JP2004081157A

JP2004081157A - 光合成微生物の培養方法と培養装置

Info

Publication number: JP2004081157A
Application number: JP2002249380A
Authority: JP
Inventors: Terubumi Matsumoto; 松本　光史
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】海水、湖沼、池ダム湖等の環境水中で光合成微生物等の大量培養増殖を行なえる光合成微生物の培養方法と培養装置を提供すること。
【解決手段】水は浸透するが微生物類を阻止するフイルター機能を有する光透過性のチューブ状構造物を光照射下の環境水中に設置し、該チューブ状構造物中へ培養槽から光合成微生物を供給し浸透してくる環境水中の富栄養分を摂取させながらチューブ状構造物中で光合成微生物の培養増殖を行なわせることを特徴とする光合成微生物の培養方法、及びチューブ状構造物の両端部が培養槽からの光合成微生物懸濁液のポンプによる循環ラインと接続されて、該チューブ状構造物内での光合成微生物の連続培養増殖が行なえるように構成された光合成微生物の培養装置。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海水、湖沼、ダム湖等の環境水中を利用してチューブ状構造物の中で光合成微生物を効率良く、大量に培養できる光合成微生物の培養方法と培養装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微生物の性質を調べ、かつ再現性のあるデータを得るためには、その微生物を管理された環境下で人工的に培養することが必須である。特に、バイオテクノロジーの分野では培養はすべての問題の基礎として重要である。
現在、クロレラやスピルリナなどの光合成微生物の工業的な培養は、池（プール）などを使って行なわれている。この方法では、光合成微生物の生産性から広大な敷地を必要とする。また、開放系であるために、雑菌類の混入が起こる危険が高かった。これらの欠点を改善する為に、封鎖系でのフォトバイオリアクターによる様々な培養装置の開発が行なわれている。一般に、光合成微生物を効率的に培養するには高効率で、高価なフォトバイオリアクター、または広大な敷地を要する培養設備が必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前者のフォトバイオリアクターは設備の汎用性が小さく、培養容積に限界がある。後者では広大な敷地を必要となるため、日本のような陸地面積が少ない国では光合成微生物の生産が行なえない。ところで海水、湖沼、ダム湖等の環境水には、特に海洋光合成微生物の生育に必要な太陽光や栄養塩等が十分に存在する。また、富栄養化した環境水では、光合成微生物が爆発的に増殖し赤潮などを形成している。従って、本発明の目的は、かかる海水、湖沼、ダム湖等の環境水面を光合成微生物の大量培養を行なう敷地とみなし、そこで光合成微生物等の大量培養増殖を行なえる光合成微生物の培養方法と培養装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために環境水面で簡便にかつ雑菌の混入がない光合成微生物の大量培養方法について研究した結果、環境水は透過できるが微生物のフイルター機能を有する光透過性のチューブ状構造物を環境水中に浸漬し、そこで光合成微生物が浸透する環境水中の窒素、リンなどの富栄養素を摂取しながら、高い増殖能力や代謝産物生産能力を維持して増殖できることを見出し本発明を完成した。
【０００５】
すなわち、本発明の光合成微生物の培養方法は、水は浸透するが微生物類のフイルター機能を有する光透過性のチューブ状構造物を光照射下の海水、湖沼、ダム湖などの環境水中に設置し、該チューブ状構造物中へ培養槽から光合成微生物を供給し浸透してくる環境水中の富栄養分を摂取させながらチューブ状構造物中で光合成微生物の培養増殖を行なわせることを特徴とする。
【０００６】
上記本発明におけるチューブ状構造物は、孔径が０．４５μｍ以下の隙間や貫通孔を有する多孔性の透明高分子材からチューブ（中空管状）に成形されたものが望ましい。
上記本発明におけるチューブ状構造物は、海水中に水平方向に浸漬させて太陽光照射と海水中の栄養塩分を取り込み光合成微生物の培養増殖を行なわせるのに有効で好ましい培養方法である。
【０００７】
また本発明の光合成微生物の培養装置は、水は浸透するが微生物類のフイルター機能を有する光透過性のチューブ状構造物が光照射下の環境水中に設置され、且つ、該チューブ状構造物の両端部が培養槽からの光合成微生物懸濁液のポンプによる循環ラインと接続されて、該チューブ状構造物内での光合成微生物の連続培養増殖が行なえるように構成されたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に使用する水は浸透するが微生物類のフイルター機能を有する光透過性のチューブ状構造物に使用する材質としては、セルロース系、ポリエステルスルホン系、ポリカーボネート系、ナイロン系等が挙げられる。また、市販品としては例えば、Ｓｅａｍｌｅｓ　ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　ｔｕｂｉｎｇ（三光純薬株式会社）が挙げられる。フイルター機能を有する光透過性チューブ状構造物のこれら透明高分子材から成形した中空管状のチューブ状構造物の半径または長さ等は任意に設定可能であり、環境水中に設置する際の容積確保の自由度が大きい。かかるチューブ（中空管状）管壁面には高分子材質に起因して孔径０．１ｎｍ〜０．４５μｍ程度の多数の細隙や貫通孔等を有する。かかる貫通孔等によって水は浸透するが雑菌等の微生物類を阻止するフイルター機能が発揮されて、特に開放系における雑菌類の微生物の混入が起こる危険を防止することができる。
【０００９】
本発明で対照とする光合成微生物類とは、淡水や海水に生息するシアノバクテリア類や光合成細菌類、クロレラやドナリエラ、ヘマトコックスなどの淡水、海水性の緑藻類、ＤＨＡやＥＰＡを多く含む淡水、海水性紅藻類、飼料などや油脂生産などに利用できる淡水、海水性珪藻類、ハプト藻類などが挙げられる。
本発明で得られるこれら培養された光合成微生物類は、適宜専用のバイオリアクターでさらに培養増殖させることで、光合成微生物類を利用したＤＨＡ、ＥＰＡ、ＡＡなどの有用脂肪酸や、β−カロチンやアスタキサンチン、リコピンなどの色素類、抗ガン、抗ウイルス、コレステロール低下作用、糖尿病予防、植物成長ホルモンの活性を持つ生理活性物質などの物質の生産や、稚魚、稚貝などの飼料生産などに利用することができる。
【００１０】
本発明で使用される環境水は、光合成微生物類の栄養素である窒素源（硝酸塩、アンモニウム塩など）、リン酸塩（無機、有機リン酸）、二酸化炭素を含有し、且つ光合成に必要な太陽光、又は光照射装置からの人工太陽光が照射されている環境下のものであれば、海水、湖沼、池、ダム湖等の環境水が利用できる。また本発明の光合成微生物の培養装置の設置位置としては、環境水の存在する現地が好ましいが、適宜、工場内のタンク等に環境水を移して利用してもよい。特に光合成微生物の大量生産性の面からは、太陽光の照射を受ける広大な敷地が利用できる海水現地が好ましい。
この場合、太陽光照射下の海水中で循環ラインから供給されるチューブ状構造物中の光合成微生物は、フイルター機能で雑菌を取り除いた環境水から栄養塩である窒素、リン、二酸化炭素を吸収し増殖する。つまり栄養塩の供給は特に必要としない。ただし環境水中の栄養塩が少ない場合は、別途栄養塩を光合成微生物を含む懸濁液中に添加し培養を行なえる。
【００１１】
またチューブ状構造物は、特に好ましくは環境水中にて水平方向に配列して浸漬させ、太陽光照射と環境水の栄養塩分を取り込み光合成微生物の培養増殖を行うことが望ましい。この場合のチューブ状構造物の半径または長さ等は任意であり、所望の容積となるように連続した長尺体をＵ字状に屈曲して配列し、これを海水等の環境水面下に設置する。長尺体はＵ字状だけでなく容易に変化させることができるため、どのような場所でも設置可能である。かかるチューブ状構造物中へは培養槽から任意の手段で光合成微生物を供給し、浸透してくる環境水中の富栄養分を摂取させながら、かかるチューブ状構造物の中で光合成微生物を培養するものである。増殖した光合成微生物の一部は培養槽から回収する。光合成微生物の一部を回収後、培養槽へは、光合成微生物に対して、回収した等量だけ適時必要最低限量の栄養円を組む培地を加えて連続的に培養を行なうものである。
【００１２】
次に本発明の光合成微生物の培養装置としては、上記した光透過性のチューブ状構造物が光照射下の環境水中に設置され、且つ、該チューブ状構造物の両端部が培養槽からの光合成微生物懸濁液のポンプによる循環ラインと接続されて、該チューブ状構造物内での光合成微生物の連続培養増殖が行なえるように構成されたことを特徴とする。かかる本発明の光合成微生物の培養装置を用いると、陸上ではなく環境水面を介して光合成微生物を拡散させずに、集約的に培養が行なえるようになる。また、環境水中の栄養塩を摂取しながら増殖するため、海水、湖沼、池、ダム湖等の赤潮発生等の富栄養化を防止することも可能である。特に海水面を光合成微生物の培養の敷地としてチューブ状構造物を水平方向に配列して浸漬し、ポンプ装置などにより光合成微生物の懸濁液を培養槽から絶えず循環供給しながら連続培養を行なえるので、工業的な大量生産設備として好ましい。
【００１３】
【作用】
本発明の光合成微生物の培養装置を用いると、陸上ではなく環境水面で光合成微生物を拡散させずに、集約的に培養が行なえるようになる。また、雑菌類の混入が起こる危険もなく環境水中の栄養塩を摂取しながら増殖するため、富栄養化を防止することも可能である。
【００１４】
【実施例】
次ぎに実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。本発明はこの実施例に限定されない。
【００１５】
実施例１
実施例で使用した光合成微生物の培養実験装置を図１に示す。
図１において、セルロースを主成分とする高分子材で成形した直径１０ｍｍ、長さ５０ｃｍの長尺の光透過性チューブ１をＵ字状に屈折させて配列し先端側の主要部を模擬環境水を貯留した４０リットル容積のタンク２中に浸漬し、両端側を培養槽３に設置したぺリスターポンプ４に接続して循環ラインを形成させる。タンク上方には３ｋｌｕｘの光を照射できる光照射装置５を設置してある。
本実施例に用いたモデルの光合成微生物は、淡水性シアノバクテリア、シネコシスティス、ＰＣＣ６８０３株（Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ　ｓｐ　ＰＣＣ６８０３）を使用した。培地として蒸留水に硝酸塩やリン酸塩の無機塩類及び種々の微量金属を補足したＢＧ−１１培地を使用した。
【００１６】
また、模擬環境水には、ＢＧ−ｌｌ培地を用いた。また、実験中は栄養塩の取りこみが分かりやすいようにＳｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ　ｓｐ．　ＰＣＣ６８０３の懸濁液は１／１０の窒素、リン濃度のＢＧ−１１培地を用いた。
チューブの中の初期細胞濃度が１．０×１０^６ｃｅｌｌｓ／ｍｌになるように調整した細胞懸濁液３５ｍｌを添加し、３０ｃｍのチューブを模擬環境水が入ったタンク内に浸漬し、ぺリスターポンプで静かに循環しながら培養を行なった。
【００１７】
培養開始から、３日後から培養液中の細胞数が増加し始めることが確認され、培養１２日目に培養液の細胞濃度が２．８４×１０^８ｃｅｌｌｓ／ｍｌに達した。さらに、模擬循環水中の栄養塩濃度も、培養が経過するにつれて減少することが確認された。これによって、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ　ｓｐ．　ＰＣＣ６８０３が、フィルター効果を持つチューブを透過した模擬環境水から栄養塩を摂取（獲得）しながら増殖していることが確認された。また、チューブ内の培養液への雑菌の混入は確認されなかった。
【００１８】
比較例
環境水をただの蒸留水に置き換えて同様な実験を行なったところ、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ　ｓｐ．　ＰＣＣ６８０３の顕著な増殖は確認されなかった。
また、チューブ内の培養液への雑菌の混入は確認されなかった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の培養方法及び装置を用いることで、開放下の環境水中で雑菌の混入を防ぎ、環境中の栄養塩を利用しながら、光合成微生物の集約培養的な培養が行なえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の一例を示す光合成微生物の培養装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１　光透過性チューブ
２　環境水貯留タンク
３　培養槽
４　ぺリスターポンプ
５　光照射装置

Claims

水は浸透するが微生物類を阻止するフイルター機能を有する光透過性のチューブ状構造物を光照射下の海水、湖沼、ダム湖などの環境水中に設置し、該チューブ状構造物中へ培養槽から光合成微生物を供給し浸透してくる環境水中の栄養塩分を摂取させながらチューブ状構造物中で光合成微生物の培養増殖を行なわせることを特徴とする光合成微生物の培養方法。
チューブ状構造物は、孔径が０．４５μｍ以下の隙間や貫通孔を有する多孔性の透明高分子材から構成されている請求項１に記載の光合成微生物の培養方法。
チューブ状構造物は、海水中に水平方向に浸漬させて太陽光照射と海水中の栄養塩分を取り込み海洋光合成微生物の培養増殖を行なわせる請求項１又は２に記載の光合成微生物の培養方法。
水は浸透するが微生物類を阻止するフイルター機能を有する光透過性のチューブ状構造物が光照射下の環境水中に設置され、且つ、該チューブ状構造物の両端部が培養槽からの光合成微生物懸濁液のポンプによる循環ラインと接続されて、該チューブ状構造物内での光合成微生物の連続培養増殖が行なえるように構成されたことを特徴とする光合成微生物の培養装置。