JP7125925B2 - 培養発酵装置及び培養発酵方法 - Google Patents

Description

本発明は、担持体に担持した状態で藻類の培養及び発酵を行う培養発酵装置及び培養発酵方法に関する。

植物を発酵させ、様々な有用物を得ることが広汎に行われている。例えば、特許文献１には、微細藻類の自己発酵に関する技術が開示されている。具体的には、細胞内にデンプンを蓄積する微細藻を培養し、培養した藻体を含む培養液を濃縮してスラリーを得た後、該スラリーを、ｐＨを６．０～９．０の範囲に保ちながら暗黒且つ嫌気性雰囲気に保持する。これにより、エチルアルコールが生成されるに至る。

特許第３００４５０９号公報

微細藻類には、単細胞で自泳力を持つ種が多く存在する。このため、容器に収容された液体培地中で藻体を増殖させると、藻体はほとんど沈降することなく、分散状態を維持する。このため、微細藻を増殖させる増殖系から、増殖した藻体を暗嫌気下に曝して自己発酵させる自己発酵系に移す過程、又は、自己発酵によって得られたエチルアルコールを分取するエチルアルコールの分取系に移す過程等において、藻体を遠心処理やフィルタ処理等によって濃縮・回収する工程が必要となる。この分、作業が煩雑となる。また、藻体を回収するための設備を設けるために設備投資が高騰するという不都合がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、藻類及び担持体を繰り返し使用することが可能であり、有用物を得ることが容易な培養発酵装置及び培養発酵方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、担持体で担持した藻類の培養及び発酵を行うための培養発酵装置であって、
前記担持体を収容して藻類の培養を行う培養槽と、
前記培養槽内に培養液を供給する培養液供給手段と、
前記担持体を収容して前記藻類の発酵を行う少なくとも１個の発酵槽と、
前記担持体を相対的に摺動可能に支持し、前記担持体が培養終了後に前記培養槽から前記発酵槽に移動する往移動時、及び、発酵終了後に前記発酵槽から前記培養槽に戻る復移動時の双方で、該担持体を案内する案内部と、
を備え、
前記藻類を担持した前記担持体に、前記往移動と前記復移動を交互に行わせて前記担持体を前記発酵槽と前記培養槽の間で繰り返し往復させる培養発酵装置が提供される。

また、本発明の別の一実施形態によれば、担持体で担持した藻類の培養及び発酵を行う培養発酵方法であって、
前記藻類を担持した担持体を培養槽に収容し、培養を行う培養工程と、
培養が終了した前記藻類を前記担持体ごと発酵槽に移動させ、発酵を行う発酵工程と、
発酵が終了した前記藻類を前記担持体ごと前記培養槽に戻す戻し工程と、
を有し、
前記培養工程、前記発酵工程、前記戻し工程を繰り返し行う培養発酵方法が提供される。

本発明によれば、藻類を担持した担持体を、藻類ごと培養槽から発酵槽に、又はその逆方向に移動させるようにするとともに、その移動（往復動作）を繰り返させるようにしている。すなわち、本発明では、藻類及び担持体が繰り返し使用される。しかも、その過程の最中に藻類と担持体を分離したり、藻類を破壊したりする必要がない。

従って、アルコール等の有用物を得るための工程や作業が簡素となる。この分、有用物を効率よく、且つ容易に得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る培養発酵装置を模式的に示した概略全体構成図である。 図１の培養発酵装置を構成する発酵槽の要部拡大断面図である。 図１の培養発酵装置を構成する循環供給ラインの下流側の要部構成図である。 前記循環供給ラインに含まれる供給管（管体）の概略底面図である。 図１から、担持体の培養済の一部位を培養槽から発酵槽内に移動させ、且つ別の一部位を培養槽に移動させた状態を示す概略全体構成図である。 本発明の第２実施形態に係る培養発酵装置を模式的に示した概略全体構成図である。 図６から、培養済の担持体を培養槽から発酵槽内に移動させ、且つ別の担持体を培養槽に移動させた状態を示す概略全体構成図である。

以下、本発明に係る培養発酵方法につき、それを実施するための培養発酵装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、第１実施形態に係る培養発酵装置１０を模式的に示した概略全体構成図である。この培養発酵装置１０は、下方に配設された第１培養発酵部１２と、該第１培養発酵部１２の上方に配設された第２培養発酵部１４とを備える。

第１培養発酵部１２は、下第１発酵槽１６ａ、下培養槽１８ａ、下第２発酵槽１６ｂを含み、下培養槽１８ａは、下第１発酵槽１６ａと下第２発酵槽１６ｂで挟まれる位置に設けられる。また、下第１発酵槽１６ａ、下第２発酵槽１６ｂ内には、ハンドル２０ａ、２０ｂをそれぞれ有する下第１巻取ローラ２２ａ、下第２巻取ローラ２２ｂが巻取体（担持体移動手段）として設けられる一方、下培養槽１８ａ内の上下には、複数個の第１案内ローラ２４ａ（案内部）が設けられる。下第１巻取ローラ２２ａには、第１担持体としての長尺な第１帯状布帛２６ａが巻き取られている。該第１帯状布帛２６ａの、下第１巻取ローラ２２ａから引き出された一端は、第１案内ローラ２４ａに順次架け渡される。このため、第１帯状布帛２６ａの、下培養槽１８ａに収容された部位（下第２部位２９ａ）は、湾曲を繰り返して蛇腹形状をなす。

第１帯状布帛２６ａの前記一端は、さらに、下第２巻取ローラ２２ｂに掛止される。すなわち、第１帯状布帛２６ａは、下第１発酵槽１６ａに収容された部位（下第１部位２８ａ）、下培養槽１８ａに収容された部位（下第２部位２９ａ）、下第２発酵槽１６ｂに収容された部位を有する。

下第１発酵槽１６ａ内には、図１及び図２に示すように、下第１パン３０ａと、下第１押圧ローラ３２ａ（押圧手段）が設けられる。下第１押圧ローラ３２ａは、下第１発酵槽１６ａ内で水平方向に沿って移動可能であり、この移動の際、第１帯状布帛２６ａを押圧して該第１帯状布帛２６ａから発酵液Ｌ１を押し出す役割を果たす。下第１パン３０ａは、このようにして第１帯状布帛２６ａから押し出された発酵液Ｌ１を受ける。下第２発酵槽１６ｂ内にも同様に、下第２パン３０ｂと、押圧手段である下第２押圧ローラ３２ｂが設けられる。

下第１発酵槽１６ａ及び下第２発酵槽１６ｂの、下培養槽１８ａに臨む側の側部には、それぞれ、下第１シャッタ３６ａ、下第２シャッタ３６ｂが開閉可能に設けられる（下第２シャッタ３６ｂは図５参照）。下第１シャッタ３６ａを閉止することにより、下第１発酵槽１６ａ内が閉空間となる。同様に、下第２シャッタ３６ｂが閉止されると、下第２発酵槽１６ｂ内が閉空間となる。

下第１発酵槽１６ａ、下第２発酵槽１６ｂには、排気管４０ａ、４０ｂを介して下第１排気ポンプ４２ａ、下第２排気ポンプ４２ｂがそれぞれ接続される。これら下第１排気ポンプ４２ａ、下第２排気ポンプ４２ｂは、それぞれ、下第１発酵槽１６ａ、下第２発酵槽１６ｂ内の大気を排出するための排気手段である。なお、培養や発酵を行う際に下第１発酵槽１６ａ内と下第２発酵槽１６ｂ内を同時に排気する必要はないことから、下第１発酵槽１６ａと下第２発酵槽１６ｂに共通の排気ポンプを接続し、排気管４０ａ、４０ｂに切替弁を設けて、排気する発酵槽を切り替えるようにしてもよい。

下培養槽１８ａの下方には、下槽ドレン口４４が形成される（図１参照）。また、下培養槽１８ａの上端は、開放された開口端である。

一方の第２培養発酵部１４も同様に、上第１発酵槽１６ｃ、上培養槽１８ｂ、上第２発酵槽１６ｄを含むとともに、上培養槽１８ｂが上第１発酵槽１６ｃと上第２発酵槽１６ｄで挟まれる。そして、上第１発酵槽１６ｃ、上第２発酵槽１６ｄ内には、ハンドル２０ｃ、２０ｄを有する上第１巻取ローラ２２ｃ、上第２巻取ローラ２２ｄが巻取体（担持体移動手段）として設けられ、上培養槽１８ｂ内の上下には、案内部である複数個の第２案内ローラ２４ｂが設けられる。上第１巻取ローラ２２ｃには、第２担持体としての長尺な第２帯状布帛２６ｂが巻き取られており、該第２帯状布帛２６ｂの、上第１巻取ローラ２２ｃから引き出された一端は第２案内ローラ２４ｂに順次架け渡されている。このため、第２帯状布帛２６ｂの、上培養槽１８ｂに収容された部位（上第２部位２９ｂ）は、湾曲を繰り返して蛇腹形状をなす。

さらに、第２帯状布帛２６ｂの前記一端は、上第２巻取ローラ２２ｄに掛止される。すなわち、第２帯状布帛２６ｂは、上第１発酵槽１６ｃに収容された部位（上第１部位２８ｂ）、上培養槽１８ｂに収容された部位（上第２部位２９ｂ）、上第２発酵槽１６ｄに収容された部位を有する。

上第１発酵槽１６ｃ内には、上第１パン３０ｃと、上第１押圧ローラ３２ｃ（押圧手段）が設けられる。上第１押圧ローラ３２ｃは、上第１発酵槽１６ｃ内で水平方向に沿って移動するとともに、この移動の際に第２帯状布帛２６ｂを押圧する。上第１パン３０ｃは、この押圧によって第２帯状布帛２６ｂから押し出された発酵液Ｌ１を受ける。また、上第２発酵槽１６ｄ内にも同様に、上第２パン３０ｄと上第２押圧ローラ３２ｄ（押圧手段）が設けられる。

上第１発酵槽１６ｃ及び上第２発酵槽１６ｄの、上培養槽１８ｂに臨む側の側部には、それぞれ、上第１シャッタ３６ｃ、上第２シャッタ３６ｄが開閉可能に設けられる（上第２シャッタ３６ｄは図５参照）。上第１シャッタ３６ｃ、上第２シャッタ３６ｄが個別に閉止されることにより、上第１発酵槽１６ｃ内、上第２発酵槽１６ｄ内がそれぞれ閉空間となる。

上第１発酵槽１６ｃ、上第２発酵槽１６ｄには、これら上第１発酵槽１６ｃないし上第２発酵槽１６ｄ内の大気を排出するための上第１排気ポンプ４２ｃ、上第２排気ポンプ４２ｄ（排気手段）が排気管４０ｃ、４０ｄを介してそれぞれ接続される。なお、第１培養発酵部１２と同様に、上第１発酵槽１６ｃと上第２発酵槽１６ｄに共通の排気ポンプを接続するようにしてもよい。又は、下第１発酵槽１６ａ、下第２発酵槽１６ｂ、上第１発酵槽１６ｃ及び上第２発酵槽１６ｄの全てに共通する１個の排気ポンプを接続してもよい。

上培養槽１８ｂの下方には、下培養槽１８ａに臨んで開口する上槽ドレン口４６が複数個形成される。また、上培養槽１８ｂの上端は開口端である。

以上において、第１帯状布帛２６ａ及び第２帯状布帛２６ｂには、それぞれ、藻類が担持されている。藻類は、生物活動を行っている最中に第１帯状布帛２６ａ及び第２帯状布帛２６ｂから脱落することはほとんどない。換言すれば、死活した藻類は第１帯状布帛２６ａ及び第２帯状布帛２６ｂから剥離する。

培養発酵装置１０は、さらに、培養液供給手段である培養液循環供給機構５０を備える。この場合、培養液循環供給機構５０は、下槽ドレン口４４に集合して該下槽ドレン口４４から排出された培養液Ｌ２を揚液する循環ポンプ５２と、該循環ポンプ５２が介装された循環供給ライン５４と、貯留タンク５６と、給液管５８とを有する。この中の循環ポンプ５２と貯留タンク５６は、支持柱６０に支持される。すなわち、循環ポンプ５２は支持柱６０の下端近傍に位置決め固定され、一方、貯留タンク５６は支持柱６０の上端近傍に配設されている。

循環ポンプ５２と上培養槽１８ｂの間には、図３に示すように、循環供給ライン５４の下流側の一部である送液用毛細管６２と、上培養槽１８ｂの上方で上第１発酵槽１６ｃ側から上第２発酵槽１６ｄ側に向かうように延在する給液管５８（管体）とが設けられる。貯留タンク５６内の培養液Ｌ２は、毛細管現象によって送液用毛細管６２に吸い上げられることで給液管５８に送液される。

培養液Ｌ２は、給液管５８内を、上第１発酵槽１６ｃ側の端部を上流、上第２発酵槽１６ｄ側の端部を下流として流通するとともに、該給液管５８の下面に形成された複数個の分配供給口６４から上培養槽１８ｂに向かって流下する。ここで、図４に示すように、分配供給口６４の開口径（開口幅）は、上第１発酵槽１６ｃ側に最近接する最上流のものが最小であり、下流に向かうに従って順次大きくなるように設定されている。すなわち、最下流の分配供給口６４の開口径は、全ての分配供給口６４の中で最大である。

第１実施形態に係る培養発酵装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、培養発酵方法との関係で説明する。

図１に示すように、第１帯状布帛２６ａ及び第２帯状布帛２６ｂの一端は、下第１巻取ローラ２２ａ、上第１巻取ローラ２２ｃからそれぞれ引き出されて、下培養槽１８ａ、上培養槽１８ｂ内の上下に設けられた第１案内ローラ２４ａ、第２案内ローラ２４ｂに架け渡される。この架け渡しに伴い、第１帯状布帛２６ａ及び第２帯状布帛２６ｂの、下培養槽１８ａ、上培養槽１８ｂ内に収容された下第２部位２９ａ、上第２部位２９ｂが折り返されて蛇腹形状をなす。

貯留タンク５６に貯留された培養液Ｌ２は、毛細管現象によって送液用毛細管６２に吸い上げられ、さらに、該送液用毛細管６２から給液管５８に移液される。このように、送液用毛細管６２を採用することにより、培養液Ｌ２を上培養槽１８ｂに供給するための構成の簡素化を図ることができる。毛細管現象によって給液管５８への移液量が制限されるので、自動開閉弁等を貯留タンク５６に設ける必要が特にないからである。

培養液Ｌ２は、給液管５８を流通し、該給液管５８の下面に形成された複数個の分配供給口６４の各々から上培養槽１８ｂに流下する。これにより、上培養槽１８ｂで培養工程が行われる。ここで、分配供給口６４の開口径は、上流側で小さく、且つ下流側となるにつれて大きくなるように設定されている。このため、最上流の分配供給口６４から最下流の分配供給口６４に至るまで、培養液Ｌ２の流下量が略同等となる。換言すれば、各分配供給口６４からの培養液Ｌ２の流出量が均衡する。このため、第２帯状布帛２６ｂの、上培養槽１８ｂ内の上第２部位２９ｂに担持された藻類に対して培養液Ｌ２を略均等に分配することができる。

しかも、上第２部位２９ｂは、第２案内ローラ２４ｂによる折り返しで蛇腹形状をなしている。従って、上第２部位２９ｂに担持された藻類に、光（例えば、日光）が略均等に入射する。このことと、培養液Ｌ２が略均等に分配されることとが相俟って、上第２部位２９ｂの全体にわたって藻類を効率よく培養することができる。

培養液Ｌ２は、複数個の上槽ドレン口４６を介して下培養槽１８ａに速やかに流下する。これにより、下培養槽１８ａにおいても培養工程が行われる。上培養槽１８ｂで培養液Ｌ２が略均等に分配されているため、複数個の上槽ドレン口４６からの培養液Ｌ２の流下量は、各上槽ドレン口４６において略同等である。すなわち、下培養槽１８ａ内に収容された第１帯状布帛２６ａの下第２部位２９ａに対し、培養液Ｌ２が略均等に供給される。

下第２部位２９ａも第１案内ローラ２４ａによる折り返しで蛇腹形状をなしているので、下第２部位２９ａに担持された藻類に、光（例えば、日光）が略均等に入射する。以上のような理由から、下第２部位２９ａにおいても、その全体にわたって藻類を効率よく培養することができる。

下培養槽１８ａに流下した培養液Ｌ２は、下槽ドレン口４４で集合するとともに、該下槽ドレン口４４を介して循環供給ライン５４に流出する。培養液Ｌ２は、さらに、循環ポンプ５２によって揚液され、貯留タンク５６に戻される。以降は上記と同様にして培養液Ｌ２が上培養槽１８ｂに供給され、下培養槽１８ａで収集されて貯留タンク５６に戻される。このように、第１実施形態によれば、培養液Ｌ２を循環供給することができるので、省資源化や省エネルギ化を図ることができる。

所定時間（例えば、およそ２日程度）が経過した後、培養工程を終了するべく循環ポンプ５２を停止し、さらに、下第１シャッタ３６ａ、下第２シャッタ３６ｂ、上第１シャッタ３６ｃ及び上第２シャッタ３６ｄを開状態としてハンドル２０ｂ、２０ｄを回転させる。これにより下第２巻取ローラ２２ｂ、上第２巻取ローラ２２ｄが回転するので、下第２部位２９ａ、上第２部位２９ｂが下第２巻取ローラ２２ｂ、上第２巻取ローラ２２ｄのそれぞれに巻き取られる。すなわち、下第２部位２９ａ、上第２部位２９ｂが、第１案内ローラ２４ａ、第２案内ローラ２４ｂに対して相対的に摺動しながら、下第２発酵槽１６ｂ側、上第２発酵槽１６ｄ側に移動する。これにより、往移動がなされる。

培養が終了した下第２部位２９ａ、上第２部位２９ｂは、図５に示すように、下第２発酵槽１６ｂ、上第２発酵槽１６ｄ内に個別に収容される。その後、下第２シャッタ３６ｂ、上第２シャッタ３６ｄを閉状態とし、さらに、下第２排気ポンプ４２ｂ、上第２排気ポンプ４２ｄを付勢する。これにより、下第２発酵槽１６ｂ、上第２発酵槽１６ｄが、内部が排気された閉空間となる。このようにして閉空間となった下第２発酵槽１６ｂ、上第２発酵槽１６ｄ内で、暗嫌気自己発酵が行われる。すなわち、発酵工程が実施され、典型的には、エタノールを主成分とするアルコールが得られる。

下第２部位２９ａ、上第２部位２９ｂが下第２発酵槽１６ｂ、上第２発酵槽１６ｄ内に移動することに伴い、第１帯状布帛２６ａの、下第１発酵槽１６ａに収容されていた下第１部位２８ａと、第２帯状布帛２６ｂの、上第１発酵槽１６ｃに収容されていた上第１部位２８ｂがそれぞれ引き出され、下培養槽１８ａ、上培養槽１８ｂ内に個別に収容される。この状態で、循環ポンプ５２が再付勢されるとともに培養液Ｌ２が上記と同様に循環供給され、培養工程が実施される。このように第１実施形態では、往移動の後、第１帯状布帛２６ａ及び第２帯状布帛２６ｂの、培養が終了した下第２部位２９ａ、上第２部位２９ｂの発酵を行うと同時に、別の部位である下第１部位２８ａ、上第１部位２８ｂに対して培養を行うことができる。

所定時間（例えば、およそ２日程度）が経過した後、培養工程及び発酵工程を終了するべく、循環ポンプ５２を停止する一方、下第２押圧ローラ３２ｂ、上第２押圧ローラ３２ｄを、下第２巻取ローラ２２ｂ、上第２巻取ローラ２２ｄに巻き取られてロール状となった下第２部位２９ａ、上第２部位２９ｂにそれぞれ押し当てる。これにより発酵液Ｌ１が下第２部位２９ａ、上第２部位２９ｂから押し出され、下第２パン３０ｂ、上第２パン３０ｄに回収される。

その後、下第１シャッタ３６ａ、下第２シャッタ３６ｂ、上第１シャッタ３６ｃ及び上第２シャッタ３６ｄを開状態としてハンドル２０ａ、２０ｃを回転させる。これに伴って下第１巻取ローラ２２ａ、上第１巻取ローラ２２ｃが回転するので、下第１部位２８ａ、上第１部位２８ｂが下第１巻取ローラ２２ａ、上第１巻取ローラ２２ｃのそれぞれに巻き取られる。すなわち、下第１部位２８ａ、上第１部位２８ｂが、第１案内ローラ２４ａ、第２案内ローラ２４ｂに対して相対的に摺動しながら、下第１発酵槽１６ａ側、上第１発酵槽１６ｃ側に移動する。

これにより復移動、換言すれば、戻し工程がなされ、図１に示す状態に戻る。すなわち、培養が終了した下第１部位２８ａ、上第１部位２８ｂが下第１発酵槽１６ａ、上第１発酵槽１６ｃ内に個別に収容されるとともに、発酵が終了した下第２部位２９ａ、上第２部位２９ｂが下培養槽１８ａ、上培養槽１８ｂに個別に収容される。

その後、下第１シャッタ３６ａ、上第１シャッタ３６ｃを閉状態として下第１排気ポンプ４２ａ、上第１排気ポンプ４２ｃを付勢することで、下第１発酵槽１６ａ、上第１発酵槽１６ｃを、内部が排気された閉空間とする。この下第１発酵槽１６ａ、上第１発酵槽１６ｃ内で暗嫌気自己発酵が行われ、発酵工程が実施される。

その一方で循環ポンプ５２が再付勢され、下培養槽１８ａに収容された下第２部位２９ａと、上培養槽１８ｂに収容された上第２部位２９ｂとに対し、培養液Ｌ２が上記と同様に循環供給される。すなわち、培養工程が実施される。このように、第１実施形態では、復動作の後、第１帯状布帛２６ａ及び第２帯状布帛２６ｂの、発酵が終了した下第２部位２９ａ、上第２部位２９ｂの培養を行うと同時に、別の部位である下第１部位２８ａ、上第１部位２８ｂに対して発酵を行うことができる。

さらに、下第１押圧ローラ３２ａ、上第１押圧ローラ３２ｃを、下第１巻取ローラ２２ａ、上第１巻取ローラ２２ｃに巻き取られてロール状となった下第１部位２８ａ、上第１部位２８ｂにそれぞれ押し当てる。これにより発酵液Ｌ１が下第１部位２８ａ、上第１部位２８ｂから押し出され、下第１パン３０ａ、上第１パン３０ｃに回収される。

その後、下第１シャッタ３６ａ、下第２シャッタ３６ｂ、上第１シャッタ３６ｃ及び上第２シャッタ３６ｄを開状態としてハンドル２０ｂ、２０ｄを回転させる。これに伴って上記の往動作がなされ、図５に示す状態となる。さらに、下第２発酵槽１６ｂ、上第２発酵槽１６ｄ内の下第２部位２９ａ、上第２部位２９ｂに発酵を行わせる一方、下培養槽１８ａ、上培養槽１８ｂ内の下第１部位２８ａ、上第１部位２８ｂに培養を行わせる。

このように、第１実施形態では、第１培養発酵部１２において下培養槽１８ａを挟むように下第１発酵槽１６ａ、下第２発酵槽１６ｂを配設するとともに、第２培養発酵部１４において上培養槽１８ｂを挟むように上第１発酵槽１６ｃ、上第２発酵槽１６ｄを配設するようにしている。このため、往移動及び復移動により、第１帯状布帛２６ａ及び第２帯状布帛２６ｂの、培養が終了した部位で発酵を行うと同時に、発酵が終了した別の部位で培養を行うことができる。このため、第１帯状布帛２６ａ及び第２帯状布帛２６ｂと藻類を繰り返し使用しながら、第１帯状布帛２６ａ及び第２帯状布帛２６ｂの全体にわたって培養及び発酵を効率よく行うことができる。

しかも、この場合、担持体である第１帯状布帛２６ａ、第２帯状布帛２６ｂを移動させることで藻類を培養槽から発酵槽に、又はその逆方向に搬送することができる。従って、藻類と担持体を分離する必要がない。また、発酵工程を行うために藻類を培養液Ｌ２から分離する必要もない。この分、培養から、有用物であるアルコールを得るまでの工程が簡素となり、且つ作業が容易となる。

次に、図６及び図７を参照し、第２実施形態に係る培養発酵装置７０につき説明する。なお、図１～図５に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図６は、第２実施形態に係る培養発酵装置７０を模式的に示した概略全体構成図である。この培養発酵装置７０は、第１発酵槽７２ａと、培養槽７４と、第２発酵槽７２ｂとを備え、培養槽７４は第１発酵槽７２ａと第２発酵槽７２ｂで挟まれる位置に設けられる。また、第１発酵槽７２ａ内から培養槽７４内を経由し、第２発酵槽７２ｂ内に至るまで、円柱形状の案内バー７６（案内部）が上部に橋架されている。

図６では、案内バー７６の、培養槽７４内の部位に第１カーテン７８ａが懸吊された状態を例示している。具体的には、第１カーテン７８ａは、藻類を担持した担持体としての布帛部８０と、該布帛部８０の上方に設けられた被保持部８２とを有する。この中の被保持部８２には、前記案内バー７６を通す挿通孔８３が形成されている。挿通孔８３の直径は案内バー７６の直径に比して大きく、このため、第１カーテン７８ａを案内バー７６に沿って移動させることは容易である。

第１カーテン７８ａの幅は、培養槽７４の幅に比して大である。このため、第１カーテン７８ａは、図６の紙面手前に向かう凸状の山部と、紙面奥側に向かう凹状の谷部とが交互に連なる蛇腹形状で培養槽７４内に収容される。

また、第２発酵槽７２ｂ内には、第２カーテン７８ｂが案内バー７６に懸吊されて収容されている。第２カーテン７８ｂは第１カーテン７８ａと同様に構成されており、従って、その布帛部及び被保持部に対し、第１カーテン７８ａの布帛部８０及び被保持部８２と同一の参照符号を付している。第１カーテン７８ａ及び第２カーテン７８ｂは、往移動又は復移動の際、案内バー７６に対して相対的に摺動する。

第１発酵槽７２ａ、第２発酵槽７２ｂの幅は、第１カーテン７８ａ、第２カーテン７８ｂの幅に比して著しく小である。このため、第１カーテン７８ａ、第２カーテン７８ｂは、圧縮された状態で第１発酵槽７２ａ内、第２発酵槽７２ｂ内に個別に収容される。

第１発酵槽７２ａ内の下部には第１パン８４ａが設けられ、また、高さ方向略中間には、第１押圧ローラ８６ａが水平方向に移動可能に設けられる。さらに、第１発酵槽７２ａには、その内部を排気するための第１排気ポンプ８８ａが接続される。同様に、第２発酵槽７２ｂ内の下部に第２パン８４ｂが設けられるとともに、高さ方向略中間に第２押圧ローラ８６ｂが水平方向に移動可能に設けられる。第２発酵槽７２ｂの内部を排気するための第２排気ポンプ８８ｂが接続される点も同様である。第１発酵槽７２ａ、第２発酵槽７２ｂには、第１シャッタ９０ａ、第２シャッタ９０ｂが開閉可能に設けられる。

培養槽７４の下部には、ドレン口９２が形成される。培養液Ｌ２は、ドレン口９２で集合するとともに該ドレン口９２から培養槽７４の外部に排出され、循環供給ライン５４に介装された循環ポンプ５２で貯留タンク５６に揚液される。一方、培養槽７４の上部には、第１実施形態と同様に給液管５８が設けられ、且つ該給液管５８と前記貯留タンク５６が送液用毛細管６２を介して接続される。

このように構成される培養発酵装置７０では、培養工程、発酵工程及び戻し工程は以下のようにして実施される。

上記と同様に、貯留タンク５６に貯留された培養液Ｌ２は、毛細管現象によって送液用毛細管６２に吸い上げられ、該送液用毛細管６２から給液管５８に移液される。培養液Ｌ２は、給液管５８を流通し、該給液管５８の下面に形成された複数個の分配供給口６４の各々から培養槽７４に流下する。これにより、培養槽７４に収容された第１カーテン７８ａの布帛部８０に担持された藻類に対する培養が行われる。すなわち、培養槽７４で培養工程が実施される。なお、給液管５８に形成された複数個の分配供給口６４の開口径が、上流側で小さく、且つ下流側となるにつれて大きくなるように設定されており、このため、各分配供給口６４からの培養液Ｌ２の流出量が均衡することは第１実施形態と同様である。

第１カーテン７８ａの山部同士、谷部同士は、互いに十分に離間している。従って、各第１カーテン７８ａに、光（例えば、日光）が略均等に入射する。このことと、培養液Ｌ２が略均等に分配されることとが相俟って、第１カーテン７８ａの布帛部８０の全体にわたって藻類を効率よく培養することができる。

培養液Ｌ２は、ドレン口９２で集合して循環供給ライン５４に流出する。培養液Ｌ２は、さらに、循環ポンプ５２によって揚液され、貯留タンク５６に戻される。以降は上記と同様に、送液用毛細管６２及び給液管５８を介して培養液Ｌ２が培養槽７４に戻される。

所定時間（例えば、およそ２日程度）が経過した後、培養工程を終了するべく循環ポンプ５２を停止し、さらに、第１シャッタ９０ａを開状態として、第１カーテン７８ａを第１発酵槽７２ａ側に往移動させる。この往移動や後述する復移動には、例えば、公知であるいわゆる引き紐を用いればよい。又は、作業者が手作業で第１カーテン７８ａを引き寄せたり、押し込めたりするようにしてもよい。

これにより、図７に示すように、培養が終了した第１カーテン７８ａが第１発酵槽７２ａ内に収容される。その後、第１シャッタ９０ａを閉状態とし、さらに、第１排気ポンプ８８ａを付勢して、第１発酵槽７２ａを、内部が排気された閉空間とする。この第１発酵槽７２ａ内で、暗嫌気自己発酵が行われる。すなわち、発酵工程が実施され、エタノールを主成分とするアルコールが得られる。

その一方で、第２シャッタ９０ｂを開状態として、第２カーテン７８ｂを培養槽７４側に復移動させる。すなわち、第２カーテン７８ｂを培養槽７４内に収容する戻し工程を実施する。この状態で、循環ポンプ５２が再付勢されるとともに培養液Ｌ２が上記と同様に循環供給され、培養工程が実施される。

所定時間（例えば、およそ２日程度）が経過した後、培養工程及び発酵工程を終了するべく、循環ポンプ５２を停止する一方、図７に示すように、第１押圧ローラ８６ａを第１カーテン７８ａに押し当てる。これにより発酵液Ｌ１が第１カーテン７８ａから押し出され、第１パン８４ａに回収される。

その後、第１シャッタ９０ａ及び第２シャッタ９０ｂを開状態とし、第１カーテン７８ａを復移動させて培養槽７４に収容する一方、第２カーテン７８ｂを往移動させて第２発酵槽７２ｂに収容する。すなわち、図６に示す状態に戻す。その後、循環ポンプ５２が再付勢されるとともに培養液Ｌ２が上記と同様に循環供給され、培養槽７４内の第１カーテン７８ａで培養工程が実施される。同時に、第２発酵槽７２ｂ内の第２カーテン７８ｂで発酵工程が進行する。

その後、第２シャッタ９０ｂを閉状態として第２排気ポンプ８８ｂを付勢し、第２発酵槽７２ｂを、内部が排気された閉空間とするとともに、暗嫌気自己発酵に基づく発酵工程を進行させる。

さらに、第２押圧ローラ８６ｂを第２カーテン７８ｂに押し当てる。これにより発酵液Ｌ１が第２カーテン７８ｂから押し出され、第２パン８４ｂに回収される。

以降は上記と同様にして、培養が終了した第１カーテン７８ａ（又は第２カーテン７８ｂ）での発酵が行われると同時に、新たに培養槽７４に収容された第２カーテン７８ｂ（又は第１カーテン７８ａ）での培養が行われる。このように、第２実施形態においても、培養槽７４を挟むようにして第１発酵槽７２ａ、第２発酵槽７２ｂを設けるようにしているので、往移動及び復移動により、第１カーテン７８ａ及び第２カーテン７８ｂの中、培養が終了した一方のカーテンで発酵を行うと同時に、発酵が終了したもう一方のカーテンで培養を行うことができる。このため、第１カーテン７８ａ及び第２カーテン７８ｂと藻類を繰り返し使用しながら、第１カーテン７８ａ及び第２カーテン７８ｂで培養及び発酵を効率よく行うことができる。

しかも、この場合においても、担持体である第１カーテン７８ａ、第２カーテン７８ｂを移動させることで藻類を培養槽７４から第１発酵槽７２ａないし第２発酵槽７２ｂに、又はその逆方向に搬送することができる。従って、藻類と担持体を分離する必要や、発酵工程を行うために藻類を培養液Ｌ２から分離する必要がない。

以上のように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

本発明は、上記した第１実施形態及び第２実施形態に特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種々の変更が可能である。

例えば、第２実施形態では、カーテンに代替して複数個のパネル体を用いるようにしてもよい。この場合、枠体で布帛部８０を支持するとともに、枠体に案内バー７６を通す挿通孔を形成すればよい。

また、第１実施形態で培養発酵部を上下２段とする必要は特になく、第２実施形態と同様に単一段としてもよい。これとは逆に、第２実施形態では、第１実施形態と同様に培養発酵部を上下２段とするようにしてもよい。

１０、７０…培養発酵装置 １２、１４…培養発酵部
１６ａ、１６ｃ、７２ａ…第１発酵槽 １６ｂ、１６ｄ、７２ｂ…第２発酵槽
１８ａ、１８ｂ、７４…培養槽 ２２ａ～２２ｄ…巻取ローラ
２４ａ、２４ｂ…案内ローラ ２６ａ、２６ｂ…帯状布帛
２８ａ、２８ｂ…第１部位 ２９ａ、２９ｂ…第２部位
３２ａ～３２ｄ、８６ａ、８６ｂ…押圧ローラ
３６ａ～３６ｄ、９０ａ、９０ｂ…シャッタ
４２ａ～４２ｄ、８８ａ、８８ｂ…排気ポンプ
５０…培養液循環供給機構 ５２…循環ポンプ
５６…貯留タンク ５８…給液管
６２…送液用毛細管 ６４…分配供給口
７６…案内バー ７８ａ、７８ｂ…カーテン
８０…布帛部 Ｌ１…発酵液
Ｌ２…培養液

Claims (17)

1. 担持体で担持した藻類の培養及び発酵を行うための培養発酵装置であって、
   前記担持体を収容して藻類の培養を行う培養槽と、
   前記培養槽内に培養液を供給する培養液供給手段と、
   前記担持体を収容して前記藻類の発酵を行う少なくとも１個の発酵槽と、
   前記担持体を相対的に摺動可能に支持し、前記担持体が培養終了後に前記培養槽から前記発酵槽に移動する往移動時、及び、発酵終了後に前記発酵槽から前記培養槽に戻る復移動時の双方で、該担持体を案内する案内部と、
   を備え、
   前記藻類を担持した前記担持体に、前記往移動と前記復移動を交互に行わせて前記担持体を前記発酵槽と前記培養槽の間で繰り返し往復させ、
   前記担持体は、第１部位と第２部位とを有し、
   前記第１部位が前記発酵槽内に収容されている間、前記第２部位が前記培養槽に収容され、前記第２部位が前記発酵槽内に収容されている間、前記第１部位が前記培養槽に収容される培養発酵装置。
2. 請求項１記載の培養発酵装置において、前記発酵槽として第１発酵槽と第２発酵槽を有するとともに、前記第１発酵槽と前記第２発酵槽が前記培養槽を間に挟んで配置され、
   前記第１発酵槽及び前記第２発酵槽は、前記第１部位及び前記第２部位を個別に収容し、
   前記第１部位が前記第１発酵槽内に収容されている間、前記第２部位が前記培養槽に収容され、且つ前記第２部位が前記第２発酵槽内に収容されている間、前記第１部位が前記培養槽に収容される培養発酵装置。
3. 請求項１又は２記載の培養発酵装置において、前記担持体を前記発酵槽側又は前記培養槽側に移動させる担持体移動手段を備える培養発酵装置。
4. 請求項３記載の培養発酵装置において、前記担持体移動手段は、前記発酵槽内に設けられて前記担持体を巻き取る巻取体である培養発酵装置。
5. 担持体で担持した藻類の培養及び発酵を行うための培養発酵装置であって、
   前記担持体を収容して藻類の培養を行う培養槽と、
   前記培養槽内に培養液を供給する培養液供給手段と、
   前記担持体を収容して前記藻類の発酵を行う少なくとも１個の発酵槽と、
   前記担持体を相対的に摺動可能に支持し、前記担持体が培養終了後に前記培養槽から前記発酵槽に移動する往移動時、及び、発酵終了後に前記発酵槽から前記培養槽に戻る復移動時の双方で、該担持体を案内する案内部と、
   を備え、
   前記藻類を担持した前記担持体に、前記往移動と前記復移動を交互に行わせて前記担持体を前記発酵槽と前記培養槽の間で繰り返し往復させ、
   前記担持体は、１個以上の前記担持体をそれぞれ含む第１担持体及び第２担持体を有し、
   前記第１担持体が前記発酵槽内に収容されている間、前記第２担持体が前記培養槽に収容され、且つ前記第２担持体が前記発酵槽内に収容されている間、前記第１担持体が前記培養槽に収容される培養発酵装置。
6. 請求項５記載の培養発酵装置において、前記発酵槽として第１発酵槽と第２発酵槽を有するとともに、前記第１発酵槽と前記第２発酵槽が前記培養槽を間に挟んで配置され、
   前記第１発酵槽及び前記第２発酵槽は、前記第１担持体、前記第２担持体を個別に収容し、
   前記第１担持体が前記第１発酵槽内に収容されている間、前記第２担持体が前記培養槽に収容され、且つ前記第２担持体が前記第２発酵槽内に収容されている間、前記第１担持体が前記培養槽に収容される培養発酵装置。
7. 請求項２又は６記載の培養発酵装置において、前記担持体が前記培養槽内で蛇腹形状をなす培養発酵装置。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の培養発酵装置において、前記培養液を貯留した貯留タンクと、前記貯留タンクから毛細管現象によって移動した前記培養液を受ける管体とを有し、前記管体に形成された複数個の分配供給口から前記培養槽に前記培養液が分配供給される培養発酵装置。
9. 請求項８記載の培養発酵装置において、前記分配供給口の開口幅が、前記培養液の流通方向上流側から下流側に向かうにつれて大きく設定された培養発酵装置。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載の培養発酵装置において、前記発酵槽内に設けられて発酵済の前記藻類を担持した前記担持体を押圧する押圧手段を備える培養発酵装置。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の培養発酵装置において、前記発酵槽に開閉可能なシャッタが設けられるとともに、前記発酵槽の内部を排気する排気手段を備える培養発酵装置。
12. 請求項１～１１のいずれか１項に記載の培養発酵装置において、前記担持体が布帛である培養発酵装置。
13. 担持体で担持した藻類の培養及び発酵を行う培養発酵方法であって、
    前記藻類を担持した担持体を培養槽に収容し、培養を行う培養工程と、
    培養が終了した前記藻類を前記担持体ごと発酵槽に移動させ、発酵を行う発酵工程と、
    発酵が終了した前記藻類を前記担持体ごと前記培養槽に戻す戻し工程と、
    を有し、
    前記培養工程、前記発酵工程、前記戻し工程を繰り返し行うに際し、前記担持体の第１部位を前記発酵槽に収容して発酵を行う間、前記担持体の第２部位を前記培養槽に収容して培養を行う一方、前記担持体の前記第２部位を前記発酵槽に収容して発酵を行う間、前記担持体の前記第１部位を前記培養槽に収容して培養を行う培養発酵方法。
14. 請求項１３記載の培養発酵方法において、前記発酵槽として、前記培養槽を間に挟んで配置されるとともに、前記担持体の前記第１部位及び前記第２部位を個別に収容する第１発酵槽と第２発酵槽を設け、
    前記第１部位を前記第１発酵槽内に収容して発酵を行う間、前記第２部位を前記培養槽に収容して培養を行う一方、前記第２部位を前記第２発酵槽内に収容して発酵を行う間、前記第１部位を前記培養槽に収容して培養を行う培養発酵方法。
15. 担持体で担持した藻類の培養及び発酵を行う培養発酵方法であって、
    前記藻類を担持した担持体を培養槽に収容し、培養を行う培養工程と、
    培養が終了した前記藻類を前記担持体ごと発酵槽に移動させ、発酵を行う発酵工程と、
    発酵が終了した前記藻類を前記担持体ごと前記培養槽に戻す戻し工程と、
    を有し、
    １個以上の前記担持体をそれぞれ含む第１担持体及び第２担持体を設け、
    前記培養工程、前記発酵工程、前記戻し工程を繰り返し行うに際し、前記第１担持体を前記発酵槽に収容して発酵を行う間、前記第２担持体を前記培養槽に収容して培養を行う一方、前記第２担持体を前記発酵槽内に収容して発酵を行う間、前記第１担持体を前記培養槽に収容して培養を行う培養発酵方法。
16. 請求項１５記載の培養発酵方法において、前記発酵槽として、前記培養槽を間に挟んで配置されるとともに、前記第１担持体、前記第２担持体を個別に収容する第１発酵槽と第２発酵槽を設け、
    前記第１担持体を前記第１発酵槽内に収容して発酵を行う間、前記第２担持体を前記培養槽に収容して培養を行う一方、前記第２担持体を前記第２発酵槽内に収容して発酵を行っている間、前記第１担持体を前記培養槽に収容して培養を行う培養発酵方法。
17. 請求項１３～１６のいずれか１項に記載の培養発酵方法において、前記担持体として布帛を用いる培養発酵方法。

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