JP6979849B2 - 培養液殺菌方法および培養液殺菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、藻類を培養する培養液の培養液殺菌方法および培養液殺菌装置に関する。

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）。

一方、藻類の多くには光に反応して集合する光走性があることが知られており、この光走性を利用して藻類を集合させ収穫する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２０００−２２８９７５号公報 特開平９−２０５９１６号公報

現在は藻類の培養後に培養液の殺菌処理を行っているが、培養期間中に培養液に存在する雑菌も藻類の品質や培養効率に影響を与えてしまう。また、上記のとおり高塩濃度や高ｐＨでの培養では、維持管理にコストがかかる他、培養できる藻類に制限がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、維持管理が容易で藻類の培養中に殺菌をすることのできる培養液殺菌方法および培養液殺菌装置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、本発明にかかる培養液殺菌方法は、藻類を培養する培養液の槽の一方から可視光を照射する誘引工程と、前記誘引工程の後に、前記槽の一方から可視光の照射を継続するとともに前記槽の他方から紫外線を照射する殺菌工程と、を有することを特徴とする。

前記槽として前記培養液が流される流路を用い、前記誘引工程では前記流路の上流域で照明により前記流路の一方から可視光を照射し、前記殺菌工程では前記流路の下流域で前記照明により前記流路の一方から可視光を照射するとともに紫外線照射部により前記流路の他方から紫外線を照射してもよい。

前記誘引工程では第１藻類を誘引し、前記殺菌工程では光走性が前記第１藻類よりも弱い第２藻類を滅失させてもよい。

また、本発明にかかる培養液殺菌装置は、藻類の培養液を殺菌する培養液殺菌装置であって、前記培養液が流される流路と、上流域および下流域で前記流路の一方から可視光を照射する照明と、前記下流域で前記流路の他方から紫外線を照射する紫外線照射部と、を有することを特徴とする。

さらに、本発明にかかる培養液殺菌装置は、藻類の培養液を殺菌する培養液殺菌装置であって、前記培養液が流される流路と、上流域で前記流路の一方から可視光を照射する照明と、下流域で一方と他方とを分流する分流部と、前記分流部により分流した他方に紫外線を照射する紫外線照射部と、を有することを特徴とする。

本発明にかかる培養液殺菌方法および培養液殺菌装置では、まず培養液の槽または流路の一方から照明によって可視光を照射することにより光走性を利用して藻類を誘引させる。そして藻類が一方に誘引された後に他方から紫外線を照射することにより、藻類にはほとんど影響を与えずに培養液を殺菌することができる。この培養液殺菌方法および培養液殺菌装置は、基本的に可視光や紫外線の照射という簡単な手段により実現でき、維持管理が容易で藻類の培養中にも殺菌をすることができる。

図１は、第１の実施形態にかかる培養液殺菌装置が備えられた藻類培養プラントの模式図である。 図２は、第１の実施形態にかかる培養液殺菌装置の模式断面平面図である。 図３は、第２の実施形態にかかる培養液殺菌装置の模式断面平面図である。 図４は、第３の実施形態にかかる培養液殺菌装置の模式図である。

以下に、本発明にかかる培養液殺菌方法および培養液殺菌装置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。

図１は、第１の実施形態にかかる培養液殺菌装置１０が備えられた藻類培養プラント１２の模式図である。藻類培養プラント１２は大スケールで藻類を培養するものである。藻類培養プラント１２は培養液殺菌装置１０と、培養槽１４とを有する。培養槽１４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１６が設けられている。撹拌パドル１６は図示しないモータによって回転し、培養槽１４に矢印Ａ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。培養槽１４では目的とする藻類だけではなく雑菌も増殖し得るが、培養液殺菌装置１０によって培養液の殺菌を行う。

培養液殺菌装置１０は、培養槽１４の培養液の一部をバイパスする管路（流路、槽）１８の途中に設けられている。管路１８は、ポンプ２０により培養槽１４から培養液を汲み上げて矢印Ｂの方向に流し、培養槽１４に戻している。図１においては、ポンプ２０が培養液殺菌装置１０の下流側に設けられた例を示している。

図２に示すように、培養液殺菌装置１０は管路１８と、管路１８の一部を覆うケース２４と、ケース２４内に設けられた照明２６および紫外線照射部２８とを有する。照明２６は長尺形状であり、管路１８の左側近傍で上流域から下流域にわたって設けられ、可視光を照射可能である。紫外線照射部２８は照明２６よりも短く管路１８の右側近傍で下流域に設けられ、紫外線を照射可能である。管路１８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いるが、管路１８の上流域の左右両面と、下流域の左側面は紫外線非透過材であってもよい。ケース２４は可視光および紫外線の非透過材で形成されており、外乱光の影響を防止するとともに紫外線の漏出を防止する。

このような培養液殺菌装置１０では、上流域である誘引領域Ｌ１で左側から照明２６によって可視光が照射されることから、培養液中の藻類は光走性（走光性ともいう。）により左側に誘引される（誘引工程）。また、培養液は管路１８内を矢印Ｂのように流れていることから、藻類は流れに従って次第に左側が高濃度となり、右側は低濃度となる。図２においては管路１８中の藻類の濃度変化をドットパターンの濃淡で模式的に表している。

誘引領域Ｌ１は照明２６の可視光を感知した藻類が十分に移動できる長さを確保する。例えば照明２６の可視光の強さに応じて藻類の移動する速度をａ（ｍｍ／ｍｉｎ）、管路１８の幅をＷ（ｍｍ）とすると、右側端の藻類が左側端まで移動するのに要する時間Ｔ（ｍｉｎ）は、Ｔ＝Ｗ／ａとなる。よって、管路１８中の培養液の流速をＶ（ｍ／ｍｉｎ）とすると、誘引領域Ｌ１（ｍ）は、Ｌ１＞Ｖ×Ｔ＝Ｖ×Ｗ／ａと表すことができる。

誘引領域Ｌ１の下流端で藻類は十分に左側に誘引され、下流域である殺菌領域Ｌ２においてもそのまま左側に誘引された状態が維持される。一方、多くの雑菌には光走性がなく、または藻類と比較して光走性が十分に低いため幅Ｗ内にほぼ均一に存在している。そして、殺菌領域Ｌ２で右側から紫外線照射部２８によって紫外線が照射されることから、左側に誘引された藻類にはほとんど影響がなく、雑菌だけが対象に紫外線が照射されて殺菌処理がなされる（殺菌工程）。殺菌領域Ｌ２の長さは、培養液の紫外線透過率、紫外線照射部２８の紫外線強度、必要とされる殺菌能力、藻類の紫外線耐性、流速Ｖおよび幅Ｗに基づいて設定すればよい。

次に、図３に基づいて第２の実施形態にかかる培養液殺菌装置３０について説明する。培養液殺菌装置３０は、藻類培養プラント１２（図１参照）において培養液殺菌装置１０に代用されるものである。培養液殺菌装置３０において培養液殺菌装置１０と同様の構成要素には同符号を付してその詳細な説明を省略する。

培養液殺菌装置３０では、培養液殺菌装置１０における照明２６に代えて照明３２が設けられている。照明３２は長さが誘引領域Ｌ１に等しく、該誘引領域Ｌ１に沿って設けられている。培養液殺菌装置３０における殺菌領域Ｌ２には照明手段が設けられていない。

管路１８における殺菌領域Ｌ２には流路方向に沿って紫外線非透過材の分流板（分流部）３４が設けられており、管路１８内を左側の第１流路１８ａと右側の第２流路１８ｂとに分流している。第１流路１８ａの幅は照明３２によって左側に十分誘引された藻類の濃度が高い層を仕切る幅で足り、比較的狭い。これに対して第２流路１８ｂは比較的広い。

培養液殺菌装置３０では、誘引領域Ｌ１における藻類の誘引作用については培養液殺菌装置１０と同様である。そして、誘引領域Ｌ１で左側に誘引された藻類は分流板３４によって第１流路１８ａ内に取り込まれ、その後の殺菌領域Ｌ２において照明がなくても分流板３４の左側に維持されることになる。また、分流板３４は紫外線非透過材であることから、紫外線照射部２８による紫外線の藻類に対する影響はない。したがって紫外線照射部２８の紫外線強度を強くすることも可能であり、第２流路１８ｂに存在する雑菌をより確実に殺菌することができる。

また、殺菌領域Ｌ２では第１流路１８ａと第２流路１８ｂが並列している必要はなく、適当な分流部によって分流していればよいので、例えば仮想線で示すように第１流路１８ａを紫外線照射部２８から離れるように湾曲させ、独立的な管路を形成していてもよい。この場合ポンプ２０は培養液殺菌装置３０の上流側に設けるとよい。

第１および第２の実施形態では、培養槽１４とは別に設けられた培養液殺菌装置１０，３０により殺菌が行われることから、培養槽１４における藻類の培養に影響なく行うことができる。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、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。

ポンプ２０は流量調整型であってもよい。撹拌パドル１６によって培養槽１４に生じる矢印Ａの流れにより管路１８にも十分な量の培養液が流れ込む場合にはポンプ２０を省略してもよいし、管路１８の途中に適当な絞りを設けてもよい。管路１８は開水路であってもよい。

次に、図４に基づいて第３の実施形態にかかる培養液殺菌装置３６について説明する。培養液殺菌装置３６は小スケールの場合に適用されるものであり、藻類培養装置を兼ねている。培養液殺菌装置３６はケース３８と、ケース３８内に置かれた小型の容器（槽）４０と、容器４０の左側近傍に設けられた照明４２と、容器４０の右側近傍に設けられた紫外線照射部４４とを有する。ケース３８は可視光および紫外線の非透過材で形成されている。容器４０は可視光および紫外線の透過材で形成されており、目的の藻類と培養液とが入れられている。藻類は容器４０に可視光を照射することにより培養される。照射する可視光は照明４２に加えて必要に応じてその他の光源、例えば太陽光を用いてもよくこの場合ケース３８は取り外しておく。藻類の培養に際しては栓４０ａから管４０ｂをいれて培養に必要な栄養や炭酸ガスを注入する。

容器４０内の培養液に対して適宜殺菌処理を行う。殺菌処理を行う際、まず照明４２を点灯させたまま、ケース３８を取り付けて外乱光を防止する。そうすると、培養液中の藻類は光走性に基づいて左側に誘引される（誘引工程）。藻類が十分に左側に誘引された後、照明４２を点灯させたまま紫外線照射部４４から紫外線を照射する。紫外線は容器４０の右側から照射されることから、左側に誘引された藻類にはほとんど影響を与えずに雑菌だけを殺菌することができる（殺菌工程）。殺菌処理が終了した後、紫外線照射部４４による紫外線照射を止め、ケース３８を取り外し、通常の培養工程に戻る。

ところで、第１〜第３の実施形態において、照射する紫外線量によっては、雑菌だけでなく藻類にも影響を与えうるが、藻類種によっても光走性が異なる。したがって、誘引工程で可視光の照射量を調整することにより、培養目的とする第１藻類を誘引させて、光走性が第１藻類よりも弱い第２藻類は雑菌とともに滅失させることも可能となる。

上述したように、本実施の形態にかかる培養液殺菌方法および培養液殺菌装置１０，３０，３６によれば、まず培養液の槽（管路１８、容器４０）の一方から可視光を照射することにより光走性を利用して藻類を誘引させる。そして藻類が一方に誘引された後に他方から紫外線を照射することにより、藻類にはほとんど影響を与えずに培養液を殺菌することができ、維持管理が容易で藻類の培養中にも殺菌をすることができる。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。本実施の形態では取扱いの困難な材料や装置がなく、また培養液の他に原料を必要としない。また、培養期間中の培養液に雑菌が低減し藻類の品質や培養効率が向上する。

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。

１０，３０，３６ 培養液殺菌装置
１２ 藻類培養プラント
１４ 培養槽
１６ 撹拌パドル
１８ 管路（流路、槽）
２４，３８ ケース
２６，３２，４２ 照明
２８，４４ 紫外線照射部
３４ 分流板
４０ 容器（槽）

Claims (4)

1. 藻類を培養する培養液の槽の一方から可視光を照射する誘引工程と、
   前記誘引工程の後に、前記槽の一方から可視光の照射を継続するとともに前記槽の他方から紫外線を照射する殺菌工程と、
   を有することを特徴とする培養液殺菌方法。
2. 請求項１に記載の培養液殺菌方法において、
   前記槽として前記培養液が流される流路を用い、
   前記誘引工程では前記流路の上流域で照明により前記流路の一方から可視光を照射し、
   前記殺菌工程では前記流路の下流域で前記照明により前記流路の一方から可視光を照射するとともに紫外線照射部により前記流路の他方から紫外線を照射することを特徴とする培養液殺菌方法。
3. 請求項１または２に記載の培養液殺菌方法において、
   前記誘引工程では第１藻類を誘引し、前記殺菌工程では光走性が前記第１藻類よりも弱い第２藻類を滅失させることを特徴とする培養液殺菌方法。
4. 藻類の培養液を殺菌する培養液殺菌装置であって、
   前記培養液が流される流路と、
   上流域および下流域で前記流路の一方から可視光を照射する照明と、
   前記下流域で前記流路の他方から紫外線を照射する紫外線照射部と、
   を有することを特徴とする培養液殺菌装置。

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