもよい。シャーリング地は、パイル生地の片面の輪奈の先端を切り落とした生地であり、ループ状の輪奈の代わりに、多数の直線的な繊維が地組織から突出している。シャーリング地の毛足の長さは、特に限定されないが、３ｍｍ〜３０ｍｍとすることができる。【００６８】
［ハンガーＨ１］
次に、図４を参照しながら、ハンガーＨ１について説明をする。ハンガーＨ１は第１実施形態または後述する他の実施形態におけるハンガーとしても使用できる。
図４に示すように、ハンガーＨ１は、水平に配置される棒状の固定用部材１０と、固定用部材１０の両端を支える脚部材１１と、固定用部材１０と脚部材１１との間に設けられる緩衝機構２５と、固定用部材１０に連結され固定用部材１０を振動させるための枠体駆動源２７とを有する。ハンガーＨ１および担体２は、担体部の一例である。枠体駆動源２７は揺動機構の一例である。【００６９】
緩衝機構２５は、固定用部材１０の振動が、脚部材１１へ伝達されることを抑制する。図示の緩衝機構２５は、ばね部材により構成されている。緩衝機構２５としては、ゴムなどの他の弾性体やダンパー等の油圧機構などを用いてもよい。【００７０】
枠体駆動源２７は、固定用部材１０を揺動させる。図示の枠体駆動源２７は、偏心した振動子が設けられた回転軸を回転させることにより振動を発生させる、振動モータで構成されている。枠体駆動源２７としては、エアバイブレータ、音響加振動器などを用いてもよい。振動の周期と強度は、担体２から適度に微生物がふるい落とされる程度に設定される。【００７１】
［培養回収方法］
次に、図３Ａ、図３Ｂ、図４、および図５を参照しながら、第２の実施形態における微生物の培養回収方法（培養対象回収方法）を説明する。以下の説明において、担体２は、ハンガーＨ１の固定用部材１０に吊り下げられているものとする。【００７２】
まず、上記第１の実施形態において説明をしたように、微生物を担体２に付着させる（ステップ５０１）。培養液供給部３（供給部の一例、図１参照）から担体２に培養液を供給しながら光を照射し、担体２において微生物を培養する（ステップ５０２）。次に、枠体駆動源２７を駆動させ固定用部材１０を揺動させることにともない、担体２を揺動させる（ステップ５０３）。詳細は後述するが、担体２の揺動にともない、担体２に付着した培養液および微生物が担体２から離間する。担体２から離間した培養液および微生物を、流出液タンク５（貯留部の一例、図１参照）を用いて回収する（ステップ５０４）。【００７３】
枠体駆動源２７が駆動すると、固定用部材１０に振動が伝達される。図示の例においては、固定用部材１０が上下方向に振動する（矢印Ｄ３参照）。この固定用部材１０の振動にともない、担体２が揺動する。固定用部材１０を上下方向に振動させると、後記のように微生物をふるい落とす効果が高いと考えられる。【００７４】
担体２が上下に揺動すると、基体２１に設けられた突起部２３が上下方向に揺動する。すなわち、突起部２３の先端２３３が上下に揺れて、先端２３３の根元２３１（基体２１）に対する相対位置が変化する。突起部２３の揺れにより、突起部２３の先端２３３から培養液および微生物が振り落とされ、担体２に付着した微生物が担体２から離間する。これにより、担体２上での微生物の過剰な滞留を抑制でき、常に、新しい微生物に栄養と光を供給できる。【００７５】
図示の例においては、固定用部材１０と脚部材１１との間に緩衝機構２５が設けられている。これにより、固定用部材１０が緩衝機構２５から振動を受けたとしても、脚部材１１など他の部材が揺動することが抑制される。脚部材１１など他の部材が揺動することを許容する場合には、緩衝機構２５を設けなくてもよい。【００７６】
枠体駆動源２７を駆動させて担体２を揺動させる際（ステップ５０３）に、培養液の供給を継続してもよいし、停止してもよい。また、枠体駆動源２７を駆動させる際に、シート体４（図１参照）内部を培養液で満たし、担体２を培養液に浸漬させた状態で、担体２を揺動させて微生物をふるい落としてもよい。また、枠体駆動源２７を駆動させて固定用部材１０を移動させる向きは、上下方向に限定されない。例えば、幅方向あるいは奥行方向でもよいし、上下方向、幅方向、あるいは奥行方向の一部または全部の組み合わせでもよい。【００７７】
［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態における網体振動機構３０の概略構成図である。図７Ａは網体３１および担体２の拡大図であり、図７Ｂは図７ＡにおけるＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線視の断面図である。【００７８】
図６、図７Ａ、および図７Ｂを参照しながら、第３の実施形態について説明する。以下の説明においては、上記第１および第２の実施形態で説明した構成と同一の部分には同一の符号をつけ、その詳細な説明は省略する。【００７９】
［網体振動機構３０］
図６に示すように、第３の実施形態においては、担体２の表面を揺動させる網体振動機構３０が設けられる。網体振動機構３０は、担体２の表全面を覆うように設けられる網体３１と、網体３１に連結され網体３１を振動させる網体駆動源３９とを有する。図６においては明瞭化のため網体３１が担体２から離間しているが、網体３１が担体２に搭載されると、網体３１は担体２の外周面と接触する。
接触体の一例である網体３１は、枠部３３と、枠部３３によって支持される格子部３５とを有する。【００８０】
枠部３３は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）などにより構成される金属製の棒状部材により矩形状に形成されており、固定用部材１０に掛けられた担体２の外周に沿う形状とサイズを有する。すなわち、枠部３３は、担体２より一回り大きい長方形状に形成され、長手方向中央部が折り曲げられ、側面視略Ｕ字状に形成されている。枠部３３の材質および寸法は、格子部３５を支持可能な剛性を有するものであれば特に限定されない。【００８１】
格子部３５は、互いに直交（交差）する向きに設けられた縦線３５１および横線３５３を有する。図示の例における縦線３５１は、上下方向に伸びて、所定の間隔で平行に複数並べられている。一方、横線３５３は、幅方向に伸びて、所定の間隔で平行に複数並べて設けられている。格子部３５を構成する縦線３５１および横線３５３は、光照射部９（図２参照）から照射される光を透過可能な線状部材（例えば、テグス）で構成されている。例えば、格子部３５は透明樹脂やガラスにより構成されてもよい。格子部３５が光透過性を有することにより、光照射部９からの光が、格子部３５を構成する縦線３５１および横線３５３を透過し、担体２に到達する。【００８２】
移動部の一例である網体駆動源３９は、例えばラック・アンド・ピニオンと、ラックギアを駆動するモータなどにより構成される。図示の例においては、網体駆動源３９のモータが駆動することにより、網体３１が上下方向に揺動する（矢印Ｄ３参照）。このことにともない、網体３１が突起部２３を振動させる。【００８３】
［網体３１の動作］
次に、図６、図７Ａ、および図７Ｂを参照しながら、網体３１の動作について説明する。網体３１の横線３５３は、上述のように所定の間隔（図７Ａの距離Ｌａ参照）で設けられている。また、網体３１は、網体駆動源３９の駆動力を受けて上下方向に揺動する（往復運動、矢印Ｄ３参照）。すると、網体３１の横線３５３は、横線３５３が延びる方向（幅方向）と交差する方向（上下方向）に揺動する。このとき、上下方向において、１本の横線３５３が通過する領域の長さ、すなわち１本の横線３５３の揺動範囲（図７Ａの長さＬｂ）は横線３５３の間隔（距離Ｌａ）よりも大きい。すなわち、横線３５３は、網体３１が形成する格子の１マス分よりも大きい範囲で往復運動する。例えば、横線３５３は、横線３５３同士の間隔（距離Ｌａ参照）の２倍、すなわち格子の２マス分動くように構成するとよい。このように、各横線３５３が格子の１マス分よりも大きい範囲で上下方向に往復運動することにより、担体２の表面全体を横線３５３が擦ることが可能となる。【００８４】
図７Ｂに示すように、網体３１が担体２に搭載されると、網体３１の横線３５３は、突起部２３の先端２３３よりも基体２１側（距離Ｌｃ参照）に配置されている。担体２に対して培養液が供給され、突起部２３が培養液で濡れている状態において、網体３１の横線３５３は、突起部２３の先端２３３よりも基体２１側に配置される。いわば、格子部３５が突起部２３の間に埋め込まれる配置である。このように突起部２３の間に配置された位置から、格子部３５が移動を開始することにより、格子部３５が突起部２３を確実に押圧することができる。その結果、突起部２３が確実に上下に揺動し、より多くの微生物を担体２から離間させ得る。図６に示すように、担体２の外周面を網体３１が覆うように構成することで、格子部３５が担体２の外周面全体を擦ることが可能となる。【００８５】
図５において説明した微生物の培養回収方法と同様に、第３の実施形態においても微生物の培養および回収が実行される。但し、第２の実施形態とは異なり、担体を揺動させる（図５のステップ５０３）際に、網体振動機構３０が網体３１を揺動させる。この担体２の揺動にともない、微生物が担体２から離間する。【００８６】
担体２に網体３１を搭載した状態で、すなわち格子部３５を突起部２３の間に埋め込んだ状態で、担体２において微生物を培養してもよいし、網体３１を搭載せずに担体２で微生物を培養した後に、担体２を覆うように網体３１を搭載してもよい。【００８７】
上記実施形態では、格子部３５が光透過性を有する材質により形成されると説明したが、これに限定されない。例えば、格子部３５としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成された細い棒状部材（針金）などを用いてもよい。また、格子部３５は、互いに交差する向きに設けられた縦線３５１および横線３５３を有することを説明したが、縦線３５１および横線３５３のいずれか一方のみを有してもよいし、縦線３５１および横線３５３以外の向きに延びる線状部材が設けられてもよい。縦線３５１および横線３５３のいずれか一方のみの場合には、その長手方向と直交する方向に揺動させるとよい。【００８８】
網体駆動源３９としては、ソレノイド、振動モータ、など他の駆動機構を用いてもよい。網体駆動源３９を駆動させる際に、例えばシート体４内部を培養液で満たし、担体２を培養液に浸漬させた状態で、網体３１を揺動させてもよい。網体駆動源３９を駆動させて網体３１を移動させる向きは、上下方向に限定されない。例えば、幅方向あるいは奥行方向でもよいし、上下方向、幅方向、あるいは奥行方向の一部または全部の組み合わせでもよい。【００８９】
［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態における超音波振動機構４０の概略構成図である。図９は、第４の実施形態における振動槽４１の斜視図である。【００９０】
次に、図８および図９を参照しながら、第４の実施形態について説明をする。以下の説明においては、上記第１乃至第３の実施形態で説明した構成と同一の部分には同一の符号をつけ、その詳細な説明は省略する。【００９１】
［超音波振動機構４０］
図８に示すように、第４の実施形態においては、担体２の表面を揺動させる超音波振動機構４０が設けられる。この超音波振動機構４０は、担体２を内部に収容する振動槽４１と、振動槽４１の上方を覆う覆い部材４３と、振動槽４１を振動させる超音波振動体５１を有する。【００９２】
第４の実施形態では、上記第１の実施形態のシート体４（図１参照）に替えて、収容部の一例である振動槽４１が設けられる。図９に示すように、振動槽４１は、略直方体の中空部材であり、上方に開口４７（図９参照）が形成されている。振動槽４１は、例えば、ステンレス鋼により構成される。振動槽４１は、複数の透過窓４５が形成された側面４８を有する。振動槽４１の底部には、振動槽４１内部から培養液および微生物を排出する（矢印Ｄ４参照）排出機構４９が形成されている。各透過窓４５は、光照射部９が備える各ＬＥＤ９１と対向する位置に設けられている。各透過窓４５は、ＬＥＤ９１から照射された光を透過する樹脂により覆われている。透過窓４５は、ＬＥＤ９１から照射された光を透過し、振動槽４１内部に配置される担体２に光を到達させる。【００９３】
覆い部材４３は、振動槽４１の上方に設けられ、開口４７を覆う。このことにより、振動槽４１の内部空間が密閉され、振動槽４１内部の温度や雰囲気の制御が容易になる。この覆い部材４３は、例えばステンレス鋼などの金属や樹脂により構成される。超音波振動部の一例である超音波振動体５１は、振動槽４１の下方に設けられる。超音波振動体５１が発生させる超音波の振動数は特に限定されないが、例えば１０ｋＨｚ乃至１００ｋＨｚである。図示の例においては、超音波振動体５１は、２０ｋＨｚの超音波を発生させる。【００９４】
［超音波振動機構４０の動作］
次に、超音波振動機構４０の動作について説明をする。以下の説明においては、振動槽４１の内部に担体２が収された後、覆い部材４３によって振動槽４１の開口４７が覆われているものとする。第４の実施形態においては、上記図５において説明した微生物の培養回収方法と同様に、微生物の培養および回収が実行される。【００９５】
第４の実施形態においては、上記第２の実施形態とは異なり、担体２を揺動させる（図５のステップ５０３参照）際に、振動槽４１内に培養液が充填され、担体２が培養液に浸漬される。そして、培養液に担体２が浸漬した状態で超音波振動体５１が駆動することで、培養液を介して伝達される超音波が担体２を揺動させる。このことにともない、担体２に付着した微生物が担体２から離間する。微生物を含む培養液が、排出機構４９を介して振動槽４１内から排出され、流出液タンク５（図１参照）に回収される（図５のステップ５０４参照）。【００９６】
超音波振動体５１は、培養液を介して担体２を揺動させることができればよく、例えば振動槽４１の側方や上方に設けられてもよい。超音波振動体５１として、所謂投げ込み型の超音波発生装置を用いてもよい。すなわち超音波振動体５１が、振動槽４１内に設けられる構成であってもよい。超音波振動体５１として、流水式超音波発生装置を用いてもよい。また、超音波を用いる構成に限定されるものではなく、衝撃波など他の波動を用いて担体２を揺動させてもよい。【００９７】
上記実施形態においては、担体２全体が振動槽４１の内部に収容されていたが、これに限定されない。例えば、担体２の一部が振動槽４１の外部に突出する態様であってもよい。担体２が一方向に長い帯状に形成され、この帯状の担体２の一部が振動槽４１の内部に配置される構成であってもよい。帯状に形成された担体２を用いる場合には、担体２を搬送する機構を設けることで、振動槽４１の内部に配置される箇所を変更し、微生物を培養する箇所と、微生物を回収する箇所とを離間させることができる。このように微生物の培養する箇所と、微生物を回収する箇所とを離間させる構成においては、微生物を回収する振動槽４１内部で担体２に光を照射させることが不要となる。したがって、このような構成においては、振動槽４１に透過窓４５を設けなくてもよい。【００９８】
［培養対象］
上記のように培養装置の一例である培養システム１が培養する培養対象は、クロレラやシネコキスティス、スピルリナのような運動性のないあるいは乏しい光合成微生物だけでなく、鞭毛で水中を運動するプランクトン性のユーグレナやクラミドモナス、プレウロクリシスも含まれる。培養システム１の培養対象となる微生物は、きわめて多様である。培養システム１の培養対象となる主な微生物群としては、例えば以下のＡ類、Ｂ類、Ｃ類が挙げられる。【００９９】
まず、Ａ類として、原核生物である真正細菌と古細菌を挙げることができる。
真正細菌には、酸素非発生型の光合成細菌や酸素発生型光合成を行うシアノバクテリア、有機物質を利用する通性嫌気性発酵性細菌と非発酵性細菌、さらに無機栄養細菌、放線菌およびコリネバクテリウム、有胞子細菌を挙げることができる。光合成細菌には、ロドバクター、ロドスピリルム、クロロビウム、クロロフレクサスが挙げられる。シアノバクテリアにはシネココッカス、シネコキスティス、スピルリナ、アルスロスピラ、ノストック、アナベナ、オシラトリア、リングビア、イシクラゲ、スイゼンジノリが挙げられる。【０１００】
通性嫌気性発酵性細菌として大腸菌、乳酸菌が挙げられる。非発酵性細菌としてシュードモナスが挙げられる。無機栄養細菌として水素細菌が挙げられる。放線菌としてストレプトマイセスが、有胞子細菌として枯草菌が挙げられる。古細菌として好熱菌や高度好塩菌が挙げられる。好熱菌としてサーモコッカスが、高度好塩菌としてハロバクテリウムが挙げられる。その他に、グルタミン酸生産菌、リジン生産菌、セルロース生産菌などが挙げられる。【０１０１】
次に、Ｂ類として、真核光合成微生物である微細藻類を挙げることができる。
微細藻類には、緑藻、トレボキシア藻、紅藻、珪藻、ハプト藻、真眼点藻、ユーグレナ、褐虫藻が挙げられる。
緑藻にはクロレラ、セネデスムス、クラミドモナス、ボトリオコッカス、ヘマトコッカス、ナンノクロリス、シュードコリシスティスが、トレボキシア藻としてパラクロレラやココミクサが挙げられる。紅藻として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が、珪藻としてニッチア、フェオダクティルム、キートケロス、タラシオシラ、スケレトネマ、フィツリエラが挙げられる。ハプト藻として、プレウロクリシス、ゲフィロカプサ、エミリアニア、イソクリシス、パブロバが挙げられる。真眼点藻としてナンノクロロプシス、ユーグレナとしてユーグレナが挙げられる。さらに、サンゴの共生藻である褐虫藻としてはシンビオディニウムが挙げられる。【０１０２】
次にＣ類として、非光合成真核生物である菌類を挙げることができる。菌類には酵母菌とコウジカビが挙げられる。また、担子菌類の菌糸培養は培養対象となる。【０１０３】
微生物ではないが、多細胞性海藻のうち、緑藻であるアオサやアオノリ、紅藻であるアサクサノリ、アマノリ、スサビノリ、イワノリ、その他の食用ノリも培養対象となる。さらに、緑色植物であるコケ類も培養対象となる。また、共生生物である地衣類も培養対象となる。微細藻類は、シアノバクテリアを含むものとする。【０１０４】
［その他］
上記のように、本発明は、担体表面及び内部で微生物を増殖する培養システムにおいて、微生物を効率よく生産できる培養システムを提供する。本発明者らは上記課題について鋭意検討した結果、担体として単位面積当たりの保水量が０．２ｇ／ｃｍ２以上であるもの、又はパイル地のものを用いることにより、微生物を効率よく生産できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、以下の態様を含む。
［１]  微生物培養システム（１）であって、気相中に配置して微生物を付着させる担体（２）と、前記担体（２）の上から培養液を供給する培養液供給部（３）と、前記担体（２）から流出した前記微生物を含む培養液を貯留する流出液タンク（５）とを備え、前記担体（２）の単位面積当たりの保水量が０．２ｇ／ｃｍ２以上である。
［２］  微生物培養システム（１）であって、気相中に配置して微生物を付着させる担体（２）と、前記担体（２）の上から培養液を供給する培養液供給部（３）と、前記担体（２）から流出した前記微生物を含む培養液を貯留する流出液タンク（５）とを備え、前記担体の単位面積当たりの保水量が０．２５ｇ／ｃｍ２以上である。
［３］  微生物培養システム（１）であって、気相中に配置して微生物を付着させる担体（２）と、前記担体（２）の上から培養液を供給する培養液供給部（３）と、前記担体（２）から流出した前記微生物を含む培養液を貯留する流出液タンク（５）とを備え、前記担体の単位面積当たりの保水量が０．３ｇ／ｃｍ２以上である。
［４］  前記担体（２）が、パイル地である（１）〜（３）のいずれか一項に記載の微生物培養システム。
［５］  前記担体（２）が、無撚糸で織られたパイル地である［１］〜［３］のいずれか一項に記載の微生物培養システム。
［６］  微生物培養システム（１）であって、気相中に配置して微生物を付着させる担体（２）と、前記担体（２）の上から培養液を供給する培養液供給部（３）と、前記担体（２）から流出した前記微生物を含む培養液を貯留する流出液タンク（５）とを備え、前記担体（２）が、パイル地である。
（７）前記パイル地が、無撚糸で織られたパイル地である［６］に記載の微生物培養システム。
（８）微生物が、微細藻類である［１］〜［７］のいずれか一項に記載の微生物培養システム。
本発明の微生物培養システムは、担体として単位面積当たりの保水量が０．２ｇ／ｃｍ２以上であるもの、又はパイル地のものを用いることにより、従来型の同サイズの微生物培養システムで生産する場合と比べて、微生物の生産量が飛躍的に増え、極めて短期間で定常的に微生物を収穫できるようになるため、従来の方法に比して生産効率を高めることができるという効果を奏する。【０１０５】
上記では種々の実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態や変形例同士を組み合わせて構成してもよい。また、本開示は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本明細書に開示される技術によれば、担体の表面及び内部で微生物を効率よく生産し、かつ、回収できるから産業上の利用が可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  培養システム
２  担体
３  培養液供給部
６  収穫容器
７  循環流路
８  ケース
２１  基体
２３  突起部
２７  枠体駆動源
３０  網体振動機構
３１  網体
４０  超音波振動機構
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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