JP2015057991A - 貫通部位を有する構造体を用いる、微細藻類の液面浮遊培養法及び回収方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】予め培地中に浸漬しておいた貫通状構造体を、液面上に微細藻類バイオフィルムが形成された後に、微細藻類バイオフィルム付着貫通状構造体を気相中へと移動させることで、培養を継続し、回収する方法。気相中に設置しておいた貫通状構造体に、液面上の微細藻類バイオフィルムが接触又は膜貫通部位を通過させ、培養を継続し、回収する方法。貫通状構造体に、液面上の微細藻類バイオフィルムを付着させ、微細藻類バイオフィルム付着貫通状構造物の培養を継続し、回収する方法。液面上の微細藻類バイオフィルムを貫通状構造体を用いて堆積法によって回収する方法、又は、転写法によって回収する。
【選択図】なし
Description
そのために、微細藻類から種々の生産物(有用物質)を抽出する工程は、一部の高価格物質を除いて商業化されていない。特に、生産物が燃料(オイルなど)のような低価格物質の場合には、この点は重大な問題である。
[1] 培養器内の培地中で微細藻類を培養し、培地の液面にバイオフィルムを形成させるが、このとき培地中に貫通状構造体が配されている、培養工程;及び
形成されたバイオフィルムを、貫通状構造体とともに培地の液面上方の気相中に移動させ、バイオフィルムを回収する、回収工程
を含む、微細藻類の培養方法。
[2] 培養器内の培地中で微細藻類を培養し、培地の液面にバイオフィルムを形成させるが、このとき培地の液面の上方に貫通状構造体が配されており、バイオフィルムが、少なくともその一部が貫通状構造体に接触及び/又は貫通状構造体を貫通するように形成される、培養工程;及び
形成されたバイオフィルムを回収する、回収工程
を含む、微細藻類の培養方法。
[3] 培養器内の培地中で微細藻類を培養し、培地の液面にバイオフィルムを形成させる、培養工程;及び
形成されたバイオフィルムを、貫通状構造体を用いて構造体上に堆積させるように回収するか又は貫通状構造体を接触させて転写させるように回収する、回収工程
を含む、微細藻類の培養方法。
[4] 培養器内の培地中で微細藻類を培養し、培地の液面にバイオフィルムを形成させる、培養工程;及び
形成されたバイオフィルムを、貫通状構造体に接触させて転写させ、貫通状構造体とともに培地の液面上方の気相中に移動させ、バイオフィルムを回収する、回収工程
を含む、微細藻類の培養方法。
[5] [1]又は[4]に記載の培養方法であって、形成されたバイオフィルムを貫通状構造体とともに移動させ、培地の液面上方の気相中に配して培養を行った後に、バイオフィルムを回収するものである、培養方法。
[6] 回収工程の後に、さらに培養工程を繰り返すものである、[1]〜[5]のいずれか一に記載の培養方法。
[7] 貫通状構造体が、二以上の構造体を重ねてなるものである、[1]〜[6]のいずれか一に記載の方法。
[8] 培養工程において、培養器内へ蒸留水又は培地が添加される、[1]〜[7]のいずれか一に記載の培養方法。
[9] 貫通部位が、円形、方形、不定形の中が選ばれる少なくとも一つである、[1]〜[8]のいずれか一に記載の培養方法。
[10] 貫通部位の大きさが、0.1mm以上である、[1]〜[9]のいずれか一に記載の培養方法。
[11] 貫通部位の大きさが、1mm以上である、[10]に記載の培養方法。
[12] 貫通孔構造体が、液面と貫通状構造体との距離が1mm以上であるように配される、[2]に記載の培養方法。
[13] 微細藻類が緑藻である、[1]〜[12]のいずれか一に記載の培養方法。
[14] 微細藻類が、botryococcus sp.、Chlamydomonas sp.、Chlorococcum sp、Chlamydomonad sp.、Tetracystis sp.、Characium sp.又はProtosiphon sp.に属するものである、[1]〜[13]のいずれか一に記載の培養方法。
[15] 微細藻類が、botryococcus sudeticusに属するものである、[1]〜[14]いずれか一に記載の培養方法。
[16] 微細藻類が、botryococcus sudeticus FERM BP−11420、又はそれと分類学的に同一の性質を有する微細藻類株である、[1]〜[15]のいずれか一に記載の培養方法。
[17] [1]〜[16]のいずれか一に定義された培養方法による工程を含む、藻類バイオマスを製造する方法。
[18] 藻類バイオマスが、オイルである、[17]に記載の製造方法。
本発明の基本的な構成を図1〜3に示した。なお、本模式図は、本発明を説明するためのものであることから、簡略化して表記されている部分がある。
図1の(a)に示した様に、微細藻類の懸濁液を調製し、培養器に入れる。なお、第一の貫通状構造体を液面より下の領域に浸漬しておく。
この状態で回収を行うこともできるが、さらに培養を行うこともできる。すなわち、図1の(d)から(h)への工程である。前者の場合には、十分に培養を行い、必要な有用物質の量を蓄積できたと判断される場合には、採用することができる。また、後者の場合には、さらなる培養を行うことによって、微細藻類バイオフィルム中に有用物質を蓄積する場合に採用することができる。
図1の(d)や(h)の微細藻類の構造は、微細藻類バイオフィルムの主要な部分が離れていれば良く、一部は、液面と接触していても良い。バイオフィルムの内部構造は、溶液が流れることが可能な配管状のものが形成されているといわれている。この様な配管を通じて、バイオフィルム中の微細藻類に必要な水分や栄養分を届けていると考えられている。以上から、微細藻類バイオフィルムの一部が液面と接触し、必要な水分を、この部位から得ていると考えられ、微細藻類バイオフィルムの一部が液面に接触しているほうが好ましい。また、この様な構造を形成することで、微細藻類バイオフィルム中の窒素化合物やリン化合物の濃度が低下し、オイル蓄積工程と同様の効果を得ることができる。なお、微細藻類バイオフィルムを回収する直前に、微細藻類バイオフィルムと第一の貫通状構造体とを完全に液面から離してもかまわない。これにより、含水率をさらに低下させることができる場合があるからである。
また、培地に糖を添加しても良い。糖を添加することで、微細藻類の増殖速度、オイル含有量の少なくとも一つを向上させることができるからである。また、糖と光とを併用しても良いし、光を用いずに糖だけで培養を行っても良い。
なお、図1の液面上の微細藻類は便宜上、フィルム状の構造体で図示しているが、三次元状構造体であっても良い。これは、図2、図3でも同様である。
また、微細藻類バイオフィルムは、主として、貫通部位を塞ぐように配置していることが好ましい。すなわち、海苔の養殖の場合には、主として、貫通部位がオープンになっているが、その様な形態は、含水率を低下させることが困難であるため好ましくない。
図2には、第二の貫通状構造体を培養器内の気相中に設置しておくことで、培養および回収を行う方法を示した。
次に、培養器を静置状態にしておくと、図2の(b)に示したように、微細藻類の種類に応じて、数秒から数十分で底面に沈む。なお、微細藻類が底面に沈むとは、大部分が底面に沈むことをいい、液面上や液中から完全に微細藻類が存在しなくなる状態をいうものではない。この状態でしばらく培養すると、図2の(c)に示した様に、液面上に微細藻類から構成されたバイオフィルムが形成される。なお、培養器底面にも微細藻類は存在し、図には記載していないが、培養器側面やその他表面にも存在している。
図2の(d)や(h)の状態で培養器から微細藻類が付着した第二の貫通状構造体を培養器外へと移動したのが図2の(e)の状態である。さらに、ここから微細藻類を脱着した状態が図2の(f)の状態である。なお、フィルム状構造体から三次元状構造体への変化は連続的である。
なお、これらの方法での貫通状構造のサイズは、図1の場合と同じとすることができる。
また、微細藻類が付着した第二の貫通状構造体を気相中へと移動させる目的として、液体培地との接触を最小限にすることで、少なくとも一部の微細藻類バイオフィルムと第二の貫通状構造体とを接触させることで形成した構造体の含水率を下げることができる。また、さらに含水率を下げるために、この状態でしばらく培養を継続してもかまわない。また同様に、培地の液量を減らしたり、蒸発した水を培養器に戻さないなどの方法で第二の貫通状構造体と液面との距離を離しても良い。また、液面と微細藻類バイオフィルムとの距離が離れすぎないように、培養器に培地を添加してもかまわない。
なお、微細藻類バイオフィルムが乾燥しすぎて培養に影響を与える場合には、微細藻類付着貫通状構造体を液面に接触させてもかまわない。これは、第一の貫通状構造体、第二の貫通状構造体を用いた培養の両方について行える。
なお、図1の説明で、図2でも同様に可能なものは、可能であるとする。
図3では、第三の貫通状構造体又は第四の貫通状構造体を用いた回収方法の模式図を図示したものを示した。
本発明の貫通状構造体は、少なくとも一つの貫通部位を有する。貫通部位とは、構造体に対して貫通穴が開いた部分のことをいい、貫通穴の形成法についてはどの様な方法で形成しても良い。例えば、シート状物に穴を開けても良いし、糸状物を重ねることで織物や編物状にしても良い。
貫通状構造体からのバイオフィルムの脱着は、バイオフィルムを貫通状構造体から脱着させることが可能な方法であればいかなる公知の方法を使用することもできる。例えば、セルスクレーバーのようなものを用いて貫通状構造体からバイオフィルムを剥ぎ取る方法、水流を用いる方法、超音波を用いる方法などをあげることができるが、セルスクレーバーのようなものを用いる方法が好ましい。これは、他の方法では、バイオフィルムが培地などで薄められることになり、再度濃縮が必要な場合があり、非効率であるからである。
また、貫通状構造体は、何度でも再利用してもかまわない。
第三・四の貫通状構造体を用いての回収方法は、液面上に形成されたバイオフィルムの70%以上を回収することが好ましく、80%以上を回収することがより好ましく、90%以上を回収することが更に好ましく、99%以上回収することが最も好ましい。液面上に形成されたバイオフィルムの回収率は例えば、目視で確認することができる。
本発明の微細藻類とは、人の肉眼では、個々の存在が識別できないような微小な藻類を指す。微細藻類としては、液面上においてバイオフィルム形成能を有するものであれば特に制限はなく、原核生物及び真核生物のいずれであってもよい。
上記微細藻類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、藍色植物門、灰色植物門、紅色植物門、緑色植物門、クリプト植物門、ハプト植物門、不等毛植物門、渦鞭毛植物門、ユーグレナ植物門、クロララクニオン植物門などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、上記微細藻類としては、緑色植物門が好ましく、緑藻であることがより好ましい。バイオマスを産生する点で、ヘマトコッカス(Haematococcus sp.)属、クラミドモナス(Chlamydomonas sp.)属、クロロコッカム(Chlorococcum sp.)属、ボツリオコッカス(Botryococcus sp.)属がより好ましい。
上記微細藻類を入手する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、自然界より採取する方法、市販品を用いる方法、保存機関や寄託機関から入手する方法などがあげられる。なお、本発明で用いられる微細藻類は、純化工程を経由したものであることが好ましい。純化工程とは、微細藻類を単一の種類にする目的で行う工程であり、必ずしも完全に単独の微細藻類のみにすることをいうものではない。
本発明でのバイオフィルムとは、岩などの表面に付着している微細藻類構造体(微細藻類集合体又は微細藻類膜、生物膜)のことをいうが、これらに加えて本発明では、液面のような流動性のある表面に存在している、微細藻類から構成されたフィルム状構造体または三次元状構造体のこともバイオフィルムという。なお、自然界でのバイオフィルムは、目的微細藻類とともに、ゴミや植物の破片などを含んでいることがあるが、本発明では純化工程を経由して得られた試料であれば、これらを含んでいてもよい。しかし、理想的には、本発明に係る微細藻類と該微細藻類の増殖時に分泌される細胞間マトリックスなどのような物質のみから構成されていることがより好ましい。また、底面上の微細藻類もフィルム状構造体を形成していれば、バイオフィルムということができる。
またバイオフィルムは、個々の微細藻類同士が直接もしくは細胞間マトリックスのような物質(例えば、多糖等)を介して付着しあっている構造であることが好ましい。
本明細書の実施例で使用した微細藻類、AVFF007株は、受託番号FERM BP−11420として、2011年(平成23年)9月28日付で独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター(日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6)にブタベスト条約の下で、富士フイルム株式会社(日本国東京都港区西麻布2丁目26番30号)により、国際寄託されている。なお、独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターの業務は、2012年(平成24年)4月1日より、独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許生物寄託センター(日本国千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8 120号室)に引き継がれている。
1.形態的性質
緑色円形状である。浮遊性であり、液面及び底面で増殖することができる。サイズは4〜30μmである(液面上の場合は比較的大きく、底面上のものは比較的小さい。)。液面上で増殖し、フィルム状構造体を形成する。増殖に伴って、液面上に気泡を発生し、これらが重なり合って液面上に三次元構造体を形成する。また、オイルを生産する。
2.培養的性質(培養方法)
(1)培地:CSiFF04(CSi培地を改良したもの。組成を図4に示した。NaOHもしくはHClにてpH 6.0に調整する。培地は、121℃、10分で滅菌することができる。)
(2)培養温度:好適温度は23℃であり、37℃以下であれば培養できる。
(3)培養期間(概ね定常期に達するまでの期間)は、初期使用藻体量によるが、2週間〜1ヶ月である。通常、1×105個/mLで培養することができる。
(4)培養方法:好気培養、静置培養が適する。
(5)光要求性:要。光強度:4000〜15000ルクス、明暗周期:明期時間12時間/暗期時間12時間。継代培養の際は、4000ルクスで培養することができる。
本明細書の実施例で使用した微細藻類、FFG039p1株は、本発明者らが日本国奈良県において採取したものである。AVFF007株に比較して、増殖性が良く、オイル生産性に優れる。また、バイオフィルムの構造が壊れにくく、回収が容易であるという特徴を有する。なお、FFG039p1株はChlorococcum sp.である。
本発明では、微細藻類を培地中に分散させた状態で培養することを浮遊培養と呼んでいる。なお本発明では、液面上での培養を浮遊培養とは呼ばないものとする。浮遊培養は、本培養工程では行わないが、前培養工程では目的に応じて使用できる。
本発明では、液面上で微細藻類を培養する培養方法のことを液面浮遊培養という。なお、培養器底面、側面、その他表面上や培地中などに微細藻類が同時に存在していても、主たる目的が液面上での培養である場合には、液面浮遊培養という。また液面上でにはバイオフィルムとともに泡沫がたくさん存在し、液面がどの位置か必ずしも明確でない場合があり、またバイオフィルムが自重によって液面下に多少沈んでいる場合があるが、本発明で液面上というときは、完全な液面のみならず、このような場合も含む。ただし、微細藻類を液中、培養器の底面のいずれか一方のみ、または、両方のみで培養する培養方法は液面浮遊培養には含まれない。
なお本発明における液面とは、典型的には後述する液体培地の液面であり、通常、液体培地と空気との界面である。また、水が主成分となる場合は、水面のことである。
また、本発明での液面浮遊培養を行っていると、液面上のフィルム状構造体もしくは三次元状構造体からひだ状の構造体が液中へと侵入する現象が見られることがある。本発明では、この様な状況での培養も液面浮遊培養に含むものとしている。
また本発明では、膜貫通状構造体表面上で微細藻類バイオフィルムを培養しているが、これらの構造体が液中や気相中にあったとしても、培養器内に存在していれば、この様な培養法も液面浮遊培養の一種に含まれるとしている。
本発明の前培養工程とは、純化工程を終了した後に得られた保存用微細藻類を増殖させ、本培養が行えるまで微細藻類の数を増やす工程のことである。前培養工程の培養法は、公知のいかなる培養方法でも選択可能である。例えば、分散培養法や付着培養法、本発明者らにより開発された液面浮遊培養や本発明の培養法などを行うことが可能である。また、本培養が行える規模まで微細藻類を増殖させるために、前培養を本培養が行える規模まで微細藻類を増殖させるために、前培養工程を数回行っても良い。また、前培養工程では、目的に応じて静置培養を行っても良いし、振盪培養などの非静置培養を行っても良い。
また、一般的には、1cm2〜1m2以下の表面積を持つ培養器を使用し、屋内外いずれでも培養可能である。
本培養工程とは、前培養工程を行った後の培養工程のことであり、最終回収工程を行う直前までの培養工程のことをいう。本培養工程は、液面上のフィルム状構造体もしくは三次元状構造体が十分な量形成されたときに終了することができる。本培養工程は、例えば、数日〜数週間で、より特定すると、5日〜4週間で終了することができる。また、本培養工程は、複数回行っても良いものとする。
また、一般的には、100cm2以上の表面積を持つ培養器を使用し、屋内外いずれでも培養可能であるが、屋外での培養の方が好ましい。
本発明での種藻とは、前培養工程や本培養工程の開始時に使用する微細藻類のことを指し、前培養工程や本培養工程における微細藻類の培養の元となる微細藻類のことをいう。
また、液面に微細藻類バイオフィルムを浮かせた状態や底面に微細藻類が存在している状態で培養を開始することもでき、それらの場合にも、これらの微細藻類を種藻として利用することができる。さらに、底面や培養器のその他の場所、培養を構成するその他の治具などに付着存在している微細藻類も、種藻として利用することができる。
本発明では、液面上の微細藻類を種藻として使用することで培養を行うこともできる。回収工程で、液面上の微細藻類バイオフィルムの一部を残しておく方法などである。また、図1〜3の(e)(e1、e2含む)や(f)の工程の後、一部の微細藻類バイオフィルムを採取し、これを液面上に浮かせることで培養を開始することも可能である。さらに、液面上のバイオフィルムを破砕し、破砕物の多くを液面に浮かせたまま培養を開始することもできる。この様にすることで、培養器の液面を有効活用することができ、微細藻類非存在領域に対しても存在させることができることから、増殖速度を向上させることができる場合が多いからである。
本発明での底面藻とは、培養器底面近傍に存在している微細藻類のことを指す。この中には、底面に付着し、軽い液流程度では剥がれないものや、底面近傍に存在し、軽い液流程度でも移動してしまう非付着性底面藻も存在している。また、回収操作によって微細藻類バイオフィルムから離れ、底面近傍へと沈んでしまった液面藻も、本発明では非付着性底面藻に含めることができる。
なお、本発明の模式図では液面上への微細藻類の供給が底面から行われるように記されているが、液面や底面以外の培地中にも低濃度ながら微細藻類が存在している場合には、これらが種藻の供給源となる可能性もある。また、培養器底面から液面上への微細藻類の供給とは、底面の微細藻類の増殖を伴わずに液面上に移動する場合と、微細藻類が底面から液面上に移動しながら増殖する場合との両方がある。
本発明では、図1〜3の(g)から(c)への工程のように、底面上の微細藻類を種藻として使用し、培養を継続することもできる。培地中に栄養成分が残っていれば、使用済みの培地をそのまま使用して培養を継続しても良いし、使用済み培地の一部を廃棄し、新しい培地を添加しても良い。新しい培地の添加量は、廃棄量と同等の液量加えても良いし、それよりも少なくても多くてもかまわない。なお、新しい培地を添加する方が、後段の本培養での微細藻類の増殖速度を向上させることができる観点からより好ましい。
底面上の微細藻類を種藻として利用する場合、底面藻の一部を剥がし、それを培地中へと分散させても良い。この様にすることによって、藻体の一部しか培地と接触することができない状態の微細藻類を、より多くの培地と接触させることが可能となり、増殖速度を好適に向上させることが可能だからである。
底面上に存在する非付着性微細藻類を除去しても良い。底面上に不必要に微細藻類が存在していると、栄養成分の不必要な消費が原因と考えられる増殖速度の低下が見られるからである。また、種藻として使用する底面藻の存在量を調整しても良い。このことにより、適切な培養を行うことが可能だからである。培養を開始するにあたっての底面上での微細藻類の存在量は、0.001μg/cm2以上100mg/cm2以下が好ましく、0.1μg/cm2以上10mg/cm2がさらに好ましく、1mg/cm2以上5mg/cm2が最も好ましい。0.1μg/cm2以上であれば、培養前後の微細藻類量の比を短時間で大きくすることができることから好ましい。
本発明では、懸濁処理した微細藻類試料を用いても良い。懸濁処理を行うことで、溶液中の微細藻類が均一化し、培養後の膜厚が均一化する結果、培養面積あたりの微細藻類量が増加する場合があるからである。懸濁処理としては、公知のいかなる方法でも用いることができるが、ピペッティングや容器内に入れた微細藻類溶液を手で振る処理、スターラーチップや攪拌棒による処理などの弱い処理、超音波処理や高速振盪処理などの強い処理、細胞間マトリックスのような接着物質を分解する酵素などの物質を用いる方法などをあげることができる。
培養器(培養池)の形状は、培地を保持できる限り、公知のいかなる形状でも用いることができる。例えば、円柱状、方形状、球状、板状、チューブ状、プラスチックバッグなどの不定形状のものを使用することができる。また、オープンポンド(開放池)型、レースウェイ型、チューブ型(J. Biotechnol., 92, 113, 2001)など様々な公知の方式を用いることができる。培養器として使用することの可能な形状は、例えば、Journal of Biotechnology 70 (1999) 313−321, Eng. Life Sci. 9, 165−177 (2009). に記載の培養器をあげることができる。これらの中で、オープンポンド型もしくはレースウェイ型を用いることが、コスト面からは好ましい。
本発明で使用可能な培養器、貫通状構造体の素材は、特に限定することはなく、公知のものを使用することができる。例えば、有機高分子化合物、無機化合物、金属、それらの複合体から構成された素材を使用することができる。また、それらの混合物を用いることも可能である。
無機化合物としては、ガラス、セラミックス、コンクリートなどを用いることができる。
金属化合物としては、鉄、アルミニウム、銅やステンレスなどの合金を用いることができる。
貫通状構造体の素材は、強度があるほうが好ましく、ステンレスを用いることが好ましい。また、網状物の場合には、有機化合物や天然素材などを用いることができる。
また、培養器、貫通状構造体の素材は、同一であっても良く、異なっていても良い。
また、閉鎖型の培養器を用いる場合には、受光面は、光が透過する素材である方が良く、透明材料であればさらに良い。
本発明では、微細藻類を培養できる限り、公知のいかなる培地(液体培地)も使用することができる。公知の培地として、AF−6培地、Allen培地、BBM培地、C培地、CA培地、CAM培地、CB培地、CC培地、CHU培地、CSi培地、CT培地、CYT培地、D培地、ESM培地、f/2培地、HUT培地、M−11培地、MA培地、MAF−6培地、MF培地、MDM培地、MG培地、MGM培地、MKM培地、MNK培地、MW培地、P35培地、URO培地、VT培地、VTAC培地、VTYT培地、W培地、WESM培地、SW培地、SOT培地などを挙げることができる。このうち淡水性のものはAF−6培地、Allen培地、BBM培地、C培地、CA培地、CAM培地、CB培地、CC培地、CHU培地、CSi培地、CT培地、CYT培地、D培地、HUT培地、M−11培地、MA培地、MAF−6培地、MDM培地、MG培地、MGM培地、MW培地、P35培地、URO培地、VT培地、VTAC培地、VTYT培地、W培地、SW培地、SOT培地である。前述のAVFF007株を培養する培地としては、C培地、CSi培地、CHU培地、及びこれら培地の混合物が好ましい。なお、培地は、培養する微細藻類の種類に応じて選択することが望ましい。
培地は、前培養工程と本培養工程で異なる培地を使用しても良い。また、培養工程の途中で異なる培地に変更しても良い。
多くの微細藻類の培養には、二酸化炭素の供給が必要である。
前培養工程で分散培養を行った場合には、従来法のようにバブリングによって二酸化炭素を培地中に供給しても良いが、液面浮遊培養を行った場合には、二酸化炭素を気相中から供給した方が好ましい。これは、培地中に二酸化炭素をバブリングなどの方法で供給すると液面上の微細藻類バイオフィルムの構造が破壊され、藻体量の斑が発生し、回収工程で貫通状構造体上へのバイオフィルム回収効率が悪く、回収藻体量が減少する可能性があるからである。
本発明で用いることのできる光源は、公知のいかなる光源も用いることができるが、太陽光、LED光、蛍光燈、白熱球、キセノンランプ光、ハロゲンランプなどを用いることができ、この中でも、自然エネルギーである太陽光、発光効率の良いLED、簡便に使用することのできる蛍光燈を用いることが好ましい。
本発明では、前培養工程や本培養工程で使用する液体培地(以下、液体培地のことを培養溶液ともいう)のpHは1〜13の範囲内であることが好ましく、3〜11の範囲内であることがより好ましい、5〜9の範囲内であることがさらに好ましく、6〜8の範囲内であることが最も好ましい。
また、微細藻類の種類に応じて、好適なpHは変化することから、微細藻類の種類に応じたpHを選択することが好ましい。なお、液体培地のpHとは、培養開始時のpHのことである。また、培養工程内のpHとは、培養に伴って変化する場合があることから、培養工程内でpHは変化しても良い。
微細藻類の下限投入微細藻類量、すなわち、培養開始時に使用する微細藻類量は、培養範囲内において1個あれば、時間をかけさえすれば増殖は可能であるため、その制限は特に設けないが、好ましくは1個/cm3以上であり、より好ましくは1000個/cm3以上であり、さらに好ましくは1×104個/cm3以上である。微細藻類の上限投入微細藻類量は、基本的にはどの様な高濃度でも増殖が可能であるため、その制限は特に設けないが、ある濃度以上であると微細藻類量が多ければ多いほど、投入微細藻類量と増殖後の微細藻類量の比が低下することから、1×109個/cm3以下が好ましく、1×108個/cm3以下がより好ましく、5×107個/cm3以下がさらに好ましい。
新しい培地を添加する場合には、栄養成分を液体に溶解させた状態で添加しても良いし、固形分として添加しても良い。固形分として添加した場合には、培地を攪拌しなければならない場合があることから、液体に溶解させた状態で添加することの方がより好ましい。
微細藻類バイオフィルムの大きさは0.1cm2以上であることが好ましく、1cm2以上がより好ましく、10cm2以上がさらに好ましく、培養器の液面面積と等しいことが最も好ましい。0.1cm2以上であれば、貫通状構造体を用いた回収を効率的に行えることから好ましい。また、微細藻類バイオフィルムは、培養領域内で複数個存在していても良い。
微細藻類バイオフィルムの厚さは、1μm〜10000μmの範囲であることが好ましく、1μm〜1000μmの範囲であることがより好ましく、10μm〜1000μmの範囲であることが最も好ましい。10μm〜1000μmの範囲であると、強度が高く、十分な量のバイオフィルムを収穫することができる。
また本発明の微細藻類としては、上記の構造や、上記範囲の面積、厚さ、高さ、増殖速度、単位面積あたりの乾燥藻体重量を有するバイオフィルムを液面上に形成可能な微細藻類であることが、上記と同様の理由で好ましい。
本発明における乾燥藻体は、本発明によって得られた微細藻類回収物を乾燥させたものである。
当該微細藻類回収物を乾燥させる方法としては、微細藻類回収物中の水分を減らすことができる方法であれば、いかなる公知の方法を用いることができ、特に制限されない。例えば、微細藻類回収物を天日干しにする方法、微細藻類回収物を加熱乾燥させる方法、微細藻類回収物を凍結乾燥(フリーズドライ)する方法、微細藻類回収物に乾燥空気を吹き付ける方法等があげられる。これらのうち、微細藻類回収物に含まれる成分の分解を抑制できる観点から凍結乾燥、短時間で効率的に乾燥できる観点から加熱乾燥または天日干しする方法が好ましい。
本発明での含水率とは、回収物中に含まれる水分の重量を、回収物の重量で割って、100を掛けたものである。本発明での微細藻類バイオフィルムの含水率は、95〜60%が好ましく、89〜65%がさらに好ましく、88〜75%が最も好ましい。
分散培養で培養し、遠心分離機を用いて微細藻類を回収した場合の含水率は、一般的に90%程度とされ、本発明での培養法によって得られた液面状バイオフィルムの含水率は、それよりも低く、従来法と比べて優れている点である。なお、フィルム状構造体よりも三次元状構造体の方が含水率は低い。これは、三次元状構造体の方が液面から離れており、かつ、光源に近く、ある程度の乾燥が進行していることが原因と推定している。
本発明での有用物質とは、微細藻類由来のバイオマスの一種で、バイオマスから抽出工程、精製工程などの工程を経由することによって得られた産業にとって有益な物質の総称である。この様な物質として、医薬品や化粧品や健康食品などの最終生成物や中間物や原料、化学合成物の原料、中間物や最終生成物、炭化水素化合物、さらにはオイル、アルコール化合物、水素やメタンなどのエネルギー代替物質、酵素、タンパク、核酸、糖やDHAなどの脂質化合物、アスタキサンチンなどを含む。有用物質は、生産物蓄積工程によって、微細藻類中に蓄積させることもできる。
本発明でのバイオマスとは、化石資源を除いた再生可能な生物由来の有機性資源をいい、例えば、生物由来の物質、食料、資材、燃料、資源などをあげることができる。藻類バイオマスには、微細藻類自体(バイオフィルム状であってもよい。)、有用物質を採取した後の微細藻類残滓が含まれる。
本発明でのオイルとは、可燃性の流動性物質のことであり、主として、炭素、水素から構成された化合物のことであり、場合によっては、酸素原子、窒素原子などを含む物質のことである。オイルは、一般的に混合物であり、ヘキサンやアセトンなどの低極性溶媒を用いて抽出される物質である。その組成は、炭化水素化合物や脂肪酸、トリグリセリドなどから構成される場合や、これらから選ばれる複数種の組成から構成されている場合もある。また、エステル化して、バイオディーゼルとして使用することもできる。
また本発明に係るバイオフィルムは、バイオマスとしての有用性の観点から、オイル含有量が高いことが好ましい。具体的には、バイオフィルムの乾燥藻体あたりのオイル含有量が5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、15質量%以上であることが特に好ましい。バイオフィルムの乾燥藻体あたりのオイル含有量は通常80質量%以下である。
[実施例1]
前培養として、PS製ケース28号(アズワン株式会社、4−5605−05)にCSiFF04培地(図4)40mLとAVFF007株(藻体濃度5×105個/mL)との混合物を入れ、これを真空デシケーター(アズワン株式会社、1−070−01)中に入れ、15000ルクスの蛍光灯照射下(12時間ごとに光照射ON−OFF)、23℃、二酸化炭素濃度5%で静置培養を行った。なお、PS製ケース28号の側面、底面は黒いプラスチックケースで覆った。
また、ヘキサンを用いたオイル抽出も行ったが、回収条件に関わらず、概ねオイル含有量は乾燥藻体重量比で30%前後であった。
実施例1と同様の方法で、前培養及び本培養を行った。ただし、本実施例においては、図6に示した様に、培養器の上面に実施例1にて使用した目開きを持つ金網を設置した。
実施例1と同様の方法で、前培養及び本培養を行った。ただし、培養器として、染色バット(アズワン株式会社、1−1413−01)を使用し、底面から2cmのところ(培地中)に、内寸にあわせて切断した目開き2.04mmの金網を設置した。また、微細藻類懸濁液は、208mL(底面から3cmの水深)入れ、培養7日目には、液面上に微細藻類バイオフィルムが形成されていたので、金網を底面から3.5cmのところに固定した。すなわち、培地中に浸漬していた金網を培養器上面へと引き上げると共に、液面上の微細藻類を金網の上面側の表面に付着させ、液面から0.5mmのところの気相中に、微細藻類付着金網を設置した。この状態でさらに7日間培養を行い、金網上の微細藻類を回収した。これを試料3bとした。なお、金網を設置せずに、水面上の微細藻類バイオフィルムを回収した試料を3aとした。また、7日後に金網を移動させなかったものも準備し、14日後に、上記と同様に金網を移動することで気相中に引き上げ、そのまま回収を行ったもの(試料3c)、および、3時間後に回収を行ったもの(試料3d)を用意した。なお、培養中は、培養開始時の重量となるように蒸留水を必要に応じて加えた。すなわち、蒸発によって失われた水分を追加供給し、水深3cmを維持した。なお、藻体種としては、FFG039p1株(Chlorococcum sp.)を使用した。
実施例3と同様の方法で、前培養及び本培養を行った。ただし、底面から6cmのところに、内寸にあわせて切断した目開き2.04mmの金網を設置した。培養7日目には、液面上に微細藻類バイオフィルムが形成されていたので、気相中に設置した金網を液面上の微細藻類バイオフィルムに移動させることで接触させ、目視ではほぼすべての藻体を金網に付着させた。これを液面から0.5mmのところに設置固定した。この状態でさらに7日間培養を行い、培養器から金網を取り出した後、金網上の微細藻類を回収した。
その結果、乾燥藻体量7.2mg/cm2、含水率78.5%となった。
実施例3と同様の方法で、前培養及び本培養を行った。ただし、金網の代わりに、洗濯用ネット(目開き約1〜3mm)を光源側、目開き1.5cmの金網を培養器底面側とし、二つの貫通状構造体を重ねて一つの貫通状構造体を構成したものを使用した。培養7日目には、液面上の微細藻類バイオフィルムとともに、上記構造体を引き上げ、さらに7日間培養を行い、構造体上の微細藻類を回収した。なお、洗濯用ネットは柔軟性に富むが、金網を設置したことで、液面に接触することはなかった。
回収後の貫通状構造体を上記で培養した培養器の中に再び入れ、培養を同一条件で行った。なお種藻は、培養器の底面や側面、貫通状構造体に付着残存しているものを使用したことになる。培地を交換しなかったものは、乾燥藻体量4.3mg/cm2、含水率80.4%となったが、培地の半分を交換したものは、乾燥藻体量6.7mg/cm2、含水率73.5%となった。
Claims (18)
- 培養器内の培地中で微細藻類を培養し、培地の液面にバイオフィルムを形成させるが、このとき培地中に貫通状構造体が配されている、培養工程;及び
形成されたバイオフィルムを、貫通状構造体とともに培地の液面上方の気相中に移動させ、バイオフィルムを回収する、回収工程
を含む、微細藻類の培養方法。 - 培養器内の培地中で微細藻類を培養し、培地の液面にバイオフィルムを形成させるが、このとき培地の液面の上方に貫通状構造体が配されており、バイオフィルムが、少なくともその一部が貫通状構造体に接触及び/又は貫通状構造体を貫通するように形成される、培養工程;及び
形成されたバイオフィルムを回収する、回収工程
を含む、微細藻類の培養方法。 - 培養器内の培地中で微細藻類を培養し、培地の液面にバイオフィルムを形成させる、培養工程;及び
形成されたバイオフィルムを、貫通状構造体を用いて貫通状構造体上に堆積させるように回収するか又は貫通状構造体を接触させて転写させるように回収する、回収工程
を含む、微細藻類の培養方法。 - 培養器内の培地中で微細藻類を培養し、培地の液面にバイオフィルムを形成させる培養工程;及び
形成されたバイオフィルムを、貫通状構造体に接触させて転写させ、貫通状構造体とともに培地の液面上方の気相中に移動させ、バイオフィルムを回収する、回収工程
を含む、微細藻類の培養方法。 - 請求項1又は4に記載の培養方法であって、形成されたバイオフィルムを貫通状構造体とともに移動させ、培地の液面上方の気相中に配して培養を行った後に、バイオフィルムを回収するものである、培養方法。
- 回収工程の後に、さらに培養工程を繰り返すものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の培養方法。
- 貫通状構造体が、二以上の貫通状構造体を重ねてなるものである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 培養工程において、培養器内へ蒸留水又は培地が添加される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の培養方法。
- 貫通部位が、円形、方形、不定形の中が選ばれる少なくとも一つである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の培養方法。
- 貫通部位の大きさが、0.1mm以上である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の培養方法。
- 貫通部位の大きさが、1mm以上である、請求項10に記載の培養方法。
- 貫通孔構造体が、液面と貫通状構造体との距離が1mm以上であるように配される、請求項2に記載の培養方法。
- 微細藻類が緑藻である、請求項1〜12のいずれか1項に記載の培養方法。
- 微細藻類が、botryococcus sp.、Chlamydomonas sp.、Chlorococcum sp、Chlamydomonad sp.、Tetracystis sp.、Characium sp.又はProtosiphon sp.に属するものである、請求項1〜13のいずれか1項に記載の培養方法。
- 微細藻類が、botryococcus sudeticusに属するものである、請求項1〜14いずれか1項に記載の培養方法。
- 微細藻類が、botryococcus sudeticus FERM BP−11420、又はそれと分類学的に同一の性質を有する微細藻類株である、請求項1〜15のいずれか1項に記載の培養方法。
- 請求項1〜16のいずれか1項に定義された培養方法による工程を含む、藻類バイオマスを製造する方法。
- 藻類バイオマスが、オイルである、請求項17に記載の製造方法。
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