JP2023136382A - 培養装置及び培養方法 - Google Patents

Abstract

【課題】収容部を良好な姿勢で位置決めすることができ、太陽光等の入射光を効率よく利用することができる、微細藻を培養するための培養装置及び培養方法を提供する。
【解決手段】培養装置１０は、透光性の貯液部１２と、貯液部１２の内部に配置されて培養液Ｌ及び微細藻を収容する収容部１４と、収容部１４の下端部１４Ｌに設けられたガス供給配管３２とを備える。貯液部１２は、鉛直方向に対して傾斜するように配置される。収容部１４の上端部１４Ｕは、貯液部１２の上端部１２Ｕに固定される。ガス供給配管３２は、貯留液Ｗ中での浮力により収容部１４の下端部１４Ｌを位置決めする。
【選択図】図２

Description

本発明は、微細藻を培養するための培養装置及び培養方法に関する。

従来、気候変動の緩和又は影響軽減を目的とした取り組みが継続され、この実現に向けて二酸化炭素の排出量低減に関する研究開発が行われている。微細藻を培養する培養装置は、気候変動の緩和又は影響軽減に寄与するものとして期待されている。

例えば、特許文献１に開示された培養装置は、培養液及び微細藻を収容する収容部（培養ビニール袋）を備える。収容部に対して太陽光線が垂直に入射できるように、傾斜板を有する傾斜スタンドの上部に収容部の上端が固定される。

特開平８－３８１５６号公報

収容部内の培養液の温度を調整するために、水等の貯留液が貯留された貯留部内に収容部を配置する場合、収容部の上端を固定するだけでは収容部を適切な姿勢に位置決めすることができない。収容部の下端を固定した場合、培養装置の構造が複雑化するとともに、可撓性材料から構成された収容部に力がかかり破ける可能性がある。

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

本発明の第１の態様は、培養液中で微細藻を培養する培養装置であって、貯留液を貯留する透光性の貯液部と、前記貯液部の内部に配置され、前記培養液及び前記微細藻を収容し且つガスが供給される収容部と、前記収容部の下端部に設けられ、前記収容部に前記ガスを供給するガス供給配管と、を備え、前記貯液部は、鉛直方向に対して傾斜するように配置され、前記収容部の上端部は、前記貯液部の上端部に固定され、前記ガス供給配管は、前記貯留液中での浮力により前記収容部の下端部を位置決めする、培養装置である。

本発明の第２の態様は、培養液中で微細藻を培養する培養方法であって、貯留液を貯留する透光性の貯液部を鉛直方向に対して傾斜するように配置し、前記貯液部の内部に、前記培養液及び前記微細藻を収容する収容部を配置し、前記収容部の上端部を前記貯液部の上端部に固定した状態で、前記収容部の下端部に設けられたガス供給配管から前記収容部にガスを供給し、前記ガス供給配管が、前記貯留液中での浮力により前記収容部の前記下端部を位置決めする、培養方法である。

本発明によれば、ガス供給配管に作用する浮力を利用して、収容部の下端部が位置決めされるため、収容部を良好な姿勢で位置決めすることができる。この結果、太陽光等の入射光を効率よく利用することができ、微細藻の生産性を向上させることができる。浮力によって収容部が位置決めされるため、培養装置の構造が複雑化することがなく、位置決めに伴って収容部が破けることもない。

図１は、本発明の実施形態に係る培養装置の正面断面図である。 図２は、支持装置に支持された状態の培養装置の側面断面図である。

図１に示す本実施形態に係る培養装置１０は、水を含む培養液Ｌ中の微細藻に対して、光と、ガスＧとを供給して、微細藻を培養する。培養装置１０に供給されるガスＧとしては、例えば、二酸化炭素ガス又は二酸化炭素含有ガス（例えば、空気）が挙げられる。これにより、培養装置１０では、微細藻が光合成を行いながら増殖する。つまり、培養装置１０は、微細藻を培養する。なお、培養液Ｌは水の他に、微細藻の培養に必要な栄養分（例えば、窒素、リン及びカリウムから選択される少なくとも１つ以上）を含むことが好ましい。ガスＧは、例えば、工場から排出される二酸化炭素ガスを含むことが好ましい。

培養装置１０により培養可能な微細藻は特に限定されるものではない。培養した微細藻を用いて、例えば、エタノールのようなバイオ燃料を製造する場合には、緑藻綱（例えば、クラミドモナス及びクロレラ）、プラシノ藻綱、クリプト藻綱及び藍藻綱（例えば、スピルリナ）に分類される微細藻類を培養装置１０により培養することが好ましい。培養装置１０により培養する好適な微細藻の例としては、独立行政法人製品評価技術基盤機構特許生物寄託センター（千葉県木更津市かずさ鎌足２－５－８ １２０号室）に寄託した、「ＨｏｎｄａＤＲＥＡＭＯ株」（受託日２０１６年４月２２日、受託番号ＦＥＲＭ ＢＰ－２２３０６）が挙げられる。

培養装置１０は、微細藻の成長に必要な波長（例えば、４００～７００ｎｍ）の光を微細藻に照射可能な環境に設置される。このような環境として、例えば、太陽光を微細藻に照射可能な屋外が挙げられる。しかしながら、培養装置１０は、例えば、太陽光を微細藻に照射可能な室内に配置されてもよい。また、培養装置１０は、例えば、上記の波長の人工光を微細藻に照射可能な室内に設置されてもよい。

以下では、培養装置１０の各構成要素の向きについて、図１に示すように、微細藻の培養を行う設置場所に培養装置１０を設置した場合を基準として説明する。

培養装置１０は、貯留液Ｗを貯留可能な透光性の貯液部１２と、微細藻液（培養液Ｌ及び微細藻）を収容可能な収容部１４とを備える。貯液部１２は、可撓性及び透光性を有する材料からなる袋状の容器である。貯液部１２の構成材料としては、例えば、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）が挙げられる。貯液部１２は、例えば、一枚の可撓性材料からなる帯状のシート材を半分に折り、幅方向両端部を溶着することによって、下端が閉じた袋状に形成される。貯液部１２の上端には開口部１２ａが形成されている。

貯液部１２は、貯留液供給機構（不図示）から供給される貯留液Ｗを内部に貯留可能である。貯留液Ｗは、例えば、水のような透光性を有する液体である。本実施形態において貯留液Ｗは水であるため、貯液部１２は貯水槽である。

図２に示すように、貯液部１２は、鉛直方向に対して傾斜するように配置される。貯液部１２を傾斜して配置するために、支持装置１５が用いられる。支持装置１５は、設置場所に置かれた台座１６と、台座１６に支持されたフレーム部１８とを有する。台座１６は、互いに高さの異なる複数の脚部１７を有する。

フレーム部１８は、傾斜板２０と、上側フレーム２２と、横フレーム２４とを有する。フレーム部１８は、傾斜台２６によっても支持されている。傾斜板２０は、台座１６の複数の脚部１７によって鉛直方向に対して斜めに支持される。貯液部１２は、傾斜板２０の上に載置されることで、鉛直方向に対して傾斜するように配置される。傾斜板２０の鉛直方向に対する傾斜角度は、例えば、２０°～７０°であり、好ましくは３５°～５５°である。貯液部１２の上端（開口部１２ａを形成する部分）のうち、図２に示すように傾斜配置状態で下側になる部分１２１が外側に折り返されて、傾斜板２０の上端に固定される。

上側フレーム２２は、傾斜板２０から離間して傾斜板２０と平行に延在する細長い棒状の部材である。上側フレーム２２は、貯液部１２及び収容部１４への太陽光の入射を妨げないように、培養装置１０の幅方向（図１におけるＸ方向）に間隔を置いて複数配置される。上側フレーム２２と傾斜板２０との間に貯液部１２が配置される。貯液部１２の傾斜配置時において、貯液部１２のうち上面側となる側壁１２Ｓは、上側フレーム２２に沿って延在する。すなわち、貯液部１２の傾斜配置時に、貯液部１２の側壁１２Ｓは、鉛直方向に対して傾斜する。

上側フレーム２２の上端に、水平方向に延在する固定バー３０が設けられている。貯液部１２の上端（開口部１２ａを形成する部分）のうち、図２に示すように傾斜配置状態で上側になる部分１２２が外側に折り返されて、固定バー３０に固定される。

横フレーム２４は、傾斜板２０と上側フレーム２２とを連結する。横フレーム２４は、上側フレーム２２の延在方向（Ｚ方向）に沿って複数配置されている。

収容部１４は、貯液部１２の内部に配置されている。収容部１４において微細藻を培養する。すなわち、収容部１４は、培養装置１０における培養槽を構成する。収容部１４に貯留される微細藻液は、収容部１４内で培養した微細藻と、該微細藻の培養に用いた培養液Ｌとを含む流体である。なお、微細藻液には、例えば、微細藻により生成されて、該微細藻の外部に放出された多糖類が含まれていてもよい。

収容部１４は、可撓性及び透光性を有する材料からなる袋状の容器である。収容部１４の構成材料としては、例えば、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）が挙げられる。収容部１４は、例えば、一枚の可撓性材料からなる帯状のシート材を半分に折り、幅方向両端部を溶着することによって、下端が閉じた袋状に形成される。収容部１４の上端部１４Ｕには開閉可能な開口部１４ａが形成されている。

収容部１４の上端部１４Ｕは、貯液部１２の上端部１２Ｕに固定される。具体的には、収容部１４の上端部１４Ｕは、貯液部１２のうち、貯液部１２の傾斜配置時に上面側となる側壁１２Ｓの上端部に固定される。詳細は図示しないが、収容部１４の上端部１４Ｕは、適宜の固定具（クランプ治具等）により、貯液部１２の側壁１２Ｓの上端部を介して固定バー３０に固定される。後述するガス供給配管３２の作用により、収容部１４は、貯液部１２の内部で、傾斜する貯液部１２の上側の側壁１２Ｓに沿って配置される。

図１に示すように、培養装置１０は、ガス供給配管３２と、複数のガイド部３６とをさらに備える。ガス供給配管３２は、培養槽である収容部１４の下端部１４Ｌに配置される。具体的には、ガス供給配管３２は、収容部１４の底部１４１に配置される。ガス供給配管３２は、上述したガスＧを収容部１４内に供給するための機構である。ガス供給配管３２は、収容部１４の底部１４１において収容部１４の幅方向（Ｘ方向）に沿って水平方向に延在する。

ガス供給配管３２の延在方向の一端には、ガス送給チューブ４０が接続されている。ガス送給チューブ４０は収容部１４の幅方向一端に沿って延在し、収容部１４の開口部１４ａを介して収容部１４の外側まで延在する。ガス送給チューブ４０を介してガスＧがガス供給配管３２に送給される。ガス供給配管３２の延在方向の他端は閉じられている。

ガス供給配管３２は、当該ガス供給配管３２の延在方向に間隔を置いて設けられた複数のガス供給口３３を有する。複数のガス供給口３３は、複数のガイド部３６に対応する位置に配置され、複数のガイド部３６に向かってガスＧを供給する。すなわち、複数のガス供給口３３は、複数のガイド部３６に向かい合う位置に配置されている。図１では、４個のガス供給口３３が設けられている。なお、ガス供給口３３の個数は、ガイド部３６の個数と同じであるため、ガイド部３６の個数に応じて増減される。

ガス供給配管３２は、貯留液Ｗ中での浮力により収容部１４の下端部１４Ｌを位置決めする。具体的には、ガス供給配管３２によって、収容部１４の下端部１４Ｌは、傾斜配置時の貯液部１２の上側の側壁１２Ｓに当接するように位置決めされる。適切な浮力が得られるように、ガス供給配管３２は、例えばアクリル等の比重が１以下の材料により構成されることが好ましい。

ガス供給配管３２には、当該ガス供給配管３２自体の浮力（第１の浮力）と、ガス供給配管３２内に供給されるガスＧの浮力（第２の浮力）とを合わせた浮力（総合浮力）が作用する。なお、ガス供給配管３２内に供給されるガスＧの浮力によって、ガス供給配管３２において、収容部１４の下端部１４Ｌを位置決めする（当該下端部１４Ｌを貯液部１２の側壁１２Ｓに押し付ける）のに十分な浮力が得られる場合には、ガス供給配管３２の比重は１を超えてもよい。

複数のガイド部３６は、ガス供給配管３２から供給されるガスＧと協働して、収容部１４内の培養液Ｌに液流Ｆを生じさせるための機構である。具体的に、各ガイド部３６は、ガイド部３６内にガスＧが供給されることで、ガイド部３６の外側への培養液Ｌの吐出と、ガイド部３６の内側への培養液Ｌの吸い込みとを行って、収容部１４内に培養液Ｌの液流Ｆを発生させる。複数のガイド部３６は、収容部１４の幅方向に間隔を置いて配列されている。各ガイド部３６は、収容部１４の深さ方向（Ｚ方向）に沿って延在する。

各ガイド部３６は、ガスＧが供給されることで培養液Ｌをガイド部３６の外側から内側に吸い込む吸込口３６１と、培養液Ｌをガイド部３６の内側から外側に吐出する吐出口３６２とを有する。ガイド部３６の下端に位置する吸込口３６１は、収容部１４の底部１４１から上方に離間している。従って、収容部１４の底部１４１とガイド部３６の吸込口３６１との間には、培養液Ｌが流通可能な流路が確保されている。複数の吸込口３６１は、ガス供給配管３２の複数のガス供給口３３とそれぞれ向き合っている。

収容部１４にガイド部３６を設けるために、収容部１４には複数の接合部４２が設けられている。複数の接合部４２は、収容部１４の幅方向（Ｘ方向）に間隔を置いて設けられるとともに、収容部１４の深さ方向（Ｚ方向）に延在する。各ガイド部３６は、２本の接合部４２の間に形成されている。本実施形態では、８本の接合部４２によって４個のガイド部３６が構成されている。なお、ガイド部３６の個数は、２個以下又は５個以上でもよい。

収容部１４を構成するシート材の互いに向かう部分（壁部）同士を所定箇所で溶着することにより、接合部４２が形成される。複数の接合部４２では、２本の接合部４２が１個の組（接合部対）を構成する。収容部１４を構成するシート材のうち、各接合部対における２本の接合部４２の間の非接合部分によって形成される流路が、ガイド部３６である。収容部１４に培養液Ｌが貯留された状態では、培養液Ｌの液圧によって収容部１４の非接合部分が膨らみ、ガイド部３６は略円筒形状の流路となる。なお、ガイド部３６は中空の筒状部材であってもよく、筒状部材の上端が収容部１４の上端部１４Ｕ、及び、貯液部１２の上端部１２Ｕに固定されることが好ましい。

収容部１４において、各ガイド部３６の幅方向の両側には循環部４４が形成されている。循環部４４も、収容部１４における非接合部分によって形成された流路である。収容部１４に培養液Ｌが貯留された状態では、培養液Ｌの液圧によって収容部１４の非接合部分が膨らみ、循環部４４は略円筒形状の流路となる。ガイド部３６と循環部４４とは、収容部１４内の上部と下部を介して互いに連通している。

ガス供給配管３２は、収容部１４の底部１４１とガイド部３６の下端部（吸込口３６１）との間に配置されている。ガス供給配管３２は、収容部１４の底部１４１とガイド部３６の下端部によって収容部１４の下端部１４Ｌに保持されており、収容部１４内で浮き上がることが阻止されている。なお、ガス供給配管３２は、接着又は溶着等によって収容部１４の底部１４１に固定されてもよい。

ガス供給配管３２のガス供給口３３から吐出されたガスＧは、吸込口３６１を介してガイド部３６に導入される。ガスＧは浮力によってガイド部３６内を上昇し、吐出口３６２を介してガイド部３６の外側に吐出される。これにより、収容部１４内の培養液ＬにガスＧを溶解させることができるとともに、収容部１４内を循環する液流Ｆを発生させることができる。液流Ｆにより、培養液Ｌとともに循環する微細藻を収容部１４内に良好に分散させることができ、微細藻を効率的に増殖させることができる。

培養装置１０は、以下のように使用される。

図２に示すように、貯液部１２が支持装置１５によって鉛直方向に対して傾斜して配置され、貯液部１２の内部に収容部１４が配置される。貯液部１２の上端部１２Ｕがフレーム部１８の上端部に固定される。貯留液供給機構（不図示）から貯液部１２へと貯留液Ｗが供給されて、貯液部１２に貯留液Ｗが貯留される。培養液供給機構（不図示）から収容部１４へと培養液Ｌ及び微細藻が供給されて、収容部１４に培養液Ｌ及び微細藻が貯留される。収容部１４の上端部１４Ｕが貯液部１２の上端部１２Ｕに固定される。この状態で、収容部１４の下端部１４Ｌに設けられたガス供給配管３２から収容部１４にガスＧを供給する。ガス供給配管３２が、浮力により収容部１４の下端部１４Ｌを位置決めする。

具体的には、ガス供給配管３２には、ガス供給配管３２自体の浮力と、ガス供給配管３２内のガスＧの浮力とを合わせた総合浮力が作用する。当該総合浮力により、ガス供給配管３２は、収容部１４内で上向きの力を得る。ガス供給配管３２は、収容部１４の下端部１４Ｌ（底部１４１とガイド部３６との間）で保持されているため、収容部１４の下端部１４Ｌを、傾斜配置時の貯液部１２の上側の側壁１２Ｓに押し付ける。この結果、収容部１４は、貯液部１２の傾斜した上側の側壁１２Ｓに沿った姿勢となる。すなわち、収容部１４は、貯液部１２と略同じ角度で鉛直方向に対して傾斜した姿勢となり、収容部１４の上端部１４Ｕから下端部１４Ｌに亘って、貯液部１２の側壁１２Ｓに近接する。

本実施形態は、以下の効果を奏する。

ガス供給配管３２に作用する浮力を利用して、収容部１４の下端部１４Ｌが位置決めされるため、収容部１４を良好な姿勢で位置決めすることができる。この結果、太陽光等の入射光を効率よく利用することができ、微細藻の生産性を向上させることができる。浮力によって収容部１４が位置決めされるため、培養装置１０の構造が複雑化することがなく、位置決めに伴って収容部１４が破けることもない。

収容部１４の上端部１４Ｕは、貯液部１２のうち、貯液部１２の傾斜配置時に上面側となる側壁１２Ｓの上端部に固定される。収容部１４の下端部１４Ｌは、側壁１２Ｓに当接するように位置決めされる。貯液部１２の傾斜配置時に上面側となる側壁１２Ｓの上端部に収容部１４の上端部１４Ｕが固定されるため、収容部１４を良好な姿勢で位置決めすることができる。貯液部１２の受光面（側壁１２Ｓ）から収容部１４までの距離が近いため、光の減衰が少なく、入射光を効率よく利用することができる。

ガス供給配管３２は、収容部１４の底部１４１とガイド部３６の下端部によって収容部１４の下端部１４Ｌに保持される。ガイド部３６が、ガス供給配管３２を保持する保持部として機能するため、培養装置１０の構造の合理化（簡素化）が図られる。

収容部１４内に複数のガイド部３６が設けられる。ガス供給配管３２は、複数のガイド部３６に対応する位置に、複数のガイド部３６に向かってガスＧを供給する複数のガス供給口３３を有する。複数のガス供給口３３を有するガス供給配管３２が、複数のガイド部３６にガスＧを供給する集合配管として機能するため、培養装置１０の構造の合理化（簡素化）が図られる。

本実施形態は、微細藻を効率的に製造できるため、気候変動の緩和又は影響軽減に寄与する。

上記の実施形態をまとめると、以下のようになる。

上記の実施形態は、培養液（Ｌ）中で微細藻を培養する培養装置（１０）であって、貯留液（Ｗ）を貯留する透光性の貯液部（１２）と、前記貯液部の内部に配置され、前記培養液及び前記微細藻を収容し且つガス（Ｇ）が供給される収容部（１４）と、前記収容部の下端部（１４Ｌ）に設けられ、前記収容部に前記ガスを供給するガス供給配管（３２）と、を備え、前記貯液部は、鉛直方向に対して傾斜するように配置され、前記収容部の上端部（１４Ｕ）は、前記貯液部の上端部（１２Ｕ）に固定され、前記ガス供給配管は、前記貯留液中での浮力により前記収容部の前記下端部を位置決めする、培養装置を開示する。

前記収容部の前記上端部は、前記貯液部のうち、前記貯液部の傾斜配置時に上面側となる側壁（１２Ｓ）の上端部に固定され、前記収容部の前記下端部は、前記側壁に当接するように位置決めされる。

前記収容部内にガイド部（３６）が設けられ、前記ガイド部は、前記ガイド部内に前記ガスが供給されることで、前記ガイド部の外側への前記培養液の吐出と、前記ガイド部の内側への前記培養液の吸い込みとを行って、前記収容部内に前記培養液の液流（Ｆ）を発生させ、前記ガス供給配管は、前記収容部の底部（１４１）と前記ガイド部の下端部によって前記収容部の前記下端部に保持される。

前記収容部内に複数のガイド部（３６）が設けられ、前記ガス供給配管は、前記複数のガイド部に対応する位置に、前記複数のガイド部に向かって前記ガスを供給する複数のガス供給口（３３）を有し、前記複数のガイド部の各々は、前記ガスが供給されることで、前記培養液を前記ガイド部の外側から内側に吸い込む吸込口（３６１）と、前記培養液を前記ガイド部の内側から外側に吐出する吐出口（３６２）と、を有する。

上記の実施形態は、培養液（Ｌ）中で微細藻を培養する培養方法であって、貯留液（Ｗ）を貯留する透光性の貯液部（１２）を鉛直方向に対して傾斜するように配置し、前記貯液部の内部に、前記培養液及び前記微細藻を収容する収容部（１４）を配置し、前記収容部の上端部（１４Ｕ）を前記貯液部の上端部（１２Ｕ）に固定した状態で、前記収容部の下端部（１４Ｌ）に設けられたガス供給配管（３２）から前記収容部にガス（Ｇ）を供給し、前記ガス供給配管が、前記貯留液中での浮力により前記収容部の前記下端部を位置決めする、培養方法を開示する。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。

１０…培養装置 １２…貯液部
１４…収容部 ３２…ガス供給配管

Claims (5)

1. 培養液中で微細藻を培養する培養装置であって、
   貯留液を貯留する透光性の貯液部と、
   前記貯液部の内部に配置され、前記培養液及び前記微細藻を収容し且つガスが供給される収容部と、
   前記収容部の下端部に設けられ、前記収容部に前記ガスを供給するガス供給配管と、を備え、
   前記貯液部は、鉛直方向に対して傾斜するように配置され、
   前記収容部の上端部は、前記貯液部の上端部に固定され、
   前記ガス供給配管は、前記貯留液中での浮力により前記収容部の前記下端部を位置決めする、培養装置。
2. 請求項１記載の培養装置において、
   前記収容部の前記上端部は、前記貯液部のうち、前記貯液部の傾斜配置時に上面側となる側壁の上端部に固定され、
   前記収容部の前記下端部は、前記側壁に当接するように位置決めされる、培養装置。
3. 請求項１又は２記載の培養装置において、
   前記収容部内にガイド部が設けられ、
   前記ガイド部は、前記ガイド部内に前記ガスが供給されることで、前記ガイド部の外側への前記培養液の吐出と、前記ガイド部の内側への前記培養液の吸い込みとを行って、前記収容部内に前記培養液の液流を発生させ、
   前記ガス供給配管は、前記収容部の底部と前記ガイド部の下端部によって前記収容部の前記下端部に保持される、培養装置。
4. 請求項１又は２記載の培養装置において、
   前記収容部内に複数のガイド部が設けられ、
   前記ガス供給配管は、前記複数のガイド部に対応する位置に、前記複数のガイド部に向かって前記ガスを供給する複数のガス供給口を有し、
   前記複数のガイド部の各々は、
   前記ガスが供給されることで、前記培養液を前記ガイド部の外側から内側に吸い込む吸込口と、
   前記培養液を前記ガイド部の内側から外側に吐出する吐出口と、
   を有する、培養装置。
5. 培養液中で微細藻を培養する培養方法であって、
   貯留液を貯留する透光性の貯液部を鉛直方向に対して傾斜するように配置し、
   前記貯液部の内部に、前記培養液及び前記微細藻を収容する収容部を配置し、
   前記収容部の上端部を前記貯液部の上端部に固定した状態で、前記収容部の下端部に設けられたガス供給配管から前記収容部にガスを供給し、
   前記ガス供給配管が、前記貯留液中での浮力により前記収容部の前記下端部を位置決めする、培養方法。
   

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