(57)【要約】  バイオリアクターが開示される。バイオリアクターは、増殖培地を収容する少なくとも１つの上昇チャンバーと、頂部および底部において少なくとも１つの上昇チャンバーに接続されて、ループを形成している、少なくとも１つの下降チャンバーとを備える。ガス入口が、少なくとも１つの上昇チャンバーにパルスガス流を供給するために、少なくとも１つの上昇チャンバーに接続されている。ガス流のパルス化は、必要時に、ガス流の量を減少させるために、バイオリアクター内の空気の量を調節できることを意味する。これにより、バイオリアクターの生産性を実質的に維持しながら、エネルギーを節約できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
増殖培地を収容する少なくとも１つの上昇チャンバー（２０）と、
頂部および底部において少なくとも１つの上昇チャンバー（２０）に接続されて、ループを形成している、少なくとも１つの下降チャンバー（３０）と、
少なくとも１つの上昇チャンバー（２０）に遮断可能なガス流を供給するための、少なくとも１つの上昇チャンバーに接続されているガス入口（４０）と
を備えるバイオリアクター（１０）。
【請求項２】
遮断可能なガス流を調節するために、ガス入口（４０）がマスフローコントローラー（７４）および弁（７２）のうち少なくとも１つに接続されている、請求項１に記載のバイオリアクター（１０）。
【請求項３】
マスフローコントローラー（７２）が、バイオリアクターに降り注ぐ光の強度に応じて遮断可能なガス流を調節するように構成されている、請求項１または２に記載のバイオリアクター（１０）。
【請求項４】
増殖培地に二酸化炭素ガスを供給するための二酸化炭素源（６６）を更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のバイオリアクター（１０）。
【請求項５】
二酸化炭素ガスが、少なくとも１つの上昇チャンバー（２０）の底部に供給される、請求項４に記載のバイオリアクター（１０）。
【請求項６】
二酸化炭素ガスが、少なくとも１つの下降チャンバー（３０）に供給される、請求項４に記載のバイオリアクター（１０）。
【請求項７】
二酸化炭素ガスが、実質的に気泡を含まずに供給される、請求項６に記載のバイオリアクター（１０）。
【請求項８】
バイオリアクターの操作方法であって、
光合成微生物または光合成増殖細胞の少なくとも１種を増殖させるための増殖培地をバイオリアクターに供給すること、
遮断可能なガス流をバイオリアクターに供給して、光合成微生物または光合成増殖細胞の少なくとも１種を含む増殖培地を混ぜること、および
供給された遮断可能なガス流の流量を調節すること
を含む、方法。
【請求項９】
前記流量の調節が光の強度に依存する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
測定された光の量に応じて遮断可能なガス流の流量を調節することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
バイオリアクター（１０）に二酸化炭素ガスを供給することを更に含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
二酸化炭素ガスの供給が実質的に気泡を含まない、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
光合成微生物または光合成増殖細胞を増殖させるための、請求項１から７のいずれか一項に記載のバイオリアクターの使用。
【請求項１４】
光合成微生物が藻類またはシアノバクテリアのうち少なくとも１種である、請求項１３に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、限定されないが藻類およびシアノバクテリアなどの光合成微生物、ならびに限定されないがコケなどの光合成増殖細胞を培養するためのバイオリアクターに関する。本発明は更に、そのようなバイオリアクターを操作するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオリアクターは、例えば酵素、微生物（細菌、真菌、酵母、藻類、シアノバクテリア）ならびに動物および植物細胞、例えばコケを使用して、物質の生物学的変換が行われる発酵槽である。変換プロセスの操作条件を最適化するために、温度、ｐＨ値および栄養条件などの操作条件をバイオリアクター内で調整することができる。したがって、バイオリアクターの機能は、流体相中の物質の移動（混合）、ガスから液体への良好な物質移動のための、大きな相境界面を得るための第二相（ほとんどの場合、空気）中での分散、および温度調節のための熱移動を含む。バイオリアクターの設計はその用途に依存し、したがって、使用する生物系の特定の要件を考慮しなければならない。
【０００３】
光合成微生物ならびに光合成増殖細胞を培養するために、いわゆるフォトバイオリアクターが使用される。考えられる設計のうち、光合成微生物を培養し、光合成微生物を高い細胞密度まで増殖させられるように、いわゆる「エアリフト式」フォトバイオリアクターを使用することができる。そのようなエアリフト式フォトバイオリアクターは、Ｓｕｂｉｔｅｃ  ＧｍｂＨ（Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ）によって製造されている。
【０００４】
エアリフト式ループフォトバイオリアクターは、円柱状のリアクター容器を有し、この容器内で、上昇チャンバー底部への空気の注入により、フォトバイオリアクターの形状によって画定されるループ内で、増殖培地の流体循環が生じる。このため、エアリフト式ループバイオリアクターは、通気区画（上昇チャンバー）と無通気区画（下降チャンバー）に分割されている。通気区画と無通気区画は、それらの底部および頂部で相互接続されており、静水圧差によりポンプ効果が生じ、増殖培地を含有する流体が通気区画から溢れ出る。リアクター内での増殖培地の混合は、実質的に時間当たりの通気量によるものであり、したがって、このフォトバイオリアクター設計は、低いエネルギー消費で良好な混合および高効率のガス−流体物質交換を可能にする。そのようなエアリフト式フォトバイオリアクターは、例えば、特許文献ＤＥ１９９１６５９７またはＧＢ２２３５２１０に記載されている。
【０００５】
フォトバイオリアクターの別の例は、米国特許第７，３７４，９２８Ｂ２号（Ｔｒｏｅｓｃｈ）に開示されており、ここでは、エアリフト流に対して交差するように配置され、フォトバイオリアクター内部で空気流を絞って、蛇行経路（側面図にのみ蛇行路が示されている）を形成するための横断隔壁（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ  ｓｅｐｔａ）（または仕切り壁）の存在が開示されている。この蛇行ガス流は、液体の乱流を作り出し、したがって、フォトバイオリアクター内での光合成微生物および光合成増殖細胞の混合を促進し、光源が一方向であるとき光合成微生物および光合成増殖細胞の１つ１つにとって光希釈を生じさせる。
【０００６】
フォトバイオリアクターの他の例は、当技術分野において公知である。例えば、欧州特許出願ＥＰ２８４０１２８は、外部壁を有するタンク、藻類増殖用培地を添加するための入口、フォトバイオリアクターから藻類を抽出するための出口を備えるフォトバイオリアクターを教示している。このフォトバイオリアクターは、ＣＯ２適用手段および照明手段を含む。タンクは第１のチャンバーおよび相互連通する第２のチャンバーを有し、タンクの培地が２つのチャンバー間を流れることができるようになっている。ＣＯ２適用手段は、二酸化炭素を培地に供給するための第１のチャンバー内に配置され、圧力波を印加するための手段を含む場合もある。圧力波は、ＣＯ２の適用手段によって生成された二酸化炭素気泡に「当たり」、栄養素の吸収を増大させると記載されている。
【０００７】
中国実用新案ＣＮ２０１５９３０４６も、エアリフト式循環藻類バイオリアクターを教示している。このバイオリアクターは、互いに間隔をおいて配置された第１の管柱と第２の管柱、上部連結管、下部連結管および膨張ユニットを備える。第１の管柱は第１のインキュベーション空間を画定する管壁を備え、第２の管柱は第２のインキュベーション空間を画定する管壁を備える。各管壁の２つの反対端には上部開口部および下部開口部が形成されている。上部接続管および下部接続管は、上部開口部間および下部開口部間を接続して、第１のインキュベーション空間と第２のインキュベーション空間を連通させている。膨張ユニットは、外部ガス源から空気またはガスを供給することができ、第１の管柱または第２の管柱との間での循環を強制する機構を提供し、その中に充填された液体が一方のインキュベーション空間から他方のインキュベーション空間に流れるようにして、循環流効果が得られるようにする。
【０００８】
米国特許出願公開第２０１４／２４２６８１号は、微生物またはバイオマス、例えば微細藻類の増殖または生産のための１つまたは複数の流体連結可能な管を備え得るフォトバイオリアクターシステムを教示している。このシステムは、単一の管ループまたは一続きの管のいずれかを備え得る。第１の流体が単一または複数の管内に保持されてもよく、第２の流体を単一または複数の管内に注入するための入口ポートが設けられてもよい。第２の流体が単一または複数の管を通って上昇するように、単一または複数の管が垂直に配置されてもよい。第２の流体を取り出すために、単一または複数の管の頂部に出口ポートが設けられていてもよい。第２の流体は、入口および出口ライン、ならびにポンプおよび第２の流体を保持するための交換可能リザーバーを介して、システム内で再循環されてもよい。一続きの管がある場合、各管について単一の入口および出口ラインが使用してもよい。
【０００９】
国際特許出願ＷＯ２０１６／０８６１６５は、側部および底部を有する容器を備えるバイオリアクターを教示している。容器内の少なくとも１つの開口部は、ガスを注入するための手段に接続され、容器内の少なくとも１つの足場は、容器内で実質的に垂直の方向に向けられている。足場は、一定距離を隔てて分離された実質的に平行な２枚のシートである。側面および底部を有する容器と、ガス注入手段に接続された容器内の少なくとも１つの開口部と、容器内の実質的に垂直に向けられた少なくとも２つの足場とを備える、バイオリアクターも開示されている。この特許出願はまた、開示されたバイオリアクター内で細胞の懸濁液をインキュベートし、容器内の少なくとも１つの開口部を通してガスを注入することを含む、細胞の培養方法を含む。いくつかの例では、細胞は、微細藻類、大型藻類、細菌、真菌、昆虫細胞、植物細胞、または動物細胞を含む。
【００１０】
中国特許出願第１０４３２８０４４号は、光合成独立栄養培養プロセス中に、光合成のための照射強度および液中二酸化炭素濃度の変化をシステム内で検出することで、二酸化炭素を動的に調節することによって、二酸化炭素の補充量を光強度と適合させるために使用されるフォトバイオリアクターを教示している。開示されたフォトバイオリアクターは、光合成時のエネルギーおよび物質投入の協調を効果的に保証するために使用され、自然光を光源として使用する屋外培養に特に適用可能である。
【００１１】
従来技術のバイオリアクターは全て、米国特許第７，３７４，９２８号に記載されているように、増殖培地を混合する「エアリフト」効果を得るために、バイオリアクターの１つまたは複数の底部に連続的ガス流を供給する、空気またはガス供給ユニットを教示している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示は、増殖培地を収容する少なくとも１つの上昇チャンバーと、頂部および底部において少なくとも１つの上昇チャンバーに接続されてループを形成している、少なくとも１つの下降チャンバーとを備えるバイオリアクターを教示する。乱流および混合効率を低下させることなく、少なくとも１つの上昇チャンバーに遮断可能なガス流を供給するために、ガス入口が少なくとも１つの上昇チャンバーに接続される。遮断可能なガス流を制御することは、必要に応じて随時、ガス流の量を減少または増加させることにより、バイオリアクター内のガスの量を調節できることを意味する。ガス流の量の減少は、例えばガス流を繰り返して中断することによるものである。これにより、バイオリアクターの生産性を実質的に維持しながら、エネルギーを節約できる。
【００１３】
一態様では、バイオリアクター内のガス流の中断率は、自然太陽光条件下で確率論的にバイオリアクターに降り注ぐ光の強度に応じてガス流の量を調節するように構成される。１日を通じて生産性を低下させることなく、各光強度において、ガス流を減少させることができる（２５００μｍｏｌ  ｍ−２ｓ−１まで、夜間等では０まで）ことが見出されている。
【００１４】
バイオリアクターはまた、増殖培地に二酸化炭素ガスを供給するための二酸化炭素源をも有する。二酸化炭素ガスは、上昇チャンバーの底部のガスと共に供給することも、降下チャンバーに別個に供給することもできる。典型的には、ガスは空気であり、二酸化炭素を１〜１０％に富化してもよい。降下チャンバーでは、１０％超のはるかに高い濃度を供給してもよい。
【００１５】
バイオリアクターの操作方法は、光合成微生物または光合成増殖細胞の少なくとも１種を増殖させるための増殖培地をバイオリアクターに供給することと、遮断可能なガス流をバイオリアクターに供給して、光合成微生物または光合成増殖細胞の少なくとも１種を含む増殖培地を混ぜることと、所与の光強度に合わせて（乱流に至る）ガス流の中断率を調節することにより、遮断可能なガス流の流量を調節して増殖を最適化することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】バイオリアクターを示す図である。
【００１７】
【図２】バイオリアクターの上昇チャンバーの形態を示す側面図である。
【００１８】
【図３Ａ】ガス流の中断を実証する一連の実験結果を示す図である。
【図３Ｂ】ガス流の中断を実証する一連の実験結果を示す図である。
【００１９】
【図４Ａ】増殖に対する光および流量の影響を示す図である。
【図４Ｂ】増殖に対する光および流量の影響を示す図である。
【図４Ｃ】増殖に対する光および流量の影響を示す図である。
【００２０】
【図５Ａ】増殖に対する夜と昼の影響を示す図である。
【図５Ｂ】増殖に対する夜と昼の影響を示す図である。
【００２１】
【図６】一定時間後にバイオリアクターから抽出された藻類の乾燥重量を示す図である。
【００２２】
【図７】バイオリアクターの生産性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は本開示のバイオリアクター１０を示す。バイオリアクター１０は、下降チャンバー３０によって分離された２つの上昇チャンバー２０を含む。２つの上昇チャンバー２０および下降チャンバー３０は、光合成微生物、例えば限定されないが藻類もしくはシアノバクテリア、または光合成増殖細胞、例えばコケを増殖させるための増殖培地を含む。藻類の非限定例は、緑藻類クロレラ・ソロキニアーナ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ  ｓｏｒｏｋｉｎｉａｎａ）およびラン藻サーモシネココッカス・エロンガタス（Ｔｈｅｒｍｏｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ  ｅｌｏｎｇａｔｕｓ）である。上昇チャンバー２０の構造は、図２に関連して記載されている。図１のバイオリアクター１０は２つの上昇チャンバー２０および単一の下降チャンバー３０を有すると理解される。他のバイオリアクター１０は、異なる数の上昇チャンバー２０および下降チャンバー３０を有していてもよい。下降チャンバー３０は、バイオリアクター１０の内部（図１に示すもの）または外部に配置することができる。
【００２４】
バイオリアクター１０はガス入口４０を有し、ガス入口４０は、上昇チャンバー２０の底部に接続され、ガス管５０からのガスを運び、ガスを上昇チャンバー２０に供給して上昇チャンバー２０内に通気区画を形成する。バイオリアクター１０はまた、培地をバイオリアクター１０に運ぶ培地管９０に接続された培地投入口８０を有する。
【００２５】
ガス管５０は、二酸化炭素源６６から二酸化炭素弁６４を通って二酸化炭素を運ぶ二酸化炭素管６０に接続されてもよい。二酸化炭素配管内の二酸化炭素の流量は、二酸化炭素流量計６２により測定される。ガス管５０と二酸化炭素管６０との接続は、以下に概説するように、代替接続のために、図１において点線で示されている。
【００２６】
ガス管５０は、圧縮装置７６などの空気源からマスフローコントローラー７４および／または制御可能な磁気空気弁７２を通して空気を輸送する、空気管７０に更に接続されている。空気管７０を通って移動する空気の量は、マスフローコントローラー７２によって制御することができる。電磁空気弁７２およびマスフローコントローラー７４は、後述するように、空気管７０を通る空気の流れを測定および制御するコントローラー７８に接続されている。電磁空気弁７２は、空気管７０を開閉して空気管７０を通る空気の移動を制御するための他の種類の弁に置き換えることができると理解される。また、空気管７０は、電磁空気弁７２とマスフローコントローラー７４の両方を必要するわけではないと理解される。マスフローコントローラー７４は、後述するように、バイオリアクター１０に降り注ぐ人工光または太陽光の量に応じて、空気管を通る空気の流れを変化させることに関して特に有用である。
【００２７】
培地投入口８０は培地管９０に接続され、培地管９０は、第１の培地弁９４を介して第１の培地源９２に接続されるか、または第２の培地弁９６を介して第２の培地源１００に接続される。第１の培地源９２および第２の培地源１００は、バイオリアクター１０内の生物物質のための増殖培地の種々の成分を有する。
【００２８】
バイオリアクター１０の頂部には、余剰ガスを、フィルター１２０を介して排気口１３０に送り除去するための出口管１１０が設けられている。バイオリアクター１０は、バイオリアクター１０内で生成された生成物を回収するための生成物出口２５を少なくとも１つ有する。
【００２９】
図２は、上昇チャンバー２０の１つの例を示す。一態様において、上昇チャンバーは、可撓性の薄い光透過性プラスチック箔から作製された壁要素２１０を有する。２つの壁要素２１０は、それらの内側から突出する横断要素２２０を有するように構成されている。横断要素２２０は、互いに平行に配置され、互いに対向している。バイオリアクター１０の表示された態様では、各壁要素２１０の内側に取り付けられた７つの横断要素がある。２つの壁要素２１０が一緒に設置されたとき、図２に示すように、横断要素２２０は、本例では、横断要素２２０によって区画された１５個の内部チャンバー２３０を形成する。
【００３０】
横断要素２２０は、上昇チャンバーの内部を完全に閉鎖するものではない。壁要素２１０の内壁と横断要素２２０との間には、依然として、複数の小流路２４０が形成されている。この複数の小流路２４０により、培地およびガスは、上昇チャンバー２０の片端（底部）から、内部チャンバー２３０を通って、上昇チャンバー２０の上端へと通り抜けることができる。
【００３１】
バイオリアクター１０の稼働中、２つの上昇チャンバー２０は垂直に配置されており、米国特許第７，３７４，９２８号に記載されているように、ガス入口４０を通って入るガスおよび培地入口８０を通って入る増殖培地は、上昇チャンバー２０の小流路２４０および内部チャンバー２３０を通って上昇することができる。ガスは増殖培地を混合し、増殖培地に二酸化炭素を供給する。したがって、複数の横断要素２２０は、内部チャンバー２４０内での培地とガスとの混合を可能にする静的ミキサーを形成する。ガスは典型的には環境空気である。
【００３２】
ガスは出口管１１０を通して放出される。増殖培地は、米国特許第７，３７４，９２８号に説明されているように、下降チャンバー３０を通って下降しながら循環し、そこで回収されて、上昇チャンバー２０を通って再び上昇できるようにされる。
【００３３】
ガス入口４０の目的は、上昇チャンバー２０内に気泡を生成することで増殖培地に通気して増殖培地を十分に混ぜ、それにより増殖培地中の光合成細胞を十分に混ぜ、増殖培地を移動させ、二酸化炭素ガスをバイオリアクター１０に添加することにより増殖を可能にすることである。典型的には、空気は、洗浄集じん後の二酸化炭素ガスを１〜１０容積％にして富化される。ただし、二酸化炭素源６６から供給された二酸化炭素ガスの一部は、放出される空気と共に出口管１１０を通って失われる。通気により、バイオリアクター１０内の化学的濃度勾配は取り除かれるようになる。また、通気は、バイオリアクター１０内で藻類が増殖し、上昇チャンバー２０の内部に達する光の量が制限されることによる、光制限および光阻害の影響（単位容積当たりの光合成細胞数の増加による、いわゆる自己遮蔽）への対処にもなる。
【００３４】
別個の二酸化炭素入口６３を下降チャンバー３０の頂部または内部に設置し、バイオリアクター１０内のこの位置で二酸化炭素を添加することも可能である。この別個の二酸化炭素入口は、二酸化炭素の供給による通気で生じる、内部チャンバー内の混合および乱流の切り離しを可能にするであろう。別個の入口は、培地が下降チャンバー３０を下降して循環している間と、上昇チャンバー２０を通って上昇している間に、二酸化炭素が吸収される時間を生じさせるため、ガス状の二酸化炭素が循環中に培地に吸収されるための時間を更に長くする。二酸化炭素供給は実質的に気泡を含まずに実現することができる。
【００３５】
空気弁７２および／またはマスフローコントローラー７４は、圧縮装置７６からバイオリアクター１０を通る空気の流れを制御する。空気弁７２および／またはマスフローコントローラー７４は、制御装置７８と連動し、（米国特許第７，３７４，９２８号で公知となっているように）ガス入口４０を通ってバイオリアクター１０底部に至る連続流れ（本発明の一態様では、二酸化炭素管６０からの二酸化炭素ガスを含む。）を生じさせるか、ガスの流れの停止と開始（「中断」）を行うことによりガス（空気および接続時の二酸化炭素を含む。）のパルスを生じさせ、それにより、連続的ガス流だけではなく、ガスの離散パルスを発生させることができる。空気管７０を通して空気入口４０に至る空気の供給は、相当量のエネルギーを消費する。空気弁７２を使用して空気の離散パルスをバイオリアクター１０の上昇チャンバー２０に供給することにより、バイオリアクターによって消費されるエネルギー量を大幅に低減させることができる。
【００３６】
図３Ａのグラフは、空気の割り込み可能パルスを２８ｌのバイオリアクター１０の上昇チャンバーに供給することの影響を示す。第１のグラフは、連続的空気流の場合における、日数を単位とする時間経過に伴うバイオリアクター内の物質の増殖を示す。４回の試験を行い（Ｎ＝４）、標準偏差Ｒ２を０．９８として曲線を適合させた。第２のグラフは、空気流に関する１：１のパルス率（この場合は５秒間オンおよび５秒間オフ）を示す。ここでは、有意量の生産性の低下なしに、５０％のエネルギー節約があることが分かるであろう。第３のグラフは、パルス率を１：２とするケース、すなわち、パルス空気の５秒間の離散的ブロックに続いて１０秒間の休止が挿入されるケースに関して、同様の結果を示す。有意量の生産性低下はないが、エネルギー入力は約１／３にすぎない。
【００３７】
その次の２つのグラフは、生産性の低下を示す。すなわち、バイオリアクター１０内の増殖は実質的に減少しており、乱流のために供給される空気が少なく、光合成細胞の最適増殖にとって十分ではない。両方のケースで、空気を５秒間パルス化し、次いで１５秒間または２０秒間オフにした。図３Ａに示された実験は、所与の照明に関して最適な生産性のための空気流を生成するのに必要なエネルギー量を低減することが可能であることを実証している。
【００３８】
これらの結果を図３Ｂに要約する。図３Ｂは、種々のパルス率に関して、縦軸に生産性（１日当たりの、増殖培地１リットル当たりの乾燥重量）、横軸に１リットル当たりの乾燥重量を示す。連続流と１：２のパルス率との間に生産性低下はないが、所与の照明に関して、より低いパルス率の場合に、生産性が低下することがわかる。
【００３９】
離散空気パルスの時間の長さはリアクターの大きさに依存する。図３Ｂに示された結果は２８ｌリアクターに基づいている。１８０ｌリアクターはより長い空気パルスを必要とするが、離散空気パルスのオンとオフの関係は同様に維持することができる。一般に、離散空気パルスは、気泡が上昇チャンバー２０を通って底部から頂部まで上昇することができる時間と同じ長さでなければならないと考えられている。離散空気パルスは上昇チャンバー２０内での一連の気泡の形成につながると理解される。
【００４０】
バイオリアクター１０の一態様では、バイオリアクター１０に降り注ぎ、ＰＡＲセンサー７９によって検出される光の量を考慮するため、マスフローコントローラー７４を使用して空気流を調節することが可能である。ＰＡＲセンサー７９は、バイオリアクター１０に降り注ぐ光合成有効放射線（ＰＡＲ）（可視光と類似しているが同一ではない）を検出する。例えば、曇天日には、著しく少ない光量、すなわち光合成有効放射線が、バイオリアクター１０に降り注ぐ。このことは光合成細胞の培養に利用できるエネルギーの減少を意味する。これは、光の利用可能性が低下し増殖が遅くなるため、バイオリアクター１０内の通気による培地の混合／散逸に必要な空気の量が減少することを意味する。コントローラー７８は、ＰＡＲ検出器７９に接続され、流量計にも接続されており、空気管７０を通って流れる空気の量を測定し調節することができる（二酸化炭素制御弁６４を通って流れる二酸化炭素の量を低減させることもできる）。これにより、エネルギーを節約することができ、バイオリアクター１０による二酸化炭素の消費を低減することもできる。例えば、空気管７０を通って流れる空気の量は、バイオリアクター１０に降り注ぐ人工光または太陽光の量に応じて、バイオリアクター１０内の光合成細胞の増殖を最適化するために、調節される。
【００４１】
図４Ａ〜図４Ｃは、種々の異なる空気流量に関して、増殖に対する光の影響を示す。図４ＡはＰＡＲ光子１８０μｍｏｌ／ｍ２・ｓの光強度を示し、図４ＢはＰＡＲ光子４０５μｍｏｌ／ｍ２・ｓの光強度を示し、図４ＣはＰＡＲ光子７８０μｍｏｌ／ｍ２・ｓの光強度を示す。図４Ａのより低い光強度に関して、異なる空気流速は、バイオリアクター１０内の増殖速度にほとんど影響を及ぼさないことがわかる。増殖速度の低下は、光の一部の利用を妨げる、バイオリアクター１０内の増殖物質の濃度増大によるものである。図４Ｂは空気流量の増加に伴う増殖速度のわずかな増加を示し、図４Ｃは空気流量の増加に伴う増殖速度の大幅な増加を示す。したがって、より低い光強度において、生産性に実質的に影響を及ぼすことなく、空気流速を低減してエネルギーを節約することができると結論づけることができる。
【００４２】
このようなエネルギーの節約は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように実施することができる。図５Ａおよび図５Ｂは、快晴日に太陽光の量が増加しているときに空気流を増加させることの影響を示す。通気速度を一定値に維持することは、光の減少により生産速度が低下するため、夜間または薄暗い時間帯（例えば朝および夕方の時間帯）には、エネルギーが無駄になることを意味することがわかる。しかし、真昼時にバイオリアクター１０の潜在的能力は利用されていない。真昼時に通気量を増加させることにより、生物学的変換率は有意に増加するであろう。
【００４３】
図５Ｂは、例えば、図示された例の最大通気速度が約３００ｌ／時であることを示しているが、夜間または曇天日に、通気速度を約４０ｌ／時とすればエネルギーを大幅に節約することが可能だろう。
【実施例】
【００４４】
バイオリアクター１０の１つの非限定例において、バイオリアクター１０内の増殖培地は、３００ｍｇ／ｌのＮＨ４、２００ｍｇ／ｌのＰＯ４および２．５ｍｇ／ｌのクエン酸鉄を含んでいた。培地は６．６〜７．５のｐＨ値を有していた。空気の流量は３６０ｌ／時であり、二酸化炭素の流量は２０ｌ／時であった。光強度はＰＡＲ光子５１６μｍｏｌ／ｍ２・ｓであった。
【００４５】
他の非限定例では、空気の流量は２０〜４００ｌ／時であり、光強度はＰＡＲ光子１８０〜７８０μｍｏｌ／２・ｓとすることができた。
【００４６】
図６は、数日の測定期間後に抽出した藻類の乾燥重量の比較を示す。異なる曲線は入力値を示す。例えば、５０％の入力とは、離散空気パルスとガスパルスなしとの比率が１：１であることを意味し、２５％の場合は、比率が１：３であること、すなわち、５秒間の離散空気パルスに続いて１５秒間のパルスなしが挿入されることを意味している。
【００４７】
図７は、乾燥重量に対するバイオリアクターの生産性を示す。ピークはバイオリアクターに注入された空気の量および支配的な光強度に依存するが、藻類の最適質量濃度は約４〜５ｇ／ｌであり、これが最大の生産性が生じる濃度であることがわかる。換言すれば、バイオリアクターからの藻類の抽出に最適な時点は、ピーク値に達する直前である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  バイオリアクター
２０  上昇チャンバー
２５  生成物出口
３０  下降チャンバー
４０  ガス入口
５０  ガス管
６０  二酸化炭素管
６２  流量計
６４  二酸化炭素弁
６６  二酸化炭素源
７０  空気管
７２  空気弁
７４  マスフローコントローラー
７６  圧縮装置
７８  コントローラー
７９  ＰＡＲセンサー
８０  培地入口
９０  培地管
９２  第１の培地源
９４  第１の培地弁
９６  第２の培地弁
１００  第２の培地源
１１０  出口管
２１０  壁要素
２２０  横断要素
２３０  内部チャンバー
２４０  流路
【図１】
2018529367.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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