JP2019010037A

JP2019010037A - 微生物の培養及び回収方法

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Publication number: JP2019010037A
Application number: JP2017128100A
Authority: JP
Inventors: 幹夫都筑; Mikio Tsuzuki; 万里岩越; Mari Iwakoshi
Original assignee: Nippon Soda Co Ltd
Current assignee: Nippon Soda Co Ltd
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-01-24

Abstract

【課題】担体表面及び内部で微生物を増殖する回収方法において、微生物を効率よく回収する回収方法を提供する。【解決手段】本発明は、微生物を付着させた担体２を気相中に配置し、前記担体２の上から培養液を供給して前記微生物を培養する工程と、増殖した前記微生物を回収する工程とを有する微生物の培養及び回収方法であって、増殖した前記微生物を回収する工程が、前記担体２の表面を流れる前記培養液の流速を変化させる操作を行う工程である、微生物の培養及び回収方法に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、微生物の培養及び回収方法に関する。

地球温暖化その他の地球環境保護への対策として、温暖化ガスの排出を可及的に抑える取り組み等が各国の産業界に強く求められている。クロレラ等の微細藻類や光合成細菌などの微生物は、ＣＯ_２を排出しないでエネルギー生産が可能な資源その他の産業上利用可能な資源として非常に有望視されており、商業レベルでの活用及び効率的な製造に期待が寄せられている。

クロレラ等の微細藻類をエネルギー資源その他の産業上の利用に供するためには、できるだけ低いコストで生産量を向上することが要求されるが、水中で微細藻類を大量培養する場合、大規模なプールやタンクを必要とする。したがって、用地の取得又は設備の大規模化による費用増大等の課題がある。

そこで、土地を有効活用して簡易な設備で単位面積当たりの生産量の向上を図るために、鉛直に立てた担体表面に培養液を自然流下させ、その担体表面で微細藻類等の微生物を継続して増殖させ、自然流下した培養液中から連続的に微生物を回収する培養システムが提案されている（例えば、特許文献１）。この方式では担体表面の薄い水膜が従来法のプール水面に相当し、光（人工光）・炭酸ガス・栄養素を得て順調に光合成がなされる。この方式を格納したユニットでは、担体一枚が同一面積の水面と同等あるいは同等以上の培養量を得ることおよび担体の並列多層装備により同一床面積当たりでプールなどの従来法の１０倍２０倍の収穫を期待できる。
さらにこのユニットを上下に積層することで、床面積当たりで従来法の１００倍の培養量確保も期待できる。
量のみならず、現状では国内外の生産地が太陽光の豊富な地域に限られている立地制約を克服し、極地や地下さらには宇宙空間でも培養可能になる。

特開２０１３−１５３７４４号公報

しかし、特許文献１に記載された培養システムは、微生物を回収する際に担体に付着した微生物を掻き出す等の作業が必要となって不便であり、また掻き出し作業時に微生物の培養を中断する必要が生じるため、生産効率が悪いという問題があった。
そこで、本発明は、微生物を効率よく回収できる微生物の培養及び回収方法を提供する。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、培養液を供給する供給口における培養液の流速を変化させる操作を行うことにより、増殖した前記微生物を剥がしやすくすることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、
（１）微生物を付着させた担体を気相中に配置し、前記担体の上から培養液を供給して前記微生物を培養する工程と、増殖した前記微生物を回収する工程とを有する微生物の培養及び回収方法であって、増殖した前記微生物を回収する工程が、前記担体の表面を流れる前記培養液の流速を変化させる操作を行う工程である微生物の培養及び回収方法に関し、
（２）前記微生物を回収する工程が、前記微生物を培養する工程での前記担体の表面における培養液の流速よりも前記培養液の流速を上げる操作を有する工程である（１）に記載の微生物の培養及び回収方法、
（３）前記微生物を回収する工程が、前記微生物を培養する工程での前記担体表面における培養液の流速よりも前記培養液の流速を下げた後に、前記流速よりも上げる操作を有する工程である（２）に記載の微生物の培養及び回収方法、
（４）前記微生物を回収する工程が、前記担体の表面における前記培養液の流速を変化させる操作を１０秒間に１回以上行う工程である（１）に記載の微生物の培養及び回収方法、
（５）前記微生物を回収する工程が、前記担体の表面における前記培養液の流速を変化させる操作を１０秒間に複数回、連続的又は間欠的に行う工程である（４）に記載の微生物の培養及び回収方法、
（６）前記担体に振動を付与する工程を有する（１）から（５）のいずれか一に記載の微生物の培養及び回収方法、
（７）微生物が、微細藻類である（１）から（６）のいずれか一に記載の微生物の培養及び回収方法、に関する。

本発明の微生物の培養及び回収方法は、担体の表面を流れる培養液の流速を変化させることにより、微生物を揺らす等の物理的な変化を与え、増殖した微生物を担体から引き剥がすことができる。したがって、本発明は、微生物の回収に際して、担体に培養液を供給して微生物の培養を継続させつつ、担体に増殖させた微生物を効率よく回収できるという効果を奏する。

本発明の微生物の培養及び回収方法を実施可能な微生物培養システムを模式的に示した斜視図である。本発明の微生物の培養方法を実施可能な実施形態に係る微生物培養システムを模式的に示した側面図である。

以下、本発明の微生物の培養及び回収方法の実施形態について説明する。

本発明の一実施形態の微生物の培養及び回収方法は、微生物を付着させた担体を気相中に配置し、前記担体の上から培養液を供給して前記微生物を培養する工程と、増殖した前記微生物を回収する工程とを有する微生物の培養及び回収方法であって、増殖した前記微生物を回収する工程において、前記担体の表面を流れる前記培養液の流速を変化させる操作を行うことにより、増殖した前記微生物を剥がすことを内容とする。

具体的に、本発明の微生物の培養及び回収方法は、（１）微生物を付着させた担体をその表面が上下方向に延在するように気相中に配置する工程と、（２）培養液が前記担体の表面を上下方向に流れるように、前記担体の上から連続的に前記培養液を供給して、前記微生物を培養する工程と、（３）前記担体の表面を流れる培養液の流速を変化させる操作を行って担体に増殖した微生物を剥がすことにより、微生物を回収する工程とを有する。なお、（３）の工程の後に、（４）微生物を収集した後の培養液を再度担体に供給する工程を有していてもよい。

本微生物の培養及び回収方法の発明を実施可能な培養システムとしては、図１又は図２に模式的に示すように、表面が鉛直方向に配置された担体２と、担体２に培養液を供給する培養液供給部３と、担体２の表面を覆うシート体（内側カバー部材）４と、担体２から流出した微生物を含む培養液を貯留する流出液タンク５と、流出液タンク５に貯留された培養液から分離された微生物を収容する収穫容器６と、流出液タンク５に貯留された培養液から分離した培養液を循環させる循環流路７と、担体２、培養液供給部３、シート体４、流出液タンク５及び循環流路７を覆うケース（外側カバー部材）８と、担体２に光を照射する光照射部９と、を備えたものを例示することができる。

（１）微生物を付着させた担体をその表面が上下方向に延在するように気相中に配置する工程
この工程では、予め微生物を付着させておいた担体をその表面が上下方向に延在するように気相中に配置する。

微生物の担体への付着は、微生物が担体に確実に付着して担体から容易に剥がれ難いようになされていることが好ましい。
担体は、微生物が付着できるとともに、供給された培養液を内部に浸透させつつ流下させることが可能なものであれば特に限定されず、例えば、綿ブロード、リント布等からなる薄膜や、多孔質状の薄板等の内部に空隙を有する部材からなるもの、撚糸又は無撚糸で織られたパイル地等からなるものが挙げられる。
培養液の流速が早くても微生物が担体に固着しやすいパイル地を用いてもよく、その場合、無撚糸のパイル地がより好ましい。パイル地の素材としては、具体的には綿、絹、毛、アクリル、ポリエステル等が挙げられる。

また、担体の単位面積当たりの保水量は、０．２ｇ／ｃｍ^２以上であるものを用いてもよい。担体の保水量が０．２ｇ／ｃｍ^２以上であると、培養液の流速が早くても微生物が担体に固着しやすい。本明細書において、前記「保水量」とは、後述の実施例に記載する保水性試験で測定される値を意味する。本発明では、担体の単位面積当たりの保水量が０．２５ｇ／ｃｍ^２以上であるものが好ましく、０．３ｇ／ｃｍ^２以上であるものがより好ましい。
担体の形態は、平板状に限定さるものではなく、円筒状や角筒状であってもよい。また、担体の数は１つに限定されるものではなく、２以上設けられていてもよい。

上下方向に配置するとは、培養液が自然流下し得る限り担体の表面が鉛直方向に向けられている場合に限らず、一端から他端に向けて傾斜している場合を含む。具体的には、担体が平坦なシート状である場合は、例えば、担体の表面が傾斜面を成すように又は垂直面をなすように設けられていればよい。
担体が円筒状である場合には、その軸線を鉛直方向に向けて設置される場合に限らず、軸線を斜めに向けて設置される場合も含む。担体が角柱状の場合も同様である。

担体は、図１及び図２に示すように、２つに畳んだ状態でハンガーＨに掛けられるか、クリップやフック等の留め具を用いて担体２の端部をハンガーＨに固定し、吊り下げて設置することができる。

ハンガーＨは、所望の高さ（例えば１ｍ前後）に担体２を吊り下げることができるようにした部材であり、担体２を掛ける又は留めるために水平方向に配置された固定用部材１０と、固定用部材１０を支持する脚部材１１とを備えている。なお、ハンガーＨは、複数の固定用部材１０を複数平行に有したものであってもよい。
なお、担体２は、上記の方法以外にも、剛性のある枠体等の支持部材に取り付けて自立させたり、後述する培養液供給部３の下方に直接留め具等を設けてこの留め具に吊り下げたりする方法等によって設置してもよい。

後述する培養液供給部３の下方に直接留め具等を設けてこの留め具に担体２を吊り下げた場合には、留め具を担体２に培養液を供給する流路にすることができるとともに、担体２を確実に培養液供給部３の直下に設置することができるため、培養液供給部３とハンガーとの位置合わせが不要となる。

（２）担体の上から連続的に培養液を供給して、微生物を培養する工程
本工程では、培養液を担体に連続的に供給し、微生物を培養する。
培養液が担体の表面を円滑に流れるために、培養液は、担体の上端側から担体の表面の延在方向に沿って下端側に向けて供給されることが好ましい。
担体が円筒形状又は角柱形状である場合は、円筒状又は角柱状の担体の上端から下端に向けて軸線方向に沿って培養液を供給することが好ましい。
連続的に供給するとは、所望の量の微生物が得られるまで培養液を止めることなく供給することである。

培養液は、具体的には、例えば図１及び図２に示すように、担体２の上方から供給されるものであり、不図示の培養液貯留タンク及び養分補給タンクに接続された培養液供給部３により供給することができる。本例では、培養液供給部３の周壁には、培養液を放出させるための供給口３ａが軸線方向に一定の間隔をおいて直線状に複数形成されている。供給口３ａは、鉛直下方に向けて設置されている。培養液供給部３は、担体２の数又は配置に応じて複数配置されていてもよい。

培養液供給部３の培養液の供給能力は、培養液の担体２中の流下速度を５ｍＬ／ｈ／ｍ^２以上から３００００ｍＬ／ｈ／ｍ^２までとし得るものであることが望ましい。この変動幅は微生物の増殖に応じたものである。たとえばクロレラにおいては成長して４分裂し、１６時間でそれぞれが分裂前の大きさに成長する。分裂当初は、養分は少量で足りるが成長期には十分に与えることが必要である。これにより、微生物の周囲を常に新鮮な培養液で満たして増殖を維持しつつ、微生物を培養液とともに連続して自然流下させることができる。また、随時、培養液の流速を変化させたり、担体２に振動等の衝撃を与えたりすることにより、担体２に付着している微生物の表層部を強制的に落下させると、下層部の光合成が活発になり増殖し回収量を増加させることができる。

微生物の安定した細胞増殖を維持し、ガス（ＣＯ_２）交換をしやすくするために必要な最小限の水分及び／又は養分を与えるためには、微生物の植え付け量にもよるが、例えば、担体２が０．５ｍ^２以上のパイル地ではない不織布等よりなる場合は、当初は１０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以上、その後は徐々に増加させ５０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２の流速で培養液を流すことが必要である。このため、培養液の流速が１５００ｍＬ／ｈ／ｍ^２に至るまでは、流速の増加に伴い微生物の流出量も上昇するが、６０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以上では流出量の伸びは鈍化する。好ましくは１５００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以上である。なお、培養液の流速は、担体２の表面の任意の箇所において測定した値である。

流速が大きすぎると、藻類等の微生物が担体２に固着し難くなり、増殖率が低下する、養液相が厚くなりＣＯ_２の交換が行い難くなる、又は物理的刺激により藻類等の微生物にストレスがかかる、といった問題が生じる。

また、担体２が０．５ｍ^２以上の撚糸又は無撚糸のパイル地よりなる場合には、担体２の表面を流れる培養液の流速は、１２００ｍＬ／ｈ／ｍ^２を超える速度とし、好ましくは５４００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以上であり、より好ましくは９０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以上である。前記流速の上限は、３００００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以下が好ましく、２７０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以下がより好ましく、２４０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以下がさらに好ましい。
なお、培養液の流速は、担体２の表面の任意の箇所において測定した値である。

培養液としては、微生物を通常の方法により培養して、微生物の濃度を高めることが可能な培地の希釈液であれば、特に制限されず、培地としては、例えばＣＨＵ培地、ＪＭ培地、ＭＤＭ培地などの一般的な無機培地を用いることが出来る。さらに、培地としては、ガンボーグＢ５培地、ＢＧ１１培地、ＨＳＭ培地の各種培地の希釈液が好ましい。無機培地には、窒素源としてＣａ（ＮＯ_３）_２・４Ｈ_２ＯやＫＮＯ_３、ＮＨ_４Ｃｌが、その他の主要な栄養成分としてＫＨ_３ＰＯ_４やＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏなどが含まれる。また、培地には、微生物の生育に影響を与えない抗生物質等を添加してもよい。培地のｐＨは４〜１０が好ましい。また、可能な場合には、各種産業から排出される廃水等を利用してもよい。

（３）増殖した微生物を回収する工程
培養された微生物を回収する工程では、前記担体の表面における前記培養液の流速を変化させることにより、増殖した前記微生物を剥がす操作を行う。そして、用意しておいた流下タンク等の容器の培養液中に微生物を沈殿させ、更に前記容器の下方に設置した収穫容器に取り込む。担体に定着している微生物の表層を剥がすことで下層部の光合成を活性化し、分裂増殖を開始させることができる。以上の操作を繰り返すことにより、微生物を連続的に培養しつつ、培養された微生を回収することができる。

具体的には、担体の表面における培養液の流速を変化させる方法として、（２）で説明した微生物を培養する工程での担体の表面における流速よりも、培養液の流速を上げる操作を行い、担体に増殖した微生物を引き剥がし流下させる方法を採用することができる。

微生物の回収時の流速としては、微生物の担体に対する固着のし易さ又は強度にもよるが、不織布等の表面が比較的に平滑な担体を使用した場合には、３０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以上の流速で培養液を供給するとよい。

また、撚糸又は無撚糸によるパイル地等、微生物が強固に固着しやすい担体を用いている場合の培養液の担体の表面における流速は、２４０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以上であればよいが、２４０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以上３００００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以下とすることが好ましい。この場合の培養液の担体の表面における流速は、２４０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以上２７０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２以下であることがより好ましい。
また、担体の表面における培養液の流速は、上げた状態で１分以上維持してもよい。

更に、担体の表面における培養液の流速を変化させるに当たっては、（２）の微生物を培養する工程での担体の表面における流速よりも培養液の流速を下げた後で、培養液の流速を上げてもよい。担体２の表面の微生物を剥がすためには、培養液の供給を止めた後、所定量の培養液を一気に流すようにしてもよい。
流速を一旦下げて又は培養液の供給を止めることにより、流速の変化をより大きくして増殖した微生物の揺れを大きくし、剥がれ易くすることができるからである。

また、担体の表面における前記培養液の流速を変化させる、すなわち流速を上げる操作又は培養液の流速を下げた後に上げる操作を１０秒間に１回以上、好ましくは複数回、連続的又は間欠的に行うとよい。
担体の表面における流速を一定時間内に連続的又は間欠的に変えることで、微生物に与える物理的な変化を効率的に増幅させて、微生物を■がしやすくすることができるからである。

また、担体の表面における培養液の流速を変化させる操作は、瞬発的に行うことが好ましい。流速の変化を瞬発的に行うことで、増殖した微生物に対する揺れを大きくすることができるからである。本発明において、「瞬発的に」とは、流速を１秒以内に５００００ｍＬ／ｈ／ｍ２以上にすることをいう。

また更には、前述したいずれかの前記培養液の流速の変化をさせる操作に加えて、担体に振動を付与する操作をしてもよい（担体に振動を付与する工程）。
担体に振動を付与する操作は、担体の表面における培養液の流速を変化させながら行ってもよいし、又は担体の表面における培養液の流速に変化を与える操作の前後に交互に行ってもよい。

このように担体の表面における培養液の流速を変化させる操作に、担体に振動を付与する操作を合わせ又は追加すると、増殖した微生物が担体から一層引き剥がされやすくなるため、微生物の回収が容易となる。また、振動を加えることで担体の表面における培養液の流速を抑制することができる。

本工程の実施には、図１及び図２に示す流下タンク５及び収穫容器６を用いることができる。
流出液タンク５は、担体２から流出した微生物を含む培養液の貯留槽であり、担体２から流下する培養液を受けられるように上端が開口している。担体２から流出した微生物を含む培養液は、流出液タンク５内において微生物を高濃度に含む沈殿と、微生物を殆ど含まない上清である培養液とに分離される。
収穫容器６は、流出液タンク５で分離された微生物を高濃度に含む沈殿を収容する容器である。

（４）微生物を収穫した後の培養液を再度担体に供給する工程
微生物を収穫した後の培養液を再度担体に供給する工程では、流出液タンク等の容器で分離された培養液（上清液）を回収して再度担体に供給する。
微生物を含む培養液が図１及び図２に示す培養液供給部３に再供給されることにより、不図示の培養液貯留タンクからの培養液の供給が調整され、不図示の養分補給タンクから必要な養分が培養液供給部３に適宜供給され、培養液と共に担体２に放出される。

本工程の実施においては、図１及び図２に示す循環経路７を用いることができる。
循環流路７は、流出液タンク５で分離された培養液（上清液）を回収して再度担体２に供給する管状の部材である。循環流路７上にはポンプＰが設けてあり、これにより回収された培養液を担体２の上方まで汲み上げることができる。汲み上げられた培養液は再度担体２の上から連続的に供給される。再度担体２に供給される培養液は、流出液タンク５内で分離された上清であるが、微生物を含んでいてもよい。

本発明の微細藻類の回収方法は、主として以上の工程を有するものであるが、より効率的に培養するために、培養システム１は、更にシート体４、ケース８、光照射部９を備えているとよい。
シート体４は、ビニール、ポリエチレン、ポリエステル等の合成樹脂により形成された透光性を有するシート状の部材である。培養システム１を用いて光合成を行わずに増殖できる微生物を培養する場合は、シート体４の材質は透明である必要はない。

シート体４は、担体２の表面を間隔を空けて覆う前面部４ａ及び後面部４ｂを有し、更に前面部４ａと後面部４ｂとの間の側面側及び底面側を可及的に隙間なく塞ぐ側面部４ｃ，４ｃ及び底面部４ｄを有している。
前面部４ａと後面部４ｂとは、上方で側面視（逆）Ｕ字状に連続しており、この折り返し部分を上方にして培養液供給部３に掛けられ、更に不図示の留め具によって培養液供給部３に取り付けられている。

なお、シート体４は、ハンガーＨなどの担体２を支持する部材の脚部材１１の下部以外を含めて担体２を上方及び側方から筒状に覆い、下方のみ開口して脚部材１１を突出させかつ培養液を導出できるようにした形態であってもよい。保温及び炭酸ガス保持さらに削り取り収穫物の飛散防止という意味からは、シート体４の内部が密閉されていることが好ましい。また、シート体４は、留め具等により後述するケース８に固定されていてもよい。

シート体４は担体２の表面の近傍に配置されていることが好ましい。「近傍」とは、本発明においては、シート体４と担体２の表面との離間距離が１〜１０ｃｍの範囲に設置されていることをいう。
この範囲にシート体４を設置することにより、担体２の表面を効果的に保温することができる。シート体４と担体２の表面との距離が１ｃｍ未満であると、少しの揺れや振動でシート体４が担体２の表面に密着する場合があり、密着部分に培養液や気体が充分供給されず、微生物の増殖が遅くなるおそれがある。シート体４と担体２の表面との距離が１０ｃｍを超えると、保温効果が充分得られない場合がある。シート体４と担体２の表面との距離は、より好ましくは、１〜５ｃｍの範囲である。

担体２を複数設けている場合は、それぞれの担体２を覆うようにシート体４を設置してもよいし、複数の担体２をまとめて覆うように一の大きなシート体４を設置してもよい。

ケース８は、担体２、培養液供給部３、シート体４、流出液タンク５及び循環流路７の全体を覆う外側カバー部材を構成している。ケース８は、少なくとも担体２及びシート体４を覆っていれば、他の部材を覆っていることは必須ではない。
シート体４及び担体２をケース８によって更に覆うことにより、保温力が一層高まり、担体２の表面温度を一定に保ち易くなる。

ケース８の材質は特に限定されず、ガラス、アクリル、ポリスチレン、塩化ビニル等の透明なものが挙げられる。なお、培養システム１を用いて光合成を行わずに増殖できる微生物を培養する場合は、ケース８の材質は透明である必要はない。
ケース８内にシート体４付の担体２が複数設置される場合、流出液タンク５、収穫容器６および循環流路７は個々に装備せずに共通の装備にすることができる。

光照射部９は、担体２に前面から光を照射する部材であり、例えば、光源として板状をなす蛍光灯、有機ＥＬ又はＬＥＤ等を備えており、適宜、増殖に適した波長や光量を有する光を照射するように構成している。光照射部９が照射する光の波長は、３８０〜７８０ｎｍの範囲であればよい。赤色光のみで増殖が可能な微生物に対しては、光照射部９は光合成に適した赤色光のみを照射できるとよい。なお、クロレラ等の微生物は赤色光のみで良好に増殖し得る。また、光照射部９による光の照射は、連続照射でなくとも、１００〜１０，０００Ｈｚの間欠照射光であってもよい。更に、培養システム１を屋外に設置し、太陽光を利用することも可能である。屋内設置のまま、太陽光を導入し、人工光と組み合わせることも有効である。

担体２が円筒状や四角管状である場合、担体２の内周面側にも光が照射されるように、担体２の中に棒状の光照射部９を更に配置してもよい。

本実施形態では、ケース８の外に光照射部９が設置されている態様を示したが、光照射部９はケース８の中に設置されていてもよい。
また、本実施形態に示す例では、培養システム１に光照射部９が一つ設けられているが、担体２の数に応じて光照射部９が複数設けられていてもよい。担体２と光照射部９とを複数設ける場合、担体２と光照射部９を交互に設置することもできる。

ケース８内には、１〜４０％程度のＣＯ_２を含有する混合空気が充填しており、更にＣＯ_２を適宜補充すべく送入可能になっていることが好ましく、１〜１０％程度のＣＯ_２を含有する混合空気中であれば、多くの微生物に良好に光合成を行わせることができる。なお、大気を通気する場合でも微生物の増殖は、速度は遅くなるが、可能である。

なお、図１に示す培養システム１ではシート体４及びケース８を用いて保温性を高めているが、本発明の微生物培養システムでは、シート体４及びケース８を用いずに微生物の培養を行うこともできる。

培養システム１で培養対象とする微生物は特に限定されず、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）、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、デスモデスムス等の微細藻類等が挙げられ、より具体的には、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｋｅｓｓｌｅｒｉ、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｖｕｌｇａｒｉｓ、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｓａｃｃｈａｒｏｐｈｉｌａ等のクロレラ；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Ｐａｒａｃｈｌｏｒｅｌｌａｋｅｓｓｌｅｒｉ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｋｅｓｓｌｅｒｉ）；セネデスムス属に属するＳｅｎｅｄｅｓｍｕｓｏｂｌｉｑｕｕｓ；スティココッカス属に属するＳｔｉｃｈｏｃｏｃｃｕｓａｍｐｌｉｆｏｒｍｉｓ、ナンノクロリス属に属するＮａｎｎｏｃｈｌｏｒｉｓｂａｃｉｌｌａｒｉｓ；デスモデスムス属に属するＤｅｓｍｏｄｅｓｍｕｓｓｕｂｓｐｉｃａｔｕｓ等が挙げられる。その他、付着性の珪藻やシュードコリシスティス、又はシアノバクテリア、更には小型の紅藻や緑藻も可能である。また、この中には、遺伝子組換えしたシアノバクテリアや微細藻類も含まれる。また、培養システム１を用いて、例えば、オーランチオキトリウム等の光合成を行わない卵菌類を、有機廃液を用いて培養することも可能である。

本発明においては、培養対象とする微生物は光合成微生物であることが好ましく、その場合、培養システム１は光照射部９が必須である。
なお、培養システム１を用いて光合成を行わずに増殖できる微生物を培養する場合は、光照射部９はなくてもよい。

次に、本発明の微生物の培養及び回収方法及び培養システム１の使用方法及び作用について説明する。
本発明の培養システム１を用いて微生物の培養を実施するには、担体２の上に載置しておいたパイル地のタオル等に微生物を付着させておき、その端部をハンガーＨ等に掛けて又は留めて吊り下げておく。付着方法は担体２に直接滴下あるいは塗布してもよい。担体２の表面には、表面から１ｃｍ以上１０ｃｍ以下の範囲で離間した位置にシート体４を設置する。また、ケース８内に下から上に向けて１〜４０％程度のＣＯ_２を含む空気を送入しておく。

その上で、培養液供給部３から担体２の表面を流下するように培養液を連続的に供給しつつ、３８０〜７８０ｎｍの波長の赤色光を照射する。この光照射は植え付け当初は５０μｍｏｌｍ^−２ｓ^−１程度の弱い光量とし成長に従って４００μｍｏｌｍ^−２ｓ^−１程度まで増量する。また、光合成生物の夜間に分裂をするという特性から、増殖初期には消灯時間を設けることも好ましい。この際、担体２の表面の液温および気温は、３３〜３７℃に設定しておく。

一定時間が経過すると、担体２に培養液が行き渡り、培養液供給部３から更に培養液が供給され、微生物が担体２上で徐々に培養される。
担体２上に微生物が十分に増殖したら、培養液供給部３の供給口３ａから供給する培養液の流速を上げて又は流速を上下させて、担体２の表面の増殖した微生物を引き剥がし、培養液と共に流出液タンク５に流下させる。なお、培養液の流速を上げなくても担体２に付着していた又は担体２において培養された微生物が培養液の流れによって担体２から自然流下し、培養液と共に流出液タンク５に流下するものもある。

担体２から流下した微生物は流出液タンク５の培養液中に沈殿し、流出液タンク５の下方に設置された収穫容器６に取り込まれる。
一方、流出液タンク５内に溜められた微生物の一部を含む培養液の上清液は、ポンプＰにより汲み上げられ、循環流路７を経由して培養液供給部３に再供給され、担体２に繰り返し放出される。

微生物を含む培養液が培養液供給部３に再供給されることにより、不図示の培養液貯留タンクからの培養液の供給が調整され、不図示の養分補給タンクから必要な養分が培養液供給部３に適宜供給され、培養液と共に担体２に放出される。
また上記の自然流下に加えて、分裂成長速度に応じて、定着している微細藻の表層を培養液の流下速度により落とすことで下層部の光合成が活性化され、分裂増殖が始まる。
以上の操作を繰り返すことにより、微生物を連続的に培養しつつ、培養された微生物が収穫される。

なお、本発明は前記実施形態に限られない。
例えば、流出液タンク５内に貯留した培養液からの微生物の回収は、ろ過、遠心処理、又は、自然沈降のいずれによってもよい。なお、微生物が細胞外に排出する物質を収穫する場合には、吸着や濃縮等のその他の方法を適用する。

前記実施形態では、縦長の担体２が設けられているが、横長の担体２を用いてもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。

以上、本発明の微生物の培養及び回収方法は、担体の表面を流れる培養液の流速を変化させることにより、微生物を揺らす等の物理的な変化を与え、増殖した微生物を担体から引き剥がすことができる。したがって、本発明は、微生物の回収に際して、担体に培養液を供給して微生物の培養を継続させつつ、担体に増殖させた微生物を効率よく回収できるという効果を奏する。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。

［保水性試験］
本明細書において、担体２の「保水量」は、下記の方法で測定した。
[１]保水量を測定するサンプルは３ｃｍ×２６ｃｍの大きさで用意し、乾燥重量を測定した。
[２]十分量の水道水を入れた容器にサンプルを入れ３分間放置し、サンプルに十分に水を含ませた。
[３]ピンセットを使ってサンプルを容器から取り出し、持ち上げた状態で５秒間水が垂れ落ちるのを待って水を切った。
[４]水を含んだサンプルの重量を測定した。この時点で水が垂れても、垂れた水を含めた重量を測定した。
[５][４]で測定した重量からサンプルの乾燥重量を引き、サンプル１ｃｍ^２あたりに含まれる水の量を算出した。
測定は各サンプルにつき５回ずつ行い、平均値を「保水量（ｇ／ｃｍ^２）」とした。

［実施例１］
図１に示すような培養システム１を用いてクロレラ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｋｅｓｓｌｅｒｉ１１ｈ）を培養した。
担体２としては、幅５０ｃｍ×長さ１２０ｃｍの無撚糸で織りあげたパイル地（保水量：０．３９５ｇ/ｃｍ^２）を二つ折りでハンガーＨの部材１０に吊り下げたものを用いた。
担体２を覆うシート体４としては、幅８０ｃｍ×高さ９０ｃｍ×厚さ１．２ｍｍの塩化ビニールシート（ホームセンタで購入、メーカー名なし）を用い、担体２の全体と培養液供給部３の一部を覆った。
循環流路７の下流側には、ポンプＰ（エーハイム社製１０４６）が設けてある。
ケース８としては、市販のガラスケース（ガラスの厚さ３ｍｍ）を用いた。
光照射部９としては、赤色ＬＥＤ（イフェクト社製）を用いた。

本培養システム１を用いて、ケース８内に下から上に向けて１０％ＣＯ_２を含む空気を１．０Ｌ／ｍｉｎ程度の速度で導入し、それらを上から下に向けてまた流出液タンク５内の培地にバブリングしつつ、培養液として植物組織培養培地ガンボーグＢ５を１０倍希釈したものを使用して、１２００ｍＬ／ｈ／ｍ^２の速度で培養液を供給しつつ、８．３Ｗ／ｍ^２の強度の赤色光を照射しながら、室温（３３〜３７℃）でクロレラの培養を行った。なお、培養開始時には、乾燥重量で１５ｇのクロレラを担体２の上に載置した脱脂綿に付着させてから、培養を開始した。担体２の表面温度は、培養中一定して３３〜３５℃であった。

培養５日目に、培養液の供給を６０秒止めて流速を０にした後に、流速を１秒以内に７０００ｍＬ／ｈ／ｍ２に上げて、担体２に付着したクロレラを剥がした。
担体２から流出したクロレラを含む培養液は、流出液タンク５に集めた。なお、流出液タンク５内でクロレラが増殖するのを防ぐため、流出液タンク５は黒い布で覆った。クロレラの回収は、流出液タンク５中の培養液を遠心処理して行った。回収したクロレラは培養液に再懸濁し、分光光度計（ベックマン社製、ＤＵ７００）で測定された７３０ｎｍの濁度から乾燥重量を算出した（７３０ｎｍの濁度０．３５＝１ｇＤＷ（乾燥重量）／Ｌ）。また、適宜、８０℃で２時間以上乾燥させたクロレラからも乾燥重量を求めて確認した。
培養の結果、この回収作業で乾燥重量５．０７ｇ/ｍ^２のクロレラが収穫できた（担体２の１ｍ２あたりで算出）。

［実施例２］
微生物の培養工程での担体表面における培養液の流速を５４００ｍＬ／ｈ／ｍ^２とした。培養５日目に、培養液の流速を１２００ｍＬ／ｈ／ｍ^２まで下げた後に、流速を１秒以内に５４００ｍＬ／ｈ／ｍ^２に上げて、担体２に付着したクロレラを剥がした以外は実施例１と同条件で培養のした結果、この回収作業で乾燥重量９．８７ｇ/ｍ^２のクロレラが収穫できた（担体２の１ｍ^２あたりで算出）。

［実施例３］
微生物の培養工程での担体表面における培養液の流速を９０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２とした。培養５日目に、培養液の流速を９００ｍＬ／ｈ／ｍ^２まで下げた後に、流速を１秒以内に９０００ｍＬ／ｈ／ｍ^２に上げて、担体２に付着したクロレラを剥がした以外は実施例１と同条件で培養した結果、この回収作業で乾燥重量８．５３ｇ/ｍ^２のクロレラが収穫できた（担体２の１ｍ^２あたりで算出）。

１・・・培養システム
２・・・担体
３・・・培養液供給部
４・・・シート体
５・・・流出液タンク
６・・・収穫容器
７・・・循環流路
８・・・ケース
９・・・光照射部

Claims

微生物を付着させた担体を気相中に配置し、前記担体の上から培養液を供給して前記微生物を培養する工程と、増殖した前記微生物を回収する工程とを有する微生物の培養及び回収方法であって、
増殖した前記微生物を回収する工程が、前記担体の表面を流れる前記培養液の流速を変化させる操作を行う工程である微生物の培養及び回収方法。
前記微生物を回収する工程が、前記微生物を培養する工程での前記担体の表面における培養液の流速よりも前記培養液の流速を上げる操作を有する工程である請求項１に記載の微生物の培養及び回収方法。
前記微生物を回収する工程が、前記微生物を培養する工程での前記担体表面における培養液の流速よりも前記培養液の流速を下げた後に、前記培養液の流速を前記流速よりも上げる操作を有する工程である請求項２に記載の微生物の培養及び回収方法。
前記微生物を回収する工程が、前記担体の表面における前記培養液の流速を変化させる操作を１０秒間に１回以上行う工程である請求項１に記載の微生物の培養及び回収方法。
前記微生物を回収する工程が、前記担体の表面における前記培養液の流速を変化させる操作を１０秒間に複数回、連続的又は間欠的に行う工程である請求項４に記載の微生物の培養及び回収方法。
前記担体に振動を付与する工程を有する請求項１から５のいずれか一項に記載の微生物の培養及び回収方法。
微生物が、微細藻類である請求項１から６のいずれか一項に記載の微生物の培養及び回収方法。