JP5919579B2 - Algal culture apparatus and culture method - Google Patents
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Description
本発明は、藻類培養装置及び培養方法に関する。 The present invention relates to an algal culture apparatus and culture method.
従来より、ヘマトコッカスなどの藻類を培養する装置が知られている。 Conventionally, apparatuses for culturing algae such as Haematococcus are known.
従来の装置では、天候などの変動により生産能力などが大きく変化してしまう。本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、天候の影響を受けにくい藻類培養装置及び方法を提供することを目的とする。 With conventional devices, production capacity and the like greatly change due to fluctuations in the weather and the like. This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the algae culture apparatus and method which are hard to receive to the influence of a weather.
本発明に係る藻類培養装置は、建屋内から建屋外に渡って配置された透明管を有する循環ライン、前記循環ライン内で培養液を循環させるポンプ、及び前記透明管における建屋内に配置された部分に光を照射する光源、を備える。 The algae culture device according to the present invention is arranged in a building having a transparent pipe arranged from the building to the outside of the building, a pump for circulating the culture solution in the circulation line, and the building in the transparent pipe. A light source for irradiating the part with light.
本発明によれば、透明管における建屋外に配置された部分(以下、屋外透明管と言うことがある)を通過する藻類に対して太陽光を照射させることにより、自然エネルギーを利用して効率よく藻類を培養することが可能である。また、曇天、雨天時、朝夕等の屋外の照度が不足する場合に、透明管における建屋内に配置された部分(以下、屋内透明管と言うことがある)で光源により藻類に対して光を補うことができ、生産管理がし易い。また、光源が屋内に配置されているので、光源を容易に風雨や埃などから保護できる。 According to the present invention, sunlight is irradiated to algae that passes through a portion (hereinafter, sometimes referred to as an outdoor transparent tube) of a transparent tube, and the efficiency is achieved using natural energy. It is possible to culture algae well. In addition, when the outdoor illuminance is insufficient, such as when it is cloudy, rainy, or in the morning or evening, light is applied to the algae by the light source at the part of the transparent tube (hereinafter sometimes referred to as the indoor transparent tube). Can be supplemented, easy to manage production. Further, since the light source is disposed indoors, the light source can be easily protected from wind and rain and dust.
ここで、藻類培養装置は、建屋外の明るさを取得する光センサ、及び前記建屋外の明るさに基づいて、前記光源が照射する光の強さを制御する制御部をさらに備えることが好ましい。これにより、運転が容易となる。 Here, it is preferable that the algae culture apparatus further includes a light sensor that acquires the brightness of the building outdoor and a control unit that controls the intensity of light emitted by the light source based on the brightness of the building outdoor. . Thereby, driving | operation becomes easy.
また、前記制御部は、前記建屋外の明るさが所定の閾値より大きい場合に前記光源を消灯し、前記建屋外の明るさが所定の閾値未満の場合に前記光源を点灯することが好ましい。また、前記制御部は、前記光源の点灯時に、前記建屋外の明るさが低いほど、前記光源が照射する光の強さが強くなるように光源が照射する光の強さを変化させることが好ましい。これらにより、建屋外で培養液に与えられる光の量の不足に応じて、効率よく光の強さの補償が可能となる。 Further, it is preferable that the control unit turns off the light source when the outdoor brightness is larger than a predetermined threshold, and turns on the light source when the outdoor brightness is lower than the predetermined threshold. In addition, when the light source is turned on, the control unit may change the intensity of light emitted from the light source so that the intensity of the light emitted from the light source increases as the brightness of the building exterior decreases. preferable. As a result, the light intensity can be efficiently compensated according to the shortage of the amount of light given to the culture solution outside the building.
また、藻類培養装置は、建屋内に配置され、前記循環ライン内の培養液を冷却する冷却部をさらに備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that an algae culture apparatus is further provided with the cooling part which is arrange | positioned in a building and cools the culture solution in the said circulation line.
また、藻類培養装置は、前記建屋内に配置され、前記循環ライン内の培養液にガスを接触させる気液接触部をさらに有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that an algae culture apparatus further has a gas-liquid contact part which is arrange | positioned in the said building and makes gas contact the culture solution in the said circulation line.
また、藻類培養装置は、前記建屋内に配置され、前記循環ライン内から培養液を抜き出す抜出口をさらに備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that an algal culture apparatus is further provided with the extraction port which is arrange | positioned in the said building and draws out a culture solution from the said circulation line.
本発明に係る藻類培養方法は、建屋内から建屋外に渡って配置された透明管を有する循環ライン内で培養液を循環させる工程、及び前記透明管における前記建屋内に配置された部分に光を照射する工程を備える。 The algae culture method according to the present invention includes a step of circulating a culture solution in a circulation line having a transparent tube arranged from a building to the outside of the building, and light on a portion of the transparent tube arranged in the building. The process of irradiating.
ここで、上記方法は、建屋外の明るさに基づいて、前記光の強さを制御する制御工程をさらに有することが好ましい。 Here, it is preferable that the method further includes a control step of controlling the intensity of the light based on the brightness of the building.
また、上記方法は、前記制御工程は、前記建屋外の明るさが所定の閾値より大きい場合に前記光を照射させず、前記建屋外の明るさが所定の閾値未満の場合に前記光を照射させることが好ましい。 Further, in the above method, the control step does not irradiate the light when the outdoor brightness is larger than a predetermined threshold, and irradiates the light when the outdoor brightness is lower than the predetermined threshold. It is preferable to make it.
また、前記制御工程は、前記光の照射時に、前記建屋外の明るさが低いほど、前記光の強さが強くなるように光の強さを変化させることができる。 Moreover, the said control process can change the intensity | strength of light so that the intensity of the said light may become so strong that the brightness of the said building exterior is low at the time of the said light irradiation.
また、上記方法は、前記循環ラインにおける前記建屋内に配置された部分で前記培養液にガスを接触させる工程をさらに備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said method further comprises the process which makes a gas contact the said culture solution in the part arrange | positioned in the said building in the said circulation line.
また、上記方法は、前記循環ラインにおける前記建屋内に配置された部分から培養液を抜き出す工程をさらに備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said method further comprises the process of extracting a culture solution from the part arrange | positioned in the said building in the said circulation line.
本発明によれば、天候の影響を受けにくい藻類培養装置及び方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the algae culture apparatus and method which are hard to receive to the influence of a weather are provided.
続いて、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の実施形態にかかる藻類培養装置100の正面図である。
Subsequently, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of an
本実施形態にかかる藻類培養装置100は、主として、建屋50、循環ラインC、ポンプ5、光源20、光センサ60、制御部65を備える。
The
建屋50は、屋根及び壁を有し、内部に設けられた物を、屋外の環境(例えば、日光、雨、風、埃など)から保護する。
The
循環ラインCは、ライン3a、ヘッダ2a、複数の透明管1、ヘッダ2b、複数の透明管1、ヘッダ2c、複数の透明管1、ヘッダ2d、複数の透明管1、ヘッダ2e、ライン3b、気液接触塔40、及びライン3cにより構成される。ヘッダ2aは、ライン3aから流入した培養液を、複数の透明管1に分配する。ヘッダ2b、2c、2dは、それぞれ、複数の透明管1から流入した培養液を混合した後、再び、複数の透明管1に分配する。ヘッダ2eは、複数の透明管1から流入した培養液をライン3bに供給する。
The circulation line C includes a
透明管1は、それぞれ、上流側から順に、屋内透明管(透明管における建屋50内に配置された部分)1a、屋外透明管(透明管における建屋50外に配置された部分)1b、及び屋内透明管(透明管における建屋50内に配置された部分)1aを有する。屋内透明管1aには直射日光が当たらない一方、屋外透明管1bには直射日光が当たる。
The
循環ラインCにおける、屋内透明管1aの全長さ及び屋外透明管1bの全長さの合計に対する、屋内透明管1aの全長さの比率は、10〜25%であることが好ましい。
循環ラインCにおける、屋内透明管1aの全長さ及び屋外透明管1bの全長さの合計は、10〜70mであることが好ましい。
In the circulation line C, the ratio of the total length of the indoor
The total length of the indoor
また、屋内透明管1a及び屋外透明管1bの内径は、40〜80mmが好ましい。これらの透明管の材質は可視光に透明である物であれば特に限定されないが、例えば、ガラス、アクリル樹脂を挙げることができる。
Moreover, as for the internal diameter of the indoor
屋内透明管1aは、図2及び図3に示すように、それぞれ、水平方向に延びている。また、屋外透明管1bは、図3に示すように、上から見てU字形状を有しており、中央のラウンド部以外の両端部が水平方向に延びている。また、図1に示すように、1つのヘッダに接続された複数の透明管1は、上下方向に一列に平行に並んでいる。さらに、ヘッダ2aの上に、ヘッダ2c,2eが配置され、ヘッダ2bの上にヘッダ2dが配置され、図3に示すように、建屋50内には、屋内透明管1aの列と屋内透明管1aの列との間に隙間Vが形成されている。透明管1は、架台10により支持されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, each indoor
図1に示すように、建屋50内において、屋内透明管1a及びヘッダ2a〜2eは、建屋50内に設けられた気温調節室70内に配置されている。気温調節室70は、エアーコンディショナ76を有し、気温調節室70内の気温を適切な温度、例えば、0〜20℃に調整する。
As shown in FIG. 1, in the
気液接触塔(気液接触部)40は、培養液を一部貯留する槽であり、内部にガス分散器12を備える。ガス分散器12には、ライン75を介して、エアポンプ71及び二酸化炭素供給源72に接続されている。空気の量はライン75に接続されたバルブ73により、二酸化炭素の量はライン75に接続されたバルブ74により調節可能である。二酸化炭素供給源72の例は、液体CO2ボンベである。気液接触塔40内では、ガス分散器12による気液接触により、培養液に対して、二酸化炭素の供給が可能である。また、気液接触塔40の上部には、着脱可能な蓋40bが設けられており、培養液の交換が可能となっている。
The gas-liquid contact tower (gas-liquid contact part) 40 is a tank for storing a part of the culture solution, and includes a
気液接触塔40は、建屋50内にさらに設けられたクリーンルーム80内に配置されており、蓋40bの解放時の培養液のコンタミネーションが抑制されている。クリーンルーム80は、ヘパフィルターなどのフィルターを有し、清浄な外気を室内に導入する空気清浄機82を有することが好ましく、室内の殺菌を行う紫外線殺菌ランプ84を有することが好ましい。
The gas-
ポンプ5は、ライン3cとライン3aとの間に設けられ、循環ラインC内で培養液を循環させる。循環流速は、0.1〜1m/s程度とすることができる。
The
光源20は、建屋50内において、上述の隙間V内に設けられており、屋内透明管1aに対して光を照射する。光源20は、藻類の生長に必要な波長の光を照射できる人工光源であれば特に限定されない。このような光源20として、例えば、LEDが挙げられる。中でも、波長範囲が約470nmの青色LEDが好ましい。また、平行に並んだ複数の屋内透明管1aに対して効率よく、光を照射すべく、LEDがマトリクス状に配置された光源であることが好ましい。LEDが、板状部材の両面にそれぞれマトリクス状に配置されていると、両面側に光を照射できるので特に好ましい。光源20の形態やLEDの種類などは特に限定されない。
The
光センサ60は、屋外に配置され、太陽光の強さ、すなわち、建屋外の明るさ、例えば、屋外の照度、放射照度等を取得する。制御部65は、光センサ60が取得した屋外の明るさに基づいて、光源20の光の出力を制御する。
The
これにより、曇天、及び雨天時などのように、晴天時に比べて太陽光の強さが不足する場合に、培養液に与えられる光子の量を補うことができる。また、朝、夕など、晴天時でさえも正午やその前後にくらべて太陽光の強さが不足する場合にも、同様にして光子を補うことができる。さらに、冬期など、晴天時の正午やその前後でさえも太陽光の強さが不足する場合などにも、夏季などと同様の条件となるように光子の量を補償することも可能である。 Thereby, the amount of photons given to the culture solution can be supplemented when the intensity of sunlight is insufficient compared to that in fine weather, such as in cloudy weather and rainy weather. In addition, photons can be supplemented in the same manner when the intensity of sunlight is insufficient compared to before and after noon even in fine weather, such as in the morning and evening. Furthermore, the amount of photons can be compensated so that the conditions are the same as those in summer, etc., even in the winter, when the intensity of sunlight is insufficient at noon or even before and after fine weather.
具体的には、例えば、制御部(コンピュータ)65は、屋外の明るさが所定の閾値(照度、光子束密度など)を下回る場合に、光源20を非駆動状態から駆動状態、すなわち、点灯状態に切り替えることができる。また、制御部65は、屋外の明るさが所定の閾値(照度、光子束密度など)を上回る場合に、光源20を駆動状態から非駆動状態、すなわち、消灯状態に切り替えることができる。
Specifically, for example, when the outdoor brightness is below a predetermined threshold (illuminance, photon flux density, etc.), the control unit (computer) 65 drives the
また、制御部65は、光源20の駆動(点灯)状態において、屋外の明るさが低いほど、光源20が照射する光の強さが強くなるように光源20が照射する光の強さを変化させることができる。例えば、屋外の太陽光の強さが予め定められた第1閾値(照度、光子束密度など)を下回る場合に、光源20を所定の出力となるように駆動し、太陽光の強さが予め定められた第二閾値(<第一閾値)を下回る場合に、光源20の出力がさらに高くなるように駆動すると言ったように、複数の閾値を設定し、閾値が低くなるほど光源20から照射する光が強くなるように光源20を階段状に駆動することもできる。また、同様にして、光の強さを、屋外の明るさを変数とする一時間数や二次関数などの関数に従って変化させることもできる。
Further, the
さらに、例えば、図4に示すように、朝、夕の態様の傾きによる変動や、雲などによる太陽光の強さの不足(図中の13時頃)の量に応じて、培養液に与えられる光子の量が一定となるように光源20を駆動することもできる。
Further, for example, as shown in FIG. 4, the culture solution is given according to the amount of fluctuation due to the inclination of the morning and evening modes or the lack of sunlight intensity (around 13:00 in the figure) due to clouds or the like. It is also possible to drive the
なお、制御部65は、夜間には、光源20を駆動させず、暗期を設けることができる。
Note that the
続いて、上記実施形態にかかる藻類培養装置を用いた藻類培養方法について説明する。 Then, the algae culture method using the algae culture apparatus concerning the said embodiment is demonstrated.
まず、循環ラインC内に培養液を供給する。培養液は、種となる藻類と、藻類の増殖に必要な培地成分を含む。 First, the culture solution is supplied into the circulation line C. The culture solution contains algae as seeds and medium components necessary for the growth of the algae.
藻類は、光合成により生長する藻類であれば特に限定されないが、特に、ヘマトコッカス槽が好ましい。ヘマトコッカス藻は、ヘマトコッカス属に属し、アスタキサンチンを生産する藻体が好ましい。具体的には、ヘマトコッカス・プルビアリス(Haematococcus pluvialis)、ヘマトコッカス・ラキュストリス(Haematococcus lacustris)、ヘマトコッカス・カペンシス(Haematococcus capensis)、ヘマトコッカス・ドロエバケンシス(Haematococcus droebakensis)、ヘマトコッカス・ジンバビエンシス(Haematococcus zimbabwiensis)などであり、より具体的には、ヘマトコッカス・プルビアリスNIES144、ヘマトコッカス・ラキュストリス ATTC 30402,ATCC 30453,IAMC296,IAM 392、IAM 393、IAM 394、IAM399、ヘマトコッカス・カペンシスUTEX 1023、ヘマトコッカス・ドロエバケンシス UTEX 55、ヘマトコッカス・ジンバビエンシス UTEX 1758などが挙げられる。 The algae is not particularly limited as long as it is an algae that grows by photosynthesis, but a hematococcus tank is particularly preferable. The hematococcus algae belong to the genus Hematococcus and are preferably algal bodies that produce astaxanthin. Specifically, Haematococcus pluvialis (Haematococcus pluvialis), Haematococcus Rakyusutorisu (Haematococcus lacustris), Haematococcus capensis (Haematococcus capensis), Haematococcus Doroebakenshisu (Haematococcus droebakensis), Haematococcus gimbals Bien cis (Haematococcus zimbabwiensis More specifically, hematococcus pluvialis NIES144, hematococcus lacustris ATTC 30402, ATCC 30453, IAMC296, IAM 392, IAM 393, IAM 394, IAM 399, Hematococcus capen Cis UTEX 1023, Haematococcus droebakensis UTEX 55, Hematococcus zimbabiensis UTEX 1758, and the like.
培地成分は、藻類を増殖できれば良く、藻類の種類などに応じて適宜設定すればよい。 The medium component only needs to be able to grow algae, and may be appropriately set according to the type of algae.
このような培養液を、クリーンルーム80内にある気液接触塔40の蓋40b(抜出口)から循環ラインC内に供給する。気液接触等40は、建屋50にあることにより、培養液のコンタミネーションが抑制される。特に、クリーンルーム80内にあると、より一層コンタミネーションを抑制できる。
Such a culture solution is supplied into the circulation line C from the
続いて、ポンプ5を駆動して、培養液を循環ラインC内で循環させる。屋外透明管1bを通過する培養液に太陽光が与えられ、光合成により藻類が増殖する。また、曇天、雨天などにより屋外の明るさが不足する場合には、これをセンサ60がこれを検知し、制御部65が光の不足を補償するように、光源20を駆動する。
Subsequently, the
これらにより、太陽光を利用しつつ、短期的な天候の変動や、雨期/乾期などの季節変動などに左右されずに、安定的に、藻類の増殖が可能となる。 As a result, algae can be stably grown using solar light without being influenced by short-term weather fluctuations or seasonal fluctuations such as the rainy season / dry season.
また、光源20が屋内に配置されているので、光源20を、日光、雨、風等の外部環境から保護しやすく、光源20の長寿命化が可能である。
Further, since the
好ましい培養液の培養温度は、用いる緑藻によっても異なるが、通常、5〜50℃、好ましくは10〜37℃、さらに好ましくは15〜30℃である。温度調節室70における気温の制御により、好適に屋内透明管1a内を流れる培養液の温度を低下させることができ、培養液の温度管理も容易となる。
Although the culture temperature of a preferable culture solution changes also with the green algae to be used, it is 5-50 degreeC normally, Preferably it is 10-37 degreeC, More preferably, it is 15-30 degreeC. By controlling the air temperature in the
培養液中のヘマトコッカス藻の増殖工程を経た後に、アスタキサンチンの生成及び蓄積工程を行い、シスト細胞を得る。この工程は細胞の成長を抑制するようなストレスが加わる環境下となるよう、環境ストレス条件を制御することによって行う。すなわち、栄養源枯渇、塩類の添加、光の照射等の環境ストレスを単独又は組み合わせて付加することにより、栄養細胞を休眠状態であるシスト細胞に速やかに形態変化させることができる。また、アスタキサンチン合成系は、栄養源の枯渇、光の照射により誘導され、シスト細胞中にアスタキサンチンが多量蓄積される。シスト細胞は、気液接触塔40の蓋40bや気液接触塔40の化部に設けられたバルブなどから容易に回収できる。
After passing through the growth process of Haematococcus algae in the culture solution, astaxanthin production and accumulation processes are performed to obtain cyst cells. This step is performed by controlling the environmental stress conditions so as to be in an environment where stress is applied to suppress cell growth. That is, vegetative cells can be rapidly transformed into dormant cyst cells by adding environmental stress such as nutrient source depletion, salt addition, and light irradiation alone or in combination. The astaxanthin synthesis system is induced by depletion of nutrient sources and light irradiation, and a large amount of astaxanthin is accumulated in cyst cells. The cyst cells can be easily collected from the
本発明は、上記実施形態に限定されず様々な変形態様が可能である。例えば、上記実施形態では、循環ラインCが、ヘッダを有し、途中で複数の透明管1に分岐される構成であるが、分岐しない構成でも構わない。また、循環ラインCが分岐する場合でも、分岐した複数の透明管1が垂直に並ばない構成でも良く、例えば、水平に並ぶ態様でもよい。循環ラインCの形態は特に限定されない。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the circulation line C has a header and is branched to the plurality of
また、上記実施形態では、エアーコンディショナ76が気温調節室70内の気温を調整することにより、培養液の温度が制御されるが、他の形態でもよい。例えば、エアーコンディショナ76に代えて、又は、エアーコンディショナ76に加えて、屋外透明管1bに対して冷却水を散布する水冷部(シャワーリングなど)77を採用してもよい。また、エアーコンディショナに代えて、図5に示すように、水冷ユニット99を設けても良い。水冷ユニット99は、気液接触塔40の周囲に配置されたウォータージャケット90、ヘッダ2a〜2eの周囲に配置されたウォータージャケット91、ウォーターチラー92、循環ライン99c、及びポンプ93を有する。循環ライン99cは、ウォーターチラー92と、ウォータージャケット91、92との間の循環流路を形成する。ポンプ93は、循環ライン99内で冷水を循環させる。水冷ユニット99は、ウォータージャケット90又はウォータージャケット91のいずれか一方のみを有しても良い。また、図5の構成にさらに、シャワーリング77等を追加しても良い。また、冷却水を循環せず、例えば、冷却水をウォータージャケットを通過させたのち排水路などに放水されるようにしても良い。さらに、投げ込み式のウォーターチラーをウォータージャケット90、91内に配置しても良い。なお、外気温によっては、冷却が不要の場合もある。
Moreover, in the said embodiment, although the temperature of a culture solution is controlled when the
また、光源20の形状や配置も特に上述の態様には限定されず、例えば、各屋内透明管1aを取りかこむように光源20を配置しても良い。
Further, the shape and arrangement of the
また、循環ラインCの気液接触塔40の形態も特に限定されず、気液が交換できる態様であればよい。
Further, the form of the gas-
また、抜出口の形態も上述の蓋40bには限定されず、気液接触塔40とは別に設けられていても良い。例えば、気液接触塔40の下部に収穫用バルブ40V(図1参照)を設け、このバルブ40Vを介して培養液を抜き出しても良い。
Further, the form of the outlet is not limited to the above-described
また、上記実施形態では、光センサ60及び制御部65を有するが、人が建屋外の明るさを判断したり、人が光の強さの制御をすることも可能である。
Moreover, in the said embodiment, although it has the
50…建屋、1…透明管、1a…屋内透明管、1b…屋外透明管、C…循環ライン、5…ポンプ、20…光源、60…光センサ、65…制御部、76…エアーコンディショナ、77…水冷部、40…気液接触塔(気液接触部)、40b…蓋(抜出口)、100…藻類培養装置。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記循環ライン内で培養液を循環させるポンプ、及び、
前記透明管における前記建屋内に配置された部分に光を照射する光源、
を備える藻類培養装置。 A circulation line having transparent tubes arranged from inside the building to outside the building,
A pump for circulating the culture solution in the circulation line; and
A light source for irradiating light to a portion of the transparent tube disposed in the building;
Algae culture apparatus comprising:
前記建屋外の明るさに基づいて、前記光源が照射する光の強さを制御する制御部をさらに備える請求項1記載の藻類培養装置。 An optical sensor for obtaining the brightness of the building, and
The algae culture apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that controls intensity of light emitted by the light source based on brightness of the building.
前記透明管における前記建屋内に配置された部分に光を照射する工程を備える藻類培養方法。 A step of circulating a culture solution in a circulation line having a transparent tube arranged from the building to the building, and
An algae culture method comprising a step of irradiating light on a portion of the transparent tube arranged in the building.
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