JP2001509011A - 微小藻類懸濁液の脱水及び微小藻類からの成分の抽出のための浮遊分離法及びシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 藻類Dunaliella salinaから混合カロテノイドを回収するための方法及びシステムが開示されている。採取された細胞は、典型的に藻類懸濁液をポンプループを通して高圧で循環させることによって破裂させる。次いで、細胞は、予備濃縮ゾーン及び濃縮ゾーンを有する泡沫浮遊路を含む吸着気泡分離技術によって脱水させることができる。さらに濃縮することが望ましい場合には、藻類濃縮物は、十字流ミクロ濾過ユニット中において凝集剤の不存在下に、透過液中のカロテノイドはほとんど減少させずに機械的に濾過することができる。混合カロテノイド及び他の成分を藻類から抽出するための種々の方法、例えば、濃密ガス抽出、ならびに天然香料、合成香料及び食用油による抽出が開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】 微小藻類懸濁液の脱水及び微小藻類からの成分の抽出のための浮遊分離法及びシ ステム 発明の分野 本発明は、藻類からの成分の回収方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、 Dunaliella salinaからの混合カロテノイドの回収方法に関する。 発明の背景 カロテノイドは、オレンジ色及び黄色の野菜及び多くの暗緑色の食品中に存在 する濃い黄色〜オレンジ色の色素である。β−カロテンは、種々のカロテノイド の中で最も豊富に存在するカロテノイドである。β−カロテンは、体内でビタミ ンＡに転化されることができる。ビタミンＡは、脂溶性ビタミンであって、貯蔵 できない水溶性ビタミンとは異なって、体内、主に肝臓で限られた期間貯蔵でき る。ビタミンＡは大量に摂取すると、場合によっては有毒である。しかし、β− カロテンは体内で必要に応じてビタミンＡに転化されるので、多くの場合、大量 に摂取される場合であってもビタミンＡの無毒な供給源と見なされる。 β−カロテンは、動物組織における有害な酸化作用を打ち消すことができる酸 化防止剤であることが確認されている。このため、β−カロテンはビタミンＡの 無毒性供給源として高く評価され、栄養補助食品として商業的に重要である。し かし、最近、一般にβ−カロテンを含む天然の混合カロテノイドから単離された 栄養補助食品としてのβ−カロテンの健康上の利益に関して懸念が高まっている 。 β−カロテンを含む植物由来の混合カロテノイドは、ニンジン、ホウレンソウ 及びパーム油を含む多数の供給源から得ることができるが、Dunaliella属の藻類 中ではそれらの相対濃度はこれより高い。これらの藻類は通常は、高濃度の塩溶 液中に存在する。適切な生長条件下では、混合カロテノイドが藻類乾燥重量の10 ％より多いこともある。 例えば、Dunaliella salinaは、高温、強烈な光及びブライン単位体積当たり 約20重量％より高い塩化ナトリウム濃度を有するブライン溶液への暴露によって ストレスをかけられた時に相当量のカロテノイド及びグリセロールを蓄積する傾 向がある。カロテノイドは藻類を直射日光から保護すると考えられる。カロテノ イドの濃度は、藻類の塩耐性の限界までは、ブラインの塩濃度の増加と共に増加 する。 Dunaliella salinaからβ−カロテン、カロテノイド及び他の有用な成分を回 収するための方法は多数提案されている。Dunaliella salinaは、現在製造され ている数種の栄養補助食品のためのβ−カロテン及び他のカロテノイドの供給源 である。しかし、Dunaliella salinaからカロテノイドを、場合によっては有毒 な溶剤及び他の不所望な物質を含まない形態で経済的に効率よく回収するという 点では、多少問題がある。カロテノイド供給源としてのDunaliella salinaの商 業的利用には多数の問題がある。 Dunaliella salinaを含む塩耐性゜藻類は一般に、ユタ州のグレートソルトレ ークを含む塩湖に存在する。Dunaliella salinaは制御されていない生育条件で は低濃度で存在するため、湖及び他の自然環境からのDunaliella salinaの採取 は多くの場合、商業的には実施不可能である。 商業的には、Dunaliella salinaは通常は、特別に造られた屋外の池で生成し た培養物から採取される。屋外の池は通常、カロテノイドの製造を促進するため に、降雨が少なく且つ曇った日がほとんどない、高温乾燥気候の地域に造られる 。 藻類の栽培には、２種の異なる養殖法が開発されている。これらは、集約式（ intensive mode）と粗放式（extensive mode）である。いずれの養殖技術も、光 合成によるバイオマス製造に必要な必須無機栄養素、燐、窒素、鉄及び微量金属 を補給するために培地への肥料の添加が必要である。 ２つの製造方式の主な違いは、増殖培地の混合である。集約式の池は機械混合 装置を使用するが、粗放式の池は風による混合のみに頼っている。従って、藻類 の増殖に影響を与える因子は、集約式養殖ではより正確に制御できる。 集約式及び粗放式のいずれにおいても、増殖培地の塩分は所定の範囲内に、通 常は塩化ナトリウム約18〜27重量％／ブライン単位容量に制御される。この濃度 範囲で、カロテノイドの最大生産が可能であると考えられている。Dunaliella s alinaの最適増殖範囲は塩分約18〜21％であると言われている。藻類バイオマス 中におけるカロテノイドの最大生産は、約27％より塩分が多い場合に起こると言 われている。ブライン培地単位容量当たりのカロテノイドの最大生産は、塩分が 約24％の場合に行われると報告されている。 集約式養殖用の屋外池は多少費用がかかり、コンクリート製で、プラスチック で裏打ちされている。ブラインの深さは一般に、藻類バイオマスの生産に最適の 深さとされる20cmに制御される。集約式養殖用に、多くの形状の池が提案されて いる。しかし、一般に野外水路池が商業的には最も重要である。水路池は混合に 外輪を使用する。塩及び肥料濃度、ブラインのpHならびに培養物の純度を含む化 学的及び生物学的パラメーターは慎重に制御される。 粗放式養殖はオーストラリアの高温乾燥地域で実施されている。粗放式養殖用 の屋外池は一般に、集約式養殖の場合よりも大きく、通常は湖底に造られる。野 外池は多くの場合、土で築いた堤防が境界となっている。混合装置は使用されな い。池は風によって混合される。池の深さ及び化学組成は、カロテノイドの最大 生産のために最適化される。 しかし、粗放池では集約池ほど充分な混合ができず、しかも容量がより大きい ため、カロテノイドの最大生産のためのパラメーターならびに培養物の純度及び 安定性の制御は集約池ほど容易ではない。ブラインの組成は変動する。藻類のバ イオマスは集約池の場合よりも低濃度である。粗放池は、捕食者及び競争者の侵 入をより受けやすい。 捕食者及び競争者は一般に、約20％またはそれ以上の塩分では生存できない。 池の塩分が約20％未満に低下すると、培養物には捕食者がはびこり、その数は増 加し、捕食者はDunaliella salina個体群の多くを死に至らしめるおそれがある 。主な捕食者は繊毛のある原生動物Fabrea salinaとブラインシュリンプArtemia salinaである。約15％未満の塩濃度では、他の藻類が栄養分に関してDunaliell a salinaと競合する傾向があり、別の捕食者がさらにDunaliella salina個体群 を減少させるおそれがある。 粗放池においては、集約池の場合よりも培養物が希薄であるため、ブラインか らの藻類の回収はより問題が多い。しかし、藻類は粗放池及び天然の塩湖の縁に おいて風に吹き寄せられた波状堆積物中に濃縮される傾向があることが観察され ている。藻類はしばしば、湖または池の水面を横切って吹き飛ばされ、風下側の 波状堆積物中に集まり、濃縮される。波状堆積物は藻類をより高濃度で含んでい るので、これを採取できれば作業経済性は著しく改善できることがわかった。だ がそれにもかかわらず、波状堆積物を採取するための納得のいく技術は一般には 入手できない。 通常は、固定採取設備の場所から波状堆積物（windrows）を一貫して採取する ことが不可能である。風向は通常は、比較的予測不可能であり、頻繁に変化し得 る。波状堆積物は池または湖の縁の種々の場所で形成され得る。波状堆積物が固 定採取設備の場所で形成されない場合には、藻類が枯渇した希薄懸濁液が処理さ れることになり、生産速度が低下する。培養物の濃度が薄いほど、処理コストが かかるので、採取コストは高くなる。 それにもかかわらず、集約式養殖の場合のプラスチックで裏打ちしたコンクリ ート製の池の造成にかかる資本コストは、このような高い採取コストを打ち消す ものである。土の粗放池の場合の単位容積当たりの池の造成コストは、集約式養 殖の裏打ちされたコンクリート池の場合よりもはるかに低い。 藻類を自然に生育している湖から採取できれば、池の造成コスト、肥料コスト 及びブライン補填コストを構想として実質的になくすことができることがわかっ ている。しかし、湖及び他の自然環境からの藻類の採取は典型的に不経済で商業 的有用性がないと考えられている。通常は、湖水の塩分、湖水の無機質及び栄養 分組成ならびに天然の塩湖中の混合度を制御できない。安定性の疑わしい藻類の 希薄な培養物が生じるであろう。 Dunaliella salinaは、一つには、それらが生育するブラインから藻類を分 離する際に問題及び困難に直面するため、その希薄培養物の処理は一般に不経済 である。藻類は移動性があり、中程度の密度(deusity)を有し、採取が比較的困 難な約12〜16ミクロン×25ミクロンの小さい楕円の形状を有している。 Dunaliella salinaは通常、それらが存在するブラインから、化学凝集剤また は凝固剤を、沈降タンク、遠心機、濾過装置、吸着剤または他の分離手段と組み 合わせて用いることによって分離される。吸着を増大させるために、吸着媒体に 、例えば、シランを含む化学処理を適用できる。藻類から、β−カロテン、カロ テノイドならびにグリセロール及び蛋白質を含む他の有用成分を抽出するために 種々の方法が提案されている。炭化水素溶剤、食用油溶剤及び超臨界二酸化炭素 が抽出溶剤として提案されている。藻類は、成分の抽出を促進するために機械的 手段によって破解されることができる。 凝集剤及び凝固剤のような化学添加剤は、一つには、藻類懸濁液、特に希薄懸 濁液にこれらの成分を添加するコストのために、カロテノイド及びβ−カロテン の供給源としてのDunaliella salinaの商業的利用を制限してきた。化学添加剤 、化学処理及び炭化水素溶剤は栄養補給食品には望ましくないと考えられる。 Dunaliella salinaをより経済的に効率よく採取し、不所望な添加剤を最小量 とするか全く用いずにカロテノイド及び他の有用成分を抽出できれば望ましいで あろう。 発明の要約 本発明は、微小藻類からの成分の回収のために、増殖培地から微小藻類を分離 する方法に関する。この方法は、吸着気泡分離法(adsorptive bubble separatio n method)を含む。吸着気泡分離法は、藻類を脱水して、抽出可能な成分を経済 的に抽出できる藻類の濃度を達成することができる。抽出可能な濃度は広範囲の 初期濃度から達成できる。増殖培地または藻類濃縮物を汚染する化学添加剤及び 処理は省くことができる。増殖培地及び藻類残渣は、所望ならば、成分の抽出後 に元に戻すことができる。 本発明は、天然の湖及び池に存在する希薄懸濁液から入手された藻類を経済的 に脱水することができる。希薄懸濁液中の細胞濃度は場合によっては、増殖培地 ml当たり細胞わずか2,000個であることもある。藻類の脱水には複数の吸着気泡 分離ユニットを使用することができる。藻類は、以後の吸着気泡分離工程でなお 一層濃縮される。 本発明は、波状堆積物の採取に適用でき、移動式採取加工設備を含む。一面に おいて、吸着気泡分離法は、軽量プラスチックから製造できる、設置面積の小さ い空気泡沫浮遊(floth flotation)装置を使用する。この装置は設置面積が小さ いため、平床型のトラック、トレイラー、ラフト、または波状堆積物の形成場所 へすぐ移動できる移動の容易な他の輸送装置に取り付けることができる。この装 置は、波状堆積物が装置の方にやってくるのを待つのではなく、それ自体が波状 堆積物の方へ行くことができる。 本発明はまた、粗放式及び集約式の養殖池に存在する、場合によっては細胞数 が増殖培地ml当たり数百万個にも達するより濃縮された懸濁液を経済的に脱水で きる。 この方法は数個の工程からなる。第一に、藻類の増殖培地中懸濁液を供給源か ら入手する。この場合、供給源は、Dunaliella salinaが生育している集約池、 粗放池、または天然の湖、例えば、ユタ州のグレートソルトレークのブラインな どを含む。藻類懸濁液は、入手後、吸着気泡分離によって水性培地から分離でき る。 一面において、本発明は、不所望な化学添加剤または処理を用いずにDunaliel la属の藻類の藻類懸濁液を脱水し且つ藻類から成分を抽出するために、分散気体 浮遊法（despersed gas flotation method）、一般には、例えば、機械的泡沫浮 遊法（mechanical froth flotaion method）及び空気泡沫浮遊法（pneumatic fr oth flotatio n method）、溶解気体浮遊法（dissolved gas flotation method）及び電解法を 含む。Dunaliellaから混合カロテノイドを高回収率で得られる食品用溶剤を使用 できる。 電解及び溶解体浮遊法は分散気体浮遊法には必ずしも相当しない。水性培地が 濃ブラインである場合には、ブラインは淡水よりも導電性であるので、電解浮遊 技術にはより多くの電流が必要である。気体は一般に濃ブライン中には淡水の場 合ほど容易には溶解しない。 Dunaliella salinaは、藻類細胞体を被包している膜を破裂させ、次いで凝固 剤または凝集剤の不存在下に吸着気泡法によって水を除去することによって脱水 できる。理論によって拘束するつもりはないが、藻類細胞体を被包している膜が 破裂すると、藻類細胞体は、ブラインと緊密に接触している気体の疎水性気泡に 吸着されると考えられる。藻類細胞体の凝集塊を典型的に破壊できると考えられ る高剪断条件を使用できるが、凝集した細胞体を浮遊させようとする場合にはこ れは望ましくないと考えられるであろう。藻類はまた、安定な泡沫(froth)を容 易に形成する充分な濃度と能力を有する天然の界面活性剤を含むようである。後 述の「詳細な説明」においていくつかの破裂方法を論じる。 分散気体浮遊法の一構成部分である泡沫浮遊法においては、気体を微細気泡中 に分散する。気体は、空気であってもよいし、カロテノイドの酸化を避けるため に酸素も酸化剤も含まない気体であってもよい。微細気泡と藻類懸濁液を緊密に 接触させることによって、気泡表面に藻類を吸着させて、気泡−藻類凝集物と藻 類が枯渇したブラインとを形成する。気泡−藻類凝集物は、藻類懸濁液の濃縮泡 沫として液相から分離する。 所望ならば、回収率を増大させるために浮遊助剤を使用すること ができる。少なくとも、ブライン中のDunaliella salinaの脱水には、凝集剤ま たは凝固剤は必要ないが、所望ならば使用できる。破裂された藻類は、凝集させ るのではなく、気体の気泡に結合させることによって浮遊させる。高剪断場を用 いて小さい気泡を形成して、気泡と粒子とを緊密に接触させることができる。こ れに対して、凝集法及び浮遊法の場合には、典型的は凝集塊の破壊を最小にする ために低剪断場を用いる。 微細気泡中への泡沫浮遊用気体の分散は、藻類懸濁液の液体ジェットを形成し 且つこの液体ジェットを気体を通して気体の藻類懸濁液中分散液に噴射すること によって実施できる。「詳細な説明」で後述するジェームソン(Jameson)セルは 、本発明のこの面に関連して使用できる一装置である。 微細気泡中への気体の分散は、カラムの場合と同様に液相中に気体を散布する ことによって実施できる。「MSTLFLO」カラムと称することもある多段ループ流 浮遊カラムは、本発明のこの面を実施するのに有用な一装置である。 微細気泡中への気体の分散は、藻類懸濁液中に気体を導入し且つ懸濁液及び気 体を機械的に剪断することによって実施できる。微細気泡中への気体の分散は、 小気泡を発生させるための静的混合機を含む高速乱流中の液体に気体を導入する ことによって行う。典型的に、液体は淡水、ブラインまたは界面活性剤溶液であ ろう。 前記装置と、小気泡を発生させ且つ小気泡と藻類懸濁液とを緊密に接触させる 他の装置のとの組み合わせも、状況及び利用可能な装置によっては使用できる。 微細気泡と藻類懸濁液との緊密接触はいくつかの方法で行うことができる。気 泡及び懸濁液は機械的にまたは空気圧で混合できる。機械的混合装置は典型的に 、機械的混合及び通気（曝気）を行うた めに、回転インペラーの付いた直立軸を使用する。送風機を用いても可能である 。 空気混合は、気泡と藻類懸濁液の２相系に気体を添加して、濃度差を生じるこ とによって混合を行うことによる。気泡と藻類懸濁液はいずれの方法においても 、向流もしくは順流（又は並流）（cocurrent flow）でまたはそれらを組み合わ せて接触させることができる。 典型的には吸着気泡分離工程を反復して、藻類懸濁液をさらに濃縮する。抽出 可能な成分を藻類から抽出するのに適当な、例えば、Dunaliella salinaから混 合カロテノイドを抽出するのに適当な懸濁液中藻類濃度が得られる。 本発明の別の面では、方法は藻類懸濁液の濾過を含む。藻類懸濁液を深床濾材 (deep bed filtration media)と接触させてもよいし、ミクロ濾過（精密濾過） の場合のように濾膜を通してもよい。深床濾過（deep bed filtralim）による濾 過は通常、吸着気泡分離法の前の前濃縮工程として行われる。藻類は典型的に、 濾過の前に、通常は藻類懸濁液を充分な圧力低下(pressure drop)を超えて通す ことによって破裂させるが、破裂方法は以下の「詳細な説明」において論じたい ずれの方法でも充分なはずである。ミクロ濾過は典型的に、藻類成分の濃密ガス 抽出に適当な藻類濃度を得るために吸着気泡分離法後に実施する後濃縮工程とし て有用である。 別の面では、本発明は、脱水された藻類懸濁液を適当な溶剤と接触させること によって脱水藻類懸濁液から成分を抽出することを含む。所望ならば、次の抽出 のために溶剤を藻類懸濁液中に前分散させることができる。本発明の実施に使用 するのが適当な抽出溶剤としては、食用油、香料(flavorant)、石油化学溶剤及 び濃密ガス(deuse gas)が挙げられるが、必ずしも等しい結果は得られない。一 般的に安全と認められる香料は典型的に、抽出溶剤として優れた品質を有し、食 用油に比べて粘稠でなく、使用が容易であり、しかも溶解力が大きい。石油化学 溶剤は通常、栄養補助食品場合には望ましくなく、このために避けられることが 多い。 懸濁液中の適当な藻類濃度が得られるならば、所望ならば、超臨界及び臨界未 満(subcritical)二酸化炭素及び他の気体を含む濃密ガスを用いて抽出を行って もよい。典型的には、藻類を、泡沫浮遊後にミクロ濾過膜を通すことによって濃 縮して、濃密ガスによる成分に抽出に適当な貯留物(retentate)濃度が得られる 。しかし、所望ならば、ミクロ濾過工程と共にまたはミクロ濾過工程を用いずに より普通の抽出方法を使用することもできる。 このように、本発明は特に、Dunaliella salinaを採取し且つ脱水するための 及び藻類から混合カロテノイドを抽出するための代表的な先行技術の方法に比べ て、より経済効率がよく、環境上安全で、しかも栄養学的に許容されうる方法を 提供する。採取は薄い濃度、波状堆積物またはより高濃度の供給源から行うこと ができる。所望ならば、移動式採取装置を使用できる。脱水は、凝集剤、凝固剤 または他の不所望な添加剤の不存在下に吸着気泡分離によって行うことができる 。β−カロテン及び他のカロテノイドを食品用溶剤によって濃縮藻類から抽出し て、食用混合カロテノイド源を得ることができる。 図面の簡単な説明 本発明の特徴及び利点のいくつかを述べた。他の利点は、添付した図面とに関 して行う本発明の説明が先に進むにつれて明らかになるであろう。図面中、 図１は、藻類の懸濁液を入手し、前記藻類を脱水し、そして藻類 から成分を抽出する方法の工程系統図を表し； 図２は、藻類細胞体（algal body）を破裂させるためのポンプループの略図で あり； 図３は、藻類懸濁液の十字流ミクロ濾過路の略図であり； 図４は、図３の十字流ミクロ濾過路に関する経時的流速（flux）のグラフ図で あり； 図５は、泡沫浮遊法の種々のゾーンを説明する泡沫浮遊法の略図であり； 図６は、ラファー(rougher)、濃縮機及び藻類懸濁液の脱水のためのスキャベ ンジャーを含む泡沫浮遊路（Grcuit）の略図であり； 図７は、機械的泡沫浮遊セルの略図であり； 図８は、単一ダウンカマージェームソンセルの略図であり； 図９は、MSTLFLOカラムとも称する多段ループ流泡沫浮遊カラムの略図であり ； 図10は、気泡カラム、すなわち、従来のカラムと称することもあるカナディア ンカラムの略図であり； 図11は、ジェームソンセルラファー、第１のジェームソンセル濃縮機、第２の MSTLFLO濃縮機、十字流ミクロ濾過ユニット、連続濃密ガス抽出ユニット、及び 混合カロテノイド生成物を形成するためのサイクロン分離器を含む有利な泡沫浮 遊路の略図であり； 図12は、混合カロテノイド及び他の有用成分を藻類から抽出するための工程系 統図である。 詳細な説明 藻類増殖培地から藻類を分離するための、本発明に係る一般化方法の工程を図 １に示してある。藻類Dunaliella salinaから混合カロテノイドを抽出するため のDunaliella salinaを含むブラインの 脱水に関して、図１を以下で論じる。 Dunaliella salinaは、典型的には、真細胞壁を有さない単細胞クロロフィル 含有微生物として存在するという点で、種々の藻類の中では多少特異な存在であ ると言える。その代わりに、Dunaliella salinaは、本発明の実施において破裂 させられる保護リン脂質膜を有すると考えることができる。吸着気泡分離条件下 におけるブライン中でのDunaliella salinaの好ましい界面活性挙動は主に膜で はなく藻類細胞体の内部成分によると考えられる。 Dunaliella属は種Dunaliella bardawilを含むと考えられること、及び本発明 はDunaliella bardawilに充分に適用可能であると考えられることを認識された い。Dunaliellaの分類に関しては文献中で若干混乱される場合があり、Dunaliel la salinaとDunaliella bardawilとが同一である可能性もある。 しかし、本発明の側面の実施によって脱水できる他の藻類（淡水及び塩水の両 藻類）もあるが、必ずしも同等な結果は得られないことを認識されたい。他の藻 類は、カロテノイド、蛋白質、所望ならば本発明に従って抽出可能な他の有機化 合物を含む望ましい成分を含むことができるが、これもまた必ずしも同等な結果 を得られないことを認識されたい。本発明の側面は、一般に緑藻植物類及び紅藻 類の藻類に適応できると考えられる。 以下の概要は、詳細な説明の残りの部分及び実施例を読者にわかりやすくする ために示すものである。 Ｉ．藻類の採取 II．藻類細胞の破裂 III．化学助剤及び化学処理（任意であるが通常は必要ない） IV．増殖培地から藻類を分離するための機械的濾過 Ｖ．藻類を脱水するための吸着気泡分離 Ａ．一般的考慮事項 Ｂ．泡沫浮遊 Ｃ．泡沫浮遊路 １．予備濃縮（Roughing） ２．濃縮 ３．掃去 Ｄ．機械的及び空気浮遊セル全般 １．機械的浮遊セル ２．空気浮遊セル ａ．ジェームソンセル ｂ．多段ループ流浮遊カラム(MSTLFLO) ｃ．カナディアンカラム ｄ．空気散布ハイドロサイクロン(ASH) ｅ．EKOFLOT空気浮遊セル ｆ．Microcel^TM微細気泡浮遊カラム ｇ．他の浮遊装置 Ｅ．有利な泡沫浮遊路 VI．濃縮藻類懸濁液からの選択成分の回収 Ａ．成分の精製分離 Ｂ．β−カロテン及び他のカロテノイド Ｃ．製品及び用途 Ｄ．グリセロール、蛋白質及び他の成分 VII．実施例 Ａ．ポンプループ中における細胞破裂 Ｂ．深床濾過 Ｃ．ミクロ濾過 Ｄ．泡沫浮遊 １．機械的泡沫浮遊 ２．空気泡沫浮遊 ａ．ジェームソンセル ｂ．多段ループ流泡沫浮遊カラム(MSTLFLO) ｃ．カナディアンカラム ｄ．空気散布ハイドロサイクロン(ASH) Ｅ．有用成分の回収 １．溶剤分配係数 ２．液体抽出 ３．液体抽出物質移動動力学（kinetics） ４．リモネンによるカロテノイドの連続抽出Ｉ．藻類の採取 図１に戻ると、Dunaliella salinaのブライン中懸濁液を含む供給材料流を工 程20に従ってその供給源から入手する。供給材料流は典型的に、藻類の脱水に使 用する装置に藻類懸濁液を供給源からポンプ輸送することよって入手するものと する。一般に、藻類の採取には遠心ポンプを使用するものとするが、他のポンプ に代えてもよい。遠心ポンプは、あらゆる種類の液体を移送するために化学業界 で最も広く使用されているポンプの１つである。 場合によっては、移動式採取ポンプを使用して、藻類懸濁液を供給源から脱水 装置に移送するのが望ましい。このようにして、本発明は波状堆積物の採取に適 用できる。ポンプは、浮動ポンプまたは水中ポンプのいずれであってもよく、あ るいはラフト（raft）または波状堆積物の形成場所に容易に設置できる他の装置 に取り付けてもよい。 本発明の脱水方法は主として、設置面積の小さい泡沫浮遊カラム の使用による。設置面積が小さいため、この装置は平床型トラック、トレーラー 、ラフトまたは供給材料流を受容するためにポンプ輸送場所にまたはその近くへ のすぐに移動できる移動の容易な他の輸送装置に取り付けることができる。この 装置は、波状堆積物が採取場所が装置の方へやってくるのを待つのではなく、そ れ自体が採取場所の方へ行くことができる。 供給材料流のために入手する藻類懸濁液は、希薄懸濁液からより濃縮された懸 濁液まで濃度が広範囲に異なっていてもよい。本発明は、天然の湖及び池に存在 する希薄な懸濁液を脱水できる。例えば、本発明は、ユタ州のグレートソルトレ ークから入手したDunaliella salinaの自生の個体群の懸濁液の採取及び脱水に 利用できる。 希薄懸濁液中の細胞濃度は場合によっては増殖培地ml当たり細胞わずか2,000 個である。移動式採取ポンプは、波状堆積物が形成された場所に移動できるので 、移動式採取ポンプを使用することによって藻類懸濁液入手の経済性を改善でき る。 本発明は、粗放式及び集約式養殖池に存在する、細胞数が場合によっては増殖 培地ml当たり数百万個に達するより濃縮された懸濁液を経済的に脱水できる。II ．藻類細胞の破裂 典型的に、吸着気泡分離による場合であっても深床濾過による場合であっても 、図１の工程22に示されるように、Dunaliella salina細胞を破裂させてから、 懸濁液を脱水するのが有効である。破裂された細胞については、懸濁液ml当たり 混合カロテノイド0.0003mg〜0.3mgの範囲にわたる高回収率が観察される。この 範囲は、ml当たり藻類細胞約2,000〜3,000,000個に相当する。 細胞の破裂は、空気の存在下に実施できるが、破裂細胞の成分の 酸素への暴露を最小にするために酸素又は酸化剤の不存在下に実施するのが有利 である。カロテノイドを含む有用化合物の酸化は実質的に除くことができる。適 当な気体としては、藻類細胞成分に不活性な気体、例えば、窒素、二酸化炭素、 アルゴン及び一般に化学的に不活性と考えられる他の貴ガスならびにこれらの混 合物が挙げられる。 カロテノイドを回収するためには、空気泡沫浮遊の前に細胞を破裂させること が必要である。しかし、空気浮遊装置は、以下に論じるように、細胞を破裂させ る条件で操作できるので、別の事前破裂工程は不要であることを理解されたい。 細胞は、機械的泡沫浮遊装置の回転子−固定子メカニズムによって形成される剪 断場中で破裂する傾向がある。無傷の細胞を機械的泡沫浮遊装置に供給するため に、利用できる細胞の95％より多くが回収される。吸着気泡分離法の前または後 に深床濾過を用いて藻類懸濁液を濃縮する場合には、深床が藻類細胞体を充分に 捕捉できる場合でも、細胞の破裂は典型的に必要である。 細胞の破裂には任意の適当な手段を使用できる。細胞は、高剪断混合機及びフ レンチプレスを含む機械的手段によって破裂させることができる。細胞は、懸濁 液をポンプループ中で弁を通して循環させることによって破裂させることができ る。 藻類細胞はまた、第１段階の脱水工程として藻類懸濁液をジェームソンセルに 高圧で通すことによって破裂させることができる。細胞を破裂させるためのジェ ームソンセル及びその操作は、藻類懸濁液を脱水するための泡沫浮遊技術に関連 し以下に論じる。ジェームソンセル中で藻類を破裂させることによって、別の破 裂工程はなくすことができる。 ポンプループを通る懸濁液の循環は、供給源から脱水装置にブラ インを輸送するのに使用される採取ポンプを通して供給材料の一部を再循環させ ることによって容易に実施できる。 ポンプループ中において弁を通して懸濁液を循環させることによって藻類細胞 を破裂させる装置を、図２に示してある。図２は、以下の実施例中で論じられ、 ポンプループ中において藻類細胞を破裂させるための圧力低下及び再循環率％を 決定する方法を示している。 図２に示されるように、藻類懸濁液は供給源34からポンプ38によって脱水装置 36に輸送される。ポンプ38は遠心ポンプであることができる。ポンプ排出ライン 40は、ブラインを脱水装置に供給する。ポンプ排出ライン中の絞り弁42は圧力低 下を調節するために設けられている。ブラインは供給材料入り口ライン44を通っ て脱水装置に入る。再循環ライン46は、ポンプの排出側から取り入れ口側にブラ インを再循環させるために設けられている。再循環ラインを通る流量は、所望の 再循環率％を確保するために必要に応じて、ポンプループ中の弁50によって変え られる。 藻類懸濁液に圧力低下を通過させることによって破裂させられる細胞の数を制 御するパラメーターは２つある。第１のパラメーターは、圧力低下の大きさであ る。第２のパラメーターは、圧力低下の通過回数である。藻類の破裂率％は、圧 力低下及び再循環率％の増加と共に増える。約200psig未満の圧力低下において4 0％より高い細胞破裂率を得るためには複数回の通過が必要である。しかし、再 循環率が約100％より大きい場合には約150psigより高い圧力低下で操作するメリ ットはごくわずかのようである。圧力低下の複数回の通過により、破裂細胞％は 増加する。 再循環率が約100〜300％であり且つ圧力差が約50〜200psigである場合には、 ポンプループによって与えられる圧力低下を藻類懸 濁液に通過させることによって、Dunaliella salinaを破裂させることが有効で あると確かめられた。再循環率約200〜300％の場合には約100〜150psigの圧力低 下が有効であることも確かめられた。III ．化学助剤及び化学処理（任意的であるが通常は必要ない） 藻類から得られる製品を栄養補助商品に使用しようとする場合には特に、藻類 の採取及び脱水のための化学助剤及び化学処理は、以下の種々の理由から通常は 望ましくない。化学助剤及び処理は普通は、本発明に実施には不要であることが 強調されるべきである。脱水のための化学助剤及び処理は、本発明の他の面に関 して本明細書中に記載した細胞破裂技術を実施することによって回避できる。そ れにもかかわらず、所望ならばオプションとして化学助剤及び処理を使用できる 。 化学助剤は、所望ならばまたは必要に応じて種々の目的で脱水前に藻類懸濁液 に添加できる。分離効率を改良するのに添加する化学助剤は、３つのカテゴリー に分類できる：凝集剤、表面改質剤及び予備分散溶剤。カロテノイドの回収のた めの順流式抽出工程に関して使用できる溶剤を、抽出工程前のある点で、例えば 、懸濁液の脱水前に藻類懸濁液中に分散させることができる。これらの溶剤は「 前分散」溶剤と言われている。予備分散溶剤を含む溶剤については、本発明の抽 出工程に関連して後述する。イオン凝固剤及びポリマ一凝集剤のような凝集剤を 添加して、より容易に分離できるより大きい凝集体を形成できる。藻類をより浮 遊性にするために泡起剤及び捕集剤のような表面改質剤を添加することもできる 。 化学助剤の混合装置中への添加は、細胞破裂後であって、吸着気泡分離前に行 えるであろう。しかし、普通は、本発明によれば、Dunaliella salinaの脱水に 不所望な化学助剤を使用する必要はない 。本発明に従って実施する細胞破裂技術は、藻類を脱水させるのに充分なもので ある。 化学助剤は、藻類成分から製造される栄養補給食品及び藻類の増殖培地の品質 及び価値に悪影響を及ぼす場合がある。一部の化学添加剤は、栄養補助食品の製 造方法においては望ましくないであろう。化学助剤の使用によって藻類増殖培地 及び藻類残渣に関して廃棄の問題が生じ得る。例えば、グレートソルトレークか ら得られる藻類懸濁液の脱水において、ブラインを湖に戻す場合には不所望な化 学助剤は回避すべきである。 一部の化学助剤は経済面から望ましくないであろう。天然の湖及び一部の粗放 池に存在する比較的希薄な懸濁液から藻類を入手する場合には、藻類細胞体を凝 固させるのに多量の化学製品、例えば、ミョウバンが必要である。典型的に、藻 類細胞体から化学添加剤を分離するにはその後の分離プロセスが必要であるため 、製造コストがさらに増加する。 普通は必要ではないが、泡沫浮遊法における藻類の回収率を増大させるために 泡起剤を使用するのが望ましいと考えられる場合もある。泡沫の安定性を増大さ せ且つ小気泡を発生させるためには、泡起剤を気相または液相に添加してから泡 沫浮遊装置に入れてもよいし、泡沫浮遊装置中の藻類懸濁液に泡起剤を直接添加 してもよい。泡起剤の例としては、２−エチルヘキサノール、メチルイソブチル カルビノール（MIBCとしても知られている）、及びDowfroth 250が挙げられる。 Dowfroth 250は、ミシガン州ミッドランドのDow Chemical Companyから市販され ている泡起剤である。泡起剤を使用する場合には、泡起剤の適用量は、藻類懸濁 液の脱水方法によって若干異なる。典型的に、泡起剤の適用量は約５〜25ppmで ある。 しかし、泡起剤は通常は、Dunaliella salinaからのカロテノイ ドの回収に必要ではないことが強調されるべきである。理論によって拘束するつ もりはないが、藻類は、飽和ブライン中に小気泡を発生させるのに十分の濃度及 び界面活性能を有する化合物を含むと考えられている。 浮遊の選択性が改良するために、捕集剤及び浮遊抑制剤を用いて供給流中の藻 類を状態調整することができる。例えば、塩耐性細菌もしくは他の不所望な競合 藻類または捕食者に優先してDunaliella salinaを吸着するために、気泡の選択 性を増大するのが望ましい場合がある。捕集剤は藻類細胞体と結合し、それらを さらに気泡表面に結合または吸着させるので、藻類細胞体は気泡によって除去す ることができる。他方、浮遊抑制剤は懸濁液中に存在する不所望な成分と結合す ることにより、それらの気泡への付着を実質的に妨げる。浮遊抑制剤の使用は、 使用しなければかなりの夾雑物が藻類と共に回収される場合に望ましいであろう 。 凝集剤としては、合成ポリマー及びイオン凝固剤があげられる。イオン凝固剤 は代表的にはミョウバン及び塩化第二鉄である。一般に、凝集剤は用いないのが 望ましい。凝集剤は本発明の実施においては必要とは認められない。しかし、そ れらは状況によっては本発明の種々の面において有益と判断される場合や、有利 に使用できる場合もある。例えば、深床濾過からの藻類成分の回収率は場合によ っては、凝集剤の使用によって改善できる。IV ．増殖培地から藻類を分類する機械的濾過 図１に戻ると、本発明の方法は任意に、種々の濾過工程を含むことができる。 機械的濾過工程は、工程24及び28に各々示されるように、ブラインからの藻類の 吸着気泡分離の前及び後のいずれにおいても有効である。典型的に、藻類浮懸濁 は吸着気泡分離の前には深 床濾過を用いて濃縮できる。藻類懸濁液は吸着気泡分離の後にはミクロン濾過に よって濃縮できる。しかし、これらの濾過工程はいずれも吸着気泡分離の前後の どちらにおいても実施できること、及び場合によっては吸着気泡分離は不要であ ることを認識すべきである。しかし、吸着気泡分離は一般に、藻類成分が得られ るように藻類懸濁液を充分に濃縮するための最も経済的な手段を提供する。 深床濾過は、供給材料中固形分が約１％の経済的に実施可能な限度まで藻類懸 濁液を濃縮するのに有効な技術である。この限界を超えると、深床濾過は多少不 経済であろう。濾材から固形分を除去するための逆洗は、固形分濃度が増加する に連れて、次第に頻繁になっていく。カラムに液体を通すためにフィルターを操 作する圧力は次第に大きくなる。このため、深床濾過は一般に、吸着気泡分離前 の藻類懸濁液の濃縮に有効であり、吸着気泡分離の完了後にはそれに比べて幾分 有効でない。 深床濾過は、重力下で藻類懸濁液が下向きに流れる粒状濾材、通常は砂の床に よる。藻類は、粒状濾材の気孔中及び濾材粒子間の間隙空間に沈着する。 深床濾過は、歪み濾過又は濾し（straining filtration）によって混乱させる べきではない。濾すこと(straining)は、メッシュまたは織物の表面に生じる。 しかし、深床フィルターはそれらの容量全体にわたって粒子を保持し、各気孔及 び空隙空間はおそらく、流れている懸濁液から藻類細胞を保持するであろう。 適当な深床濾材としては、商業的方法において常用されるもの、例えば、珪砂 、ガーネットサンド、無煙炭、ガラス繊維及びそれらの混合物が挙げられる。こ れらの濾材は、淡水またはブラインで洗浄して、吸着気泡分離によって有用成分 をさらに濃縮するための藻類細胞を回収できる。 濾材はまた、溶剤と接触させて、捕集藻類細胞から有用成分を回収できる。Du naliella salinaからのカロテノイドの抽出に関連して以下に論じる溶剤は、深 床フィルター中の藻類細胞体から同様な成分を抽出するのに有用なはずである。 無傷の細胞も破裂細胞の成分も、深床フィルターによって回収できる。無傷の 細胞であっても濾過前に細胞を凝集させることによって回収できるであろう。し かし、細胞を濾過前に破裂させると、回収率が一般にかなり改善される。ブライ ンml当たりカロテノイド少なくとも0.002mgを含む藻類供給材料懸濁液に関して は、本発明の実施によって70％を越えるカロテノイドの回収率が得られた。本発 明の実施における深床フィルターの使用例は、以下の実施例中に示す。 ある抽出方法に関しては、または他の理由から、深床濾過または吸着気泡分離 法の実施可能な限度を超えてDunaliella salinaのカロテノイド濃度を増大する ことが有効な場合もある。一般には、吸着気泡分離法は、カロテノイド最大濃度 の実施可能な上限は約10,000ppm未満である。濃密ガス抽出を含むいくつかの精 製方法を経済的に採算がとれるようにするためには、藻類懸濁液中カロテノイド 濃度は約10,000ppmより大きくすべきである。 ミクロ濾過は、Dunaliella salinaのブライン中懸濁液中のカロテノイド濃度 を、透過液中のカロテノイドの測定可能な減量なしで、吸着気泡分離によって通 常得られる濃度の１オーダー上に増大させる。本発明の実施に関連したミクロ濾 過の実施によって、約20,000ppmまでの濃度が得られた。十字流ミクロ濾過法の 略図は図３に示してある。図３の装置を用いたミクロ濾過を実施例中のVIIｃに 示す。 図３に示されるように、例えば泡沫浮遊セルから得られたDunal iella salinaのブライン中懸濁液が、収容タンク62に装入される。懸濁液は、ポ ンプ64を通って十字流マイクロフィルター66に移される。任意的に、フィルター に入る前に懸濁液を冷却するために熱交換器68を設けることもできる。ミクロフ ィルターには多孔質膜が装着され、この多孔質膜に沿って藻類懸濁液がポンプ輸 送される。代表的な膜は、セラミック材料、例えば、酸化ジルコニウムからなる ことができ、通常、10ミクロン未満の絶対等級（absolute rating）を有する。 膜は通常は、シリンダーの構造中に存在し、懸濁液はシリンダーを通してポン プ輸送される。ブラインは膜を通過し、ライン69を通って透過液として除去され る。藻類細胞体は懸濁液中に残り、貯留物としてシリンダーを通過し、ライン70 を通る。充分な濃度が得られるまで、貯留物は数回にわたって収容タンクに戻さ れ、フィルターを通して循環させることができる。あるいは、貯留物は別のミク ロ濾過工程に送られてもよいし、ライン72から直接抽出機に送られてもよい。 カロテノイド液滴は通常、直径が１／10ミクロン未満であり、普通は透過液中 では相当の減少が予想される。泡沫浮遊装置から得られる懸濁液中の藻類細胞体 は一般に破裂されており、懸濁液は若干ゼラチン状で、通常は膜を急速に詰まら せると予想されるであろう。それにもかかわらず、本発明の実施によって、カロ テノイドは一般に透過液中には検出され得ず、流速の初期低下後に、膜を横切る フラックス（flux）は実質的に一定に保たれ、圧力低下の増加はない。 懸濁液中の塩濃度を低下させるために供給材料または残留物に淡水を添加する ことができる。貯留物中において所望の最終塩濃度及びカロテノイド濃度を達成 するために、必要に応じて追加の濾過及 び希釈工程も加えることができる。希釈とそれに続く濾過を、「ダイアフィルト レーション」と称することもある。ミクロ濾過及びダイアフィルトレーションに 関して、流速対時間のプロットを図４に示し、実施例に関連して後述する。Ｖ．藻類を脱水するための吸着気泡分離 Ａ．一般的考察 図１に戻ると、工程22に従って藻類細胞を破裂させ、そして任意的な濾過工程 24及び28を行った後に、もし行うならば工程26に従って必要に応じて吸着気泡分 離を行って、藻類懸濁液を濃縮する。 吸着気泡分離は、藻類懸濁液を通過する気泡の表面に藻類細胞成分を選択的に 吸着させることに基づく。気泡は上昇して泡沫を形成し、泡沫は通常は頭上から 藻類細胞成分を運び去る。吸着気泡分離法は、多量のブラインから少量の藻類を 除去するのに適している。 種々の吸着気泡分離技術があり、中には泡沫を発生させるものと泡沫を発生さ せないものがある。藻類を脱水するための有用な吸着気泡分離技術の１つが、「 泡沫浮遊」と称する分散気体浮遊技術である。気体を液体中に分散させる一般化 泡沫浮遊技術の略図を図５に示す。 本発明の実施において有用な他の吸着気泡分離技術は電解浮遊及び溶解気体浮 遊である。しかし、これらの方法には実施できる限度があること及びこれらは必 ずしも分散気体浮遊に相当しないことが認識されるべきである。電解浮遊におい ては、藻類から分離すべき水性媒体に電流を通すことによって気泡が発生させら れる。水性媒体が濃縮ブラインである場合には、気泡の発生には比較的大きい電 流が必要であろう。溶解気体浮遊の場合には、別の容器中で加圧下において気体 が供給材料流の一部に溶解され、次いで、得られた混合物が浮遊容器に導入され る。圧力の急降下により、溶解気体は核 生成し、小気泡を形成する。ブラインへの空気の溶解度は比較的限られているの で、カロテノイドに悪影響を及ぼさない別のより溶解性の高い気体、例えば、ヘ リウムが選ばれることができる。 Ｂ．泡沫浮遊 図５に示されるように、泡沫浮遊装置は、気泡発生ゾーン84、収集ゾーン86、 分離ゾーン88及び泡沫ゾーン90を含む。これらのゾーンの一部または全てが同一 容器中に存在してもよいし、しなくてもよい。供給材料流80は、選択された装置 に応じて、収集ゾーン86または気泡発生ゾーン84から泡沫浮遊装置に入る。いず れにしても、気体は気体発生ゾーンを通って収集ゾーン中の藻類懸濁液中に分散 されて、気体の液体中二相分散液が生成される。所定の容量の藻類懸濁液中で藻 類細胞休と衝突させるのに使用できる気体の表面積を最大にするためには、多数 の小気泡を生成するのが望ましい。 収集ゾーンにおいては、藻類懸濁液は緊密接触を促進する条件下に微細気泡と 接触させられる。気泡は、藻類細胞体と衝突し、気泡−藻類凝集物を形成する。 高頻度の衝突を起こすには収集ゾーン中で強力な混合を発生させるのが望ましい 。 気泡−藻類凝集物を収集ゾーンで形成した後、次に、分離ゾーン88において一 般には重力によって、藻類が、藻類の枯渇したブラインと分離される。気体の密 度はブライン密度よりオーダーが２または３小さい。この密度差が気泡−藻類凝 集物の気液分散液の表面への浮遊を促進し、凝集物は泡沫ゾーン90中において泡 沫として集積する。 カロテノイドが濃縮された泡沫は、泡沫ゾーンから流れ93としてオーバーフロ ーする。図６において122で示される収集樋は一般に泡沫ゾーンのオーバーフロ ーを受容し、そこで泡沫が気泡破壊される。アンダーフロー流92は、藻類の枯渇 したブラインであって、浮 遊装置から下へ流出する。これは再循環されても廃棄されてもよい。 吸着気泡分離装置に使用するのが適当な気体は無毒で無害なものでなければな らず、例えば、空気、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン及び一般に化学的 に不活性とみなされる他の貴ガスならびにそれらの混合物である。細胞塊中に存 在するカロテノイドの酸化を防ぐためには、酸素も酸化剤も含まれない不活性ガ スが特に有用である。 Ｃ．泡沫浮遊路 泡沫浮遊装置を浮遊路中に用いて、藻類中に存在する有用成分の回収率及び濃 度を最大にすることができる。浮遊方法の比較的高いエネルギーコストは、浮遊 路を用いることによって達成できる高い回収率及び濃度因子によって相殺される 。 泡沫浮遊路は、空気泡沫浮遊に関して使用できる型の、直列に接続された泡沫 浮遊カラムに関して図６に図示されている。しかし、示されている原理は機械的 及び空気泡沫浮遊装置を含む泡沫浮遊路に一般的にあてはまることを理解された い。 図６に示される泡沫浮遊路は、予備濃縮ゾーン(roughing zone)94、濃縮ゾー ン96及び掃去ゾーン98を含んでなる。浮遊容器の機能は、泡沫浮遊路内の３つの ゾーンいずれに存在するかによる。藻類懸濁液は、供給材料流102としてラファ ー(rougher)100に入る。ラファーからのオーバーフローは、第１濃縮機106に供 給材料流104を提供する。藻類濃縮物は最終濃縮機108から流れ100によって取り 出される。スカベンジャー供給流112は、第１濃縮機106から第１スカベンジャー 114へのアンダーフローによって提供されて、カロテノイド回収率を増大させる 。藻類が枯渇したブラインの廃液流はラファー100及び最終スカベンジャー116の 下から各々、アンダ ーフロー流118及び120として流れ出る時にアンダーフローによって取り出される 。望み通りの段数の濃縮機及びスカベンジャーを装着して、生成物の最適回収率 及び濃度が得られる。所望ならば、スカベンジャーをなくすことができる。ある いは、ラファーからのアンダーフロー、流れ118は、掃去ゾーン98において処理 するための第１スカベンジャー114に供給材料流として供給されることもできる 。この場合、第１濃縮機106からのアンダーフローは所望ならばラファー100に再 循環されてもよいし、廃液流として取り出されてもよいし、第１スカベンジャー への供給材料に組み込まれてもよい。 １．予備濃縮 ラファー100は、ブラインから藻類を分離するための予備濃縮ゾーン94におけ る第１泡沫浮遊段階として機能する。ラファーの目的は、濃度の中程度の増加に よって、藻類回収率を高くすることにある。従って、ラファーは一般には、わず かな濃度因子によって有用な生成物の回収率を最大にする条件で操作される。ラ ファーとして機能する浮遊装置は一般には、濃縮機として機能するものよりも高 い表面気体速度及び薄い泡沫深さで作動する。 供給材料102としてラファーにポンプ輸送される藻類懸濁液は、藻類が増殖す る供給源、例えば、天然の湖もしくは池から、または他のいくつかの供給源、例 えば、集約池及び粗放池から採取されることができる。懸濁液は、細胞を破裂さ せるためまたはブラインを機械的に濾過するために、必要に応じて前述のように して前処理されることができる。生きている無傷の細胞もしくは破裂された細胞 または各々の組み合わせがラファーに供給されることができる。ラファーは、事 前の破裂工程が行われない場合には、供給材料中の細胞の大部分がラファー中で 破裂されるように操作されるべきである 。 得られる気泡−藻類凝集物は気液懸濁液表面まで浮遊し、そこで濃縮泡沫とし て収集される。濃縮物はラファーからオーバーフローして収集樋122に入り、次 いで、図11中で252に示される収容タンク中に入る。ラファーからのアンダーフ ロー118はブライン供給源に再循環され、廃棄され、または並列に配列された１ 段または多段の浮遊装置によってさらに処理されることができる。 ２．濃縮 ラファー100からのオーバーフローとして予備濃縮ゾーン94を出た藻類懸濁液1 04は、図中で直列に接続されている１種またはそれ以上の濃縮機106、124及び10 8によってカロテノイドがさらに濃縮される。濃縮ゾーンの目的は、カロテノイ ドが濃縮された藻類濃縮物を回収のために製造することである。藻類細胞は、各 濃縮機からオーバーフローする泡沫中に濃縮される。濃縮機106及び124からのオ ーバーフローは、次の濃縮機への供給材料を提供する。アンダーフローは一般に 、前の濃縮機の供給材料に再循環される。通常、本発明の方法を用いた浮遊によ って、少なくとも約2000ppmのカロテノイド濃度が達成可能である。 濃縮ゾーンは、単一泡沫浮遊容器からなることもできるし、供給材料流を受容 する、直列または並列の複数の容器からなることもできる。濃縮機からのアンダ ーフローは廃棄されるか、予備濃縮ゾーンに戻されるか、前の濃縮機に戻される か、直列または並列に配置された１つまたはそれ以上のスカベンジャーに送られ るか、あるいはアンダーフロー流中のカロテノイド濃度に応じて他の方法で処理 される。 ３．掃去 掃去ゾーン(scavenzing zone)98においては、アンダーフローの 、そうしなければ失われてしまうカロテノイドを収集して、生成物の回収率を最 大にする。掃去ゾーンからの濃縮物126は濃縮ゾーンに再循環され、掃去ゾーン からのアンダーフローは通常、廃棄されるか、ブライン供給源に戻される。掃去 ゾーンは単一泡沫浮遊容器からなることもできるし、供給流を受容する、直列ま たは並列の複数の容器からなることもできる。 図６には、直列に接続された３つのスカベンジャー114、128及び116からなる 掃去ゾーン98が示されている。スカベンジャーへの供給材料は前述のようにして 供給される。スカベンジャー114及び128からの各アンダーフロー流、130及び132 は順に次のスカベンジャーへの供給材料を提供する。各スカベンジャーからのオ ーバーフローは、濃縮ゾーン供給材料に補給される。 Ｄ．機械的及び空気浮遊セル全般 適当な泡沫浮遊装置としては、気液接触に使用される市販の装置が挙げられる 。これらの装置は、「セル」とも称され、２つの大まかな群、機械的浮遊セル及 び空気浮遊セルに分類できる。機械的浮遊セルとしては一般に、気体を分散させ 且つ気泡と藻類とを充分に接触させるための回転子−固定子機構が挙げられる。 藻類細胞体は、機械浮遊セル中では充分な速度で運転される場合に、回転するイ ンペラーによって生成される剪断場において破裂する。インペラーが充分な速度 で運転されるならば、別の破裂工程は不要である。 空気浮遊セルは、浮遊装置中に回転インペラーを使用しないということによっ て、機械的浮遊セルとは最も容易に区別できる。空気浮遊セル中においては、気 泡と藻類との衝突は気体の添加のみによって生成され、可動部分を用いない。一 般には、空気浮遊の前には藻類の破裂が必要である。しかし、機械浮遊セルを以 下のように適当な条件下で操作する場合には、藻類細胞体はセル中で破裂される 。濃縮機及びスカベンジャーとしても操作できる次の空気浮遊セルは、藻類細胞 体が既に破裂されているので、同様な条件で操作する必要がない。 空気及び機械的浮遊セルは、装置の性能及び分離目的に応じて、泡沫浮遊路中 の任意のまたは全ての場所で使用できる。しかし、空気浮遊セルは一般に、機械 的セルよりも有利である。所定の装置容量及びエネルギー投入量に関しては、空 気装置では機械的装置に比較して空気装置では高い回収率及び処理量が得られる ため、通常は資本コスト及び運転コストが低くなる。空気装置は、安価な軽量プ ラスチックから製造して、さらに費用を節約し且つ易動性を高めることができる 。これらの利点及び他の利点をさらに以下で論じる。 ここに記載した機械的及び空気浮遊セルは、以下のようないくっかの作業パラ メーターを有する点で共通している：気相表面速度、Ｊ_g；気体対供給材料比； 浮遊装置中液体滞留時間；浮遊助剤適用量；及び浮遊気体の性質。以下のような いくつかの設計パラメーターも種々の泡沫浮遊装置に共通してみられる：収集ゾ ーンのアスペクト比；分離ゾーンのアスペクト比；相接触方法、例えば、順流、 向流、十字流及び機械的混合；気泡−藻類凝集物のパルプからの分離方法；なら びに気泡発生方法。 泡沫浮遊装置の性能は、泡沫中のカロテノイド濃度及びカロテノイド回収率の 観点から定量化される。泡沫浮遊装置の各型に具体的ないくつかの幾何学的及び 作業パラメーターがあるが、前に挙げた主なパラメーターは、ここに記載した浮 遊方法の全範囲に共通である。 １．機械的浮遊セル 機械的浮遊セル134の流体力学特性を図７に示す。機械的セルは一般に、気体 導入、気泡発生及び液体循環による気泡と藻類との衝 突のために回転子−固定子機構136を使用する。「アスペクト比」と称する容器 の高さ対直径比は通常、約0.7〜２である。一般に、各々の中央に回転子−固定 子機構136が取り付けられた、図７と同様な４個またはそれ以上のセル134を直列 に配列させて、実質的に完全な混合に近づけ、それによって、液相の短絡を最小 にする。セルに充分なガス流を供給するために、一般に補助送風機が取り付けら れる。 収集ゾーン150及び分離ゾーン152はそれぞれ機械的セル中では同一容器中に存 在する。操作を容易にし且つカロテノイドをほとんど酸化しないガスの再循環を 促進するために機械的セルは所望ならば、シールされてもよい。 気泡発生器として作用する回転インペラー138によって、気体を微細気泡に分 散させる。回転インペラーは低圧ゾーンを形成し、気体はそれによって吸引管14 8を通って収集ゾーン150中に流れ込み、気体はそこで微細気泡に分散され、セル 底部から循環される時に藻類懸濁液と混合される。 藻類懸濁液は、フィードボックス141を通って供給材料流140として機械的セル に入る。回転インペラーによって発生する乱流によって、気泡と藻類とが接触す る。気泡−藻類凝集物は、収集ゾーン150から比較的静かな分離ゾーン152に移動 し、分離ゾーン152でそれらは表面に浮遊し、液相から分離する。 気泡−藻類凝集物は重力によって液相から分離され、セルの上部の泡沫ゾーン 154でカロテノイドが濃縮された泡沫として収集される。カロテノイドが濃縮さ れた泡沫は、藻類濃縮物流144として取り出される。泡沫は通常、セルから収集 樋にオーバーフローする。あるいは、泡沫は場合によっては、泡沫櫂のような機 械的手段によって取り出される。液相は収集ゾーンに再循環され、最終的には藻 類が枯渇したブラインのアンダーフロー流146としてセルから出る。 適切に設計された回転子一固定子機構は、適切な量の気体を連行し、それを微 細気泡中に分散させ、気体と液体とを混合して、藻類と気泡とを緊密接触させる 。気泡と藻類との高い衝突効率及び優れた浮遊性能を提供するためには、２相混 合領域において充分な混合と充分な液体滞留時間が必要である。 Ｊ_gは、機械的浮遊セル中において、気体の容積流量を泡沫−液体界面に平行 なセル断面積で除したものとして定義される。Ｊ_gの値が増加するに連れて、気 体ホールドアップが液相中で増加し、泡沫中で減少し、その結果、場合によって はより速い浮遊動力学を生じるが、ガスを含まないとした基準の場合の泡沫中の カロテノイド濃度は減少する。Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収率 に関しては、Ｊ_g値は、約0.1〜５cm／ｓである。約２〜４cm／ｓの値が比較的代 表的である。 液体滞留時間は、機械的セル中の分散液の容量を液体の容積流量で除したもの と定義される。滞留時間が長いほど、泡沫中のカロテノイドの回収率を高くでき る。Dunaliella salinaからカロテノイドを回収するための連続操作に関しては 、滞留時間は約３〜12分である。５分より大きい滞留時間が比較的代表的である 。 気体−供給材料比が低いと、装置容積が減少し且つ機械的セル中の送風機のコ ストが下がるので有利である。気体−供給材料比は、Dunaliella salinaからの カロテノイドの回収に関しては約５〜20である。約5〜15の気体−供給材料比が 比較的代表的である。 インペラー先端速度は、気泡の大きさや、収集ゾーンを通る再循環速度に影響 を与える。先端速度が増加するに連れて、気泡の大きさは減少し、収集ゾーンを 通る再循環速度は増加する。しかし、先 端速度が速いほど、インペラー駆動装置の機械的磨耗及び機械動力要求性能が増 す。先端速度が速いと、気泡−藻類凝集物は破壊されることもある。先端速度は 、Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に関しては約900〜2500フィート ／分である。約1500〜1800フィート／分の選択速度が比較的代表的である。藻類 細胞体を破裂させるためには、約1500フィート／分より速い先端速度が有用であ る。 機械的浮遊セルに関しては、４つの主な幾何学的パラメーターがある。これら の幾何学的パラメーターは、次の通りである：１）回転子水中部分一液体深さ比 、２）タンク直径−インペラー直径比、３）液体深さ−タンク直径比及び４）回 転子−固定子機構のデザイン。回転子水中部分−液体深さの比は、Dunaliella s alinaからのカロテノイドの回収に関しては約0.7〜0.75である。タンク直径−イ ンペラー直径比は約1.5〜5.5である。タンク直径−インペラー直径比は約２が比 較的多く使用される。液体深さ−タンク直径の比は約0.6〜0.9である。液体深さ −タンク直径の比は約0.8〜0.9が比較的代表的である。 回転子−固定子機構としては、コネチカット州、ミルフォードのDorr-Oliver Incorporated；コロラド州のコロラドスプリングズのSvedalaの一部門であるDen ver Equipment Company；ユタ州、ソルトレークシティーのWemco Products；及 びフィンランド、EspooのOutomec Oyによって製造されたものが挙げられる。 ２．空気浮遊セル 空気浮遊セルはいくつかの点で機械撹拌セルと異なる。空気セルにおいては、 気泡は公知の任意の非機械的手段によって発生される。気泡は、多孔管スパージ ャー、オリフィスプレート、ベンチュリ管、または静的撹拌機によって生成でき る。泡起剤溶液は通常、静 的混合機の使用時に気体と混合される。 空気セルの中には、機械的セルよりも微細な気泡を発生するものがある。従っ て、空気セルにおいては、衝突頻度は場合によってはより高く、浮遊に必要な滞 留時間は一般により短い。 空気浮遊セル、特にカラムは通常、機械的セルよりも高いアスペクト比を有す る。容器高さ−直径比は一般に空気セルにおいてはより大きい。より深い泡沫床 を有する空気装置を操作して、排水時間を増大し、より乾燥し且つより濃縮され た泡沫を得ることも可能である。容器の高さは通常は容器直径よりも若干大きい ので、生成物の純度を改良するために、洗浄水を泡沫に添加することができる。 空気浮遊セルが機械的セルよりも優れている別の点は、より軽量で、材料コス ト及び構築コストがより低いことである。空気浮遊容器は、安価な軽量プラスチ ックで構築されることができ、重量及びコストは、インペラー及び駆動装置を使 用しないためにさらに低下する。空気浮遊セルの資本コスト及び運転コストは、 気泡発生及び気液接触に機械的回転子−固定子アセンブリを必要としないので、 機械的セルの場合よりもかなり低くできる。 一般的には、濃縮機として作用する空気浮遊セルは、収集限定型（collection limiled）または運搬容量限定型(carrying capacity limited)のいずれの方式 操作してもよい。収集限定型においては、粒子収集速度は、気泡と藻類との衝突 数によって限定される。運搬容量限定型においては、気泡表面は藻類物質で飽和 される。従って、粒子収集速度は、カラムの気泡表面積増加速度によって限定さ れる。回収プロセスに送られるブラインの容量を最小にするのが望ましいので、 表面が藻類物質によってほぼ飽和されている泡沫を生成するのが有利である。 図５を参照すると、供給材料は必要に応じて、藻類をより浮遊し やすくするために機械的または化学的に処理されることができる。気体は、気泡 発生ゾーンにおいて気泡発生器によって微細な気泡として分散される。気泡発生 器は泡沫浮遊装置の内部または外部のいずれでもよい。内部気泡発生器の例は多 孔管スパージャーである。外部気泡発生器の例は、静的混合機であり、気体は泡 起剤溶液と混合される。 気泡及び藻類懸濁液供給材料は収集ゾーンに入り、そこで、気泡と藻類との衝 突が起こり、気泡−藻類凝集物が形成される。気泡と藻類との衝突は、気相及び 液相の向流または順流によって達成することもできるし、空気混合によって達成 することもできる。凝集物は、分離ゾーンを通って液体−泡沫界面まで浮遊し、 泡沫ゾーンに送られ、そこで気体ホールドアップが急速に増加する。 泡沫は洗浄水と接触させられて、連行された親水性粒子及び供給水が泡沫中の 藻類と分離されることができる。泡沫は、バイオマスを高濃度で含む装置から出 る。液体は、バイオマスをほとんど含まないアンダーフロー流として装置の基部 を通過する。 再循環された空気または不活性浮遊ガスは、空気浮遊装置中で容易に使用でき る。気体は、収集樋を覆うことによって再循環されることができる。泡起剤は液 相または気相のいずれに添加しても、小気泡を発生させることができる。 藻類を脱水し且つDunaliella salinaからカロテノイドを回収するために本発 明に従って使用できる空気浮遊装置はいくつかある。これらの装置には、アスペ クト比が１より大きいカラムを含むものがあり、これらが前記の空気浮遊装置の 利点の多くを提供する。本発明に係る空気浮遊セル及びそれらの使用については 後述する。 空気浮遊セルとしては、誘導気体浮遊セル(inducedgas flotation cells)及び 空気散布ハイドロサイクロン（air-sparged hydroc yclone）、すなわち「ASH」が挙げられる。導入空気浮遊セルにおいては、気体 は、液体及び気体をセル底部のノズルを通して送ることによって液体中に分散さ れる。ASHは、多孔質壁を通る気体の移動を利用して、オーバーフローによって 出ていく泡沫を形成する。 ａ．ジェームソン(Jameson)セル 単一ダウンカマージェームソンセル156を図８に示す。ジェームソンセルは米 国特許第5,118,726号；同第5,332,100号；及び同第4,938,865号に記載されてお り、その内容を参照することによってその全体を本明細書中に取り入れる。本発 明に従ったDunaliella salinaからのカロテノイドの回収に対し、ジェームソン セル中で生成された泡沫中の藻類材料は、気体を含まない状態で、約60ppm〜13 ％（重量基準）であった。 ジェームソンセルは２つの主な構成要素からなる。第１の構成要素は、典型的 には直径が約100〜280mmで長さが約３ｍのカラムであるダウンカマー158である 。第２の構成要素はライザー160である。ライザーは、ダウンカマーが注ぐタン クである。ライザーは一般に、ダウンカマーよりもはるかに大きい直径を有する 。あるいは、複数のダウンカマーが単一のライザー中に注ぐこともできる。 ジェームソンセルのダウンカマーは、収集ゾーン86（図５）を規定し、一般に 約10〜30のアスペクト比を有する。ライザーは、分離ゾーン（図５）及び泡沫ゾ ーン90（図５）を含み、そのアスペクト比は通常、約0.5〜５である。相接触法 は、ダウンカマー中においては多相順流降下流である。気泡−藻類凝集物は、ラ イザーにおいて藻類が枯渇したブラインから重力によって分離される。高速ジェ ットによる液相中への気体の連行及び分散の結果として、ダウンカマー中に気泡 が発生する。 藻類懸濁液供給材料はライン162を通ってダウンカマーの上部に 入り、オリフィスプレート164を通過して、高速液体ジェットを形成する。ダウ ンカマーのヘッドスペースの圧力は大気圧より低いため、気体はライン168から ダウンカマーヘッドスペース166に導入される。ジェットはダウンカマー中で液 体表面に衝突し、ダウンカマーは気体を液相中に連行する。連行された気体は、 ジェットの運動量の散逸によって生じる高速勾配によって微細気泡中に分散され る。気体と液体は、ダウンカマーを通って２相流として輸送される。２相流は垂 直管中でほぼ順流下降プラグフローであり、気泡と藻類とを衝突させて、気泡− 藻類凝集物を形成する。次いで、多相分散液は、ダウンカマーの底部を通ってラ イザーに入る。 ジェームソンセルは、ライザーの液面170をダウンカマー172の末端よりもわず かに高くして液体シールを保持できるように操作される。気泡、藻類凝集物はラ イザー中でブラインから分離する。凝集物はライザーの表面に向かって浮遊し、 そこで泡沫174として収集され、泡沫174はセルからオーバーフローして収集樋17 6に入る。藻類が枯渇したブラインは、流れ178としてセルの底から流れ出る。 ライザーは、泡沫中の生成物回収率及び濃度を最適にするのに必要な深さであ ればよい。直径が約500ミクロン未満の非常に微細な気泡を得ようとする場合に は、アンダーフロー流178中への凝集物の連行をなくすために、ライザーはこれ より深くすることができる。泡沫の深さは、高回収率で操作するためにはわずか 50mmであればよいが、代表値は300〜800mmである。濃縮物の純度を改良するため に、洗浄水180を泡沫に添加することができる。ジェームソンセルは空気を用い て操作することもできるし、カロテノイドの分解を最小にする気体を封入して、 その気体を用いて操作することもできる。 代表的には、ジェームソンセル中の操作条件、特にライザーの表面気体速度Ｊ_g は、必要とされる操作(service)の種類（予備濃縮、掃去または洗浄）によって 異なる。 ジェームソンセル中のＪ_gは、ライザー中の表面気体速度と定義され、容積気 体流量を、泡沫−液体界面に平行なライザー断面積で除したものに等しい。セル Ｊ_gは、ライザー中の気泡−藻類凝集物を適切に分離し且つ泡沫安定性を保証す るように選ばれる。Ｊ_gの最大値は、泡沫があふれ出る点にあり、その点では分 離ゾーンと泡沫ゾーンの気体ホールドアップ値が等しく、界面がなくなる。セル が溢れる前のＪ_g値が比較的高い場合には、気泡−藻類凝集物のアンダーフロー 流178への連行がかなり多くなって、回収率が低下する可能性がある。Ｊ_gの最小 値は、安定な泡沫を生成するための要件によって決定される。気体流量が低すぎ ると、泡沫は気泡崩壊し、その結果、凝集物がライザー160の分離ゾーンへかな り再連行される。 ライザーの表面気体速度は、設備の特性及び選択される操作の種類によって決 まる。ラファー動作においてDunaliella salinaを脱水する場合には、Ｊ_gの値の 範囲は約0.1〜1.0cm／秒である。ラファー内のＪ_gの値の範囲は約0.3〜0.5cm／ 秒が比較的代表的である。濃縮機操作においてDunaliella salinaを脱水する場 合には、Ｊ_g値の範囲は約0.05〜0.5cm／秒である。濃縮機中の約0.1〜0.35cm／ 秒のＪ_g値が比較的代表的である。 比較的低い表面気体速度は、少なくとも一つには藻類中における界面活性剤の 存在によると考えられる。高濃度の界面活性剤は比較的低いＪ_g値で泡沫を溢れ される。意外なことに、カロテノイドの浮遊にはこのような低いＪ_g値が必要で ある。さらに意外なことは、藻類中にもともと存在する泡起剤は、塩化ナトリウ ムで飽和した ブライン中でさえ、カロテノイドの浮遊を促進するのに充分な濃度及び界面活性 能を有する。 ジェームソンセル中のダウンカマー表面速度（superficial velocity）は、ダ ウンカマーの供給材料流量と断面積からコンピュータで計算される。ダウンカマ ーの滞留時間は、密接に関連したパラメーターであり、ダウンカマーの容量を供 給材料の容積流量で除したものと定義される。これらの２つのパラメーターの値 は、装置の処理量及び性能に直接影響を及ぼす。長い滞留時間は、また、低い表 面速度を意味し、高い藻類収集効率、従って、泡沫中のカロテノイドの高い回収 率を助長する。短い滞留時間及び高い表面速度はカラムの処理量を増大する。 ダウンカマーの表面速度は、Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に 関しては約0.1〜0.4ｍ／ｓである。ダウンカマーの滞留時間は約９〜30ｓである 。ラファー及びスカベンジャー操作におけるジェームソンセル中のDunaliella s alinaからのカロテノイドの回収に関するダウンカマー表面速度及び滞留時間の 値は各々、約0.15〜0.3ｍ／ｓ及び10〜20ｓである。濃縮機操作におけるジェー ムソンセルに関してはダウンカマー表面速度及び滞留時間の値は各々、約0.1〜0 .2ｍ／ｓ及び15〜25ｓである。 気体−供給材料比は、気体容積流量対液体容積流量比と定義される。ジェーム ソンセル中の気体−供給材料比が低下すると、大きさの分布がより均一なより微 細な気泡が形成されるため、カラムに対して安定化作用が得られる。気体−供給 材料比が増加すると、比表面積がより小さく且つ大きさの分布がより広いより粗 い気泡が生成される。最終的には、大きい気泡が形成され、下降流に逆らって上 昇する。 Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に関しては、ジェ ームソンセル中におけるラファー、スカベンジャー及び濃縮機操作に関しては、 気体−供給材料比は約0.3〜0.9である。気体−供給材料比はいずれの用途につい ても比較的代表的には約0.4〜0.7である。 ダウンカマー入り口の供給材料圧は、ジェット速度を決定する。藻類を破裂さ せてより浮動性にするために機械的前処理が適用される場合には、Dunaliella s alinaからのカロテノイドの回収に関しては、供給材料圧は約20〜60psigである 。比較的代表的な値の範囲は、ラファー及びスカベンジャー動作に関しては約50 〜60psig、濃縮機使用に関しては約20〜25psigである。 Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に関しては、ジェット速度は、 ラファー、スカベンジャー及び濃縮機操作の場合に約８〜25ｍ／ｓである。比較 的代表的な値の範囲は、ラファー及びスカベンジャー動作の場合には約10〜20ｍ ／ｓであり、濃縮機操作の場合には約８〜１５ｍ／ｓである。 ジェームソンセルに関する２つの設計比は、ダウンカマー直径−オリフィス直 径比及びライザー直径−ダウンカマー直径比である。ダウンカマー直径−オリフ ィス直径比は、Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に関しては約７〜1 3である。約８〜10の値が比較的代表的である。ライザー直径−ダウンカマー直 径比は、Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に関しては約２〜10であ る。約５より大きい値がより代表的である。 ジェームソンセルは、別の破裂工程の必要性を排除するためにより高い供給材 料圧で操作することもできる。オリフィス中で藻類を破裂させるために高い供給 材料圧でジェームソンセルを操作すると、藻類をより浮遊性にするための機械的 または化学的前処理工程の必要がなくなる。高圧範囲は60psigより大きい供給材 料圧と定義で きる。一般には、ジェームソンセルは、細胞を破裂させるために約150〜300psig の供給材料圧で操作される。 ジェームソンセルは、一般に使用されるよりも小さいオリフィスプレートをノ ズル中に取り付けることによって、60psigより高い供給材料圧で操作できる。し かし、高いジェット速度は通常、微細過ぎてライザー中で分離できない気泡を発 生するため、アンダーフロー流178(図８)への気泡−藻類凝集物の連行を生じる 。このような高い供給材料圧で操作する場合には、ジェットの下降運動量をそら せるために場合によっては末広(divergent)噴霧ノズルまたはバッフルを取り付 けることが必要である。 ダウンカマーの上部における、オリフィスを通過するジェットの速度は、Bern oulliの式から計算できる。ジェットは３つの部分：フリージェット（free jet ）、プランジングジェット（plunging jet）及び混合部からなる。供給材料がオ リフィスプレートを通ってダウンカマーに入る場合には、供給材料はフリージェ ットの形態である。フリージェットは、ヘッドスペース中に低圧部を形成し、気 体をジェット表面に輸送する。ジェットが液体表面に衝突する部分をプランジン グジェットと称し、そこで気体が液体中に連行される。液面下の混合ゾーンにお いてはジェットの運動量は散逸される。得られる高速勾配は、連行気体を破壊し て小さい気泡にする。 ｂ．多段ループ流浮遊(MSTLFLO)カラム 多段ループ流泡沫浮遊カラム182を図９に示す。MSTLFLOは次の構成部分：気体 をカラム基部に導入するためのスパージャー184；一組の垂直バッフル、カラム 中に取り付けられたドラフト管186、188及び190；適正な流体力学を生じるため の、ドラフト管186、188及び190のそれぞれの上部のバッフル192、194及び196； 供給材料ディストリビューター198；ならびにさらにカラムに関して 同心円状に取り付けられた収集樋200からなる改良型気泡カラムである。MSTLFLO カラムは、D．X．He、F．X．Ding、H．Hu及びS．H．Chiangによって1995年の論 文、「A Multiple-loop Flotaion Column for Wastewater Treatment（Separati ons Technology，Volume 5,133〜138ページ）に記載されている。このHeらの論 文は、引用によってその全体を本明細書中に組み入れるものとする。 MSTLFLOカラムの主な設計上の特徴は、多段のドラフト管の配置である。ライ ン185からの気体が、カラム底部のドラフト管186の内側に散布され、それによっ て、ドラフト管の内側に、ドラフト管とカラム壁との間の環状領域202よりも高 い気体ホールドアップが生じる。気体ホールドアップの差が循環パターンを作る 。気液分散液は、ライザーとして機能するドラフト管の内側の領域204において 上向きに流れ、ダウンカマーとして機能する環状領域202において下向きに流れ る。ダウンカマー中の流れは、多段順流下降プラグフローに近い。軸流混合を減 少させるループ流の流体力学によって、より均一な気泡寸法の分布が得られる。 MSTLFLOカラムの浮遊動力学は、ドラフト管を含まない、カナディアンカラムと も称される従来の気泡浮遊カラムに比べて改良されている。気泡カラムは図10に 示してある。MSTLFLOカラムは、ドラフト管を取り除くことによって気泡カラム に変形できる。 収集ゾーン86及び分離ゾーン88（図５）はそれぞれ、MSTLFLOカラムの同一容 器中にある。容器のアスペクト比は５より大きい。理論によって拘束するつもり はないが、MSTLFLOカラムの収集ゾーンは、多段順流プラグフローが存在する各 ドラフト管のダウンカマー及びライザーと見なすことができる。カラムの分離ゾ ーンは供給材料ディストリビューター198より上であって気液界面より下にある 。凝集物は、泡沫−液体界面より上の泡沫ゾーン中に収集され、カ ラムからオーバーフローして収集樋200に入る。泡沫は気泡破壊されて、濃縮さ れた藻類懸濁液を形成し、それがライン206を通って取り出される。藻類が枯渇 したブラインのアンダーフロー流が、カラム底部からライン208を通して採取さ れる。 MSTLFLOカラム中の表面気体速度Ｊ_gは、気体容量流量をカラム断面積で除した ものと定義される。Ｊ_gが増加するに連れて、多段相分散液中の気体ホールドア ップが増加し、その結果、より高い藻類収集効率が得られる。しかし、Ｊ_gの増 加に伴い、上昇する気泡はより多量の水を泡沫中に連行するので、泡沫中の気体 ホールドアップは減少する。Ｊ_gの最大値に近づくに連れて、泡沫中の気体ホー ルドアップと気液分散液中の気体ホールドアップが等しくなり、その結果、カラ ムから溢れ、界面がなくなる。 Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に関しては、Ｊ_g値は約0.1〜1.0 cm／ｓである。約0.2〜0.5cm／ｓの値が比較的代表的である。このような低いＪ_g 値がカロテノイドの浮遊に必要なのは意外である。さらに意外なのは、藻類中 にもともと存在する泡起剤が、塩化ナトリウムで飽和されたブライン中や他のイ オンの抵抗存在下においてさえ、カロテノイドの浮遊を促進するのに充分な濃度 及び界面活性能を有することである。 液体滞留時間は、MSTLFLOカラムの容量を液体容積流量で除したものと定義さ れる。滞留時間が長いと泡沫中におけるカロテノイドの回収率を高くできる。滞 留時間が短いとカラム処理量が増大する。収集限定型においては、Dunaliella s alinaからのカロテノイドの回収に関して、液体滞留時間は約２〜20分間である 。運搬容量限定型においては、滞留時間は20分間より長い。 MSTLFLOカラムにおいては、低い気体−供給材料比を用いることの利点として は、装置容量の減少と気体圧縮コストの減少が挙げら れる。Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に関しては、気体−供給材 料比は約0.10〜1.5である。約0.2〜0.8の値が比較的代表的である。このような 低い気体−供給材料比は、カロテノイドの浮遊に関しては意外であると共に有利 である。 カロテノイドの酸化を最小にするために、MSTLFLOカラムは場合によっては二 酸化炭素、窒素、ヘリウムまたは貴ガスの不活性雰囲気下で操作するのが有利で ある。二酸化炭素を使用すると、空気に比べて浮遊動力学が改良されることがで きる。 多段ドラフト管を使用すると、カラム中の軸流混合が減少し且つ短絡が最小化 され、それによって、カラムの性能が改善される。Dunaliella salinaからのカ ロテノイドの回収に関しては、段数は約１〜５である。通常は１より大きい値を 使用すべきである。 Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に関して使用されるドラフト管 直径対カラム直径の比の値は約0.5〜0.9である。Dunaliella salinaからのカロ テノイドの回収においては、約0.5〜0.7の値が、比較的代表的である。 Dunaliella salinaからのカロテノイドの浮遊によれば、比較的安定な泡沫が 得られる。泡沫を収容するには、断面積が比較的大きい樋(launder)が必要であ る。Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に関して使用された樋直径対 カラム直径の比は２であった。この比は通常は1.25より大きくすべきである。 ｃ．カナディアン（Canadian）カラム 常用カラムまたは気泡カラムとも称するカナディアンカラムを図10に示す。気 泡カラム210は一般に、直径が約0.5〜3.0ｍで、高さが約９〜15ｍである。断面 は、正方形または円形であることができる。 藻類懸濁液供給材料は、泡沫一液体界面214の約１〜２ｍ下のラ イン212を通ってカラムに入り、下向きに流れる。気体は、ライン216を通ってカ ラム基部に人り、通常はスパージャー218によって微細気泡に分散される。カロ テノイドの分解を最小にするために、二酸化炭素、窒素、ヘリウムまたは貴ガス を含む不活性ガスを用いることもできる。気体、一般に空気は、218で示される 内部スパージとしてカラムの底部に直接注入されることもできるし、最初に水、 藻類懸濁液、泡起剤溶液またはそれらの組み合わせと接触させてから、外部スパ ージとして注入されることもできる。内部スパージャーは一般に、布、例えば、 濾布で被覆された多孔管、または孔あきゴムから作られる。 気体と藻類懸濁液の向流は、供給材料ディストリビューター222(図10)より下 の領域と定義される収集ゾーン86（図５）中で気体と藻類とを衝突させる。カラ ムの分離ゾーンは供給材料ディストリビューター222より上で、泡沫一液体界面2 14より下にある。凝集物は、泡沫−液体界面より上の泡沫ゾーンに収集され、カ ラムからオーバーフローして収集樋226に入る。泡沫は気泡崩壊して、濃縮され た藻類懸濁液を形成し、それがライン228を通って取り出される。藻類が枯渇し たブラインはカラムの下から流れ220として流出する。 カラムは所望の任意の泡沫深さで操作できるが、実際には、50〜100cmの深さ が一般に使用される。連行された親水性粒子を藻類バイオマスから分離するため に、224において泡沫に洗浄水を添加することができる。洗浄効率を最大にする ために、カラムは一般に正のバイアスで操作される。これは、泡沫を通る水の真 の流れが下向きであることを意味する。バイアス水は、アンダーフロー流を通っ てカラムから出る。泡沫−液体界面レベルを維持するためには、アンダーフロー 流の流量は供給材料流量よりも大きくしなければなら ない。 ｄ．空気散布(Air Sparged)ハイドロサイクロン(ASH) 本発明に従ってDunaliella salinaからカロテノイドを回収するためには、ASH ユニットに関しては、気体がない基準で、泡沫中の藻類濃度は約0.001〜0.3重量 ％である。ASHは、圧縮気体をユニットに通す多孔壁を有する円筒形ハイドロサ イクロンへの接線方向の供給材料入り口で構成される。アンダーフロー断面積を 容易に変化できるように、傾斜した泡沫ペデスタルがサイクロンの底部に配置さ れる。泡沫引き取り速度を制御するために、種々の直径の渦巻ファインダー(vor tex finder)を使用できる。 供給材料はサイクロンの上部で接線方向からASHユニットに入り、螺旋路をた どった後、底部で環状アンダーフロー開口部を通って外に出る。気泡は、多孔壁 から空気を通すことによって発生させられる。藻類と気泡との衝突は、収集ゾー ン86（図５）を規定する外部渦中で起こる。液体がハイドロサイクロンの底部に 向かって移動するに連れて、気相と液相とが十字流として接触する。分離ゾーン 88（図５）において気泡−藻類凝集物を、藻類が枯渇したブラインから分離させ るために遠心力が使用される。分離ゾーン88は、内部渦と外部渦との不明確な境 界とみなすことができる。気泡−藻類凝集物は、上昇してサイクロン上部から出 る内部渦を形成している泡沫ゾーン90（図５）に輸送される。 ASHユニットのＪ_gは、膜を通る気体の容積流量を膜の断面積で除したものと定 義される。Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に関しては、Ｊ_g値は約 0.7〜６cm／ｓである。約３cm／ｓより大きい値が比較的代表的である。 ASHユニットの液体滞留時間は、ASHユニットの容量を液体の容積流量で除した ものと定義される。Dunaliella salinaからのカロ テノイドの回収に関しては、滞留時間は約１〜10秒である。 Dunaliella salinaからのカロテノイドの回収に関しては、気体−供給材料比 は約0.4〜６である。３より大きい値が比較的代表的である。 ｅ．EKOFLOT空気浮遊セル 藻類供給材料懸濁液80（図５）は、気泡発生ゾーン84（図５）として機能する ベンチュリ装置を通ってカラム上部にポンプ輸送される。気体は藻類懸濁液に連 行され、得られた混合物は供給管を下向きに通過し、気泡と藻類との衝突のほと んどがそこで起こる。この供給管は、収集ゾーン86（図５）として働く。気泡− 藻類凝集物を含む気液分散液は、ディストリビューターを通って、分離容器中に ある分離ゾーン88（図５）に流入する。凝集物は表面に向かって浮遊し、表面の 泡沫ゾーン90（図５）に集積する。藻類が枯渇したブラインは、流れ92（図５） として容器の下から流れ出る。 倒立円錐である泡沫クラウダー(crowder)を上下させて泡沫領域の大きさを変 えることによって、分離を最適化できる。生成物の純度を改良するために、泡沫 は洗浄水と接触させることができる。洗浄された泡沫は容器からオーバーフロー して、収集樋に入り、そこで濃縮物として取り出される。分離ゾーンにおける滞 留時間は２〜３分であり、この値はジェームソンセルに匹敵する。しかし、ジェ ームソンセルのダウンカマー中の滞留時間は通常は約５〜10秒である。EKOFLOT 容器中の通気装置中の滞留時間は、ミリ秒のオーダーである。EKOFLOTセルの通 気装置は気泡と藻類との衝突が起こる場所にあり、それが収集ゾーンを規定して いる。 ｆ．Microcel（商標）微細気泡浮遊カラム Microcel（商標）カラムは米国特許第4,981,582号及び第5,167,798号に記載さ れており、その内容をここで引用することによって 全体として本明細書中に組み入れるものとする。Microcel（商標）カラムは、ペ ンシルバニア州ピッツバークのICF Kaiser Engineers，Inc.製である。カラムは 、カラム底部の通気ゾーン；微細気孔を液体中に上昇させるが、通気ゾーンへの 固形分の沈降を防ぐ、通気ゾーンより上のワンウェープレート；収集ゾーン；及 び泡沫ゾーンから構成される。供給材料、藻類懸濁液80（図５）は、泡沫一液体 界面の下からカラムに入り、下向きに流れる。気体82（図５）は、微細気泡発生 器によってカラムの外側の、気泡発生ゾーン84（図５）として機能する場所にお いて液体中に分散される。適当な液体には、藻類懸濁液供給材料80、アンダーフ ロー流92、泡起剤溶液またはそれらの組み合わせが含まれる。微細気泡は、この 外部スパージャーによって発生させられ、その大きさは50〜400ミクロンである 。微細気泡は次に通気ゾーンに導入される。 微細気泡の発生に使用された液体は、気泡をほとんど含まない通気ゾーンから 口を通って出て、通常は微細気孔発生器に再循環される。微細気泡は、ワンウェ ープレートを通って通気ゾーンから出て、供給材料ディストリビューターより下 で通気ゾーンより上の部分である収集ゾーン86（図５）に入る。気泡の大きさが 小さいため、収集ゾーン中の流れは実質的に不動であるので、藻類懸濁液と微細 気泡とが充分に向流接触させられる。藻類が枯渇したブラインは、ワンウェープ レート中の口を通ってアンダーフロー流として流出する。気泡一藻類凝集物は収 集ゾーンを通って上昇し、泡沫ゾーン中に集積する。連行された親水性粒子を藻 類バイオマスから分離するために、泡沫に洗浄水を添加することもできる。カロ テノイドが濃縮された泡沫はカラムからオーバーフローして収集樋に入り、そこ で濃縮物として取り出される。 微細気泡発生器は、流動方向が頻繁に変化するように配置された 一連の小さいフィンからなる。デザインは、静的混合機と同様である。液体はか なり高速で混合機を通ってポンプ輸送される。また、所望の容量の気体が、混合 機に入る前の液体ラインに計量しながら供給される。流動体の剪断作用によって 、気体が微細気泡に分散される。この技術によって、気体を50容量％より多く含 む微細気泡懸濁液を生成できる。 ｇ．他の浮遊装置 本発明の原理は、前述の具体的な機械的及び空気浮遊装置以外の、列挙できな いほど多くの浮遊装置に適用できる。このような他の装置が前述の装置と異なる のは主に、異なる形状寸法を有する点、または使用する気泡−藻類接触手段、相 分離手段もしくは気泡発生手段が異なる点のみである。 吸着気泡分離技術、深床濾過、及びミクロ濾過のどのような組み合わせを選択 するとしても、関連する経済性を含めて多くの要因を考慮に入れて、方法を最も 魅力的なものとするレベルまで藻類懸濁液を濃縮すべきである。十分に濃縮され ていない藻類懸濁液からの成分の抽出は、懸濁液と溶剤との接触に寸法の大きい 容器が必要であるためにまたは多量の溶剤が必要なために実際的でない場合もあ る。深床濾過、吸着気泡分離及びミクロ濾過は組み合わせて、別個に、または抽 出に望ましい濃度及び経済性を達成するための藻類懸濁液の他の脱水技術と組み 合わせて使用できる。 Ｅ．有利な泡沫浮遊路 カロテノイドの回収に吸着気泡分離法、特に泡沫浮遊法を使用する目的は、実 現可能な最高濃度のカロテノイドを含む泡沫を生成することである。任意の泡沫 浮遊装置を浮遊路中の任意の位置で使用できるであろう。しかし、前記の泡沫浮 遊法は、泡沫中においてカロテノイドを濃縮できる能力は必ずしも等しくない。 Dunaliella salinaを含む藻類の脱水用の有利な泡沫浮遊路の１つを図11に関連して以下に記 載する。ジェームソンセルがラファー230及び第１濃縮機232として用いられる。 MSTLFLOカラムが、ジェームソンセル濃縮機232に直列接続された第２の濃縮機23 4として使用される。ジェームソンセル及びMSTLFLOカラムは、藻類供給材料流の 入手を容易にするために、前述のラフト、トレイラーまたは他の移動式装置に取 り付けられることができる。 図11に示されるように、ブライン中Dunaliella salinaの供給材料流236をその 供給源から入手する。供給源は、天然に存在する供給源、例えば、ユタ州のグレ ートソルトレークまたは粗放池もしくは集約池を含むことができる。供給材料流 は、移動式浮動ポンプであることができる前記遠心ポンプを用いて入手できる。 供給材料は、ポンプ238を通ってジェームソンセルのラファー230の供給材料入り 口240にポンプ輸送される。 藻類はポンプループ中でまたは前述した別のメカニズムによって、供給材料が ジェームソンセルのラファーに入る前に破裂される。 泡沫は収集樋248で収集され、そして気泡崩壊し且つ常法に従ってポンプ輸送 されるか、または泡沫ポンプ250を通って貯蔵タンク252にポンプ輸送され且つジ ェームソンセルの濃縮機232のためにカロテノイドが濃縮された供給材料253とし て貯蔵される。アンダーフロー流254は、V.C.の浮遊路のより一般的解説に関連 して前述したようにして、廃棄するか、供給源に戻すか、または違う方法で処理 することができる。 ジェームソンセル濃縮機へのカロテノイド濃縮供給材料253は、供給材料入り 口256にポンプ輸送され、ジェームソンセル中で分離される。一般に、ラファー2 30に比べてより乾燥した泡沫が生成される。濃縮カロテノイド流258は、MSTLFLO カラム濃縮機234のた めの供給材料タンク260に貯蔵される。アンダーフロー流262は、ラファーのアン ダーフロー流と同様に処理される。 カロテノイドが濃縮された供給材料流264は、貯蔵タンク260からMSTLFLO濃縮 機カラム234の供給材料入り口266にポンプ輸送され、前述のようにして分離され る。カロテノイドがさらに濃縮されたいっそう乾燥した泡沫が生成され、収集さ れ、次の処理のために貯蔵タンク268に貯蔵される。次の処理は、前述のように して藻類をさらに脱水するためのミクロ濾過または、以下の方法のいずれかによ る抽出を含むことができる。 前述のようなミクロフィルター270、その次に配置された濃密ガス抽出ユニッ ト272を図11に示す。ミクロ濾過は、貯留物流274中において約20,000ppmまで、 泡沫浮遊路より１オーダー上にカロテノイドの濃度を増大させる。この貯留物流 は濃密ガス抽出に適当である。透過液流276はブライン廃液であり、ブライン廃 液中に化学添加剤が存在するならばその化学添加剤に応じて廃棄されるか、また は供給材料流を入手した湖または池に戻されることができる。 貯留流物流274は、供給材料流として濃密ガス抽出ユニット272にポンプ輸送さ れる。濃密ガスはこの場合には二酸化炭素であり、当業者に良く知られていると 考えられ且つ濃密ガス抽出に関連して以下にさらに論じられる方法で、向流で供 給材料流に供給される。ラフィネートである濃密ガス抽出ユニットからのアンダ ーフロー２78は、カロテノイドが枯渇した廃液流であり、廃棄することもできる し、またはカロテノイド除去後の細胞マスからの生成物の抽出に関連して以下の VIに論じられたようにしてさらに処理されることもできる。 濃密ガス抽出ユニットからの抽出物280はカラムからオーバーフローして、分 離機282中に広がって、濃密ガスから混合カロテノイ ド生成物が分離される。混合カロテノイドはアンダーフロー流284として分離機 から出る。濃密ガス286は分離器の頭上から出て、圧縮機を通して濃密ガス抽出 ユニットの底部に再循環される。混合カロテノイド生成物は、特定のカロテノイ ドを回収するために、以下に論じるようにしてさらに処理されることができる。VI ．濃縮藻類懸濁液からの選択成分の回収 図１の工程30及び32に戻る。カロテノイドは、いくつかの抽出方法のいずれか によって種々の溶剤を用いて濃縮藻類懸濁液から回収できる。抽出方法は、液液 抽出、浸出とも称する固液抽出、固体材料の存在下に２つの不混和相が形成され る３相抽出である液液固抽出、及び前述のような濃密ガス抽出の中から選ばれる ことができる。 Dunaliella salinaのブライン中懸濁液からのカロテノイドの抽出に関しては 、濃度が約100ppmより高い、水と不混和性の任意の有機溶剤が有用であろう。有 機溶剤は、少なくともカロテノイドの物理的及び化学的特性に悪変化を及ぼさな いものであるべきである。溶剤は、合成及び天然香料、食用油、石油化学薬品、 濃密ガス、ならびに２種またはそれ以上の不混和相を有する系が得られるならば それらの組み合わせから選ばれることができる。しかし、これらの溶剤の一部に は、以下に論じる種々の理由から他の溶剤より望ましいものがあり、得られる結 果は必ずしも等しくない。 石油化学溶剤は一般に低粘度であり、溶質分子が拡散できるものが好ましい。 カロテノイドは一般に石油化学溶剤への溶解度が高く、高濃度の抽出物が可能で ある。石油化学溶剤としては、脂肪族炭化水素、例えば、ヘキサン、ペンタン、 オクタン、石油エーテル、シクロヘキサン、塩化メチレン、メタノール、エタノ ール、及び他 の低沸点アルコール；芳香族炭化水素、例えば、ベンゼン及びトルエン；ならび に列挙しなかった多数の他の石油化学溶剤が挙げられる。所望ならば、石油化学 溶剤の組み合わせも使用できる。 しかし、石油化学溶剤は一般に、栄養補助食品の製造のためのカロテノイド抽 出溶剤としては望ましいとは考えられないことを認識されたい。溶剤残液は通常 、クロマトグラフィーによって少なくともある程度は除去できる。それにも拘ら ず、石油由来の化合物を栄養補助食品の処理に使用すること及び栄養補助食品中 に何らかの石油残渣が存在することには、多くの人々が反対している。 栄養の面からは、石油化学溶剤よりも食用油の方が好ましい。食用油は、魚油 を含めて、植物または動物供給源から得ることができる。食用植物油溶剤として は、コーン油、オリーブ油、大豆油、ベニバナ油、ヒマワリ油及び他の多くの油 が挙げられる。所望ならば、食用油の組み合わせも使用できる。 しかし、石油化学溶剤比較して、食用油は一般により粘稠であり、溶質分子拡 散性がより低い。カロテノイドは通常、食用油への溶解度が限られ、高濃度の抽 出物を、カロテノイドの化学的及び物理的特性を変化させ得る工程、例えば、過 度の加熱を行わずに得ることは困難である。 合成及び天然香料は一般に、石油化学溶剤及び食用油よりも望ましい。天然由 来の香料は、栄養補助食品には魅力がある。the Flavor and Extract Manufactu rers Association（FEMA）またはGenerally Recognized As Safe（GRAS）によっ て分類される香料は、栄養補助食品に関する石油化学溶剤の欠点を持たない。栄 養補助食品中における残留香料溶剤の存在は、石油化学溶剤に比較して一般に許 容されるので、下流の精製及び回収コストが低減される。香料は、石油化学溶剤 に匹敵する沸点、粘度及び分子拡散性を有するものが 選ばれることができる。 本発明に適した香料の例としては、エステルのカルボン酸成分を有するメチル −、エチル−、プロピル−、ブチル−、イソブチル−、ベンジル−及びオクチル −エステル、例えば、アセテート、エタノエート、プロピオネート、ブチレート 、ヘキサノエート、カプロエート、ヘキサノエート、オクタノエート、デカノエ ート、シンナメート、及びイソバレレートが含まれる。香料の他の例としては、 ベンズアルデヒド、他のアルデヒド、リモネン及び他のテルペンが挙げられるが これらに限定されない。所望ならば、香料の組み合わせも使用できる。 代表的な抽出工程の工程系統図を図12に示す。第１の溶剤抽出工程300におい て、濃縮藻類懸濁液は溶剤と接触させる。カロテノイドはブラインから、抽出物 または溶剤相である第２の流動体相に移される。工程302に示されるように、こ の抽出プロセスからは一般に２つの相とくず層(rag layer)が得られる。藻類残 渣のくず層は、カロテノイド及び溶剤を含む粗抽出物相と、ブラインが多く且つ 通常はカロテノイドがトレース量で含まれるラフィネート相との間に形成される 。藻類残渣は一般に、クロロフィル、グリセロール、リン脂質及び蛋白質を多く 含み、廃棄されることもできるし、あるいはこれらの成分を回収するために工程 310に従ってさらに処理することもできる。 抽出は回分式または連続式のいずれで行ってもよい。回分式抽出プロセスが有 用であることが分かっている。有機相と水相は、カロテノイドの実質的に全てが 有機相に抽出されるように充分に混合される。次いで、撹拌を停止する。３つの 異なる部分、ラフィネート、抽出物及びくず層が形成されるように分散液を沈降 させる。以下に概説するようにしてさらに処理するために、慎重にデカントする ことによって層を分離させる。 連続抽出には、１つ及び複数の混合機及び沈降タンク；遠心抽出機、例えば、 マサチューセッツ州ピッツフィールドのRobatel製の機械及びミシガン州サギノ ーのBaker Perkins製のPodbelniak；さらに、抽出力ラム、例えば、ニューヨー ク州ParasippanyのGlitsch Technology Corporation製のKarrカラム、York-Sche ibelカラム及び回転ディスクカラム、スイス国Allschwilのkuhni製のKuhniカラ ム、ならびに充填及び多孔板カラムのような種々の抽出装置を使用できる。 連続抽出法においては、重力により沈降が有用である。層の分離は、遠心力ま たは重力の場で行うことができるが、重力による沈降の方がより低コストである 。デカンテーションを助けるために融合助剤(coalescer)を添加することもでき る。ラフィネートはさらに融合させて、連行され得る余分な溶剤を全て回収して から、実施される養殖の種類に応じて、バイオリアクターに再循環されるか池に 戻される。融合助剤、液液固遠心機、浮遊セル及び液液サイクロンをさらに使用 して、ブラインから溶剤を回収してもよいし、ブラインを掃除のために泡沫浮遊 装置に再循環してもよい。 前述の濃縮工程全てを含む、先行する全ての濃縮工程の後のブラインから、ま たは抽出が採取法である場合には未処理のブラインからカロテノイドを抽出する のに抽出プロセスを使用できる。後者の場合には、デカンターからの溶剤の再循 環材料を使用して、混合機中の溶剤−供給材料比を増大できるであろう。 所望ならば、有機相中に抽出されるクロロフィルの量を最小にするために水相 を前処理することもできる。バイオマスを含む水相は抽出前に、NaOHのような塩 基で処理して、クロロフィルを鹸化し、それがカロテノイドと共に有機相中に抽 出されるのを防ぐことがで きる。あるいは、バイオマスを含む水相を酸性化して、クロロフィルが有機相に 抽出されるのを防ぐことができる。 １つまたはそれ以上の脱水工程の前に、溶剤を藻類懸濁液に分散させることが できる。この場合には、溶剤は前分散されると言われ、供給材料は抽出のために 予備状態調整されると言われる。例えば、溶剤は、吸着気泡分離の開始前に藻類 懸濁液に前分散されることができる。 Ａ．成分の精製分離 カロテノイドの粗抽出物は、前述のようにしてくず層及びラフィネートから分 離される。カロテノイドが濃縮された粗抽出物、ならびにグリセロール及び蛋白 質が濃縮されたくず層は各々、有用成分の精製生成物を回収するために処理され ることができる。回収され得る化合物としては、全トランスβ−カロテン、９− シスβ−カロテン、α−カロテン、ゼアキサンチン、クリプトキサンチン、ルテ イン、グリセロール、蛋白質などが挙げられる。粗抽出物の精製に関しては種々 の技術が当業者に知られていると考えられる。 粗抽出物はさらに、工程312に従って、フラッシュ、蒸留、ワイプト(wiped)フ ィルムエバポレーション、短絡（short path）蒸留、分子蒸留による溶剤の蒸発 を含むいくつかの技術の１つまたはそれ以上によってさらに濃縮されることがで きる。溶剤を正しく選択することによって、この濃縮工程は、カロテノイドが分 解も再異性化もしない低温で操作可能であろう。粗抽出物の好ましい処理方法は 、目的生成物によって異なる。 カロテノイドは、濃縮工程312から直接、固相として収集されるか、工程314に 従って溶剤交換によって食用油に再分散される。混合カロテノイド生成物は、必 要に応じて工程316に従って精製される。所望の量の香料が蒸発されて、カロテ ノイドが食用油中に残さ れるように、食用油は、抽出の前または後であって且つ蒸発の前に香料と混合さ れることができる。食用油は、動物油、またはオリーブ油、カノラ油、ピーナッ ツ油、大豆油、ベニバナ油、ヒマワリ油、パーム油、コーン油及びそれらの混合 物を含む植物油の混合物であることができるであろう。このようにして、より濃 縮されたカロテノイド懸濁液を生成するための、食用油の費用のかかる分子蒸留 の必要性が、実質的に排除できる。 Ｂ．βカロテン及び他のカロテノイド 混合カロテノイドの食用油懸濁液は、人間の栄養補助食品、食品着色剤及び食 品強化物市場において販売することができる。あるいは、種々のカロテノイドを 種々の濃度比で含む製品を、以下に示す工程を含む次の分離工程で製造すること もできる。粗抽出物はクロマトグラフィーによって精製されることができ、得ら れたフラクションは結晶化されて、カロテノイドと溶剤が回収されることができ る。別の単位操作としては、結晶化、超臨界流動体クロマトグラフィー、逆相ク ロマトグラフィー及び高性能液体クロマトグラフィー（HPLC）が挙げられる。 これらの単位操作によって多くの製品を生成できる。超臨界流動体クロマトグ ラフィーは、全トランスα−カロテン、α−カロテンのシス異性体、全トランス β−カロテン及びβ−カロテンのシス異性体を分離できる。逆相クロマトグラフ ィーは、ルテイン、ゼアキサンチン、β−クリプトキサンチン、エキネノン、リ コペン、α−カロテン、β−カロテンの分離に使用できる。HPLCは、β−カロテ ン、エキネノン、カンタキサンチン、フコキサンチン及びアスタシン、13，15− ジ−シス−β−カロテン、15−シス−β−カロテン、β−カロテン、９−シス− β−カロテン及び13−シス−β−カロテンの分離に使用できる。HPLCと超臨界流 動体クロマトグラフィーと の組み合わせは、13，13'-ジ−シス−β−カロテン、９，13，13'−トリ−シス −β−カロテン、９，13’−ジ−シス−β−カロテン、15−シス−β−カロテン 、９，13−ジ−シス−βカロテン、13−シス−β−カロテン、９，９−ジ−シス −β−カロテン、全トランスβ−カロテン及び９−シス−β−カロテンの分離に 使用できる。 活性アルミナカラム上における異性体の分離によって、少なくとも40重量％の ９−シス異性体と50重量％未満の全トランス異性体からなる高純度のβ−カロテ ン抽出物を製造できる。無極性溶剤から全トランス異性体を結晶化することによ って、少なくとも75重量％の９−シス−異性体からなる濃縮９−シス抽出物を製 造できる。高純度のβ−カロテン抽出物は、粗抽出物から溶剤を回収し、最小量 の無極性溶剤中にカロテノイドを再懸濁させることによって製造される。溶剤は 、エタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン及び石油エーテルから選ばれることが できる。無極性抽出物は次に、活性アルミナカラムに通され、フラクションが収 集される。オレンジ色／赤色のカロテノイドの主バンドを含むフラクションが最 初に溶離される。フラクションが収集され、溶剤が減圧下で蒸発されて、一般に 全トランス異性体50％、９−シス異性体40％及び他のβ−カロテン異性体３％、 α−カロテン５％ならびに他のカロテノイド２％からなる高純度の天然β−カロ テン生成物が得られる。いくつかのβ−カロテンを含むβ−カロテンフラクショ ンの後に、淡黄色のカロテノイドが溶離される。 溶離されない全ての極性カロテノイド、脂質及びクロロフィルを除去するため に、カラムは定期的に洗浄することができる。高純度の天然９−シス−β−カロ テンの生成は、40〜50℃に加温された最小量の無極性溶剤中に高純度の天然β− カロテンを溶解させてβ−カロテンを溶解し、溶剤を−20℃に冷却して、全トラ ンス異性体を 優先的に結晶化し、そして固相と液相とを分離することによって行う。結晶化工 程を繰り返して、結晶及び上澄み液の純度を改良することもできる。上澄み液か ら溶剤を蒸発させて、９−シス異性体が少なくとも75重量％の濃度に濃縮された 生成物が得られる。 Ｃ．製品及び用途 本発明の方法によって得られるβ−カロテン及び他のカロテノイドは、たくさ んの製品として販売のために配合することができる。噴霧乾燥されたDunaliella salina粉末は動物の飼料に混和することができる。製品は、種々の濃度のカロ テノイドの油中懸濁液として、マイクロカプセル化カロテノイドとして、及び天 然混合カロテノイドの水分散性粉末として入手できる。β−カロテンはさらに精 製して、濃縮９−シス異性体または濃縮全トランス異性体として販売することが できる。本発明の方法によって得られる他のカロテノイドもさらに精製して、製 品として販売することができる。 Ｄ．グリセロール、蛋白質及び他の成分 藻類残渣は、廃棄してもよいし、工程310に従ってさらに処理して、グリセロ ール、クロロフィル及び蛋白質のような有用成分を藻類から回収することもでき る。 くず層は、エタノールと接触させて、グリセロールを回収することができる。 エタノールは次に蒸発することができ、得られるグリセロール残渣は蒸留によっ て精製することができる。グリセロールは有用な製品として販売するために、抽 出、脱色及び蒸留することができる。グリセロール抽出後に残る細胞塊は、蛋白 質を多く含むので、乾燥して、動物飼料に使用するための蛋白質濃縮藻類粉を生 成することができる。細胞塊は乾燥前に水で洗浄して、残留塩を除去することが できる。VII ．実施例 以下の実施例を、本発明のいくつかの面を説明するために示すが、本発明を限 定するものと解釈すべきでない。実施例は一般に、本発明のどの面に関するかに よって、表題でまとめられている。しかし、本発明のいくつかの面は１つの表題 もとの１つの実施例において例示される場合もあることを認識されたい。表題は 、異なる表題のもとに示された実施例を除くと考えるべきではない。 Ａ．ポンプループ中における細胞破裂 図２に関して、圧力低下の大きさ及び圧力低下の通過回数を、Dunaliella sal inaについて以下のようにして評価した。Dunaliella salinaを含むブラインをグ レートソルトレークの池34からポンプ38によってジェームソンセル36に輸送した 。ポンプ38は、Grundfos Series C多段遠心ポンプCR30-80Uであった。ブライン をポンプループ中で再循環して、藻類を破裂させた。バイパス流46は、再循環さ れる流れの容量を規定するものであった。ブリードオフ（bleedoff）流ライン48 を用いて、ブラインを池に戻した。バイバス及びブリードオフ流量は各々、弁50 及び52で制御した。ポンプループ中において所望の再循環率％が得られるように 必要に応じて流量を変化させた。圧力低下は、絞り弁42を用いて所望の値に調節 された。 各排出圧力において、弁50を閉じ且つライン48を通るブリードオフ流量Ｑ₄及 び44におけるジェームソンセル供給材料流量Ｑ₅を測定することによって、ライ ン40を通る総ポンプ排出流量Ｑ₁を求めた。ブリードオフ流量は、55ガロンのド ラムを満たすのに必要な時間を測定することによって求めた。ジェームソンセル 供給材料流量は、以下の式を用いて計算した：（式中、υはオリフィリス速度であり、Δｐは概ね、圧力計54において測定され る供給材料圧であり、ρは液体密度であり、Ｃ_oはオリフィス係数、0.61であり 、ｄ_oはオリフィス直径、0.3125インチである）。 所定の排出圧力における総ポンプ排出流量は、以下の質量収支から計算できる 。この式は、弁50が閉じているゼロバイパス流の場合にのみ適用できる。 Ｑ₁＝Ｑ₄＋Ｑ₅ ポンプループ中においてブラインを再循環させるために弁50が開いている場合 には、バイパス流量は以下の式から計算した： Ｑ₂＝Ｑ₁−（Ｑ₄＋Ｑ₅） （式中、Ｑ₄及びＱ₅は、前述の方法を用いて求められたものであり、Ｑ₂はライ ン46を通る流量である）。 ポンプループ中の再循環率％、Ｒは、以下の式によって示される 細胞の破裂を促進する絞り弁42の前後での圧力低下（Δｐ_t）は、次のように して計算する： ΔＰ_t＝ｐ₁−ｐ₂ （式中、ｐ₁及びｐ₂は各々、圧力計56及び圧力計58において測定 された圧力である）。 この方法における藻類の破裂率（％）は、細胞数データから求めた。ml当たり の生存細胞数は、ライン60を通ってポンプに取り入れられた供給材料に関して（ Ｑ_o）及びジェームソンセルアンダーフロ一流50に関して(Ｑ₇)測定した。藻類の 破裂率、Ｆは、以下の式を用いて計算する：（式中、ＣＣ_t及びＣＣ_fは各々、供給材料及びジェームソンセルアンダーフロー サンプル中の細胞数である）。細胞数は、ブラインml当たりの無傷の細胞の個数 として定義される。 Ｂ．深床濾過 ブライン懸濁液をワリング（Waring）ブレンダー中で30秒間混合することによ って、Dunaliella salina細胞を破裂させた。破裂されたDunaliella salinaの懸 濁液を含む１リットルのブラインを、濾材が充填されたカラムを通して濾過した 。カラムは内径が30mmで長さが80mmであった。種々の濾材を以下の表１に示す。 濾過が完了した時、濾材を蒸留水で洗浄して、細胞塊を回収した 。水を溶剤で抽出し、得られた溶液をカロテノイドに関して分析した。次いで、 濾材を溶剤で洗浄し、得られた溶液をカロテノイドに関して分析した。フィルタ ーへ供給材料及び濾液をサンプリングし、カロテノイドに関して分析して、濾材 中に保持されたカロテノイドの割合（％）を求めた。７つの例から得られた結果 を表２に示す。 深床濾過による藻類脱水における細胞破裂の効果を以下の例中で説明する。濾 過前に細胞を破裂させないことを除いては、例１〜７に記載したのと同じ操作を 用いた。0.25〜0.35mmのグラニュールを有する珪砂の深床を濾材として使用した 。濾過前に、Denver D-12機械的浮遊セル中で空気を用いずに１分間、藻類懸濁 液をTRITON X-100非イオン界面活性剤と混合することによってブラインを状態調 整した。界面活性剤濃度は容量に基づき25ppmであった。カロテノイド濃度に基 づく藻類回収率は25％であった。 Ｃ．ミクロ濾過 ミクロ濾過のための装置を図３に示す。泡沫浮遊セルからの藻類濃縮物を、供 給材料タンク62に装入し、7.5hp、102amp及び460ボルトの等級のポンプ64を通し て十字流ミクロフィルター66にポンプ輸送した。十字流ミクロフィルターは、2. 15ft²の表面積を有する、1.4μｍのZrO膜を含んでいた。この膜は、カリフォル ニア州ホイッティアのU．S．Filterによって供給される。ミクロ濾過ユニットは 、横断面が六角形で、液体流に関して19個の流路を有する。各流路は直径が４mm で長さが80cmであった。熱交換器68を用いて供給材料を冷却してから、フィルタ ーに入れた。膜の両側における圧力低下を、圧力計76及び76によって測定した。 貯留物70は、フィルターに再循環するために供給材料タンクに戻した。透過液 69は廃棄した。透過液の質量を時間の関数として記録した。フラックスＮを、以 下の式を用いて計算した： （式中、Ａは流れに利用できるフィルターの断面積であり、Ｍ₂及びＭ₁は各々、 時間ｔ₂及びｔ₁における透過液の質量である）。 供給材料の流量を流量計78によって測定した。温度は温度計によって測定した 。貯留物及び透過液のサンプルを採取し、カロテノイドに関して分析した。 懸濁液を連続して６時間濾過した。透過液約150lbが除去された。フラックス 対時間の曲線を図４に示す。一般にフラックスの最初の低下が十字流ミクロフィ ルター中で観察された後、フラックスは115kg／時／ｍ²の比較的一定の値にとど まり、運転の過程全体にわたって圧力低下はほとんど増大しなかった。破裂され た藻類の粘着性が膜を急速に汚染すると予想されることを考えると、この結果は 意外であり、さらに意外なのは、透過液中にはカロテノイドがほとんど検出され ないことである。透過液中のカロテノイドの著しい減少は、カロテノイド液滴が 0.1μｍ未満の小さい寸法であることによると予想される。 貯留物中の塩濃度を低下させるために、ダイアフィルトレーションを行った。 淡水を供給材料タンク62に添加した。最終貯留物中に望ましい塩濃度を達成する ために、必要に応じて、追加の濾過工程及び水希釈工程を行った。６時間の運転 の最後に、残りの貯留物を等容量の淡水で希釈して、13分間濾過して、初期容量 に戻した。等容量の淡水をさらに添加した後に13分間濾過して、初期容量に戻す ことによって、第２のダイアフィルトレーションを行った。これらのダイアフィ ルトレーション実験に関して測定されたフラックスを図４に示す。 Ｄ．泡沫浮遊 １．機械的泡沫浮遊 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブラインをDenver D-12ベンチスケール泡沫 浮遊機に装入した。この泡沫浮遊機は、所定のインペラー速度の場合に適正な量 の空気が吸引されるように設計されて いる。直径2.75インチの８枚羽根インペラーを用いた。例20を除いた全ての例に ついて2000ｇの混合容器を用いた。例20については、4000ｇの容器を用いた。サ ンプルを液体から経時的に除去して、浮遊動力学及びブラインからのカロテノイ ドの回収率を求めた。各運転の最後に、濃縮された泡沫を収集し、456nmにおけ るUV-VIS分光法によってカロテノイドに関して分析した。 実験変数は、インペラー速度、気体流量、セル容量、ブライン中のカロテノイ ド初期濃度及び界面活性剤適用量などであった。気体流量は、撹拌機の回転軸を 通して圧縮空気を添加することによって変化させた。回収率のデータを、破裂さ れていない藻類、破裂された藻類及び先行する浮遊からの濃縮泡沫に関して測定 した。例８〜10 ワリングブレンダー中で30秒間混合することによって、Dunaliella salina細 胞を破裂させた。破裂された細胞の懸濁液を含むブライン2000mlを浮遊セルに装 入し、10〜20分間混合した。10分後のカロテノイド回収率を表３に要約する。 例11〜16 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブライン2000mlを浮遊セルに装入し、35分 間混合した。10分後のカロテノイド回収率を表４に要約する。 例17〜20 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブラインを浮遊セルに装入し、1500rpmにお いて35分間混合した。カロテノイド回収率に対するセル容量の影響を表５に要約 する。 例21〜25 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブライン2000mlを浮遊セルに装入し、10分 間混合した。10分後のカロテノイド回収率に対する気体流量の影響を表６に要約 する。 例26，27及び28 低濃度、中濃度及び高濃度のDunaliella salinaを含むブライン2000mlを浮遊 セルに装入し、10分間混合した。カロテノイド回収率に対する細胞濃度の影響を 表７に要約する。 例29及び30 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブライン2000mlを浮遊セルに装入した。こ のブラインにTriton X-100を添加し、溶液を空気を用いずに1500rpmで１分間混 合した。次いで、空気弁を開き、懸濁液 を20分間空気と混合した。カロテノイド回収率を10分後に測定した。結果を表８ に要約する。 例31及び32 浮遊セルからの濃縮泡沫2000mlをセルに装入し、35分間混合した。10分後にカ ロテノイド回収率を測定した。結果を表９に要約する。 例33 Denver DR-8 ４セル機械的浮遊機の各セルに８枚平羽根Rushtonタービンイン ペラーを回転子−固定子配置で装着した。このユニットに、藻類懸濁液７gpmを 連続的に供給した。タンク直径対インペラー直径の比は2.1であった。タンク高 さ対タンク直径の比は0.84であった。回転子の水中部分対液体の比は0.75であっ た。インペラー先端速度は、４つの全てのインペラーについて1790ft／分の一定 に保たれた。液体滞留時間は11分であった。Ｊ_gは4.0cm／ｓであった。気体対供 給材料比は16.4であった。泡沫中固形分フラクションは気体なし基準で0.02％で あった。カロテノイドの回収率は78％ であった。 ２．空気泡沫浮遊 ａ．ジェームソンセル 例34 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブラインを機械的前処理装置中で処理して 、細胞を破裂させ、次いで、ジェームソンセル中で処理した。ジェームソンセル は、ダウンカマー直径対オリフィス直径の比が8.6であり、ライザー直径対ダウ ンカマー直径の比が５であった。セルＪ_gは0.44cm／ｓであった。ジェット速度 は21.5m／ｓであった。ダウンカマー表面速度は0.20ｍ／ｓであった。ダウンカ マー滞留時間は15.1ｓであった。空気対供給材料比は0.52であった。運転の過程 全体にわたるカロテノイド回収率は平均で58.8％であった。泡沫中の固形分フラ クションは気体なし基準で0.02％であった。例35 例34に記載した運転の間に発生した泡沫を収集し、例34に記載した形状寸法を 有するジェームソンセル中で処理して、カロテノイドをさらに濃縮した。セルＪ_g は0.27cm／ｓであった。ジェット速度は10.6ｍ／ｓであった。ダウンカマー表 面速度は0.13ｍ／ｓであった。ダウンカマー滞留時間は23.2ｓであった。空気対 供給材料比は0.49であった。運転の過程全体にわたるカロテノイド回収率は89.7 ％であった。泡沫中の固形分フラクションは気体なし基準で0.5％であった。例36 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブラインを、機械的または化学的前処理を 行わずに、例34に記載した形状寸法を有するジェームソンセル中で処理した。セ ルＪ_gは、0.65cm／ｓであった。ジェッ ト速度は46.1ｍ／ｓであった。ダウンカマー表面速度は0.175ｍ／ｓであった。 ダウンカマー滞留時間は17.5ｓであった。空気対供給材料比は0.88であった。運 転の過程全体にわたるカロテノイド回収率は平均で52.8％であった。泡沫中の固 形分フラクションは気体なし基準で0.02％であった。例37 例34に記載した運転の間に発生した泡沫を収集し、例34に記載した形状寸法を 有するジェームソンセル中で処理して、カロテノイドをさらに濃縮した。セルＪ_g は0.29cm／ｓであった。ジェット速度は11.9ｍ／ｓであった。ダウンカマー表 面速度は0.14ｍ／ｓであった。ダウンカマー滞留時間は21.7ｓであった。供給材 料圧は22psigであった。空気対供給材料比は0.49であった。運転の過程全体にわ たるカロテノイド回収率は68％であった。泡沫中の固形分のフラクションは気体 なし基準で8.3％であった。例38 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブラインを、泡沫浮遊装置中で処理した。 次いで、泡沫を気泡崩壊させ、例34に記載した形状寸法を有するジェームソンセ ルに65リットル／分の速度で連続的に供給した。セルへの気体速度は1.1SCFMで あった。１時間の運転過程全体にわたる泡沫中のカロテノイド回収率は平均で89 .7％であった。例39 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブラインを、泡沫浮遊装置中で処理した。 アンダーフロー流を収集し、例34に記載した形状寸法を有するジェームソンセル に62リットル／分の速度で連続的に供給した。セルへの気体速度は1.7SCFMであ った。泡沫中のカロテノイド回収率は平均で79％であった。ｂ．多段ループ流泡沫浮遊カラム(MSTLFLO) 以下の例40〜47では、３つのドラフト管を装着した、直径４インチ及び高さ12 5インチのMSTLFLOカラムを用いた。ドラフト管のアスペクト比は12.2であった。 ドラフト管直径対カラム直径の比は２であった。樋直径対カラム直径の比は２で あった。泡起剤は添加しなかった。ブラインのpHは、６〜７であった。焼結金属 スパージャーを用いて、カラム中に空気を散布した。スパージャーは、直径が１ インチ、長さが６インチであり、10ミクロンの気孔寸法を有していた。一番下の ドラフト管の基部にスパージャーを配置した。供給材料ディストリビューターを 、一番上のドラフト管の６インチ上に配置した。例40 MSTLFLOカラムに、カロテノイドを含むブラインを満たした。空気及び供給材 料の流れを各々、1.5SCFH及び3.4リットル／分の速度で開始して、空気対供給材 料比を0.21とした。カラムは連続式で操作し、供給材料、泡沫及びアンダーフロ ーのサンプルを５分間隔で収集した。Ｊ_gは0.15cm／ｓであり、液体滞留時間は5 .2分間であった。泡沫中の固形分フラクションは気体なし基準で約６％であった 。カロテノイドの回収率は78％であった。例41 MSTLFLOカラムに、カロテノイドを含むブラインを満たした。空気及び供給材 料の流れを各々、1.5SCFH及び６リットル／分の速度で開始して、空気対供給材 料比を0.12とした。カラムは連続式で操作し、供給材料、泡沫及びアンダーフロ ーのサンプルを５分間隔で収集した。Ｊ_gは0.15cm／ｓであり、液体滞留時間は3 .2分間であった。泡沫中の固形分フラクションは気体なし基準で約17％であった 。カロテノイドの回収率は76％であった。例42 MSTLFLOカラムにまず、カロテノイドを含むブラインを満たした。空気の流れ を３SCFHの速度で開始した。カラムは回分式で操作した。20分間の浮遊時間の後 に、供給材料、泡沫及びアンダーフローのサンプルを収集した。Ｊ_gは0.29cm／ ｓであった。泡沫中の固形分フラクションは気体なし基準で約11％であった。カ ロテノイドの回収率は83％であった。例43 例41と同様なMSTLFLOカラムに、あらかじめ浮遊装置中で処理したDunaliella salinaを含むブラインを装入した。カラムへの気体速度は３〜４SCFHであった。 泡沫中のカロテノイド回収率は25分後に87％より高かった。例44 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブラインを浮遊装置中で処理した。次いで 、泡沫を気泡崩壊させ、例41と同様なMSTLFLOカラムの上部に２リットル／分の 速度で連続的に供給した。空気をカラムの基部において２SCFHの速度で散布した 。カラムを30分間以上、連続的に操作した。泡沫中の平均カロテノイド回収率は 81.5％であった。例45 例41と同様な運転において、ブラインをMSTLFLOカラムに3.25リットル／分の 速度で供給した。泡沫中のカロテノイド回収率は、30分の運転過程全体にわたっ て平均で86.3％であった。例46 例45と同様な運転において、ブラインをMSTLFLOカラムに1.14リットル／分の 速度で供給した。泡沫中のカロテノイド回収率は、35分の運転過程全体にわたっ て平均で84.9％であった。例47 例41と同様な運転において、ブラインをMSTLFLOカラムに0.69リットル／分の 速度で供給した。泡沫中のカロテノイド回収率は、45分の運転過程全体にわたっ て平均で81.1％であった。ｃ．カナディアンカラム 前記MSTLFLOカラムを、ドラフト管を全て取り外して操作した。 泡起剤は添加しなかった。ブラインのpH範囲は６〜７であった。同じスパージャ ーを用いた。供給材料ディストリビューターを、泡沫オーバーフローせきの約36 インチ下に配置した。例48 気泡カラムに、カロテノイドを含むブラインを満たした。空気及び供給材料の 流れを各々、５SCFH及び5.8リットル／分の速度で開始し、空気対供給材料比を0 .41とした。カラムは連続式で操作した。供給材料、泡沫及びアンダーフローの サンプルを５分間隔で収集した。Ｊ_gは0.49cm／ｓであった。液体滞留時間は3.1 分であった。泡沫中の固形分量は気体なし基準で約0.7％であった。カロテノイ ドの回収率は65％であった。例49 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブラインを浮遊装置中で処理した。次いで 、泡沫を気泡崩壊させ、直径４インチの気泡カラムに装入した。カラムの基部に おいてスパージャーによって20SCFHの速度で空気を添加した。泡沫中のカロテノ イド回収率は、12分間の浮遊時間後に90％であった。 ｄ．空気散布ハイドロサイクロン(ASH) 例50 空気散布ハイドロサイクロンへの気体の流れを所望の速度で開始してから、供 給材料の流れを設定値において開始した。ASHユニッ トは、平均気孔寸法が20ミクロンである、直径２インチ及び長さ約18インチのポ リエチレン膜を含むプラスチックシェルから構成されるものであった。膜の加圧 側の気体圧力は、15〜10psigに保持した。浮遊の促進のための表面活性剤は添加 しなかった。供給材料、泡沫及びアンダーフローのサンプルを採取して、ASH性 能を定量した。Ｊ_gは5.9cm／ｓであった。気体対供給材料比は5.8に保たれた。 液体滞留時間は1.3ｓであった。泡沫中の固形分フラクションは気体なしで0.09 ％であった。カロテノイドの回収率は68％であった。例51〜54 破裂藻類に関するカロテノイド回収率及び濃度因子を測定するために、例50の ASHユニットを評価した。結果を以下の表10に要約する。圧縮空気は、サイクロ ンの多孔質壁を通して導入した。供給材料は、サイクロンの上部に装入した。カ ロテノイドが濃縮された泡沫はオーバーフローから出て、藻類が枯渇したブライ ンはアンダーフローから出た。 Ｅ．有用成分の回収 １．溶剤分配係数 Dunaliella salinaからのカロテノイドに関する、ブラインと種 々の溶剤の間における分配係数を25℃において測定して、抽出操作に適当な溶剤 を特定した。溶剤３ml及び藻類濃縮物12mlを25ml試験管に装入した。これらの試 験管を、完全な物質移動に充分な時間、混合してから、デカンテーション及びサ ンプリングを行った。結果を、表11に要約する。分配係数は、有機相中のカロテ ノイド濃度を水相中のカロテノイド濃度で除したものと定義される。 ２．液体抽出 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブラインを、浮遊セルに装入し、10分間混 合した。濃縮された泡沫を収集し、浮遊セル中で10分間空気と混合した。２回濃 縮された、カロテノイドを含む泡沫2000ml及び溶剤400mlを、以下の表12に示し た形状寸法を有する３リットルの混合機に装入した。 混合物を600rpmにおいて20分間撹拌した。ブラインのサンプルを定期的に除去 して、物質移動動力学を測定した。20分後、混合機を停止し、相分離時間を記録 した。油相をデカントし、ブライン相を混合機に戻した。新しい溶剤400mlを抽 出器に装入し、多相混合物を600rpmにおいて20分間撹拌した。相を再び20分間分 離させた。２つの抽出工程からの溶剤相をさらに４時間沈降させて、粘着性藻類 残渣の容量を減少させた。次いで、固体相を遠心分離して、溶剤相及びブライン 相を藻類残渣から分離した。溶剤をカロテノイド抽出物から蒸発させ、オリーブ 油を添加して、カロテノイドのオリーブ油中懸濁液を生成した。抽出及び相分離 のデータを以下の例に示す。例65 濃縮泡沫からヘプタンへのカロテノイドの抽出 前記の一般的抽出操作に従った。濃縮泡沫2530ｇ及びヘプタン２80ｇを混合機 に装入した。回収率のデータを表13に要約する。 例66 濃縮泡沫からリモネンへのカロテノイドの抽出 前記の一般的抽出操作に従った。混合機に濃縮泡沫2516g及びリモネン343ｇを 装入した。回収率のデータを表14に示す。 例67 濃縮泡沫から酪酸エチルへのカロテノイドの抽出 前記の一般的抽出操作に従った。混合機に濃縮泡沫2499ｇ及び酪酸エチル353 ｇを装入した。回収率のデータを表15に示す。インペラー速度は800rpmであった 。 例68 濃縮泡沫からオリーブ油へのカロテノイドの抽出 前記の一般的抽出操作に従った。混合機に濃縮泡沫1845ｇ及びオリーブ油280 ｇを装入した。カロテノイドの回収率は10分後に77％ であった。例69 ラフィネート洗浄 浮遊セルに、第２段抽出からのラフィネート2000mlを装入し、これを2000rpm で20分間混合した。16分後の泡沫中のカロテノイド回収率は82％であった。例70 ラフィネート洗浄 NaCl飽和ブラインを溶剤と接触させ、混合物を25℃において平衡させた。飽和 ブライン中の溶剤濃度を測定した。活性炭をこの溶液に添加し、平衡に達するま でスラリーを混合した。活性炭をスラリーから沈降させ、ブラインをサンプリン グして、溶剤濃度を測定した。結果を表16に示す。 ３．液体抽出物質移動動力学 表12に要約した形状寸法の３リットル円筒容器中において物質移動動力学を実 験的に測定した。インペラーは容器の中央部に配置した。液液分散液を時間の関 数として収集し、水相中のカロテノイド濃度を測定した。この研究の結果を表17 に要約する。 ４．リモネンによるカロテノイドの連続抽出 例81 Dunaliella salinaの懸濁液を含むブラインを10gpmで、容量が約100ガロンのD enver #5 Water Treatment Flotation Cellに供給した。濃縮泡沫を浮遊セルか ら回収し、リモネンと共に３リットルの混合機に供給した。混合機及びインペラ ーの形状寸法は、表12に記載したのと同様であり、インペラー速度は600rpmであ った。混合機からの流出液を、インラインストレーナを通してデカンター中にポ ンプ輸送して、ゼラチン状の藻類残渣を破壊した。デカンターに、ニューヨーク 州ParasippanyのOtto York製の直径４インチ×長さ12インチの融合剤パッド(coa lescer pad)を装着した。溶剤相は、デカンターからサージタンクにオーバーフ ローし、そこからフラ ッシュポットにポンプ輸送した。ユニットの操作の前に、フラッシュポットにオ リーブ油を添加した。フラッシュポットから溶剤を蒸発させ、カロテノイドをオ リーブ油中懸濁液として回収した。蒸発された溶剤を凝縮させ、混合機に再循環 した。抽出からの回収率を表18に示す。泡沫浮遊セルからの回収率は、運転の工 程全体にわたって平均で60％であった。 本発明を特に好ましい態様に関して説明した。しかし、前記説明は、本発明を 、説明された態様に限定するものではなく、当業者ならば、本明細書中に記載さ れた本発明の精神及び範囲内で変更が可能なことがわかるであろう。本発明は、 添付した請求の範囲によって規定された本発明の精神及び範囲内に含まれること ができる全ての可能な選択、変更及び均等物を含む。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１２Ｍ 1/33 Ｃ１２Ｍ 1/33 3/08 3/08 //(Ｃ１２Ｐ 23/00 Ｃ１２Ｒ 1:89）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. ａ）微小藻類の水性懸濁液をその供給源から入手し； ｂ）前記水性懸濁液からの藻類細胞の吸着気泡分離を促進するのに充分なだけ 、藻類細胞を破裂させ；そして ｃ）細胞を微細気泡に吸着させて気泡−藻類凝集物を形成し且つ前記凝集物の 泡沫を形成する工程を含む、１種またはそれ以上の吸着気泡分離技術によって懸 濁液から細胞を分離する 工程を含んでなる微小藻類の水性懸濁液の脱水方法。 2. 藻類を脱水する前記吸着気泡分離技術が、泡沫浮遊、電解浮遊、溶解気体 浮遊及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれる請求の範囲第１項に記載の 方法。 3. 水性懸濁液を機械的に濾過することをさらに含んでなる請求の範囲第１項 に記載の方法。 4. 脱水された藻類から少なくとも１種の成分を抽出することを更に含んでな る請求の範囲第１項に記載の方法。 5. ａ）微小藻類の水性懸濁液をその供給源から入手し； ｂ）前記水性懸濁液からの藻類細胞の吸着気泡分離を促進するのに充分なだけ 、藻類細胞を破裂させ； ｃ）水性懸濁液と接触させるために、気体を微細気泡に分散させ； ｄ）微細気泡を水性懸濁液と緊密接触させ； ｅ）気泡表面に藻類を吸着させて、水性懸濁液と密度の異なる気泡−藻類凝集 物を形成し；そして ｆ）水性懸濁液から気泡−藻類凝集物を分離して、脱水藻類濃縮物を得る 工程を含んでなる微小藻類の水性懸濁液の脱水方法。 6. 気体を微細気泡に分散させる前記工程が、水性懸濁液の液体ジェットを発 生させ且つ気体を通って懸濁液中に液体ジェットを噴射すること；懸濁液中への 気体の散布；懸濁液中に気体を導入し且つ懸濁液と気体とを機械的に剪断するこ と；及びそれらの組み合わせから選ばれる請求の範囲第５項に記載の方法。 7. 気体を微細気泡に分散させる前記工程が、水性懸濁液に電流を通すことを 含んでなる請求の範囲第５項に記載の方法。 8. 気体を微細気泡に分散させる前記工程が、液体を加圧し、加圧液体中に気 体を溶解させ、加圧液体中に溶解された気体を水性懸濁液に導入し、そして圧力 を開放して、気体を核生成させて微細気泡を形成することを含んでなる請求の範 囲第５項に記載の方法。 9. 微細気泡を水性懸濁液と緊密接触させる前記工程が、機械的混合、空気混 合、微細気泡と水性懸濁液の順流、微細気泡と水性懸濁液との向流及びそれらの 組み合わせから選ばれる請求の範囲第５項に記載の方法。 10．気泡−藻類凝集物を水性懸濁液から分離する前記工程が、重力または遠心 力による分離を含む請求の範囲第５項に記載の方法。 11．藻類細胞を破裂させる前記工程が、水性浮懸濁中の細胞の、気泡の存在下 における機械的剪断；細胞を破裂させるのに充分な圧力における、狭窄部を通る 液相への水性懸濁液の注入；細胞を破裂させるのに充分な圧力におけるジェーム ソンセルの操作；及びそれらの組み合わせから選ばれる請求の範囲第５項に記載 の方法。 12．前記工程ｃ）〜ｆ）を繰り返して、藻類をさらに脱水する請求の範囲第５ 項に記載の方法。 13．藻類細胞を破裂させる工程ｂ）の後に、水性懸濁液の機械的濾過をさらに 含んでなる請求の範囲第５項に記載の方法。 14．脱水藻類から少なくとも１種の成分を抽出することをさらに 含んでなる請求の範囲第５項に記載の方法。 15．藻類Dunaliella salinaのブライン中水性懸濁液の脱水方法であって、 ａ）D．salinaの水性懸濁液をその供給源から入手し； ｂ）ブラインからの藻類の吸着気泡分離を促進するのに充分なだけ、D．salin a細胞を破裂させ； ｃ）ブラインと接触させるために、気体を微細気泡に分散させ； ｄ）微細気泡をブラインと緊密接着させ； ｅ）気泡表面に藻類を吸着させて、ブラインと密度の異なる気泡−藻類凝集物 を形成し；そして ｆ）ブラインから気泡−藻類凝集物を分離して、脱水D．salina濃縮物を得る 工程を含んでなる方法。 16．D．salina細胞を破裂させる前記工程ｂ）が、約50〜200psigの圧力低下及 び約100〜300％の再循環率％でポンプループ中において狭窄部を通して水性懸濁 液を循環させることを含んでなる請求の範囲第15項に記載の方法。 17．D．salina細胞を破裂させる工程ｂ）が、気泡の存在下において水性懸濁 液中で、細胞を破裂させるのに充分な先端速度でインペラーを回転させ、細胞を 破裂させるのに充分な圧力で狭窄部を通して液相中に水性懸濁液を送入し、そし て細胞を破裂するのに充分な圧力でジェームソンセル供給材料入り口を通して水 性懸濁液を送入することを含んでなる請求の範囲第15項に記載の方法。 18．前記気体が酸化剤を含まない請求の範囲第15項に記載の方法。 19．前記気体が、空気、窒素、二酸化炭素、軽質炭化水素、貴ガス及びそれら の混合物からなる群から選ばれる請求の範囲第15項に記載の方法。 20．細胞を破裂させる前記工程ｂ）の後に、水性懸濁液を深床濾材と接触させ 、藻類を濾材中に収集し、そして濾材から藻類を回収する工程をさらに含んでな る請求の範囲第15項に記載の方法。 21．濾材からの藻類の回収を、水、ブライン、ならびに天然香料、合成香料、 食用油、石油化学溶剤及びそれらの組み合わせから選ばれる１種またはそれ以上 の有機溶剤からなる群から選ばれた液体による逆洗によって行う請求の範囲第20 項に記載の方法。 22．深床濾材が、ガーネットサンド、珪砂、無煙炭、グラスウール及びそれら の混合物からなる群から選ばれる請求の範囲第21項に記載の方法。 23．前記工程（ｃ）〜（ｆ）を繰り返して、藻類懸濁液から、抽出可能な濃度 の有用成分を得る請求の範囲第15項に記載の方法。 24．食用油、天然香料、合成香料、石油化学溶剤、濃密ガス及びそれらの混合 物からなる群から選ばれた溶剤によって、脱水藻類から有用成分を抽出する工程 をさらに含んでなる請求の範囲第15項に記載の方法。 25．ａ）脱水藻類濃縮物を、食用油、天然香料、合成香料、石油化学溶剤、濃 密ガス及びそれらの混合物からなる群から選ばれた溶剤と接触させ； ｂ）藻類濃縮物と溶剤とを相分離させて、混合カロテノイドと溶剤を多く含む 粗抽出物相、藻類残渣のくず層、及びブラインを多く含むラフィネート相を生成 し；そして ｃ）粗抽出物中のカロテノイドを濃縮する 工程をさらに含んでなる請求の範囲第15項に記載の方法。 26．くず層を処理して、グリセロール、蛋白質、クロロフィル及びそれらの混 合物からなる群から選ばれる成分を回収する工程をさらに含んでなる請求の範囲 第25項に記載の方法。 27．前記食用油溶剤が、コーン油、大豆油、オリーブ油、ピーナッツ油、ゴマ 油及びそれらの混合物からなる群から選ばれ、前記天然香料が、リモネン、酪酸 エチル及びそれらの混合物からなる群から選ばれ、前記合成香料が、酢酸エチル 、プロピオン酸エチル、合成酪酸エチル、ベンズアルデヒド、合成リモネン及び それらの混合物からなる群から選ばれ、前記石油化学溶剤がヘプタン、キシレン 、塩化メチレン、クロロベンゼン及びそれらの混合物からなる群から選ばれ、且 つ前記濃密ガスが、二酸化炭素、エタン、プロパン、ブタン、クロロフルオロカ ーボン及びそれらの混合物からなる群から選ばれる請求の範囲第25項に記載の方 法。 28．食用油または香料中のカロテノイド抽出物をクロマトグラフィーによって 精製することをさらに含んでなる請求の範囲第27項に記載の方法。 29．ａ）脱水藻類を、食用油、天然香料、合成香料、石油化学溶剤、濃密ガス およびそれらの混合物からなる群から選ばれた第１の溶剤と接触させ； ｂ）脱水藻類と第１の溶剤とを相分離させて、カロテノイドと溶剤を多く含む 粗抽出物相、藻類残渣のくず層、及びブラインを多く含むラフィネート相を生成 し；そして ｃ）第１の溶剤を第２の溶剤と交換する 工程をさらに含んでなる請求の範囲第15項に記載の方法。 30．前記工程ｆ）からの脱水D．salinaを、十字流ミクロ濾過膜を通過させ、 そして藻類が枯渇したブラインの透過液流及び抽出可能な濃度の藻類を含む貯留 物流を生成する工程をさらに含んでなる請求の範囲第15項に記載の方法。 31．抽出可能な濃度の藻類を濃密ガスと接触させ、混合カロテノイドを濃密ガ ス中に抽出し、そして濃密ガスから混合カロテノイド を回収する工程をさらに含んでなる請求の範囲第30項に記載の方法。 32．１）水性懸濁液を微細気泡と接触させる前記工程ｄ）の前に、溶剤をブラ イン中に分散させ、 ２）脱水藻類と前分散溶剤とを相分離させて、混合カロテノイドと溶剤とを多 く含む粗抽出物相、藻類残渣のくず層及びブラインを多く含むラフィネート相を 形成し；そして ３）粗抽出物中のカロテノイドを濃縮する 工程をさらに含んでなる請求の範囲第15項に記載の方法。 33．ａ）D．salinaの水性懸濁液をその供給源から入手し； ｂ）約50〜200psigの圧力低下及び約100〜300％の再循環率％でポンプループ 中において狭窄部を通してブラインを循環させることによって、D．salina細胞 の少なくとも一部分を破裂させ； ｃ）前記工程ｂ）からのブラインを泡沫浮遊路中で処理して、藻類濃縮物を生 成し； ｄ）前記藻類濃縮物を十字流ミクロ濾過膜を通過させて、藻類が枯渇したブラ インの透過液流及び抽出可能な濃度の藻類を含む貯留物流を生成し； ｅ）抽出可能な濃度の藻類を濃密ガスと接触させ； ｆ）混合カロテノイドを濃密ガス中に抽出し；そして ｇ）該濃密ガスから混合カロテノイドを回収する 工程を含んでなる藻類Dunaliella salinaのブライン中懸濁液からの混合カロテ ノイドの回収方法。 34．前記工程ｇ）で回収されたカロテノイドから乾燥混合カロテノイド生成物 を製造する工程をさらに含んでなる請求の範囲第33項に記載の方法。 35．泡沫浮遊路中でブラインを処理して藻類濃縮物を生成する前 記工程ｃ）が、 ａ）ブラインを予備濃縮ゾーンに導人して、藻類濃度が適度に増加したブライ ンを回収し；そして ｂ）工程ａ）から回収されたブラインを、濃縮ゾーンに導入して、藻類濃縮物 を生成する 工程を含む請求の範囲第33項に記載の方法。 36．ブラインを泡沫浮遊路中で処理して藻類濃縮物を生成する前記工程ｃ）が 、 ａ）ブラインの液体ジェットを発生させ、そして、該液体ジェットを気体を通 してブライン中に噴射して、気体を微細気泡中に分散させ； ｂ）微細気泡とブラインとの順流によって微細気泡をブラインと緊密接触させ ； ｃ）気泡表面に藻類を吸着させて、気泡−藻類凝集物を形成し； ｄ）気泡−藻類凝集物を重力によってブラインから分離して、泡沫を得； ｅ）泡沫を気泡崩壊させ； ｆ）工程ａ）〜ｅ）を少なくとも１回繰り返して、第１の藻類濃縮物を得； ｇ）工程ｆ）に従って得られた第１の藻類濃縮物中に気体を散布して、気体を 微細気泡中に分散させ； ｈ）微細気泡と藻類濃縮物とを緊密接触させ； ｉ）工程ｃ）〜ｅ）を繰り返して、第２の藻類濃縮物を得る工程を含んでなる 請求の範囲第33項に記載の方法。 37．ａ）微小藻類の水性懸濁液をその供給源から入手する手段； ｂ）懸濁液からの藻類細胞の吸着気泡分離を促進するのに充分なだけ、藻類細 胞を破裂させる手段；ならびに ｃ）吸着気泡分離による懸濁液からの細胞の分離手段であって、気泡発生手段 、気泡を懸濁液と緊密接触させて気泡上に藻類細胞を吸着させることによって気 泡−藻類凝集物を形成する手段及び懸濁液から凝集物を分離する手段を含んでな る手段 を、流体連通されて含んでなる微小藻類の水性懸濁液の脱水システム。 38．脱水藻類から少なくとも１種の成分を抽出する手段をさらに含んでなる請 求の範囲第37項に記載のシステム。 39．前記細胞破裂手段からの破裂細胞を受容するための、流体速通された、水 性懸濁液を機械的に濾過する手段をさらに含んでなる請求の範囲第37項に記載の システム。 40．前記気泡発生手段が、水性懸濁液の液体ジェットを発生させ且つ気体を通 って懸濁液中に液体ジェットを噴射する手段；懸濁液中に気体を散布する手段； 気体を懸濁液中に導入し且つ懸濁液と気体とを剪断する手段；及びそれらの組み 合わせからなる群から選ばれた手段を含んでなる請求の範囲第37項に記載のシス テム。 41．気泡と藻類細胞とを緊密接触させる前記手段が、機械的混合手段、空気混 合手段、微細気泡と水性懸濁液の順流を提供する手段、微細気泡と水性懸濁液と の向流を提供する手段及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれる手段を含 んでなる請求の範囲第37項に記載のシステム。 42．藻類Dunaliella salinaのブライン中水性懸濁液を脱水するシステムであ って、ブライン中の藻類濃度を適度に増大するための予備濃縮ゾーンを規定する 、藻類の泡沫浮遊のための少なくとも１つの第１手段、ならびに藻類濃縮物を生 成するための濃縮ゾーンを規定する、前記第１手段と直列に流体連通された、藻 類の泡沫浮遊のための少なくとも１つの第２手段を有する泡沫浮遊路を含んでな るシステム。 43．前記予備濃縮ゾーン及び前記濃縮ゾーンが各々、機械的セル、空気セル及 びそれらの組み合わせからなる群から選ばれた、直列または並列に流体連通され た、１個またはそれ以上の泡沫浮遊装置を含んでなる請求の範囲第42項に記載の システム。 44．前記空気セルが、ジェームソンセル、MSTLFLOカラム、気泡カラム、ASHユ ニット、EKOFLOTセル、微細気泡浮遊カラム及びそれらの組み合わせからなる群 から選ばれる請求の範囲第43項に記載のシステム。 45．予備濃縮ゾーンを規定する前記手段がジェームソンセルを含む請求の範囲 第42項に記載のシステム。 46．濃縮ゾーンを規定する前記手段が、藻類濃度が適度に増大されたブライン を受容する予備濃縮ゾーンを規定する前記手段と直列に流体連通された第１のジ ェームソンセル濃縮機、及び第１のジェームソンセル濃縮機と直列に流体連通さ れた第２のMSTLFLOカラム濃縮機を含む請求の範囲第42項に記載のシステム。 47．藻類細胞を破裂させる手段をさらに含んでなり、前記手段が、破裂藻類細 胞を予備濃縮ゾーンに供給するための、予備濃縮ゾーンを規定する前記手段と流 体連通している請求の範囲第42項に記載のシステム。 48．前記細胞破裂手段が、狭窄部を有するポンプループを含んでなる請求の範 囲第47項に記載のシステム。 49．予備濃縮ゾーンを規定する泡沫浮遊するための前記第１手段が、少なくと も１つのダウンカマー及び１つのライザーを有するジェームソンセルを含み、前 記ダウンカマーが供給材料入り口を有し、ジェームソンセルが藻類細胞を破裂さ せる手段を含み、前記破裂手段が、供給材料が充分な圧力で通る際に細胞が破裂 される狭窄部 を、ダウンカマー中に供給材料入り口に隣接して含む請求の範囲第42項に記載の システム。 50．ａ）藻類Dunaliella salinaを含むブラインをその供給源から入手するた めのポンプ； ｂ）前記ポンプを通してブラインを再循環するライン； ｃ）次の泡沫浮遊のために藻類細胞を充分に破裂させることができる、圧力低 下を前記ライン中に生じる、前記ライン中の狭窄部； ｄ）藻類濃度が適度に増大されたブラインを回収する、前記ポンプと流体連通 している第１のジェームソンセル； ｅ）ブライン中の藻類をさらに濃縮する、第１のジェームソンセルと流体連通 している第２のジェームソンセル； ｆ）少なくとも約2,000ppmの藻類濃縮物を生成する第２のジェームソンセルと 流体連通しているMSTLFLOカラム； ｇ）藻類濃度が少なくとも約10,000ppmの貯留物を生成する、MSTLFLOカラムと 流体連通している十字流ミクロフィルター； ｈ）前記藻類濃縮物から混合カロテノイドを抽出する、前記十字流ミクロフィ ルターと流体連通している抽出ユニット を含んでなる藻類Dunaliella salinaのブライン中水性懸濁液から混合カロテノ イドを回収するシステム。 51．破裂された細胞を受容し、細胞を濾過し、そして濾過された細胞を第１の ジェームソンセルに運搬するために配置された深床フィルターをさらに含んでな る請求の範囲第50項に記載のシステム。