JP2019076004A - 藻類培養方法および藻類培養プラント - Google Patents
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Abstract
【課題】培養液中の雑菌の増殖を効率的に防止する。【解決手段】前処理工程において、藻類を培養する前の培養液に紫外線を照射して活性酸素種を生成する。培養工程において、活性酸素種が生成された培養液により藻類を培養する。前処理工程では培養液を前処理装置４２の導入管４４から培養槽２４に導入する。導入管４４では中空部４４ａに設けられた紫外線照射部４６により培養液に紫外線を照射する。中空部４４ａは紫外線透過材で構成されており、流路方向に延在して両端が開口している。導入管４４の外壁４４ｂは紫外線を通さない材質である。【選択図】図３
Description
本発明は、藻類培養方法および藻類培養プラントに関する。
近年、バイオマス燃料や食品の原料として微細藻類が注目されており、大規模な培養プラントによる培養が盛んである。野外での大規模な培養はコスト面、生産量面で有利であるが、外部環境との接触により不純物が混入しやすく、目的の種以外の藻類や雑菌が増殖してしまう恐れがある。そのため野外で食用の微細藻類を培養する場合、製品の品質を保つための対策が必要になる。現在は高塩濃度や高ｐＨでの培養によりコンタミネーションを防ぎつつ培養する方法がとられているが、この方法は培養液の状態の維持管理にコストがかかる他、限られた環境で生存できる藻類しか培養することができない。そのため食品として利用される品質を屋外培養で達成することは困難である。
また、藻類を回収した後の培養液には栄養塩が残存しており、この培養液を再利用することでコストを下げることができる。培養液を再利用する際には雑菌の残留・増殖を防ぐ必要があり、屋外培養の場合は特に重要である。そこで、再利用時の雑菌の残留・増殖を防ぐために紫外線による殺菌方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１では、藻類を培養して回収した後の培養液中の雑菌を紫外線によって殺菌しているが、培養後の培養液は老廃物等の蓄積により紫外線を十分に透過しないことが多く、確実に殺菌するためには高い出力が必要となる。紫外線の透過率は培養液の状態によって変化し、特に屋外培養の場合は透過率を一定に保つことが難しいため紫外線出力の調整が必要になる。また、雑菌を十分に殺菌するためには余裕をもった高出力の紫外線照射が行われ、その結果として過剰な照射が行われる可能性が高い。紫外線の過剰な照射は電力コストを高めるだけでなく、装置の維持の面からも避けることが望ましい。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、培養液中の雑菌の増殖を効率的に防止することのできる藻類培養方法および藻類培養プラントを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる藻類培養方法は、藻類を培養する培養液に対して、前記藻類の培養前に活性酸素種を添加または／および生成させる前処理工程と、前記前処理工程を経た培養液により藻類を培養する培養工程と、を有することを特徴とする。
前記前処理工程では前記培養液に紫外線を照射することで活性酸素種を生成させてもよい。
前記培養工程で第１藻類が培養されて前記活性酸素種に対する耐性が前記第１藻類よりも低い第２藻類が滅失されるように、前記前処理工程で前記紫外線の照射量を調整してもよい。
また、本発明にかかる藻類培養プラントは、藻類を培養する培養槽と、前記培養槽に前記藻類を培養する前の培養液を導入する導入路と、前記導入路において前記培養液に紫外線を照射して活性酸素種を生成する紫外線照射部と、を有することを特徴とする。
前記導入路は中空部を備える筒型の導入管であり、前記紫外線照射部は前記中空部に設けられ、前記中空部は流路方向に延在して少なくとも一方が開口し、紫外線透過材で構成されていてもよい。
本発明にかかる藻類培養方法および藻類培養プラントでは、藻類を培養する培養液に対して、藻類の培養前に活性酸素種を含有せしめることにより、効率的に藻類培養時の雑菌の増殖を防止することができる。
以下に、本発明にかかる藻類培養方法および藻類培養プラントの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
本実施形態にかかる藻類培養方法および藻類培養プラントについて実施形態を挙げて説明する。藻類培養方法は前処理工程と培養工程とを有する。前処理工程では藻類を培養する培養液に対して、藻類の培養前に紫外線を照射して活性酸素種を生成する。培養工程では活性酸素種が生成された培養液により藻類を培養する。まず、第１の実施形態について説明する。
第１の実施形態にかかる藻類培養方法は小スケールの場合であり、まず前処理工程において、図１（ａ）に示すように小型の前処理装置１０および小型の容器１２を用いる。前処理装置１０は容器１２を収納することのできる大きさであり、内部に紫外線照射部１４を備える。前処理装置１０は紫外線をほとんど透過しない素材、例えば汎用ガラスで形成されている。容器１２は可視光および紫外線の透過材、例えばアクリルや石英ガラスで形成されており、藻類の培養前の培養液が入れられている。培養液は例えば清潔な水であり、この時点では雑菌はほとんど含まれていない。
容器１２は前処理装置１０内に載置され、紫外線照射部１４から紫外線が照射されることにより、内部の培養液に活性酸素種を生成する。活性酸素種には殺菌作用がある。
活性酸素種は、一般的にスーパーオキシド、ヒドロキシルラジカル、過酸化水素、一重項酸素の４種類である。この前処理工程および前処理装置１０では、１種類以上の活性酸素種が電子を受け渡しつつ状態を次々と変化させながら生成されると考えられる。前処理工程では、容器１２内の培養液の容量や目的の藻類種に応じて照射出力および照射時間を調整して紫外線を照射する。
次に、紫外線照射部１４による紫外線照射を止め、容器１２を前処理装置１０から取り出し、培養する藻類の株を容器１２に入れる。そして培養工程として、図１（ｂ）に示すように照明１６により可視光を照射して藻類の培養を行う。このとき、栓１２ａから管１２ｂをいれて培養に必要な栄養や炭酸ガスを注入するとよい。照明１６は太陽光でもよい。
培養工程では目的とする藻類だけではなく雑菌も増殖し得るが、前処理工程において培養液に活性酸素種が生成されていることから雑菌の増殖が防止され、藻類を効率的に培養することができる。また、活性酸素種の含有量が高いと必要な藻類にも影響し得るが、前処理工程で紫外線の照射量を調整することにより藻類にはほとんど影響なく、雑菌だけを増殖防止できるような含有量にしておく。
培養液中に生成される活性酸素種の残存期間は、紫外線の照射強度、照射時間、培養液に含まれる金属成分や温度、日射量によって変化する。一方、雑菌が藻類へ悪影響を及ぼす程度が大きいのは主に培養初期であり、活性酸素種はこの培養初期には十分残存していて有効であると考えられる。
なお、前処理工程においては紫外線を照射するのではなく活性酸素種を培養液に添加・投入するという方法もとりうる。この方法においても雑菌の増殖を防止することができる。また、藻類培養前の培養液には雑菌がほとんど存在しないことから添加する活性酸素種は少量で足りる。紫外線の照射と活性酸素種の添加は併用してもよい。
次に、図２に基づいて第２の実施形態にかかる藻類培養方法と藻類培養プラント２０について説明する。第２の実施形態にかかる藻類培養方法は大スケールの場合であり、藻類培養プラント２０を用いて藻類の培養を行う。
藻類培養プラント２０は前処理装置２２と、培養槽２４とを有する。培養槽２４は培養液を循環させるレースウェイ型であって、循環流路の途中に撹拌パドル２６が設けられている。撹拌パドル２６は図示しないモータによって回転し、培養槽２４に矢印のように流れを生じさせる。なお、培養槽２４に培養に必要な栄養や炭酸ガスを注入してもよい。
前処理装置２２は、培養槽２４に培養液を導入する導入管（導入路）２８と、導入管２８の両側に設けられた紫外線照射部３０とを有する。導入管２８は紫外線透過材で形成されている。導入管２８で導入される培養液は藻類の培養前のものであり、自重またはポンプによって流される。導入管２８内では、前処理工程として紫外線照射部３０から紫外線を受けることにより培養液中に活性酸素種が生成される。培養液は培養槽２４に流し込まれ培養工程として藻類の培養に利用される。この培養工程では培養液に活性酸素種が含まれていることから雑菌の増殖を防止できる。
紫外線照射部３０による培養液への紫外線照射量は目的の藻類種、培養液の紫外線透過率、導入管２８での流速等に基づいて設定されるが、基本的には紫外線照射量を固定しておくことができる。培養槽２４に培養液を導入する流路は導入管２８のような管路に限らず開水路であってもよい。前処理装置２２では、紫外線照射部３０に代えて活性酸素種を導入管２８に添加する装置を設けてもよいし、紫外線照射部３０と併用してもよい。
次に、図３および図４に基づいて第３の実施形態にかかる藻類培養方法と藻類培養プラント４０について説明する。図３に示すように藻類培養プラント４０は、上記の藻類培養プラント２０における前処理装置２２を前処理装置４２に置き換えたものであり培養槽２４および撹拌パドル２６については同様のものである。
図４に示すように、前処理装置４２は中空部４４ａを備える角筒型の導入管４４と、中空部４４ａに設けられた紫外線照射部４６と、紫外線照射部４６に電力を供給する電源部４８とを有する。導入管４４は上面一端部が上流の管路と連通し、上面他端部が下流の管路と連通し、矢印で示すように培養液が流入および流出する。中空部４４ａは紫外線透過材で構成されており、流路方向に延在して両端が開口している。紫外線照射部４６は長尺形状であって、中空部４４ａ内で流路方向に沿って配置されており、中空部４４ａの両端開口から電力が供給されている。中空部４４ａは紫外線照射部４６の出し入れと電源供給のために両端の少なくとも一方が開口していればよい。導入管４４の外壁４４ｂは紫外線を通さない材質で構成されている。外壁４４ｂの内面は紫外線を反射する材質で構成されていてもよい。
図４（ｂ）に示すように、前処理装置４２では導入管４４を通過する培養液は中空部４４ａの４面から紫外線が照射されることから紫外線照射の効率がよく、必要な量の活性酸素種を生成するための電力を低減することができる。また、前処理装置４２を解体や分解することなく紫外線照射部４６やその光源を交換することができて維持管理が容易となる。電源部４８を太陽光発電・蓄電システムとすることにより電力コストを低減できる。
上述した第１〜第３の実施形態にかかる藻類培養方法および藻類培養プラント２０，４０によれば、前処理工程として藻類を培養する前の培養液に紫外線を照射して活性酸素種を生成させ、または培養液に活性酸素種を添加することから、その後の培養工程において特に培養初期の雑菌の増殖を防止することができる。これにより、培養液が外気に露呈される屋外での大量培養に対して好適に適用可能である。また、培養工程における殺菌のための薬剤が不要または使用量を低減することができ、食品用途の藻類培養に好適である。さらに、紫外線を照射して活性酸素種を生成させる場合には培養液の他に原料を必要としない。
培養液は高塩濃度や高ｐＨに維持する必要がなく、維持管理が容易であるとともに培養可能な藻類種が多い。藻類を培養する前の培養液は紫外線の透過率が高く且つ一定であり、紫外線の照射が効率的に行われ、少ない紫外線量で足りる。また、照射量の設定が容易であることから紫外線を過剰に照射してしまうことがなく、装置維持の面からも好ましい。
ところで、培養液中の活性酸素種の量によっては、雑菌だけでなく藻類にも影響を与えうるが、藻類種によっても活性酸素種に対する耐性が異なる。したがって、前処理工程で紫外線の照射を調整することにより、培養工程で目的とする第１藻類が培養されて、活性酸素種に対する耐性が第１藻類よりも低い第２藻類を滅失させることも可能となる。これにより、例えば活性酸素種に対する耐性の強い土着性藻類を抽出して選択的に培養し、他の藻類は滅失させることが可能になる。
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
１０，２２，４２ 前処理装置
１２ 容器
１４，３０，４６ 紫外線照射部
１６ 照明
２０，４０ 藻類培養プラント
２４ 培養槽
２６ 撹拌パドル
２８，４４ 導入管（導入路）
４４ａ 中空部
４４ｂ 外壁
４８ 電源部
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Claims (5)
- 藻類を培養する培養液に対して、前記藻類の培養前に活性酸素種を添加または／および生成させる前処理工程と、
前記前処理工程を経た培養液により藻類を培養する培養工程と、
を有することを特徴とする藻類培養方法。 - 請求項１に記載の藻類培養方法において、
前記前処理工程では前記培養液に紫外線を照射することで活性酸素種を生成させることを特徴とする藻類培養方法。 - 請求項１または２に記載の藻類培養方法において、
前記培養工程で第１藻類が培養されて前記活性酸素種に対する耐性が前記第１藻類よりも低い第２藻類が滅失されるように、前記前処理工程で前記紫外線の照射量を調整することを特徴とする藻類培養方法。 - 藻類を培養する培養槽と、
前記培養槽に前記藻類を培養する前の培養液を導入する導入路と、
前記導入路において前記培養液に紫外線を照射して活性酸素種を生成する紫外線照射部と、
を有することを特徴とする藻類培養プラント。 - 請求項４に記載の藻類培養プラントにおいて、
前記導入路は中空部を備える筒型の導入管であり、
前記紫外線照射部は前記中空部に設けられ、
前記中空部は流路方向に延在して少なくとも一方が開口し、紫外線透過材で構成されていることを特徴とする藻類培養プラント。
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