(57)【要約】  この微生物培養システム（１）は、微生物を付着させる平板状の担体（２）と、担体（２）の上方から担体（２）へ培養液を供給する培養液供給部（３）と、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）とを備える。担体（２）の表面同士が正対するように、又は、角度を成して斜めに向き合うように、担体（２）が複数配置されている。担体（２）同士の間であって担体（２）の配列方向に視て担体（２）の左右方向の外側及び上下方向の外側の少なくとも一部に、光照射部（４）が設置されている。
2019035455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物培養システムであって、
微生物を付着させる平板状の担体と、前記担体の上方から前記担体へ培養液を供給する培養液供給部と、前記担体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とを備え、
前記担体の表面同士が正対するように、又は、角度を成して斜めに向き合うように、前記担体が複数配置され、
配置された前記複数の担体同士の間であって、前記担体の配列方向に視て前記担体の左右方向の外側及び上下方向の外側の少なくとも一部に光照射部が設置されている微生物培養システム。
【請求項２】
前記光照射部が、前記担体の表面に正対するように配置されている請求項１に記載の微生物培養システム。
【請求項３】
微生物が吸収可能な波長範囲の前記担体の表面における光量子束密度が５０μｍｏｌｍ-２ｓ-1以上である請求項１又は２に記載の微生物培養システム。
【請求項４】
前記光照射部として複数のＬＥＤ電球が一列に配置されるとともに、前記担体の表面全体に均一に光量を供給するように調整できるレンズが各電球に対向して配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の微生物培養システム。
【請求項５】
隣り合う２つの担体の前記配列方向に対向し合う側縁同士の間に、前記光照射部が配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の微生物培養システム。
【請求項６】
微生物が、微細藻類である請求項１から５のいずれか一項に記載の微生物培養システム。
【請求項７】
シートを逆Ｕ字状に曲げてつり下げることにより一対の平板状の前記担体が形成され、これら担体の互いに対向し合う両側縁の間であって、前記担体の配列方向に視て前記担体の左右方向の外側及び上下方向の外側の少なくとも一部に、前記光照射部が設置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の微生物培養システム。
【請求項８】
前記担体はそれぞれ上下方向に伸びる矩形状をなし、前記担体は平面視してジグザグ形状をなすように複数配置され、前記ジグザグの谷部に対向する位置であって、前記ジグザグの山部同士を結ぶ仮想面よりも外側に、前記光照射部がそれぞれ配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の微生物培養システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物培養システムに関する。
本願は、２０１７年８月１６日に、日本に出願された特願２０１７−１５７２３７号に基づき優先権を主張し、そ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。【０００５】
しかし、特許文献１に記載された培養システムでは、光エネルギーの伝達効率が悪く、微生物の培養効率が低いという問題があった。【０００６】
この問題に対して、特許文献２では、板状の担体及び板状の光源を互いに平行に複数設置して、光合成微生物を培養する装置が提案されている。この装置では、担体と光源が気相中に交互に配置され、各担体の上方から各担体へ培養液が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１５３７４４号公報
【特許文献２】特開平６−２３３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２に記載の装置では、板状の担体の間に、板状の光源を交互に配置する構成であるため、担体と光源を一組とした単位培養装置（「セル」と称されることもある）の間隔が物理的に制約され、複数セルを並列することで床面積当たりの生産能力を確保しようとしても、実装密度を高めることに限界があった。
また、担体の間に配置された光源が邪魔になって、担体から微生物を回収し難いという課題があった。さらに、担体のほぼ全面と対向する大きな光源を用いているため、使用するエネルギーが過大となるという問題があった。
本発明は、担体及び光照射部の設置効率が良く、担体からの微生物の回収が容易で、よりエネルギー消費が少ない光源で微生物を効率よく生産できる培養システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、下記の構成を有する発明を完成するに至った。
（１）本発明の第１の態様の微生物培養システムは、微生物を付着させる平板状の担体と、前記担体の上方から培養液を供給する培養液供給部と、前記担体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とを備え、前記担体の表面同士が正対するように又は角度を成して斜めに向き合うように、前記担体が複数配置され、配置された前記複数の担体同士の間であって、前記担体の配列方向に視て前記担体の左右の外側及び／又は上下方向の外側に光照射部が設置されている。すなわち、隣り合う前記担体の、微生物を付着される培養面は、対向しあう状態で互いに平行に配置されるか、互いに一定の角度をなして配置されていてもよい。一定の角度とは、例えば、０°以上かつ１２０°以下の角度であってもよい。一定の角度をなして配置される場合には、隣り合う前記担体の互いに近接する側縁同士が接触または一定の隙間を空けて配置されていてもよい。その場合、隣り合う前記担体は、平面視した（上から見た）場合に略Ｌ字状に配置されていてもよいし、前記担体は平面視した場合に全体としてジグザグ状に配置されていてもよい。【００１０】
（２）前記光照射部が、前記担体の表面に正対するように配置されている（１）に記載の微生物培養システム。
（３）微生物が吸収可能な波長範囲の前記担体の表面における光量子束密度が５０μｍｏｌｍ-２ｓ-1以上である、（１）又は（２）に記載の微生物培養システム。光量子束密度は、単位時間に単位面積を通過する光量子の数であり、微生物が特定されない場合には、例えば、一般的に光合成に有効な４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長の光量子束密度（光合成有効光量子束密度：ＰＰＦＤ）を上記値として使用してもよい。【００１１】
（４）前記光照射部は、一列に配列された複数のＬＥＤ電球（またはＬＥＤ、以下同様）を有するとともに、前記担体の表面全体に均一に光量を供給するように調整できる複数のレンズを有し、各レンズが各ＬＥＤ電球に対向して配置されている、（１）から（３）のいずれかに記載の微生物培養システム。
（５）前記担体を前記配列方向に視た場合に、互いに対向する左右少なくとも一方の側縁で挟み込まれる位置に、前記光照射部が配置されている、（１）から（４）のいずれかに記載の微生物培養システム。隣り合う前記担体の互いに対向する側縁の間に、直線状の光照射部が前記側縁と略平行に配置されてもよい。隣り合う前記担体が平面視した場合に略Ｌ字状に配置されている場合には、Ｌ字の谷部と対向する位置に直線状の光照射部が前記側縁と略平行に配置されてもよい。
（６）微生物が微細藻類である、（１）から（５）のいずれかに記載の微生物培養システム。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の微生物培養システムは、床面積に対する担体及び光源の設置効率を高めることができるという効果を奏する。また、本発明の微生物培養システムは、担体からの微生物の回収が容易で、よりエネルギー消費の少ない光照射部で微生物を効率よく生産できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一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】図１をＡ−Ａ線で矢視した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る微生物培養システムの担体と光照射部の配列状態を模式的に示した斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る微生物培養システムの担体と光照射部の配列状態を模式的に示した斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る微生物培養システムの担体と光照射部の配列状態の変形例を模式的に示した平面図である。
【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一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態に係る培養システムは、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、略鉛直方向に配置された担体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に光を照射する光照射部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し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、流出液タンク５及び循環流路７を覆うケース８とを備えている。
【００１６】
この実施形態では、矩形状の柔軟なシートＳを長手方向の中央で逆Ｕ字状に曲げて、平行に垂れ下がった一対の矩形状の部分により、一対の平板状の担体２を形成しており、シートＳの内側または外側の面が培養面とされている。担体２は、微生物を付着できるとともに、上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以上であるものが好ましい。本明細書において前記「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以上がより好ましく、０．３ｇ／ｃｍ２以上がさらに好ましい。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以下などを選択できる。
【００１７】
担体２は、微生物および培養液を保持できる材質であればよく、布、不織布、フェルト、海綿状の材質、その他の多孔質材料であれば使用可能であるが、好ましい具体例としては、撚糸又は無撚糸のパイル地等が挙げられる。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。
【００１８】
この実施形態の担体２は、長方形のシートＳを逆Ｕ字状に曲げて形成されているが、担体２の形態は、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を構成するシートＳの数は１つに限定されるものではなく、２以上を平行に並べて設けられていてもよい。
担体２を構成するシートＳは、逆Ｕ字状に折り曲げて、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ている。クリップやフック等の留め具を用いて、担体２の端部をハンガーＨに固定し、吊り下げて設置されることも可能である。ハンガーＨの上端の水平部の水平方向の幅は、一枚のシートＳが構成する一対の担体２の培養面（対向しあう内面）同士の離間距離を規定する。
【００１９】
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の両端を支持する脚部材１１とを備えている。ハンガーＨは、複数の固定用部材１０を複数平行に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。
【００２０】
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、この留め具で担体２を吊り下げた場合には、留め具を伝わって培養液が担体に流れるため、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とハンガーとの位置合わせが不要となる。
【００２１】
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。
【００２２】
培養液供給部３の培養液の供給能力は、後述する制御装置により、培養液の担体２中の流下速度を５ｍＬ／ｈ／ｍ２以上から３００００ｍＬ／ｈ／ｍ２以下まで調整できることが望ましい。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。
【００２３】
微細藻類等の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、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。培養液の流速は以下の方法で算出することができる。培養中に１０秒間測定し、その間に担体から流れ出た培養液の量を測定する。この操作を３回繰り返し、１時間あたりの培養液量の平均値（ｍＬ／ｈ）を算出する。この値を担体面の面積で割ることにより算出することができる（ｍＬ／ｈ／ｍ２）。
【００２４】
流速が大きすぎると、微細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微細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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
この実施形態の光照射部４は、ＬＥＤ電球（またはＬＥＤ）を一列に並べ、光照射の対象である担体２の表面にほぼ均一に光量を供給するように適切な照射角度を与えるレンズが各ＬＥＤ電球に対向して配置され、前記ＬＥＤ電球および前記レンズが棒状の支持体に固定された直線状の装置であり、適宜、増殖に適した波長や光量を有する光を、対向する担体２の表面のほぼ全域に照射する。
【００２８】
光照射部４が照射する光の波長は、例えば、３８０〜７８０ｎｍの範囲であればよい。赤色光のみで増殖が可能な微細藻類等の微生物に対しては、光照射部４は光合成に適した赤色光のみを照射できるとよい。クロレラ等の微細藻類は赤色光のみで良好に増殖し得る。光照射部４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。
【００２９】
光照射部４は、図２に示すように、担体２を側方から視て、すなわち担体２の配列方向（矢印Ｌ方向）に直交する方向に視て、正対させた２枚の担体２，２の表面間であって、担体２の幅方向（すなわち左右方向）の外側に配置されている。光照射部４と、互いに隣り合う一対の担体２との距離は、ほぼ等しいことが好ましい。光照射部４は、担体２の幅方向の外側すなわち複数の担体２の配列方向（矢印Ｌ方向）に視た場合に、担体２の側縁に重ならないように、かつ、担体２の側縁にできるだけ近い位置に、前記側縁と平行に設置されるとよい。担体２の配列方向に見て、光照射部４が担体２の側縁よりも外側に位置することにより、担体２から微生物を回収する際の作業効率を高めることができる。また、光照射部４が担体２の側縁にできるだけ近い位置にあることにより、担体２に照射される光量の均一性を高めることができる。
【００３０】
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。
【００３１】
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の底からバルブ６Ａを開いて回収して収容する容器である。
【００３２】
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上にはポンプ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。汲み上げられた培養液は再度担体２の上から連続的に供給される。再度担体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。ポンプＰは図示しない制御装置に接続されており、人手によるマニュアル制御または所定のプログラムによる自動流量制御がなされる。
【００３３】
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、流出液タンク５及び循環流路７の全体を覆っている。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。
【００３４】
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。
【００３５】
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を適宜補充すべく送入可能になっていることが好ましく、１〜１０％程度のＣＯ２を含有する混合空気中であれば、多くの微細藻類等の微生物に良好に光合成を行わせることができる。なお、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。
【００３６】
［培養対象］
本発明の培養システムで培養対象とする微生物は特に限定されず、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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、プラシノ藻としてテトラセルミスが挙げられる。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。本発明の培養システムを用いて、例えば、オーランチオキトリウム等の光合成を行わない卵菌類を、有機廃液を用いて培養することも可能である。
【００４２】
本発明においては、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４が必須であるが、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、光照射部４を使用しなくてもよい。
【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、担体２の上に載置しておいた脱脂綿等に微生物を付着させておき、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。微生物の付着方法は、微生物を含む水を担体２に直接滴下あるいは塗布してもよい。ケース８内には、下から上に向けて１〜４０％程度のＣＯ２を含む空気を送入しておく。
【００４４】
その上で、培養液供給部３から担体２中を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、光照射部４より、３８０〜７８０ｎｍの波長の赤色光及び／又は白色光を照射する。この光照射は、微生物の植付当初は５０μｍｏｌｍ−２ｓ−１程度の弱い光量（光量子束密度）とし、成長に従って４００μｍｏｌｍ−２ｓ−１程度まで増量する。また、光合成生物の夜間に分裂をするという特性から、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るので、担体２の下端から培養液が流出液タンク５に流下する。この際、担体２に付着していた又は担体２において培養された微生物が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の培養液中に沈殿し、流出液タンク５の下方に設置されたバルブ６Ａを開いて収穫容器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に再供給され、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たな培養液の供給量が調整され、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、配列する複数の担体２の設置間隔を小さくすることができるため、微生物培養システム１を設置する床面積に対する複数の担体２及び光照射部４の設置密度を高めることができる。
また、微生物培養システム１は、互いに対向するように配置した担体２同士の間であって、担体２の幅方向両外側に棒状の光照射部４を配置したため、担体２の表面において培養された微生物を掻き出す等の場合にも、光照射部４が邪魔にならず、微生物を容易に回収できる。
また、担体２の側部に光照射部４を配置するだけで、担体２の培養面に付着した微生物に、十分に光を照射することができるため、エネルギー効率よく微生物を培養することができる。
【００４９】
また、微生物培養システム１は、複数のＬＥＤ電球が一列に配置され、担体２の表面の大きさにかかわらず、担体２の表面全体に均一に光量を供給するように調整できるレンズが各ＬＥＤ電球の前に配置された光照射部４を用いている。したがって、微生物培養システム１は、担体２の斜め方向から光を照射しても十分な光量を与え、確実に微生物を培養することができる。
【００５０】
上記実施形態では、図３に示すように、正対する一対の担体２を構成するシートＳの内面（培養面）に対応して光照射部４がそれぞれ設置された例を示したが、担体２の外側を向く表面においても微生物を培養できるため、光照射部４は、図１において仮想線で示すように、隣り合う別のシートＳから垂下する各担体２の間にも、更に光照射部４が配置されていてもよい。
また、担体２が３枚以上配置されている場合には、図３に示すように光照射部４と担体２を交互に配置することができる。
【００５１】
担体２が３枚以上配置されている場合、図４に示すように、光照射部４は、担体２の上下方向の外側のいずれか一方又は両方に配置してもよい。光照射部４は、図３に示す態様と図４に示す態様とを合わせた態様としてもよい。すなわち、担体２の左縁および右縁の一方または両方の外側、および上縁および下縁の一方または両方の外側に、光照射部４をそれぞれ配置してもよい。
【００５２】
上記実施形態及びその変形例では、隣り合う担体２の表面が全て平行になるように、すなわち担体２を複数正対させて配列した例を示したが、担体２は互いに正対していなくてもよい。
例えば、図５に示す実施形態では、隣り合う担体２の表面が平行ではなく、平面視した場合に一定の角度を以てＬ字状またはジグザグ状に配置されている。図５に示す実施形態では、隣り合う担体２が平面視して略９０°をなすように配置されている。隣り合う担体２の側端部Ｐ１，Ｐ２は小さな間隔を空けるか、互いに接触して配置されている。
【００５３】
隣接する担体２の側端部Ｐ１，Ｐ２がなすＬ形の谷部と対向する位置に、光照射部４が設けられている。すなわち、谷側の角の二等分線と、担体２の配列方向に視て担体２の左右縁をつなぐ仮想面（図５中一点鎖線で示す）と交差する位置の外側近傍に、光照射部４が設けられている。図５の位置に加えて、あるいは、図５の位置に代えて、谷側の角の二等分線と、担体２の配列方向に視て担体２の上下縁をつなぐ仮想面が交差する位置の外側に、光照射部４を設けてもよい。
【００５４】
複数の担体２及び光照射部４をこのように配列すると、前述した作用、機能及び効果を奏する上に、担体２の表面に対して光照射部４を正対させてより効果的に光を照射することができ、微生物の培養効率を向上させることができるという効果を奏する。「担体２の表面に対して光照射部４を正対させる」とは、光照射部４の少なくとも一部の光が、担体２の表面に対して垂直に照射されるように、光照射部４を配置することを意味する。図５において仮想線で示すように、光照射部４は、前述した位置に複数配置されていてもよい。
【００５５】
他の構成要素についても、本発明は前記実施形態の構成に限られず、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。
担体２は、培養液供給部３と共に、担体２を適度に保温可能なシートに覆われていてもよい。この場合、シート体は、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が好適に用いられる。
【００５６】
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】
【００５７】
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。【００５８】
［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。【００５９】
［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）のシートを二つ折りにして正対させ、ハンガーＨの部材１０から逆Ｕ字状に吊り下げたものを用いた。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４としては、赤色ライン型ＬＥＤモジュール（株式会社イフェクト社製）を用いた。【００６０】
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、それらを上から下に向けて流し、同時に、流出液タンク５内の培地にバブリングした。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た溶液を使用し、１０００ｍＬ／ｈの速度で培養液を供給しつつ、５０μｍｏｌｍ−２ｓ−１の強度の赤色光を図３のように左右方向から照射しながら、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。【００６１】
培地の濃度は、培養開始２時間後にガンボーグＢ５培地１０倍希釈に調整し、翌日から、ガンボーグＢ５培地１０倍希釈に、培地１ＬあたりＫＮＯ３：７５０ｍｇ、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。【００６２】
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も乾燥重量を求めて確認した。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）。【００６３】
［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）を用いて、光源は図３および図４の横方向及び上下方向から光照射した以外は、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。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の微生物培養システムは、床面積に対する担体及び光源の設置効率を高めることができ、担体からの微生物の回収が容易で、エネルギー消費の少ない光照射部で微生物を効率よく生産できるから、産業上の利用が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・微生物培養システム
２・・・担体
Ｓ・・・シート
Ｈ・・・ハンガー
３・・・培養液供給部
３ａ・・・供給孔
４・・・光照射部
５・・・流出液タンク
６・・・収穫容器
７・・・循環流路
Ｐ・・・ポンプ
８・・・ケース
【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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【国際調査報告】
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