(57)【要約】【課題】光合成微生物、遊泳性微生物、走化性微生物などの微生物の大量培養に好適な、担体の表面で微生物を増殖させ、増殖した微生物を培養液とともに流出させる方式の微生物培養装置を提供する。【解決手段】培養液供給部と、多孔質の担体を具える微生物増殖部と、流出液貯留部とを具備し、担体は、少なくとも上面と下面とを有し、下面が水平または斜めになるように気相中に配置されており、少なくとも下面に微生物が付着しており、且つ上面に培養液供給部からの培養液が供給される、担体の表面で微生物を増殖させ、増殖した微生物を培養液とともに流出させる方式の微生物培養装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液供給部と、多孔質の担体を具える微生物増殖部と、流出液貯留部とを具備し、
担体は、
少なくとも上面と下面とを有し、
下面が水平または斜めになるように気相中に配置されており、
少なくとも下面に微生物が付着しており、且つ
上面に培養液供給部からの培養液が供給される、
担体の表面で微生物を増殖させ、増殖した微生物を培養液とともに流出させる方式の微生物培養装置。
【請求項２】
担体下面に不織布が設けられている、請求項１に記載の微生物培養装置。
【請求項３】
担体下面の傾斜角度が１０〜８０度である、請求項１または２に記載の微生物培養装置。
【請求項４】
培養液供給部と、導光性の担体を具える微生物増殖部と、流出液貯留部とを具備し、
担体は、
少なくとも上面と下面とを有し、
上面が水平または斜めになるように気相中に配置されており、
少なくとも上面に微生物が付着しており、且つ
上面に培養液供給部からの培養液が供給される、
担体の表面で微生物を増殖させ、増殖した微生物を培養液とともに流出させる方式の微生物培養装置。
【請求項５】
担体上面の傾斜角度が１０〜８０度である、請求項４に記載の微生物培養装置。
【請求項６】
微生物増殖部に具わる担体が２つ以上あり、
該担体は、各担体の下面若しくは上面が相互に平行となるように且つ垂直に配列されている、請求項１〜５のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
【請求項７】
流出液貯留部は、流出した培養液から増殖した微生物の少なくとも一部を分離除去するための分離器と、微生物の少なくとも一部が除去された培養液を貯留するための貯留槽とを具える、請求項１〜６のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
【請求項８】
流出液貯留部から培養液供給部に培養液を戻すための流路をさらに具備する、請求項１〜７のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
【請求項９】
微生物が光合成微生物であり
微生物増殖部は光照射装置をさらに具える、請求項１〜８のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
【請求項１０】
担体の形が板状である、請求項１〜９のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
【請求項１１】
担体がセラミックス製、樹脂製またはガラス製である、請求項１〜１０のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、担体の表面で微生物を増殖させ、増殖した微生物を培養液とともに流出させる方式の微生物培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細藻類などの微生物の培養装置または培養方法が種々提案されている。
例えば、特許文献１は、気相中に配置して微生物を付着させる担体と、前記担体から流出した微生物を含む培養液を貯留する流出液タンクと、前記担体の上から連続的に培養液を供給する培養液供給部とを備えている微生物培養システムを開示している。微生物を付着させる担体として、多孔質状の薄板等の内部に空隙を有する部材で平板状のものが例示されている。
【０００３】
特許文献２は、３０度以下に傾斜させた動物細胞の平面状多孔質担体、培養液槽及び該培養液槽中の培養液を前記担体の上端部近傍に供給する手段を備えたことを特徴とする動物細胞傾斜培養装置を開示している。
【０００４】
特許文献３は、培養する生物体細胞を通さない孔を有する多孔性膜を鉛直又は斜めに配置し、この多孔性膜にスプレーノズルなどを用いて上から液体培地を供給して膜面に沿って流下させることで、多孔性膜の他の面に生物体細胞を培養することを特徴とした膜面液体培養方法を開示している。
【０００５】
特許文献４は、浮遊光合成生物を含む光合成生物培養液を内部に収納する液体培養槽と、表面に液膜を有する液膜光合成生物が付着された担体を気相中に配置するとともに、ＣＯ2を含む排ガスが流入する固体培養槽と、を備え、固体培養槽内の担体は傾斜して配置され、前記液体培養槽内の光合成生物培養液を引抜き、固体培養槽内の担体より上方から光合成生物培養液が供給される、光合成によるＣＯ2固定化装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１５３７４４号公報
【特許文献２】特開２００１−１９０２７０号公報
【特許文献３】特開平１０−１７９１３８号公報
【特許文献４】特開平０７−２１３２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、光合成微生物、遊泳性微生物、走化性微生物などの微生物の大量培養に好適な、担体の表面で微生物を増殖させ、増殖した微生物を培養液とともに流出させる方式の微生物培養装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために鋭意検討した結果、以下の態様を包含する本発明を完成するに至った。
【０００９】
〔１〕  培養液供給部と、多孔質の担体を具える微生物増殖部と、流出液貯留部とを具備し、
担体は、
少なくとも上面と下面とを有し、
下面が水平または斜めになるように気相中に配置されており、
少なくとも下面に微生物が付着しており、且つ
上面に培養液供給部からの培養液が供給される、
担体の表面で微生物を増殖させ、増殖した微生物を培養液とともに流出させる方式の微生物培養装置。
〔２〕  担体下面に不織布が設けられている、〔１〕に記載の微生物培養装置。
〔３〕  担体下面の傾斜角度が１０〜８０度である、〔１〕または〔２〕に記載の微生物培養装置。
【００１０】
〔４〕  培養液供給部と、導光性の担体を具える微生物増殖部と、流出液貯留部とを具備し、
担体は、
少なくとも上面と下面とを有し、
上面が水平または斜めになるように気相中に配置されており、
少なくとも上面に微生物が付着しており、且つ
上面に培養液供給部からの培養液が供給される、
担体の表面で微生物を増殖させ、増殖した微生物を培養液とともに流出させる方式の微生物培養装置。
〔５〕  担体上面の傾斜角度が１０〜８０度である、〔４〕に記載の微生物培養装置。
【００１１】
〔６〕  微生物増殖部に具わる担体が２つ以上あり、
該担体は、各担体の下面若しくは上面が相互に平行となるように且つ垂直に配列されている、〔１〕〜〔５〕のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
【００１２】
〔７〕  流出液貯留部は、流出した培養液から増殖した微生物の少なくとも一部を分離除去するための分離器と、微生物の少なくとも一部が除去された培養液を貯留するための貯留槽とを具える、〔１〕〜〔６〕のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
【００１３】
〔８〕  流出液貯留部から培養液供給部に培養液を戻すための流路をさらに具備する、〔１〕〜〔７〕のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
【００１４】
〔９〕  微生物が光合成微生物であり
微生物増殖部は光照射装置をさらに具える、〔１〕〜〔８〕のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
【００１５】
〔１０〕  担体の形が板状である、〔１〕〜〔９〕のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
〔１１〕  担体がセラミックス製、樹脂製またはガラス製である、〔１〕〜〔１０〕のいずれかひとつに記載の微生物培養装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の微生物培養装置は、担体相互が干渉せず、光を担体に無駄なく照射できるので、光合成の効率が高い。本発明の微生物培養装置は、光合成微生物、遊泳性微生物、走化性微生物などの微生物の大量培養に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の微生物培養装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の微生物培養装置の一例を示す図である。
【図３】本発明の微生物培養装置に使用される担体の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の第一実施形態の微生物培養装置は、図１に示すとおり、培養液供給部Ａと、多孔質の担体１を具える微生物増殖部Ｂと、流出液貯留部Ｃとを具備する。これらは、特に微生物増殖部Ｂは、バイオクリーンルーム（図示せず）の中に設置することがカビなどの雑菌の発生を抑制する上で好ましい。バイオクリーンルームの天板を透光性の材料で構成することによって自然光をバイオクリーンルームに取り入れることができる。また、バイオクリーンルーム内の温度を、微生物の生育に適する温度となるように調節することが好ましい。
【００１９】
培養液供給部Ａは、例えば、培養液を貯留するためのタンク３、該タンクから微生物増殖部に培養液を供給するための管１０からなる。培養液は、微生物の種類および培養条件などに応じて、種々の成分を含むことができる。後述するように流出液貯留部から培養液供給部に培養液を戻すための流路９を設けてもよい。
【００２０】
供給管１０の末端には、担体の上面全体に均一に培養液を供給するために、噴霧ノズル、シャワーノズル２などを設けてもよい。培養液の供給量は、微生物の種類および培養条件などに応じて、設定することができる。
【００２１】
第一実施形態の装置に用いられる担体１は、連通多孔質体または独立多孔質体のいずれであってもよいが、培養液の浸透性を考慮すると連通多孔質体であることが好ましい。
担体は、少なくとも上面と下面とを有し、下面が水平または斜めになるように気相中に配置されている。下面側よりも上面側において孔径を小さくすると、上面側に微生物が進入し難くなるので、下面側にて微生物を主に増殖させることができる。
担体は、好ましくはセラミックスまたは樹脂で、より好ましくはセラミックスで製造されたものである。担体の形としては、板状、棒状などの直方体または立方体；球状、半球状、長球状などの回転体；楔状、角錐状、円錐状などの錐体などを採用することができる。担体の形が板状の場合、上面も水平または斜めになるように気相中に配置される。担体下面の傾斜角度は、特に制限されないが、好ましくは１０〜８０度、より好ましくは３０〜６０度である。また、光の入射角度などを考慮して、担体の傾きを変えることができる機構を具えてもよい。担体の下面は、片側にだけ傾斜するものであってもよいし、屋根のように両側に若しくは四方・八方に傾斜するものであってもよい。
【００２２】
気相としては、通常、大気が用いられる。藻類の光合成を促進させるために二酸化炭素を含むガスを供給してもよい。二酸化炭素を含むガスとしては、ボイラ排気、製鉄排気などを挙げることができる。すなわち、本発明の微生物培養装置によって、二酸化炭素の固定を行うことも可能である。気相および培養液の温度は微生物の培養に適した範囲であれば特に制限されない。大気、二酸化炭素などのガスは除菌フィルターを通して微生物培養装置に供給することが好ましい。
【００２３】
第一実施形態の装置に用いられる担体は、少なくとも下面に微生物が付着している。微生物としては、例えば、微細藻類、光合成微生物、遊泳性微生物、走化性微生物などを挙げることができる。これらのうち、微細藻類、硫黄細菌などの光合成微生物、特に酸素発生型光合成微生物が好ましい。好ましい微生物の具体例としては、クロレラ、シアノバクテリアなどの微細藻類、ミドリムシなどの遊泳性光合成微生物などを挙げることができる。
担体の下面に不織布４などの多孔質シートが設けられていてもよい。多孔質シートの設置によって、微生物の付着性、培養液の保持性などを高めることができる。担体の上面に培養液供給部Ａからの培養液が供給される。そして、担体の表面で微生物を増殖させ、増殖した微生物を培養液とともに流出させる。担体表面に微生物が繁茂したときにはスクレバーなどを用いて掻き落とすことができる。
【００２４】
微生物増殖部に、２つ以上の担体を具えてもよい。２つ以上の担体を具える場合、例えば、図２に示すように、各担体１１，２１，３１の下面が相互に平行となるように且つ垂直に配列することが好ましい。このように配列することによって、相互に光を遮る部分が減り、光の照射効率が高くなるので、藻類の光合成などが促進される。また、増殖した藻類を担体下面から流出させやすい。さらに、担体の間に通風でき、カビ類の発生を抑制する効果が期待できる。
【００２５】
流出液貯留部は、例えば、流出した培養液から増殖した微生物の少なくとも一部を分離除去するための分離器７と、微生物の少なくとも一部が除去された培養液を貯留するための貯留槽８とを具える。分離器としては、重力濾過装置、遠心濾過機、真空濾過機、加圧濾過機、デカンタ型分離器などを挙げることができる。分離された微生物は、洗浄、乾燥などの所定の処理を施すことができる。培養で得られた微生物は、精製化学製品、医薬品、化粧品、食品、飼料；  脂肪酸、抗酸化剤、タンパク質、増殖因子、抗生物質、ビタミン、多糖などの生産；  バイオマス燃料の生産などに用いることができる。
【００２６】
第一実施形態の微生物培養装置は、流出液貯留部から培養液供給部に培養液を戻すための流路９をさらに具備する。栄養素などが残っている培養液を供給部に戻して再利用する。供給部に戻す際に成分調整を行ってもよい。
【００２７】
微生物が光合成微生物である場合、微生物増殖部は光照射装置をさらに具える。光照射装置は、光源が放射する光を担体に付着している光合成微生物に照射し、光合成を促進させる。光源としては、太陽光などの自然光源；ＬＥＤ、有機ＥＬ、熱陰極管、冷陰極管、白熱電球などの人工光源を挙げることができる。光源が放射する光を直接に担体に当ててもよいし、光源が放射する光を反射板で反射させたり若しくは導光体で所望の場所に導いたりして担体に当ててもよい。第一実施形態の微生物培養装置においては、担体の下面に光を当てることが好ましい。導光体５は、例えば、紙面に垂直な方向に伸展する棒状を成し、ＬＥＤなどの光源からの光を棒の端から入射して、棒の平側面に反射パターンを有し、それに対向する曲側面から光を放射することができる棒状光学部材である。図１に記載の装置では受皿６と導光体５を設けているが、導光体５を省き、受皿６を導光板に置き換え、該導光板を担体１の下面に平行になるように配置してもよい。導光板は、例えば、光源からの光を側面から入射し、板背面に反射パターンを有し、板正面に略垂直な方向に光を放射することができる板状光学部材である。
【００２８】
本発明の第二実施形態の微生物培養装置は、培養液供給部Ａと、導光性の担体４１を具える微生物増殖部Ｂと、流出液貯留部Ｃとを具備する。これらは、特に微生物増殖部Ｂは、バイオクリーンルームの中に設置することがカビなどの雑菌の発生を抑制する上で好ましい。培養液供給部および流出液貯留部は第一実施形態の微生物培養装置と同様のものとすることができる。さらに、第一実施形態と同様に、流出液貯留部から培養液供給部に培養液を戻すための流路をさらに具備することができる。
【００２９】
第二実施形態の装置に用いられる担体４１は、少なくとも上面と下面とを有し、上面が水平または斜めになるように気相中に配置されている。担体は、好ましくはガラスまたは透明樹脂で、より好ましくは透明樹脂で製造されたものである。担体の形としては、板状、棒状などの直方体または立方体；球状、半球状、長球状などの回転体；楔状、角錐状、円錐状などの錐体などを採用することができる。担体の形が板状の場合、下面も水平または斜めになるように気相中に配置される。担体上面の傾斜角度は、特に制限されないが、好ましくは１０〜８０度、より好ましくは３０〜６０度である。気相は、第一実施形態と同じものを採用することができる。担体の上面は、片側にだけ傾斜するものであってもよいし、屋根のように両側に若しくは四方・八方に傾斜するものであってもよい。
【００３０】
第二実施形態の装置に用いられる担体４１は、少なくとも上面に複数の窪み４２が有り、その窪みに微生物が付着している。なお、微生物を上面に付着させることができるものであれば窪みである必要はない。微生物は、第一実施形態と同じものを採用することができる。これらのうち、光合成微生物が好ましく、特に遊泳性光合成微生物若しくは走行性光合成微生物が好ましい。窪み４２は、微生物が、所望の時間、そこに留まることができるものであれば、その大きさ、深さ、形、数に制限はない。例えば、担体４１として、マイクロアレイのような形状をしたものを用いることができる。担体の上面に培養液供給部からの培養液が供給される。そして、担体の表面で微生物を増殖させ、増殖した微生物を培養液とともに流出させる。
【００３１】
第二実施形態の装置に用いられる担体４１は、導光性を有するものである。例えば、導光性担体４１は、担体下面に反射パターンを有し、担体の側面から光を入射し、上面にて光を放射することができる。または、担体下面から光を入射し、上面にて光を放射することができる。反射パターンもしくは光放射パターンを調節することによって、微生物が溜まる窪み部分に光を集中して照射することもできるので、光の利用効率を高めることができる。
【００３２】
第二実施形態の装置においても第一実施形態の装置と同様に２つ以上の担体を具えてもよい。２つ以上の担体を具える場合、各担体の上面が相互に平行となるように且つ垂直に配列することが好ましい。培養液が各担体の上面を満遍なく流れるようにするために、各担体を交互に逆向きに傾け、担体の下端とその下にある担体の上端とが近接するように且つ垂直に配列してもよい。このように配置すると各段の下に受皿を省くことができる。
【００３３】
２つ以上の担体が垂直に配列された装置（例えば図２に示すような装置）を必要に応じて２機以上水平または垂直に並べて設置することによって、微生物の大量培養を行うことができる。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ：培養液供給部
Ｂ：微生物増殖部
Ｃ：流出液貯留部
１，１１，２１，３１：多孔質担体
４１：導光性担体
４２：窪み
２，１２，２２，３２：ノズル
３，１３：培養液タンク
４，１４，１５，１６：不織布
５，１５，２５，３５：導光体
６，１６，２６，３６：受皿
７，１７：濾過装置
８，１８：流出液貯槽
９，１９：液戻り流路
１０：培養液供給管
【図１】
2017131195.tif 000003
【図２】
2017131195.tif 000004
【図３】
2017131195.tif 000005