JP2017035064A

JP2017035064A - 光合成細菌の培養液および光合成細菌の培養方法

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Publication number: JP2017035064A
Application number: JP2015160228A
Authority: JP
Inventors: 和男山岡; Kazuo Yamaoka; 藤井　正幸; Masayuki Fujii; 正幸藤井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-08-14
Also published as: JP5871220B1

Abstract

【課題】低コストで大量に光合成細菌を培養することができる光合成細菌の培養液および光合成細菌の培養方法を提供する。
【解決手段】１０００リットルの水に対して２ｋｇ乃至４ｋｇの割合で消石灰を溶解させて成る石灰水１２の中に、１０００リットルの石灰水１２に対して１ｋｇ乃至１．５ｋｇの割合で、米糠を浸漬させる。この液体に、ｐＨが７〜８となるようｐＨ調整剤を添加して、光合成細菌の培養液を調整する。この光合成細菌の培養液に光合成細菌を加え、培養液の温度を２０〜３０℃、ｐＨを７〜８に保持した状態で、無曝気にて６〜１４日間培養する。培養中、培養液に４００〜７００ｎｍの波長の光を所定時間照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光合成細菌の培養液および光合成細菌の培養方法に関する。

有機質肥料の生産では、原料（下水汚泥、畜産廃棄物、生ゴミ等）を発酵処理することにより、利用に際して取り扱い易く、貯蔵性が良く、環境に害を及ぼすことなく安全に土壌還元可能な状態にまで微生物を分解する必要がある。この発酵工程では、硫化水素、メチルメルカプタン、硫化メチル、二硫化メチル、アンモニア、アミン類などの悪臭物質が発生する。従来、これらの悪臭物質発生量を効果的かつ低コストで容易に軽減させるために、悪臭物質を好んで資化（分解）する光合成細菌を、広く散布する方法が行われている（例えば、特許文献１参照）。

なお、光合成細菌は、自然界に広く分布する細菌であり、太陽光をエネルギー源とし、水素と二酸化炭素とを栄養源として光合成を営んでいる。光合成細菌は有機物の資化能力に優れるため、有機物を多く含む廃水の処理に利用されている。また、光合成細菌はアミノ酸やビタミンを豊富に含むため、魚や家畜の養殖用の飼料としても利用されている。さらに、光合成細菌は多量のカロテノイドや生殖成長因子を分泌し、また土壌中の放線菌を有効に増殖させるため、農作物の肥料としても利用されている。

また、光合成細菌とは、広くは光合成を行う真正細菌の総称であり、紅色細菌や紅色非硫黄細菌などを含む。光合成細菌のうち光合成を行うのは、シアノバクテリア、紅色細菌、緑色硫黄細菌、緑色非硫黄細菌、ヘリオバクテリアであり、紅色細菌は栄養的分類から紅色硫黄細菌と紅色非硫黄細菌とに分けられる。紅色細菌は、光合成細菌のうち、酸素を発生せず、カロテノイドの蓄積により赤色ないし褐色を呈するものである。

従来、このような光合成細菌を培養する方法として、酒類粕原液を固液分離した分離液を液体培地として使用する方法（例えば、特許文献２参照）や、キチンおよび／またはキトサンを含有する培地で培養する方法（例えば、特許文献３参照）、Ｆｅ（II）とＦｅ（III）との比を電気化学的に制御して、Ｆｅ（II）またはＦｅ（III）を光合成反応に利用する方法（例えば、特許文献４参照）、培養液の水圧よりも高い水圧下で、培養液に二酸化炭素を溶解させて培養を行う方法（例えば、特許文献５参照）等が開発されている。

特開２００５−１６９１５９号公報特開２００８−１９９９１４号公報特開２０１３−１３２２４８号公報特開２００７−８９５８０号公報特開２０１３−１６２７６２号公報

しかしながら、特許文献２乃至５に記載の光合成細菌の培養方法では、培地を整える際に固液分離装置やキチンなどの薬品を使用したり、培養時にＦｅ（II）とＦｅ（III）との比を電気化学的に制御したり、二酸化炭素を高圧で注入したりする必要があり、培養コストが嵩むという課題があった。また、一度に培養できる光合成細菌の数も少ないという課題もあった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、低コストで大量に光合成細菌を培養することができる光合成細菌の培養液および光合成細菌の培養方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光合成細菌の培養液は、石灰水に米糠を入れた液体に、ｐＨが７〜８となるようｐＨ調整剤を添加して成ることを特徴とする。

本発明に係る光合成細菌の培養液は、石灰水と米糠とｐＨ調整剤とから成り、容易かつ安価に製造することができる。ｐＨ調整剤としては、例えば酢酸や市販の雑穀酢などを用いることができるが、市販の雑穀酢を用いることにより、より安価に製造することができる。このように、本発明に係る光合成細菌の培養液は、安価な材料を使用して、一度に大量に製造することができる。このため、低コストで大量に光合成細菌を培養することができる。

本発明に係る光合成細菌の培養液で培養する光合成細菌は、例えば、ロドスピリラム・ラブラム（Rhodospirillum rubrum）などのロドスピリラム属（Rhodospirillum）、ロドシュードモナス・ビリディス（Rhodopseudomonas viridis）、ロドシュードモナス・ゲラチノーサ（Rhodopseudomonas gelatinos）、ロドシュードモナス・パルストリス（Rhodopseudomonas palustris）、ロドシュードモナス・スルフィドフィラ（Rhodopseudomonas sulfidophila）、ロドシュードモナス・カプシュラタス（Capsulatus）、ロドシュードモナス・シェフロイデス（Spheroides）、ロドシュードモナス・ジェラテイコバ（Gelatikoba）などのロドシュードモナス属（Rhodopseudomonas）、ロドバクター・スフェロイデス（Rhodobacter sphaeroides）、ロドバクター・カプスラータ（Rhodobacter capsulata）などのロドバクター属（Rhodobacter）、およびクロマチウム・ビノサム（Chromatium vinosum）などのクロマチウム属の細菌である。

本発明に係る光合成細菌の培養液で、前記石灰水は、１０００リットルの水に対して、２ｋｇ乃至４ｋｇの割合で消石灰を溶解させて成ることが好ましい。また、前記米糠は加工米糠から成り、前記加工米糠は、３リットルの水に対して、４リットル乃至６リットルの割合で米糠を加えて混合し、その混合液を７０℃乃至１１０℃で加熱後、冷却し乾燥させて成ることが好ましい。この場合、乾燥は、自然乾燥が好ましい。また、前記米糠は透水性容器に収容され、前記石灰水１０００リットルに対して１ｋｇ乃至１．５ｋｇの割合で、前記石灰水中に浸漬されていることが好ましい。透水性容器としては、メッシュ状の袋が好ましい。これらの場合、特に効果的に光合成細菌を培養することができる。

本発明に係る光合成細菌の培養方法は、本発明に係る光合成細菌の培養液に光合成細菌を加え、前記培養液の温度を２０〜３０℃、ｐＨを７〜８に保持した状態で、無曝気にて６〜１４日間培養することを特徴とする。

本発明に係る光合成細菌の培養方法は、培養液の温度を２０〜３０℃、ｐＨを７〜８に保持するだけで、特に難しい操作を行う必要がない。また、本発明に係る光合成細菌の培養液を使用して、低コストで大量に光合成細菌を培養することができる。本発明に係る光合成細菌の培養方法では、例えば、ｐＨ調整剤を適宜添加することにより、ｐＨを７〜８に保持することができる。また、良好な培養状態を維持するために、培養中に、光合成細菌を適宜添加してもよい。

また、本発明に係る光合成細菌の培養方法で、光合成細菌が光合成を行うことにより効率的に培養されるよう、培養中、前記培養液に４００〜７００ｎｍの波長の光を所定時間照射することが好ましい。この場合、光は、人工光であっても、自然光であってもよい。光の照射時間については、昼間に自然光をあてるだけでもよく、所定の時間間隔で光を照射してもよい。また、培養期間中、光を照射し続けてもよい。

本発明によれば、低コストで大量に光合成細菌を培養することができる光合成細菌の培養液および光合成細菌の培養方法を提供することができる。

本発明の実施の形態の光合成細菌の培養液および光合成細菌の培養方法を示す説明図である。本発明の実施の形態の光合成細菌の培養液および光合成細菌の培養方法で使用する加工米糠の製造方法および使用方法を示す説明図である。本発明の実施の形態の光合成細菌の培養方法で培養された光合成細菌の使用状態を示す（ａ）側面図、（ｂ）コンポスト表面の拡大図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１乃至図３に、本発明の実施の形態の光合成細菌の培養液および光合成細菌の培養方法を示す。

本発明の実施の形態の光合成細菌の培養方法では、まず、石灰水に米糠を入れた液体に、ｐＨが７〜８となるようｐＨ調整剤を添加することにより、本発明の実施の形態の光合成細菌の培養液を調整する。具体的な一例では、図１に示すように、培養槽１１に、消石灰（アルカリ分７２％）６ｋｇを清水２，０００リットルに溶解した石灰水１２（ｐＨ１４〜１５）を入れ、事前に加熱乾燥処理した米糠の乾燥物（加工米糠１３）２．５Ｋｇを、ネットに入れて培養槽１１の石灰水１２に浸漬し、さらに、培養槽１１の内部の培養液のｐＨが７〜８となるよう、市販の雑穀酢１４（ｐＨ２．７）を２リットル、培養槽１１に添加する。使用する雑穀酢１４および米糠の成分を、それぞれ表１および２に示す。

なお、加工米糠１３は、図２に示すように、米糠５リットルに水３リットルを加え、弱火（１００℃）で５〜１０分間加熱してドロドロの状態にし（図２（ａ）参照）、その後、室温で冷却して自然乾燥させる（図２（ｂ）参照）。その乾燥した加工米糠１３を、ナイロン製のメッシュ状の袋２１などに入れ（図２（ｃ）参照）、培養槽１１の内部に動かないように吊した状態で、石灰水１２に浸漬させる（図２（ｄ）参照）。なお、図２に示す具体的な一例では、メッシュ状の袋２１は、目開きが５００〜８００μｍであり、目の直径が約２００μｍ、目開き率が約５０％である。

こうして調整された光合成細菌の培養液に、光合成細菌の元菌１５を加えて培養を行う。なお、具体的な一例では、光合成細菌の元菌１５として、紅色に発色したロドバクター属のロドバクター・カプスラータを使用した。光合成細菌の培養中は、培養液の温度を２０〜３０℃に保持するとともに、ｐＨを７〜８に保持するよう、ｐＨ調整剤の雑穀酢１４を適宜添加する。また、光合成細菌が光合成を行うことにより効率的に培養されるよう、培養液に、自然光や人工光など、４００〜７００ｎｍの波長の光を所定時間照射する。また、培養液を時々撹拌し、培養液の表面に浮かぶスカムを除去する。また、光合成細菌の培養状態（菌数）により培養液の色が変化するため、その変化を観察しながら、良好な培養状態（発生する菌数）を維持するよう、適宜光合成細菌の元菌１５を追加する。例えば、ロドバクター・カプスラータを培養する場合には、良好に培養されているときには、培養液が薄いピンクから紅色を呈する。このような状態で、無曝気にて６〜１４日間培養を行う。

こうして、光合成細菌を培養することができる。培養された光合成細菌は、例えば、別の培養槽１６に移して、ストック用に継続して培養されたり、さらに別の散布用の培養槽１７に移してから散布されたりする。また、光合成細菌の菌数が多い良好な培養液を、さらに培養するための光合成細菌の元菌１５としてもよい。

このように、本発明の実施の形態の光合成細菌の培養方法によれば、光合成細菌の培養液が石灰水１２と、米糠を加工した加工米糠１３と、雑穀酢１４のｐＨ調整剤とから成るため、光合成細菌の培養液を、容易かつ安価に製造することができる。特に、市販の雑穀酢１４や米糠を用いることにより、より安価に製造することができる。例えば、従来の培養方法と比べて、数１０分の１〜１００分の１程度のコストで製造することができる。

本発明の実施の形態の光合成細菌の培養方法によれば、このような安価な光合成細菌の培養液を用い、その温度を２０〜３０℃、ｐＨを７〜８に保持するだけで、特に難しい操作を行うことなく光合成細菌を培養することができる。安価な材料を使用して培養液を一度に大量に製造することができるため、低コストで大量に光合成細菌を培養することができる。

本発明の実施の形態の光合成細菌の培養方法では、米糠を事前に加熱乾燥処理した加工米糠１３を使用しているが、米糠を加熱することにより、米糠中に含まれる油脂分解酵素米糠リパーゼの活性を低下させ、脂肪の酸価上昇を抑制することができる。このため、生米糠では酸化が進み、含有する油脂類が劣化するが、加熱処理することにより、油脂類の劣化を抑えることができる。また、その加工米糠１３をメッシュ状の袋２１に入れることにより、培養液中に、微量に徐々に溶出させることができる。加工米糠１３は、メッシュ状の袋２１の中身がなくなるまで何度でも培養に使用することができ、なくなったら新しいものに交換すればよい。

培養された光合成細菌は、有機性廃棄物の発酵処理の際に発生する悪臭を取り除くために、例えば以下のようにして使用される。すなわち、図３（ａ）に示すように、有機性廃棄物を入れた発酵槽（コンポスト）の上方に設置された噴霧ノズルなどから、コンポストの表面を覆うよう、光合成細菌を定期的に噴霧して散布する。これにより、図３（ｂ）に示すように、コンポストの表面に付着した光合成細菌が、発酵により発生する悪臭物質（アンモニア、アミン類、硫化水素、メチルメルカプタン等）を菌体に取り込み資化するため、悪臭物質の濃度が低下して脱臭される。また、コンポスト表面から漏れた悪臭物質は発酵槽の上方に漂うが、定期的に散布される光合成細菌のミストにある程度吸着されるため、光合成細菌の菌体に取り込まれて資化され、脱臭される。

図３に示す具体的な一例では、幅４ｍ、奥行き７ｍ、高さ３.５ｍの発酵槽（容積９８ｍ^３、実有効容量８０ｍ^３）に対して、１日あたり８回、１回あたり１分間、約５リットルの光合成細菌を、タイマー操作により自動散布している。なお、光合成細菌の散布時間と休止時間とを調節することにより、発生する悪臭濃度に対応することができる。また、悪臭の強度により散布回数を増減させることで、脱臭効果を調整することができる。

１１培養槽
１２石灰水
１３加工米糠
１４雑穀酢
１５光合成細菌の元菌
２１メッシュ状の袋

Claims

石灰水に米糠を入れた液体に、ｐＨが７〜８となるようｐＨ調整剤を添加して成ることを特徴とする光合成細菌の培養液。
前記石灰水は、１０００リットルの水に対して、２ｋｇ乃至４ｋｇの割合で消石灰を溶解させて成ることを特徴とする請求項１記載の光合成細菌の培養液。
前記米糠は加工米糠から成り、前記加工米糠は、３リットルの水に対して、４リットル乃至６リットルの割合で米糠を加えて混合し、その混合液を７０℃乃至１１０℃で加熱後、冷却し乾燥させて成ることを特徴とする請求項１または２記載の光合成細菌の培養液。
前記米糠は透水性容器に収容され、前記石灰水１０００リットルに対して１ｋｇ乃至１．５ｋｇの割合で、前記石灰水中に浸漬されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光合成細菌の培養液。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光合成細菌の培養液に光合成細菌を加え、前記培養液の温度を２０〜３０℃、ｐＨを７〜８に保持した状態で、無曝気にて６〜１４日間培養することを特徴とする光合成細菌の培養方法。
培養中、前記培養液に４００〜７００ｎｍの波長の光を所定時間照射することを特徴とする請求項５記載の光合成細菌の培養方法。