(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
藻類を培養する培養装置であって、
槽本体と、
前記槽本体に収容され、前記藻類を含む培養液と、
前記槽本体に収容され、 Perfluoro-2-Butyltetrahydrofuran、Perfluorooctane、Perfluoro-1-isopropoxyhexane、Perfluoro-1,4-diisopropoxybutane、Perfluorooctylbromideのうち少なくともいずれかを含む付着防止液と、
を備え、
前記藻類と前記槽本体の内壁の少なくとも一部との間に前記付着防止液が介在することを特徴とする培養装置。
【請求項２】
前記付着防止液を前記槽本体から回収する回収部と、
回収された前記付着防止液を冷却する冷却部と、
前記回収された付着防止液に二酸化炭素または酸素を溶解させる溶解部と、
前記冷却部によって冷却され、前記溶解部によって二酸化炭素または酸素が溶解された付着防止液を前記槽本体に返送する返送部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の培養装置。
【請求項３】
培養液を利用して藻類を培養する培養装置を用いた培養方法であって、
前記培養装置を構成する槽本体に、 Perfluoro-2-Butyltetrahydrofuran、Perfluorooctane、Perfluoro-1-isopropoxyhexane、Perfluoro-1,4-diisopropoxybutane、Perfluorooctylbromideのうち少なくともいずれかを含む付着防止液を導入することで、該槽本体の内壁に該付着防止液を付着させる工程と、
内壁に前記付着防止液が付着した槽本体に、前記藻類を含む前記培養液を導入する工程と、
を含み、
前記藻類と前記槽本体の内壁の少なくとも一部との間に前記付着防止液が介在することを特徴とする培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、藻類等を培養する培養装置、および、培養方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオ燃料（炭化水素やバイオディーゼル）や、アスタキサンチン等の生理活性物質を産生することができる藻類（特に、微細藻類）が注目されており、このような藻類を大量に培養し、石油に換わるエネルギーとして利用したり、薬や化粧品、食品等に利用したりすることが検討されている。
【０００３】
藻類等の大量培養用の培養装置の例として、その一部が大気開放されている開放系リアクタの培養装置であるレースウェイ型（オープンポンド型、屋外池型とも呼ばれる形式のひとつ）が挙げられる（例えば、非特許文献１）。また、大気と接触する部分がない閉鎖系リアクタとして、チューブ形状の培養槽で構成されるチューブ型の培養装置（例えば、非特許文献１）や、直方体形状の培養槽で構成されるパネル型の培養装置（例えば、特許文献１）も検討されている。なお、チューブ型やパネル型の培養装置を構成する培養槽は、光合成効率を向上させるために、光を透過する、例えば、ガラス、プラスチック等の部材で構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３９４４４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Elsevier, Bioresource Technology 101, 2010:1406-1413
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
培養槽で藻類を培養する際に、培養液中で藻類が沈殿して培養槽の底面や壁面に藻類が付着する場合がある。そうすると、底面や壁面に付着した藻類によって光が遮られてしまい、培養槽内への光の透過効率が低下し、培養液中の藻類の光合成効率や培養液の消費効率が低下して、全体的な培養効率が低下するといった問題が生じ得る。
【０００７】
また、培養槽の底面や壁面に一旦藻類が付着すると、付着した藻類（藻体）を回収するのが困難となる。したがって、培養槽内への光の透過効率を戻す為には、培養槽から培養液を排出し、ブラシ等を用いて底面や壁面から藻体を掻出し、培養槽を洗浄して滅菌するといった膨大な作業が必要となる。
【０００８】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、培養槽に収容する液体を工夫することで、培養槽の内壁への藻類の付着を防止し、光合成効率の低下や培養液の消費効率の低下を抑制することが可能な培養装置、および、培養方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の培養装置は、藻類を培養する培養装置であって、槽本体と、槽本体に収容され、藻類を含む培養液と、槽本体に収容され、 Perfluoro-2-Butyltetrahydrofuran、Perfluorooctane、Perfluoro-1-isopropoxyhexane、Perfluoro-1,4-diisopropoxybutane、Perfluorooctylbromideのうち少なくともいずれかを含む付着防止液と、を備え、藻類と槽本体の内壁の少なくとも一部との間に付着防止液が介在することを特徴とする。
【００１３】
上記培養装置は、付着防止液を槽本体から回収する回収部と、回収された付着防止液を冷却する冷却部と、回収された付着防止液に二酸化炭素または酸素を溶解させる溶解部と、冷却部によって冷却され、溶解部によって二酸化炭素または酸素が溶解された付着防止液を槽本体に返送する返送部と、をさらに備えてもよい。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の培養方法は、培養液を利用して藻類を培養する培養装置を用いた培養方法であって、培養装置を構成する槽本体に、 Perfluoro-2-Butyltetrahydrofuran、Perfluorooctane、Perfluoro-1-isopropoxyhexane、Perfluoro-1,4-diisopropoxybutane、Perfluorooctylbromideのうち少なくともいずれかを含む付着防止液を導入することで、槽本体の内壁に付着防止液を付着させる工程と、内壁に付着防止液が付着した槽本体に、藻類を含む培養液を導入する工程と、を含み、藻類と槽本体の内壁の少なくとも一部との間に付着防止液が介在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、培養槽に収容する液体を工夫することで、培養槽の内壁への藻類の付着を防止することができる。したがって、外部から培養槽内への光の透過効率の低下を低減し、光合成効率の低下や培養液の消費効率の低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】培養装置の外観斜視図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】培養装置の概略的な機能を説明するための機能ブロック図である。
【図４】槽本体における藻類液の流れを説明するための説明図である。
【図５】槽本体の変形例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
（培養装置１００）
図１は、培養装置１００の外観斜視図であり、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図であり、図３は、培養装置１００の概略的な機能を説明するための機能ブロック図であり、図４は、槽本体１１０における藻類液Ｇの流れを説明するための説明図である。
【００１９】
図１、図２、図３に示すように、培養装置１００は、槽本体１１０と、攪拌部１２０と、回収部１３０と、冷却部１４０と、溶解部１５０と、返送部１６０とを含んで構成される。なお、図１、図２、および、図４中、説明の便宜上、回収部１３０、冷却部１４０、溶解部１５０、返送部１６０の記載を省略する。
【００２０】
槽本体１１０は、光透過性を有する部材で形成された、底面１１０ａと、側面１１０ｂと、仕切り板１１０ｃとを含んで構成され、藻類Ａを含む培養液Ｍである藻類液Ｇと、付着防止液Ｆとを共に収容する。本実施形態において、槽本体１１０は、上面に開口部１１２を有する、レースウェイ型を例に挙げて説明する。ここで、槽本体１１０を、光透過性を有する部材で形成することにより、開口部１１２からのみならず側面１１０ｂおよび仕切り板１１０ｃを通じて太陽１０等の光（散乱光や反射光）を槽本体１１０内に入射させることが可能となる。
【００２１】
付着防止液Ｆは、藻類Ａおよび培養液Ｍとの間に界面が形成される程度に親和性が低い液体、すなわち、水への溶解度が１ｇ／Ｌ以下であり、好ましくは、０．０５ｇ／Ｌ以下であり、より好ましくは、０．０１ｇ／Ｌ以下である液体である。藻類Ａおよび培養液Ｍの主成分は水であるため、付着防止液Ｆを、水への溶解度が１ｇ／Ｌを上回る液体とすると、藻類Ａ中または培養液Ｍ中への付着防止液Ｆの溶解効率が上昇してしまい、その分だけ、藻類Ａおよび培養液Ｍと界面を形成する（位置を異にして存在する）ことが可能な付着防止液Ｆの量が減ってしまう。そこで、付着防止液Ｆを、水への溶解度が１ｇ／Ｌ以下の液体とすることで、藻類Ａまたは培養液Ｍへの付着防止液Ｆの溶解効率を低減することが可能となる。これに加えて、付着防止液Ｆは、藻類Ａの増殖効率や産生物の産生効率を低下させることなく、藻類Ａおよび培養液Ｍより比重が大きい液体である。したがって、付着防止液Ｆとともに藻類液Ｇを槽本体１１０に収容すると、図２に示すように、鉛直下方から順に、底面１１０ａ、付着防止液Ｆ、培養液Ｍが配されることとなり、少なくとも培養液Ｍと付着防止液Ｆとの間には界面ＳＡが形成される。
【００２２】
ここで、藻類Ａの比重は、培養液Ｍの比重以上であるため、藻類Ａのうち一部は、培養液Ｍにおいて界面ＳＡまで沈降する。一方、上述したように付着防止液Ｆは、培養液Ｍのみならず藻類Ａとの間にも界面が形成される程度に親和性が低く、また藻類Ａよりも比重が大きい。したがって、培養液Ｍにおいて界面ＳＡまで沈降した藻類Ａは、界面ＳＡよりも付着防止液Ｆ（鉛直下方）側に沈降することはない。つまり、藻類Ａと槽本体１１０の底面１１０ａ（内壁）との間に付着防止液Ｆが介在することになる。
【００２３】
したがって、槽本体１１０の底面１１０ａへの藻類Ａの付着を防止することができる。これにより、藻類が底面１１０ａに付着することで生じる膨大な作業（槽本体１１０から藻類液Ｇを排出し、ブラシ等を用いて底面１１０ａや側面１１０ｂの内側、仕切り板１１０ｃの外面から藻体を掻出し、槽本体１１０を洗浄して滅菌する作業）を行う事態を回避することが可能となる。
【００２４】
また、槽本体１１０に導入された付着防止液Ｆは、少なからず側面１１０ｂ、および、仕切り板１１０ｃにも付着する。したがって、まず、槽本体１１０の底面１１０ａのみならず、側面１１０ｂの内側（内壁）、仕切り板１１０ｃの外面にも付着防止液Ｆが付着するように、槽本体１１０を付着防止液Ｆで満たし、底面１１０ａの内側（内壁）と、側面１１０ｂの内側（内壁）、仕切り板１１０ｃの外面に付着防止液Ｆを付着させて、付着防止液Ｆで内壁をコーティングする。
【００２５】
続いて、投入した付着防止液Ｆのうち、藻類液Ｇに二酸化炭素等を供給したり、藻類液Ｇを冷却したりするために必要な量の付着防止液Ｆを残して、槽本体１１０から排出する。その後、藻類液Ｇを槽本体１１０に投入する。
【００２６】
そうすると、図２中、左側の拡大図に示すように、藻類Ａと底面１１０ａのみならず、藻類Ａと側面１１０ｂの内側、および、藻類Ａと仕切り板１１０ｃとの間に付着防止液Ｆが介在することとなる。
【００２７】
なお、ここでは、槽本体１１０を付着防止液Ｆで満たすことで、底面１１０ａの内側（内壁）と、側面１１０ｂの内側（内壁）、仕切り板１１０ｃの外面に付着防止液Ｆを付着させているが、これに限らず、底面１１０ａの内側（内壁）と、側面１１０ｂの内側（内壁）、仕切り板１１０ｃの外面に付着防止液Ｆを塗布してもよい。
【００２８】
したがって、槽本体１１０の底面１１０ａのみならず、側面１１０ｂおよび仕切り板１１０ｃへの藻類Ａの付着を防止することができる。これにより、側面１１０ｂおよび仕切り板１１０ｃの光透過性を維持することができ、槽本体１１０内への光の透過効率の低下を回避することが可能となる。なお、槽本体１１０の底面１１０ａ、側面１１０ｂ、および、仕切り板１１０ｃを、付着防止液Ｆが付着しやすい材質（例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート等）で構成すると、槽本体１１０の内壁への付着防止液Ｆの付着効率を向上させることができる。
【００２９】
攪拌部１２０は、例えば、攪拌パドルで構成され、藻類液Ｇを攪拌して、藻類液Ｇを槽本体１１０内で移動させる。ここで、攪拌部１２０は、図３中反時計回りに回転し、これによって、図４中黒矢印で示すように、藻類液Ｇを槽本体１１０内で移動させる。
【００３０】
図３に戻って説明すると、回収部１３０は、例えば、ポンプで構成され、付着防止液Ｆを槽本体１１０から回収する。本実施形態において回収部１３０は、槽本体１１０の底面１１０ａから付着防止液Ｆを回収する。付着防止液Ｆは底面１１０ａ付近に滞留しているため、底面１１０ａから付着防止液Ｆを回収することで、効率よく付着防止液Ｆを回収することが可能となる。
【００３１】
冷却部１４０は、回収された付着防止液Ｆを冷却する。そして、冷却された付着防止液Ｆは、後述する溶解部１５０を介し返送部１６０によって槽本体１１０に返送される。
【００３２】
藻類には培養に適した温度範囲があり、この温度範囲を大きく逸脱すると、藻類の培養効率が低下してしまう。例えば、培養液の温度が高すぎると、藻類を構成するタンパク質等が変性してしまうといった問題が生じる。
【００３３】
そこで、付着防止液Ｆを水よりも比熱が大きい液体で構成する。そうすると、冷却部１４０が付着防止液Ｆを冷却し、返送部１６０が冷却された付着防止液Ｆを槽本体１１０に返送することにより、槽本体１１０に収容された藻類液Ｇを効率よく冷却することができる。したがって、藻類液Ｇの温度を藻類Ａの培養に適した温度範囲内に維持することができ、藻類Ａの光合成効率を向上させ、藻類Ａを構成するタンパク質や核酸等が変性して増殖が困難になる事態を回避することが可能となる。
【００３４】
溶解部１５０は、冷却部１４０によって冷却された付着防止液Ｆに二酸化炭素または酸素を溶解させる。そして、二酸化炭素または酸素が溶解された付着防止液Ｆは、返送部１６０によって槽本体１１０に返送される。
【００３５】
具体的に、日中等の光が槽本体１１０に入射され、藻類Ａが光合成を行う時間帯において、溶解部１５０は、付着防止液Ｆに二酸化炭素を溶解させる。一方、夜間等の光が槽本体１１０に入射されず、藻類Ａが呼吸を行う時間帯において、溶解部１５０は、付着防止液Ｆに酸素を溶解させる。
【００３６】
これにより、開口部１１２からのみならず付着防止液Ｆから二酸化炭素や酸素を藻類Ａに供給することができる。したがって、藻類Ａの光合成効率や呼吸効率を向上させることが可能となる。
【００３７】
ここで、付着防止液Ｆは、水よりも二酸化炭素または酸素の溶解度が高い液体であるとよい。これにより、溶解部１５０によって付着防止液Ｆによって効率よく二酸化炭素や酸素を溶解させることができ、付着防止液Ｆによる藻類液Ｇへの二酸化炭素や酸素の溶解効率を向上させることが可能となる。
【００３８】
返送部１６０は、冷却部１４０によって冷却され、溶解部１５０によって二酸化炭素または酸素が溶解された付着防止液Ｆを槽本体１１０に返送する。
【００３９】
また、付着防止液Ｆは、藻類Ａの産生物との間に界面が形成される程度に親和性が低い液体であるとよい。これにより、藻類Ａから放出された産生物を付着防止液Ｆから容易に分離することが可能となる。
【００４０】
上述したように、付着防止液は、藻類および培養液との間に界面が形成される程度に親和性が低く、藻類および培養液と比重の異なる液体であり、水よりも二酸化炭素または酸素の溶解度が高い液体であるとよく、水よりも比熱が大きい液体であるとよく、さらに、付着防止液は、藻類の産生物との間に界面が形成される程度に親和性が低い液体であるとよい。
【００４１】
このような付着防止液として、有機ハロゲン化物を含む液体、または、有機ハロゲン化合物であり、かつ、イミダゾール化合物を含む液体が挙げられる。具体的に説明すると、付着防止液Ｆは、Perfluoro-2-Butyltetrahydrofuran、N,N-Diethyl-N-methyl-N(2-methoxyethyl) ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl)imide、1-Ethyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide、Tetrachloroethylene、Dibromochloromethane、Perfluorooctane、Perfluoro-1-isopropoxyhexane、Perfluoro-1,4-diisopropoxybutane、Perfluorooctylbromideのうち少なくともいずれかを含むとよい。
【００４２】
Perfluoro-2-Butyltetrahydrofuranは、下記化学式（１）で示される化合物であり、比重（ｄ）が１．７７である。
【化１】
0005780039.tif 000002
…化学式（１）
【００４３】
N,N-Diethyl-N-methyl-N(2-methoxyethyl) ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl)imideは、下記化学式（２）で示される化合物であり、比重（ｄ）が１．４２である。
【化２】
0005780039.tif 000003
…化学式（２）
【００４４】
1-Ethyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imideは、下記化学式（３）で示される化合物であり、比重（ｄ）が１．５３である。
【化３】
0005780039.tif 000004
…化学式（３）
【００４５】
Tetrachloroethyleneは、下記化学式（４）で示される化合物であり、比重（ｄ）が１．６２である。
【化４】
0005780039.tif 000005
…化学式（４）
【００４６】
Dibromochloromethaneは、下記化学式（５）で示される化合物であり、比重（ｄ）が２．４５である。
【化５】
0005780039.tif 000006
…化学式（５）
【００４７】
Perfluorooctaneは、下記化学式（６）で示される化合物であり、比重（ｄ）が１．７５である。
【化６】
0005780039.tif 000007
…化学式（６）
【００４８】
Perfluoro-1-isopropoxyhexaneは、下記化学式（７）で示される化合物であり、比重（ｄ）が１．７５である。
【化７】
0005780039.tif 000008
…化学式（７）
【００４９】
Perfluoro-1,4-diisopropoxybutaneは、下記化学式（８）で示される化合物であり、比重（ｄ）が１．７５である。
【化８】
0005780039.tif 000009
…化学式（８）
【００５０】
Perfluorooctylbromideは、下記化学式（９）で示される化合物であり、比重（ｄ）が１．９３である。
【化９】
0005780039.tif 000010
…化学式（９）
【００５１】
（変形例）
上述した実施形態では、レースウェイ型の槽本体１１０について説明したが、他の形態の槽本体を採用してもよい。例えば、培養装置１００の槽本体として、図５に示すようなパネル型の槽本体２１０を採用してもよい。この場合、回収部１３０によって底部２１０ａから回収された付着防止液Ｆは、冷却部１４０で冷却され、溶解部１５０で二酸化炭素または酸素が溶解され、返送部１６０によって、槽本体２１０の天面２１０ｂに返送される。そうすると、藻類液Ｇの鉛直上方から付着防止液Ｆが導入されることになる。
【００５２】
上述したように、付着防止液Ｆは、藻類Ａおよび培養液Ｍとの間に界面が形成される程度に親和性が低く、藻類Ａおよび培養液Ｍより比重が大きい液体である。したがって、付着防止液Ｆは、藻類液Ｇを通過して、槽本体２１０の底部２１０ａに沈降する。付着防止液Ｆが、藻類液Ｇを通過する間、冷却された付着防止液Ｆが藻類液Ｇの熱を吸収し、また、溶解部１５０によって、例えば二酸化炭素が溶解された付着防止液Ｆが藻類液Ｇに二酸化炭素を供給することができる。
【００５３】
また、槽本体２１０においても、藻類Ａと槽本体２１０の底部２１０ａ（内壁）、および、側面２１０ｃとの間に付着防止液Ｆが介在することになる。したがって、槽本体２１０の底部２１０ａ、および、側面２１０ｃへの藻類Ａの付着を防止することができる。
【００５４】
なお、ここでも槽本体２１０を付着防止液Ｆが付着しやすい材質で構成すると、槽本体２１０の内壁への付着防止液Ｆの付着効率を向上させることができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態にかかる培養装置１００によれば、培養液Ｍとともに付着防止液Ｆを収容することで、槽本体１１０、２１０の内壁への藻類Ａの付着を防止することができ、外部から槽本体１１０、２１０内への光の透過効率の低下を低減し、光合成効率の低下や培養液Ｍの消費効率の低下を抑制することが可能となる。
【００５６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５７】
例えば、チューブ型等の閉鎖系リアクタに付着防止液を収容する場合、付着防止液は、藻類および培養液との間に界面が形成される程度に親和性が低く、また、藻類の増殖効率や産生物の産生効率を低下させることなく、藻類および培養液より比重が小さい液体であってもよい。この場合、藻類と槽本体の天面の内側（内壁）との間に付着防止液が介在することになるため、天面への藻類の付着を防止することが可能となる。
【００５８】
また、上述した実施形態において、付着防止液として、Perfluoro-2-Butyltetrahydrofuran、N,N-Diethyl-N-methyl-N(2-methoxyethyl) ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl)imide、1-Ethyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide、Tetrachloroethylene、Dibromochloromethane、Perfluorooctane、Perfluoro-1-isopropoxyhexane、Perfluoro-1,4-diisopropoxybutane、Perfluorooctylbromideを例に挙げたが、これに限らず、藻類および培養液との間に界面が形成される程度に親和性が低く、藻類および培養液と比重の異なる液体であり、水よりも二酸化炭素または酸素の溶解度が高い液体であるとよく、水よりも比熱が大きい液体であるとよく、さらに、付着防止液は、藻類の産生物との間に界面が形成される程度に親和性が低い液体であればどのような化合物を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、藻類等を培養する培養装置、および、培養方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
Ａ     …藻類
Ｆ     …付着防止液
Ｇ     …藻類液
Ｍ     …培養液
１００  …培養装置
１１０、２１０  …槽本体
１２０  …攪拌部
１３０  …回収部
１４０  …冷却部
１５０  …溶解部
１６０  …返送部
【図１】
0005780039.tif 000011
【図２】
0005780039.tif 000012
【図３】
0005780039.tif 000013
【図４】
0005780039.tif 000014
【図５】
0005780039.tif 000015