(57)【要約】    【課題】  微細藻類を効率的に増殖させることができる微細藻類の培養方法などを提供すること。    【解決手段】  所定の液体中で微細藻類を培養することを特徴とする微細藻類の培養方法等を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオエタノール製造過程でバイオマスをアルコール発酵させて得られる発酵液からエタノールを除去した後の残液を少なくとも含む液体中で微細藻類を培養し且つ前記微細藻類に有機炭素源を供給して暗条件下での従属栄養培養又は光従属栄養培養を実施することを特徴とする微細藻類の培養方法。
【請求項２】
前記暗条件下での従属栄養培養又は前記光従属栄養培養を、前記発酵液を固液分離した際に発生する固形分をさらに含有する前記液体中で実施する請求項１記載の微細藻類の培養方法。
【請求項３】
前記暗条件下での従属栄養培養又は前記光従属栄養培養を、前記残液が容量で１/４０以上１/２以下含有されている前記液体中で実施する請求項１又は２記載の微細藻類の培養方法。
【請求項４】
前記培養が、暗条件下での従属栄養培養である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項５】
バイオマスから得られた糖を前記有機炭素源として使用する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の微細藻類の培養方法。
【請求項６】
排水に含まれている有機物を除去する排水処理方法であって、
前記排水が、
バイオマスから糖を含んだ原液を得る原液作製工程、
前記原液をアルコール発酵してエタノールを含有する発酵液を得る発酵工程、
前記発酵液を蒸留し、該発酵液よりもエタノール濃度の高い凝縮液と前記発酵液よりもエタノール濃度の低い蒸留残液とを得る蒸留工程、とが実施されるバイオエタノール製造過程における前記蒸留残液であり、
該蒸留残液を含む液体中で微細藻類を培養し且つ前記微細藻類に有機炭素源を供給して暗条件下での従属栄養培養又は光従属栄養培養することにより前記蒸留残液に含有されている有機物を前記微細藻類に消費させることを特徴とする排水処理方法。
【請求項７】
前記発酵工程の後段であって前記蒸留工程の前段で、発酵液中の固形分を分離する固液分離工程、が更に実施され、
該固液分離工程で得られる固形分を前記液体中に供給することを特徴とする請求項６に記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細藻類の培養方法及び排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細藻類を増殖させ、微細藻類の細胞内に燃料、飼料、健康食品などの原料となる脂質、又は、タンパク質やビタミン等の有価物を貯蔵させることが行われており、貯蔵した有価物を利用して燃料や食品等に利用することが行われている。
この微細藻類の増殖は、下水処理水の浄化といった排水処理（特許文献１参照）や二酸化炭素の回生を目的とした排ガス処理（特許文献２参照）などにも利用されている。
【０００３】
この微細藻類を増殖させるための培養方法としては、独立栄養培養、暗条件下での従属栄養培養、及び、光従属栄養培養などが知られているが、従来、暗条件下での従属栄養培養や光従属栄養培養などを効率的に実施する方法については、十分に確立されてはいない。
そして、微細藻類が効率的に増殖しないと細胞内における有価物の貯蔵量が必ずしも十分なものとならないため、前記有価物の有効利用が困難になるおそれを有する。
また、微細藻類が効率的に増殖しないと、微細藻類による処理対象物質の消費量も十分なものとならないおそれがあり、排水処理や排ガス処理が効率的に行われないおそれを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−３０１０９７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０２２３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題点等に鑑み、微細藻類を効率的に増殖させることができる微細藻類の培養方法を提供することを第一の課題とする。
また、本発明は、上記の問題点等に鑑み、微細藻類を利用した効率的な排水処理を提供することを第二の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行ったところ、バイオエタノール製造工程から得られる発酵液の成分とともに有機炭素源を与えて微細藻類を暗条件下での従属栄養培養又は光従属栄養培養を実施することで微細藻類が効率良く増殖されるとともに前記発酵液の蒸留残液を排水処理するのに際して該蒸留残液に含まれている成分が効率良く微細藻類に消費されて排水処理が効率良く行われ得ることを見出して本発明を完成させるにいたった。
【０００７】
即ち、上記課題を解決するための本発明に係る微細藻類の培養方法は、バイオエタノール製造過程でバイオマスをアルコール発酵させて得られる発酵液からエタノールを除去した後の残液を少なくとも含む液体中で微細藻類を培養し且つ前記微細藻類に有機炭素源を供給して暗条件下での従属栄養培養又は光従属栄養培養を実施することを特徴としている。
【０００８】
上記構成からなる微細藻類の培養方法においては、前記発酵液の成分を含む液体中で微細藻類を培養するため、微細藻類を効率的に増殖させることができる。
【０００９】
本発明にかかる微細藻類の培養方法においては、前記発酵液からエタノールを除去する前に固液分離がなされる場合、発生する固形分も供給することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る微細藻類の培養方法においては、前記培養を暗条件下での従属栄養培養とすることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る微細藻類の培養方法においては、前記残液が容量で１/４０以上１/２以下含有されている前記液体中で前記培養を実施することが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明に係る微細藻類の培養方法においては、バイオマスから得られた糖を前記炭素源として使用することが好ましい。
【００１３】
また、上記課題を解決するための本発明に係る排水処理方法は、排水に含まれている有機物を除去する排水処理方法であって、前記排水が、バイオマスから糖を含んだ原液を得る原液作製工程、前記原液をアルコール発酵してエタノールを含有する発酵液を得る発酵工程、前記発酵液を蒸留し、該発酵液よりもエタノール濃度の高い凝縮液と前記発酵液よりもエタノール濃度の低い蒸留残液とを得る蒸留工程、とが実施されるバイオエタノール製造過程における前記蒸留残液であり、該蒸留残液を含む液体中で微細藻類を培養し且つ前記微細藻類に有機炭素源を供給して暗条件下での従属栄養培養又は光従属栄養培養することにより前記蒸留残液に含有されている有機物を前記微細藻類に消費させることを特徴としている。
【００１４】
さらに、本発明にかかる排水処理方法においては、発酵工程の後で蒸留工程の前に固液分離工程が実施される場合、該固液分離工程で得られる固形分を供給して前記培養することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の微細藻類の培養方法は、微細藻類を効率的に増殖させることができるという効果を奏する。
また、本発明においては、排水に含まれている成分を微細藻類によって効率良く消費させることができるため、排水処理を効率良く実施させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】微細藻類の培養方法において用いる装置類の概要、及び、他の装置類の概要を表した概略図。
【図２】実験例１における微細藻類の培養実験の一結果（（ａ）微細藻類含有率変化、（ｂ）培養液のＴＯＣ濃度変化）を示すグラフ。
【図３】実験例１における微細藻類の他の培養実験結果（（ａ）微細藻類含有率変化、（ｂ）培養液のＴＯＣ濃度変化）を示すグラフ。
【図４】実験例１における微細藻類の他の培養実験結果（（ａ）微細藻類含有率変化、（ｂ）培養液のＴＯＣ濃度変化）を示すグラフ。
【図５】実験例１における微細藻類の他の培養実験結果（（ａ）微細藻類含有率変化、（ｂ）培養液のＴＯＣ濃度変化）を示すグラフ。
【図６】実験例２における微細藻類の培養実験結果（微細藻類含有率変化）を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る微細藻類の培養方法の一実施形態について説明する。
【００１８】
本実施形態の微細藻類の培養方法は、バイオエタノール製造過程でバイオマスをアルコール発酵させて得られる発酵液からエタノールを除去した後の残液を少なくとも含む液体中で微細藻類を培養し且つ前記微細藻類に有機炭素源を供給して暗条件下での従属栄養培養又は光従属栄養培養するものである。
より具体的には、本実施形態の微細藻類の培養方法は、バイオエタノール製造設備においてバイオマスがアルコール発酵されてなる発酵液を蒸留した後の蒸留残液を含む液を培養液として用いるもので、該培養液に含有させる有機炭素源としてバイオマスから得られた糖を使用するものである。
【００１９】
前記微細藻類は、水中を浮遊しつつ生息する生物である。また、前記微細藻類は、昆布やワカメと異なり、通常、単細胞性であり、大きさが概ね数マイクロメートルから数十マイクロメートルの微小な藻類である。
【００２０】
前記微細藻類としては、ユーグレナ（Euglena）属に属する生物、クロレラ（Chlorella）属に属する生物、オーランチオキトリウム（Aurantiochytrium）属に属する生物、オーキセノクロレラ（Auxenochlorella）属に属する生物、ボツリオコッカス（Botryococcus）属に属する生物、ナンノクロリス（Nannochloris）属に属する生物、ナンノクロロプシス（Nannochloropsis）属に属する生物、ネオクロリス（Neochloris）属に属する生物、シュードコリシスチス（Pseudochoricystis）属に属する生物、セネデスムス（Scenedesmus）属に属する生物、シゾキトリウム（Schizochytorium）属に属する生物からなる群より選択された少なくとも１種が好ましい。
【００２１】
前記ユーグレナ（Euglena）属に属する生物としては、例えば、Euglena gracilis、Euglena longa、Euglena caudata、Euglena oxyuris、Euglena tripteris、Euglena proxima、Euglena viridis、Euglena sociabilis、Euglena ehrenbergii、Euglena deses、Euglena pisciformis、Euglena spirogyra、Euglena acus、Euglena geniculata、Euglena intermedia、Euglena mutabilis、Euglena sanguinea、Euglena stellata、Euglena terricola、Euglena klebsi、Euglena rubra、又は、Euglena cyclopicolaなどが挙げられる。
前記Euglena gracilisとしては、例えば、Euglena gracilis NIES-48、Euglena gracilis EOD-1、（後述する独立行政法人国立環境研究所微生物系統保存施設における保管株）などが挙げられる。
【００２２】
前記クロレラ（Chlorella）属に属する生物としては、例えば、Chlorella vulgaris、Chlorella pyrenoidosa、又は、Chlorella sorocinianaなどが挙げられる。
前記Chlorella sorocinianaとしては、例えば、Chlorella sorociniana NIES-2169（後述する独立行政法人国立環境研究所微生物系統保存施設における保管株）などが挙げられる。
【００２３】
前記オーキセノクロレラ（Auxenochlorella）属に属する生物としては、例えば、Auxenochlorella protothecoidesなどが挙げられる。
【００２４】
前記ボツリオコッカス（Botryococcus）属に属する生物としては、例えば、Botryococcus brauniiなどが挙げられる。
【００２５】
前記ナンノクロリス（Nannochloris）属に属する生物としては、例えば、Nannochloris bacillaris、Nannochloris normandinaeなどが挙げられる。
【００２６】
前記ナンノクロロプシス（Nannochloropsis）属に属する生物としては、例えば、Nannochloropsis oculataなどが挙げられる。
【００２７】
前記ネオクロリス（Neochloris）属に属する生物としては、例えば、Neochloris aquatica、Neochloris cohaerens、Neochloris conjuncta、Neochloris gelatinosa、Neochloris pseudostigmata、Neochloris pseudostigmatica、Neochloris pyrenoidosa、Neochloris terrestris、Neochloris texensis、Neochloris vigensis、Neochloris wimmeri、Neochloris oleoabundansなどが挙げられる。
【００２８】
前記シュードコリシスチス（Pseudochoricystis）属に属する生物としては、例えば、Pseudochoricystis ellipsoideaなどが挙げられる。
【００２９】
前記セネデスムス（Scenedesmus）属に属する生物としては、例えば、Scenedesmus ovaltermus、Scenedesmus disciformis、Scenedesmus acumunatus、Scenedesmus dimorphusなどが挙げられる。
【００３０】
前記オーランチオキトリウム（Aurantiochytrium）属に属する生物としては、例えば、Aurantiochytrium limacinum、又は、Aurantiochytrium mangroveiなどが挙げられる。
【００３１】
前記シゾキトリウム（Schizochytorium）属に属する生物としては、例えば、Schizochytrium aggregatumなどが挙げられる。
【００３２】
上記の微細藻類は、独立行政法人製品評価技術基盤機構  特許微生物寄託センター（郵便番号292-0818  千葉県木更津市かずさ鎌足２−５−８）、独立行政法人国立環境研究所微生物系統保存施設（郵便番号305-8506  茨城県つくば市小野川16-2）、又は、The Culture Collection of Algae at the University of Texas at Austin, USA（http://web.biosci.utexas.edu/utex/default.aspx）などから容易に入手される。
【００３３】
前記微細藻類としては、バイオディーゼルの原料となるワックスエステルを大量に産生できるという点、ビタミン、カロテノイド、栄養価の高いタンパク質、パラミロンなどの有価物を多く含んでいるという点、大量に培養しやすいという点で、前記ユーグレナ（Euglena）属に属する生物が好ましい。
また、前記微細藻類としては、バイオディーゼルの原料となるトリグリセリドを大量に産生できるという点、食物繊維、ビタミン、カロテノイド、タンパク質、リノール酸、リノレン酸などの有価物を多く含んでいるという点、大量に培養しやすいという点で、前記クロレラ（Chlorella）属に属する生物が好ましい。
【００３４】
前記蒸留残液や前記糖の出発物質となるバイオマスとしては、例えば、植物やその加工品、および、植物に由来する物質を挙げることができ、前記植物としては、陸上植物や水中植物が挙げられる。
なお、前記バイオマスとしては、その成分によって糖質系バイオマス、でんぷん系バイオマス、及び、セルロース系バイオマスに分けられるが、本実施形態においては用いるバイオマスを特に限定するものではない。
なお、本実施形態におけるバイオマスは、微細藻類及び微細藻類由来のものを実質的に含有していない。
【００３５】
なお、前記糖質系バイオマスとしては、例えば、さとうきび、甜菜、糖蜜、廃糖蜜などが挙げられる。
【００３６】
前記でんぷん系バイオマスとしては、例えば、トウモロコシ、こうりゃん、ジャガイモ、サツマイモ、米、麦、キャッサバなどが挙げられる。
【００３７】
前記セルロース系バイオマスとしては、例えば、間伐材や幹の生育のために切断された枝などの樹木の全部又は一部からなるチップ、おが屑などが挙げられる。
また、前記セルロース系バイオマスとしては、麦わら、稲わら、バガス、ケナフ、麻、綿、雑草などが挙げられる。
また、前記セルロース系バイオマスには、エリアンサスやネピアグラスといったいわゆるエネルギー植物なども含まれる。
また、古紙などのパルプ製品についても前記セルロース系バイオマスとして採用可能である。
【００３８】
上記のようなバイオマスを使用した前記微細藻類の培養方法について図を参照しつつより詳しく説明する。
なお、以下においては、微細藻類の培養設備をバイオエタノールの製造設備から排出される排水の処理設備として使用する態様を例示しつつ説明する。
【００３９】
まず、本実施形態の藻類の培養方法に使用する装置類について説明する。
図１は、微細藻類の培養方法において用いる装置類の概要、及び、他の装置類の概要を表した概略図であり、前記バイオエタノール製造設備、及び、前記微細藻類培養設備の主たる構成を表したものである。
本実施形態においては、図に示されているようにバイオエタノール製造設備１０が微細藻類培養設備２０に併設されており、本実施形態の培養方法が実施される前記微細藻類培養設備２０が前記バイオエタノール製造設備１０の排水処理に利用されている。
なお、図１の符号Ａは、バイオエタノール製造設備１０に供給されるバイオマスを表しており、符合Ｂはバイオエタノール製造設備１０で得られるバイオエタノールを表している。
また、図１の符号Ｃは、前記微細藻類培養設備２０に供給される水を表しており、符号Ｄは、微細藻類を培養することによって得られる有価物を表しておいる。
以下においては、当該有価物が藻バイオマスである場合を例に説明する。
なお、図１の符号Ｅは、必要に応じて微細藻類培養設備２０に供給される各種成分を表し、符合Ｆは微細藻類培養設備２０から排出される処理水を表している。
【００４０】
前記バイオエタノール製造設備１０は、主要構成として以下の（１１）〜（１４）を有している。
（１１）前記バイオマスＡが供給され、該バイオマスから糖を含む原液が作製される原液作製装置。
（１２）前記原液が原液作製装置１１から供給され、該原液に含まれている糖がアルコール発酵されてエタノールを含有する発酵液が作製される発酵装置。
（１３）前記発酵液が発酵装置１２から供給され、該発酵液が蒸留されて発酵液よりもエタノール濃度の高い凝縮液と発酵液よりもエタノール濃度の低い蒸留残液とに分離される蒸留装置。
（１４）前記凝縮液が蒸留装置１３から供給され、該凝縮液に含有されている水分などの不純物が除去されて前記不純物を含む分離液と高純度のエタノールとに前記凝縮液が分離される精製装置。
【００４１】
一方で、前記微細藻類培養設備２０は、主要構成として以下の（２１）〜（２５）を有している。
（２１）前記蒸留装置１３から前記蒸発残液が供給されるとともに前記原液作製装置１１から糖を含む前記原液が供給され、これらが系外から供給される水によって適度な濃度に希釈されて前記微細藻類の培養液が調製される調整タンク。
（２２）調整タンク２１において調整後の培養液を除菌する除菌装置。
（２３）前記微細藻類が収容され、前記調整タンク２２から除菌装置２２を経て供給される培養液によって前記微細藻類が暗条件下での従属栄養培養又は光従属栄養培養される培養装置。
（２４）前記培養装置２３から微細藻類を含む藻類含有液が供給され、該藻類含有液が固液分離されて微細藻類が濃縮されるとともに前記調製タンク２１で作製される培養液よりも全有機炭素（ＴＯＣ）濃度が低い前記処理水Ｆが排出される濃縮装置。
（２５）前記濃縮装置２４で濃縮された濃縮物に含まれる微細藻類から有価物たる脂質が抽出されて該脂質を主成分とした液体燃料Ｅが排出される抽出装置。
【００４２】
前記のように本実施形態における微細藻類培養設備２０は、前記バイオエタノール製造設備１０の排水処理に利用されている。
そして、バイオエタノール製造設備１０では、バイオエタノールが製造される過程において以下のような工程が実施される。
（１ａ）バイオマスから糖を含む原液を得る原液作製工程。
（１ｂ）前記原液に含まれている糖をアルコール発酵してエタノールを含有する発酵液を得る発酵工程。
（１ｃ）前記発酵液を蒸留し、該発酵液よりもエタノール濃度の高い凝縮液と前記発酵液よりもエタノール濃度の低い蒸留残液とを得る蒸留工程。
（１ｄ）水分などの不純物を前記凝縮液から除去し、前記凝縮液よりもエタノール濃度の高いバイオエタノールＤを得る精製工程。
【００４３】
前記原液作製装置１１での原液作製工程は、前記バイオマスＡが糖質系バイオマスである場合は、例えば、さとうきびや甜菜を圧搾するなどして糖蜜を得、該糖蜜を水で適度に希釈して原液を作製することができ、該糖質系バイオマスが廃糖蜜である場合には、該廃糖蜜を水で希釈するなどして原液を作製することができる。
【００４４】
また、前記バイオマスＡがセルロース系バイオマスである場合、原液作製工程は、例えば、該バイオマスを適当な大きさに粉砕した後、酵素、酸又はアルカリを用いてバイオマスを加水分解し、ヘミセルロース、セルロース由来の糖を含んだ糖化液を得、該糖化液を必要に応じて中和処理して原液とする方法を採用して行うことができる。
【００４５】
前記バイオマスＡがでんぷん系バイオマスである場合には、原液作製工程は、例えば、バイオマスに含まれているでんぷんのグリコキシド結合を酵素や酸により加水分解して糖化液を得、該糖化液を必要に応じて中和処理して原液とする方法を採用して行うことができる。
【００４６】
なお、原液は、繊維等の固形物を含有している場合、この固形物を除去した上で前記発酵装置１２に供給することが好ましい。
【００４７】
前記発酵装置１２における発酵工程は、例えば、前記原液に酵母を加えたものを嫌気環境下で所定時間保持するバッチ（回分）式の方法を採用して実施することができる。
【００４８】
前記酵母としては、酵母菌を用いることができ、例えば、サッカロマイセス（Saccharomyces）属に属するものを使用できる。
より具体的には、前記酵母菌としては、Saccaromyces cerebisiae等を使用することができる。
また、前記酵母としては、いわゆる清酒酵母、いわゆるワイン酵母、又は、いわゆるビール酵母などを用いても良い。
【００４９】
なお、当該発酵工程において作製された発酵液は、前記酵母をろ別等によって回収した後に前記蒸留装置１３に供給することが好ましい。
回収した酵母は、例えば、次バッチ以降の発酵工程に再利用することができる。
前記酵母には、タンパク質、アミノ酸、ビタミン、リン、カリウムなどの成分が含まれている。
従って、当該発酵工程において回収した酵母は、要すれば前記調製タンク２１、又は、前記培養装置２３に供給し、微細藻類の培養に活用することも可能である。
なお、微細藻類の培養に活用する場合、酵母は、酵母エキスとして活用することが好ましい。
前記酵母エキスとしては、例えば、熱水と接触させて酵母菌の細胞壁を破壊して抽出されたもの、又は、酵素処理によって酵母菌の細胞壁を破壊して抽出されたもの等を用いることができる。
また、前記酵母エキスとしては、前記酵母が自己消化することにより生じたものであってもよい。
即ち、前記発酵工程に用いる酵母エキスは、酵母が有する酵素を利用して、酵母を構成する成分を分解することにより生じたものであってもよい。
前記酵母の自己消化は、例えば、糖類などの有機栄養素がない条件下に酵母をおくことにより起こすことができる。
このように酵母を酵母エキスにするために、前記調整タンク２１、又は前記培養装置２３に供給する前に熱水による処理や酵素による処理、自己消化のための装置を別途設けても良く、後述する除菌装置などを用いるようにしても良い。
【００５０】
前記蒸留装置１３での蒸留工程は、例えば、蒸留釜と凝縮器とを用いた一般的な方法によって実施することができる。
そして、この蒸留工程で発酵液から凝縮液としてエタノールが除去・回収された後の残液たる蒸留残液は、通常、有機物等を含んでいるためにそのままの状態で放流水としたり、何等かの工程水として再利用することが難しい。
本実施形態においては、バイオエタノール製造設備１０から排出される排水たる前記蒸留残液が前記微細藻類培養設備２０によって排水処理されている。
【００５１】
なお、前記精製装置１４における精製工程は、例えば、モレキュラーシーブや膜分離によって前記凝縮液から水分などの不純物を除去することによって実施することができる。
この工程においては、前記モレキュラーシーブの再生や前記膜分離に際して前記凝縮液から分離された分離液が排水となって精製装置１４から排出されることになるが、要すれば、この排水も前記微細藻類培養設備２０によって処理させることができる。
【００５２】
次いで、藻バイオマスＤの製造とともに微細藻類培養設備２０の排水処理として実施される本実施形態の微細藻類培養方法について説明する。
本実施形態の微細藻類培養設備２０では、藻バイオマスＤが製造される過程において以下のような工程が実施される。
（２ａ）前記蒸留残液とともに前記原水作製装置１１から糖を前記調製タンク２１に導入し、当該調製タンク２１に前記蒸留残液を適度に希釈するための水Ｃを導入し、該水Ｃで前記蒸留残液及び前記糖を適度な濃度に希釈して微細藻類を培養するための培養液を調製する培養液調製工程。
（２ｂ）前記調整後の培養液から微細藻類の増殖を阻害するおそれのある菌を前記除菌装置２２で取り除く除菌工程。
（２ｃ）前記調製タンク２１から培養液を除菌装置２２を経由して培養装置２３に導入し、該培養装置内で微細藻類を増殖させる培養工程。
（２ｄ）前記培養装置２３から藻類含有液を濃縮装置２４に導入し、該濃縮装置２４で藻類含有液を固液分離する固液分離工程。
（２ｅ）前記固液分離工程で藻類含有液が濃縮された濃縮物から有価物（藻バイオマスＤ）得る抽出工程。
【００５３】
前記調製タンク２１において実施される培養液調製工程においては、例えば、前記蒸留残液の含有量が過度に少ない培養液を調製すると当然ながら本発明の効果が十分に発揮されなくなるおそれを有する。
その一方で、前記蒸留残液の含有量が過度に多い培養液も、微細藻類の効率的な培養には適さないおそれがある。
従って、本発明の効果をより顕著なものとし得る点において、当該工程において作製する前記培養液には、前記蒸発残液を容量で１／４０以上１／２以下含有させることが好ましく、前記蒸発残液を培養液に１／２０以上１／５以下となる割合で含有させることがさらに好ましい。
【００５４】
該蒸留残液とともに培養液に含有させる前記糖は、微細藻類の炭素源となるもので、前記蒸留残液に微細藻類が利用可能な炭素源が十分に含有されているようであれば敢えて培養液に含有させる必要はないが、通常、蒸留残液に微細藻類が利用可能な有機炭素源が十分に含有されていることはない。
従って、通常は、何等かの形で微細藻類が利用可能な有機炭素源となる物質を培養液に含有させることが必要となる。
前記培養液に有機炭素源を含有させる際には、バイオマスから得られた糖以外のものを有機炭素源として使用しても良いが、バイオエタノール製造過程においては、ブドウ糖や果糖などの糖が安価で大量に製造されるため、本実施形態の微細藻類培養方法を経済的観点からも多くの利点を有するものとする上において、前記培養液に含有させる有機炭素源は、バイオマスから得られた糖とすることが好ましい。
また、糖の添加量が少ない場合、微細藻類の増殖に必要な炭素源を十分に得ることができずに微細藻類の培養の効率が低下するおそれを有する。
一方で、糖の添加量が多い場合、藻類が利用しきれずに糖が残存する可能性があり、添加した糖類が無駄になるおそれがある。
更に糖の添加量が多いと、本実施形態のごとく微細藻類を排水処理に利用する場合、残存した糖類が結果的に水質を悪化させてその目的が十分に果たせなくなるおそれがある。
なお、本発明の効果をより顕著なものとし得る点において、微細藻類としてユーグレナを利用する場合、当該工程において作製する前記培養液には、前記糖を５ｇ／Ｌ以上の割合で含有させることが好ましく、１０ｇ／Ｌ以上の割合で含有させることがより好ましい。
また、前記培養液には、前記糖を２５ｇ／Ｌ以下の割合で含有させることが好ましく、２０ｇ／Ｌ以下の割合で含有させることがより好ましく、１５ｇ／Ｌ以下の割合で含有させることが特に好ましい。
【００５５】
また、培養液調製工程においては、培養液が微細藻類の増殖に適したｐＨ値を示すように調節することが好ましい。
増殖させる微細藻類が、例えば、ユーグレナ（Euglena）属生物である場合には、特に限定されないが前記培養液のｐＨは、３．０〜５．５とすることが好ましい。
なお、培養液のｐＨを調整するためには、前記各主成分Ｅとして塩酸のような無機酸や酢酸のような有機酸を採用してこれらの酸を前記調製タンク２１に導入させるようにすればよい。
なお、このとき調製タンク２１に導入させる酸としては、微細藻類が栄養源として利用可能である点において有機酸が好ましい。
【００５６】
本実施形態においては、前記炭素源とは別に微細藻類の増殖に必要な無機栄養素やビタミンを含む物質を前記各種成分Ｅとして前記調製タンク２１に導入させるようにしても良い。
なお、該無機栄養素としては、例えば、カリウムイオン、鉄イオン、マンガンイオン、コバルトイオン、亜鉛イオン、銅イオン、モリブテンイオン、ニッケルイオンなどが挙げられる。
【００５７】
このようにして調製された培養液を前記除菌装置２２で除菌する前記除菌工程は、例えば、菌の増殖に悪影響を与えるおそれのある薬剤を用いることなく実施することが好ましく、水蒸気などの熱を利用した加熱殺菌、濾過膜を利用した菌の除去などにより行うことが好ましい。
【００５８】
本実施形態においては、前記培養液を利用することにより、前記培養装置２３での微細藻類の培養をより効率的なものとすることができる。
【００５９】
前記培養装置２３での培養工程は、従属栄養培養がなされる条件下であれば、明条件下（光従属栄養培養）、暗条件下の何れで微細藻類を培養させても良いが、本実施形態においては、実質的に微細藻類に光を照射しない暗条件下で従属栄養培養することが好ましい。
特に増殖させる微細藻類がユーグレナ（Euglena）属生物である場合には、前記培養工程においては、微細藻類と前記培養液との混合液に対して曝気を実施し、微細藻類を暗条件下且つ好気条件下で培養することが好ましい。
【００６０】
なお、本明細書中における「暗条件」とは、培養期間を通じて光の照射強度を平均した場合にその値が数μｍｏｌ／ｍ2／ｓ以下（多くとも１０μｍｏｌ／ｍ2／ｓを超えない）となることを意味する。
また、前記曝気は、一般的な曝気方法を利用することができ、単に液体中に気体を曝気する方法に限定されず、撹拌や振とうによって気体を取り込む方法も含むものである。
また、曝気する気体としても空気や純酸素及びこれらの混合気体を利用することができる。
【００６１】
該培養工程における培養液の温度は、微細藻類が増殖できる温度であれば、特に限定されない。該培養温度（培養液の温度）としては、具体的には例えば、２０℃〜３５℃が採用される。
【００６２】
なお、前記培養工程は、前記培養装置２３から微細藻類の全てを取り出す回分式を採用してもよく、培養した微細藻類の一部を培養装置２３から定期的に取り出す半回分式培養方法を採用してもよく、微細藻類の増殖速度に合わせて藻類含有液を調整タンク２１から除菌装置２２を経由して培養装置２３に向けて連続的に流下させる連続式のいずれを採用しても良い。
なお、培養工程を連続式培養方法や半回分式培養方法によって実施する場合、前記連続式培養方法であれば、前記調製タンク２１における培養液を、蒸留残液濃度、糖濃度、ｐＨなどが前記の好ましい範囲となるように調製し、該調製された培養液を培養装置２３に向けて連続的に供給させるようにすればよい。
一方で、半回分式培養方法によって培養工程を実施する場合、前記調製タンク２１における培養液の蒸留残液濃度、糖濃度、ｐＨなどの調整は、培養装置２３での培養液の濃度が前記の好ましい範囲となるように実施されることが好ましい。
即ち、半回分式培養方法による培養工程は、培養装置２３から取り出されずに残った培養液と調製タンク２１で調製された新たな培養液とを混合した結果、該混合後の培養液における糖濃度が５ｇ／Ｌ〜２５ｇ／Ｌ（特には１０ｇ／Ｌ〜２０ｇ／Ｌ）となり、前記混合後の培養液におけるｐＨが前記の好ましい範囲となるようにして実施することが好ましい。
また、蒸発残液についても同じであり、例えば、半回分式培養方法における培養液の入れ替えが全体量の半分であるとした場合、調製タンク２１で調製する培養液は、前記の好ましい範囲（容量で１／４０以上１／２以下、より好ましくは、１／２０以上１／５以下）の倍の濃度で蒸発残液を含有させることが好ましい。
【００６３】
この培養工程に次いで実施される前記固液分離工程においては、例えば、培養装置２３から濃縮装置２４に導入された藻類含有液に対し、浮上濃縮、重力濃縮、膜濃縮、ベルト濃縮等によって微細藻類を濃縮して濃縮された微細藻類を得る方法や、前記濃縮した後、例えば、真空脱水機、加圧脱水機（フィルタープレス）、ベルトプレス、スクリュープレス、遠心濃縮脱水機（スクリューデカンタ）、又は、多重円盤脱水機などによってさらなる濃縮を実施し、最終的に脱水ケーキのような状態で微細藻類を得る方法を採用することができる。
【００６４】
このようにして得られる微細藻類は有価物として有効利用することができる。
例えば得られた微細藻類は、嫌気条件で培養、又は嫌気条件に伏すことで、ワックスエステルなどの脂質を個体内に蓄積する。
ワックスエステルを蓄積した微細藻類は、そのまま燃料として利用することができる。
また、蓄積した該脂質は、微細藻類から抽出することによって、該脂質を主成分とした燃料に利用することもできる。
前記抽出工程は、例えば、ヘキサンなどの溶媒を利用した溶媒抽出法により実施することができる。なお、公知の方法によって抽出後の脂質を改質して更に利用しやすい燃料としても良い。
また、微細藻類がユーグレナ（Euglena）属生物である場合は、通常、パラミロンなどの多糖類やビタミン類を有価物として個体内に含有している。
この多糖類やビタミン類についても、脂質とは別に抽出してその有効利用を図ることができる。
また、溶媒抽出などをせずにユーグレナを上記燃料や飼料等にそのまま有効利用しても良い。
【００６５】
なお、本実施形態においては、前記微細藻類が前記蒸留残液に含まれている各種成分を個体内に取り込むことにより効率的な増殖が行われる。
即ち、前記培養工程における微細藻類の単位時間当たりの増加量は、蒸留残液を含まない培養液で微細藻類を培養する場合に比べて大きなものとなっている。
従って、前記固液分離工程での微細藻類の収量も従来に比べて大きなものとなり、藻バイオマスＤも従来に比べて効率的に作製されることになる。
【００６６】
それとともに前記培養装置２３から濃縮装置２４に向けて流下される藻類含有液から微細藻類を除いた処理水Ｆは、前記培養液や前記蒸発残液に比べてＴＯＣ濃度などを大きく低下させた状態となる。
【００６７】
即ち、前記処理水Ｆは、バイオエタノール製造設備１０から排出される蒸留残液に比べると、放流水としたり何等かの工程水として再利用しやすい状態になっており、仮に放流水とすることや工程水としての再利用することに対してさらなる処理を要する場合でも前記蒸発残液に比べて前記処理の手間を軽減させ得るものとなっている。
また、前記処理水Ｆは、前記調製タンク２１に返送して、外部から導入する前記水Ｃの量を削減するのに有効利用することも可能である。
なお、外部から導入される水Ｃとしては特に限定されず、水道水や地下水、工場用水など通常の水を利用することができる。
【００６８】
上記のように本実施形態においては、蒸留残液の利用によって微細藻類培養設備２０における微細藻類の培養が効率的なものになるとともにバイオエタノール製造設備１０における排水処理が効率的なものとなっており、バイオエタノール製造設備１０及び微細藻類培養設備２０が互いに相手の存在によって利益を獲得できる状態となっている。
【００６９】
なお、本実施形態においては、上記のように互いに利益を獲得させ得る点においてバイオエタノールの製造過程において排出される排水の処理方法として微細藻類培養方法を適用しているが、本発明の微細藻類培養方法は、必ずしもその目的を前記排水処理に限定されるものではない。
例えば、本実施形態においては、蒸留残液以外に糖や各種成分を培養液に含有させることにより、前記濃縮装置２４から排出される処理水ＦのＴＯＣ濃度が必ずしも蒸留残液よりも低下するとは限らないが、処理水ＦのＴＯＣ濃度が蒸留残液よりも高くなってしまう場合も本発明の微細藻類培養方法として意図する範囲のものである。
【００７０】
また、本実施形態においては、藻バイオマスＤについて特定の例示を行っているが、増殖させた微細藻類を上記例示以外に利用する場合も本発明の意図する範囲である。
さらに、上記に具体的な記載のない事項であっても、微細藻類の培養方法及び排水処理方法において従来公知の技術事項については、本発明の効果を著しく損ねない範囲において採用することができる。
【実施例】
【００７１】
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７２】
（実験例１）
（種藻）
下記培地にて、微細藻類（「ユーグレナ属に属する生物（Euglena gracilis EOD-1株）（2013年3月25日付で独立行政法人製品評価技術基盤機構  特許性物寄託センター  （NITE-IPOD）（郵便番号305-8566  茨城県つくば市東１丁目１番地１中央第６））にブタペスト条約の規定の下で受領番号ＦＥＲＭ  ＡＢＰ−１１５３０として国際寄託）を従属栄養培養にて４日間培養し、種藻とした。
培地：Ｈｕｔｎｅｒの培地を改変したもの（以下「Modified Hutner」ともいう）にグルコース２５ｇ／Ｌ添加したもので具体的には表１の通りであり、また、液体に含まれる栄養素以外は、水である。
【００７３】
【表１】
2015008676.tif 000003
【００７４】
表１における微量金属含有溶液としては、下記表２の組成を有する微量金属含有溶液を用いた。
微量金属成分以外は水である。
【００７５】
【表２】
2015008676.tif 000004
【００７６】
（培養方法）
前記種藻を培養するために、下記の培養液を用意し、下記の条件下にて培養した。
「培養液の組成」：
バイオマスをアルコール発酵させた発酵液からエタノールを留去した後の残滓（蒸留残液）を純水で５倍、１０倍、２０倍、４０倍にそれぞれ希釈した４種類の培養液を用意した。
このうち５倍希釈の培養液については、グルコースを０ｇ／Ｌ、１５ｇ／Ｌとなる割合で含有させて２種類の培養液を用意した。
また、１０倍希釈、２０倍希釈、４０倍希釈の培養液についてはこれらにグルコースを０ｇ／Ｌ、１０ｇ／Ｌ、１５ｇ／Ｌ、２０ｇ／Ｌ、２５ｇ／Ｌとなる割合で含有させてそれぞれ５種類の培養液を用意した。
なお、各培養液は、塩酸によってｐＨを３．５に調製し、滅菌処理を行った。
「培養容器」：５００ｍＬ坂口フラスコ
「培養条件」：
仕込み：培養液２００ｍＬと種藻２０ｍＬとを前記の坂口フラスコに収容
培養温度：２８℃
明暗条件：暗条件（外光の差し込まない恒温槽内）
好気条件：振とう機に坂口フラスコをセットし、１３０ｒｐｍの往復振とうで運転することにより培養液中に空気を供給
【００７７】
（結果の確認）
５倍希釈の培養液を用いて前記条件による藻類の培養を８日間実施し、１日ごとに各フラスコ中の液をサンプリングした。
そして、サンプリングした液の容積：Ｖ（ｍＬ）と、該液に含有されている微細藻類の質量（乾燥質量）：Ｍ（ｍｇ）とを求め、前記質量（Ｍ）を前記容積（Ｖ）で除して藻類含有率：Ｍ／Ｖ（ｇ／Ｌ）を算出した。
さらに、培養開始時点と８日間の培養終了時点とにおいて、サンプリングした液から微細藻類を取り除いた培養液単体についてＴＯＣ濃度を測定した。
結果を、図２（ａ）（ｂ）に示す。
同様に１０倍希釈、２０倍希釈、４０倍希釈の培養液を用いて前記条件による藻類の培養を５日間実施し、１日ごとに各フラスコ中の液をサンプリングした。
さらに、培養開始時点、培養２日目、及び５日間の培養終了時点とにおいて、サンプリングした液から微細藻類を取り除いた培養液単体についてＴＯＣ濃度を測定した。
結果を図３〜５に示す。
【００７８】
上記結果からは、蒸留残液を炭素源とともに培養液に含有させることにより当該培養液が微細藻類の増殖に有効であることがわかる。
また、上記結果からは、微細藻類培養方法を蒸留残液を含む排水処理目的に実施することで大きなメリットが得られることもわかる。
また、上記結果からは、１０ｇ／Ｌのグルコース含有量では微細藻類が糖を消費して増殖する能力に余力を残した状態となっていることが分かる。
即ち、上記結果からは、１０ｇ／Ｌ以上のグルコースを含有する培養液を用いることで微細藻類がより効率良く増殖され得ることがわかる。
一方でＴＯＣの濃度に着目した場合、グルコースを２０ｇ／Ｌ未満とする割合で含有する培養液を用いることで培養液中のＴＯＣ濃度を大きく低下させ得ることが分かる。
【００７９】
（実験例２）
（培養方法）
実験例１と同様に、微細藻類を培養するために、下記の培養液を用意した。
ただし、培養条件は下記のように変更して藻類の培養を実施した。
「培養液の組成」：
バイオマスをアルコール発酵させた発酵液からエタノールを留去した後の残滓（蒸留残液）を純水で５倍、１０倍、２０倍にそれぞれ希釈した３種類の培養液、及び、これらにグルコースを１５ｇ／Ｌとなる割合で含有させた３種類の培養液を用意した。
なお、各培養液は、塩酸によってｐＨを３．５に調製し、滅菌処理を行った。
「培養容器」：３００ｍＬ三角フラスコ
「培養条件」：
仕込み：培養液１００ｍＬと種藻５ｍＬとを前記の三角フラスコに収容
培養温度：２５℃
好気条件：振とう機に三角フラスコをセットし、１２０ｒｐｍの回転数で運転することにより培養液中に空気を供給
明暗条件：明／暗条件（１２時間の光照射環境と１２時間の暗環境とを繰り返して培養した。なお、光照射環境における光合成光量子束密度（ＰＰＦＤ）は約１００μｍｏｌ／ｍ2／ｓとした）
この培養結果を図６に示す。
【００８０】
上記結果において、例えば、図６と図２〜４との対比から、本実施形態の藻類培養方法は、暗条件下で実施される方が藻類をより効率良く培養する上において有利であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の微細藻類の培養方法は、細胞内に炭化水素や多糖類などの有機化合物を貯蔵した微細藻類を、健康食品、医薬品、飼料、化成品、又は燃料等の用途で利用するために、好適に使用できる。
具体的には、本発明の微細藻類の培養方法は、例えば、微細藻類としてユーグレナ（Euglena）属に属する生物を採用して、該微細藻類を培養することにより、微細藻類の細胞内に油分を貯蔵させ、油分を取り出して燃料の原料として利用するために好適に使用できる。
【符号の説明】
【００８２】
１０：バイオエタノール製造設備
１３：蒸留装置
２０：微細藻類培養設備
２３：培養装置
Ａ：バイオマス
Ｂ：バイオエタノール
Ｃ：水
Ｄ：液体燃料
Ｆ：処理水
【図１】
2015008676.tif 000005
【図２】
2015008676.tif 000006
【図３】
2015008676.tif 000007
【図４】
2015008676.tif 000008
【図５】
2015008676.tif 000009
【図６】
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