(57)【要約】微細藻類を生産するためのこの装置（３０）は、微細藻類の培地を受容するよう意図された容器（１）と、容器において培地内部に位置決めされるよう意図された照明デバイス（６）と、を備えている。照明デバイス（６）は、少なくとも、微細藻類の光合成に有用な波長範囲の光を放出するように構成されている。装置は、容器（１）内の微細藻類の濃度に応じて照明デバイス（６）の出力光強度を調整するように照明デバイス（６）の電力供給を自動的に制御するための制御システム（１５）を備えている。【選択図】図１
2021524263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細藻類を生産するための装置（３０）であって、
前記微細藻類の培地を受容するよう意図された容器（１）と、
前記容器において前記培地内部に位置決めされるよう意図された照明デバイス（６）と、を備え、
前記照明デバイス（６）は、少なくとも、前記微細藻類の光合成に有用な波長範囲の光を放出するように構成され、
前記装置は、前記容器（１）内の前記微細藻類の濃度に応じて前記照明デバイス（６）の出力光強度を調整するように前記照明デバイス（６）の電力供給を自動的に制御するための制御システム（１５、１９）を備える、装置。
【請求項２】
前記制御システムは、前記照明デバイス（６）が放出して前記容器（１）内に受容された前記培地を通過した光を受光するように構成された少なくとも１つの光センサ（１５）を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御システムは、前記容器（１）内の前記微細藻類の濃度に応じて、前記光センサ（１５）が受光する光強度を光強度の既定値に調整するよう前記照明デバイス（６）の電力供給を制御するように構成された処理ユニット（１９）を備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御システムは処理ユニット（１９）を備え、
前記処理ユニットは、前記照明デバイス（６）の前記出力光強度と、前記照明デバイス（６）から前記光センサ（１５）が受光する前記光強度との比較によって、前記容器（１）内の前記微細藻類の濃度を決定するように構成されている、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記容器（１）の壁は透明であり、
前記光センサ（１５）は、前記照明デバイス（６）が放出して前記容器（１）内に受容された前記培地を通過した前記光と、前記微細藻類の光合成に有用な外部光源が放出した周囲光とに相当する合計の光を受光するように構成され、
前記制御システムは、前記光センサ（１５）が受光する前記周囲光及び前記容器（１）内の前記微細藻類の濃度に従って前記照明デバイス（６）の前記出力光強度を調整するよう前記照明デバイス（６）の電力供給を制御するように構成された処理ユニット（１９）を備える、請求項２から４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記照明デバイス（６）は前記容器（１）内部の中央に位置決めされ、
前記光センサ（１５）は前記容器（１）の周壁（２２）に位置決めされ、好ましくは前記容器（１）の周壁（２２Ａ）の外面に位置決めされている、請求項２から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記照明デバイス（６）は、好ましくは約３０００Ｋから５０００Ｋまでの間のＣＣＴ（相関色温度）の白色光を放出する少なくとも１つのＬＥＤ（発光ダイオード）を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
ある体積の前記培地からの微細藻類の濾過を保証すると共に残りの前記培地を前記容器（１）に戻せるように構成された収穫デバイス（２９）を備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記収穫デバイス（２９）は、膜ポンプ（９）と、第１の孔径を有する濾過膜と、前記第１の孔径よりも小さい第２の孔径を有するカップ（１６）と、を備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記容器（１）内に受容された前記培地の温度を調整するよう意図された加熱デバイス（１０）を備える、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記容器（１）内に受容された前記培地における温度の均一性、微細藻類分布の均一性、及びガス交換を保証するよう意図された通気及び混合デバイス（２８）を備えることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
微細藻類を生産するための方法であって、
容器（１）に前記微細藻類の培地を充填することと、
前記容器において前記培地内に位置決めされた照明デバイス（６）を活性化することであって、前記照明デバイス（６）は、少なくとも前記微細藻類の光合成に有用な波長範囲の光を放出するように構成されていることと、
前記容器（１）内の前記微細藻類の濃度に応じて前記照明デバイス（６）の出力光強度を調整するように前記照明デバイス（６）の電力供給を自動的に制御することと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記照明デバイス（６）の前記電力供給の前記自動制御は、前記容器（１）内の前記微細藻類の濃度に応じて、少なくとも１つの光センサ（１５）が受光する光強度を光強度の既定値に調整することにより実行され、
前記光センサ（１５）は、前記照明デバイス（６）が放出して前記容器（１）内に受容された前記培地を通過した光を受光するように配置されている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記容器（１）内の前記微細藻類の濃度は、前記照明デバイス（６）の前記出力光強度と前記照明デバイス（６）から前記光センサ（１５）が受光する前記光強度との比較によって決定される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記容器（１）の壁は透明であり、
前記光センサ（１５）は、前記照明デバイス（６）が放出して前記容器（１）内に受容された前記培地を通過した前記光と、前記微細藻類の光合成に有用な外部光源が放出した周囲光とに相当する合計の光を受光するように構成され、
前記照明デバイス（６）の前記電力供給は、前記光センサ（１５）が受光する前記周囲光及び前記容器（１）内の前記微細藻類の濃度に従って前記照明デバイス（６）の前記出力光強度を調整するように制御される、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記容器（１）内の前記微細藻類の濃度に従って前記照明デバイス（６）の前記出力光強度を調整するように前記照明デバイス（６）の前記電力供給の前記自動制御を行うことは、前記微細藻類の成長期及び／又は前記微細藻類の収穫期に実行される、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピルリナ（Arthrospira platensis：アルスロスピラプラテンシス）等の微細藻類を生産するためのデバイス及び方法に関する。特に、本発明は、新鮮な微細藻類の自主的な自宅での生産のためのデバイス及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品転換（food transition）を維持するために微細藻類を用いることは、特に動物性タンパク質の置換を増大するプロセスに関して重要である。世界中で、約１５０の様々な種の微細藻類が培養されている。アルスロスピラプラテンシスは、スピルリナとしてよく知られ、最も広範に培養されている微細藻類であり、世界生産量の５０％を占めている。スピルリナは、極めてエコロジカルかつ栄養価の高いスーパーフードであり、人口の大半がターゲットになる可能性がある。この糸状の青緑色の藻類、すなわちシアノバクテリアは、熱帯湖に自生しており、栄養価が高い。バイオマスは６０％超のタンパク質から構成され、このタンパク質は全ての必須アミノ酸を含み、栄養学的に完璧である。また、これは、かなりの量のイオン及びセレンを含むミネラル、ビタミンＡ、Ｄ、Ｅ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ１２、及びＫ、フィコシアニンを含む天然の抗酸化物質、必須脂肪酸、ステロール等も有する。この生物は細胞壁を持たないので、容易に消化される。
【０００３】
市販の微細藻類の大部分、特にスピルリナの生産は、プラント規模の培養で、開放系において、太陽光、周囲温度、生産に適した時期のような自然条件を利用して行われる。微細藻類は、収穫後、市場向け最終製品の長期保存を保証するために変換しなければならない。発酵、加圧、押し出し、乾燥を含む変換プロセスの各ステップは通常、微細藻類の栄養価を低減させる。更に、輸入された微細藻類では、トレーサビリティ又は汚染に関する懸念がある場合がある。こういった理由のため、毎日の高品質の消費を可能とする新鮮な微細藻類の現地生産、最近では自宅での生産の需要が高まっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微細藻類の生産のため、光エネルギの存在下で光合成微生物の成長を可能とする閉鎖系である光バイオリアクタを使用することも知られている。このような閉鎖系は開放系と比べて多くの利点を有し、とりわけ、生産性が高く、水消費量が少なく、汚染リスクが低いという利点がある。しかしながら、既知の光バイオリアクタでは、特に、微細藻類を毎日収穫できる光バイオリアクタのように培養物濃度が変動する場合、自宅での使用のために生産性を最適化することができない。
【０００５】
ＵＳ２０１０／０２８９７７Ａ１号は、バイオ燃料業界のため備蓄食料として使用される藻類を生産するためのバイオリアクタを開示している。一実施形態において、このバイオリアクタは、藻類の培地を受容するよう意図された円筒形容器と、この容器において培地内部に位置決めされた照明デバイスと、を備えている。照明デバイスは、軸方向に離間されて回転台に取り付けられた複数の発光ストリップを備えている。回転台は、容器内で回転軸を中心とした可変回転が可能である。粘度センサを用いた粘度の監視と、光センサを用いた濁度の監視を実行することができる。次いで、回転台の回転速度を自動的に調整することで、光と強度の均一な分布を維持できる。この構成は、培養の各ステップにおいて、又は培養物濃度が変動する場合に、生産性を最適化することを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、これらの欠点を更に具体的に改善するため、微細藻類を生産するためのデバイス及び方法を提案し、培養の各ステップにおいて最適化された生産率で、毎日新鮮かつ安全な微細藻類を培養し消費することを可能とする。
【０００７】
この目的のため、本発明の主題は、微細藻類を生産するための装置であり、微細藻類の培地を受容するよう意図された容器と、容器において培地内部に位置決めされるよう意図された照明デバイスと、を備えている。照明デバイスは、少なくとも、微細藻類の光合成に有用な波長範囲の光を放出するように構成されている。この装置は、容器内の微細藻類の濃度に応じて照明デバイスの出力光強度を調整するように照明デバイスの電力供給を自動的に制御するための制御システムを備えている。
【０００８】
本発明によって、照明デバイスが発光し微細藻類が受光する光強度は、容器内の微細藻類の濃度に応じてリアルタイムで調整される。このようにして、培養の各ステップで生産率を最適化することができる。具体的には、培養の開始時、微細藻類の濃度が低い場合、照明デバイスの出力光強度は細胞の光分解を回避するように制御される。その後、微細藻類の成長期中、照明デバイスの出力光強度は、微細藻類の光合成の必要性に対応するよう連続的に適合される、具体的には増大される。微細藻類の収穫期中、ある体積の微細藻類を抽出するたびに、その後の照明デバイスの出力光強度は、容器内に残っている微細藻類の新たな低い濃度に調整されるように制御される。
【０００９】
本発明の一態様によれば、制御システムは、照明デバイスが放出して培地を通過した光を受光するように構成された少なくとも１つの光センサを備えている。このような構成により、光センサが受光する光強度は容器内の微細藻類の濃度に相関付けられる。
【００１０】
一実施形態によれば、制御システムは、容器内の微細藻類の濃度に応じて、光センサが受光する光強度を光強度の既定値に調整するよう照明デバイスの電力供給を制御するように構成された処理ユニットを備えている。このようにして制御システムは、既定の関係に従って、光センサが受光する光強度の関数として照明デバイスの出力光強度を制御する。具体的には、この関係はランベルトベールの法則（Beer-Lambert law）から導出され、デバイスのために適合及び最適化される。
【００１１】
一実施形態によれば、容器の壁は透明であり、光センサは、照明デバイスが放出して容器内に受容された培地を通過した光と、微細藻類の光合成に有用な外部光源が放出した周囲光とに相当する合計の光を受光するように構成されている。制御システムは、光センサが受光する周囲光及び容器内の微細藻類の濃度に従って照明デバイスの出力光強度を調整するよう照明デバイスの電力供給を制御するように構成された処理ユニットを備えている。
【００１２】
一実施形態によれば、処理ユニットは、照明デバイスの出力光強度と、照明デバイスから光センサが受光する光強度との比較によって、容器内の微細藻類の濃度を決定するように構成されている。この比較と、照明デバイスに対する光センサの位置に基づいて、培地の吸光度を決定することができる。次いで、ランベルトベールの法則に従って吸光度から容器内の微細藻類の濃度を計算することができる。
【００１３】
照明デバイスから光センサが受光する光強度の値を知るため、光センサが受光する合計の光強度を周囲光のために補正しなければならないことに留意するべきである。そのため、照明デバイスを数秒間オフにすることによって周囲光強度が測定される。これは処理ユニットによって自動的に実行される。処理ユニットは、合計の光強度から周囲光強度を減算することによって、照明デバイスから受光した光強度を算出する。
【００１４】
特定の実施形態によれば、処理ユニットは、１日に１度、夜間に、最大強度の照明デバイスの出力光強度と光センサが受光した光強度とを比較することで、容器内の微細藻類の濃度を決定するように構成されている。
【００１５】
一実施形態によれば、照明デバイスは容器内部の中央に位置決めされている。照明デバイスは、容器の中央から全ての半径方向に光を放出するように構成されていると有利である。このようにして、照明デバイスが放出した光は、容器内に受容された培地に均一に分散し、光合成のため微細藻類に最適に到達することができる。
【００１６】
一実施形態によれば、光センサは容器の周壁に位置決めされている。容器の周壁が透明である場合、光センサ上での微細藻類の蓄積と較正の問題を回避するように、光センサは好ましくは容器の周壁の外面に位置決めされる。光センサは、可視光に対して感度が高いフォトトランジスタとすることができる。
【００１７】
好ましくは、照明デバイスに対する光センサの位置は、光センサが受光する光強度が容器内の微細藻類の平均濃度を表すように選択される。例えば円筒形の容器の場合、照明デバイスが円筒形容器の中央に位置決めされて円筒形容器の長手方向軸に沿って延出しており、更に、光センサが円筒形容器の周壁に位置決めされている場合、容器内の微細藻類の濃度が均一であるならば、光センサが受光する光強度は容器内の微細藻類の平均濃度を表す。容器内の濃度が均一であることは、容器内に受容された培地を適宜混合することによって保証できる。
【００１８】
一実施形態によれば、光センサは、装置の照明デバイスからの光だけでなく、特に昼間の自然太陽光を含む、微細藻類の光合成に有用な波長範囲内の光を放出する外部光源からの光も受光するように構成されている。そして、光センサ及び処理ユニットを含む制御システムは、照明デバイスの放出する光強度が周囲の外部光源の放出する光強度を補足して微細藻類の光合成の必要性に対応するように、照明デバイスの出力光強度を最適に制御することができる。
【００１９】
有利な特徴によれば、生産性を最大化するため、照明デバイスは微細藻類の色素特異性（pigment specificity）に合致する波長の光を放出するように構成されている。光センサは、少なくともこれらの波長に対して感度が高いように選択される。一実施形態では、微細藻類の全ての色素が光合成に関与するように、照明デバイスは白色光を放出するように構成することができる。変形として、照明デバイスは着色光を放出するように構成することができ、この光の色は、微細藻類の色素特異性と装置の所望の外見の双方によって決定することができる。装置の外見は、自宅での使用のために食欲をそそらなければならない。スピルリナ（アルスロスピラプラテンシス）の培養において、照明デバイスは、４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲内の波長を含む白色光を放出するように構成されていると有利である。
【００２０】
一実施形態によれば、照明デバイスは、光源として少なくとも１つのＬＥＤ（発光ダイオード）を備えている。光源としてＬＥＤを使用することは、特に寿命の長さと手頃な価格のため有利である。一実施形態において、照明デバイスは、容器の中央に位置決めされた透明な円筒形チューブに沿って分布した複数のＬＥＤを備えることができる。好ましくは、照明デバイスの各光源は少なくとも１２０度の角度拡散を有する。一実施形態によれば、照明デバイスは、約３０００Ｋ〜５０００Ｋまでの間、好ましくは約４０００ＫのＣＣＴ（相関色温度）の白色光を放出する少なくとも１つのＬＥＤを備え、広いスペクトルと良好な外観を与える。このようなＣＣＴのＬＥＤを用いることは、スピルリナ（アルスロスピラプラテンシス）の培養に特に適している。
【００２１】
一実施形態によれば、照明デバイスは毎日のオン／オフのサイクルに従って活性化されるように構成され、オン期間中、照明デバイスの出力光強度は容器内の微細藻類の濃度に従って調節される。オフ期間は夜間であると有利である。一実施形態によれば、処理ユニットは、照明デバイスのオン／オフ切り替えとオン期間中の照明デバイスの出力光強度の双方を、容器内の微細藻類の濃度の関数として制御するように構成されている。
【００２２】
本発明の一態様によれば、装置は、ある体積の培地からの微細藻類の濾過を保証すると共に残りの培地を容器に戻せるように構成された収穫デバイスを備えている。このようにして、収穫デバイスは、容器内で取得された所与の体積の培地からの微細藻類の濾過を保証し、一方で、容器に残った培地に栄養物と水を戻すことができる。
【００２３】
一実施形態によれば、収穫デバイスは、容器からある体積の培地の吸入を可能とするように構成された膜ポンプと、膜ポンプから濾過され移送された微細藻類を受容するように構成されたカップと、を備えている。一実施形態において、収穫デバイスの膜ポンプ及びカップは、容器上に位置決めされるよう意図されたカバー内に収容されている。好ましくは、カップがカバー内に着脱可能に収容されることで、濾過された微細藻類を容易に収集できるようになっている。
【００２４】
一実施形態によれば、収穫デバイスの膜ポンプの出力は、特に約３００〜４００μｍである第１の孔径を有する濾過膜に接続されており、この濾過膜はカップよりも上方に位置付けられている。これに対してカップは、特に約３０〜６０μｍである第１の孔径よりも小さい第２の孔径を有する。有利な様態では、膜ポンプ及び濾過膜は、細胞の形態に損傷を与えることなく容器から培地を吸入しカップに移送することを可能とし、微細藻類の栄養価は確実に維持される。
【００２５】
一実施形態によれば、装置は、ユーザによって対応する命令が与えられた場合、収穫デバイスを活性化して所与の体積の培養物の自動的な濾過を可能とするように構成された処理ユニットを備えている。具体的には、装置は、ユーザがクリックすることができる収穫ボタンを備えており、この収穫ボタンをクリックするたびに所与の体積の培地の自動的な濾過が開始する。収穫ボタンを数回クリックすることによって濾過する体積を調整できると有利である。
【００２６】
本発明の１つの特徴によれば、装置は、容器内に受容された培地の温度を調整するよう意図された加熱デバイスを備えている。本発明の別の特徴によれば、装置は、容器内に受容された培地における温度の均一性と微細藻類分布の均一性を保証するよう、また、培地に大気ＣＯ２を提供すると共に培地から余分な溶解Ｏ２を除去するよう意図された通気及び混合デバイスを備えている。
【００２７】
一実施形態によれば、装置は、照明デバイス、収穫デバイス、加熱デバイス、通気及び混合デバイスの全てを制御するように構成された処理ユニットを備えている。
【００２８】
有利な特徴によれば、装置の電子要素は、容器に取り付けるよう意図された着脱可能部分に収容されている。このため、容器は、着脱可能部分から一度分離させたら、電子要素を損傷するリスクなしに容易に洗浄することができる。装置の電子要素は、少なくとも処理ユニットと、照明デバイス、収穫デバイス、加熱デバイス、通気及び混合デバイスのような装置の電子コンポーネントに電力を供給するよう意図された変圧器と、を含む。収穫デバイスの膜ポンプと通気及び混合デバイスの通気ポンプも着脱可能部分に収容することができる。特に、着脱可能部分は、容器の上に位置決めされてこれを閉じるよう意図された着脱可能カバーとすることができる。
【００２９】
また、本発明は、上述したような装置によって微細藻類を生産するための方法にも関する。
【００３０】
本発明の別の主題は微細藻類を生産するための方法であり、
容器に微細藻類の培地を充填することと、
この容器において培地内に位置決めされた照明デバイスを活性化することであって、照明デバイスは、少なくとも微細藻類の光合成に有用な波長範囲の光を放出するように構成されている、活性化することと、
容器内の微細藻類の濃度に応じて照明デバイスの出力光強度を調整するように照明デバイスの電力供給を自動的に制御することと、
を含む。
【００３１】
一実施形態によれば、照明デバイスの電力供給の自動制御は、容器内の微細藻類の濃度に応じて、少なくとも１つの光センサが受光する光強度を光強度の既定値に調整することにより実行される。
【００３２】
本発明の１つの特徴によれば、光センサは、照明デバイスが放出して培地を通過した光を受光するように配置されている。そのため、光センサが受光する光強度は、容器内の微細藻類の濃度に関連した培地の吸光度に依存する。培地の吸光度の査定は、周囲光強度を考慮するように補正される。
【００３３】
１つの特徴によれば、容器内の微細藻類の濃度は、照明デバイスの出力光強度と照明デバイスから光センサが受光する光強度との比較によって決定される。
【００３４】
１つの特徴によれば、容器の壁は透明であり、光センサは、照明デバイスが放出して容器内に受容された培地を通過した光と、微細藻類の光合成に有用な外部光源が放出した周囲光とに相当する合計の光を受光するように構成されている。照明デバイスの電力供給は、光センサが受光する周囲光及び容器内の微細藻類の濃度に従って照明デバイスの出力光強度を調整するように制御される。
【００３５】
有利な実施形態において、容器内の微細藻類の濃度に従って照明デバイスの出力光強度を調整するように照明デバイスの電力供給を自動制御することは、微細藻類の成長期及び／又は微細藻類の収穫期に実行される。従って、成長期に低濃度の微細藻類における細胞の光分解を回避すること、及び／又は収穫期に微細藻類の抽出によって生じる微細藻類の濃度の各変化に適合することが可能となる。また、照明デバイスの出力光強度の自動制御は周囲光強度も考慮に入れる。
【００３６】
本発明の特徴及び利点は、本発明に従った微細藻類の生産のための装置及び方法の一実施形態の以下の記載から明らかになろう。この記載は、添付図面を参照して、単に一例として与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に従った微細藻類の生産のための装置の斜視図である。
【図２】図１の面ＩＩに沿った断面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。
【図４】装置によるスピルリナ（アルスロスピラプラテンシス）の生産サイクルを説明する例において、図１から図３の装置の照明デバイスの出力光強度と装置の容器内の微細藻類の濃度の双方の変化を成長期中の時間の関数として示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１から図３に示されているように、本発明の例示的な実施形態に従った装置３０は、微細藻類のアルカリ性培地を収容するよう意図された円筒形容器１と、容器１の上部に位置付けられたカバー２と、を備えている。カバー２は、微細藻類の培養に必要な技術的コンポーネントを収容し保護するよう意図されている。カバー２は、蒸発を減少させると共に培養物を汚染から保護するように、容器１を閉じるよう設計されている。また、装置３０は、一般的な電力供給システム２３（２３０Ｖ）と、より低い電圧（２４Ｖ又は１２Ｖ）で装置のいくつかのコンポーネントに電力を供給するよう意図されたカバー内に収容されている変圧器２０と、を有する。装置３０には、装置のオン／オフを切り替えるためのメインスイッチボタン１８が備えられている。
【００３９】
有利な様態では、容器１の壁は透明であり、容器内に位置決めされた内部光源と外部光源の双方からの光によって微細藻類の光合成が発生し得るようになっている。変形として、容器１の壁は透明でないことがあり、この場合、装置３０では内部光源の光のみで微細藻類の光合成が生じる。この実施形態において、容器１はガラスで作製される。これは、不活性物質であり、培地特性に耐性があり、微細藻類の蓄積に対して弱く結合する表面を与え、洗浄が容易であり、持続可能であるという利点を有する。むろん、容器１にはガラス以外の透明材料も考えられる。
【００４０】
装置３０は、カバー２の下部３に固定された照明デバイス６を備えており、カバー２が容器１に固定された場合、照明デバイス６は容器１内に受容された培地に浸されるようになっている。この実施形態において、照明デバイス６は、下部が密閉された外側透明円筒形チューブ１２と、外側チューブ１２内部に配置された内側透明円筒形チューブ２１と、を備えている。ＬＥＤ１４のリボンが内側チューブ２１に固定されて、ＬＥＤ１４がチューブ１２、２１間に画定された体積においてこれら２つのチューブに沿って分布するようになっている。この例では、円筒形チューブ１２及び２１は、食物用途に対応するＰＭＭＡ（ポリ（メチルメタクリレート））で作製されると有利である。
【００４１】
この例示的な実施形態において、カバー２が容器１に固定された場合、照明デバイス６は容器１の中央に位置決めされる。このため、照明デバイス６が放出する光は容器１内に受容された培地に均一に分散し、光合成のため微細藻類に最適に到達することができる。ＬＥＤ１４の波長は、装置で生産される微細藻類の色素特異性に適合されている。例えば、装置３０がスピルリナ（アルスロスピラプラテンシス）を生産するために使用される場合、全てのスピルリナ色素が光合成に関与するように、ＬＥＤ１４は４１００ＫのＣＣＴを有する白色ＬＥＤであると有利である。
【００４２】
装置３０は更に、容器１内の微細藻類の濃度に応じて照明デバイスの出力光強度を調整するよう照明デバイス６の電力供給を自動的に制御するための制御システムを備えている。図１から図３に見られる通り、制御システムは、容器１の周壁２２の外面２２Ａに位置決めされた光センサ１５と、カバー２に収容された処理ユニット１９と、を備えている。例えば光センサ１５は、人の目と同様に可視光に対して感度が高く、５７０ｎｍのピーク感度及び２０度の半感度角（angle of half sensitivity）を有するシリコンＮＰＮエピタキシャル平面フォトトランジスタとすることができる。
【００４３】
本発明に従って、処理ユニット１９は、容器１内の微細藻類の濃度に応じて、光センサ１５が受光する光強度を光強度の既定値に調整するよう照明デバイス６の電力供給を制御するように構成されている。この例では、処理ユニット１９は更に、毎日のオン／オフのサイクルに従って照明デバイス６を活性化するように構成されている。具体例によれば、照明デバイス６の特徴は、１メートル当たり６０のＬＥＤ、１４．４Ｗ／ｍであり、照明デバイス６の制御パラメータは、オン／オフは午前６時から午後１０時までの間の１６時間／８時間であり、出力光強度はオン期間中に容器１内の微細藻類の濃度に応じて適合される。
【００４４】
図１で見られるように、光センサ１５は、容器１の周壁２２の高さに沿って延出している垂直溝部２４に取り付けられている。更に正確には、光センサ１５は、溝部２４の下方で、容器１の外周２２に配置されている。このため光センサ１５は、照明デバイス６が放出して容器１内に受容された培地を通過した光と、例えば昼間の自然太陽光のような微細藻類の光合成に有用な外部光源が放出した周囲光と、の双方に相当する合計の光を捕獲することができる。照明デバイス６から光センサ１５が受光する光と、外部光源から光センサ１５が受光する周囲光とを区別するため、処理ユニット１９は照明デバイス６を数秒間オフにする。この時、光センサ１５は外部光源が発した周囲光のみを受光する。外部光源が発した周囲光を合計の光から減算することにより、処理ユニット１９は、照明デバイス６が発して培地を通過した光を算出する。
【００４５】
この構成によって、周囲の外部光源を考慮に入れた最適な光利用が可能となる。有利な様態では、このような構成により、処理ユニット１９は、照明デバイス６の放出する光強度が周囲光源の放出する光強度を補足して、結果として光センサ１５が受光する光強度が光強度の既定値に調整されるように、照明デバイス６の出力光強度を制御することができる。
【００４６】
光センサ１５が受光する光強度に応じて、処理ユニット１９は既定の方程式に従って照明デバイス６のＬＥＤ１４の出力光強度を操作する。ここで、ＬＥＤ強度と容器内の微細藻類の濃度との関係は、培地の所与の温度における微細藻類の光合成の必要性に対応する。このため、処理ユニット１９は、それぞれの時に微細藻類が受光する光強度がその時の培地の所与の温度における微細藻類の光合成の必要性に応じて調整されるように、ＬＥＤ１４の出力光強度を操作する。ＬＥＤの出力光強度と微細藻類の濃度との指数関数的な関係が特に適切である。
【００４７】
具体的には、特定の実施形態に従って、光センサ１５が受光する合計の光強度（ＩＲ）から、照明デバイス６がオフになった場合に光センサ１５が測定する周囲光強度（Ｉａｍｂ）を減算することによって、照明デバイス６から受光される光強度（ＩＲｃｏｒ）を計算する。これは方程式（１）で表される。
ＩＲｃｏｒ＝ＩＲ−Ｉａｍｂ    （１）
【００４８】
方程式（２）に従って、照明デバイスの出力光強度（ＩＬＥＤ）及び照明デバイスから受光される光強度（ＩＲｃｏｒ）から、培地の吸光度（Ａ）を計算する。
Ａ＝ｌｏｇ・ＩＬＥＤ／ＩＲｃｏｒ    （２）
【００４９】
方程式（３）に従って、照明デバイス６と光センサ１５との距離（ｌ）、及び微細藻類溶液の吸収率（ε）から、微細藻類の濃度（ｃ）を導出する。
ｃ＝Ａ／ε．ｌ    （３）
【００５０】
変形として、吸光度と微細藻類濃度との関係は、様々な濃度を有するサンプルを用いた較正後に線形回帰によって得ることができる。
【００５１】
また、処理ユニット１９は、加熱デバイス１０を制御することによって容器１内に受容された培地の温度を自動的に調節するように構成されている。加熱デバイス１０は、カバー２の下部に固定されているので、カバー２が容器１に固定された場合は培地に浸される。加熱デバイス１０は加熱抵抗の形態であり、好ましくは食物法に従ったステンレス鋼で作製される。加熱デバイス１０は過熱に対する自己制御保護手段を有する。処理ユニット１９は、費用対効果の高いやり方で細胞を損傷することなく培養物の最適な温度を保つように加熱デバイス１０を制御するように構成されている。具体例によれば、加熱デバイス１０の制御パラメータとして、加熱パワーは培地を３５℃±１℃に保つように適合される。
【００５２】
また、処理ユニット１９は、容器１内に受容された培地における温度の均一性、微細藻類分布の均一性、及びガス交換を保証するよう意図された通気及び混合デバイス２８を制御するように構成されている。通気及び混合デバイス２８は、入口抗菌性エアフィルタを有する空気ポンプ８を含み、この空気ポンプ８はカバー内に収容され、可撓性チューブ２５によって通気要素１３に接続されている。可撓性チューブ２５は、照明デバイス６の内側チューブ２１の内部空間を通過し、通気要素１３に気密に接続されている。通気要素１３は、照明デバイス６のチューブ１２、２１の端部を超えて延出し、カバー２が容器１に固定された場合に培地内に浸されるようになっている。通気要素１３は好ましくは、食物法に従ったステンレス鋼である。処理ユニット１９は、培地において細胞を懸濁状態に保ち、ガス交換、特に光合成生物へのＣＯ２の供給と余分な溶解Ｏ２の除去を維持し、培地における温度の均一性を保証するように、通気及び混合デバイス２８を制御するように構成されている。また、ＣＯ２の供給は培地のｐＨを１０よりも高く保つ。このｐＨレベルは、スピルリナ（アルスロスピラプラテンシス）の成長に対して有利に作用すると共に、他の微生物群の成長を防ぐ。余分な酸素の除去は、過酸素状態の生成を防ぐ。
【００５３】
また、装置３０は、カバー２の内部に収容された収穫デバイス２９も有する。収穫デバイス２９は、容器１内で取得された所与の体積の培地からの微細藻類の濾過を保証すると共に、容器内に残った培地に栄養物と水を戻すことを可能とするように構成されている。収穫デバイス２９は、容器１からある体積の培地を吸入できるように培養物吸入チューブ１１に接続された自給式膜ポンプ９を備えている。また、収穫デバイス２９は、ステンレス鋼の下部と円筒形の壁を有するカップ１６も備えており、このカップ１６はカバー２の内部に収容され、ヒンジを有するフード５によって保護されている。カップ１６は、カバー２によって画定されたフィルタサポート４上に着脱可能に保持されているので、カップ１６をカバー２から分離させることで濾過された微細藻類を容易に収集できるようになっている。
【００５４】
収穫デバイス２９の構成は、容器１からある体積の培地が送り込まれた後、微細藻類が最初に約３１５μｍの第１の孔径を有する濾過膜を通過して濾過されるようになっている。濾過膜は膜ポンプ９に接続され、カップ１６よりも上方に位置付けられている。このステップにより、培養物の沈殿物を微細藻類から排除することができる。次いで培養物を移送し、濾過膜よりも小さい、特に約５５μ又は約３０μｍである第２の孔径を有するカップ１６の下部及び壁で濾過する。このように、収穫デバイス２９は、細胞の形態に損傷を与えることなく容器１から培地を吸入してカップ１６に移送することができ、これによって微細藻類の栄養価を維持することができる。
【００５５】
ここで再び、処理ユニット１９は収穫デバイス２９を制御するように構成されている。更に具体的には、装置にはユーザがクリックできる収穫ボタン７が備えられているので、クリックするたびに処理ユニット１９は、例えば１Ｌの培地のような所与の体積の培地の濾過を開始する。濾過される体積は、収穫ボタン７を数回クリックすることによって調整できる。例えば、各クリックが１Ｌに対応する。任意選択的に、装置３０は、正しい収穫時を示す収穫インジケータ（図には示されていない）を備えてもよい。
【００５６】
上述のように、培養物の重要なパラメータは処理ユニット１９によって自動的に制御される。これらのパラメータには、温度の均一性、容器１内に受容された培地の温度、照明デバイス６のオン／オフ切り替え、容器１内の微細藻類の濃度の関数としてのオン期間中の照明デバイス６の出力光強度、収穫デバイス２９によって抽出される培地の体積が含まれる。特に、処理ユニット１９は照明デバイス６及び収穫デバイス２９の双方を制御するので、培養のいかなる時点でも光制御を実行することができ、微細藻類の収穫の時期及び量に関して自由度の高い使用が可能となる。
【００５７】
一例として、装置３０によってスピルリナ（アルスロスピラプラテンシス）を生産する場合、生産サイクル全体は約４０日間で行われ、２つの別個の段階すなわち成長期と収穫期に分割される。成長期は７日から１０日までの期間で構成される。収穫期は約３０日間であり、これはスピルリナの推奨硬化時間に相当する。装置３０で示されているように、本発明は、成長期と収穫期の双方における培養の各ステップにおいて最適化された生産性を保証するという利点を有する。処理ユニット１９は、容器１内の微細藻類の濃度と培地の温度に応じて、照明デバイス６によって放出され微細藻類によって受光される光強度をリアルタイムで調整するため、加熱デバイス１０、光センサ１５、通気及び混合デバイス２８、収穫デバイス２９から得られる全ての情報を有する。
【００５８】
特に、培養の開始時、微細藻類の濃度が低い場合、照明デバイス６の出力光強度は細胞の光分解を回避するように制御される。その後、成長期中、照明デバイス６の出力光強度は微細藻類の光合成の必要性に対応するよう連続的に適合される。収穫期中、収穫デバイス２９がある体積の微細藻類を抽出するたびに、その後の照明デバイス６の出力光強度は、容器１内に残っている微細藻類の新たな低い濃度に調整されるように制御される。この新たな濃度は処理ユニット１９によって計算することができる。
【００５９】
一例として、図４は、装置３０によるスピルリナの生産を説明する例において、照明デバイス６の出力光強度と容器１内の微細藻類の濃度の変化を成長期中の時間の関数として示す。この例において、照明デバイス６の出力光強度は、各時点でのスピルリナの光合成の必要性を満足するように処理ユニット１９によって自動的に調節される。
【００６０】
装置３０によってスピルリナ（アルスロスピラプラテンシス）を生産するための方法を説明する例は、以下に記載されるステップを含む。
【００６１】
最初に、成長期を開始するため、装置３０の容器１に９Ｌの脱塩水を充填する。次いで、容器１に入れた水に第１の栄養物袋の内容物を加える。例えば第１の栄養物袋の成分は、ＮａＨＣＯ３、ＮａＣｌ、ＫＮＯ３、Ｋ２ＳＯ４、ＭｇＳＯ４７Ｈ２Ｏ、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、ＣａＣｌ２、ＣＯ（ＮＨ２）２である。更に、微細藻類の栄養とするためＦｅＳＯ４を与える。
【００６２】
次いで、加熱デバイス１０と通気及び混合デバイス２８を活性化するため、メインスイッチ１８によって装置３０をオンに切り替える。溶解後、容器１内に受容された培地に接種株（inoculation strain）（２ｇ／Ｌの濃度で１Ｌ）を静かに加える。０．２ｇ／Ｌの濃度の１０Ｌの培養物においてスピルリナ成長期が開始する。接種株は、２ｇ／Ｌの微細藻類濃で１Ｌのボトルに提供することができる。また、これは別の形態で提供することも可能であり、例えば保護された大気中で新鮮なスピルリナバイオマスのもとで濃縮し、接種株の寿命を延ばすことができる。成長期中、７日から１０日で微細藻類濃度は明るい緑色から暗い緑色に変化する。
【００６３】
成長期の終了時に、新鮮なスピルナが消費される３０日間に相当する収穫期が開始する。毎日、ユーザのニーズに応じて収穫ボタン７をクリックすることにより、培地の体積の最大３０％が収穫される。クリックするたびに１Ｌの培地を自動的に濾過することができる。残りの培地はリサイクルされ、容器１に戻される。濾過された微細藻類は、ヒンジ付きフード５を開けることにより、装置３０のカバー２内に配置された着脱可能カップ１６で入手できる。濾過された微細藻類を加圧することができる手作業のステップの後、新鮮なスピルリナが直接消費されるか又は調理に使用される。新鮮なスピルリナは、冷蔵庫内で４〜５℃で４８時間、又は冷凍もしくは乾燥によって更に長く保存することができる。
【００６４】
培地における栄養の損失を補償し、生産性を維持するため、収穫期中に定期的に栄養物が培地に加えられる。例えば、収穫期の３０日間に必要な第２の栄養物袋の成分は、ＮａＨＣＯ３、ＮａＮＯ３、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、Ｋ２ＳＯ４、ＭｇＳＯ４７Ｈ２Ｏである。培地の栄養とするか又は培地を強化するため、ＦｅＳＯ４を与える。栄養物袋は酸化及び湿度から栄養物を保護するように設計されている。また、脱塩水を加えることによって蒸発を補償する。３０日間の収穫期の後、新しい接種株及び培地を与えて新たなサイクルを開始することができる。
【００６５】
有利な様態において、ユーザの特定の栄養不足に対処するため、１つ又はいくつかの特定の化合物（例えばイオン、亜鉛、セレン）の濃度を高くした栄養物袋を提供してもよい。こういった袋は特定の化合物についての培養物の強化をサポートし、結果として、新鮮なスピルリナ中の特定の化合物の濃度が高くなる。
【００６６】
本発明に従って、生産サイクルの成長期と収穫期の双方で、光阻害現象を回避するため、容器１内の微細藻類濃度に応じて照明デバイス６の出力光強度を処理ユニット１９により自動的に制御する。光センサ１５は、スピルリナの特定のニーズに応じた既定値の光強度を受光するように較正される。図４のグラフに示されているように、低い微細藻類濃度では、光センサ１５が受光する既定値の光強度を達成するために必要な照明デバイス６の出力光強度は低い。実際、低い微細藻類濃度では、光吸収率は低く、全ての微細藻類に対して培養物内の光の透過が保証される。微細藻類濃度が高くなればなるほど、微細藻類の細胞は回折現象によって多くの光を吸収及び反射するので、培養物内で光の透過は低減する。このため、微細藻類濃度の増大と共に、光センサ１５で既定値の光強度を達成するための照明デバイス６の出力光強度は増大する。
【００６７】
本発明は、記載され図示されている例に限定されない。特に、本発明に従った装置及び方法の上述した例示的な実施形態では、装置３０は１つだけの光センサ１５を含んでおり、これは費用対効果が高いが微細藻類濃度の高い均一性を必要とする。変形として、本発明に従った装置及び方法はいくつかの光センサを含むことができ、これらは、培地のいくつかのゾーンの光強度を検出するように容器の壁に沿って周辺に分散させると有利である。更に、上述した例ではスピルリナ（アルスロスピラプラテンシス）に言及したが、本発明は、例えばクロレラ又はコンブチャ（kombucha）等の他の特定の食物の生産のように、任意のタイプの微細藻類の生産に適用可能である。培養の条件、特に、培地の温度と照明デバイスが放出する光の波長及び強度は、培養される微細藻類の特定のタイプに適合される。
【図１】
2021524263.tif 000003
【図２】
2021524263.tif 000004
【図３】
2021524263.tif 000005
【図４】
2021524263.tif 000006
【国際調査報告】
2021524263.tif 000007
2021524263.tif 000008
2021524263.tif 000009