(57)【要約】【課題】イネ科植物以外に新たなＰＰＡＲ組成物を抽出する原料を見出し、有効利用容易なＰＰＡＲ組成物を得ること。【解決手段】クラミドモナス属の微細藻類を抽出溶媒により抽出した抽出物を主成分とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラミドモナス属の微細藻類を抽出溶媒により抽出した抽出物を主成分とするＰＰＡＲ活性組成物。
【請求項２】
前記微細藻類がクラミドモナスラインハーディ（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ  ｒｅｉｎｈａｒｄｔｉｉ）である請求項１に記載のＰＰＡＲ活性組成物。
【請求項３】
前記抽出溶媒が、エタノール含有溶媒もしくはアセトン含有溶媒である請求項１または２に記載のＰＰＡＲ活性組成物。
【請求項４】
前記抽出物が、抽出溶媒による抽出後、炭素吸着材に接触処理したものである請求項１〜３のいずれか一項に記載のＰＰＡＲ活性組成物。
【請求項５】
クラミドモナス属の微細藻類を含む微細藻類培養槽を設けて、微細藻類培養槽内の微細藻類に炭酸ガスを含有するガスを爆気するとともに、栄養源を供給しながら光照射して、水素を生産するとともに前記微細藻類を増殖させ、増殖した微細藻類を微細藻類培養槽から取り出し、取り出した微細藻類から抽出溶媒により抽出してＰＰＡＲ活性組成物を得る微細藻類抽出槽を設け、微細藻類抽出槽から発生する抽出残差をメタン発酵してバイオガスを得るメタン発酵槽を設けたエネルギー生産設備。
【請求項６】
前記炭酸ガスを含有するガスがコジェネレーション装置からの排ガスであり、前記栄養源が下水処理設備の汚水であるエネルギー生産設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペルオキシソーム増殖剤応答性受容体（ｐｅｒｏｘｉｓｏｍｅ  ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｏｒ−ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｒｅｃｅｐｔｏｒ：ＰＰＡＲ）活性組成物を利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＰＡＲは、ステロイド受容体、レチノイド受容体やサイロイド受容体等と同様、核内受容体スーパーファミリーに属するリガンド依存性の転写因子であり、これまでに組織分布を異にする三種のアイソフォーム（α型、δ（またはβ）型、γ型）がヒトをはじめ種々の動物種で同定されている（非特許文献１を参照）。この内ＰＰＡＲαは、脂肪酸の異化能の高い肝臓や腎臓、骨格筋等に発現しており、特に肝臓において高発現が認められ（非特許文献２を参照）、脂肪酸の代謝や細胞内輸送に関連する遺伝子（たとえば、アシルＣｏＡ合成酵素、脂肪酸結合タンパク質やリポ蛋白リパーゼなど）およびコレステロールや中性脂質の代謝に関連するアポリポ蛋白（ＡＩ、ＡＩＩ、ＣＩＩＩ）遺伝子の発現を正または負に制御している。ＰＰＡＲδは、神経細胞を中心として生体内各組織に普遍的に発現している。現時点ではＰＰＡＲδの生理的意義については不明である。ＰＰＡＲγは、脂肪細胞に高発現していて脂肪細胞の分化に関与している（非特許文献３を参照）。このようにＰＰＡＲの各アイソフォームは特定の臓器や組織において特異的な機能を果たしている。
【０００３】
このようなＰＰＡＲ活性組成物が、イネ科植物に含有されていることは知られており、具体的にモロコシ属植物に含まれているＰＰＡＲ活性組成物の抽出物は特許文献１に記載されている。ところが、一般に、同じ科に属する植物であっても、属が異なる植物が、同種の活性物質を生産するとしても、その活性物質が、他の属の植物から得られた活性物質と同等の活性を有するとは限らず、また、何らかの要因で活性が阻害されている場合もありえる。そのため、このような活性物質を探索する場合には、植物ごとに特有の抽出手法、分離手法を開発しなければならないことも多く、容易に活性物質を開発することができるわけではない。
【０００４】
そこで、本発明者らは、簡易な手法で効率よく得ることができるペルオキシソーム増殖剤応答性受容体（ＰＰＡＲ）活性組成物を提供することを目的としてサトウキビ由来のＰＰＡＲ組成物を先に見出している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１６１６５６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９３９８７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，  １９９２年，  ８９巻，  ４６５３〜４６５７頁
【非特許文献２】Ｅｎｄｏｃｒｉｎｏｌｏｇｙ，  １９９６年，  １３７巻，  ３５４〜３６６頁
【非特許文献３】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｐｉｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  １９９６年，  ３７巻，  ９０７〜９２５頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２の構成のように、ＰＰＡＲ組成物には、阻害物質が含まれ、ＰＰＡＲ組成物の活性が抑制されていることもあり、この阻害物質の低減等により、ＰＰＡＲ組成物の活性を向上することが求められることもある。すなわち、既知のＰＰＡＲ組成物を活用する場合に、抽出されたＰＰＡＲ組成物をそのまま用いるわけにはいかず、他に種々の付随操作を伴って初めて、活性の高いＰＰＡＲ組成物を有効利用できるというのが現状である。そのため、さらに簡便に活性の高いＰＰＡＲ組成物を得られるＰＰＡＲ組成物原料の探索も必要になっている。
【０００８】
また、植物からＰＰＡＲ組成物を抽出した場合、抽出後の植物は廃棄されることになるが、抽出溶媒を含んだ状態の植物廃棄物は、そのまま廃棄することもできず、さらに他に有効利用することが求められている。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、イネ科植物以外に新たなＰＰＡＲ組成物を抽出する原料を見出し、有効利用容易なＰＰＡＲ組成物を得る点にあり、さらに、ＰＰＡＲ組成物の抽出をエネルギー効率よく行えるエネルギー生産設備を得る点にもある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的のため本発明者等は、鋭意研究の結果、クラミドモナス属の微細藻類を抽出溶媒により抽出した抽出物にはＰＰＡＲ活性物質が含まれていることを明らかにした。
【００１１】
〔構成１〕
そこで、上記課題を解決するための本発明の特徴構成は、クラミドモナス属の微細藻類を抽出溶媒により抽出した抽出物を主成分とする点にある。
【００１２】
〔作用効果１〕
上述の新知見により、イネ科植物以外のＰＰＡＲ組成物原料としてとして、クラミドモナス属の微細藻類を用いることができることが明らかになった。そしてその抽出溶媒による抽出物をＰＰＡＲ組成物として得ることができるから、ＰＰＡＲ組成物を有効に利用できる形態を提供することができた。
【００１３】
この構成において抽出されるＰＰＡＲ活性物質は、ＰＰＡＲα、ＰＰＡＲβ、ＰＰＡＲγいずれも含むことがわかっている。ＰＰＡＲβの生理活性が現状でわかっていないとしても、これら物質は医薬品、機能性食品成分として有効に機能すると考えられるもので、利用性が高い。
【００１４】
なお、本発明でいうＰＰＡＲ活性物質とは、ＰＰＡＲのリガンド結合領域に結合する能力（活性）を有する化合物を含む物質であり、ＰＰＡＲ活性組成物とは、このような物質を成分として含有し、上記活性を備えた組成物をさす。ＰＰＡＲリガンド活性は、たとえば、ＰＰＡＲリガンド結合領域とＧＡＬ４との融合タンパクに対する結合をルシフェラーゼの発現で評価するレポーター・アッセイ（Ｃｅｌｌ，１９９５年，８３巻，８０３〜８１２頁）や、ＰＰＡＲリガンド結合領域を含むタンパクを用いたコンペティション・バインディング・アッセイ（Ｃｅｌｌ，１９９５年，８３巻，８１３〜８１９頁）などにより測定することができる。これらのアッセイにおいて、サンプルの活性は一般に溶媒対照と比較し、溶媒対照よりも高い活性を示し、なおかつ用量依存性が認められるサンプルを「ＰＰＡＲ活性あり」と評価する。
【００１５】
また、抽出方法は、特に限定されないが、溶媒抽出、水蒸気蒸留、超臨界抽出技術を用いた二酸化炭素による抽出など種々抽出操作を用いることができる。さらに、当該抽出物は、精製して用いることもできるが、飲食品や医薬品として不適当な不純物を含有しない限り、抽出液のまま、または粗抽出物あるいは半精製抽出物のような形態で使用できる。
【００１６】
また、本願発明で使用する微細藻類は、水中を漂って光合成によって生育する顕微鏡サイズの植物プランクトンを含む藻類であり、真性細菌であるシアノバクテリアおよび真核生物で単細胞または群体を作るものを指す。例えば、光合成を行う微細藻類であって、曝気槽の内部壁面などに着生しない微細藻類であるユーグレナ藻が挙げられる。ユーグレナ藻は鞭毛虫の一群で、運動性のある藻類としてミドリムシ等を含む単細胞真核藻類のグループに含まれる。このように、ユーグレナ藻は運動性のある藻類なので、曝気槽の内部壁面や処理汚水の流路壁面などに着生するものではない。従って、着生による処理汚水の流路などの閉塞を発生することはなく、光合成を行う際に、処理汚水中の富栄養環境において、窒素やリンを取り入れて増殖するので、処理汚水が浄化される。
【００１７】
〔構成２〕
上記構成において微細藻類がクラミドモナスラインハーディ（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ  ｒｅｉｎｈａｒｄｔｉｉ）であってもよい。
【００１８】
〔作用効果２〕
微細藻類としてクラミドモナスラインハーディを用いると、一般的な下水処理設備で取り扱う廃水を栄養源として増殖させることができ、また、増殖させるに伴って、水素を生産させ、さらに別のエネルギー供給が可能となるので好ましい。また、微細藻類は、液状のまま取り扱えるので、取り扱い容易で、特に、上記生育形態をとることができるクラミドモナスラインハーディを用いると、連続的にＰＰＡＲ組成物供給する形態を採用しやすいという点でも有利である。
【００１９】
〔構成３〕
また、前記抽出溶媒が、エタノール含有溶媒もしくはアセトン含有溶媒とすることができる。
【００２０】
〔作用効果３〕
前記抽出溶媒としては、抽出効率の面から、エタノール、アセトン、クロロホルム、塩化メチレン、酢酸エチル等種々の溶媒を用いることが考えられるが、微細藻類の生育環境に影響を与えにくく、また、ＰＰＡＲ組成物抽出後の微細藻類廃液を廃棄する際の利便性を考慮すると、環境に影響を与えにくいエタノール含有溶媒もしくはアセトン含有溶媒とするのが好ましい。
【００２１】
〔構成４〕
また、前記抽出物が、抽出溶媒による抽出後、炭素吸着材に接触処理したものであることが好ましい。
【００２２】
〔作用効果４〕
ＰＰＡＲ組成物にはいわゆる阻害物質が含まれていることが多く、ＰＰＡＲ組成物の活性を十分に活用できない一因となっている。そこで、ＰＰＡＲ組成物を炭素吸着材に接触処理すると、炭素吸着材は、ＰＰＡＲ組成物中のＰＰＡＲ活性の高い物質を吸着せず、阻害物質を優先して吸着すると考えられるから、ＰＰＡＲ組成物中の阻害物質を選択的に除去することができる。そのため、ＰＰＡＲ組成物を活性の高いものとすることができる。
【００２３】
〔構成５〕
また、本発明のエネルギー生産設備の特徴構成は、
クラミドモナス属の微細藻類を含む微細藻類培養槽を設けて、微細藻類培養槽内の微細藻類に炭酸ガスを含有するガスを爆気するとともに、栄養源を供給しながら光照射して、水素を生産するとともに前記微細藻類を増殖させ、増殖した微細藻類を微細藻類培養槽から取り出し、取り出した微細藻類から抽出溶媒により抽出してＰＰＡＲ活性組成物を得る微細藻類抽出槽を設け、微細藻類抽出槽から発生する抽出残差をメタン発酵してバイオガスを得るメタン発酵槽を設けた点にある。
【００２４】
〔作用効果５〕
上記構成によると、微細藻類培養槽で微細藻類を培養するだけでなく、水素生産を行い、エネルギー源として供給可能となる。この状態で微細藻類培養槽内の微細藻類が増殖するので、増殖した微細藻類を順次取り出して有効利用することができる。微細藻類抽出槽では、取り出された微細藻類を抽出溶媒により抽出することにより、ＰＰＡＲ組成物を得ることができる。この抽出操作は、微細藻類培養槽における培養液をそのまま用い、微細藻類抽出槽にて自然濾過作用により固液分離しつつ、抽出溶媒に接触させることができるが、遠心分離等、別途固液分離する手段を有していてもよい。また、ＰＰＡＲ組成物を回収した後の抽出残差は、バイオマスであるので、メタン発酵に供することができ、ここで、メタン発酵させてメタンガスをエネルギー源として供給することができるようになる。
【００２５】
すなわち上記構成によると、微細藻類の培養過程で水素ガスをエネルギーとして供給することができるとともに、ＰＰＡＲ組成物回収後にメタンガスをエネルギーとして供給することができ、微細藻類の有効利用が果たされ、効率の良いエネルギー供給が行えることになる。
【００２６】
〔構成６〕
尚、上記構成において、前記炭酸ガスを含有するガスをコジェネレーション装置からの排ガスとすることができ、前記栄養源を下水処理設備の汚水とすることができる。
【００２７】
〔作用効果６〕
上記構成において、微細藻類培養槽では、微細藻類培養のための栄養源と、炭酸ガス、光が必要になる。これにより、微細藻類が光合成を行い、水素を生産するのであるが、下水処理施設の曝気槽のように、栄養源としての汚水に太陽光が入光し、且つ排ガスを投入する状態で、その曝気槽を微生物培養槽として光合成を行なう微細藻類を汚水内で培養することができる。そのため、微細藻類は曝気槽の処理汚水内で、処理汚水と、排気ガス中の炭酸ガスと、太陽光を利用して光合成を行なうことができ、これにより、炭酸ガスを固定化することができる。
また、通常、下水処理施設の曝気槽は、数千立方メートル以上にも及ぶ容積を有するため、大量の微細藻類を処理汚水中に培養して増殖させることが可能となるため、より多くの炭酸ガスを固定化することができる。さらに、微細藻類は処理汚水に含まれる窒素およびリンなどの養分を吸収して増殖するので、処理汚水の浄化が促進される。
【００２８】
ここで、たとえば、エネルギー生産設備にコジェネレーション装置が隣接している場合など、そのコジェネレーション装置からの排ガスを微生物培養槽に供給される排ガスとして用いることができる。すると、炭酸ガスは、コジェネレーション装置から安定的に供給することができるようになる。また排ガス中の炭酸ガスは大気中に放出されることなく微細藻類として固定化される。また、発酵槽で回収されるメタンガスは、コジェネレーション装置に供給することができるので、効率よくエネルギー生産、消費が図られる合理的な構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２９】
したがって、サトウキビ廃材代替原料として微細藻類を用い、効率よくＰＰＡＲ活性成分を得ることができ、メタボリックシンドローム改善の健康食品や飲料および医薬品としての活用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】各検体のＰＰＡＲα活性を示すグラフ
【図２】各検体のＰＰＡＲδ活性を示すグラフ
【図３】各検体のＰＰＡＲγ活性を示すグラフ
【図４】エネルギー生産設備の概略図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明のＰＰＡＲ活性組成物を説明する。なお、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００３２】
〔ＰＰＡＲ活性組成物の抽出〕
微細藻類クラミドモナス  ラインハーディ  ダンゲアド（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ  ｒｅｉｎｈａｒｄｔｉｉ  Ｄａｎｇｅａｒｄ）（ＮＩＥＳ−２２３５）の培養液を、遠心洗浄して沈渣を回収し、微細藻類試料とした。
【００３３】
前記微細藻類試料を水、エタノール、アセトンにより抽出した。
【００３４】
（１）水による抽出
微細藻類試料９．７５ｇ（湿重量）をＮａＣｌ水（０．９ｗ／ｖ％、滅菌済），１１ｍｌに懸濁させた。これを超音波処理（Ｖｉｂｒａ  Ｃｅｌｌ，  Ｓｏｎｉｃｓ  ＆  Ｍａｔｅｒｉａｌ  ｉｎｃ．を用い、Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ：４０，  Ｐｕｌｓｅｒ：１で３分×３回、以下の超音波処理も同条件）して微細藻類試料中のＰＰＡＲ組成物を溶出させた。これを遠心分離（３９，８００×ｇ，  ２０ｍｉｎ．，  ４℃、以下の遠心分離も同条件）により固液分離し、上清１５ｍＬを得た（回収操作時に上記ＮａＣｌ水を用い、最終濃度０．７８ｗ／ｖ％となった。以下の操作においても適宜上記ＮａＣｌ水を用いる）。
【００３５】
この上清を限外ろ過膜（Ａｍｉｃｏｎ  Ｕｌｔｒａ  ３０Ｋ）を用いてろ過濃縮し（約０．２ｍＬ）、濃縮乾固してサンプル１とした。
サンプル１とともに得られたろ液を限外ろ過膜（Ａｍｉｃｏｎ  Ｕｌｔｒａ  ３Ｋ）を用いてろ過濃縮し（約０．８ｍＬ）、濃縮乾固してサンプル２とした。
サンプル２とともに得られたろ液（役１０ｍＬ）を濃縮乾固してサンプル３とした。
【００３６】
（２）エタノール抽出
微細藻類試料９．４４ｇを９９．５％エタノール，１３．７５ｍｌに懸濁させた。これを超音波処理して微細藻類試料中のＰＰＡＲ組成物を溶出させた。これを遠心分離により固液分離し、上清１９．５ｍＬを得た（回収操作時に上記エタノールを用い、最終濃度７５ｖ／ｖ％となった。以下の操作においても適宜上記エタノールを用いる）。
【００３７】
上記上清を濃縮乾固したものを７５ｖ／ｖ％エタノール２ｍｌに再溶解した。これを１ｍｌ採取し、エバポレーターにて濃縮乾固してサンプル４とした。
また、残り１ｍｌを、グラファイトカーボン（５９８２−４４８２，  ＳａｍｐｌｉＱ  Ｃａｒｂｏｎ  ＳＰＥ，  ＡｇｉｌｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ），０．７５ｇをパッキングしたオープンカラムにより脱吸着処理して、得られた溶液をエバポレーターにて濃縮乾固し、サンプル４−２とした。
【００３８】
（３）アセトン抽出
微細藻類試料９．０８ｇを９９．９％以上の純アセトン，１１．５ｍｌに懸濁させた。これを超音波処理して微細藻類試料中のＰＰＡＲ組成物を溶出させた。これを遠心分離により固液分離し、上清１８ｍＬを得た（回収操作時に上記アセトンを用い、最終濃度７０ｖ／ｖ％となった。以下の操作においても適宜上記アセトンを用いる）。
【００３９】
上記上清を濃縮乾固したものを７０％アセトン２ｍＬに再溶解した。これを１ｍｌ採取し、エバポレーターにて濃縮乾固してサンプル５とした。
また、残り１ｍｌを、前記グラファイトカーボン，０．７５ｇをパッキングしたオープンカラムにより脱吸着処理して、得られた溶液をエバポレーターにて濃縮乾固し、サンプル５−２とした。
【００４０】
〔ＰＰＡＲ活性の測定〕
サンプル１〜５−２にそれぞれＤＭＳＯを一定量加えて穏やかに撹拌し、室温下に数時間静置した。ついで試料を遠心分離（ＧＩＬＳＯＮ，ＧｍＣＬａｂ）し、上清を回収して評価用試料とした。この評価用試料をアッセイ系当たりの終濃度として１／３０００、１／１０００、１／３００、１／４０倍になるように調整し、計２８検体を作成した。これらの検体のＰＰＡＲ活性を、核内受容体・コファクターアッセイシステムであるＥｎＢｉｏ  ＲＣＡＳ  ｆｏｒ  ＰＰＡＲα、ＥｎＢｉｏ  ＲＣＡＳ  ｆｏｒ  ＰＰＡＲδおよびＥｎＢｉｏ  ＲＣＡＳ  ｆｏｒ  ＰＰＡＲγ（いずれも藤倉化成株式会社製）を使用して測定した。その結果、各検体のＰＰＡＲ活性は図１〜３のようになった。
【００４１】
図１〜３より、各検体にはＰＰＡＲα活性物質が含まれており、ＰＰＡＲδ活性物質、ＰＰＡＲγもある程度含まれていることがわかる。また、水、エタノール、アセトンのいずれを用いてもＰＰＡＲ組成物が抽出できることも分かる。また、図１より、ＰＰＡＲαは、３Ｋ未満の低分子量領域に多く含まれているが、３０Ｋ以上の領域にも活性が見られた。
【００４２】
また、サンプル４と４−２、５と５−２を比較するとグラファイトカーボンカラムで処理することにより、ＰＰＡＲ活性はいずれも向上しており（特に高濃度の検体において顕著である）、活性阻害物質がグラファイトカーボンカラムにより除去され、より高活性なＰＰＡＲ組成物を得るために有効であることも分かった。
【００４３】
〔エネルギー生産設備〕
以下、本発明に係るエネルギー生産設備を、図面に基づいて説明する。図４に示す本発明の実施形態に係るエネルギー生産設備としての下水処理施設１は、炭酸ガスを含む排気ガスＥを排出するコジェネレーション装置２と、下水道管から処理汚水Ｗが流入する沈砂池６と、処理汚水Ｗを曝気する曝気槽３と処理汚水Ｗ中の汚泥を回収する第１沈殿槽４および第２沈殿槽５とを有する。
そして、図４に示すように、下水道管から下水処理施設１に流入した処理汚水Ｗは、沈砂池６、第１沈殿槽４、微細藻類培養槽としての曝気槽３、第２沈殿槽５の順に流動して、第２沈殿槽５の上澄みの処理汚水Ｗが、処理が完了した処理完了水として、塩素消毒などの後に河川等に流出する。また、第２沈殿槽５には微細藻類抽出槽５１が接続されている。
【００４４】
この沈砂池６では、処理汚水Ｗに含まれる大きなゴミや土砂類Ｇが沈殿する。そして、沈砂池６を出た処理汚水Ｗは、第１沈殿槽４に流入する。第１沈殿槽４では、比較的沈みやすい第１沈殿汚泥Ｓ１が沈殿する。その後、処理汚水Ｗが曝気槽３に流入する。曝気槽３内では活性汚泥と呼ばれる好気性微生物を処理汚水Ｗ中にエアレーションによって混合して、処理汚水Ｗ中の溶解・浮遊性有機物を酸化分解する。さらに、処理汚水Ｗ中に微細藻類８が投入されて、この微細藻類８が光合成を行なうことで曝気槽３に供給される炭酸ガスが微細藻類８に固定化される。
【００４５】
その後、処理汚水Ｗは第２沈殿槽５に流入して、第２沈殿槽５で微細藻類８を含んだ活性汚泥Ｓ２（汚泥に相当）を沈殿させて、上澄みの処理汚水Ｗを処理が完了した処理完了水として、塩素消毒などの後に河川等に流出させる。一方、ここで沈殿した活性汚泥Ｓ２の一部は、曝気槽３に戻されて、処理汚水Ｗ中の溶解・浮遊性有機物を酸化分解するために使用される。
【００４６】
曝気槽３について説明する。処理汚水Ｗが流入する曝気槽３は、処理汚水Ｗに太陽光Ｔを入光させる太陽光入光手段と、排気ガスＥを投入する排気ガス投入手段とを備えており、太陽光入光手段により曝気槽３の処理汚水Ｗに太陽光Ｔが入光し、且つ排気ガス投入手段により排気ガスＥが曝気槽３に投入される投入状態で、光合成を行なう微細藻類８を培養可能に構成されている。
本実施形態においては、曝気槽３の上部が開放状態とされて、処理汚水Ｗに太陽光Ｔを入光させる構成としているので、この上部開口３ａが太陽光入光手段を構成している。
【００４７】
また、曝気槽３には、処理汚水Ｗを好気状態に保って、処理汚水Ｗ中の有機物を活性汚泥によって酸化分解するために、処理汚水Ｗ中に空気Ａを散布するディフューザ７が設けられている。このディフューザ７は、曝気槽３の内側底部の全面に設けられており、ガス供給管１５ａから供給される空気Ａを曝気槽３の処理汚水Ｗの全域に散布する全面エアレーション式とされている。
そして、ディフューザ７により散布した空気Ａを曝気槽３から排出させるため、曝気槽３の上部が開放された状態とされているので、その上部開口３ａを太陽光入光手段としても利用することで太陽光Ｔを曝気槽３内に入光させることができる。通常、下水処理施設１の曝気槽３は、数千立方メートル以上にも及ぶ容積を有するため、大量の微細藻類８を処理汚水Ｗ中に培養して増殖させることが可能となるため、より多くの炭酸ガスを固定化することができる。
【００４８】
また、ディフューザ７に接続されたガス供給管１５ａに、空気Ａに加えて排気ガス供給管１５ｂによってガス供給管１５ａに供給されるコジェネレーション装置２の排気ガスＥを供給することで、このディフューザ７を排気ガス投入手段として利用することができ、ディフューザ７により空気Ａと排気ガスＥとを同時に処理汚水Ｗ中に散布することができる。このように、高温の排気ガスＥを低温の空気Ａと混合することで、処理汚水Ｗ中に温度が低下した排気ガスＥを供給することができ、後述する処理汚水Ｗ中の微細藻類８に高温による悪影響を与えずに炭酸ガスを供給することができる。よって、下水処理施設１に既設の設備を使用して微細藻類８に排気ガスＥの炭酸ガスを供給して微細藻類８を培養することができる。
【００４９】
このように、曝気槽３の上部開口３ａより処理汚水Ｗに太陽光Ｔが入光し、且つディフューザ７により処理汚水Ｗに排気ガスＥが散布されるように構成されるので、曝気槽３内に投入された微細藻類８は、処理汚水Ｗと、排気ガスＥ中の炭酸ガスと、太陽光Ｔを利用して光合成を行なうことができる。これにより、微細藻類８によって炭酸ガスを固定化することができる。さらに、微細藻類８は処理汚水Ｗに含まれる養分である窒素やリンを吸収する状態で培養されて増殖するので、処理汚水Ｗが浄化されるとともに、増殖した微細藻類８によって、より多くの炭酸ガスを固定化することができる。
【００５０】
次に、微細藻類８について説明する。本願発明で使用する微細藻類８は、光合成を行う微細藻類８であって、曝気槽３の内部壁面などに着生しない微細藻類８であり、例えば、ユーグレナ藻が挙げられる。ユーグレナ藻は鞭毛虫の一群で、運動性のある藻類としてミドリムシ等を含む単細胞真核藻類のグループである。ユーグレナ藻は運動性のある藻類なので、曝気槽３の内部壁面や処理汚水Ｗの流路壁面などに固着するものではない。従って、処理汚水Ｗの流路などの閉塞を発生することはなく、下水処理施設１の機能を阻害することはない。また、このユーグレナ藻は、光合成を行うに伴って、処理汚水Ｗ中の富栄養環境において、窒素やリンを取り入れて増殖するので、処理汚水Ｗが浄化される。
一方、例えば、アオノリやワカメなどに代表される海藻類では、根状の部分が岩などに固着するとともに、葉状部を水中に伸ばし、特にワカメなどの褐藻類では、１ｍを超えるような大型種であるので、処理汚水Ｗの流路壁面に固着するとともに、その大きさも伴って処理汚水Ｗの流路の閉塞などを発生する可能性があるので、本願発明で使用する微細藻類８として適するものではない。
【００５１】
第２沈殿槽５について説明する。第２沈殿槽５は、曝気槽３の処理汚水Ｗの流れの下流側に位置している。微細藻類８と活性汚泥が混合された処理汚水Ｗは、曝気槽３から流出して第２沈殿槽５に流入する。そして、微細藻類８を含んだ活性汚泥Ｓ２（汚泥に相当）が底部に沈殿する。第２沈殿槽５の底部には汚泥輸送管１０ａおよび汚泥戻し管１０ｂが接続されており、沈殿した活性汚泥Ｓ２の一部は、上述の如く、汚泥戻し管１０ｂによって曝気槽３に戻されて、処理汚水Ｗ中に混合されて再び使用される。
【００５２】
微細藻類８を含んだ活性汚泥Ｓ２のさらに一部は、固液分離膜を備えた脱水器１６で脱水されたのち、微細藻類抽出槽５１に輸送される構成となっている。残りの活性汚泥Ｓ２は前記汚泥輸送管１０ａによってメタン発酵装置９に輸送される。
【００５３】
微細藻類抽出槽５１は、抽出溶媒供給部５１ａを備えるとともに、脱水された微細藻類８を含んだ活性汚泥Ｓ２に、エタノールなどの抽出溶媒Ｓｏｌを加え、ＰＰＡＲ組成物を抽出する。抽出された抽出液はＰＰＡＲ組成物Ｐとして、膜分離装置５１ｂにより回収する。膜分離された抽出残差Ｓ４は、引抜路５１ｃよりメタン発酵装置９に供給される。
【００５４】
メタン発酵装置９について説明する。本発明に係る下水処理施設１には、第１沈殿槽４において回収された第１沈殿汚泥Ｓ１と、第２沈殿槽５において回収された微細藻類８を含んだ活性汚泥Ｓ２と、微細藻類抽出槽５１からの抽出残差Ｓ４の混合物である混合汚泥Ｓ３をメタン発酵するメタン発酵装置９を備えている。メタン発酵装置９は、この微細藻類８を含んだ混合汚泥Ｓ３をメタン発酵させ、メタンを主成分とするバイオガス燃料Ｂを生成する。従って、その混合汚泥Ｓ３には、曝気槽３において培養されて増殖された微細藻類８を含んでいるので、混合汚泥Ｓ３によってより多くのバイオガス燃料Ｂを生成することができる。
また、メタン発酵装置９には、メタン発酵を加速させるため、通常、メタン発酵装置９内において混合汚泥Ｓ３は３５〜４０℃程度に加温されている。そして、後述するコジェネレーション装置２からの排気ガスＥが流通する熱交換器９ａを、このメタン発酵装置９に設けてメタン発酵装置９内の混合汚泥Ｓ３の加温を行なっている。
【００５５】
また、メタン発酵装置９で生成されるバイオガス燃料Ｂをコジェネレーション装置２に供給する燃料供給管１１を備えている。これにより、メタン発酵装置９で生成されるバイオガス燃料Ｂがコジェネレーション装置２に供給される。
よって、下水処理施設１に設けられたメタン発酵装置９で生成したバイオガス燃料Ｂを、別の場所に輸送することなく、下水処理施設１内に設けられたコジェネレーション装置２において消費することができる。これにより、バイオガス燃料Ｂを輸送するためのコストが削減できる。また、コジェネレーション装置２の燃料をメタン発酵装置９で生成されるバイオガス燃料Ｂとすることで、外部から新たに下水処理施設１に供給するエネルギーを削減することができる。
【００５６】
燃料供給管１１には、ガス前処理装置１２、燃料タンク１３およびガス混合装置１４が接続されている。ここで、ガス前処理装置１２としては脱硫装置１２ａ、除湿器１２ｂおよびシロキサン除去装置１２ｃが設けられており、バイオガス燃料Ｂ中の不純物成分が除去されるように構成されている。
メタン発酵装置９で生成されたバイオガス燃料Ｂは、燃料供給管１１を流通して脱硫装置１２ａに導入されて硫化水素が処理される。次に、バイオガス燃料Ｂに含まれる多量の水分が、シロキサン除去装置１２ｃにおけるシロキサンの吸着除去に悪影響を及ぼすことから、バイオガス燃料Ｂが除湿器１２ｂに導入されて除湿される。その後、シロキサン除去装置１２ｃに流入して、シロキサンが除去される。このように、硫化水素およびシロキサンが除去されたバイオガス燃料Ｂが燃料タンク１３に貯留される。燃料タンク１３に貯留されたバイオガス燃料Ｂは、コジェネレーション装置２の稼動状況に合わせて、必要に応じてガス混合装置１４に供給される。
【００５７】
燃料タンク１３に貯留されたバイオガス燃料Ｂが供給されるコジェネレーション装置２は、ガスエンジン２ａとそのガスエンジン２ａによって駆動される発電機２ｂとを備えている。このコジェネレーション装置２のガスエンジン２ａにバイオガス燃料Ｂと都市ガスＦとを混合した混合ガス燃料Ｍが供給される。混合ガス燃料Ｍはガス混合装置１４でバイオガス燃料Ｂと都市ガスＦとを混合して生成される。
【００５８】
発電機２ｂによって発電された電力Ｖは、下水処理施設１内の各電力負荷設備に供給されるように構成されている。また、ガスエンジン２ａの排熱によってメタン発酵装置９を加温可能に構成する熱交換器９ａがメタン発酵装置９に設けられている。熱交換器９ａは、ガスエンジン２ａの排気ガスＥとメタン発酵装置９内の混合汚泥Ｓ３とが熱交換されるように構成されている。これにより、ガスエンジン２ａの排気ガスＥの排熱を利用して、メタン発酵装置９内の混合汚泥Ｓ３を加温してメタン発酵を促進することができる。また、メタン発酵装置９の加温に必要な電力等を削減することができ、コジェネレーション装置２の熱回収効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
したがって、サトウキビ廃材代替原料として微細藻類を用い、効率よくＰＰＡＲ活性成分を得ることができ、たとえば、メタボリックシンドローム改善の健康食品や飲料および医薬品としての活用が可能となる。
【符号の説明】
【００６０】
１      下水処理施設（エネルギー生産設備）
２      コジェネレーション装置
２ａ    ガスエンジン
３      曝気槽（微細藻類培養槽）
３ａ    上部開口（太陽光入光手段）
５      第２沈殿槽（汚泥回収槽）
５１    微細藻類抽出槽
７      ディフューザ（排気ガス投入手段）
８      微細藻類
９      メタン発酵装置（メタン発酵槽）
１１    燃料供給管（燃料供給手段）
Ｂ      バイオガス燃料
Ｅ      排気ガス
Ｍ      混合ガス燃料
Ｓ２    活性汚泥（汚泥）
Ｔ      太陽光
Ｗ      処理汚水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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