JP2015053863A - 光合成微生物の分離システム及びその分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光合成微生物を十分に沈降させて培養液から分離可能な光合成微生物の分離システム及び光合成微生物の分離方法を提供する。
【解決手段】光合成微生物を含む培養液において、含まれる前記光合成微生物を前記培養液中で沈降させて前記光合成微生物を前記培養液から分離する光合成微生物の分離システムであって、前記培養液の溶存酸素濃度を低減する溶存酸素低減装置（散気管３及びブロア８）を有する溶存酸素低減槽１を備えるものとする分離システム１０及びその分離方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、光合成微生物の分離システム及びその分離方法に関する。

バイオ燃料は、バイオマス由来の原料から生産された燃料である。バイオ燃料には、例えば、炭水化物を糖化しアルコール発酵を経て生産されるバイオエタノール、植物油の主成分であるトリグリセリドやワックスエステル等の中性脂質（油脂）から生産されるバイオディーゼルやバイオジェット燃料等がある。

バイオマスが例えば植物のように光合成能を有する場合、バイオマスは、光エネルギと二酸化炭素とから、油脂や炭水化物等を生産することができる。そして、生産された油脂や炭水化物はバイオ燃料の原料となるため、これにより、環境負荷の低い燃料を生産することができる。

バイオ燃料の原料となるバイオマスとしては、例えば、大豆、トウモロコシ、パーム等の可食性作物が知られている。しかしながら、可食性作物を原料とする場合、食糧不足への懸念がある。また、バイオマスとして、ジャトロファ、カメリナ等の非食性植物の利用も検討されているが、これらは、単位面積当りのバイオ燃料の生産量の点で課題がある

そこで、池や沼に広く生息する光合成微生物や原生動物等の利用が検討されている。これらは植物と同様に光合成能を有し、光エネルギと二酸化炭素とから、油脂や炭水化物を生合成することができる。そして、光合成微生物や原生動物等は、自身の細胞の数十質量％に相当する量の油脂や炭水化物を生合成し、細胞内に蓄積する。光合成微生物や原生動物等による生産量は前記の植物に比べて多く、具体的には、単位面積あたりで、油脂や炭水化物の生産量が多いといわれるパームの１０倍以上になる。

光合成微生物を用いてバイオ燃料を生産する場合、光合成微生物は、例えば屋内や屋外に設置された、無機塩類を含む培養液（培地）を貯留させた水槽内で、太陽光や人工光が照射されて培養される。このとき、光合成微生物は培養液中で分散しているため、水槽の下方の光合成微生物まで光が到達しにくい。そのため、光合成により増殖する光合成微生物の場合、下方の光合成微生物での光合成が阻害され易く、培養液中で高密度培養を行うことが難しい。そこで、光合成微生物の高密度化が行われることがある。また、培養された光合成微生物からバイオ燃料を抽出するときにも、同様に高密度化されることがある。

高密度化の具体的な方法としては、例えば、培養液を遠心分離したり、培養液をろ過したりすること等が挙げられる。しかし、遠心分離では、運転に多くの電力を使用するため、低密度の大量の培養液を処理することは非効率的である。また、ろ布や膜を使ったろ過では、目詰まりして処理効率が低下することがある。

そこで、このような光合成微生物の高密度化に関連する技術として、特許文献１〜３の技術が知られている。例えば特許文献１には、微細藻類培養時の増殖藻体の分離回収方法において、藻類培養液に光を照射することにより藻体の沈降性を向上させた後、藻体と培地とを分離することが記載されている。

また、特許文献２には、第１の海水使用微細藻類培養槽において、培養液のｐＨが６．５〜８．５になるようにＣＯ₂ガスを制御しつつ吹き込んで光照射の下で微細藻類を培養し、一定濃度にまで微細藻類が増殖した後、該微細藻類を第２の海水使用微細藻類培養槽に供給し、該第２の培養槽の培養液のｐＨが８．５〜９．５になるようにＮａ₂ＣＯ₃を制御しつつ添加して光照射の下で微細藻類を更に培養することが記載されている。さらに、特許文献３には、微生物培養液にベントナイトを添加した後に高分子凝集剤を添加して凝集させ、脱水操作を行うことが記載されている。

特開平７−２８９２４０号公報 特開平５−２８４９６２号公報 第２５５８１８５号公報

しかしながら、前記の技術には、いずれも以下のような課題がある。
まず、特許文献１に記載の技術においては、白色蛍光灯等の光源が用いられている。そのため、光合成微生物が光走性を有する場合、そのような光合成微生物は光源に向かって移動する傾向があり、光合成微生物の沈降が十分ではないことがある。また、最適な光量よりも強い光量の光を照射しているが、最適な光量は光合成微生物の種類等によって異なる。また、光量の制御も煩雑である。

また、特許文献２に記載の技術においては、培養液のｐＨを種々変更しているが、光合成微生物が培養可能な培養液の成分によっては、培養液のｐＨを前記の範囲に制御することが困難なことがある。即ち、培養する光合成微生物の種類によっては、沈降性を高めることができないことがある。

さらに、特許文献３に記載の技術においては、培養液にベントナイトや凝集剤を添加しているが、これらの添加により、回収された光合成微生物にこれらが混入することがある。そのため、光合成微生物から生産されるバイオ燃料の品質という観点から、特許文献３に記載の技術には依然として課題がある。

本発明はこれらの事情に鑑みて為されたものであり、本発明が解決すべき課題は、光合成微生物を十分に沈降させて培養液から分離可能な光合成微生物の分離システム及び光合成微生物の分離方法を提供することである。

本発明者らは前記課題を解決するべく鋭意検討した結果、光合成微生物を含む培養液の溶存酸素濃度を低下させることで光合成微生物の沈降性を向上させ、光合成微生物を培養液から分離することで前記課題を解決できることを見出した。

本発明によれば、光合成微生物を十分に沈降させて培養液から分離可能な光合成微生物の分離システム及び光合成微生物の分離方法を提供することができる。

本実施形態の分離システムにおける培養液等の流れを示す系統図である。 本実施形態の分離システムにおける制御フローを示す図である。 （ａ）は実施例１の培養液及び比較例１の培養液を並べて配置した様子を示す写真、（ｂ）は図３（ａ）の状態で１時間静置後の培養液の様子を示す写真である。 図３に示す写真の濃淡の様子を模式的に示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）について、図面を適宜参照しながら説明する。

〔構成〕
図１は、本実施形態の分離システム１０における培養液等の流れを示す系統図である。また、図１では、光合成微生物としてのユーグレナ（Euglena）が培養される培養槽３０も併せて示している。ユーグレナの詳細については後記する。

分離システム１０は、ユーグレナ及び培地からなる培養液の溶存酸素濃度を低減させる溶存酸素低減槽１と、培養液からユーグレナを自然沈降させる沈降槽２と、を備えている。また、分離システム１０は、溶存酸素低減槽１内の培養液の溶存酸素濃度を低下させるために溶存酸素低減槽１内の培養液に窒素ガスを散気する散気管３（溶存酸素低減装置）を備えている。さらに、分離システム１０は、溶存酸素低減槽１において低下させた後の溶存酸素濃度（即ち、低下後の溶存酸素低減槽１内の培養液の溶存酸素濃度）を測定する溶存酸素濃度測定装置（ＤＯＣ）４を備えている。そして、分離システム１０は、溶存酸素濃度測定装置４により測定された溶存酸素濃度に基づき散気管３からの散気量を制御する演算制御装置７を備えている。

溶存酸素低減槽１は、培養槽３０（後記する）から図示しないポンプにより供給された、ユーグレナを含む培養液の溶存酸素濃度を低下させるものである。具体的には、溶存酸素低減槽１内に備えられた散気管３から窒素ガス（不活性ガス）が培養液に散気されることで培養液中の酸素が追い出され、培養液の溶存酸素濃度が低下するようになっている。そして、溶存酸素濃度が低下した培養液は、図示しないポンプにより、後記する沈降槽２に供給されるようになっている。なお、溶存酸素低減槽１は気密であり、外部から意図しないガスが入り込まないようになっているが、培養液から追い出された酸素ガスや余剰の窒素ガスは、図示しない排気口から外部に排出されるようになっている。

溶存酸素低減槽１においては、低下させる溶存酸素濃度の基準値（目標値）として、例えば０．１ｍｇ／Ｌ（０．１ｐｐｍ）程度とすることができる。ただし、この基準値は任意であり、培養液中のユーグレナの濃度、ユーグレナによる酸素消費速度等に基づき、溶存酸素濃度の基準値を決定することが好ましい。

本実施形態においては、前記のように溶存酸素低減槽１内の培養液の溶存酸素濃度が低減されているが、これにより、沈降槽２において、ユーグレナの沈降速度が早められるようになっている。溶存酸素濃度を低減させると沈降速度が上昇する理由は、本発明者らの検討によると、以下のように考えられる。即ち、ユーグレナは微生物であるため、溶存酸素濃度が低下することで、ユーグレナが鞭毛を回転させて移動する活性（移動活性）が低下すると考えられる。従って、このような移動活性の低下したユーグレナは移動しにくく、重力にしたがって、下方に沈降し易く、即ち沈降速度が速まると考えられる。

溶存酸素低減槽１には、溶存酸素低減槽１内の培養液への光が遮断されるように、溶存酸素低減槽１の上部に遮光蓋５（第二遮光部材）が備えられている。これにより、培養液まで光が届かず、ユーグレナの光合成が抑制されるようになっている。そのため、光合成による酸素の発生を抑制でき、効率よく、培養液の溶存酸素濃度を低下させることができるようになっている。

沈降槽２は、溶存酸素低減槽１で溶存酸素濃度を低下させた後の培養液を静置し、ユーグレナを自然沈降させて、培地層とユーグレナ層とに分離するものである。沈降槽２は、下方に窄む形状になっており、下方に沈降したユーグレナは沈降槽２からスラリー状で取り出され、図示しない濃縮槽に供給されるようになっている。なお、濃縮槽では、ユーグレナが遠心分離等され、ユーグレナの細胞内部に存在する油脂等が外部に取り出されるようになっている。また、沈降槽２の上清である培地は、培地層３０に戻されて、ユーグレナ培養用の培地として再利用されるようになっている。

また、沈降槽２にも、前記の溶存酸素低減槽１と同様に、その上部に遮光蓋６（第一遮光部材）が備えられている。これにより、ユーグレナの光合成を抑制して、沈降槽２内の培養液の溶存酸素濃度が低い状態で維持されることができるようになっている。

溶存酸素濃度測定装置４は、溶存酸素低減槽１において溶存酸素濃度を低下させた後の培養液の溶存酸素濃度を測定するものである。溶存酸素濃度はバッチ式で測定されてもよくフロー式で測定されてもよい。

また、演算制御装置７は、溶存酸素濃度測定装置４により測定された溶存酸素濃度に基づいてブロア８（溶存酸素低減装置）を制御し、散気管３からの窒素ガスの散気量を制御するものである。即ち、分離システム１０においては、溶存酸素濃度を低下させた後の培養液の溶存酸素濃度を測定し、それに基づいて、散気量のフィードバック制御が行われている。演算制御装置７による制御の詳細は、図２を参照しながら後記する。因みに、窒素ガスが窒素ガスボンベから供給される場合、ブロア８は当該ボンベに置換されることになる。

なお、演算制御装置７は、いずれも図示はしないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）等を備え、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

培養槽３０は、外部から新たに供給される培地や、沈降槽２から回収された培地等を用いて、ユーグレナを培養するものである。培養槽３０には、前記の溶存酸素低減槽１及び沈降槽２とは異なり、十分な光が照射され、ユーグレナの培養及び光合成が促されるようになっている。そして、培養されたユーグレナを含む培養液は、図示しないポンプにより、溶存酸素低減槽１に供給されるようになっている。

培養槽３０に貯留される培地（新たな培地）は、例えば、窒素源、リン源、ミネラル等の栄養塩類を添加した培地、例えば、改変Cramer-Myers培地（ｐＨ３．５）を用いることができる。改変Cramer-Myers培地の組成としては、（ＮＨ₄）₂ＨＰＯ₄ １．０ｇ／Ｌ、ＫＨ₂ＰＯ₄ １．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ ０．２ｇ／Ｌ、ＣａＣｌ₂・２Ｈ₂Ｏ ０．０２ｇ/Ｌ、Ｆｅ₂（ＳＯ₂）₃・７Ｈ₂Ｏ ３ｍｇ／Ｌ、ＭｎＣｌ₂・４Ｈ₂Ｏ １．８ｍｇ／Ｌ、ＣｏＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ １．５ｍｇ／Ｌ、ＺｎＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ ０．４ｍｇ／Ｌ、Ｎａ₂ＭｏＯ₄・２Ｈ₂Ｏ ０．２ｍｇ／Ｌ、ＣｕＳＯ₄・５Ｈ₂Ｏ ０．０２ｍｇ／Ｌ、チアミン塩酸塩（ビタミンＢ₁） ０．１ｍｇ／Ｌ、シアノコバラミン（ビタミンＢ₁₂）０．０００５ｍｇ／Ｌである。なお、（ＮＨ₄）₂ＨＰＯ₄に代えて、（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄やＮＨ₃ａｑを使用することもできる。

ここで、分離システム１０により培養液から分離する「ユーグレナ」について説明する。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ものである。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。

ユーグレナは、動物学と植物学の双方に分類される属である。動物学では、原生動物門（Protozoa）の鞭毛虫綱（Mastigophorea）、植物鞭毛虫亜綱（Phytomastigophorea）に属する目の中にミドリムシ目（Euglenida）があり、これは三つの亜目、Euglenoidina、Peranemoidina、Petalomonadoidinaよりなる。Euglenoidinaには、属としてEuglena（本実施形態のユーグレナ）、Trachelemonas、Strombonas、Phacus、Lepocinelis、Astasia、Colaciumが含まれる。また、植物学では、ミドリムシ植物門（Euglenophyta）があり、その下にミドリムシ藻類綱（Euglenophyceae）、ミドリムシ目（Euglenales）があって、この目に含まれる属としてはEuglenaの他、動物分類表と同様である。

培養槽３０におけるユーグレナの培養時間等の培養条件は特に制限されない。例えば培養時間は、培地の組成等によっても異なるため一概にはいえないが、例えば前記の培地を用いてバッチ式にユーグレナを培養する場合、例えば２４時間〜７２時間程度とすることができる。これにより、十分量のユーグレナが得られる。あるいは、前記の培地の窒素源を含まない培地を用いることで、ユーグレナの貯蔵多糖であるパラミロンを多く含むユーグレナを培養することができる。また、ユーグレナの培養は、太陽光照射下で行われることが好ましい。これにより、高率的な培養が可能となる。さらに、図示はしていないが、培養は、攪拌装置等を用いて、十分に攪拌されながら行われることが好ましい。これにより、培養槽３０内のユーグレナが満遍なく太陽光に照射されることができる。

〔作用〕
次に、図２を参照しながら、本実施形態の分離システム１０における制御を説明する。図２は、本実施形態の分離システム１０における沈降フローを示す図である。以下の説明においては、分離システムの制御の一例として、分離システム１０がバッチ式で制御されるものとして説明する。

まず、散気管３から、窒素ガスの散気が開始される（ステップＳ１０１、溶存酸素濃度低下ステップ）。これにより、溶存酸素低減槽１内の培養液の溶存酸素濃度が低下する。そして、所定時間経過後、図示しないポンプにより沈降槽２への培養液の供給が開始され、供給される培養液（即ち、溶存酸素濃度低下後の溶存酸素低減槽１内の培養液）の溶存酸素濃度が測定される（ステップＳ１０２、溶存酸素濃度測定ステップ）。この測定は、溶存酸素濃度測定装置４に接続された演算制御装置７により行われる。そして、演算制御装置７は、測定された溶存酸素濃度と、溶存酸素濃度基準値（本実施形態では０．１ｍｇ／Ｌ）とを比較判定する（ステップＳ１０３、溶存酸素濃度比較ステップ）。

比較判定の結果、溶存酸素濃度が０．１ｍｇ／Ｌ未満である場合、培養液の溶存酸素濃度は十分に低下し、ユーグレナの沈降速度を十分に早めることができると考えられる。そのため、溶存酸素濃度がこの範囲にある場合には、演算制御装置７は、ブロア８に対して、散気量を減少させる制御を行う（ステップＳ１０４、溶存酸素濃度低下ステップ、ガス供給量減少ステップ）。これにより、散気量を適正な範囲まで低減することができ、散気にかかるエネルギを低減することができる。また、溶存酸素濃度は低い状態で維持され、沈降槽２において良好な沈降性が奏されることになる。
なお、窒素ガス供給源として窒素ガスボンベ等を用いる場合には、前記のように、ブロア８に代えて、流量制御可能なバルブ（図示しない）に対して前記の制御が行われる。以下の制御においても同様であるため、同様の説明は省略する。

一方で、比較判定の結果、溶存酸素濃度が０．１ｍｇ／Ｌより高い場合、培養液の溶存酸素濃度は依然として高く、ユーグレナを十分に沈降させることができないと考えられる。そのため、溶存酸素濃度がこの範囲にある場合には、演算制御装置７は、ブロア８に対して、散気量を増加させる制御を行う（ステップＳ１０６、溶存酸素濃度低下ステップ、ガス供給量増加ステップ）。これにより、溶存酸素濃度の低下割合が増加し、溶存酸素濃度低下がより促される。

なお、比較判定の結果、溶存酸素濃度が０．１ｍｇ／Ｌである場合、散気量は適切であり、ユーグレナの良好な沈降が生じると考えられる。そこで、演算制御装置７は、散気管３からの散気量を維持する（ステップＳ１０５、溶存酸素濃度維持ステップ）。これにより、培養液の溶存酸素濃度が０．１ｍｇ／Ｌに維持されることになる。

このようにして、溶存酸素低減槽１内の溶存酸素濃度が制御されながら、溶存酸素培養槽１から沈降槽２に培養液が供給される。そして、沈降槽２においては、供給された培養液中のユーグレナが自然沈降する（ステップＳ１０７）。これにより、ユーグレナは培養液から分離され（ステップＳ１０８、光合成微生物分離ステップ）、必要に応じて沈降槽２の下方から回収された後、一連のステップが終了する（ステップＳ１０９）。

〔効果〕
このように、溶存酸素低減槽１において培養液の溶存酸素濃度を低減させることにより、沈降槽２でのユーグレナの沈降速度を上昇させて、沈降性を良好なものにすることができる。そのため、沈降槽２において、短時間で、高密度ユーグレナと清澄な培地とに分画することができる。これにより、細胞内の油脂等を遠心分離等により回収する場合、高密度ユーグレナの部分のみを遠心分離機に供すればよく、培養液全体を遠心する場合と比べて、遠心分離に要するエネルギやコストを削減することができる。

また、分画後に得られた清澄な培地は、培養槽３０に戻されて再利用することができる。そのため、外部に排出される廃液の量を減らすことができ、環境負荷を低減することができる。また、前記のように、再利用する培地は、遠心分離器やろ過装置等の特別な装置を用いることなく得ることができ、簡便である。

また、本発明者らの検討によれば、溶存酸素濃度を低下させた培養液中のユーグレナは、生産する油脂の量が増加することがわかった。この理由は、ユーグレナは嫌気条件下においてワックスエステル発酵を行うため、溶存酸素濃度を低下させた培養液中においてワックスエステル発酵が進んだためであると考えられる。従って、培養液の溶存酸素濃度を低下させることで、ユーグレナは、油脂を多量に自己の体内に蓄積することになる。従って、本実施形態の分離システム１０によれば、ユーグレナを効率よく沈降させて油脂を効率よく回収できるだけではなく、より多くの油脂をユーグレナから回収することができる。

〔変形例〕
以上、本実施形態を説明したが、本実施形態は前記の内容になんら制限されるものではない。

例えば、溶存酸素低減槽１に導入する気体として窒素ガスを用いているが、この窒素ガスを溶存酸素低減槽１に導入するための窒素ガス源としてはどのようなものであってもよい。例えば、窒素ガス原としては、窒素が充填された容器（窒素ガスボンベ等）、ＰＳＡ（Pressure swing Adsorption）式の窒素ガス発生装置等が挙げられる。

また、溶存酸素低減槽１に導入される気体は、培養液中の酸素を追い出し可能な気体であれば窒素ガスに限定されるものではない。具体的には、溶存酸素低減槽１に導入する気体として、例えば、工場や燃焼施設等から排出される燃焼排ガスが適用可能である。燃焼排ガスの酸素濃度は低いため、好適である。ただし、燃焼排ガスをそのまま溶存酸素低減槽１に導入するのではなく、集塵機、脱硝設備、脱硫設備等の各設備を用いて燃焼排ガスを処理し、塵埃や窒素酸化物、硫黄酸化物等を含まない燃焼排ガスを溶存酸素低減槽１に導入することが好ましい。また、培養液の溶存酸素濃度を低下させることができれば、ガスを用いた図示の例に何ら限定されるものではなく、どのような方法で溶存酸素濃度を低下させてもよい。

さらに、例えば、図１に示す例では、溶存酸素低減槽１に遮光蓋５が、また、沈降槽２に遮光蓋６が備えられているが、これらは必ずしも備えられなくてはならないものではない。ただし、光合成を抑制することにより溶存酸素の増加を抑制し、ユーグレナ等の光合成微生物の有する光走性能をより低下させるという観点からは、これらが備えられていることが好ましく、特には、少なくとも沈降槽２に遮光蓋６が備えられていることが好ましい。

また、遮光蓋５及び遮光蓋６の設置の形態は図示の例に何ら限定されるものではない。即ち、培養液への光の到達を遮る部材であれば、どのような部材であってもよく、例えば、蓋の下面と液面とを接触させて備えられる、所謂落し蓋のようなものであってもよい。なお、この落し蓋は遮光性を有することが好ましい。落し蓋を用いることで、液相と気相との界面を減らすことができ、いったん外部に放出された酸素が再び培養液に溶け込むことを防止することができる。また、溶存酸素低減槽１内の培養液の量に応じて落し蓋の位置が上下に移動するため、溶存酸素低減槽１内の気相空間を無くすることができる。これにより、気相から培養液に溶解し得る酸素を遮断することができる。なお、これらのことは、沈降槽２においても同様である。また、図示の遮光蓋５，６とともに、落し蓋を併せて使用してもよい。また、遮光蓋５，６を溶存酸素低減槽１及び沈降槽２に設置する代わりに、溶存酸素低減槽１及び沈降槽２そのものを遮光された建物内に格納し、これにより、光合成を抑制するようにしてもよい。この場合、遮光された建物が、遮光部材に相当する。

さらに、図１に示す例では、溶存酸素低減槽１と沈降槽２とを別体に設けているが、これらは一体に設けられるようにしてもよい。即ち、二槽が一体に形成されるように、沈降システム１０が構成されてもよい。ただし、培養液への散気と沈降とは、異なる槽で行われることが好ましい。このようにすることで、より確実に、ユーグレナ等の光合成微生物を沈降させることができる。また、少なくとも二槽に分けて散気及び沈降を行うことで、連続的に培養液を処理し易いという利点もある。

また、図１に示すように、前記の実施形態では沈降槽２は一つのみ設けられているが、二つ以上の沈降槽２が溶存酸素低減槽１に対して並列に接続されるようにしてもよい。具体的には例えば、二つの沈降槽２が設けられている場合、一方の沈降槽２で蓄積したユーグレナ槽を外部に排出しているとき、他方の沈降槽２には溶存酸素低減槽１からの培養液が供給されて沈降処理が行われるようにしてもよい。このように、溶存酸素低減槽１からの培養液が供給される沈降槽２を切り替え可能にすることで、処理効率を向上させることができる。

さらに、前記の実施形態では、分離システム１０はバッチ式で制御されるようにしたが、フロー式で制御されるようにしてもよい。この場合、前記のように複数の沈降槽２が溶存酸素低減槽１に対して並列に接続されることで、培養液の流れを止めることなく連続して運転を行うことができる。

また、図１に示すように、前記の実施形態では、溶存酸素濃度測定装置４は、溶存酸素低減槽１と沈降槽２とを接続する配管の途中に設けられるようにしているが、設置場所はこの部位に限られない。即ち、溶存酸素濃度測定装置４は、低減後の培養液の溶存酸素濃度を測定することができれば、どのような部位であってもよい。また、溶存酸素濃度測定装置４は一つのみ設置される例に限定されず、二つ以上設置されるようにしてもよい。

さらに、図２を参照しながら説明した基準値は、「０．１ｍｇ／Ｌ」に何ら限定されるものではない。従って、分離システム１０の構成や分離条件、培養条件等に応じて、適宜変更すればよい。ただし、光合成微生物の移動活性をより低下させ、より沈降速度を速められるという観点から、この基準値の値（即ち、溶存酸素低減槽１内の培養液の溶存酸素濃度）は、できるだけ低いことが好ましい。

また、前記の実施形態では、溶存酸素低減槽１は気密に構成したが、培養液内に散気することにより溶存酸素濃度を低下させるという観点からは、必ずしも気密としなくてもよい。ただし、前記したように、外部から意図しないガスが入り込まないように、溶存酸素低減槽１は気密であることが好ましい。

さらに、前記の実施形態では、光合成微生物の一例としてユーグレナを用いたが、本実施形態の分離システム及び分離方法を適用可能な光合成微生物はユーグレナに限定されるものではない。具体的には、本実施形態の分離システム及び分離方法は、例えば、ユーグレナのほか、シアノバクテリア、緑藻及びトレボキシア、プラシノ藻（緑色藻類）、原始紅藻類、珪藻、円石藻、渦べん毛藻、真眼点藻、黄金色藻等に対しても適用できる。ただし、本発明の効果をよりいっそう発揮できるという観点から、光合成微生物の中でも、光合成によりバイオ燃料及びバイオ燃料の原料となりうる成分を生成し、細胞内に蓄積することができ、溶存酸素低減処理により沈降性を向上可能な光合成微生物が好ましい。

シアノバクテリアとしては、例えば、Chroococcacae、Stigonematacae、Mastigocladacae及びOscillatroriacaeを挙げることができる。また、その他にも、Synechococcus lividus及びSynechococcus elongatus等のSynechococcusや、Synechocystis minervae等のSynechocystisや、Mastigocladus laminosus等のMastigocladusや、Phormidium laminosus等のPhormidiumや、Symploca thermalis等のSymplocaや、Aphanocapsa thermalis等のAphanocapsaや、Fisherella等を挙げることができる。

さらには、アナべナ（Anabaena）属に属するアナべナ・バリアビリス（Anabanena variabilis）ＡＴＣＣ ２９４１３、シアノテセ（Cyanothece）属のCyanothece sp. ＡＴＣＣ ５１１４２、シネノコッカス（Synechococcus）属に属するSynechococcus sp. ＰＣＣ ７９４２及びアナシスティス（Anacystis）属に属するアナシスティス・ニデュランス（Anacystis nidulans）及び好熱性シアノバクテリア等を用いることができる。

緑藻及びトレボキシアとしては、例えば、クロレラ（系統学的に分けられたパラクロレラを含む）、クラミドモナス、ドナリエラ、セネデスムス、ボトリオコッカス、スティココッカス、ナンノクロリス、及びデスモデスムス等の気生藻を挙げることができる。具体的には、Chlorella vulgaris及びChlorella saccharophila等のクロレラ（Chlorella）、Dunaliella salina、Dunaliella tertiolecta等のDunaliella、並びに光合成等の基本的な性質は同じであるが、分子系統解析によりトレボキシア藻網として分類されるParachlorella kessleri（Chlorella kessleri）を挙げることができる。また、クラミドモナス（Chlamydomonas）属に属するクラミドモナス・ラインハルディ（Chlamydomonas reinhardtii）、クラミドモナス・モエブシィ（Chlamydomonas moewusii）、クラミドモナス・ユーガメタス（Chlamydomonas eugametos）、クラミドモナス・セグニス（Chlamydomonas segnis）、セネデスムス（Senedesmus）属に属するセネデスムス・オブリクス（Senedesmus obliquus）、スティココッカス（Stichococcus）属に属するスティココッカス・アンプリフォルミス（Stichococcus ampliformis）、ナンノクロリス（Nannochloris）属に属するナンノクロリス・バシラリス（Nannochloris bacillaris）、及びデスモデスムス（Desmodesmus）属に属するデスモデスムス・スブスピカツス（Desmodesmus subspicatus）等を挙げることができる。

また、プラシノ藻（緑色藻類）としては、例えば、テトラセルミス等を挙げることができ、原始紅藻類としては、例えば、シアニディオシゾン、シアニディウム、ガルディエリア、ポルフィリディウム等を挙げることができる。

これらは１種が単独で用いられてもよく、２種以上が任意の比率及び組み合わせで用いられてもよい。

以下、具体例を挙げて、本実施形態をより詳細に説明する。

本実施例では、図１に示す装置（分離システム１０及び培養槽３０）を用いて、光合成微生物としてのユーグレナを培養したときの、溶存酸素低減槽１での溶存酸素低減の有無による、ユーグレナの沈降槽２での沈降性を評価した。

ユーグレナを培養する培地として、窒素源、リン源、ミネラル等の栄養塩類を添加した改変Cramer-Myers培地（（ＮＨ₄）₂ＨＰＯ₄ １．０ｇ／Ｌ、ＫＨ₂ＰＯ₄ １．０ｇ／Ｌ、ＭｇＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ ０．２ｇ／Ｌ、ＣａＣｌ₂・２Ｈ₂Ｏ ０．０２ｇ/Ｌ、Ｆｅ₂（ＳＯ₂）₃・７Ｈ₂Ｏ ３ｍｇ／Ｌ、ＭｎＣｌ₂・４Ｈ₂Ｏ １．８ｍｇ／Ｌ、ＣｏＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ １．５ｍｇ／Ｌ、ＺｎＳＯ₄・７Ｈ₂Ｏ ０．４ｍｇ／Ｌ、Ｎａ₂ＭｏＯ₄・２Ｈ₂Ｏ ０．２ｍｇ／Ｌ、ＣｕＳＯ₄・５Ｈ₂Ｏ ０．０２ｍｇ／Ｌ、チアミン塩酸塩（ビタミンＢ₁） ０．１ｍｇ／Ｌ、シアノコバラミン（ビタミンＢ₁₂）０．０００５ｍｇ／Ｌ、（ｐＨ３．５））を用いた。

図１に示す培養槽３０に前記の培地を貯留し、ユーグレナを接種した。そして、培養槽３０の上方から太陽光を照射し、ユーグレナの培養を行った。そして、培養槽３０において培養が十分に行われた後、培養槽３０の培養液３Ｌを溶存酸素低減槽１に供給した。なお、この培養液１Ｌあたりには、０．７５ｇ（乾燥質量）のユーグレナが含まれ、溶存酸素濃度は８．４ｍｇ／Ｌであった。そして、溶存酸素低減槽１において、前記の培養液３Ｌに対して、窒素ガスを約１５分間通気した。これにより、培養液の溶存酸素濃度は、前記の８．４ｍｇ／Ｌから０．１ｍｇ／Ｌに低下した。

そして、溶存酸素濃度を低下させた培養液を沈降槽２に供給する一方で、その一部を採取し、沈降性を評価した（実施例１）。また、溶存酸素濃度を低下させる前の培養液（培養槽３０内の培養液）の一部も採取し、沈降性を評価した（比較例１）。具体的には、実施例１の培養液と比較例１の培養液を遮光した状態で１時間静置し、１時間後のそれぞれの培養液の様子を観察した。その様子を図３及び図４に示す。

図３（ａ）は実施例１の培養液及び比較例１の培養液を並べて配置した様子を示す写真、図３（ｂ）は図３（ａ）の状態で１時間静置後の培養液の様子を示す写真である。また、図４は、図３に示す写真の濃淡の様子を模式的に示す図である。図３（ａ）に示すように、採取直後、実施例１の培養液においても比較例１の培養液においても、ユーグレナは培養液中で一様に分散し、ユーグレナの顕著な沈降は認められなかった。

しかし、図３（ｂ）に示すように、静置開始後１時間が経過すると、比較例１の培養液においては、ユーグレナの沈降は殆ど認められなかったが、実施例１の培養液においては、培養液の上方が薄くなる一方で下方が濃くなっていた（図４（ｂ）も併せて参照）。即ち、実施例１の培養液では、１時間静置することによってユーグレナの自然沈降が生じ、図１の沈降槽２のような培地層及びユーグレナ層が形成された。これは、遮光状態かつ溶存酸素濃度が低下した状態で静置していることから、ユーグレナの移動活性が低下したため、自然沈降が生じたためであると考えられる。

このように、培養液の溶存酸素濃度を低下させない場合には、１時間静置しても殆ど沈降が認められなかったにも関わらず（比較例１）、培養液の溶存酸素濃度を低下させた後に静置した場合には、良好に沈降が生じた（実施例１）。この結果から、溶存酸素濃度を低下させると、ユーグレナの自然沈降が促され、沈降速度が向上することがわかった。

１ 溶存酸素低減槽
２ 沈降槽
３ 散気管（溶存酸素低減装置）
４ 溶存酸素濃度測定装置
５ 遮光蓋（第二遮光部材）
６ 遮光蓋（第一遮光部材）
７ 演算制御装置
８ ブロア（溶存酸素低減装置）
１０ 分離システム

Claims (11)

1. 光合成微生物を含む培養液において、含まれる前記光合成微生物を前記培養液中で沈降させて前記光合成微生物を前記培養液から分離する光合成微生物の分離システムであって、
   前記培養液の溶存酸素濃度を低減する溶存酸素低減装置を有する溶存酸素低減槽を備えることを特徴とする、光合成微生物の分離システム。
2. 前記溶存酸素低減槽を用いて溶存酸素を低下させた後の前記培養液が供給され、供給された前記培養液に含まれる前記光合成微生物が自然沈降する沈降槽を備えることを特徴とする、請求項１に記載の光合成微生物の分離システム。
3. 前記沈降槽内の培養液への光の照射を遮る第一遮光部材が備えられていることを特徴とする、請求項２に記載の光合成微生物の分離システム。
4. 前記溶存酸素低減槽内の培養液への光の照射を遮る第二遮光部材が備えられていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の光合成微生物の分離システム。
5. 前記溶存酸素低減槽には、前記溶存酸素低減槽内の培養液の溶存酸素を外部に追い出し可能なガスを前記溶存酸素低減槽に供給し、前記溶存酸素低減槽内の培養液の溶存酸素濃度を低下させる溶存酸素低減装置が備えられていることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の光合成微生物の分離システム。
6. 前記溶存酸素低減槽内の培養液の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素濃度測定装置と、
   前記溶存酸素濃度測定装置により測定された溶存酸素濃度に基づいて前記溶存酸素低減装置を制御し、前記溶存酸素低減槽内の培養液の溶存酸素濃度を低下させる演算制御装置と、を備えることを特徴とする、請求項５に記載の光合成微生物の分離システム。
7. 前記演算制御装置は、
   前記溶存酸素濃度測定装置により測定された溶存酸素濃度が基準値未満であるとき、前記ガスの供給量を減少させる制御を行い、
   前記溶存酸素濃度測定装置により測定された溶存酸素濃度が基準値よりも大きいとき、前記ガスの供給量を増加させる制御を行うことを特徴とする、請求項６に記載の光合成微生物の分離システム。
8. 光合成微生物を含む培養液において、前記光合成微生物の分離システムにより、含まれる前記光合成微生物を前記培養液中で沈降させて前記光合成微生物を前記培養液から分離する光合成微生物の分離方法であって、
   前記分離システムは、
   前記培養液の溶存酸素濃度を低減する溶存酸素低減装置を有する溶存酸素低減槽と、
   前記溶存酸素低減槽において溶存酸素濃度を低下させた前記培養液が供給され、供給された前記培養液に含まれる前記光合成微生物が自然沈降する沈降槽と、
   前記溶存酸素低減装置を制御して、前記溶存酸素低減槽内の培養液の溶存酸素濃度を低下させる演算制御装置と、を備え、
   前記演算制御装置により、前記溶存酸素低減槽内の培養液の溶存酸素濃度を低下させる溶存酸素濃度低下ステップと、
   前記溶存酸素濃度低下ステップにおいて溶存酸素濃度を低下させた培養液に含まれる前記光合成微生物を前記培養液中で沈降させて、前記培養液から前記光合成微生物を分離する光合成微生物分離ステップと、を含むことを特徴とする、光合成微生物の分離方法。
9. 前記分離システムは、前記溶存酸素低減槽内の培養液の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素濃度測定装置を備え、
   前記溶存酸素濃度低下ステップにおいて、前記演算制御装置は、前記溶存酸素濃度測定装置により測定された溶存酸素濃度に基づいて前記溶存酸素低減装置を制御し、前記溶存酸素低減槽内の培養液の溶存酸素濃度を低下させることを特徴とする、請求項８に記載の光合成微生物の分離方法。
10. 前記溶存酸素濃度低下ステップにおいて、前記溶存酸素低減装置は、前記溶存酸素低減槽内の培養液の溶存酸素を外部に追い出し可能なガスを前記溶存酸素低減槽に供給し、前記溶存酸素低減槽内の培養液の溶存酸素濃度を低下させることを特徴とする、請求項８又は９に記載の光合成微生物の分離方法。
11. 前記演算制御装置により行われ、
    前記溶存酸素濃度測定装置により、前記溶存酸素低減槽内の培養液の溶存酸素濃度を則手する溶存酸素濃度測定ステップと、
    前記溶存酸素濃度測定装置により測定された溶存酸素濃度と溶存酸素濃度基準値とを比較判定する溶存酸素濃度比較ステップと、
    前記溶存酸素濃度比較ステップにおいて測定された溶存酸素濃度が基準値未満であると比較判定されたときに、前記ガスの供給量を減少させる制御を行うガス供給量減少ステップと、
    前記溶存酸素濃度基準量判定ステップにおいて、測定された溶存酸素濃度が基準値よりも大きいと比較判定されたときに、前記ガスの供給量を増加させる制御を行うガス供給量増加ステップと、を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の光合成微生物の分離方法。

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