JP2014014284A - 藻類含有組成物および藻類含有組成物製造システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】キトサンと、微細藻類と、を含み、前記微細藻類が、バイオ燃料に変換可能な油脂を抽出された後の抽出残渣であって、食品、飼料、または肥料の添加剤として用いられることを特徴とする藻類含有組成物により上記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
このような状況下、固定化された二酸化炭素を含有する化石燃料をエネルギーとして使用することは、固定化された二酸化炭素を再度大気中へ放出することにつながるため、環境問題となっている。また、化石燃料は有限な資源であるため、枯渇の問題もある。
上記のような問題を解決するために、化石燃料以外の燃料源が必要とされており、高等植物や藻類を原料としたバイオ燃料の開発に対する期待が高まっている。
一方、池や沼に広く生息する光合成微生物や原生動物といった藻類は、植物と同様の光合成能を持ち、水と二酸化炭素から炭水化物や脂質を生合成し、これらを細胞内に蓄積する。その生産量は高等植物に比べて高く、例えばパームと比較して、単位面積当たりで10倍以上の生産量が達成されることが知られている。
例えば、特許文献1には、藻類に含まれる成分の全て、又は一部を含有する、微生物培養用の添加剤が提案されている。
また、特許文献2には、液体中に分散している藻類を凝集分離させる方法であって、藻類が分散しているpH2.0〜4.0の液体にアルカリ性無機凝集剤を添加し、次いでカチオン性高分子凝集剤を添加することを含む方法が提案されている。
また,非特許文献1には、微細藻類の溶液からの回収方法について、キトサンを凝集剤として使用した技術が提案されている。
しかしながら、藻類をバイオ燃料として用いる場合、藻類の油脂含有率は、種や培養環境により異なるが、20〜70%程度であることから、バイオ燃料のために油脂を抽出した後には、大量の藻類細胞が抽出残渣として発生してしまう。そして、この抽出残渣はタンパク質、色素、ビタミン類など、人や動植物に対して有用な成分を含んでいる。
したがって、特許文献1、特許文献2および非特許文献1に係る技術は、この抽出残渣を考慮した技術ではないことから、藻類の有効利用に関し、更なる向上の余地が存在していた。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の本発明の実施形態の説明により明らかにされる。
≪藻類含有組成物≫
本発明の実施形態に係る藻類含有組成物は、キトサンと、微細藻類と、を含んで構成されるとともに、この微細藻類が、バイオ燃料に変換可能な油脂を抽出された後の抽出残渣であることを特徴とする。また、藻類含有組成物は、食品、飼料、または肥料の添加剤として用いられる。
藻類含有組成物が、食品、飼料、または肥料の添加剤として用いられることにより、用途がバイオ燃料に限定されないことから、微細藻類の多段階利用が可能となるため、微細藻類の有効利用性を大幅に向上させることができる。
なお、本願における飼料とは、家畜、家禽、養魚などの飼育される動物に餌として与えられるものを示す。
微細藻類とは、微細な藻類であり、細胞内外に油脂および炭水化物を蓄積する藻類である。この微細藻類としては、ユーグレナを挙げることができる。ユーグレナは鞭毛虫の一群で、運動性のある藻類として有名なミドリムシを含む。大部分のユーグレナは、葉緑体を持っており、光合成を行って独立栄養生活を行うが、捕食性のものや吸収栄養性のものもある。
なお、ユーグレナ(Euglena)は、動物学と植物学の双方に分類される属である。
Euglenoidinaには、属としてEuglena、Trachelemonas、Strombonas、Phacus、Lepocinelis、Astasia、Colaciumが含まれる。
さらに、シアノバクテリアとしては、アナベナ(Anabaena)属に属するアナベナ・バリアビリス(Anabanena variabilis)ATCC 29413、シアノテセ(Cyanothece)属のCyanothece sp.ATCC 51142、シネココッカス(Synechococcus)属に属するSynechococcus sp.PCC 7942およびアナシスティス(Anacystis)属に属するアナシスティス・ニデュランス(Anacystis nidulans)、好熱性シアノバクテリアなどを挙げることができる。
キトサンとは、多糖類の一種であり、グルコサミンの重合物である。そして、キトサンは、エビやカニなどの甲殻類の殻が原料であり、キトサンの製造工程において、原料生物のタンパク質が除去されていることが好ましい。また、キトサンは、分子量が100万以上の高分子キトサンであることが好ましい。100万以上の高分子キトサンを用いることにより、十分な凝集効果を確保することができる。
≪藻類含有組成物製造システム≫
図1は、本発明の実施形態に係る藻類含有組成物製造システムの構成を示す説明図である。
藻類含有組成物製造システム1は、培養手段10と、溶解手段11と、攪拌手段12と、回収手段13と、返送手段14と、油脂抽出手段15と、を備える。
培養手段10は、微細藻類を培養する手段であり、培養液(培地)と、当該培養液を保持する培養槽と、を含んで構成される。
なお、複数の培養処理(例えば、前培養と本培養)を行う必要のある場合、培養手段10は、各培養処理に適合する培養液と、培養槽と、をそれぞれ含んで構成される。
なお、培養手段10の培養液は、用いる微細藻類に適した培養液を用いればよく、これに限定されるものでないことは言うまでもない。
また、培養に用いる培養液によっては、微細藻類による栄養源の吸収により、pHを3.0〜4.0の酸性に維持することも可能である。
溶解手段11は、キトサンを溶解する手段であり、キトサンを溶解する溶解液と、当該溶解液を保持する溶解槽と、を含んで構成される。
キトサンは、水・アルカリに不溶であるが、低濃度の塩酸・硝酸などの鉱酸、酢酸・ギ酸などの有機酸に溶解する。しがたって、キトサンを溶解させるために、溶解手段11の溶解液は、酸を用いるのが好ましく、0.5%酢酸溶液や0.1規定塩酸溶液が更に好ましい。
そして、溶解手段11の溶解液に、終濃度0.5重量%程度となるようにキトサンが加えられるとともに、緩やかに攪拌子等により攪拌されることで、キトサンが溶液の状態となる。
培養液へのキトサンの添加量は、培養液中の藻体濃度(乾燥重量基準)に対し0.10wt%以上であると藻体の沈降性を向上させることができる。より好ましくは、培養液中の藻体濃度(乾燥重量基準)に対し0.35wt%〜0.50wt%の添加濃度であると沈降性がさらに向上する。
攪拌手段12は、培養手段10から流路21を介して供給される微細藻類を含んだ培養液と、溶解手段11から流路22を介して供給されるキトサンを含んだ溶解液とを、所定の速度勾配で攪拌(以下、適宜、急速攪拌という)させた後、前記所定の速度勾配未満の速度勾配で攪拌(以下、適宜、緩速攪拌という)させることにより、微細藻類とキトサンとのフロックを形成させる手段である。
そして、攪拌手段12は、攪拌子と、当該攪拌子により攪拌される溶液を保持する攪拌槽(タンク)と、を含んで構成される。
攪拌手段12の急速攪拌によると、培養液と溶解液とを急速に攪拌させることで、培養液に含まれる微細藻類と溶解液に含まれるキトサンとを均一に混合させることができる。そして、攪拌手段12の急速攪拌は、微細藻類とキトサンとが均一になるまで攪拌されることが好ましい。
G[1/s]=((CD×Ap×v3)/(2×ν×Vol))1/2
ここで、CD:撹拌翼の抵抗係数(≒1.5),Ap:撹拌翼断面積,v:撹拌翼端速度,ν:溶解液の動粘性係数,Vol:撹拌槽容積
なお、速度勾配G値を大きくすることができれば、滞留時間T値を短くすることができる。
攪拌手段12の緩速攪拌によると、培養液と溶解液とを緩やかに攪拌させることで、微細藻類とキトサンとの接触を促し、微細藻類とキトサンとのフロックを形成させ、フロックを粗大化させることができる。その結果、微細藻類が溶液中に分散した状態で存在することが困難となり、後記する回収手段13において微細藻類をフロックの状態で沈降させ易くすることができる。
なお、攪拌手段12の緩速攪拌は、前記した急速攪拌と比較し、速度勾配G値[1/s]が小さい。
そして、攪拌手段12の緩速攪拌は、攪拌により生じるせん断応力によりフロックが破壊されるのを防ぐため、速度勾配G値[1/s]は100[1/s]以下にするのが好ましい。緩やかな攪拌をおこない、滞留時間T値[s]を確保することで、沈降性のよいフロックを形成させることができる。
回収手段13は、微細藻類とキトサンとのフロックを溶液から回収する手段であり、回収対象(フロック)と、回収対象外(溶液)と、に分離することができる。
そして、回収手段13は、低動力で濃縮することが可能な、自然沈降を利用した沈降分離手段であることが好ましく、少なくとも、溶液を保持する沈降槽を含んで構成される。ここで、自然沈降を利用した沈降分離を行う回収手段13としては、例えば、シックナー型沈降槽や超高速沈殿装置を用いることができる。
なお、回収手段13は、フロックを回収するに際して、微細藻類をフロック状として濃縮し、フロック中の含水率を低下させることから、濃縮手段とも示すことができる。
また、更にフロック中の含水率を低下させたい場合は、回収手段13として、乾燥機を適用することにより、水分を蒸発させてもよい。この場合、乾燥時の温度は、細胞内外の油脂の沸点以下で行うことが望ましい。なお、乾燥は、日干しや熱風乾燥、凍結乾燥などによって行うこともできるが、工場や焼却施設などから排出される排ガスや排蒸気が持つ廃熱を利用するとよい。迅速、確実かつ別途のエネルギーを必要とすることなく、好適に乾燥を行うことができるからである。
なお、回収手段13は、所望のフロックの含水率を考慮して、上記手段のうちから1つの装置(手段)を適用してもよいし、上記手段のうちから複数の装置(手段)を組み合わせて適用してもよい。
返送手段14は、回収手段13で回収されなかった溶液(回収対象ではない溶液)、つまり、フロックをほとんど含有していない回収対象外の溶液を、培養液として培養手段10に返送する手段である。
そして、返送手段14は、回収手段13と培養手段10とに連通し、溶液を流通させる配管を含んで構成される。
油脂抽出手段15は、微細藻類が細胞内外に蓄積した油脂を抽出する手段であり、油脂を抽出するとともに、油脂を抽出された後の微細藻類の抽出残渣と、キトサンと、を含んだ藻類含有組成物を回収する手段である。
そして、油脂抽出手段15は、溶媒抽出法により油脂を抽出する場合は、有機溶媒と、当該有機溶媒を保持する抽出槽と、を含んで構成される。
油脂抽出手段15の有機溶媒に溶解する油脂は、バイオ燃料として回収され、油脂を抽出された後の有機溶媒に溶解しなかった微細藻類(抽出残渣)と、キトサンとは、藻類含有組成物として回収される。
なお、微細藻類から油脂を抽出しない場合は、油脂抽出手段15を設けなくてもよい。
図2は、本発明の実施形態に係る藻類含有組成物製造システムの動作のフローチャートを示す説明図である。
藻類含有組成物製造システムは、微細藻類培養工程S1、キトサン添加工程S2、急速攪拌工程S3、緩速攪拌工程S4、回収工程S5、をこの順番で行い、回収工程S5で回収されなかった溶液(回収対象外)に対し、返送工程S6を行うとともに、回収工程S5で回収されたフロック(回収対象)に対し、油脂抽出工程S7を行う。
なお、複数の培養処理(例えば、前培養と本培養)を行う必要のある場合は、配管等で連結された複数の培養手段10を、上記と同様に制御すればよい。
なお、キトサンの溶解液への溶解は事前に行われていても、前記各工程と並行して行われてもよい。
また、本発明の実施形態に係る藻類含有組成物製造システムについては、温度、pH、濃度等に対する各種測定装置を各手段に備え、当該測定装置の結果に基づき、ECUが判定し各手段に信号を送るという構成となっていてもよい。
なお、藻類含有組成物製造システムにおいて、明示していない条件および構成については、従来公知の条件および構成を用いればよく、前記各手段の処理によって得られる効果を奏する限りにおいて、その条件および構成を適宜変更できることは言うまでもない。
≪藻類含有組成物の効果≫
微細藻類のようなバイオマスについては、利用分野として5F、すなわち、Food(食べ物)、Fiber(繊維)、Feed(飼料)、Fertilizer(肥料)、そしてFuel(燃料)が存在し、この順番で価格が下がっていく。このことを考慮すると、微細藻類を用いたバイオ燃料生産の経済性を高めるとともに、微細藻類を有効利用するためには、燃料を抽出した後に発生する抽出残渣を上記分野に対して多段階利用する必要がある。
本発明の実施形態に係る藻類含有組成物は、微細藻類として、バイオ燃料に変換可能な油脂を抽出された後の抽出残渣を用いていることから、まず、微細藻類の油脂をバイオ燃料に使用することができるとともに、従来、使用されていなかった抽出残渣を価値の高い食品・飼料・肥料の添加剤として使用できる。つまり、本発明の実施形態に係る藻類含有組成物によると、微細藻類の多段階的な利用が可能となるとともに、バイオ燃料の副産物である微細藻類の残渣に高付加価値を付与することができることから、微細藻類の経済性・有効利用性を大きく向上させることができる。
本発明の実施形態に係る藻類含有組成物製造システムは、油脂抽出手段により、微細藻類から油脂を抽出することができるとともに、油脂を抽出された後の微細藻類の抽出残渣と、キトサンと、を含んだ藻類含有組成物を回収することができるため、微細藻類の油脂をバイオ燃料に使用することができるとともに、従来、使用されていなかった抽出残渣を価値の高い食品・飼料・肥料の添加剤として使用できる。つまり、本発明の実施形態に係る藻類含有組成物製造システムによると、微細藻類の多段階的な利用が可能となるとともに、バイオ燃料の副産物である微細藻類の残渣に高付加価値を付与することができることから、微細藻類の経済性・有効利用性を大きく向上させることができる。
加えて、本発明の実施形態に係る藻類含有組成物製造システムは、簡易に入手可能であるとともに、大量に培養可能な微細藻類である、Euglena属に属する藻類を使用していることから、藻類含有組成物自体のコストを低減させることができるとともに、大量生産等の工業性にも優れるという効果を発揮する。
なお、AY培地とは、ユーグレナの従属栄養培地として一般的に使用されるKoren−Hutner培地からグルコース、リンゴ酸、アミノ酸等の従属栄養成分を除いた独立栄養培地である。
培養容器はマグネチックスターラーSRSB10LA(ADVANTEC)の上に置いた恒温水槽内に設置し、6cmの攪拌子を用いて300rpmの強度で攪拌した。
光照射は、屋外の昼夜条件に近づけるため、12時間点灯後に12時間消灯する明暗サイクルとした。また、炭素源として0.1vvm(200ml/min)の流量で15%濃度のCO2を通気した。
なお、窒素欠乏AY培地は表2に示す組成の培地であり、希硫酸を用いてpH3.5に調整してからオートクレーブ滅菌を行った。
なお、光照射は、暗期の開始を培養開始0時間とし、12時間後にメタルハライドランプが点灯、24時間後に消灯、36時間後に再度点灯という明暗サイクルとした。
特に、ユーグレナは、健康食品等にも使用されている通り、簡易に手に入る微生物であるとともに、大量に培養することが可能である。したがって、本発明の実施例に係る藻類含有組成物製造システムによれば、ユーグレナから良質なワックスエステルを大量に回収することができる。さらに、本発明の実施例に係る藻類含有組成物製造システムによれば、油脂を抽出した微細藻類を食品等にも適用することができることから、クリーンなエネルギーを安定的に供給できるとともに、ユーグレナを多段階的に有効利用できることがわかった。
10 培養手段
11 溶解手段
12 攪拌手段
13 回収手段
14 返送手段
15 油脂抽出手段
Claims (4)
- キトサンと、微細藻類と、を含み、
前記微細藻類が、バイオ燃料に変換可能な油脂を抽出された後の抽出残渣であって、
食品、飼料、または肥料の添加剤として用いられることを特徴とする藻類含有組成物。 - 前記微細藻類が、Euglena属に属する藻類であることを特徴とする請求項1に記載の藻類含有組成物。
- 微細藻類を培養液により培養させる培養手段と、
キトサンを溶解液により溶解させる溶解手段と、
前記培養手段で培養された微細藻類を含んだ培養液と前記溶解手段で溶解されたキトサンを含んだ溶解液とを、所定の速度勾配で攪拌させた後、前記所定の速度勾配未満の速度勾配で攪拌させることにより、微細藻類とキトサンとのフロックを形成させる攪拌手段と、
前記攪拌手段により形成されたフロックを回収する回収手段と、
前記回収手段により回収されなかった溶液を培養液として前記培養手段に返送する返送手段と、
前記回収手段により回収されたフロックを構成する微細藻類から油脂を抽出するとともに、油脂を抽出された後の微細藻類の抽出残渣と、キトサンと、を含んだ藻類含有組成物を回収する油脂抽出手段と、
を備えることを特徴とする藻類含有組成物製造システム。 - 前記微細藻類が、Euglena属に属する藻類であることを特徴とする請求項3に記載の藻類含有組成物製造システム。
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