(57)【要約】      （修正有）【課題】縦型の培養装置において、シート部材で培養された後の微細藻類を容易に回収する。【解決手段】培養装置は、シート面が鉛直方向の面を形成するように設置されたシート部材２と、このシート部材２の上端部に向けて上方から液状の栄養源（培養液）を供給する栄養源供給装置とを有し、シート部材２を担体として微細藻類ＭＡを培養する微細藻類の培養装置。シート部材２は、シート面同士が重ねられた複数枚のシート２１によって構成される積層シート部材によって構成され、通気性、透水性、及び透光性を備えている微細藻類の培養装置。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート面が上下方向に延びる面を形成するように設置されたシート部材と、前記シート部材の上端部に向けて上方から液状の栄養源を供給する栄養源供給装置とを有し、前記シート部材を担体として微細藻類を培養する培養装置であって、
前記シート部材は、
シート面同士が重ねられた複数枚のシートによって構成される積層シート部材であって、通気性、透水性、及び透光性を備えていることを特徴とする微細藻類の培養装置。
【請求項２】
前記シートは、合成樹脂製の不織布で作製されていることを特徴とする請求項１に記載の微細藻類の培養装置。
【請求項３】
請求項１に記載の培養装置を用いた微細藻類の培養方法であって、
前記複数枚のシートにおける重ね合わせ面に、微細藻類の種藻を塗布することを特徴とする微細藻類の培養方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細藻類の培養装置、及び培養方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細藻類は、新たなバイオマスエネルギー源や飼料等として近年脚光を浴びている。微細藻類の培養方法として液中培養が知られているが、液中培養よりも単位面積あたりの収量を向上させ易い、固相表面培養法の有効性が報告されている。固相表面培養法は、布や紙のシート部材等を担体とし、担体の表面に藻類を付着させて培養を行う方法である。この固相表面培養法では、薄く張った液体培地に担体を浸して水面付近に担体表面を位置させる水平型の培養装置や、担体を鉛直に立てて液体培地を循環供給する縦型の培養装置が用いられる。
【０００３】
縦型の培養装置は、水平型の培養装置よりも敷地あたりの培養面積を増やせるため、敷地あたりの生産量を向上できる可能性がある。特許文献１には、縦型の培養装置の一例として、担体としてのスポンジシートを鉛直に立て、このスポンジシートの上端に向けて上方から液状の栄養源（液体培地）を供給する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１７５９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
担体上で培養された微細藻類は、掻き取ったり洗い流したりすることで回収される。ここで、微細藻類の担体への付着力が強すぎると、回収に際して多くのエネルギーを必要とするなど手間が掛かってしまう。例えば、特許文献１の培養装置では、スポンジシートを担体として用いているので、微細藻類の回収に際し、十分に吸水させたスポンジシートを絞る等の労力が必要になる。また、スポンジシートを絞った際に、シートが損傷してしまう可能性もある。
【０００６】
一方、回収の手間を低減するために、微細藻類の付着力が乏しい担体を用いることが考えられる。しかしながら、付着力に乏しい担体を用いると、液体培地とともに微細藻類が流亡してしまう可能性がある。微細藻類の流亡により、回収率の低下が生じ得る。特に、微細藻類の流亡速度が増殖速度を上回ってしまうと、微細藻類の培養は困難となる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、培養後の微細藻類を容易に回収することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するため、本発明は、シート面が上下方向に延びる面を形成するように設置されたシート部材と、前記シート部材の上端部に向けて上方から液状の栄養源を供給する栄養源供給装置とを有し、前記シート部材を担体として微細藻類を培養する培養装置であって、前記シート部材は、シート面同士が重ねられた複数枚のシートによって構成される積層シート部材であって、通気性、透水性、及び透光性を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、シート部材が、シート面同士が重ねられた複数枚のシートからなる積層シート部材によって構成されている。そして、この積層シート部材は、通気性、透水性、及び透光性を備えている。このため、シート同士の重ね合わせ面には、空気と栄養源と光を導くことができる。さらに、栄養源供給装置から供給された栄養源を、シートの外表面から重ね合わせ面に向かってシート内を浸透させることができる。
【００１０】
重ね合わせ面に達した栄養源は、流下速度が十分に低下している。従って、重ね合わせ面で微細藻類を培養することにより、微細藻類の付着力に乏しいシートを用いても、流亡を防止しつつ微細藻類を培養できる。そして、培養後の微細藻類を回収する際には、シート同士を開いて重ね合わせ面を露出させることで、増殖された微細藻類を掻き取ることができる。その結果、培養後の微細藻類を容易に回収できる。
【００１１】
前述の培養装置において、前記シートは、合成樹脂製の不織布で作製されていることが好ましい。この構成では、スクレパー等による掻き取りによって微細藻類を容易に回収できる。また、微細藻類を掻き取った後のシートに振動を与えたり、水に浸したりする簡単な作業で、シートに残っている微細藻類を回収できる。
【００１２】
また、本発明は、前述の培養装置を用いた微細藻類の培養方法であって、前記複数枚のシートにおける重ね合わせ面に、微細藻類の種藻を塗布することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シート部材で培養された後の微細藻類を容易に回収できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は、培養装置の斜視図である。（ｂ）は、シート部材の吊り下げ状態を説明する図である。
【図２】２枚のシートを説明する図である。
【図３】シートにおける重ね合わせ面に、微細藻類の種藻を塗布した状態を説明する図である。
【図４】種藻を塗布した２枚のシートを重ね合わせ、上端部をループ状に折り返したシート部材を説明する図である。
【図５】シート部材の設置状態を説明する斜視図である。
【図６】シート部材の上端部への培養液（栄養源）の供給を説明する図である。
【図７】シート部材の内部における培養液や光の流れを説明する図である。
【図８】（ａ）は、シートの重ね合わせ面で増殖した微細藻類の掻き取りを説明する図である。（ｂ）は、水を張ったバットによる微細藻類の回収を説明する図である。
【図９】シート部材の設置に関する変形例を説明する図である。
【図１０】シート部材の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。まず、培養装置の全体構成について説明する。図１（ａ）に示す培養装置１は、シート部材２と、フレーム３と、培養液供給管４と、気体供給管５と、回収トレイ６を有している。
【００１６】
シート部材２は、微細藻類を培養するためのシート状の担体であり、本実施形態では横に多少長い長方形状とされている。そして、シート部材２は、シート面が上下方向に延びる面を形成する状態で設置されている。
【００１７】
すなわち、このシート部材２は、短辺が上下方向に、長辺が水平方向に向けられ、かつ、シート部材２の厚み方向に複数枚並べられた状態で、フレーム３に設置されている。ここで、上下方向に延びる面とは、シートが上下左右方向に拡がることで形成される面を意味する。このため、設置されたシート部材２に関し、皺がよっても多少の弛みがあっても多少の傾斜があってもよい。
【００１８】
また、図１（ｂ）に示すように、シート部材２の上端部分は折り返されており、折り返し部分の下端が留め具２ａで留められてリング状部２ｂを形成している。なお、シート部材２の作製手順については、後で説明する。
【００１９】
フレーム３は、複数枚のシート部材２が設置されるものであり、図１（ａ）に示すように、本実施形態では直方体形状の金属枠体で構成されている。そして、フレーム３の正面と背面における高さ方向の異なる位置には、複数本の横長板状の梁材３１が、水平方向に沿って取り付けられている。本実施形態では、３本の梁材３１が図中左右方向に向けて取り付けられている。また、各梁材３１及びフレーム３の上端枠を介して複数本の支持ポール３２が前後方向に架設されている。この支持ポール３２は、例えば長尺円筒状の金属管で作製されている。
【００２０】
図１（ｂ）に示す例では、１枚のシート部材２に対して４本の支持ポール３２が配置されている。そして、最上部の支持ポール３２を、リング状部２ｂに挿通してシート部材２を吊り下げている。また、残り３本の支持ポール３２については、シート部材２における一方のシート面と他方のシート面に沿って交互に配置し、シート部材２の無用なばたつきを抑制している。
【００２１】
培養液供給管４は、培養液（液状の栄養源）を供給する管状部材である。図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の培養液供給管４は、培養液ポンプ７が途中に設けられた本管４ａと、フレーム３の上端部で本管４ａから枝分かれした枝管４ｂとを有している。そして、枝管４ｂは、シート部材２よりも少し上方の位置で、シート部材２の上端縁に沿って配置されている。各枝管４ｂには、その長手方向に沿って複数の排液孔（図示せず）が所定間隔で形成されている。
【００２２】
各枝管４ｂからは、培養液ポンプ７によって汲み上げられた培養液が排出される。排出された培養液は、シート部材２のリング状部２ｂに落下し、シート部材２に吸収される。この説明から判るように、培養液供給管４と培養液ポンプ７の組は、液状の栄養源を供給する栄養源供給装置に相当する。
【００２３】
シート部材２に供給された培養液は、シート部材２の内部を流下しつつ、その一部が微細藻類に吸収される。吸収されなかった培地は、シート部材２の下端から排出された後に回収され、培養液供給管４から供給される。
【００２４】
気体供給管５は、空気と二酸化炭素の混合気体を供給する管状部材である。図１（ａ）に示すように、気体供給管５は、フレーム３の底部に配置されており、シート部材２同士の間には、気体供給管５の本管５ａから枝分かれした枝管５ｂが水平方向に延びている。各枝管５ｂには、枝管５ｂの長手方向に沿って複数の排気孔（図示せず）が所定間隔で形成されている。この枝管５ｂは、送気ポンプ８によって圧送された空気と二酸化炭素の混合気体を、シート部材２で培養されている微細藻類に向けて放出する。二酸化炭素濃度の高められた空気に接することで、微細藻類の生育が促進される。
【００２５】
回収トレイ６は、シート部材２から滴下された培養液を回収するための金属製部材であり、上面が開放された高さの低い箱状をしている。この回収トレイ６の内側にはフレーム３が設置される。このため、本実施形態の回収トレイ６は、フレーム３の底面よりも一回り大きな矩形状底板６ａと、底板６ａの４辺から立設された側板６ｂとを有している。培養液供給管４の本管４ａにおける下流側端部は、回収トレイ６の内側隅角部における底板６ａの近傍に配置されている。また、底板６ａは、本管４ａの下流側端部が配置された回収トレイ６の内側隅角部に向かって、僅かに下り傾斜している。このため、シート部材２から滴下された培養液は、培養液供給管４に吸い上げられ、シート部材２に供給される。
【００２６】
次に、シート部材２について説明する。このシート部材２は、シート面同士が重ねられた複数枚のシート２１によって構成される積層シート部材であり、通気性、透水性、及び透光性を備えている。図２に示すように、シート部材２は、ポリオレフィン製の不織布によって作製された薄手（数十μｍオーダーの紙状）のシート２１を２枚重ね合わせたものである。
【００２７】
各シート２１は、プラスチック製の和紙に似た態様をしている。そして、ポリオレフィン製であることから微細藻類の付着力が低く、培養後の微細藻類を容易に剥離することができる。また、透光性を有しているので、シート面同士の重ね合わせ部分で培養されている微細藻類に対しても、光合成に必要な光を照射できる。また、不織布であることから、重ね合わせ部分の微細藻類に対しても、空気（ＣＯ2濃度が高められた空気）や培養液を供給できる。なお、不織布の目の粗さは生育した微細藻類の大きさ以下であることが好ましい。例えば、１つの微細藻類の大きさが２〜５０μｍ程度であるので、不織布の目の粗さは５０μｍ以下にすることが好ましい。
【００２８】
各シート２１からシート部材２を作製するに際しては、図３に示すように、各シート２１のシート面（重ね合わせ面）に微細藻類ＭＡの種藻を塗布する。ここで、微細藻類ＭＡとは、葉緑体を有する単細胞の藻類を意味する。この微細藻類ＭＡは、真核生物に属するものと真正細菌（バクテリア）に属するものとに、大きく分類される。真核生物に属する微細藻類ＭＡとして緑藻があり、真正細菌に属する微細藻類ＭＡとして藍藻（シアノバクテリア）がある。そして、好適な微細藻類ＭＡとして、例えば、パラクロレラ・ケッセリ（Parachlorella kessleri）やクロレラ・ブルガリス（Chlorella vulugaris）を挙げることができる。これらのパラクロレラ・ケッセリ及びクロレラ・ブルガリスは、いずれも緑藻に属するものである。
【００２９】
種藻の塗布は、種々の方法を採ることができる。例えば、スクレパーで塗りつけてもいいし、スプレーで吹き付けてもよい。また、種藻の塗布は、少なくとも一方の重ね合わせ面に対して行えばよい。すなわち、２枚のシート２１における何れか一方の重ね合わせ面に塗布してもよく、両方の重ね合わせ面に塗布してもよい。
【００３０】
種藻を塗布したならば、図４（ａ）に示すように、重ね合わせ面を密着させて２枚のシート２１を重ね合わせる。そして、図４（ｂ）に示すように、重ね合わせた２枚のシート２１（すなわちシート部材２）について上端部分を折り返し、折り返し部分の下端を留め具２ａで留めてリング状部２ｂを形成する。そして、図５に示すように、最上部の支持ポール３２を、シート部材２のリング状部２ｂに挿通して吊り下げるとともに、他の支持ポール３２について、シート部材２における一方のシート面と他方のシート面に沿って交互に配置する。
【００３１】
そして、図２から図５で説明した作業を、必要数のシート部材２が設置されるまで繰り返し行うことで、図１（ａ）に示す状態になる。必要数のシート部材２が設置されたならば、培養液ポンプ７及び送気ポンプ８を作動させる。これにより、培養液供給管４の各枝管４ｂからは培養液が滴下され、気体供給管５の各枝管５ｂからは二酸化炭素濃度の高められた空気が供給される。
【００３２】
図６に示すように、培養液供給管４の各枝管４ｂから滴下された培養液ＣＦは、シート部材２の上端部に供給される。そして、培養液ＣＦの一部は、シート部材２を構成する各シート２１に吸収され、シート２１の内部を浸透する。また、培養液ＣＦの他の一部は、シート部材２の表面（重ね合わせ面とは反対側の表面）を流下する。
【００３３】
シート部材２を構成する各シート２１は、ポリオレフィン製の不織布であるので、通気性、透水性、及び透光性を備えている。このため、図７に黒い矢印で示すように、一部の培養液ＣＦは各シート２１の内部を重ね合わせ面に向かって浸透し、微細藻類ＭＡ（種藻や増殖した微細藻類ＭＡ）の栄養源として消費される。また、白い矢印で示すように、外光Ｌも、重ね合わせ面に入射され、微細藻類ＭＡの生育に寄与する。同様に、空気も重ね合わせ面まで導入されており、微細藻類ＭＡの生育に寄与する。
【００３４】
ここで、シート２１が重ね合わさっており、流路となるシート間隔が狭いことから、培養液ＣＦの流下速度は十分に低くなっている（黒い矢印の長さは流下速度を示している）。このため、重ね合わせ面側で生育している微細藻類ＭＡは、培養液ＣＦによって流され難くなっており、藻類自身の粘着性で重ね合わせ面に保持される。従って、微細藻類ＭＡは、付着性が悪いシート２１の表面（重ね合わせ面）であっても十分に増殖できる。また、シート２１がフィルタの役目も果たすので、重ね合わせ面側で生育している微細藻類ＭＡには、ゴミ等の異物が付着し難い。このため、清浄な微細藻類ＭＡを容易に回収できる。
【００３５】
ところで、微細藻類ＭＡが十分に増殖すると、その一部はシート部材２の表面側で生育するが、各シート２１に対する付着性が悪いことから、微細藻類ＭＡは流亡し易い状態になっている。このため、シート部材２の表面側では、流下する培養液ＣＦによって微細藻類ＭＡが流され、重ね合わせ面側よりも微細藻類ＭＡの量が少なくなっている。
【００３６】
重ね合わせ面側の微細藻類ＭＡが十分に生育されたならば、微細藻類ＭＡを回収する。この場合、シート部材２を２枚のシート２１に引きはがした後、例えば図８（ａ）に示すように、各シート２１の重ね合わせ面側に付着している微細藻類ＭＡを、スクレパー４１やゴム板等によって掻き取る。そして、掻き取り後のシート２１を、例えば図８（ｂ）に示すように、水Ｗを張ったバット４２内に浸漬し、上下に揺する等して振動を与え、残存している微細藻類ＭＡを、水中へ放出する。その際、各シート２１に対する付着性が悪いことから、微細藻類ＭＡは容易に水中へ離脱する。
【００３７】
以上の説明から判るように、本実施形態のシート部材２は、シート面同士が重ねられた複数枚のシート２１からなる積層シート部材によって構成されている。この積層シート部材において、各シート２１は、通気性、透水性、及び透光性を備えているため、シート２１同士の重ね合わせ面には、空気と培養液ＣＦと外光Ｌを導くことができる。重ね合わせ面に達した培養液ＣＦは、流下速度が十分に低下しているので、重ね合わせ面で微細藻類ＭＡを培養することにより、微細藻類ＭＡの付着力に乏しいシート２１（ポリオレフィン製の不織布）を用いても、流亡を防止しつつ微細藻類ＭＡを培養できる。
【００３８】
そして、培養後の微細藻類ＭＡを回収する際には、シート２１同士を開いて重ね合わせ面を露出させることで、増殖された微細藻類ＭＡをスクレパー４１等によって掻き取ることができる。その結果、培養後の微細藻類ＭＡを容易に回収できる。また、微細藻類ＭＡを掻き取った後のシート２１に振動を与えたり、水に浸したりする簡単な作業で、シート２１に残っている微細藻類ＭＡを回収できる。
【００３９】
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。
【００４０】
シート部材２の設置に関し、前述の実施形態では、図１で説明したように、フレーム３における前後方向に架設した複数本の支持ポール３２で支持するようにしていたが、この構成に限定されるものではない。例えば図９に示すように、上下方向に立設された支持ポール３２を、所定方向に沿って複数本配置し、支持ポール３２の間を縫うようにシート部材２を設置してもよい。
【００４１】
シート部材２に関し、前述の実施形態では２枚のシート２１を重ね合わせたものを例示したが、これに限定されるものではない。３枚以上のシート２１を重ね合わせてシート部材２としてもよい。例えば、図１０は３枚のシート２１を重ね合わせて作製されたシート部材２である。このシート部材２でも前述の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００４２】
また、シート部材２を構成するシート２１に関し、ポリオレフィン製の不織布に限らず、他の種類のエンジニアリングプラスチック製のもの、あるいは天然系、例えば綿の織物の薄手のものを使用してもよい。また、各シート２１は、全て同一のものを使用しなくてもよい。例えば、２枚のシート２１で構成されるシート部材２において、一方のシート２１が透光性のみを有する素材で作製され、他方のシート２１が透水性と通気性を有する素材で作製されていてもよい。要するに、少なくとも１枚のシート２１を通じて、空気と、培養液ＣＦと、光（外光Ｌ，室内光）が重ね合わせ面に供給されていればよい。
【符号の説明】
【００４３】
１…培養装置，２…シート部材，２ａ…留め具，２ｂ…リング状部，３…フレーム，４…培養液供給管，４ａ…本管，４ｂ…枝管，５…気体供給管，５ａ…本管，５ｂ…枝管，６…回収トレイ，６ａ…底板，６ｂ…側板，７…培養液ポンプ，８…送気ポンプ，２１…シート，３１…梁材，３２…支持ポール，４１…スクレパー，４２…バット，ＭＡ…微細藻類，Ｌ…外光，Ｗ…水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2016005439.tif 000011
【図１０】
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