JP2017169518A - 培養システム - Google Patents

Abstract

【課題】培養後液中の複数の培養成分の濃度を適正範囲として、培養後液を再利用する。【解決手段】培養システム１００は、対象物を培養する培養槽１１０と、互いに異なる培養成分が含まれる複数の成分液が、成分液ごとに保持される複数の貯留部（リン酸貯留部３１０、硫酸貯留部３２０、カルシウム貯留部３３０、鉄貯留部３４０）と、培養槽から対象物液を抜き出して、対象物と培養後液とに分離する分離手段（スクリーン２１０、噴射手段２２０）と、分離された培養後液に含まれる複数の培養成分それぞれの濃度を測定する濃度測定部２７４と、培養成分それぞれの濃度に基づいて、複数の貯留部から培養後液に成分液を供給する供給手段（供給量制御部２８６、第１ポンプ３１２、第２ポンプ３２２、第３ポンプ３３２、第４ポンプ３４２）と、成分液が供給された培養後液を培養槽に返送する返送手段２９０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、微生物や細胞を培養する培養システムに関する。

近年、バイオ燃料（炭化水素やバイオディーゼル）や、生理活性物質等を産生することができる藻類（特に、微細藻類）が注目されており、このような藻類から燃料や生理活性物質等を取り出したり、藻類自体を食品、薬、化粧品等に利用したりすることが検討されている。

藻類から燃料等を取り出したり、藻類自体を食品等に利用したりするには、培養装置で藻類を大量に培養する必要がある。藻類を大量に培養する培養装置として、例えば、特許文献１には、培養液の液面が大気開放されている培養装置（開放系リアクタ）であるレースウェイ型（オープンポンド型、屋外池型とも呼ばれる）が開示されている。そして、培養装置において培養液中で培養された藻類は、培養液から分離された後、所定の処理が施されて、燃料、食品等に加工される。

このように藻類等の微生物や細胞（以下、「対象物」と称する）を大量培養するには、大量の培養液が必要となるが、培養液に含まれる培養成分（対象物の培養に必要な物質）は、培養中に対象物によって消費されるため、対象物を分離した後の培養液（以下、「培養後液」と称する）をそのまま再利用すると、対象物の培養が促進されなくなるおそれがある。そこで、培養後液中の培養成分の濃度を測定し、培養成分の濃度が適正値となるように培養後液に培養成分を添加する技術が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２０１１−２３９７４６号公報 特開２０１２−１７５９６４号公報

しかし、対象物の育成具合によって、培養成分ごとに消費量が異なるため、１の培養成分の濃度に基づいて、複数の培養成分を一括して培養後液に添加してしまうと、複数の培養成分を適正範囲内に収めることができない。

本発明は、このような課題に鑑み、培養後液中の複数の培養成分の濃度を適正範囲として、培養後液を再利用することができる培養システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の培養システムは、対象物の培養に必要な物質である培養成分が複数含まれる培養液で、該対象物を培養する培養システムであって、前記対象物が懸濁された培養液である対象物液を貯留するとともに、該対象物を培養する培養槽と、互いに異なる前記培養成分が含まれる複数の成分液が、該成分液ごとに保持される複数の貯留部と、前記培養槽から前記対象物液を抜き出して、前記対象物と培養後液とに分離する分離手段と、分離された前記培養後液に含まれる複数の培養成分それぞれの濃度を測定する濃度測定部と、前記培養成分それぞれの濃度に基づいて、前記複数の貯留部から前記培養後液に前記成分液を供給する供給手段と、前記成分液が供給された前記培養後液を前記培養槽に返送する返送手段と、を備えたことを特徴とする。

また、水を貯留する貯水部を備え、前記供給手段は、前記培養成分それぞれの濃度に基づいて、前記貯水部から前記培養後液に水を供給するとしてもよい。

また、前記複数の貯留部は、前記培養成分としてリン酸を含む成分液を貯留するリン酸貯留部、および、該培養成分として硫酸を含む成分液を貯留する硫酸貯留部のいずれか一方または両方と、前記培養成分としてカルシウムを含む成分液を貯留するカルシウム貯留部、および、前記培養成分として鉄を含む成分液を貯留する鉄貯留部のいずれか一方または両方と、を含んで構成されるとしてもよい。

また、前記分離手段は、フィルタを含んで構成されるとしてもよい。

また、前記分離手段は、本体部と、該本体部の表面から裏面まで貫通する複数の貫通孔と、を有する金属製のスクリーンと、前記培養槽から前記対象物液を抜き出して、前記本体部の表面に向けて噴射する噴射手段と、を含んで構成されるとしてもよい。

また、前記培養後液に紫外線を照射する紫外線照射部を備えるとしてもよい。

また、前記培養後液に酸化促進剤を添加する酸化促進手段を備え、前記紫外線照射部は、前記酸化促進剤が添加された前記培養後液に紫外線を照射するとしてもよい。

本発明によれば、培養後液中の複数の培養成分の濃度を適正範囲として、培養後液を再利用することが可能となる。

培養システムを説明する図である。 分離再生ユニットを説明する図である。 スクリーンの具体的な構成について説明する図である。 噴射手段による対象物液の噴射態様について説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（培養システム１００）
本実施形態では、培養液中で対象物を培養する培養システム１００について説明する。なお、対象物としてボツリオコッカス、スピルリナ等の微細藻類（藻類）を例に挙げて説明する。また、藻類は、野生株であってもよいし、遺伝子組み換えや、突然変異を誘発させることによって粒径を肥大化させた変異株であってもよい。

図１は、本実施形態にかかる培養システム１００を説明する図である。図１に示すように、培養システム１００は、培養槽１１０と、分離再生ユニット１２０と、発電装置１３０とを含んで構成される。なお、図１中、液体の流れを矢印で示す。

培養槽１１０は、上面に開口部１１２を有し、藻類が懸濁された培養液である対象物液を貯留する。そして、開口部１１２から対象物液に太陽光１０が照射されることにより、培養槽１１０内において藻類が培養（増殖）されることとなる。本実施形態において、培養槽１１０は、水平方向に並列する複数の分割領域１１４（図１中、１１４Ａ〜１１４Ｄで示す）に分割されている。なお、培養槽１１０は、分割領域１１４の水面が、分割領域１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃ、１１４Ｄの順で徐々に低くなるように構成されている。

詳しくは後述するが、分離再生ユニット１２０は、培養槽１１０から対象物液を抜き出した後、対象物液を藻類と培養後液とに分離し、分離した培養後液を培養液として再生して培養槽１１０に返送する。本実施形態において、分離再生ユニット１２０は、培養槽１１０における一端側に形成された分割領域１１４Ｄから対象物液を抜き出すとともに、再生された培養液を、培養槽１１０における他端側に形成された分割領域１１４Ａに返送する。したがって、培養槽１１０において、培養液（対象物液）は、分割領域１１４Ａ、分割領域１１４Ｂ、分割領域１１４Ｃ、分割領域１１４Ｄの順で移動することとなる。

分離再生ユニット１２０が、分割領域１１４Ｄから対象物液を抜き出し、分割領域１１４Ｄから最も遠い位置に配される分割領域１１４Ａに培養液を返送する構成により、再生された培養液の滞留時間を長くすることができる。すなわち、再生された培養液がショートカットされて（わずかな滞留時間で）分離再生ユニット１２０に導入される事態を回避することができ、培養液の再生効率を向上させることが可能となる。

また、分離再生ユニット１２０によって分離された藻類のうち、一部は再生された培養液とともに培養槽１１０に返送され、その他は、所定の処理が施されて、燃料、食品等に加工される。

発電装置１３０は、太陽光１０をエネルギー源として発電し、生成した電力を分離再生ユニット１２０に供給する。

このように、本実施形態の培養システム１００では、培養槽１１０で使用された培養液を再生して培養槽１１０に返送することで、培養液に要するコストを削減でき、低コストで藻類を培養することが可能となる。以下、培養液を再生する分離再生ユニット１２０の具体的な構成について説明する。

図２は、分離再生ユニット１２０を説明する図である。なお、本実施形態において、図２をはじめ以下の図では、垂直に交わるＸ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向）、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。また、図２中、対象物液、培養後液、培養液、成分液、藻類、酸化促進剤等の物質の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。

図２に示すように、分離再生ユニット１２０は、スクリーン２１０（分離手段）と、噴射手段２２０（分離手段）と、藻類回収槽２３０と、収容部２４０と、案内板２４４と、紫外線照射部２５０と、酸化促進手段２６０と、濁度測定部２７０と、酸化測定部２７２と、濃度測定部２７４と、中央制御部２８０と、返送手段２９０と、リン酸貯留部３１０（貯留部）と、第１ポンプ３１２（供給手段）と、硫酸貯留部３２０（貯留部）と、第２ポンプ３２２（供給手段）と、カルシウム貯留部３３０（貯留部）と、第３ポンプ３３２（供給手段）と、鉄貯留部３４０（貯留部）と、第４ポンプ３４２（供給手段）と、貯水部３５０と、第５ポンプ３５２（供給手段）と、を含んで構成される。

スクリーン２１０は、対象物液から培養後液の一部を取り除く。図３は、スクリーン２１０の具体的な構成について説明する図であり、図３（ａ）はスクリーン２１０の平面図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線断面図を示す。なお、図３中、理解を容易にするために、スリット２１４を実際より大きく示す。

図３に示すように、スクリーン２１０は、ステンレス等の金属で構成された、板状の本体部２１２を含んで構成される。スクリーン２１０は、図３（ｂ）に示すように、本体部２１２の一端側２１２ｃが他端側２１２ｄより鉛直上方（図３中、Ｚ軸方向）となるように配されている。

本体部２１２は、表面２１２ａ側が凹みとなる湾曲形状に形成されており、本体部２１２には、本体部２１２の表面２１２ａから裏面２１２ｂまで貫通するとともに、図３中Ｙ軸方向に延在したスリット２１４（貫通孔）が複数形成されている。また、スリット２１４における、図３（ａ）中Ｚ軸方向の幅Ｗは、藻類の最小粒径未満の大きさとなっている。スリット２１４の幅を藻類の最小粒径未満とすることにより、藻類がスリット２１４を通過してしまう事態を回避することができ、藻類の回収効率の低減を防止することが可能となる。なお、藻類の最小粒径は、粒度分布計等の既存の粒径測定装置で測定することができるため、ここでは、詳細な説明は省略する。また、藻類がコロニーを形成する場合、スリット２１４の幅を、コロニーの最小粒径未満とするとよい。

図２に戻って説明すると、噴射手段２２０は、一端が培養槽１１０（分割領域１１４Ｄ）に貯留された対象物液に浸漬されるとともに、他端にノズル２２２ａが接続された配管２２２と、配管２２２に設けられたポンプ２２４とを含んで構成され、培養槽１１０から対象物液を吸引し（抜き出し）、吸引した対象物液をスクリーン２１０に噴射する。ノズル２２２ａは、配管２２２に接続された基端から先端に向かうに従って流路断面積が漸減するテーパ形状となっている。

図４は、噴射手段２２０による対象物液の噴射態様について説明する図である。なお、図４中、理解を容易にするために、収容部２４０、紫外線照射部２５０を省略する。図４中、ハッチングの矢印で示すように、噴射手段２２０は、スクリーン２１０の本体部２１２の表面２１２ａに向けて対象物液を噴射する。そうすると、対象物液中の一部の培養後液がスリット２１４を通過してスクリーン２１０の下方に落下し（図４中、白抜き矢印で示す）、本体部２１２の表面２１２ａ上には、一部の培養後液が取り除かれた対象物液（図４中、黒い塗りつぶしで示す。また、以下、「濃縮対象物液」と称する。）が残存することとなる。また、噴射手段２２０が対象物液を噴射することにより、噴射の流れによって培養後液を効率よくスリット２１４に通過させることができ、対象物液の脱水効率（対象物液から培養後液を除去する効率）を向上させることが可能となる。

また、本実施形態において、噴射手段２２０は、本体部２１２の少なくとも一部の表面２１２ａの面方向に交差する方向、つまり、本体部２１２の少なくとも１の法線と交差する方向であり、また、一端側２１２ｃから他端側２１２ｄに向かう方向に対象物液を噴射する。これにより、濃縮対象物液は、噴射の衝撃で一端側２１２ｃから他端側２１２ｄに向かう方向に移動する。さらに、上記したように、スクリーン２１０の本体部２１２は、一端側２１２ｃが他端側２１２ｄよりも鉛直上方に配されるため、濃縮対象物液を、自重で一端側２１２ｃから他端側２１２ｄに移動させることもできる。したがって、濃縮対象物液を移動させるための専用の動力が不要となり、動力に要するコストを削減することが可能となる。

このように濃縮対象物液は、一端側２１２ｃから他端側２１２ｄへ移動し、移動過程において、スリット２１４を通じてさらに培養後液が取り除かれることとなる。そして、他端側２１２ｄに到達した濃縮対象物液は、自重で落下し、藻類回収槽２３０に収容されることとなる。

藻類回収槽２３０は、本体部２１２の他端側２１２ｄより下方、かつ、上部開口２３０ａが他端側２１２ｄに臨んで配され、濃縮対象物液を収容する。こうして収容された濃縮対象物液の一部は、培養槽１１０に返送され、その他は、後段の処理設備に送出されることとなる。

図２に戻って説明すると、収容部２４０は、スクリーン２１０の本体部２１２の裏面２１２ｂを囲繞し、スリット２１４を通過した培養後液（スクリーン２１０によって分離された培養後液）を収容する。

スリット２１４を通過した培養後液は、自重で収容部２４０内を落下することから、収容部２４０内の下部には、培養後液を一時的に貯めておく貯液部２４２が形成されることとなる。

また、収容部２４０内には、スリット２１４を通過した培養後液を貯液部２４２に案内する案内板２４４が複数設けられている。

紫外線照射部２５０は、収容部２４０内に設けられ、紫外線を照射する。本実施形態において、紫外線照射部２５０は、ＬＥＤで構成されており、殺菌作用が最も大きい波長（ＤＮＡを破壊する波長、例えば、２５３．７ｎｍ）の紫外線を照射する。

また、本実施形態において、紫外線照射部２５０は、本体部２１２の裏面２１２ｂ、案内板２４４、貯液部２４２に設けられる。紫外線の殺菌効果は、光源（紫外線照射部２５０）からの距離が近い程、また、照射時間が長い程、高い。したがって、収容部２４０（貯液部２４２）における培養後液の滞留時間を長くすれば、殺菌効果を高めることができるが、殺菌時間が長時間化してしまう。

そこで、培養後液が通過する経路の近傍、すなわち、本体部２１２の裏面２１２ｂ、案内板２４４、貯液部２４２に紫外線照射部２５０を設けることにより、光源から培養後液（雑菌）までの距離を短くすることができる。これにより、殺菌効果を高めつつ、殺菌時間の短縮化を図ることが可能となる。

また、本実施形態において、紫外線照射部２５０は、上記発電装置１３０が生成した電力で紫外線を照射する。雑菌は、太陽光１０によって増殖されるため、太陽光１０をエネルギー源として発電する発電装置１３０の発電効率が高い時間（例えば、昼間）と、雑菌の増殖率が高い時間とが概ね一致することとなる。したがって、発電装置１３０が生成した電力で紫外線照射部２５０を駆動する（紫外線を照射させる）ことにより、雑菌の増殖時間に効果的に紫外線を照射させることができ、効率よく殺菌を行うことが可能となる。

酸化促進手段２６０は、収容部２４０に酸化促進剤を供給する。酸化促進手段２６０が供給する酸化促進剤は、例えば、オゾン、過酸化水素、次亜塩素酸である。ここでは、酸化促進手段２６０が酸化促進剤として、オゾンを供給する構成を例に挙げて説明する。

本実施形態において、酸化促進手段２６０は、少なくとも貯液部２４２に設けられる紫外線照射部２５０の上流側にオゾンを供給する。酸化促進手段２６０がオゾンを供給することにより、培養後液にオゾンを溶解させることができる。したがって、オゾンが溶解された培養後液に紫外線が照射されることとなり、促進酸化処理（ＡＯＰ：Advanced Oxidation Process）を施すことが可能となり、殺菌効果をさらに向上させることができる。

濁度測定部２７０は、後述する返送手段２９０によって収容部２４０から抜き出された培養後液（殺菌後の培養後液）の濁度を測定する。

酸化測定部２７２は、返送手段２９０によって収容部２４０から抜き出された培養後液（殺菌後の培養後液）のオゾン（酸化促進剤）の濃度を測定する。

濃度測定部２７４は、返送手段２９０によって収容部２４０から抜き出された培養後液（殺菌後の培養後液）に含まれる培養成分それぞれの濃度を、例えば、比色法を用いて測定する。ここで、培養成分は、藻類（対象物）の培養に必須な物質であり、ここでは、リン酸、硫酸、カルシウム、鉄を例に挙げて説明する。また、濃度測定部２７４による測定に用いられた培養後液は、廃棄してもよいし、返送手段２９０を構成する配管２９２に戻してもよい。

中央制御部２８０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して分離再生ユニット１２０全体を管理および制御する。本実施形態において、中央制御部２８０は、照射制御部２８２、酸化制御部２８４、供給量制御部２８６（供給手段）としても機能する。

照射制御部２８２は、濁度測定部２７０によって測定された濁度に基づいて、紫外線照射部２５０を制御する。例えば、照射制御部２８２は、濁度が所定の濁度閾値以上である場合、濁度閾値未満である場合と比較して紫外線の照射頻度（または、照射出力）を上げるように紫外線照射部２５０を制御する。

培養液中の雑菌が相対的に多いと、濁度が大きくなるため、照射制御部２８２が濁度に基づいて紫外線照射部２５０を制御することにより、殺菌効率を向上しつつ、電力消費量を低減することが可能となる。

酸化制御部２８４は、酸化測定部２７２によって測定されたオゾンの濃度に基づいて、酸化促進手段２６０を制御する。例えば、酸化制御部２８４は、オゾンの濃度が所定の濃度閾値以上である場合、濃度閾値未満である場合と比較してオゾン（酸化促進剤）の供給量を下げるように酸化促進手段２６０を制御する。

培養槽１１０に返送される培養液中のオゾンの濃度が高いと、藻類の培養（増殖）を阻害してしまうおそれがあるため、酸化制御部２８４がオゾンの濃度に基づいて酸化促進手段２６０を制御することにより、殺菌効率を向上しつつ、藻類の培養の阻害を防止することが可能となる。

供給量制御部２８６は、濃度測定部２７４によって測定された培養成分それぞれの濃度に基づいて、後述する複数の貯留部から培養後液に成分液を供給する。供給量制御部２８６による制御については、後に詳述する。

返送手段２９０は、一端が収容部２４０の貯液部２４２に設けられる（培養後液に浸漬される）とともに、他端が培養槽１１０（分割領域１１４Ａ）に接続された配管２９２と、配管２９２に設けられた返送ポンプ２９４とを含んで構成され、収容部２４０から殺菌された培養後液を吸引して、培養槽１１０に返送する。なお、返送ポンプ２９４の下流側の配管２９２内には、インラインミキサーが設けられており、供給量制御部２８６によって供給された成分液と、培養後液との混合を促進している。

ここで、返送手段２９０が、殺菌後の培養後液をそのまま返送すると、培養槽１１０において藻類の培養が促進されないおそれがある。具体的に説明すると、培養液に含まれる培養成分は、培養中に藻類によって消費される。このため、培養後液をそのまま培養槽１１０に返送すると、培養成分が足りない場合に藻類の培養が促進されなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、殺菌された培養後液に培養成分を供給して培養槽１１０に返送する。以下、培養成分の供給について具体的に説明する。

リン酸貯留部３１０は、培養液を構成する培養成分のうち、予め定められた濃度のリン酸（リン酸イオン）を含む成分液（以下、「リン酸液」と称する）を貯留する。なお、リン酸貯留部３１０に貯留されているリン酸液中のリン酸の濃度は、不図示のメモリに記憶されている。第１ポンプ３１２は、供給量制御部２８６の制御に応じて、配管２９２における濃度測定部２７４の下流側に、リン酸貯留部３１０に貯留されたリン酸液を供給する。

硫酸貯留部３２０は、培養液を構成する培養成分のうち、予め定められた濃度の硫酸（硫酸イオン）を含む成分液（以下、「硫酸液」と称する）を貯留する。なお、硫酸貯留部３２０に貯留されている硫酸液中の硫酸の濃度は、不図示のメモリに記憶されている。第２ポンプ３２２は、供給量制御部２８６の制御に応じて、配管２９２における濃度測定部２７４の下流側に、硫酸貯留部３２０に貯留された硫酸液を供給する。

カルシウム貯留部３３０は、培養液を構成する培養成分のうち、予め定められた濃度のカルシウム（カルシウムイオン）を含む成分液（以下、「カルシウム液」と称する）を貯留する。なお、カルシウム貯留部３３０に貯留されているカルシウム液中のカルシウムの濃度は、不図示のメモリに記憶されている。第３ポンプ３３２は、供給量制御部２８６の制御に応じて、配管２９２における濃度測定部２７４の下流側に、カルシウム貯留部３３０に貯留されたカルシウム液を供給する。

鉄貯留部３４０は、培養液を構成する培養成分のうち、予め定められた濃度の鉄（鉄イオン）を含む成分液（以下、「鉄液」と称する）を貯留する。なお、鉄貯留部３４０に貯留されている鉄液中の鉄の濃度は、不図示のメモリに記憶されている。第４ポンプ３４２は、供給量制御部２８６の制御に応じて、配管２９２における濃度測定部２７４の下流側に、鉄貯留部３４０に貯留された鉄液を供給する。

貯水部３５０は、水を貯留する。第５ポンプ３５２は、供給量制御部２８６の制御に応じて、配管２９２における濃度測定部２７４の下流側に、貯水部３５０に貯留された水を供給する。

供給量制御部２８６は、濃度測定部２７４によって測定された培養成分それぞれの濃度に基づいて、第１ポンプ３１２、第２ポンプ３２２、第３ポンプ３３２、第４ポンプ３４２、第５ポンプ３５２を制御する。

例えば、濃度測定部２７４によって測定されたリン酸の濃度が所定の適正範囲未満である場合、供給量制御部２８６は、メモリに記憶されたリン酸液の濃度に基づき、第１ポンプ３１２を駆動して、適正範囲となるまで所定量の（もしくは、第１ポンプ３１２の流量に基づき所定時間）リン酸液を供給する。同様に、濃度測定部２７４によって測定された硫酸の濃度が所定の適正範囲未満である場合、供給量制御部２８６は、メモリに記憶された硫酸液の濃度に基づき、第２ポンプ３２２を駆動して、適正範囲となるまで所定量の（もしくは、第２ポンプ３２２の流量に基づき所定時間）硫酸液を供給する。濃度測定部２７４によって測定されたカルシウムの濃度が所定の適正範囲未満である場合、供給量制御部２８６は、メモリに記憶されたカルシウム液の濃度に基づき、第３ポンプ３３２を駆動して、適正範囲となるまで所定量の（もしくは、第３ポンプ３３２の流量に基づき所定時間）カルシウム液を供給する。濃度測定部２７４によって測定された鉄の濃度が所定の適正範囲未満である場合、供給量制御部２８６は、メモリに記憶された鉄液の濃度に基づき、第４ポンプ３４２を駆動して、適正範囲となるまで所定量の（もしくは、第４ポンプ３４２の流量に基づき所定時間）鉄液を供給する。

また、濃度測定部２７４によって測定された培養成分のうち、１または複数の培養成分の濃度が所定の適正範囲を上回る場合、供給量制御部２８６は、第５ポンプ３５２を駆動して、水を供給する。具体的に説明すると、供給量制御部２８６は、適正範囲との差が最も大きい培養成分の濃度が適正範囲となるまで第５ポンプ３５２を駆動する。そして、供給量制御部２８６は、濃度測定部２７４によって測定された他の培養成分の濃度、貯水部３５０から供給した水の量に基づいて、他の培養成分の現在の濃度（水添加後の濃度）を推定する。続いて、供給量制御部２８６は、推定した他の培養成分の現在の濃度に基づき、他の培養成分が適正範囲となるように、第１ポンプ３１２、第２ポンプ３２２、第３ポンプ３３２、第４ポンプ３４２を制御する。

こうして、培養成分が適正範囲となった培養後液（再生された培養液）は、返送手段２９０によって培養槽１１０に返送されることとなる。

以上説明したように、本実施形態の培養システム１００では、異なる培養成分が含まれる複数の成分液が、成分液ごとに保持される複数の貯留部（リン酸貯留部３１０、硫酸貯留部３２０、カルシウム貯留部３３０、鉄貯留部３４０）と、培養成分それぞれの濃度に基づいて、複数の貯留部から培養後液に成分液を供給させる供給量制御部２８６とを備えることにより、成分液が添加された培養後液におけるすべての培養成分の濃度を適正範囲とすることができる。

そして、培養成分の濃度が適正範囲となった培養後液（再生された培養液）を培養槽１１０に返送することで、使用済みの培養液を再利用することができる。これにより、培養液に要するコストを削減でき、低コストで藻類を培養することが可能となる。

また、本実施形態の培養システム１００では、複数の貯留部それぞれに、互いに異なる成分液を貯留する。例えば、リン酸液とカルシウム液とを１の貯留部に貯留すると、リン酸カルシウムの沈殿が生じ、リン酸液と鉄液とを１の貯留部に貯留すると、リン酸鉄の沈殿が生じ、硫酸液とカルシウム液とを１の貯留部に貯留すると、硫酸鉄の沈殿が生じる。そうすると、成分液中の培養成分の濃度が変動してしまったり、沈殿によって貯留部の供給口が閉塞されてしまったりする不具合が生じる。そこで、複数の貯留部それぞれに、異なる成分液を貯留する構成により、成分液中の培養成分同士による不具合を回避することが可能となる。

また、濃度測定部２７４は、スクリーン２１０によって藻類が分離された後の培養後液に含まれる複数の培養成分それぞれの濃度を測定している。かかる構成により、対象物液（藻類を分離する前の培養後液）をそのまま測定する場合と比較して、測定精度を向上させることができる。

また、培養システム１００が紫外線照射部２５０を備える構成により、雑菌によって培養成分が消費されてしまう事態を回避することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、培養システム１００が培養する対象物として、微細藻類を例に挙げて説明した。しかし、対象物に限定はなく、例えば、微細藻類以外の藻類であってもよいし、藻類以外の微生物、細胞であってもよい。

また、上記実施形態において、貯留部として、リン酸貯留部３１０、硫酸貯留部３２０、カルシウム貯留部３３０、鉄貯留部３４０を例に挙げて説明した。しかし、リン酸、硫酸、カルシウム、鉄以外の培養成分を含む成分液を貯留する貯留部が設けられていてもよい。また、共存させても不具合（例えば、沈殿）を生じない培養成分同士を１の貯留部に貯留してもよい。

また、上記実施形態において、スクリーン２１０および噴射手段２２０を含んで構成される分離手段を例に挙げて説明した。しかし、分離手段は、培養槽１１０から対象物液を抜き出して、対象物と培養後液とに分離することができれば構成に限定はない。例えば、培養槽から対象物液を抜き出すポンプと、抜き出された対象物液を濾過するフィルタとを含んで構成されてもよい。また、フィルタに代えて、遠心分離機や、液体サイクロンを採用してもよい。

また、上記実施形態において、スクリーン２１０がステンレスで構成される場合を例に挙げて説明した。しかし、スクリーンは金属製であれば金属種に限定はない。また、スクリーンの表面をコーティングして、本体部２１２の腐食を防止してもよい。

また、上記実施形態において、本体部２１２に設けられる貫通孔として、矩形形状のスリット２１４を例に挙げて説明した。しかし、貫通孔の形状に限定はない。また、貫通孔の大きさは、藻類（またはコロニー）の最小粒径未満であるとよいが、少なくとも１の貫通孔の大きさが藻類の最小粒径未満であればよい。

また、上記実施形態において、すべてのスリット２１４の幅が、藻類の最小粒径未満である場合を例に挙げて説明した。しかし、少なくとも１のスリット２１４の幅が、藻類の最小粒径未満であればよい。

また、上記実施形態において、表面２１２ａ側が凹みとなる湾曲形状である本体部２１２を例に挙げて説明した。しかし、本体部２１２の形状に限定はない。

また、上記実施形態において、紫外線照射部２５０が、成分液が供給される前の培養後液に紫外線を照射する構成を例に挙げて説明した。しかし、紫外線照射部２５０は、成分液が供給された後の培養後液に紫外線を照射してもよい。

また、上記実施形態において、紫外線照射部２５０が、本体部２１２の裏面２１２ｂ、貯液部２４２、案内板２４４に設けられる構成を例に挙げて説明したが、本体部２１２の裏面２１２ｂ、貯液部２４２、および、案内板２４４のいずれか１の箇所に紫外線照射部２５０が設けられていてもよい。本体部２１２の裏面２１２ｂに紫外線照射部２５０を設けることで、スリット２１４を通過する培養液すべてに紫外線を照射することができる。貯液部２４２に紫外線照射部２５０を設けることで、返送手段２９０によって返送される培養液すべてに紫外線を照射することができる。また、培養液は、貯液部２４２に貯留されている期間、紫外線に曝されることになるため、殺菌効率を向上させることができる。案内板２４４に紫外線照射部２５０を設けることで、スリット２１４を通過し、貯液部２４２に案内される培養液すべてに紫外線を照射することができる。

また、上記実施形態において、紫外線照射部２５０は、発電装置１３０が生成した電力で紫外線を照射する構成を例に挙げて説明した。しかし、紫外線照射部２５０の電力供給源は、発電装置１３０に限らず、商用電源であってもよい。

また、上記実施形態において、紫外線照射部２５０が照射する紫外線の波長が２５３．７ｎｍである構成を例に挙げて説明した。しかし、紫外線照射部２５０は、培養液を殺菌する紫外線を照射できればよく、紫外線の波長に限定はない。例えば、２５３．７ｎｍを含む所定の波長範囲の紫外線を照射してもよい。

また、上記実施形態において、紫外線照射部２５０がＬＥＤで構成される場合を例に挙げて説明した。しかし、紫外線照射部２５０は、紫外線殺菌灯（水銀灯）で構成されてもよい。

また、培養槽１１０から抜き出した対象物液の濁度を測定し、濁度に基づいて、藻類回収槽２３０から培養槽１１０に返送される濃縮対象物液の量を調整してもよい。これにより、培養槽１１０内の対象物の濃度を適正範囲に維持することができる。

本発明は、微生物や細胞を培養する培養システムに利用することができる。

１００ 培養システム
１１０ 培養槽
２１０ スクリーン（分離手段）
２１２ 本体部
２１４ スリット（貫通孔）
２２０ 噴射手段（分離手段）
２５０ 紫外線照射部
２６０ 酸化促進手段
２７４ 濃度測定部
２８６ 供給量制御部（供給手段）
２９０ 返送手段
３１０ リン酸貯留部（貯留部）
３１２ 第１ポンプ（供給手段）
３２０ 硫酸貯留部（貯留部）
３２２ 第２ポンプ（供給手段）
３３０ カルシウム貯留部
３３２ 第３ポンプ（供給手段）
３４０ 鉄貯留部（貯留部）
３４２ 第４ポンプ（供給手段）
３５０ 貯水部
３５２ 第５ポンプ（供給手段）

Claims (7)

1. 対象物の培養に必要な物質である培養成分が複数含まれる培養液で、該対象物を培養する培養システムであって、
   前記対象物が懸濁された培養液である対象物液を貯留するとともに、該対象物を培養する培養槽と、
   互いに異なる前記培養成分が含まれる複数の成分液が、該成分液ごとに保持される複数の貯留部と、
   前記培養槽から前記対象物液を抜き出して、前記対象物と培養後液とに分離する分離手段と、
   分離された前記培養後液に含まれる複数の培養成分それぞれの濃度を測定する濃度測定部と、
   前記培養成分それぞれの濃度に基づいて、前記複数の貯留部から前記培養後液に前記成分液を供給する供給手段と、
   前記成分液が供給された前記培養後液を前記培養槽に返送する返送手段と、
   を備えたことを特徴とする培養システム。
2. 水を貯留する貯水部を備え、
   前記供給手段は、前記培養成分それぞれの濃度に基づいて、前記貯水部から前記培養後液に水を供給することを特徴とする請求項１に記載の培養システム。
3. 前記複数の貯留部は、
   前記培養成分としてリン酸を含む成分液を貯留するリン酸貯留部、および、該培養成分として硫酸を含む成分液を貯留する硫酸貯留部のいずれか一方または両方と、
   前記培養成分としてカルシウムを含む成分液を貯留するカルシウム貯留部、および、前記培養成分として鉄を含む成分液を貯留する鉄貯留部のいずれか一方または両方と、
   を含んで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の培養システム。
4. 前記分離手段は、フィルタを含んで構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の培養システム。
5. 前記分離手段は、
   本体部と、該本体部の表面から裏面まで貫通する複数の貫通孔と、を有する金属製のスクリーンと、
   前記培養槽から前記対象物液を抜き出して、前記本体部の表面に向けて噴射する噴射手段と、
   を含んで構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の培養システム。
6. 前記培養後液に紫外線を照射する紫外線照射部を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の培養システム。
7. 前記培養後液に酸化促進剤を添加する酸化促進手段を備え、
   前記紫外線照射部は、前記酸化促進剤が添加された前記培養後液に紫外線を照射することを特徴とする請求項６に記載の培養システム。

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