JP7395144B2

JP7395144B2 - 微細藻培養方法および微細藻培養装置

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Publication number: JP7395144B2
Application number: JP2019073016A
Authority: JP
Inventors: 祐二中嶋; 大司上野; 武夫圷; 康浩菓子野; 健太郎伊福
Original assignee: Kyoto University; University of Hyogo; Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Current assignee: Kyoto University; University of Hyogo; Mitsubishi Heavy Industries Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2023-12-11
Anticipated expiration: 2039-04-05
Also published as: JP2020167984A

Description

本発明は、微細藻培養方法および微細藻培養装置に関する。

近年、微細藻は、その高い増殖特性や細胞から取り出すことの出来る有用物を利用することについて、食糧やエネルギー等の各種の分野において多くの期待が寄せられており、微細藻を培養するための種々の技術が知られている。例えば、特許文献１には、キートセラス等の珪藻を４．０×１０^７ｃｅｌｌｓ／ｍｌ（４．０×１０^１３ｃｅｌｌｓ／ｍ^３）以上の高濃度で安定して培養することを目的とし、珪藻を含む液体の成分として、リン、窒素およびケイ素を含有し、ケイ素および窒素の質量濃度比を表すケイ素／窒素が０．１８を超える値に設定することが開示されている。

特開２００４－１８７６７５号公報

特許文献１においては、扁平培養瓶を使った試験であり、工業的培養で危惧される微生物のコンタミネーションが発生する環境を想定した試験とは考えにくい。従って、工業的培養を想定した場合に、コンタミネーションの発生を考慮しつつ微細藻を所定の細胞濃度に培養する工夫が必要である。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、コンタミネーションによる影響を抑制しつつ微細藻を所定の細胞濃度まで培養することのできる微細藻培養方法および微細藻培養装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る微細藻培養方法は、微細藻を含む培養液における前記微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得する工程と、前記培養液を収容した培養槽において微細藻の目標とする細胞濃度を設定する工程と、前記細胞当たりのケイ素濃度および前記目標とする細胞濃度に基づいて前記培養槽にケイ素を供給する工程と、を含む。

本発明の一態様に係る微細藻培養方法では、ケイ素を供給する工程は、複数回に分けてケイ素を供給することが好ましい。

本発明の一態様に係る微細藻培養方法では、前記培養液における細胞濃度を計測する工程をさらに含むことが好ましい。

本発明の一態様に係る微細藻培養方法では、前記培養液におけるケイ素濃度を計測する工程をさらに含むことが好ましい。

本発明の一態様に係る微細藻培養方法では、前記培養液における細胞濃度を計測する工程と、前記培養液におけるケイ素濃度を計測する工程と、をさらに含むことが好ましい。

本発明の一態様に係る微細藻培養方法では、前記培養液における細胞濃度が前記目標とする細胞濃度となった場合、ケイ素の供給を停止する工程をさらに含む、ことが好ましい。

ケイ素の供給を停止する前記工程は、ケイ素の供給を所定時間停止する、ことが好ましい。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る微細藻培養装置は、微細藻を含む培養液を収容する培養槽と、前記培養液にケイ素を供給するケイ素供給部と、微細藻を含む培養液における前記微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得し、前記培養槽において目標とする微細藻の細胞濃度を設定して、前記細胞当たりのケイ素濃度および前記目標とする細胞濃度に基づいて前記ケイ素供給部を制御する制御部と、を備える。

本発明の一態様に係る微細藻培養装置では、前記制御部は、複数回に分けてケイ素を供給するように前記ケイ素供給部を制御することが好ましい。

本発明の一態様に係る微細藻培養装置では、前記培養液における細胞濃度を計測する細胞濃度計測部をさらに備え、前記制御部は、前記細胞濃度計測部による計測結果を監視することが好ましい。

本発明の一態様に係る微細藻培養装置では、前記培養液におけるケイ素濃度を計測するケイ素濃度計測部をさらに備え、前記制御部は、前記ケイ素濃度計測部による計測結果を監視することが好ましい。

本発明の一態様に係る微細藻培養装置では、前記培養液における細胞濃度を計測する細胞濃度計測部と、前記培養液におけるケイ素濃度を計測するケイ素濃度計測部と、をさらに備え、前記制御部は、前記細胞濃度計測部およびケイ素濃度計測部による計測結果を監視することが好ましい。

本発明の一態様に係る微細藻培養装置では、前記ケイ素供給部におけるケイ素の供給を停止する停止部をさらに備え、前記制御部は、前記培養液における細胞濃度が前記目標とする細胞濃度となった場合、前記停止部を制御してケイ素の供給を停止することが好ましい。

前記制御部は、前記停止部を制御してケイ素の供給を停止した状態を所定時間維持することが好ましい。

本発明によれば、微細藻の開始細胞濃度から目標細胞濃度に至らせるため、培養期間において、所定のケイ素濃度を確保することで、ケイ素欠乏による増殖低下、特にコンタミネーションによる食害の影響を軽減し、微細藻を目標細胞濃度まで培養できる。

図１は、本発明の実施形態に係る微細藻培養方法の培養時間と細胞濃度の関係を示すグラフである。図２は、本発明の実施形態に係る微細藻培養方法の培養時間とケイ素濃度の関係を示すグラフである。図３は、本発明の実施形態１に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図４は、本発明の実施形態１に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。図５は、本発明の実施形態１に係る微細藻培養方法を示すタイムチャートである。図６は、本発明の実施形態２に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図７は、本発明の実施形態２に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。図８は、本発明の実施形態３に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図９は、本発明の実施形態３に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。図１０は、本発明の実施形態４に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図１１は、本発明の実施形態４に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る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。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る微細藻培養方法の培養時間と細胞濃度の関係を示すグラフである。図２は、本実施形態に係る微細藻培養方法の培養時間とケイ素濃度の関係を示すグラフである。

光合成を行う生物（陸上植物や微細藻（珪藻やパルマ藻）等）では、光エネルギーと炭素源である二酸化炭素に加え、窒素、リン、微量成分が必要である。特に、高等植物（稲などで）では植物体を維持するためにケイ素（Ｓｉ）が必要とされており、ケイ素が無い環境では生育が悪い、または生育しないと言われている。

微細藻でも、特に珪藻ではケイ素が必須とされているが、その必要理由に関しては明確でなく、ケイ素が無い培地では生育しない、または生育が悪い、ということが言われている。一方で、ケイ素を利用する珪藻との近縁種であって珪藻と同様に外殻にケイ素の殻を有するパルマ藻は、ケイ素が無くとも生育が可能と報告されている。これらのことから、ケイ素を利用する微細藻では、ケイ素の必要性が必ずしも明確では無く、これまでの培養例からケイ素を培地に供給していると言える。

珪藻（キートセロス等のケイ素の殻を持つ微細藻）は、魚介類の餌料として利用されているだけでなく、フィコキサンチンなどの有用物質生産、さらには、燃料生産への活用が期待されており、工業的な大量培養を行うことが望まれている。微細藻の大量培養を行う場合は、培養コスト軽減のため、ビールタンクを改良した大型の光照射方式の培養装置やレースウェイ等の開放系の培養装置で培養を行うことが求められる。しかしながら、これら工業的な培養方法では微生物のコンタミネーションが懸念される。このため、コンタミネーションに対して何らかの方策が必要になる。

発明者等は、微細藻をレースウェイで培養したところ、実験室での試験管および扁平培養瓶での培養とは異なり、培養後期の直線増殖期では、微生物による食害が発生し、これが微細藻の濃度を低下させることを突き止めた。さらに、その食害は、培地中のケイ素濃度と密接な関係があり、培地中にケイ素が欠乏すると微生物による食害が顕著になることを確認した。

図１および図２においては、微細藻をレースウェイで培養した実験結果を示している。培養初期は、ケイ素（メタケイ酸ナトリウム：Ｎａ_２ＳｉＯ_３）が豊富で、健全な微細藻が大多数である。そして、培養時間の経過と共に微細藻が増殖する一方でケイ素が減少する。ケイ素が欠乏しても、しばらくは微細藻が増殖しているかに見える。しかし、微生物による食害は、ケイ素の欠乏と共に開始され、ケイ素の欠乏後数日後に顕著になっていると考えられる。

培養初期は、健全な微細藻が大多数であるが、ケイ素が無い状況では、微生物による食害にあった微細藻が増える。ケイ素欠乏により、細胞分裂時にケイ素を主体とした外殻の形成が困難となり、健全な外殻を持たない不完全な微細藻が発生する。通常の外殻がある微細藻は、微生物による食害を防げたが、不完全な微細藻は、健全な外殻を持たないために微生物の細胞内への侵入を容易にし、食害を受けやすくなったと考えられる。このことから、細胞を囲む外殻でケイ素を必要とする微細藻の培養において、微生物のコンタミネーションの影響を減らすために、ケイ素濃度を一定量に保つ必要がある。

［実施形態１］
図３は、実施形態１に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図４は、実施形態１に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。図５は、本発明の実施形態１に係る微細藻培養方法を示すタイムチャートである。

図３に示すように、実施形態１の微細藻培養装置１は、培養槽２と、ケイ素供給部３と、制御部４と、を有する。なお、本実施形態では、微細藻培養装置１の例として、レースウエイ培養を行うものとした。

培養槽２は、微細藻を含む培養液１０を収容する。培養槽２は、例えば、金属または樹脂等により形成される。培養槽２は、例えば、矩形の槽状であるが、これに限定されず、他の形状であってもよい。培養槽２は、チューブ式やパネル式の槽であってもよい。培養槽２は、上部が開口されて内部が大気開放された状態であってもよいし、上部が蓋部材により塞がれて密閉された状態であってもよい。ただし、上部を蓋部材で塞ぐ場合、蓋部材は、微細藻が光合成を行う波長の光を透過する素材で形成される。従って、培養槽２の中の培養液１０には、太陽光が供給される。培養槽２は、太陽光を取り込みやすくするために、蓋部材に限らず、側面部分が光を透過する素材で形成されてもよい。また、培養槽２は、底面が光を反射させる素材で形成されてもよい。

培養槽２は、図には明示しないが、微細藻を供給する微細藻供給部や、培養液を供給する培養液供給部や、収容する微細藻を含む培養液１０に大気を供給するガス供給部を備えてもよい。また、培養槽２は、その他に、培養液１０の液面レベルを計測するレベル計や、培養液１０の温度を調整する温度調整部や、培養液１０の回収部や、培養槽２の洗浄時に培養液１０を排出する排出部等を備えてもよい。

ケイ素供給部３は、培養槽２に収容された培養液１０にケイ素を供給する。供給するケイ素の形態は、メタケイ酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳｉＯ_３）やメタケイ酸カリウム（Ｋ_２ＳｉＯ_３）があり、水に溶かした状態で供給することが好ましい。従って、ケイ素供給部３は、図には明示しないが、ケイ素を貯留する貯留部と、貯留部から培養槽２に至る供給管と、貯留部から供給管をへてケイ素を送るポンプと、を有する。

制御部４は、例えば、コンピュータであり、図には明示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなマイクロプロセッサを含む演算処理装置などにより実現される。制御部４は、ケイ素供給部３を制御する。

なお、微細藻培養装置１は、光源装置５を備えていてもよい。光源装置５は、培養槽２の中に光を照射する人口照明である。すなわち、光源装置５は、培養槽２に収容された培養液１０の中に光を照射する。光源装置５は、制御部４により制御される。

制御部４による制御、即ち、微細藻培養方法について説明する。

図４に示すように、制御部４は、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得する（ステップＳ１）。ここで、培養液（培地）１０に含まれるケイ素は、例えばメタケイ酸ナトリウムとして供給され、その初期濃度は１５ｍｇ／Ｌとする。また、予め行った培養試験では、ケイ素が欠乏状態に無い状況での細胞当たりのケイ素濃度は、１×１０^－８ｍｇ／ｃｅｌｌであることを確認している。

また、制御部４は、培養液１０を収容した培養槽２において微細藻の目標とする細胞濃度を設定する（ステップＳ２）。ここで、予め行った培養試験において、無菌培養では、培養できた微細藻の細胞濃度は１０^７ｃｅｌｌｓ／ｍｌまで培養が可能であることを確認したが、レースウエイ培養において培養できた微細藻の細胞濃度は１０^６ｃｅｌｌｓ／ｍｌである。従って、本実施形態でのレースウエイ培養において、微細藻の目標とする細胞濃度は、１０^６ｃｅｌｌｓ／ｍｌに設定される。なお、一旦、細胞当たりのケイ素濃度が決まれば、対象細胞種が同一の場合そのデータは流用できる。ただし、細胞当りのケイ素含有量をモニタリングできるものが付いていればデータの正確性を補える。

次に、制御部４は、細胞当たりのケイ素濃度（１０^－８ｍｇ／ｃｅｌｌ）および目標とする細胞濃度（１０^６ｃｅｌｌｓ／ｍｌ）に基づいて培養槽２にケイ素を供給するようにケイ素供給部３を制御する（ステップＳ３）。ケイ素（メタケイ酸ナトリウム）の目標とするケイ素濃度は、１０^－８ｍｇ／ｃｅｌｌ×１０^６ｃｅｌｌｓ／ｍｌ＝１０^－２ｍｇ／ｍｌ＝１０ｍｇ／Ｌとなる。従って、余裕分を含め、目標とするケイ素濃度を１５ｍｇ／Ｌとする。このように、制御部４は、目標とするケイ素濃度となるようにケイ素供給部３を制御し、増殖させる微細藻も細胞量に相当する以上のケイ素を培養槽２に供給する。

なお、上述した微細藻培養方法は、微細藻培養装置１により自動でケイ素の供給を実行するものであるが、微細藻培養装置１を用いない場合、即ち、ケイ素供給部３により手動でケイ素を供給する微細藻培養方法であっても同様にステップＳ１～Ｓ３を行う。なお、微細藻の目標とする細胞濃度は藻類によっても違いがあり、一般的に工業的培養を行う場合では濃いほうが好ましいが、栄養塩濃度によっても変動する。なお、本実施形態では、ケイ素をメタケイ酸ナトリウムとして供給したが、このメタケイ酸ナトリウムを含有する砂をケイ素として培養槽２に供給することが可能である。

このように、実施形態１の微細藻培養方法は、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得する工程と、培養液１０を収容した培養槽において微細藻の目標とする細胞濃度を設定する工程と、細胞当たりのケイ素濃度および目標とする細胞濃度に基づいて培養槽２にケイ素を供給する工程と、を含む。

実施形態１の微細藻培養装置１は、微細藻を含む培養液１０を収容する培養槽２と、培養液１０にケイ素を供給するケイ素供給部３と、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得し、培養液１０において目標とする微細藻の細胞濃度を設定して、細胞当たりのケイ素濃度および目標とする細胞濃度に基づいてケイ素供給部３を制御する制御部４と、を備える。

この微細藻培養方法および微細藻培養装置１によれば、図５に示すように、微細藻の開始細胞濃度から目標細胞濃度に至らせるため、培養期間において、所定のケイ素濃度を確保することで、ケイ素欠乏による増殖低下、特にコンタミネーションによる食害の影響を軽減し、微細藻を目標細胞濃度まで培養できる。そして、微細藻培養方法によれば、培地成分（栄養塩）であるケイ素を最適な濃度にすることができ、ランニングコストを最小限にした培養が可能になる。

また、実施形態１の微細藻培養方法では、ケイ素を供給する工程は、所定量を１回または連続して供給してもよいが、複数回に分けてケイ素を供給する。

実施形態１の微細藻培養装置１では、制御部４は、複数回に分けてケイ素を供給するようにケイ素供給部３を制御する。

培地成分であるケイ素の沈殿発生他が要因でケイ素濃度を高められない場合、複数回に分けてケイ素を供給する。この場合、目標とする微細藻の細胞濃度に達するまで、細胞濃度を下がらないようにケイ素を供給し、かつ目標とするケイ素濃度となるようにケイ素の積算供給量を設定する。例えば、メタケイ酸ナトリウムを使った場合は、数十ｍｇ／Ｌに分けることが好ましく、メタケイ酸ナトリウムが原因で沈殿物を作るのを防ぐ。

従って、藻類によっては、初期投入のケイ素濃度を高めることができない場合がある。このような場合、複数回に分けてケイ素を供給することによって、必要量のケイ素が培地成分を沈殿させることなく供給できる。

また、他エネルギー源である光源装置５による光の追加で、目標とする細胞濃度以上まで増殖させることができる。なお、微細藻は、投入光エネルギー量によって増殖量が推算されることから、積算光エネルギー量を加味して目標とする細胞濃度を推察することでケイ素の必要投入量を算出してもよい。例えば、ケイ素の供給量が５ｍｇ／Ｌを下回ると考えられた場合にケイ素を供給する。この他エネルギー源である光の追加は、以下に説明する各実施形態において適用でき、同様に目標とする細胞濃度以上まで増殖させることができる。

［実施形態２］
図６は、実施形態２に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図７は、実施形態２に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。

実施形態２の微細藻培養装置１１は、図６に示すように、実施形態１の微細藻培養装置１に対し、細胞濃度計測部６をさらに備える。その他の構成は、実施形態１の微細藻培養装置１と同じであり、同一の符号を付して説明を省略する。

細胞濃度計測部６は、培養槽２に収容された培養液１０における細胞濃度を計測する。細胞濃度計測部６は、例えば、顕微鏡等を使った計測方法や分光光度計/濁度計を使った方法やフローサイトメーターを使った測定方法やＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids）計を使った計測等で細胞濃度を計測する。

制御部４は、細胞濃度計測部６の計測結果を取得する。制御部４は、細胞濃度計測部６による計測結果を監視する。

図７に示すように、制御部４は、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得する（ステップＳ１１）。ここでの微細藻の細胞当たりのケイ素濃度は、実施形態１と同様である。

また、制御部４は、培養液１０を収容した培養槽２において微細藻の目標とする細胞濃度を設定する（ステップＳ１２）。ここでの微細藻の目標とする細胞濃度の設定は、実施形態１と同様である。

次に、制御部４は、細胞当たりのケイ素濃度（１０^－８ｍｇ／ｃｅｌｌ）および目標とする細胞濃度（１０^６ｃｅｌｌｓ／ｍｌ）に基づいて培養槽２にケイ素を供給するようにケイ素供給部３を制御する（ステップＳ１３）。ケイ素（メタケイ酸ナトリウム）の目標とするケイ素濃度は、実施形態１と同様である。このように、制御部４は、目標とするケイ素濃度となるようにケイ素供給部３を制御し、増殖させる微細藻も細胞量に相当する以上のケイ素を培養槽２に供給する。

次に、制御部４は、ケイ素を培養槽２に供給した後、細胞濃度計測部６で計測された計測結果を、例えば半日毎に定期的に監視する（ステップＳ１４）。

なお、上述した微細藻培養方法は、微細藻培養装置１１により自動でケイ素の供給を実行するものであるが、微細藻培養装置１１を用いない場合、即ち、ケイ素供給部３により手動でケイ素を供給する微細藻培養方法であっても同様にステップＳ１１～Ｓ１３を行い、ステップＳ１４において、手動で細胞濃度計測部６により計測した計測結果を取得する。

このように、実施形態２の微細藻培養方法は、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得する工程と、培養液１０を収容した培養槽において微細藻の目標とする細胞濃度を設定する工程と、細胞当たりのケイ素濃度および目標とする細胞濃度に基づいて培養槽２にケイ素を供給する工程と、培養液１０における細胞濃度を計測する工程と、を含む。

実施形態２の微細藻培養装置１１は、微細藻を含む培養液１０を収容する培養槽２と、培養液１０にケイ素を供給するケイ素供給部３と、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得し、培養液１０において目標とする微細藻の細胞濃度を設定して、細胞当たりのケイ素濃度および目標とする細胞濃度に基づいてケイ素供給部３を制御する制御部４と、を備え、培養液１０における細胞濃度を計測する細胞濃度計測部６をさらに備え、制御部４は、細胞濃度計測部６による計測結果を監視する。

この微細藻培養方法および微細藻培養装置１１によれば、ケイ素を供給した後に、培養液１０における細胞濃度を計測することで、微細藻の細胞濃度を確認しながらケイ素を１回または連続もしくは複数回に分けて供給できる。このため、計測時点での細胞濃度に見合ったケイ素の積算供給量になるよう、ケイ素を供給できる。特に、実施形態１で説明した、複数回に分けてケイ素を供給する場合に有効である。この結果、ケイ素欠乏による増殖低下、特にコンタミネーションによる食害の影響を軽減し、微細藻を目標細胞濃度まで培養できる。

また、実施形態２の微細藻培養方法では、培養液１０における細胞濃度が目標とする細胞濃度となった場合、ケイ素の供給を停止する工程をさらに含む。また、ケイ素の供給を停止する前記工程は、ケイ素の供給を所定時間停止することが好ましい。

実施形態２の微細藻培養装置１１では、図６に示すように、ケイ素供給部３におけるケイ素の供給を停止する停止部３Ａをさらに備え、制御部４は、培養液１０における細胞濃度が目標とする細胞濃度となった場合、停止部３Ａを制御してケイ素の供給を停止する。そして、制御部４は、ケイ素の供給を停止した状態を所定時間維持する。ここで、停止部３Ａは、ケイ素供給部３においてケイ素を供給する供給口を閉止するもので、ケイ素供給部３がケイ素を供給していても供給を停止できる。また、停止部３Ａは、ケイ素供給部３においてケイ素の供給自体を停止するものであってもよい。

工業的な培養の場合、培養した微細藻を加工するにあたり、外殻が壊れにくいことで作業性が損なわれるおそれがある。従って、細胞濃度が目標とする細胞濃度となった場合、ケイ素の供給を停止すると、増殖時にケイ素欠乏により外殻の壊れやすい微細藻となる。この結果、微細藻の加工を容易に行える。なお、停止する所定時間は、ケイ素の細胞濃度が低下しないようにする時間であり、ケイ素の供給を停止した後に、目標とする細胞濃度を超える細胞濃度を細胞濃度計測部６により確認するまでとする。

［実施形態３］
図８は、実施形態３に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図９は、実施形態３に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。

実施形態３の微細藻培養装置１２は、図８に示すように、実施形態１の微細藻培養装置１に対し、ケイ素濃度計測部７をさらに備える。その他の構成は、実施形態１の微細藻培養装置１と同じであり、同一の符号を付して説明を省略する。

ケイ素濃度計測部７は、培養槽２に収容された培養液１０におけるケイ素濃度を計測する。微細藻培養装置１２でのケイ素濃度計測部７は、自動分析によりケイ素濃度を計測する。

制御部４は、ケイ素濃度計測部７の計測結果を取得する。制御部４は、ケイ素濃度計測部７による計測結果を監視する。

図９に示すように、制御部４は、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得する（ステップＳ２１）。ここでの微細藻の細胞当たりのケイ素濃度は、実施形態１と同様である。

また、制御部４は、培養液１０を収容した培養槽２において微細藻の目標とする細胞濃度を設定する（ステップＳ２２）。ここでの微細藻の目標とする細胞濃度の設定は、実施形態１と同様である。

次に、制御部４は、細胞当たりのケイ素濃度（１０^－８ｍｇ／ｃｅｌｌ）および目標とする細胞濃度（１０^６ｃｅｌｌｓ／ｍｌ）に基づいて培養槽２にケイ素を供給するようにケイ素供給部３を制御する（ステップＳ２３）。ケイ素（メタケイ酸ナトリウム）の目標とするケイ素濃度は、実施形態１と同様である。このように、制御部４は、目標とするケイ素濃度となるようにケイ素供給部３を制御し、増殖させる微細藻も細胞量に相当する以上のケイ素を培養槽２に供給する。

次に、制御部４は、ケイ素を培養槽２に供給した後、ケイ素濃度計測部７で計測された計測結果を、例えば半日毎に定期的に監視する（ステップＳ２４）。

なお、上述した微細藻培養方法は、微細藻培養装置１２により自動でケイ素の供給を実行するものであるが、微細藻培養装置１２を用いない場合、即ち、ケイ素供給部３により手動でケイ素を供給する微細藻培養方法であっても同様にステップＳ２１～Ｓ２３を行い、ステップＳ２４において、手動でケイ素濃度計測部７により計測した計測結果を取得する。

このように、実施形態３の微細藻培養方法は、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得する工程と、培養液１０を収容した培養槽において微細藻の目標とする細胞濃度を設定する工程と、細胞当たりのケイ素濃度および目標とする細胞濃度に基づいて培養槽２にケイ素を供給する工程と、培養液１０におけるケイ素濃度を計測する工程と、を含む。

実施形態３の微細藻培養装置１２は、微細藻を含む培養液１０を収容する培養槽２と、培養液１０にケイ素を供給するケイ素供給部３と、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得し、培養液１０において目標とする微細藻の細胞濃度を設定して、細胞当たりのケイ素濃度および目標とする細胞濃度に基づいてケイ素供給部３を制御する制御部４と、を備え、培養液１０におけるケイ素濃度を計測するケイ素濃度計測部７をさらに備え、制御部４は、ケイ素濃度計測部７による計測結果を監視する。

この微細藻培養方法および微細藻培養装置１２によれば、ケイ素を供給した後に、培養液１０におけるケイ素濃度を計測することで、ケイ素濃度を確認しながらケイ素を供給できる。このため、所望とするケイ素の積算供給量になるよう、１回または連続もしくは複数回に分けてケイ素を供給できる。特に、実施形態１で説明した、複数回に分けてケイ素を供給する場合に有効である。この結果、ケイ素欠乏による増殖低下、特にコンタミネーションによる食害の影響を軽減し、微細藻を目標細胞濃度まで培養できる。

［実施形態４］
図１０は、実施形態４に係る微細藻培養装置を示す概略構成図である。図１１は、実施形態４に係る微細藻培養方法を示すフローチャートである。

実施形態４の微細藻培養装置１３は、図１０に示すように、実施形態１の微細藻培養装置１に対し、細胞濃度計測部６およびケイ素濃度計測部７をさらに備える。その他の構成は、実施形態１の微細藻培養装置１と同じであり、同一の符号を付して説明を省略する。

細胞濃度計測部６は、培養槽２に収容された培養液１０における細胞濃度を計測する。細胞濃度計測部６は、顕微鏡等を使った計測方法や分光光度計/濁度計を使った方法で細胞濃度を計測する。

ケイ素濃度計測部７は、培養槽２に収容された培養液１０におけるケイ素濃度を計測する。微細藻培養装置１３でのケイ素濃度計測部７は、自動分析によりケイ素濃度を計測する。

制御部４は、細胞濃度計測部６の計測結果を取得する。制御部４は、ケイ素濃度計測部７の計測結果を取得する。制御部４は、細胞濃度計測部６による計測結果およびケイ素濃度計測部７による計測結果を監視する。

図１１に示すように、制御部４は、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得する（ステップＳ３１）。ここでの微細藻の細胞当たりのケイ素濃度は、実施形態１と同様である。

また、制御部４は、培養液１０を収容した培養槽２において微細藻の目標とする細胞濃度を設定する（ステップＳ３２）。ここでの微細藻の目標とする細胞濃度の設定は、実施形態１と同様である。

次に、制御部４は、細胞当たりのケイ素濃度（１０^－８ｍｇ／ｃｅｌｌ）および目標とする細胞濃度（１０^６ｃｅｌｌｓ／ｍｌ）に基づいて培養槽２にケイ素を供給するようにケイ素供給部３を制御する（ステップＳ３３）。ケイ素（メタケイ酸ナトリウム）の目標とするケイ素濃度は、実施形態１と同様である。このように、制御部４は、目標とするケイ素濃度となるようにケイ素供給部３を制御し、増殖させる微細藻も細胞量に相当する以上のケイ素を培養槽２に供給する。

次に、制御部４は、ケイ素を培養槽２に供給した後、細胞濃度計測部６で計測された計測結果、およびケイ素濃度計測部７で計測された計測結果を、例えば半日毎に定期的に監視する（ステップＳ３４）。

なお、上述した微細藻培養方法は、微細藻培養装置１３により自動でケイ素の供給を実行するものであるが、微細藻培養装置１３を用いない場合、即ち、ケイ素供給部３により手動でケイ素を供給する微細藻培養方法であっても同様にステップＳ３１～Ｓ３３を行い、ステップＳ３４において、手動で細胞濃度計測部６により計測した計測結果を取得し、手動でケイ素濃度計測部７により計測した計測結果を取得する。

このように、実施形態４の微細藻培養方法は、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得する工程と、培養液１０を収容した培養槽において微細藻の目標とする細胞濃度を設定する工程と、細胞当たりのケイ素濃度および目標とする細胞濃度に基づいて培養槽２にケイ素を供給する工程と、培養液１０における細胞濃度を計測する工程と、培養液１０におけるケイ素濃度を計測する工程と、を含む。

実施形態４の微細藻培養装置１３は、微細藻を含む培養液１０を収容する培養槽２と、培養液１０にケイ素を供給するケイ素供給部３と、微細藻を含む培養液１０における微細藻の細胞当たりのケイ素濃度を取得し、培養液１０において目標とする微細藻の細胞濃度を設定して、細胞当たりのケイ素濃度および目標とする細胞濃度に基づいてケイ素供給部３を制御する制御部４と、を備え、培養液１０における細胞濃度を計測する細胞濃度計測部６と、培養液１０におけるケイ素濃度を計測するケイ素濃度計測部７をさらに備え、制御部４は、細胞濃度計測部６およびケイ素濃度計測部７による計測結果を監視する。

この微細藻培養方法および微細藻培養装置１３によれば、ケイ素を供給した後に、培養液１０における細胞濃度およびケイ素濃度を計測することで、微細藻の細胞濃度およびケイ素濃度を確認しながらケイ素を供給できる。このため、所望とするケイ素の積算供給量になるよう、１回または連続もしくは複数回に分けてケイ素を供給できる。特に、実施形態１で説明した、複数回に分けてケイ素を供給する場合に有効である。この結果、ケイ素欠乏による増殖低下、特にコンタミネーションによる食害の影響を軽減し、微細藻を目標細胞濃度まで培養できる。

また、実施形態４の微細藻培養方法では、培養液１０における細胞濃度が目標とする細胞濃度となった場合、ケイ素の供給を停止する工程をさらに含む。また、ケイ素の供給を停止する前記工程は、ケイ素の供給を所定時間停止することが好ましい。

実施形態４の微細藻培養装置１３では、図１０に示すように、ケイ素供給部３におけるケイ素の供給を停止する停止部３Ａをさらに備え、制御部４は、培養液１０における細胞濃度が目標とする細胞濃度となった場合、停止部３Ａを制御してケイ素の供給を停止する。そして、制御部４は、ケイ素の供給を停止した状態を所定時間維持する。停止部３Ａについては、実施形態２と同様である。

工業的な培養の場合、培養した微細藻を加工するにあたり、外殻が壊れにくいことで作業性が損なわれるおそれがある。従って、細胞濃度が目標とする細胞濃度となった場合、ケイ素の供給を所定時間停止すると、増殖時にケイ素欠乏により外殻の壊れやすい微細藻となる。この結果、微細藻の加工を容易に行える。なお、停止する所定時間は、ケイ素の細胞濃度が低下しないようにする時間であり、ケイ素の供給を停止した後に、目標とする細胞濃度を超える細胞濃度を細胞濃度計測部６により確認するまでとする。

１，１１，１２，１３微細藻培養装置
２培養槽
３ケイ素供給部
３Ａ停止部
４制御部
５光源装置
６細胞濃度計測部
７ケイ素濃度計測部
１０培養液

Claims

珪藻である微細藻を含む培養液における前記微細藻のケイ素が欠乏状態に無い状況での細胞当たりのケイ素濃度を取得する工程と、
前記培養液を収容した開放系の培養装置の培養槽において前記微細藻の目標とする細胞濃度をｎ×１０ ^６ｃｅｌｌｓ／ｍｌ、０＜ｎ≦７に設定する工程と、
前記細胞当たりのケイ素濃度および前記目標とする細胞濃度に基づいて前記培養槽にケイ素を供給する工程と、
を含む、微細藻培養方法。
ケイ素を供給する工程は、複数回に分けてケイ素を供給する、請求項１に記載の微細藻培養方法。
前記培養液における細胞濃度を計測する工程をさらに含む、請求項１または２に記載の微細藻培養方法。
前記培養液におけるケイ素濃度を計測する工程をさらに含む、請求項１または２に記載の微細藻培養方法。
前記培養液における細胞濃度を計測する工程と、
前記培養液におけるケイ素濃度を計測する工程と、
をさらに含む、請求項１または２に記載の微細藻培養方法。
前記培養液における細胞濃度が前記目標とする細胞濃度となった場合、ケイ素の供給を停止する工程をさらに含む、請求項３または５に記載の微細藻培養方法。
ケイ素の供給を停止する前記工程は、ケイ素の供給を所定時間停止する、請求項６に記載の微細藻培養方法。
珪藻である微細藻を含む培養液を収容する開放系の培養装置の培養槽と、
前記培養液にケイ素を供給するケイ素供給部と、
前記微細藻を含む培養液における前記微細藻のケイ素が欠乏状態に無い状況での細胞当たりのケイ素濃度を取得し、前記培養槽において目標とする前記微細藻の細胞濃度をｎ×１０ ^６ｃｅｌｌｓ／ｍｌ、０＜ｎ≦７に設定して、前記細胞当たりのケイ素濃度および前記目標とする細胞濃度に基づいて前記ケイ素供給部を制御する制御部と、
を備える、微細藻培養装置。
前記制御部は、複数回に分けてケイ素を供給するように前記ケイ素供給部を制御する、請求項８に記載の微細藻培養装置。
前記培養液における細胞濃度を計測する細胞濃度計測部をさらに備え、
前記制御部は、前記細胞濃度計測部による計測結果を監視する、請求項８または９に記載の微細藻培養装置。
前記培養液におけるケイ素濃度を計測するケイ素濃度計測部をさらに備え、
前記制御部は、前記ケイ素濃度計測部による計測結果を監視する、請求項８または９に記載の微細藻培養装置。
前記培養液における細胞濃度を計測する細胞濃度計測部と、
前記培養液におけるケイ素濃度を計測するケイ素濃度計測部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記細胞濃度計測部およびケイ素濃度計測部による計測結果を監視する、請求項８または９に記載の微細藻培養装置。
前記ケイ素供給部におけるケイ素の供給を停止する停止部をさらに備え、
前記制御部は、前記培養液における細胞濃度が前記目標とする細胞濃度となった場合、前記停止部を制御してケイ素の供給を停止する、請求項１０または１２に記載の微細藻培養装置。
前記制御部は、前記停止部を制御してケイ素の供給を停止した状態を所定時間維持する、請求項１３に記載の微細藻培養装置。