JP2018514229A - 大型海藻バイオマス生産 - Google Patents

Abstract

【課題】大型海藻の商業養殖に関与する全ての増殖パラメータを解明する統合システムが必要とされている。【解決手段】本発明は、高品質大型海藻の養殖および処理のための、特に商業規模での食用海藻の養殖のためのシステムと方法に関する。【選択図】なし

Description

発明の分野
本発明は、高品質大型海藻の養殖および処理のための、特に商業規模での食用海藻の養殖のためのシステムと方法に関する。

ますます増加する人口が、人ならびに食物連鎖の下流の他の動物のためのさらなる、また代わりの食料源を追い求め続ける結果をもたらしている。海藻の慣用名で知られている大型海藻は、最も有望な将来の健康食品源の１つである。海藻はバランスのとれた量の、消費に利用可能な形態のタンパク質、遊離アミノ酸、ビタミン、ミネラル、繊維および不飽和脂肪酸を含んでいる。さらに、大型海藻は、日々の食生活で必要な高濃度の鉄、カルシウムおよびマグネシウムを含む必須微量栄養素を含む。高栄養価に加えて、大型海藻はまた、持続可能な農業システムおよび減り続ける動物性食品の量に対するますます強くなる需要への解決策を提供する。

しかし、大型海藻の食物としての使用は、特に西欧諸国では、まだ少ない。味覚と嗜癖のほかに、この限定的利用は、商業規模での大型海藻の効率的生産システムがないことと大きく関係している。

大型海藻の増殖と収率を最適化する試みがなされてきた。例えば、米国特許第４，８６９，０１７号は、培地を改善することにより海洋養殖システムでオゴノリを含む大型海藻の生産を高める方法を開示している。この方法は、最初に、アルカリ性試薬を加えることにより一定量の真水のアルカリ度を調節すること、海水をこのようなアルカリ度を調節した真水で希釈して約１５〜２５パーミル（千分率）の塩分および約３〜１０ｍｅｑ／ｌのアルカリ度を有する食塩水を生成すること、得られた溶液に二酸化炭素を溶解してｐＨを約７．５〜８．５にすること、およびこのような二酸化炭素濃縮溶液を培地に使用すること含む。

米国特許第６，９８６，３２３号は、海中養殖のためのシステムと方法の概要を提供している。それは、飲料水としてのＥＰＡのガイドラインの許容限界内の重金属含量を有する塩水帯水層からの水を使用する海洋種の内陸水産養殖のための新規方法およびシステムを開示している。帯水層は、ＡｒｉｚｏｎａおよびＮｅｗ Ｍｅｘｉｃｏに位置するＣｏｃｏｎｉｎｏ帯水層が好ましい。このシステムを使用して、微細藻類、大型海藻、魚、エビおよび多くのその他の海洋種を養殖できる。栄養素および肥料を水に加えて、特定の種に対する養殖条件を最適化することができる。有用な生成物を海洋種から単離するか、または養殖した海洋種それ自体を有用な生成物として採取できる。

米国特許第７，０８０，４７８号および同第７，４８４，３２９号は、気候的に好適し、栄養素制御された環境を有する地上設置の海水池中で、様々な種類の海藻を養殖する技術、システムおよび方法を開示している。これらの地上設置池は、構造工学および建築上の改善により世界のどの地域にでも構築し得る。この発明は、異なる増殖段階を設計し、制御された環境下でそれぞれの異なる段階を最適化する特有の条件を決定する方法を提供する。この技術には、最適でクリーンな、温度制御された安定な環境条件下で最大限の収量を得ることに加えて、海洋汚染物を含まない高品質生成物を生産するための所望の栄養素および構成成分で海藻の栄養価を高める技術が含まれる。

米国特許第８，６３３，０１１号は、エネルギー生産を含む種々の最終用途プロセスで使用可能な、持続的で経済的なバイオマス原料を提供する方式で大型海藻を生産する方法およびシステムを開示している。この特許は、大型海藻の種類、海水増殖培地組成物、および必要な操作なしに自然に起こり得るものを超えるバイオマス生産をもたらす開放池水容器の特定の組み合わせを開示している。特に、半塩水の存在下で外骨格を生成する大型海藻（例えば、車軸藻）は、この発明の条件下で優れたバイオマス生産をもたらすことが明らかになった。

しかし、大型海藻の商業養殖に関与する全ての増殖パラメータを解明する統合システムが必要とされており、また、このような統合システムを持つことは極めて有利になるであろう。

本発明は、大型海藻、特に食用大型海藻の養殖および処理のための、システムと方法を提供する。本発明の地上設置システムは、有用で経済的な規模での大型海藻の生産を妨害する多くの障害を克服する。本発明のシステムは、混入物および病原体がないが所望の微量栄養素を含む高品質清浄海水と、革新的設計の養殖タンクおよび池とを組み合わせて、高収率および高品質の大型海藻、特に食用大型海藻が得られる増殖条件を提供する。このシステムから収穫される大型海藻はすぐに使用でき、市場に出す前に最小限の処理しか必要ない。

本発明のシステムと方法は、従来の既知のシステムより次の点で有利である。（ｉ）使用される水が清浄海水、通常は沿岸の深い井戸から得た海水である；（ｉｉ）全体システムが、全ての増殖段階で海水温度によってのみ温度が制御される屋外システムである；（ｉｉｉ）特有の通気および／またはジェット水システムがタンクおよび池内で最適大型海藻懸濁液および分布を提供する；（ｉｖ）大型海藻は、特殊な収穫システムなしに、所望の大型海藻量に応じて、それぞれの池から収穫できる；および（ｖ）１日当たり、養殖単位ｍ^２面積当たり２００〜４００ｇの大型海藻を得ることができ、増殖周期は、イスラエルの夏および冬の条件を含む種々の天候条件下で生じさせることができる。本明細書で使用される場合、「夏」または「夏時間」は、４月の初めから９月の終わりまでを意味し、「冬」または「冬時間」は１０月の初めから３月の終わりまでを意味する。

一態様では、本発明は、大型海藻生産用地上設置システムを提供し、該システムは、
（ａ）清浄海水を含む貯蔵容器；
（ｂ）ガス配分システム、ジェット水システムまたはこれらの組み合わせの内の少なくとも１つを含む少なくとも１つの接種タンクであって、培地および数個の大型海藻幼体を含み、培地が貯蔵容器からの清浄海水を含む、接種タンク；および
（ｃ）ガス配分システム、ジェット水システムまたはこれらの組み合わせの内の少なくとも１つを含む少なくとも１つの養殖池であって、培地および大型海藻を含み、少なくとも１つの培地が貯蔵容器からの清浄海水を含む、少なくとも１つの養殖池、を含む。

特定の代表的実施形態では、システムは、少なくとも１つの接種タンクおよび／または少なくとも１つの養殖池を覆う網をさらに含む。

特定の代表的実施形態では、清浄海水は少なくとも１つの沿岸の深い井戸から取得される。その他の実施形態では、清浄海水は水処理システムから得られた精製海水である。またさらなる実施形態では、清浄水は、少なくとも１つの沿岸の深い井戸から得られた清浄海水および水処理システムから得られた精製海水の組み合わせである。特定の代表的実施形態では、海水処置システムは砂濾過器、オゾン処理タンクおよび活性炭濾過器を含む。

特定の実施形態では、清浄海水の温度は、約２℃〜約３０℃である。特定の代表的実施形態では、清浄海水の温度は、約２０℃〜約２５℃の一定温度である。特定のさらなる代表的実施形態では、清浄海水の温度は２２℃である。

さらなる実施形態では、清浄海水は、限定されないが、重金属、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）、ダイオキシンおよび病原体などの汚染物質を実質的に含まない。いくつかの実施形態では、清浄海水は、限定されないが、カルシウム、マグネシウムおよび炭酸塩などの必須無機質が豊富である。いくつかの実施形態では、培地は清浄海水からなる。特定の実施形態では、培地は、限定されないが、窒素およびリン酸塩などの追加の栄養素をさらに含む。

特定の代表的実施形態では、接種タンクは半球形状を有する。追加の代表的実施形態では、接種タンクは、０．５〜３立方メートル（ｍ^３）の容積を有する。

特定の実施形態では、養殖池の開口部は、中庭配置を有する。特定の代表的実施形態では、開口部は正方形配置である。他の代表的実施形態では、開口部は矩形形配置である。特定の実施形態では、養殖池は、立方体配置である。特定の追加の代表的実施形態では、養殖池はＵ形状である。複数の養殖池が本発明のシステムおよび方法で使用される場合、複数の養殖池の内のそれぞれの養殖池の配置、および／または形状は同じでも異なっていてもよい。

特定の代表的実施形態では、培地は養殖池容積の約８０％〜約９０％に達する。

特定の実施形態では、ガス配分システムは、ガス源装置および少なくとも１つのガス入口および複数のガス出口を含む複数のガス管を含み、該複数のガス管は養殖池の底に沿って配置される。特定の実施形態では、複数のガス管は、相互および前記養殖池の長手方向の壁から３０〜５０ｃｍの距離で配置される。特定の代表的実施形態では、複数のガス管は、相互および前記養殖池の長手方向の壁から４０ｃｍの距離で配置される。特定の代表的実施形態では、それぞれのガス管は約５０ｍｍの直径を有する。他の代表的実施形態では、ガス出口はガス管に沿って３０ｃｍ離して配置される。さらなる実施形態では、それぞれのガス出口は２〜４ｍｍの直径の開口部を含む。

特定の実施形態では、ガスは空気である。使用時には、ガスは養殖池の底から上端まで培地を通過する。

特定の実施形態では、ジェット水システムは、少なくとも１つの水配管に連結され、養殖池壁に沿って配置された一連のジェット送水管を含み、それぞれのジェット送水管はバルブを含む。いくつかの実施形態では、配管は、養殖培地の表面近くに配置され、ジェット送水管は養殖池の底の方向に下方に向けられる。その他の実施形態では、配管は、養殖池の底部に配置され、ジェット送水管は養殖培地の表面の方向に上方に向けられる。特定の実施形態では、それぞれの送水管の開口部は、養殖培地の表面より少なくとも５０ｃｍ下である。いくつかの実施形態では、送水管は、約１０ｍｍ〜約３０ｍｍの直径を有する。いくつかの実施形態では、配列は同じ直径のジェット送水管を含む。その他の実施形態では、配列は異なる直径のジェット送水管を含む。

特定の実施形態では、ジェット送水管は、相互に約４０ｃｍ〜約１５０ｃｍの距離で配置される。いくつかの実施形態では、それぞれのジェット送水管のバルブは、約１〜約３ｍ^３／ｈの水流を与えるように設定される。いくつかの実施形態では、ジェット送水管配列の全ての弁は、同じ水流を与えるように設定される。その他の実施形態では、ジェット送水管配列の弁は、異なる水流を与えるように設定される。

特定の代表的実施形態では、本発明の養殖池（単一または複数）は、ガス配分システムとジェット水システムの組み合わせを含む。

複数のガス管および／またはジェット送水管の特有の配置は、養殖池内の大型海藻の懸濁、均一分布および循環を可能とする。いずれか特定の理論または作用機序に拘泥することを望むものではないが、ガス誘導および／またはジェット水誘導懸濁および循環は、循環する大型海藻に対して最小限の損傷で太陽光への最適曝露を可能とすることにより、大型海藻の最適な増殖をもたらす。

またさらなる実施形態では、それぞれの養殖池は、養殖池へのおよびそれからの液体の通過のための入口および／または出口として機能して、養殖池内の水流速の設定を可能とする１つまたは複数の液体出入り口を含む。さらなる実施形態では、液体出入り口は、前記養殖池の収穫および補給をさらに可能にする。特定の実施形態では、液体は貯蔵容器からの清浄海水である。

特定の典型的実施形態では、本発明の養殖池（単一または複数）は、ガス配分システム、ジェット水システムおよび１つまたは複数の液体出入り口の組み合わせを含む。

システムが複数の接種タンクおよび／または養殖池を含む場合には、接種タンクおよび／または養殖池の形状、配置、および容積は同じであっても、または異なっていてもよい。

特定の代表的実施形態では、システムは複数の接種タンクを含む。

特定の実施形態では、システムは複数の養殖池を含む。いくつかの実施形態では、それぞれの養殖池の容積は、１〜１０００ｍ^３である。

特定の実施形態では、システムは、少なくとも２つ、少なくとも３つまたは少なくとも４つの養殖池を含む。

特定の実施形態では、養殖池は、下記からなる群から選択される：
５〜１０立方メートルの容積を有する養殖池（５〜１０ｍ^３の養殖池）；
２０〜３０立方メートルの容積を有する養殖池（２０〜３０ｍ^３の養殖池）；
４０〜７０立方メートルの容積を有する養殖池（４０〜７０ｍ^３の養殖池）；
２００〜５００立方メートルの容積を有する養殖池（２００〜５００ｍ^３の養殖池）；および
これらの任意の組み合わせ。

特定の代表的実施形態では、５〜１０ｍ^３の養殖池の底の面積は、６ｍ^２である；２０〜３０ｍ^３の養殖池の底の面積は、１８ｍ^２である；４０〜７０ｍ^３の養殖池の底の面積は、５４ｍ^２である；および２００〜５００ｍ^３の養殖池の底の面積は、２５０ｍ^２である。

特定の代表的実施形態では、システムは少なくとも１つの５〜１０ｍ^３の養殖池；少なくとも１つの２０〜３０ｍ^３の養殖池；および少なくとも１つの２００〜５００ｍ^３の養殖池を含む。

追加の代表的実施形態では、システムは少なくとも１つの５〜１０ｍ^３の養殖池；少なくとも１つの２０〜３０ｍ^３の養殖池；少なくとも１つの４０〜７０ｍ^３の養殖池；および少なくとも１つの２００〜５００ｍ^３の養殖池を含む。

特定の代表的実施形態では、５〜１０ｍ^３の養殖池は接種タンクから得た大型海藻を含み、２０〜３０ｍ^３の養殖池は５〜１０ｍ^３の養殖池から得た大型海藻を含み、４０〜７０ｍ^３の養殖池は２０〜３０ｍ^３の養殖池から得た大型海藻を含み、および２００〜５００ｍ^３の養殖池は２０〜３０ｍ^３の養殖池または４０〜７０ｍ^３の養殖池から得た大型海藻を含む。

異なる接種タンクおよび／または養殖池を連結して、当技術分野において既知の任意の手段および方法によりタンク／池間の大型海藻の容易な輸送を可能とすることができる。

特定の実施形態では、接種タンク（単一または複数）および／または養殖池（単一または複数）を覆う網は、風媒性の病原体から大型海藻を含む培地を保護する。

培地ｐＨ、温度および栄養素組成物は、システムで増殖させる大型海藻種に応じて変化してよい。特にイスラエルの天候条件およびそれに等価な天候条件下で、年間を通して増殖が可能となるように増殖条件を操作できるので、本発明のシステムは大型海藻を増殖するための従来の既知の解放システムより有利である。好都合にも、水流速の調節を介した清浄海水の温度の調節により、培地温度の、および結果としてｐＨの、操作が可能となる。

いくつかの実施形態では、培地のｐＨは、９．５未満に保持される。特定の代表的実施形態では、ｐＨは７．５〜９．５の範囲に保持される。

特定の実施形態では、大型海藻は、限定されないが、アオサ属、アマノリ属（海苔）、コンブ属、ワカメ属、キリンサイ属、オゴノリ属、ホンダワラ属、ミル属、フルセラリア属、シオグサ属、アスコフィルム属およびダルス属からなる群より選択される属である。

特定の代表的実施形態では、大型海藻はオゴノリ属である。いくつかの代表的実施形態では、大型海藻はグラシラリア・コルネア種である。追加の代表的実施形態では、大型海藻はアオサ属である。いくつかの代表的実施形態では、大型海藻はオオバアオサ種である。

さらに別の態様では、本発明は、大型海藻を養殖する方法を提供し、該方法は、
（ａ）０．５〜３．０立方メートルの容積を有し、清浄海水を含む培地を含む少なくとも１つの接種タンクを用意すること、
（ｂ）接種タンクに約１００〜２００ｇの細分化された大型海藻幼体を接種すること；
（ｃ）接種タンク内の大型海藻を約２〜１５ｋｇの大型海藻接種材料の合計生重量に達するまで増殖させること、
（ｄ）大型海藻接種材料塊またはその一部を、稼働しているガス配分システムおよび／または稼働している一連のジェット送水管を含む５〜１０立方メートルの容積の清浄海水含有培地を含む養殖池に移すこと、
（ｅ）５〜１０ｍ^３の養殖池内の大型海藻接種材料を、約１０〜６０ｋｇの大型海藻の合計生重量に達するまで増殖させること、
（ｆ）大型海藻塊またはその一部を、稼働しているガス配分システムおよび／または稼働している一連のジェット送水管を含み、清浄海水を含む培地を含む２０〜３０立方メートルの容積を有する養殖池に移すこと；
（ｇ）２０〜３０ｍ^３の養殖池内の大型海藻を、約１００〜２００ｋｇのそれぞれの大型海藻の生重量に達するまで増殖させること、
（ｈ）大型海藻塊を収穫すること、または必要に応じて、
（ｉ）２０〜３０ｍ^３の養殖池の少なくとも一部の大型海藻塊を、稼働しているガス配分システムおよび／または稼働している一連のジェット送水管を含み、清浄海水を含む培地を含む２００〜５００立方メートルの容積を有する養殖池に移すこと；
（ｊ）２００〜５００ｍ^３の養殖池内の大型海藻を、少なくとも３００〜１，０００ｋｇの大型海藻の合計生重量に達するまで増殖させること、および
（ｋ）大型海藻新鮮塊を収穫すること、を含む。

特定の実施形態では、ステップ（ｉ）は、
（１）２０〜３０ｍ^３の養殖池の少なくとも一部の大型海藻塊を、稼働しているガス配分システムおよび／または稼働している一連のジェット送水管を含み、清浄海水を含む培地を含む４０〜７０立方メートルの容積を有する養殖池に移すこと；
（２）４０〜７０ｍ^３の養殖池内の大型海藻を、約１００〜２００ｋｇの大型海藻の生重量に達するまで増殖させること、
（３）大型海藻塊を収穫すること、または必要に応じて、
（４）４０〜７０ｍ^３の養殖池の少なくとも一部の大型海藻塊を、稼働しているガス配分システムおよび／または稼働している一連のジェット送水管を含み、清浄海水を含む培地を含む２００〜５００立方メートルの容積を有する第３の養殖池に移すこと、を含む。

特定の代表的実施形態では、ステップ（ｃ）での接種タンク内での大型海藻の増殖は、増殖大型海藻の２〜１５ｃｍ^２細片への細分化をさらに含む。

本発明の方法による大型海藻の増殖は、高品質の収穫される藻類塊をもたらす。

特定の値の品質パラメータは増殖大型海藻の種に依存するが、本発明の方法は、一般に、収穫される大型海藻の、典型的には濃色の、損なわれていない葉状体が得られる。特定の実施形態では、収穫される大型海藻中のタンパク質および／または鉱物含量は、野生で養殖されたまたは野生から収穫した同じ種の大型海藻のタンパク質および／または栄養素含量に比べて、より高い。

特定の実施形態では、収穫される大型海藻は、大型海藻の合計乾燥重量の少なくとも２０％、少なくとも３０％、または少なくとも４０％のタンパク質を含む。特定の代表的実施形態では、収穫される大型海藻はアオサ属である。さらなる実施形態では、収穫されるアオサ属の平均葉状体表面は、約２０ｃｍ^２である。

特定の実施形態では、清浄海水は、限定されないが、重金属、ＰＣＢ、ダイオキシンおよび病原体などの汚染物質を実質的に含まない。特定の代表的実施形態では、清浄海水は沿岸の深い井戸、精製海水またはこれらの組み合わせから得られる。

少なくとも１つの接種タンクの構造および少なくとも１つの養殖池の構造は、上記で記載の通りである。

それぞれの接種タンクおよび／または養殖池中に所望量の大型海藻塊に達するのに必要な時間は、環境条件（気温、水温、光の強度、光の持続時間、など）に依存する。理由は、時間は、その年の季節および局地気象ならびに増殖された特定の大型海藻種から算出されるためである。

いくつかの実施形態では、大型海藻は接種タンク中で６〜３０日間増殖される。

いくつかの実施形態では、大型海藻は５〜１０ｍ^３の養殖池で６〜４５日間増殖される。

いくつかの実施形態では、大型海藻は２０〜３０ｍ^３の養殖池で、少なくとも７日間、通常は７〜４５日間増殖される。

いくつかの実施形態では、大型海藻は４０〜７０ｍ^３の養殖池で少なくとも１０日間、通常は１０〜４０日間増殖される。

いくつかの実施形態では、大型海藻は２００〜５００ｍ^３の養殖池で５〜２５週間増殖される。

特定の代表的実施形態では、培地は、０．５〜４ｇ／ｍ^２／日の窒素および０．２〜１．０ｇ／ｍ^２／日のリン酸塩を補充される。培地への栄養素の補充は、当該技術分野において既知のいずれかの方法および／または装置を使って実施してもよい。特定の実施形態では、栄養素は自動化滴下システムを使って補充される。バランスのとれた栄養素濃度および特定のｐＨ範囲を保持することは極めて重要である。特定の実施形態では、このようなバランスは、大型海藻が光合成的に活性な場合は、昼間の間のみ、栄養素を培地中に滴下することにより維持される。

培地のｐＨは、システム全体を通して９．５未満に保持される。清浄海水温度は、約２℃〜約３０℃の任意の温度で維持できる。特定の実施形態では、清浄海水温度は、２０〜２５℃、通常２２℃で保持される。本発明の方法の利点の１つは、増殖培地ｐＨおよび温度がシステム全体を通して一定に保持されるという点、およびそれが、ｐＨ調整化合物を加えることを必要とせず、および／または加熱または冷却装置を使用することを必要とせずに、接種タンクおよび養殖池内の水流速を変えることにより行える点にある。

したがって、水流速は、培地容積および大型海藻増殖段階に依存する。特定の代表的実施形態では、接種タンク内の水流速は、０．１〜０．５ｍ^３／ｈであり；５〜１０ｍ^３の養殖池内の水流速は０．５〜１．５ｍ^３／ｈであり；２０〜３０ｍ^３の養殖池内の水流速は１．５〜３ｍ^３／ｈであり；４０〜７０ｍ^３の養殖池内の水流速は０．５〜３ｍ^３／ｈであり；および２００〜５００ｍ^３の養殖池内の水流速は１．０〜２．０ｍ^３／ｈである。

いずれか特定の理論または作用機序に拘泥することを望むものではないが、ガス配分システムおよび／またはジェット送水管配列を含む養殖池の配置は、得られる大型海藻の高収率および高品質に大きく寄与する。この配置は、扱いの難しい大型海藻の葉状体を引き裂くことなく、しかも、全体藻類塊の太陽光への暴露を可能とし、大型海藻の光合成速度を最適化するように、養殖タンク（単一または複数）／池（単一または複数）中の大型海藻の懸濁と循環を可能とする。

特定の代表的実施形態では、ガス配分システムは、２．５〜３．０ｍ^３ガス／ｍ^２の藻類増殖の速度でガスを供給する。

特定の代表的実施形態では、ジェット送水管は、０．５〜３ｍ^３／ｈの水流を供給するように構成される。

特定の代表的実施形態では、ガスは周囲空気である。特定の代表的実施形態では、周囲空気は、培地の風媒性病原体による汚染を防ぐように、ガス入口の前で濾過される。

大型海藻の収穫は通常、養殖池設計の一部である液体出口を経由して実施される。

本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の説明と図面から明らかとなろう。

養殖池の略図である。 養殖池の典型的な設計の略図である。

代表的養殖池の上部断面を示す図１を参照すると、２００ｍ^３の養殖池（２）は、養殖池の底（８）に相互に４０ｃｍの距離（１０）で配置された複数のガス管（６）を含むガス配分システム（４）を含む。養殖池（２）は、複数の液体入口（１２）および出口ポート（１４）をさらに含む。

図２を参照すると、養殖池の典型的な設計は、６ｍ^３の容積を有する第１の養殖池（１６）、１８ｍ^３の容積を有する第２の養殖池（１８）および２００ｍ^３の容積を有する第３の養殖池（２）を含む。

清浄海水
本発明のシステム全体にわたり使用される水は、通常、沿岸の深い井戸から得られる高品質海水である。沿岸の井戸からの海水を使用する主要な利点は、海から井戸を分離する砂および岩石層を通過する天然の水濾過にある。井戸海水の使用の主な利益は、得られる水が、重金属、ＰＣＢ、ダイオキシン（２，３，７，８−テトラクロロジベンゾパラジオキシン（ＴＣＤＤ）ならびに化学的に関連するポリ塩化ジベンゾパラジオキシン（ＰＣＤＤ）およびポリ塩化ジベンゾフラン（ＰＣＤＦ））などの標的大型海藻の養殖と干渉する可能性のある汚染物質および病原性または寄生細菌叢および／または動物相を含む、なんらかの細菌叢または動物種を実質的に含まないことである。本明細書で使用される場合、「実質的に重金属を含まない」という用語は、飲料水としての許容限度内重金属含量であることを意味する。

特定の代表的実施形態では、本発明のシステムは沿岸の深い井戸をさらに含む。

接種材料増殖
高品質藻類接種材料を有することは、大型海藻の増殖に成功するために重要な特徴である。本発明のシステム中でのその増殖は、全ての段階に対する高品質藻類の安定した供給源を確保することになる。

半球形状の１００〜２００リットルのタンクが使用される。それぞれの増殖周期の前に、通常は水でまたは水と塩素で、タンクのすべての有機残留物が洗浄される。タンクは、残留している寄生またはその他の望ましくない藻類または植物プランクトン生物が全て含まれていないことを検査される。通常、接種材料増殖は、少なくとも約５０ｃｍ（半球中心部で測定して）の高さまで清浄海水を満たした１００リットルの小さいタンクで開始される。接種を開始するのに使用される藻類はまた、全ての他の生物を除去されていることが極めて重要である。したがって、大型海藻は通常、水で洗浄されるおよび／または優しくブラシがけされる。清浄な藻類はその後、タンク中に置かれ、最初の３日間、水流が１０〜３５リットル／時間に調節される。その後、藻類増殖速度および水ｐＨに応じて、水流速が調節される。通常、水流速は１００リットル／ｈに上げられる。しかし、増殖の時間および水流速は、増殖される藻類種および環境条件、特に水および周囲空気温度ならびに太陽光の持続時間および強度に依存することを明確に理解すべきである。

さらに、接種中に大型海藻幼体を保持することはさらに極めて重要である。これは増殖している藻類塊を手で細分化することにより実現される。

必要に応じて、接種タンク内の藻類が少なくとも０．６ｋｇ、通常、０．６ｋｇ〜１．０ｋｇの重量に達した場合、藻類塊は、清浄海水を含むより大きな２００リットルの接種タンクに、少なくとも約３０ｃｍ（半球中心で測定して）の高さまで、移送される。２００リットルの接種タンク中の水流速は、藻類増殖の最初の３日間、７０〜１１０リットル／ｈに調節され、その後、観察された藻類増殖速度および水ｐＨに応じて、水流速が調節される。増殖は、藻類が５〜１０ｍ^３の養殖池に接種するのに十分な量に達するまで、続けられる。通常、藻類が少なくとも２ｋｇ、通常、３ｋｇ〜６ｋｇの合計重量に達すると、藻類は収穫されて、５〜１０ｍ^３の養殖池の接種材料としての役割をする。

場合により、接種材料増殖は、窒素およびリンの添加を必要とする。添加量は、２ｇの窒素／ｍ^２／日および０．６ｇのリン／ｍ^２／日の接種タンク（単一または複数）に添加される量である。滴下システムを使って、窒素は硫酸アンモニウム（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４（２１％Ｎ）として添加され、リンはリン酸モノアンモニウム（ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）として添加される。

５〜１０^３養殖池
養殖池および藻類の洗浄要件は、増殖プロセス全体を通して維持される必要があり、すなわち、池と藻類は、全ての残留および／または望ましくない生物を除去しなければならない。

５〜１０ｍ^３の容積、通常は６ｍ^３の容積を有する養殖池は、水の高さが１００ｃｍの高さを超えないように、貯蔵容器からの清浄海水で満たされ、通常、高さは約８５ｃｍである。少なくとも３ｋｇの藻類接種材料が添加される。５〜１０ｍ^３の養殖池は、良好な増殖速度を保持し、良好な品質の藻類を得ると同時に、３〜１０ｋｇの接種材料を受け入れることができる。最適接種材料塊は通常、４〜５ｋｇである。

藻類循環、懸濁および均一分布は、典型的には２．５〜３．０ｍ^３／ｍ^２の空気供給速度でのガス配分システムの稼働により、および／または通常は１〜３ｍ^３／ｈのジェット水流でのジェット送水管の稼働により達成される。必要な場合には、上記接種タンクに対して記載のように、窒素およびリンが添加される。大型海藻は５〜１０ｍ^３の養殖池で増殖され、生重量１０６０ｋｇに達する。最適増殖を支える水流は、１ｍ^３／ｈに設定される。所望の藻類塊に到達するのに必要な持続時間は、環境条件、特に日照時間に依存する。通常、藻類塊は、イスラエル夏時間中では増殖の約７日以内に、およびイスラエル冬時間中では約１４日以内に到達される。通常、１０５０ｋｇの新鮮藻類塊が、５〜１０ｍ^３の養殖池から収穫される。

２０〜３０ｍ^３の養殖池
２０〜３０ｍ^３の容積を有する、通常は１８ｍ^３の容積を有する養殖池が貯蔵容器からの清浄海水で満たされる。５〜１０ｍ^３の養殖池と同様に、海水の高さは１００ｃｍまでに保持され、通常、高さは約８５ｃｍであり、水流は２ｍ^３／ｈに設定される。２０〜３０ｍ^３の養殖池で増殖された大型海藻は、より大きな、４０〜７０ｍ^３の養殖池用の、および／または２００〜５００ｍ^３の養殖池用の出発材料を形成してよく、または大型海藻生成物のさらなる処理のために収穫できる。２０〜３０ｍ^３の養殖池中の残りの材料が、同じ池からの第２の収穫のためのスターターを形成するように、部分的収穫を行ってもよい。２０〜３０ｍ^３の養殖池で数回の収穫循環が実施でき、収穫の数は、藻類増殖速度および製造される大型海藻の品質に依存する。通常、約１００〜２００ｋｇの藻類生重量が７日以内に（イスラエル夏時間）または１４〜２１日以内に（イスラエル冬時間）生産される。藻類循環、懸濁液および均一分布ならびに栄養追加は、上述のように実施される。

４０〜７０ｍ^３の養殖池
必要に応じて、４０〜７０ｍ^３の容積を有する養殖池も本発明のシステムおよび方法の一部を形成する。養殖池、通常は５４ｍ^３の容積を有する養殖池が貯蔵容器からの清浄海水で満たされる。前に記載の養殖池と同様に、海水の高さは１００ｃｍまでに、通常は、高さは約８５ｃｍに保持される。水流は、約０．８ｍ^３／ｈ（イスラエル冬時間）または２ｍ^３／ｈ（イスラエル夏時間）に設定される。４０〜７０ｍ^３の養殖池から収穫される藻類塊は、追加の池（単一または複数）への出発材料としての役割を果たしてもよく、または収穫されてもよい。通常、４０〜７０ｍ^３の養殖池で増殖された大型海藻は、最大の２００〜５００ｍ^３の養殖池用の出発材料を形成するか、または大型海藻生成物のさらなる処理のために収穫できる。４０〜７０ｍ^３の養殖池中の残りの材料が、同じ池からの第２の収穫のためのスターターを形成するように、部分的収穫を行ってもよい。４０〜７０ｍ^３の養殖池で数回の収穫循環が実施でき、収穫の数は、藻類増殖速度および生産される大型海藻の品質に依存する。通常、毎年この養殖池から採取される平均藻類生重量は、約３００〜４００ｋｇである。

藻類循環、懸濁液および均一分布ならびに栄養追加は、上述のように実施される。

２００〜５００ｍ^３の養殖池
２００〜５００ｍ^３の養殖池は、本発明のシステムにおいて最大増殖量になる。この養殖池の量は通常、約２００ｍ^３であるが、より大きい５００ｍ^３の池および１，０００ｍ^３までの池も使用できる。水流設定は通常、１．４ｍ^３／に設定される。２０〜３０ｍ^３および／または４０〜７０ｍ^３の養殖池から収穫される藻類塊は、出発材料としての役割を果たす。大型海藻は２００〜５００ｍ^３の養殖池で約１．５〜２ｋｇ／ｍ^２の藻類密度で増殖され、数回の収穫を可能とする。通常、２００ｍ^３の容積での養殖で、約５００〜６００ｋｇの生重量の藻類が約６週以内に（イスラエル夏時間）または１２週以内に（イスラエル冬時間）生産される。

実施例
実施例１：アオサ属バッチＧＨ６／７の生産
増殖を０．５ｍ^３の小さい接種タンクで開始した。平均サイズ２〜１５ｃｍ^２の１５０ｇの藻類を小さいタンク中で接種し、１３日間増殖させた。サイズを２〜１５ｃｍ^２に維持するために、増殖している藻類の手による細分化を必要に応じ、通常は１日１回、行った。平均増殖速度は５１０ｇ／ｍ^２／日であった。藻類は２．１５ｋｇの重量に達した。７００ｇのこの塊をより大きな接種タンク（１．５〜２ｍ^３）に移し、さらに１０日間増殖を続けた。測定した増殖速度は４４０ｇ／ｍ^２／日であり、４．２４ｋｇの合計藻類重量を生成した。１１日目に、藻類塊を第１の６ｍ^３の養殖池に移した。この養殖池で藻類を２００ｇ／ｍ^２／日の平均増殖速度で１３日間増殖させた。増殖の合計３６日後、完了藻類塊（２０ｋｇ）を第２の１８ｍ^３の養殖池に移した。１２０ｇ／ｍ^２／日の平均増殖速度で追加の１８日間増殖後、藻類を収穫した。５４日の合計増殖期間（最初の接種から）後、７０ｋｇの合計収量を得た。

実施例２：アオサ属バッチＧＨ３／４の生産
増殖を０．５ｍ^３の小さい接種タンクで開始した。平均サイズ２〜１５ｃｍ^２の１５０ｇのアオサ属（バッチＧＨ３／４）を小さいタンク中で接種し、１５日間増殖させた。サイズを２〜１５ｃｍ^２に維持するために、増殖している藻類の細分化を必要に応じ、通常は１日１回、手作業で行った。平均増殖速度は１８０ｇ／ｍ^２／日であった。１６日目に、藻類は９５０ｇの重量に達した。１５０ｇのこの塊をより大きな接種タンクに移し、さらに２０日間増殖を続けた。測定した増殖速度は１８０ｇ／ｍ^２／日であり、４．６３ｋｇの合計藻類重量を生産した。２１日目に、すべての藻類塊を第１の６ｍ^３の養殖池に移した。第１の養殖池で藻類を１１０ｇ／ｍ^２／日の平均増殖速度で１８日間増殖させた。得られた完了藻類塊（１７ｋｇ）を第２の１８ｍ^３の養殖池に移した。８０ｇ／ｍ^２／日の平均増殖速度で追加の２１日間増殖後、藻類を収穫した。７４日の合計増殖期間（最初の接種から）後、５６．４ｋｇの合計収量を得た。

前述の特定の実施形態の記載は、現在の知識を適用することにより、他者が過度の実験を行わず、また一般的概念から逸脱せずに、様々な適用例に向けてそのような特定の実施形態を容易に改良および／または適合させることができるという本発明の一般的性質を完全に明らかにしており、それゆえそのような適合および改良は、開示された実施形態の均等物の意味および範囲に入るものと解釈すべきであり、また、そう解釈されることを意図している。本明細書で用いられた表現または用語は、説明を目的とし、限定を目的とするものではないことを理解すべきである。様々な開示された機能を実践するための手段、材料、およびステップは、本発明から逸脱せずに様々な代替形態をとることが可能である。

Claims (47)

1. 大型海藻生産用地上設置システムであって、
   ａ．清浄海水を含む貯蔵容器；
   ｂ．ガス配分システム、ジェット水システムまたはこれらの組み合わせの内の少なくとも１つを含む少なくとも１つの接種タンクであって、培地および数個の大型海藻幼体を含み、前記培地が前記貯蔵容器からの清浄海水を含む、少なくとも１つの接種タンク；および
   ｃ．ガス配分システム、ジェット水システムまたはこれらの組み合わせの内の少なくとも１つを含む少なくとも１つの養殖池であって、培地および大型海藻を含み、前記培地が前記貯蔵容器からの清浄海水を含む、少なくとも１つの養殖池、を含む地上設置システム。
2. 前記システムが、前記少なくとも１つの接種タンクおよび／または養殖池を覆う網をさらに含む、請求項１に記載の地上設置システム。
3. 前記清浄海水の温度が、約２℃〜約３０℃である、請求項１に記載の地上設置システム。
4. 前記清浄海水の温度が、約２０℃〜約２５℃の一定温度である、請求項３に記載の地上設置システム。
5. 前記清浄海水の温度が、約２２℃である、請求項４に記載の地上設置システム。
6. 前記清浄海水が、汚染物質および病原体を実質的に含まない、請求項１〜５のいずれか１項に記載の地上設置システム。
7. 前記清浄海水が、カルシウム、マグネシウム、炭酸塩およびこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される必須無機質に富む、請求項６に記載の地上設置システム。
8. 前記清浄海水が、沿岸の深い井戸から得られる、請求項３〜７のいずれか１項に記載の地上設置システム。
9. 前記清浄海水が、水処理システムから得られる精製された海水である、請求項３〜７のいずれか１項に記載の地上設置システム。
10. 前記海水処置システムが、砂濾過器、オゾン処理タンクおよび活性炭濾過器を含む、請求項９に記載の地上設置システム。
11. 前記培地が、前記清浄海水からなる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の地上設置システム。
12. 前記培地が、窒素、リン酸塩およびこれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも１つの追加の栄養素をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の地上設置システム。
13. 前記接種タンクが、半球形状を有する、請求項１に記載の地上設置システム。
14. 前記接種タンクが、０．５〜３立方メートル（ｍ^３）の容積を有する、請求項１３に記載の地上設置システム。
15. 前記養殖池の開口部が、中庭配置を有する、請求項１に記載の地上設置システム。
16. 前記養殖池の形状が、Ｕ形状および立方体からなる群から選択される、請求項１５に記載の地上設置システム。
17. 前記培地が、前記養殖池容積の約８０％〜約９０％に達する、請求項１５〜１６のいずれか１項に記載の地上設置システム。
18. 前記ガス配分システムが、ガス源装置および少なくとも１つのガス入口および複数のガス出口を含む複数のガス管を含み、前記複数のガス管が前記養殖池の底に沿って配置される、請求項１に記載の地上設置システム。
19. 前記ガスが空気である、請求項１８に記載の地上設置システム。
20. 前記ジェット水システムが、前記池の壁に沿って配置された少なくとも１つの水配管により連結された一連のジェット送水管を含む、請求項１に記載の地上設置システム。
21. 前記養殖池が、前記養殖池へのおよびそれからの液体の通過のための入口および／または出口として機能する１つまたは複数の液体出入り口を含む、請求項１に記載の地上設置システム。
22. 複数の接種タンクを含む、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の地上設置システム。
23. 複数の養殖池を含む、請求項１〜２２のいずれか１項に記載の地上設置システム。
24. ５〜１０立方メートルの容積を有する少なくとも１つの養殖池、２０〜３０立方メートルの容積を有する少なくとも１つの養殖池、および２００〜５００立方メートルの容積を有する少なくとも１つの養殖池を含む、請求項２３に記載の地上設置システム。
25. ５〜１０立方メートルの容積を有する少なくとも１つの養殖池、２０〜３０立方メートルの容積を有する少なくとも１つの養殖池、４０〜７０立方メートルの容積を有する少なくとも１つの養殖池、および２００〜５００立方メートルの容積を有する少なくとも１つの養殖池を含む、請求項２３に記載の地上設置システム。
26. 前記培地のｐＨが９．５未満に保持される、請求項１〜２５のいずれか１項に記載の地上設置システム。
27. 前記大型海藻が、アオサ属、アマノリ属、コンブ属、ワカメ属、キリンサイ属、オゴノリ属、ホンダワラ属、ミル属、フルセラリア属、シオグサ属、アスコフィルム属およびダルス属からなる群より選択される属である、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の地上設置システム。
28. 大型海藻を養殖する方法であって、
    ａ．０．５〜３．０立方メートル（ｍ^３）の容積を有し、清浄海水を含む培地を含む少なくとも１つの接種タンクを用意すること、
    ｂ．前記接種タンクに約１００〜２００ｇの細分化された大型海藻幼体を接種すること；
    ｃ．前記接種タンク内の前記大型海藻を約２〜１５ｋｇの大型海藻接種材料の合計生重量に達するまで増殖させること、
    ｄ．前記大型海藻接種材料塊またはその一部を、稼働しているガス配分システムおよび／または稼働している一連のジェット送水管を含む５〜１０ｍ^３の容積を有し清浄海水含有培地を含む養殖池に移すこと、
    ｅ．前記５〜１０ｍ^３の養殖池内の前記大型海藻接種材料を、約１０〜６０ｋｇの大型海藻の合計生重量に達するまで増殖させること、
    ｆ．前記大型海藻塊またはその一部を、稼働しているガス配分システムおよび／または稼働している一連のジェット送水管を含み、清浄海水を含む培地を含む２０〜３０立方メートルの容積を有する養殖池に移すこと；
    ｇ．前記２０〜３０ｍ^３の養殖池内の前記大型海藻を、約１００〜２００ｋｇの大型海藻の合計生重量に達するまで増殖させること、
    ｈ．前記大型海藻塊を収穫すること、または必要に応じて、
    ｉ．前記２０〜３０ｍ^３の養殖池の少なくとも一部の前記大型海藻塊を、稼働しているガス配分システムおよび／または稼働している一連のジェット送水管を含み、清浄海水を含む培地を含む２００〜５００ｍ^３の容積を有する養殖池に移すこと；
    ｊ．前記２００〜５００ｍ^３の養殖池内の前記大型海藻を、少なくとも４００〜１，０００ｋｇの大型海藻の合計生重量に達するまで増殖させること、および
    ｋ．前記大型海藻新鮮塊を収穫すること、を含む方法。
29. ステップ（ｉ）が、
    （１）前記２０〜３０ｍ^３の養殖池の少なくとも一部の前記大型海藻塊を、稼働しているガス配分システムおよび／または稼働している一連のジェット送水管を含み、清浄海水を含む培地を含む４０〜７０ｍ^３の容積を有する養殖池に移すこと；
    （２）前記４０〜７０ｍ^３の養殖池内の前記大型海藻を、約１００〜２００ｋｇの大型海藻の生重量に達するまで増殖させること、
    （３）前記大型海藻塊を収穫すること、または必要に応じて、
    （４）前記４０〜７０ｍ^３の養殖池の少なくとも一部の大型海藻塊を、稼働しているガス配分システムおよび／または稼働している一連のジェット送水管を含み、清浄海水を含む培地を含む２００〜５００立方メートルの容積を有する第３の養殖池に移すこと、を含む請求項２８に記載の方法。
30. ステップ（ｃ）での前記接種タンク内での前記大型海藻の増殖が、前記増殖大型海藻の２〜１５ｃｍ^２の細片への細分化をさらに含む、請求項２８または２９のいずれか１項に記載の方法。
31. 前記収穫される大型海藻葉状体の少なくとも８５％が損なわれていない、請求項２８〜３０のいずれか１項に記載の方法。
32. 前記収穫される大型海藻中のタンパク質および／または鉱物含量が、野生で養殖されたまたは野生から収穫した同じ種の大型海藻のタンパク質および／または栄養素含量に比べて、より高い、請求項２８〜３１のいずれか１項に記載の方法。
33. 前記収穫される大型海藻が、前記大型海藻の合計乾燥重量の少なくとも２０％のタンパク質を含む、請求項３２に記載の方法。
34. 前記大型海藻がオゴノリ属である、請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の方法。
35. 前記大型海藻がアオサ属である、請求項２８〜３３のいずれか１項に記載の方法。
36. 前記収穫されるアオサ属が、約２０ｍ^２の平均葉状体表面を有する、請求項３５に記載の方法。
37. 前記清浄海水の温度が、約２０℃〜約２５℃の一定温度である、請求項２８または２９のいずれか１項に記載の方法。
38. 前記清浄海水が、汚染物質および病原体を実質的に含まない、請求項２８または２９のいずれか１項に記載の方法。
39. 前記清浄海水が、沿岸の深い井戸から得られる、請求項３７または３８のいずれか１項に記載の方法。
40. 前記大型海藻が前記接種タンク中で６〜３０日間増殖される、請求項２８または２９のいずれか１項に記載の方法。
41. 前記大型海藻が前記５〜１０ｍ^３の養殖池中で６〜４５日間増殖される、請求項２８または２９のいずれか１項に記載の方法。
42. 前記大型海藻が前記２０〜３０ｍ^３の養殖池中で少なくとも７日間増殖される、請求項２８または２９のいずれか１項に記載の方法。
43. 前記大型海藻が前記２００〜５００ｍ^３の養殖池中で５〜２５週にわたり増殖される、請求項２８または２９のいずれか１項に記載の方法。
44. 前記大型海藻が、前記４０〜７０ｍ^３の養殖池で少なくとも１０日間増殖される、請求項２９に記載の方法。
45. 前記培地が、０．５〜４．０ｇ／ｍ^２／日の窒素および０．２〜１．０ｇ／ｍ^２／日のリン酸塩またはこれらの組み合わせを補充される、請求項２８または２９のいずれか１項に記載の方法。
46. 前記ガス配分システムが、２．５〜３．０ｍ^３ガス／ｍ^２の速度で藻類増殖ガスを供給する、請求項２８または２９のいずれか１項に記載の方法。
47. 前記ジェット送水管が、１〜３ｍ^３／ｈのジェット水流を供給する、請求項２８または２９のいずれか１項に記載の方法。
    

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