JP7279343B2 - 微細藻類Botryococcus terribilis TEPMO-26株、炭化水素の製造方法、乾燥藻体及び藻体残渣 - Google Patents
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Description
[2]上記[1]に記載の微細藻類を培養する工程を有する炭化水素の製造方法。
[3]微細藻類を培養液中で培養する培養工程と、前記培養工程で培養した前記微細藻類を、前記培養液のpHよりもアルカリ性の培養液中で保持する保持工程と、前記保持工程の後で前記培養液から藻類を回収する回収工程と、を含む炭化水素の製造方法。
[4]前記微細藻類が、微細藻類Botryococcus terribilis TEPMO-26株(FERM P-22360)である、上記[3]に記載の炭化水素の製造方法。
[5]上記[1]に記載の微細藻類を乾燥して得られる乾燥藻体。
[6]上記[1]に記載の微細藻類から炭化水素の少なくとも一部を抽出した後に得られる藻体残渣。
本発明の炭化水素の製造方法によれば、TEPMO-26株又はその他の微細藻類を用いて、アルカリ性の培養液中に微細藻類を保持するという単純な操作によって、微細藻類に蓄積される炭化水素を含む油分量を、高めることができる。
また、本発明の炭化水素の製造方法によれば、TEPMO-26株の培養液の通気ガスに含まれる二酸化炭素濃度を低減するという単純な操作によって、培養中のTEPMO-26株に蓄積される炭化水素を含む油分量を、藻体が液面に浮き上がる程に非常に高めることができる。
本発明の乾燥藻体及び藻体残渣は高い発熱量を有するので、発電等の燃料としての用途に適する。
本発明の第一態様である、TEPMO-26株は後述する方法により取得されたBotryococcus属に属する黄緑色藻である。その培養初期における形態は、図1の光学顕微鏡写真に示す様なコロニー状の群体を呈し、概ね従来のBotryococcus brauniiと類似した形態である。二酸化炭素を例えば5~20%で含む通気ガスを供給しながら撹拌し、例えば25~35℃でTEPMO-26株を培養すると、最短2.1日で藻体濃度が倍化する。適当な藻体濃度に達した時点で、通気ガスを純空気に切り換えると、培養液のpHがアルカリ性へ変化し、翌日には藻体が黄色味を帯びはじめ、数日以内にオレンジ色が深まる(図2)。また、培養液の攪拌を停止すると藻体が培養液の液面に浮上する(図3)。藻体が緑色である場合に攪拌を停止すると藻体は培養液の底へ沈降することから、オレンジ色に変色した藻体内には培養液よりも密度が低い物質(高濃度の油分)が蓄積されていることが分かる。
一例として、実施例で後述する様に、TEPMO-26株の乾燥固形物は40,680J/g (9,700kcal/kg)の発熱量を示す。
データベースと照合した結果、Botryococcus属の既知の微細藻類Botryococcus terribilisのAICB870株と塩基配列が高い相同性を示したことから、TEPMO-26株はBotryococcus属terribilis種に分類される株であることが分かった。
本発明の第二態様の炭化水素の製造方法は、微細藻類を培養液中で培養する培養工程と、前記培養工程で培養した前記微細藻類を、前記培養液のpHよりもアルカリ性の培養液中で保持する保持工程と、前記保持工程の後で前記培養液から藻類を回収する回収工程と、を含む炭化水素の製造方法。
前記微細藻類を培養する方法は特に限定されず、例えば、従来のBotryococcus属に属する微細藻類を培養可能な公知方法が適用できる。また、例えば培養容器を継代ごとに大きくすることにより、大量培養を行うことができる。培養時には藻体が沈殿しない程度に攪拌しながら、光照射下で通気培養することが好ましい。
培養液のpHは、pH6~9が好ましく、pH6~7がより好ましい。
培養条件を切り替える時期としては、増殖期の後半が好ましく、例えば、藻体濃度が0.8dry‐g/L以上になった後で培養条件を切り替えることが好ましい。藻体濃度が比較的高くなった後で培養条件を切り替えることにより、炭化水素の製造効率を高めることができる。
本態様の保持工程では、上記の培養条件(i), (ii), (iii)の切り替えのうち、少なくとも(iii)の条件を切り替える。すなわち、培養工程で培養した微細藻類を、培養工程で用いた培養液のpHよりもアルカリ性の培養液中に保持する。例えば、培養工程で用いた培養液のpHが6.0~6.5である場合、保持工程で用いる培養液のpHは、pH7.0~10.0が好ましく、pH7.5~9.5がより好ましく、pH8.0~9.0がさらに好ましい。また、例えば、培養工程で用いた培養液のpHが6.5超~7.5である場合、保持工程で用いる培養液のpHは、pH8.0~10.0が好ましく、pH8.5~9.5がより好ましく、pH8.0~9.0がさらに好ましい。
なお、保持工程においては通気を中止してもよい。
保持工程の完了の目安として、微細藻類の変色が挙げられる。藻体内に油分が蓄積されるとともに、緑色の藻体が黄色を経て橙色又は褐色になる。
保持工程で保持した藻体の回収方法は特に限定されず、従来の微細藻類の場合と同様の方法が適用可能である。回収工程以降の処理は、後述する第三態様の炭化水素の製造方法と同様に行うことができる。
本発明の第三態様である、炭化水素の製造方法は、TEPMO-26株を培養し、藻体内に炭化水素を含む油分を蓄積させる工程を有する。前記油分には油脂が含まれていてもよい。
本態様の製造方法は、TEPMO-26株の培養工程と、その培養工程によって増殖させたTEPMO-26株を培養液中から回収する工程と、回収したTEPMO-26株の藻体から炭化水素を抽出する工程を有する。
TEPMO-26株を培養する方法は特に限定されず、例えば、従来のBotryococcus属に属する微細藻類を培養可能な公知方法が適用できる。また、例えば培養容器を継代ごとに大きくすることにより、大量培養を行うことができる。培養時には藻体が沈殿しない程度に攪拌しながら、光照射下で通気培養することが好ましい。
培養液のpHは、pH6~9が好ましく、pH6~7がより好ましい。
培養条件を切り替える時期としては、増殖期の後半が好ましく、例えば、藻体濃度が0.8dry‐g/L以上になった後で培養条件を切り替えることが好ましい。藻体濃度が比較的高くなった後で培養条件を切り替えることにより、炭化水素の製造効率を高めることができる。
本態様の炭化水素の製造方法においては、TEPMO-26株の藻体がオレンジ色に呈色した後で藻体を回収することが好ましい。
オレンジ色に呈色した藻体には炭化水素が高濃度で含有される。培養条件にもよるが、培養液の液面に浮上する程に高濃度で炭化水素が含有され、例えば乾燥藻体の60質量%以上、好ましくは70質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上の炭化水素が含有され得る。
同様に、炭化水素含有量が70質量%の上記乾燥藻体の発熱量は約36,800J/gであり、炭化水素含有量が80質量%の上記乾燥藻体の発熱量は約39,600J/gであると見積もられる。
藻体内に含まれる炭化水素を含む油分を抽出する方法は特に限定されず、例えば従来の微細藻類から油分や脂質を抽出する公知方法が適用可能であり、例えば、物理的に藻体を圧搾又は圧縮することにより藻体外へ炭化水素を搾り出す方法、藻体を有機溶媒、酸、アルカリ等の抽出溶媒に浸漬して化学的に溶出させる方法等が挙げられる。抽出後の用途に応じて、さらに炭化水素を含む油分を公知方法で精製してもよい。
前記炭化水素の炭素数の上限は特に限定されないが、溶解性を向上させる観点から、例えば50以下が好ましい。
前記炭化水素は、脂肪族炭化水素であってもよいし、芳香族炭化水素であってもよい。前記脂肪族炭化水素は飽和炭化水素であってもよいし、不飽和炭化水素であってもよい。前記脂肪族炭化水素は直鎖状、分岐鎖状、環状の何れの構造であってもよい。
本発明の第四態様は、第一態様の微細藻類であるTEPMO-26株の藻体から炭化水素等の油分の少なくとも一部を抽出した後に得られる藻体残渣である。この藻体残渣は、細胞の骨格となる細胞壁セルロースや、群体同士を結合させているバイオポリマーが少なくとも含まれるので、ボイラー等の燃料として利用することができる。さらに抽出工程における炭化水素の抽出効率が100%未満である場合には、油分が藻体残渣に残留し、残渣の発熱量を上昇させるので、藻体残渣の燃料として利用価値は高い。
前記バイオポリマーは、直鎖状の炭化水素がエーテル結合によりネットワークを形成するポリマーであるため、高発熱量が期待される。
前記バイオポリマーは、細胞群体を光学顕微鏡で観察した際に、細胞群体同士を繋ぐゴム紐の様に観察されることがある。
本発明の第五態様は、第一態様の微細藻類であるTEPMO-26株の藻体を乾燥して得られる乾燥藻体である。前記回収工程で回収した藻体を乾燥することにより、高い発熱量を示す乾燥藻体が得られる。この乾燥藻体は炭化水素を含む油分を含有するため可燃性であり、そのまま燃料として利用することができる。
回収した藻体を乾燥させる方法は特に限定されず、例えば、フリーズドライ(凍結乾燥)、減圧乾燥、風乾等の常法が適用可能である。ここで例示した乾燥方法は藻体残渣を乾燥する方法としても適用できる。
藻類の単離を目的に、静岡県、滋賀県、沖縄県の水田や人工池、ダム湖から表層水をサンプリングした。顕微鏡観察において形態的に黄緑色藻Botryococcus属と思われる細胞群体が確認された。この細胞群体の単離を公知のピペット洗浄法で行った。毛細管ピペットで吸い上げて洗浄した細胞群体をマルチウェルプレートでさらに洗浄し、培養した。その後、培養規模を拡大して50mL試験管内における培養によって、目的の株の増殖及び単離を確認した。得られた複数の単離株の中から増殖力に優れた6株を、500mL培養瓶に移植し、培養容器表面光強度50μmol/m2/s、温度25℃、5%CO2/95%Air-1mL/secで通気して増殖させた。これら6株の中から最も増殖に優れた株としてTEPMO-26株を選抜した。単離から選抜に至る培養にはC培地(Ichimura, 1971)を用いた。
TEPMO-26株を下記条件で培養した。
緑藻用C培地、ラン色細菌用BG-11培地、BG-11改変培地の3種の液体培地を使用し、TEPMO-26株の増殖の比較を行った。ここで使用したBG-11培地は、C培地よりも窒素濃度が高く窒素要求性の高い株に適し、かつ高価なビタミンを含まない培地である。BG11改変培地はBG-11培地をさらに安価にするため、窒素減としての硝酸塩を、窒素ベースで等モル濃度の尿素に置き換えた培地である。培地各500mLを用意し、初期細胞濃度0.2dry-mg/L、光強度50μmol/m2/s、温度25℃、5%CO2/95%Air-8mL/sec通気で培養を開始した。
乾燥固形物1.0 dry-gから炭化水素を約70%の効率で抽出した後に得られる藻体残渣は、含有率84%の炭化水素の30%がまだ含まれており、発熱量は、23,885J/g (約5,708kcal/kg) ( =45,070J/g×0.84×0.30+17,510J/g×0.70)と算出される。
同様に、乾燥固形物1.0 dry-gから炭化水素を約90%の効率で抽出した後に得られる藻体残渣の発熱量は、19,545J/g (約4,671 kcal/kg) ( =45,070J/g×0.84×0.10+17,510J/g×0.90)と算出される。
上記のように炭化水素を抽出した後に得られる藻体残渣の高い発熱量は、燃料として有用である。
BG-11改変培地500mLを用意し、初期細胞濃度0.2dry-mg/L、光強度50μmol/m2/s、5%CO2/95%Air-8mL/sec通気の条件下で、培養温度を20℃、25℃、30℃、35℃の4段階に設定して、TEPMO-26株の増殖を比較した。
その結果、各温度における倍化時間が170日、8.5日、7.5日、13日であったことから、至適増殖温度帯は25~30℃近辺にあり、20℃近辺に温度が低下すると著しく増殖が低下することが判った。
BG-11改変培地を使用し、培養規模を10Lジャーファメンタ、50Lパンライト水槽、50Lチューブリアクタに拡大し、更に各培養容器表面の光強度をそれぞれ100、270、320μmol/m2/sに設定して、5%CO2/95%Air通気、培養温度25℃で、TEPMO-26株の増殖を比較した。
その結果、細胞濃度は50Lチューブリアクタで最高1dry-g/Lに達し、倍化時間は10Lジャーファメンタで最短の2.1日であった。また、50Lチューブリアクタへの通気を5%CO2から純空気に切り替えることによって、細胞がオレンジに変色し、細胞内で炭化水素が産生されたことを確認することができた。
これらの結果から、本実施例よりも強い光強度を有する太陽光を利用することにより、細胞濃度、細胞内で産生される炭化水素量をさらに高めることができると考えられる。
Claims (5)
- 微細藻類Botryococcus terribilis TEPMO-26株(FERM P-22360)。
- 請求項1に記載の微細藻類を培養する工程を有する炭化水素の製造方法。
- 微細藻類を培養液中で培養する培養工程と、
前記培養工程で培養した前記微細藻類を、前記培養液のpHよりもアルカリ性の培養液中で保持する保持工程と、
前記保持工程の後で前記培養液から藻類を回収する回収工程と、
を含む炭化水素の製造方法であって、
前記微細藻類が、微細藻類Botryococcus terribilis TEPMO-26株(FERM P-22360)である、炭化水素の製造方法。 - 請求項1に記載の微細藻類を乾燥して得られる乾燥藻体。
- 請求項1に記載の微細藻類から炭化水素の少なくとも一部を抽出した後に得られる藻体残渣。
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