(57)【要約】【課題】二酸化炭素及び亜硫酸ガスを含む混合ガスから二酸化炭素を回収することが可能な、藻類培養方法の提供。【解決手段】（１）藻体乾燥重量あたり１重量％以上のトリメチルグリシンを含有する藻類の培養液中に亜硫酸ガス及び二酸化炭素を含む混合ガスを吹き込みながら、前記藻類を培養することを特徴とする藻類培養方法。（２）前記藻類が硫化水素ガス耐性を有することを特徴とする前記（１）に記載の藻類培養方法。（３）前記藻類が亜硫酸ガス耐性を有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の藻類培養方法。（４）前記培養液中の塩分濃度が３〜３０重量％であることを特徴とする前記（１）〜（３）の何れか一項に記載の藻類培養方法。（５）前記混合ガス中の亜硫酸ガスの濃度が５ｐｐｍを超える濃度であることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れか一項に記載の藻類培養方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
藻体乾燥重量あたり１重量％以上のトリメチルグリシンを含有する藻類の培養液中に亜硫酸ガス及び二酸化炭素を含む混合ガスを吹き込みながら、前記藻類を培養することを特徴とする藻類培養方法。
【請求項２】
前記藻類が硫化水素ガス耐性を有することを特徴とする請求項１に記載の藻類培養方法。
【請求項３】
前記藻類が亜硫酸ガス耐性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の藻類培養方法。
【請求項４】
前記培養液中の塩分濃度が３〜３０重量％であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の藻類培養方法。
【請求項５】
前記混合ガス中の亜硫酸ガスの濃度が５ｐｐｍを超える濃度であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の藻類培養方法。
【請求項６】
前記混合ガスが、硫黄含有物質を燃焼させたことにより生じたガスであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の藻類培養方法。
【請求項７】
前記藻類は、微細藻類が生息する自然環境から採取された水又は土壌を前記培養液中に接種し、前記培養中で選抜されて増殖に成功した集積培養体であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の藻類培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トリメチルグリシンを含有する藻類を培養し、亜硫酸ガス及び二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を吸収する藻類培養方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化問題がクローズアップされる昨今において、温室効果ガスの一つである二酸化炭素ガスの排出量を抑制することや、二酸化炭素を固定することにより大気中の二酸化炭素濃度を低減することは、大きな課題となっている。このような状況下、化石燃料以外の燃料資源が必要とされており、高等植物や微細藻類を原料としたバイオ燃料の開発に対する期待が高まっている。微細藻類の単位面積当たりの有機物の生産性は、高等植物由来で比較的生産性が高いと言われるアブラヤシよりも１０倍以上高いことが知られるため、微細藻類に対する期待は一層大きい。
【０００３】
一方、微細藻類による二酸化炭素の回収及び有機物生産を図る大規模なプロセス構築において、二酸化炭素源として火力発電所等の排ガスが想定されるケースが多く見られるが、この排ガスには植物や微細藻類にとって有害な亜硫酸ガスが含まれる問題がある。例えば、国内の石炭火力発電所が作成した年次環境レポートに基づくと、脱硫脱硝処理後に大気開放される排ガス中において、平均１５０ｐｐｍ程度の亜硫酸ガスが残存し、３〜１５体積％の二酸化炭素が含有されると推定される。
【０００４】
微細藻類の培養液に吹き込むのに適した二酸化炭素濃度（約０．５体積％）に調整するために、排ガスを空気等で６〜３０倍程度に希釈したとしても、５〜２５ｐｐｍという比較的高濃度の亜硫酸ガスが含まれている。この濃度の亜硫酸ガスは、従来のバイオ燃料等の有機物生産に使用される微細藻類に対しては依然として有害である。
【０００５】
公知知見においては、特許第３４５９２７５号公報に示される紅藻ガルディエリアのみに、亜硫酸ガス耐性を有することが知られるに留まっていた。一方、現状の藻類バイオマス生産における市場要求は、バイオディーゼル燃料、炭化水素燃料、水素ガス／アルコール燃料、化成品原料、健康／機能性食品原料、医薬品原料等、多様な用途における要求が高まってきている。
【０００６】
即ち、現状における微細藻類の培養は、単に二酸化炭素の吸収を目的とするばかりでなく、その結果生ずるバイオマスの利用／販売までを含めた一貫的な事業性が求められており、その多様な用途に応じるべく、亜硫酸ガス耐性藻類においても、紅藻ガルディエリアのみではなく、他の亜硫酸ガス耐性藻類を数多く見出し、その多様性に基づく市場要求たる様々な用途への対応が望まれる状況にあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３４５９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、二酸化炭素及び亜硫酸ガスを含む混合ガスから二酸化炭素を回収することが可能な藻類培養方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達するために、本発明は以下の手段を提供している。
（１）藻体乾燥重量あたり１重量％以上のトリメチルグリシンを含有する藻類の培養液中に亜硫酸ガス及び二酸化炭素を含む混合ガスを吹き込みながら、前記藻類を培養することを特徴とする藻類培養方法。
（２）前記藻類が硫化水素ガス耐性を有することを特徴とする前記（１）に記載の藻類培養方法。
（３）前記藻類が亜硫酸ガス耐性を有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の藻類培養方法。
（４）前記培養液中の塩分濃度が３〜３０重量％であることを特徴とする前記（１）〜（３）の何れか一項に記載の藻類培養方法。
（５）前記混合ガス中の亜硫酸ガスの濃度が５ｐｐｍを超える濃度であることを特徴とする前記（１）〜（４）の何れか一項に記載の藻類培養方法。
（６）前記混合ガスが、硫黄含有物質を燃焼させたことにより生じたガスであることを特徴とする前記（１）〜（５）の何れか一項に記載の藻類培養方法。
（７）前記藻類は、微細藻類が生息する自然環境から採取された水又は土壌を前記培養液中に接種し、前記培養中で選抜されて増殖に成功した集積培養体であることを特徴とする前記（１）〜（６）の何れか一項に記載の藻類培養方法。
【発明の効果】
【００１０】
微細藻類の中にはトリメチルグリシンを藻体内に蓄積するものがある。従来、トリメチルグリシンの蓄積は藻体の浸透圧調整に関与していることが知られていたが、本発明者らはトリメチルグリシンの蓄積が亜硫酸ガス耐性および硫化水素ガス耐性に深く関与することを見出した。
この知見に基づいて完成された本発明にかかる藻類培養方法によれば、亜硫酸ガス及び二酸化炭素を含むガス、例えば火力発電所等から排出される排ガスを二酸化炭素源として、前記藻類を培養することができる。この結果、排ガス中の二酸化炭素を吸収し、地球温暖化の緩和に寄与することができる。
また、培養に用いる混合ガス中に含まれる亜硫酸ガスが、目的の藻類以外の藻類や雑菌の繁殖を抑制するため、目的の藻類を優占種として、効率良く培養することができる。
したがって、本発明の藻類培養方法は、二酸化炭素及び亜硫酸ガスを含む混合ガスから二酸化炭素を回収して多様な有機物生産を実現する前提となる、多様な亜硫酸ガス耐性藻類の培養を可能とする汎用的な培養方法といえる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の微細藻類の培養系を用いて、亜硫酸ガス及び二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を回収するプロセスを表した模式図である。
【図２】本発明にかかる微細藻類の培養系を用いて、亜硫酸ガス及び二酸化炭素を含む混合ガスから二酸化炭素を回収するプロセスの一例を表した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
従来、ガルディエリア属の微細藻類が亜硫酸ガス耐性を有することが知られている。しかし、その亜硫酸ガス耐性がどの様なメカニズムで発現されているのかについては、一切知られていなかった。このような状況において、本発明者らは、国内外の複数の地域から微細藻類を含む水又は土壌を採取し、硫化水素、亜硫酸ガス及び二酸化炭素を含むガスを通気した培養液に接種して培養したところ、これらの有毒ガスに対して耐性を有する多数の集積培養体を容易に得ることができた。
【００１３】
ここで、通気ガス中に硫化水素を混ぜた理由は、従来の亜硫酸ガス耐性を有する藻類とは一線を画す藻類を得ることを期したためである。また、近年公開された藻類及び植物のゲノム情報を解析したところ、亜硫酸ガスが藻体内の亜硫酸還元酵素によって硫化水素に代謝される可能性が高いこと、及び、硫化水素耐性を有する藻類は、硫化水素ガス耐性を有さない藻類よりも亜硫酸ガスに対して一層優れた耐性を有すること、が予想されたからである。
【００１４】
このようにして得られた上記の集積培養体を顕微鏡で観察したところ、優占種として、スピルリナ(Spirulina)属、ハロテース(Halothece)属、ゲイトラリネマ(Geitlerinema)属、ガルディエリア(Galdieria)属の微細藻類を含む、７種の集積培養体に分類された（詳細は後述の表１に示す）。
【００１５】
硫化水素ガス耐性及び亜硫酸ガス耐性を有するこれらの集積培養体の共通点は、藻体内にトリメチルグリシン（グリシンベタイン）を含有すること、具体的には、藻体乾燥重量あたり１重量％以上のトリメチルグリシンを含有すること、であった。
【００１６】
これらの培養結果に基づき、ガルディエリア属の藻類株について公開されたゲノム情報を改めて精査すると、驚くべきことに、硫化水素が攻撃する光合成系蛋白質（Ｄ１蛋白質）の代謝及び再合成に関与するＦＴＳＨ−Ｚｎ酵素遺伝子が、トリメチルグリシン合成酵素遺伝子と同一のオペロン上にコードされていることを見出した。このことから、藻体内におけるトリメチルグリシンの蓄積と、藻体内で亜硫酸ガスが代謝されて生じる硫化水素耐性（即ち、亜硫酸ガス耐性）の発現と、が密接に関連していると考えられた。
【００１７】
これらの知見に基づいて、本発明者らは、従来から亜硫酸ガス耐性を有することが知られているガルディエリア属の藻類に限らず、藻体内にトリメチルグリシンを含有し得る微細藻類であれば硫化水素ガス及び亜硫酸ガス耐性を発現し得るという着想を得て、本発明を完成させた。
【００１８】
以下、好適な実施の形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
【００１９】
本発明に係る藻類培養方法の実施形態は、藻体乾燥重量あたり１重量％以上のトリメチルグリシンを含有する藻類の培養液中に亜硫酸ガス及び二酸化炭素を含む混合ガスを吹き込みながら、前記藻類に光合成を行わせて培養することにより、前記混合ガスから二酸化炭素を回収し、有機物への変換を行う藻類培養方法である。
【００２０】
本実施形態の藻類培養方法においては、トリメチルグリシンを含有しない他の微細藻類や雑菌等は、亜硫酸ガス耐性を有する可能性が極めて低い。このため、屋外で粗放的な大量培養を行った場合においても、目的外の微細藻類等の微生物によるコンタミネーションが発生する確率は極めて低い。このため、目的の藻類から得られるバイオマスの純度と生産性の両方を、極めて高く容易に維持することができる。
【００２１】
本実施形態で使用する藻類は、前述の知見から、硫化水素ガス耐性を有することが好ましい。この耐性を有する藻類は、亜硫酸ガス耐性に強く関与するトリメチルグリシンを藻体乾燥重量あたり１重量％以上含有する可能性が高く、一層優れた亜硫酸ガス耐性を発現し得る。
【００２２】
本実施形態で使用する藻類は、亜硫酸ガス耐性を有することが好ましい。培養液に吹き込む混合ガス中に亜硫酸ガスが含まれているため、亜硫酸ガス耐性を有することにより、当然ながら、当該藻類の培養効率（増殖効率）が高められる。
なお、亜硫酸ガス（二酸化硫黄：SO2）は、培養液中の水分子と反応して亜硫酸（H2SO3）を生成する。よって、本発明において、亜硫酸ガス耐性は、亜硫酸耐性と同義である。
【００２３】
本実施形態の藻類培養方法においては、微細藻類の藻体内のトリメチルグリシン含有量を、培養条件を調整することによって操作することが好ましい。
例えば、培養液の全重量（培養する藻類の重量を除く）に対する塩分濃度を３〜３０重量％に調整することが好ましい。
具体的には、前記塩分濃度を、例えば１０〜３０重量％、１０〜２５重量％、１２．５〜２２．５重量％、又は１５〜２０重量％に設定することにより、微細藻類がトリメチルグリシンの蓄積能力を発現するか又は獲得し、藻体内のトリメチルグリシン含有量が向上し、亜硫酸ガス耐性が高まる傾向がある。
【００２４】
ここで、培養液中の塩分とは、海塩や岩塩等のＮａＣｌを主体とした混合塩からなる物質であり、培養する微細藻類の増殖を著しく妨げる塩類でなければ、特に構成する塩類種は制限されない。また、塩分濃度を調整する方法としては、培養液の蒸発、海塩や岩塩等のＮａＣｌを主体とした混合塩或いは精製食塩等の添加による塩分濃度の増加と、培養液の塩分濃度より薄い海水や淡水等を用いた希釈の組合せによる方法が挙げられる。
【００２５】
培養液中の塩分濃度は、屈折式の塩分濃度計を用いた方法によって測定することができる。
【００２６】
本実施形態の藻類培養方法において、培養液に吹き込む混合ガスの全体積に対する亜硫酸ガスの濃度として５ｐｐｍ以上の亜硫酸ガスを含むガスを通気することにより、培養液中に混入した目的外の微生物の増殖を抑制することができる。
【００２７】
本実施形態の藻類培養方法において、培養液に吹き込む混合ガスとして、硫黄含有物質を燃焼させたことにより生じた排ガスを用いることができる。このような排ガス中には、通常、脱硫処理後の排ガスにおいても植物に傷害を与える濃度域の亜硫酸ガス及び二酸化炭素が高濃度で含まれる。排ガス中の亜硫酸ガス濃度および二酸化炭素濃度を微細藻類の増殖を妨げない範囲に希釈する目的で、排ガスに空気を混ぜて希釈してもよい。また、混合ガスには、亜硫酸ガス及び二酸化炭素以外のガスが含まれていても構わない。
【００２８】
本実施形態の藻類培養方法によれば、微細藻類の大量培養に供給する混合ガスとして、火力発電所等の硫黄含有物質を含む燃料を燃焼する装置又は施設から排気される排ガスを用いる場合に、従来（図１参照）は必要とされていた排ガス通気の前段における高コストな亜硫酸ガス処理を必要としないので（図２参照）、安価な微細藻類の大量培養を実現できる。これにより、産業上有用な有機物生産も可能となる。
【００２９】
微細藻類に含まれる藻体乾燥重量あたりのトリメチルグリシンの含有量は、一定量の乾燥藻体に対しエタノール抽出を施し、遠心またはフィルター操作によって抽出液を藻体から分離した後に、高速液体クロマトグラフィーを用いた分離／検出方法によって測定することができる。
【００３０】
前記含有量の上限は特に制限されないが、通常３０重量％を超えることはないと考えられる。１重量％以上のトリメチルグリシンを含有する微細藻類は、少なくとも１ｐｐｍ以上の濃度で、通気ガスに含まれる亜硫酸ガスに対して耐性を発現することが期待できる。亜硫酸ガス耐性は高い程好ましいが、通常、亜硫酸ガスの濃度が１０００ｐｐｍを超えて含まれる通気ガスに対して耐性を有することは困難と考えられる。
亜硫酸ガス耐性を高める観点から、培養する微細藻類に含まれる藻体乾燥重量あたりのトリメチルグリシンの含有量は、１〜３０重量％が好ましく、３〜３０重量％がより好ましく、１５〜３０重量％が更に好ましい。
【００３１】
本実施形態の藻類培養方法において培養する微細藻類は、先天的にトリメチルグリシン合成能を有する微細藻類であってもよいし、後天的にトリメチルグリシン合成能が賦された微細藻類であってもよいし、或いは、培養環境からトリメチルグリシンを藻体内に取り込む能力を先天的又は後天的に有する微細藻類であってもよい。
【００３２】
先天的にトリメチルグリシン合成能を有する微細藻類、後天的にトリメチルグリシン合成能を獲得させた微細藻類、或いは、先天的又は後天的に培養環境から、細胞表面のトリメチルグリシントランスポーター等の働きによって、トリメチルグリシンを細胞内に取り込む能力を有する微細藻類は、特定種類の微細藻類等に限られない。つまり、藻体乾燥重量あたり１重量％以上のトリメチルグリシンを含有する能力を有する微細藻類であれば、本発明において好適な微細藻類として利用可能である。これらの微細藻類において、トリメチルグリシンの合成又は取り込みに関して中心的役割を果たす酵素群は特に限定されない。
【００３３】
先天的にトリメチルグリシン合成能を有する微細藻類としては、例えば、ラン藻であれば、ハロテース属、ダクチロコッコプシス属、シアノテース属、スピルリナ属、ハロスピルリナ属、ゲイトラリネマ属、プロクロロコッカス属、シネココッカス属、リングビア属、モオレア属、トリコデスミウム属等が挙げられる。また紅藻であれば、ガルディエリア属等が挙げられる。これらは、培養液の塩分濃度や温度等の外部環境変化等に応じて細胞内にトリメチルグリシンを含有する性質を有する。
また、遺伝子組換え等によって、後天的にトリメチルグリシン合成能を賦すための遺伝子を導入する微細藻類は、上記の分類群に限定されない。
【００３４】
なお、先天的／後天的に関わらず、トリメチルグリシンを含有した状態の微細藻類は、亜硫酸ガス耐性及び硫化水素ガス耐性を有するばかりでなく、塩分耐性及び／又は温度耐性も向上する付帯効果を得ることができる。よって上記微細藻類を使用することにより、培養環境の変動に強い、安定的な大量培養を実施することができる。
【００３５】
本実施形態の藻類培養方法において培養する微細藻類は、微細藻類が生息する自然環境から採取された水又は土壌を、二酸化炭素と、亜硫酸ガス及び硫化水素ガスのうち少なくとも何れか一方と、を含む混合ガスを吹き込む培養液中に接種して、その培養中で選抜されて増殖に成功した集積培養体であってもよい。
【００３６】
このように集積培養体を得て培養する藻類培養方法によれば、目的の亜硫酸ガス耐性を有する藻類（集積培養体）を優占種として効率良く培養することができる。また、この培養に際して、予め亜硫酸ガス耐性藻類の特定の単一株を単離する手間を省くことができる。さらに、選抜される集積培養体には、互いの増殖又は生存を補助し合うことが可能な複数種の藻類が含まれると考えられ、培養条件の変化に対して耐性が高い培養を実現することができる。
【００３７】
本発明で培養する微細藻類を採取可能な自然環境としては、比較的高い塩分濃度環境が好ましい。具体的には、潮間帯、塩分が析出した土壌（塩地）、潮溜り（潮溜）、酸性温泉等が微細藻類の採取地として好ましい。また、採取地は国内であってもよいし、国外であってもよい。
これらの採取地の水又は土壌には、本発明に使用可能な微細藻類が豊富に存在していることが非特許文献より明らかとなっている。例えば、非特許文献１（Journal of General Microbiology(1984), 130, 2177-2191. Mark A. Mackay et al.）の表１には、塩分濃度の高い環境由来の微細藻類に、トリメチルグリシン（別名：グリシンベタイン）を細胞内に浸透圧調整物質として含有する傾向があることが示されている。上記の微細藻類は、公知の採取方法によって得ることができる。また、目的の微細藻類を培養するために必要な培養液（培地）及び培養条件としては、公知の微細藻類を培養するための培養液及び培養条件が適用可能である。
【００３８】
本実施形態の藻類培養方法において、培養の規模および形態は特に制限されない。例えば、樹脂製のチューブ又はホースを連結した培養器を用いる小規模な培養スケールから、一辺がキロメートル単位の屋外培養槽を用いる大規模な培養スケールまで、使用する微細藻類の性質と培養の目的に合わせて適宜調整することができる。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
以下に、トリメチルグリシンが微細藻類に含有されることと、その含有が当該微細藻類の亜硫酸ガス耐性及び硫化水素ガス耐性に関与することを証明するまでに至った経緯を記す。
【００４０】
目的の耐性を有する微細藻類の採取を日本国内の温泉、並びにオマーン国の海浜及び高塩環境（塩湖又は塩地）にて実施した。
１０ｐｐｍの硫化水素を通気する培養条件で一次スクリーニングを実施した。培養液として、ＭＣ培地とダイゴ人工海水ＳＰ（和光純薬製）を含む水溶液に更にＮａＣｌを加えて、培養液の全重量に対する塩分濃度が１０重量％となるように調整した培養液を用いた。この塩分濃度は、中東の海浜域や砂漠等における、培養液からの水分蒸発量が多い大量培養条件を想定して設定したものである。培養温度４０℃にて、二酸化炭素０．５％、酸素１％、硫化水素ガス１０ｐｐｍを含む窒素を平均して０．０１ｖｖｍとなる様に断続的に培養液に通気し、白色蛍光灯を用いて照射強度を約１００μモル・ｍ−２・ｓ−１に設定し、２４時間の連続光照射条件によって、増殖可能な微細藻類のスクリーニングを実施した。
【００４１】
スクリーニングの結果、２ヶ国３７３地点で採取した試料（微細藻類及び塩類を含む水）から、硫化水素ガス耐性を有する集積培養体を多数得た。これらの集積培養体のうち、具体例として７つの集積培養体の特徴を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2015204756.tif 000002
【００４３】
この１次スクリーニングによって得た硫化水素ガス耐性を有する各集積培養体について、更に、上記培養条件での硫化水素ガスを亜硫酸ガスに置き換えて、それぞれの亜硫酸ガス耐性に関し評価を実施した。その結果、いずれの集積培養体においても、亜硫酸ガス耐性が観察され、硫化水素ガス耐性と亜硫酸ガス耐性には密接な繋がりがあることを見出した。
【００４４】
続いて、各集積培養体の亜硫酸ガス耐性（０，５，１０，５０ｐｐｍ）を調べた。具体的には、次の方法で行った。ｐＨスタット設定が可能な１０Ｌ容のジャーファーメンターを用いた通気培養にて、側方から蛍光灯照射し、光量子束密度１５０μモル・ｍ−２・ｓ−１で培養を行った。ＭＣ培地とダイゴ人工海水ＳＰ（和光純薬製）をベースとして含有する水溶液からなる培養液を調製し、希硫酸にて培養液のｐＨを４とした後に、ｐＨが８となる様に更に炭酸ナトリウムを添加して調整した培養液を用いた。培養を開始した後の培養液のｐＨについては、二酸化炭素と亜硫酸ガスを含む空気を通気して、ｐＨが６から７の範囲となる様に調整した。
【００４５】
上記の培養条件を基本として、ｐＨ、温度、塩分濃度、二酸化炭素濃度を変えた場合の、各集積培養体における亜硫酸ガス耐性を詳細に検討したところ、培養の塩分濃度に応じて亜硫酸ガス耐性に異なる挙動が観察された。代表例として、表２に集積培養体ＢＡＨ１１の結果を示す。表２は、塩分濃度と通気した亜硫酸ガス濃度との組み合わせにおいて、集積培養体ＢＡＨ１１の培養到達濃度をＰＣＶ（充填細胞体積：ｍｌ／Ｌ）の数値で示している。この数値が高い程、集積培養体ＢＡＨ１１の増殖能が高いことを示す。
【００４６】
集積培養体ＢＡＨ１１は、５〜３０重量％の広い範囲の塩分濃度において増殖することが可能であったが、その亜硫酸ガス耐性は、概ね塩分濃度１２．５重量％を境にして、１２．５重量％以下の塩分濃度では消失することが分かった。また、１２．５重量％以上の塩分濃度においては、塩分濃度が高まる程、亜硫酸ガス耐性が高まる、という傾向が観察された。
【００４７】
【表２】
2015204756.tif 000003
【００４８】
この観察結果から、細胞内の浸透圧物質と亜硫酸ガス耐性との因果関係が想定された。１３Ｃ−ＮＭＲを用いて各塩分濃度条件での細胞内浸透圧調整物質を検証した結果、塩分濃度１２．５重量％前後を境に、浸透圧調整物質は、グルコシルグリセロールからトリメチルグリシンに移行することが分かった。また、亜硫酸ガス耐性を有する集積培養体の全てが、生育限界に近い塩分濃度環境において、トリメチルグリシンを細胞内に含有する共通性質を有することが確認された。これらの知見から、トリメチルグリシンと亜硫酸ガス耐性との関係が一層強く示唆され、トリメチルグリシン産生機構或いはその細胞内存在濃度が亜硫酸ガス耐性機構と深い関わりがあることが分かった。
【００４９】
また、今回の一連の実験で使用した全ての集積培養体の中で、亜硫酸ガス耐性が観察された最も塩分濃度が低い培養条件は、亜硫酸ガス濃度が５ｐｐｍであり且つ塩分濃度１０重量％である条件区であった。本条件区で培養した藻体を回収し、凍結乾燥した試料に含まれるトリメチルグリシンの濃度を測定するために、試料中のトリメチルグリシンを、高速液体クロマトグラフィーを用いた分離／検出方法によって測定した。その結果、藻体（細胞）の乾燥重量あたり１重量％のトリメチルグリシンを含有していることが確認された。
【００５０】
この５ｐｐｍの亜硫酸ガス濃度を、本発明で用いる微細藻類の亜硫酸ガス耐性の一つの基準とすれば、概ね、細胞内に乾燥重量あたり１％のトリメチルグリシンを含有していれば、亜硫酸ガス濃度５ｐｐｍに対する耐性を発揮できることがわかった。
【００５１】
続いて、特許第３４５９２７５号公報にて公知の亜硫酸ガス耐性を有する微細藻類ガルディエリア・パルティタＮＢＲＣ１０２７５９株（以下、ガルディエリア公知耐性株という。）を用いて種々の培養条件を変えて、上記実験に倣って亜硫酸ガス耐性（０，５，１０，５０ｐｐｍ）と塩分濃度との関係を調べた。
【００５２】
ガルディエリア公知耐性株の培養液中の塩分濃度を０、３、５重量％に設定して、上記関係を調べたところ、塩分濃度が高まる程、亜硫酸ガス耐性が高まる傾向が観察された。この傾向は、先に調べた集積培養体ＢＡＨ１１の場合と同様であるが、亜硫酸ガス濃度耐性が発揮され始める初発の塩分濃度が集積培養体ＢＡＨ１１の場合と異なる結果を得た。この結果を表３に示す。
【００５３】
表３は、塩分濃度と通気した亜硫酸ガス濃度との組み合わせにおいて、ガルディエリア公知耐性株の培養到達濃度をＰＣＶ（充填細胞体積：ｍｌ／Ｌ）の数値で示している。この数値が高い程、ガルディエリア公知耐性株の増殖到達濃度（培養効率）が高いことを示す。
【００５４】
【表３】
2015204756.tif 000004
【００５５】
続いて、１３Ｃ−ＮＭＲを用いて各種塩分濃度条件での細胞内浸透圧調整物質を検証した結果、ガルディエリア公知耐性株の細胞内に含有される浸透圧調整物質は、トリメチルグリシンであることがわかった。
本実験結果から、特許第３４５９２７５号公報に記載された微細藻類ガルディエリアが有する亜硫酸ガス耐性は、ガルディエリア細胞内のトリメチルグリシンの含有に依存して発揮されると考えられるが、本実験に基づく上記考察を示唆する公知文献は、本発明者らが知る限り存在しない。
以上から、トリメチルグリシン含有量と亜硫酸ガス耐性との関係が、より一層強く示唆され、微細藻類のトリメチルグリシン合成能又はその細胞内存在濃度が亜硫酸ガス耐性に深い関わりがあることが証明されるに至った。
【００５６】
（実施例２）
亜硫酸ガスを含む排ガスを用いた屋外ベンチスケールでの実証試験の結果を以下に示す。本実証試験では、亜硫酸ガス耐性藻類による二酸化炭素の回収及びトリメチルグリシンを一例とする有用な有機物生産までの一貫した生産プロセスの検証と、従来の粗培養時にしばしば生じる他の微細藻類によるコンタミネーションに関する評価を目的とする。屋外培養において、亜硫酸ガス耐性を有する集積培養体と、亜硫酸ガスを含まない通常の通気ガスであればその集積培養体よりも増殖が速い、亜硫酸ガス耐性能を持たない微細藻類と、を共に混合して培養し、亜硫酸ガス存在下と亜硫酸ガス非存在下とにおける各微細藻類の増殖の様子を観察した。
【００５７】
具体的な試験手順を以下に示す。
（ａ）試験に使用する藻類として、亜硫酸ガス耐性を有する前述の集積培養体ＢＡＨ１１と、亜硫酸ガス耐性を持たない集積培養体ＳＨＮ４を用いた。集積培養体ＢＡＨ１１は、形態観察によって、ラン藻のハロテース属を優占種とする集積培養体であると認められた。培養液の塩分濃度が５重量％以上になると集積培養体ＢＡＨ１１のトリメチルグリシン含有量が増大する。集積培養体ＢＡＨ１１の増殖は、培養液中の塩分濃度がＮａＣｌの飽和濃度に近い３０重量％近くになるまで認められた。同様に、集積培養体ＳＨＮ４の増殖は、飽和塩分濃度に近い高塩分濃度になるまで認められた。集積培養体ＳＨＮ４は、形態観察によって、緑藻のドナリエラ属を主体とする集積培養物であると認められた。
【００５８】
（ｂ）上記２種の集積培養体の予備培養を、それぞれ別々に１０Ｌ容のジャーファーメンターを用いた通気培養にて、蛍光灯照射下、光量子束密度１５０μモル・ｍ−２・ｓ−１で培養を行った。ＭＣ培地とダイゴ人工海水ＳＰ（和光純薬製）をベースとして含有する水溶液からなる培養液を調製し、更に培養液の塩分濃度が総じて２５重量％となるようにＮａＣｌを添加して調整した。続いて、希硫酸にて培養液のｐＨを４とした後に、ｐＨが８となる様に更に炭酸ナトリウムを添加して調整した培養液を用いた。摂氏３５℃の恒温条件で培養を開始した後の培養液のｐＨについては、各集積培養体の予備培養共に、二酸化炭素０．５体積％を含む空気を通気してｐＨが６から７の範囲となる様に、ｐＨスタット培養を実施した。
【００５９】
（ｃ）続いて、予備培養の集積培養体を直線期にて収穫し、大容量の本培養に移行した。具体的には、強化塩化ビニル袋を鉄柵で補強した１立米容タンクの屋外培養器に、予備培養から収穫した各集積培養体の微細藻類をそれぞれ、培養液１リットルあたり０．１ｍｌ濃度（ＰＣＶ濃度）となる様に、同一培養器に混合接種した。本培養の培養液は、予備培養と同様のものを用いた。またｐＨ調整についても、予備培養と同様なシステムによって二酸化炭素強化空気を通気して調整した。これと同じ培養系を更に１つ準備して、同じ培養系を合計２つ設置し、以下の比較試験に供した。
【００６０】
（ｄ）以下の２つの試験区を設定した。
（試験区１）：ｐＨ調整用ガスに５０ｐｐｍ亜硫酸ガスを加えた添加試験区
（試験区２）：亜硫酸ガス無添加試験区
上記の培養における微細藻類等の増殖指標として、ＰＣＶ濃度を用いた。また、混合培養下におけるそれぞれの微細藻類の形態変化を光学／蛍光顕微鏡を用いて観察した。
この実験結果を表４に示す。
【００６１】
【表４】
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【００６２】
表４の結果から明らかな様に、両試験区において、微細藻類の増殖が確認された。しかし、培養液の色調は両試験区で異なる結果となった。具体的には、試験区２の色調は、培養開始時には薄い緑色だったが、培養後半になるとオレンジ色に変化した。一方、試験区１の色調は、培養開始時には薄い緑色であったが、培養経過に伴って、藍緑色に変化した。培養終了後の各培養物を顕微鏡で観察すると、試験区２の培養物においては、オレンジ色を呈したドナリエラが優占種であり、ハロテースの割合は数％に満たない状況であった。一方、試験区１の培養物においては、ハロテースが優占種であり、ドナリエラは全く観察されなかった。但し、ドナリエラ細胞の残骸と思われる半透明な物体が、極めて少数ではあるが、観察された。
【００６３】
蛍光顕微鏡で各培養体を観察したところ、ドナリエラ細胞の葉緑体は赤色の蛍光を発し、ハロテースの細胞はオレンジ色の蛍光を発している様子が観察された。試験区２の培養体においては、両方の蛍光が確認されたが、亜硫酸ガスを通気した試験区１の培養体においては、赤色の蛍光を有する細胞は全く存在せず、オレンジ色の蛍光を有するもので占められていた。
【００６４】
試験区１の培養後に回収した培養物から、トリメチルグリシン濃度を測定するために分取した試料について、高速液体クロマトグラフィーを用いた分離／検出方法によって測定した。その結果、藻体（細胞）の乾燥重量あたり１８重量％のトリメチルグリシンを含有していることが確認された。
一方、試験区２の培養後に回収した培養物の乾燥重量あたりのトリメチルグリシン濃度は、３重量％に留まった。
【００６５】
トリメチルグリシンは、砂糖ダイコンから抽出されて市場に供給されることが一般的である。この砂糖ダイコンのトリメチルグリシン含有量と比較して、試験区１で培養された藻体における細胞内含有量は、約９０倍高い濃度であることが分かった。
【００６６】
以上をまとめると、今回の屋外のベンチスケール実証試験によって、硫化水素ガス耐性及び亜硫酸ガス耐性を有する藻類を培養することにより、亜硫酸ガスを含有する混合ガス中から二酸化炭素の回収を行い、更に有用な有機物生産を行うことができた。すなわち、二酸化炭素の回収から有機物生産までの一貫した生産プロセスを検証することができた。
また、トリメチルグリシンを１重量％以上含有し、硫化水素ガス耐性及び亜硫酸ガス耐性を有する藻類の増殖速度は、亜硫酸ガス存在下において充分に速いため、競合する目的外の微細藻類に対して、圧倒的な優勢で増殖できることが証明された。したがって、本発明によれば、トリメチルグリシンを１重量％以上含有する藻類を用いることで、簡便且つ安価な粗放的培養の実施において、目的の藻類から得られるバイオマスの純度と生産性の両方を極めて高く維持することが容易であり、二酸化炭素の回収から有用な有機物生産までの一貫した生産プロセス構築が可能であることが実証された。
【００６７】
以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
微細藻類の屋外での大規模培養において、その二酸化炭素源として亜硫酸ガスが残存する火力発電所排ガスを直接培養に利用しつつ、他の微細藻類のコンタミネーションを最少とする、バイオマス純度と生産性を満たす大量培養の実施等に広く適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１…二酸化炭素以外に亜硫酸ガスを含む混合ガス（発電所排ガス等）
２…二酸化炭素ガス
３…亜硫酸ガス
４…脱硫装置
５…希釈ガス（空気等）
６…培養槽（二酸化炭素固定化反応槽）
７…光源（太陽光等）
８…栄養塩（培地成分、或いは一部の有機物等を含む）
９…培養後のバイオマス処理工程（回収／抽出／精製／乾燥等）
１０…有価物（市場製品）
【図１】
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【図２】
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