JP7440910B2 - 培養装置および培養対象の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、培養装置および培養対象の製造方法に関する。

地球温暖化対策として、温暖化ガスの排出を可及的に抑える取り組み等が各国の産業界に強く求められている。クロレラ等の微細藻類や光合成細菌などの微生物は、炭酸ガスを排出しないでエネルギー生産が可能な資源その他の産業上利用可能な資源として有望視されており、商業レベルでの活用及び効率的な製造に期待が寄せられている。

クロレラ等の微細藻類をエネルギー資源その他の産業上の利用に供するためには、生産コストを下げることが求められるが、例えば水中で微細藻類を大量培養する場合、大規模なプールやタンクを必要とする。したがって、用地の取得または設備の大規模化による費用増大等の問題がある。

かかる課題に対して、単位面積当たりの生産量の向上を図るために、鉛直方向に並べた担体に培養液を流下させ、その担体において微細藻類を増殖させ、流下した培養液中から微細藻類を回収する培養システムが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。

特開２０１２－１７５９６４号公報 特開２０１３－１５３７４４号公報

ところで、例えば微細藻類などの培養対象の回収量を増加させるため、培養対象を培養する培養体の寸法を大きくすると、培養装置が大型化する。
そこで、本発明は、大型化を抑制しながら、培養対象の回収量を増加することが可能な培養装置などを提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本明細書に開示される技術は、培養対象を含む培養液が流れ当該培養対象を培養する培養体と、前記培養体に前記培養液を供給する供給体とを有し、前記培養体は、前記培養液が流れる面に並べて設けられた複数の突出部を備える培養装置である。
ここで、前記突出部は、前記面において、前記培養液の流れる方向および当該流れる方向と交差する方向に沿って並べて設けられるとよい。
また、前記突出部は、底面が矩形であり、前記培養液の流れる方向および前記交差する方向において他の前記突出部と隣り合う位置に設けられるとよい。
また、前記面は前記培養体に向けて照射される光を受ける面であり、前記突出部は前記光の光源側に向けて突出するとよい。
また、前記突出部の表面積は、当該突出部の根元の面積の２倍以上であるとよい。
また、前記培養体は、一端部が他端部よりも低い位置に設けられ、前記供給体が前記培養体の前記他端部側に前記培養液を供給し、前記供給体が前記他端部側への前記培養液の供給を停止することにともない、前記培養体の前記一端部の位置が上昇するとよい。
また、前記供給体は、前記培養液の供給を開始してから予め定めたタイミングで当該供給を停止した後、当該培養液の供給を開始することを繰り返し、前記培養液に含まれる前記培養対象は前記繰り返しの後に回収されるとよい。
また、前記供給体が前記培養液の供給を開始してから当該供給を停止するまでの時間は、前記培養対象の倍加時間の０．３倍以上０．７倍以下であるとよい。
また、前記培養体は、平板状であり傾けて設けられ、上側の板面が北側を向くとよい。

他の観点から捉えると、本明細書に開示される技術は、培養対象を培養する培養体に当該培養対象を含む培養液を供給するステップと、予め定めたタイミングで前記供給を停止した後、当該培養液の供給を開始することを繰り返すステップと、前記培養液から前記培養対象を回収するステップとを有し、前記培養体は、一端部が他端部よりも低い位置に設けられ、前記供給体が前記培養体の前記他端部側に前記培養液を供給し、前記供給体が前記他端部側への前記培養液の供給を停止することにともない、前記一端部の位置が上昇する培養対象の製造方法である。

本明細書に開示される技術によれば、本発明は、大型化を抑制しながら、培養対象の回収量を増加することが可能な培養装置などを提供することができる。

本実施の形態に係る培養システムを示す概略構成図である。 培養部の概略構成図である。 担体本体の詳細構成を説明する図である。 培養システムにおける微生物の製造方法を説明するフローチャートである。 本実施の形態における変形例を説明する図である。

以下、本発明の微生物培養システムの一実施形態について図面を参照して説明する。
＜培養システム１＞
図１は、本実施の形態に係る培養システム１を示す概略構成図である。
まず、図１を参照して、本実施の形態が適用される培養システム１の概略構成を説明する。

図１に示すように、培養システム１は、微生物を培養する培養部１０と、培養部１０から微生物とともに培養液を回収し貯留するタンク３０と、タンク３０に貯留された培養液を循環させる駆動源であるポンプ５０と、微生物を含む培養液を流す流路７０と、各構成部材を制御する制御ユニット９０とを有する。なお、培養部１０の詳細構成については後述する。

タンク３０は、培養液を貯留する容器である。また、タンク３０は、培養液からろ過により微生物を分離することで微生物を回収する。なお、タンク３０において微生物が分離された培養液、すなわちろ液は、廃棄されてもよいし、ポンプ５０などを介して再び微生物の培養に利用してもよい。

流路７０は、培養部１０から排出される培養液をタンク３０に流す流出流路７１と、タンク３０からポンプ５０に培養液を流すポンプ流路７３と、ポンプ５０から培養部１０に向けて培養液を流す供給流路７５と、タンク３０から培養液を取り出す取り出し流路７９とを有する。

制御ユニット９０は、コンピュータなどにより構成され、培養システム１の構成部材を制御する。例えば、制御ユニット９０は、ポンプ５０の駆動条件を制御する。具体的には、制御ユニット９０は、ポンプ５０を所定のタイミングで駆動および停止させることにより、培養部１０への培養液の供給、すなわち通水の開始および停止を切り替える。

培養システム１においては、培養部１０で微生物に光が照射されながら、微生物が培養される。また、培養部１０から流出する微生物を含む培養液は、タンク３０およびポンプ５０によって、再び培養部１０へと導かれる。

なお、以下の説明においては、図１に示す培養システム１の上下方向を、単に上下方向ということがある。また、培養システム１の幅方向を、単に幅方向ということがある。また、培養システム１における上下方向および幅方向と交差する方向を、単に奥行方向ということがある。

＜培養対象＞
培養システム１において培養可能な培養対象としては、例えば緑藻(クロレラ、クラミドモナス、ヘマトコッカス、ボトリオコッカス、ドナリエラ)、トレボキシア藻(パラクロレラ)、プラシノ藻、シアノバクテリア(スピルリナ、アルスロステラ、シネココッカス、シネコキスティス、ノストック)、ハプト藻(プレウロクリシス)、珪藻(キートケロス)、真眼点藻鋼(ナンノクロロプシス)、およびユーグレナである。また、光合成は行わないが、ラビリンチュラ(オーランチオキトリウム)および、シアノバクテリアのシネコキスティスにおけるリン酸輸送体の遺伝子破壊株も適用可能である。

また、培養システム１において培養可能な培養対象としては、上記類種のほか、例えばフォルミディウムやオシラトリア、シュードアナベナ、リムノスリックス、スサビノリ、スイゼンジノリ、ガルディエリア、シアニディウム、シアニディオシゾン、ポルフィラ、グラシラリア、パンドリナ、サヤミドロ、アオサ、アオノリ、シュードココミクサ(シュードコリシスティス)、エミリアニア、イソクリシス、ゲフィロカプサ、パブロバ、タラシオシラ、ニッチア、フィッツリフェラ、シアノバクテリア、灰色藻、紅藻、緑藻、トレボキシア藻、プラシノ藻、珪藻、ハプト藻(円石藻)、真眼点藻、さらに、渦鞭毛藻、褐藻などの藻類全般、および光合成細菌含む。これらの突然変異種、および光合成微生物の突然変異体や遺伝子組換え株も含み得る。

付言すると、培養システム１において培養対象とする微生物は、例えば光合成微細藻類を含む光合成微生物である。光合成微生物とは、光合成を行う微生物である。また、光合成においては、光エネルギーを光合成色素が受光して励起され、反応中心クロロフィル(光合成細菌の場合はバクテリアクロロフィル)に伝えられ、水分子を分解して、酸素発生とともに電子を放出することにより一連の酸化還元反応、すなわち電子伝達系が生じる。この電子伝達系が働くことにより、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）とニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ＮＡＤＰＨ）が作られ、このエネルギーおよび還元力を利用して、二酸化炭素固定反応、いわゆるカルビン＝ベンソン回路が働く。その結果、最終的に多糖や脂質、タンパク質などが合成され、細胞が複製される形で増殖する。光合成は、光が直接関与する「明反応」とその後の反応を「暗反応」とする捉え方があるが、カルビン＝ベンソン回路の複数の酵素が受光時に還元され活性化される。

なお、培養システム１において培養対象となる、光エネルギーを利用して生命活動を行う生物としては、原核生物で酸素発生を行わない光合成細菌、酸素発生を行うシアノバクテリア(ラン藻)、および真核生物などが含まれる。真核生物は、所謂藻類と呼ばれ、シアノバクテリアを細胞内に取り込んだ一次共生生物として、灰色藻、紅藻、緑藻、トレボキシア藻、プラシノ藻などがあり、これらの真核単細胞藻類を細胞内に取り込んで成立した二次共生生物として、珪藻、ハプト藻、ユーグレナ、真眼点藻、渦鞭毛藻、ラフィド藻、クロララクニオン藻などがある。なお、褐藻としては多細胞生物が知られているが、他は単細胞の種を含む。また、培養システム１において培養対象となる、好アルカリ性及びアルカリ耐性の種としては、スピルリナ、アースロスピラ、サーモシネココッカス、ノストック、アナベナ、デスモデスムス、クロレラ・ソロキニアーナを含むクロレラ、及び、アルカリ性での増殖が可能な微細藻類株などが含まれる。

＜培養液＞
培養システム１において用いられる培養液は、微細藻類を周知の方法により培養して、微生物の濃度を高めることが可能な培地の希釈液であれば、特に制限されない。培地としては、例えばＣＨＵ培地、ＪＭ培地、ＭＤＭ培地などの一般的な無機培地を用いることができる。さらに、培地としては、ガンボーグＢ５培地、ＢＧ１１培地、ＨＳＭ培地の各種培地の希釈液が好ましい。無機培地には、窒素源としてＣａ（ＮＯ_３）_２・４Ｈ_２ＯやＫＮＯ_３、ＮＨ_４Ｃｌが、その他の主要な栄養成分としてＫＨ_３ＰＯ_４やＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、ＦｅＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏなどが含まれる。また、培地には、微細藻類の生育に影響を与えない抗生物質などを添加してもよい。培地のｐＨは４～１０が好ましい。また、各種産業において排出される廃水などを利用してもよい。

なお、培養液に炭酸水素ナトリウムを含ませることにより、微細藻類の生育に適した二酸化炭素濃度に調整することができる。さらに説明をすると、培養液に炭酸水素ナトリウムを含ませることにより、培養システム１のように、ガスボンベ（不図示）に圧縮して収容された炭酸ガスを培養部１０に供給するガス供給ユニット（不図示）を設けない構成とすることができる。付言すると、図示の培養システム１とは異なり、ガス供給ユニット（不図示）を設ける構成であってもよい。

＜培養部１０＞
図２は、培養部１０の概略構成図である。
次に、図１および図２を参照しながら、培養部１０の概略構成を説明する。
図１に示すように、培養部１０は、上下方向に対して傾斜して設けられ培養液を流下させる担体１１と、担体１１の下方に設けられ担体１１から流下する培養液を受ける受板１５と、担体１１および受板１５を覆い培養液の蒸発を抑制する覆い部（不図示）とを有する。

図２に示すように、担体１１は、太陽光を受けるとともに微生物を含む培養液が流れる部材である担体本体１１０と、担体本体１１０を下方から支持する支持板１３０とを有する。

担体本体１１０は、正面視略長方形の平板状の部材である。担体本体１１０は、例えばウレタンなどの樹脂により形成される。この担体本体１１０の材質としては、例えば親水性であることが好ましい。また、担体本体１１０の材質としては、微生物が付着しやすいものであることが好ましい。この担体本体１１０は、弾性変形可能に構成されている。さらに説明をすると、担体本体１１０は、担体本体１１０の板面に沿う方向において伸縮可能に構成されている。

担体本体１１０は、上下方向上側を向く板面である上面１１１と、上下方向下側を向く下面１１２とを有する。また、担体本体１１０は、上端１１３と、下端１１５とを有する。この担体本体１１０は、上面１１１が上下方向に対して傾斜するように配置されている(図示の角度α参照）。

培養液は、供給流路７５（図１参照）を介して担体本体１１０の上端１１３側に供給され、担体本体１１０の内部を流れるとともに、上面１１１に沿って落下する(図中矢印Ｃ１１参照）。そして、下端１１５に到達した培養液は、受板１５（図１参照）を介して流出流路７１（図１参照）へと流れる。

支持板１３０は、正面視略長方形の平板状の部材である。支持板１３０は、例えばポリエチレンなどの樹脂などによって形成される。この支持板１３０は、担体本体１１０よりも板面が大きな寸法で構成されている。そして、支持板１３０は、担体本体１１０の下面１１２を支持する。なお、支持板１３０は、担体本体１１０を支持することができれば、網目状のシート部材などで構成されてもよい。

さて、本実施の形態における担体本体１１０は、上面１１１に複数の突起１５０を有する。図示の例における突起１５０は、上面１１１において複数並べて設けられている。さらに説明をすると、突起１５０は、奥行方向と、奥行方向に直交する方向とに並べて設けられている。この突起１５０が形成されていることにより、担体本体１１０における光（図示の例においては太陽光）を受ける面、すなわち受光面の面積が増加する。付言すると、突起１５０が形成されていることにより、担体本体１１０に凹凸面が形成され受光面積が増加する。

ここで、突起１５０は、基準となる平面である基準面１６０から突出する部分である。なお、基準面１６０は、下面１１２と平行な仮想平面である。また、図示の例における突起１５０は、略四角錐状である。この突起１５０は、頂部１５１および底面１６１を有する。なお、この底面１６１は、略正方形状（矩形状）であり、基準面１６０の一部分を構成する。また、突起１５０は、頂部１５１および底面１６１の間に複数の側面（平面）を有する。具体的には、突起１５０は、各々二等辺三角形である第１面１５３、第２面１５５、第３面１５７、および第４面１５９を有する。

＜担体本体１１０の詳細構成＞
図３は、担体本体１１０の詳細構成を説明する図である。具体的には、図３（ａ）は図２のIII－IIIにおける断面図であり、図３（ｂ）は担体本体１１０の伸縮を説明する図である。
次に、図２および図３を参照しながら、担体本体１１０の詳細構成を説明する。

＜突起１５０＞
まず、図２および図３（ａ）を参照しながら、突起１５０の構成を説明する。
図２に示すように、突起１５０の高さＨｐ、すなわち基準面１６０から頂部１５１までの高さは０．１ｍｍ～１０ｍｍであり、好ましくは０．５ｍｍ～５ｍｍである。図示の例においては、突起１５０の高さＨｐは１ｍｍである。なお、高さＨｐは、例えば微生物の大きさの１００倍以下であるとよい。具体的に説明をすると、例えば微生物の一つであるクロレラの大きさは、５～１０μｍｍである。担体本体１１０の表面にクロレラを２～３層付着させる場合、突起１５０の高さＨｐは１ｍｍ以下であることが好ましい。なお、突起１５０の高さＨｐが１ｍｍ以下であると、担体本体１１０の上面１１１を流下する培養液が不均一となることが抑制され得る。すなわち、流水の均一性が確保され得る。

また、突起１５０の底面１６１における１辺の長さ、すなわち底辺幅Ｗｐは、０．０１ｍｍ～５ｍｍであり、好ましくは０．１ｍｍ～２ｍｍである。図示の例においては、底辺幅Ｗｐは、０．２ｍｍである。また、突起１５０は、頂部１５１に向かうに従い、幅が小さくなる。さらに説明をすると、突起１５０においては、根元側の突起幅Ｗａよりも先端側の突起幅Ｗｃのほうが短い（Ｗｃ＜Ｗａ）。

なお、高さＨｐは、底辺幅Ｗｐよりも長い。具体的には、高さＨｐは、底辺幅Ｗｐの２倍以上であり、好ましくは５倍以上、さらに好ましくは１０倍以上である。また、突起１５０の表面積、すなわち、第１面１５３乃至第４面１５９の表面積の和は、突起１５０の根元の面積、すなわち底面１６１の面積の２倍以上であり、好ましくは５倍以上、さらに好ましくは１０倍以上である。

上記のように突起１５０を形成することにより、受光面である上面１１１が分散化され、受光面の表面積が拡大する。このように受光面の表面積が拡大することにより、培養システム１（図１参照）における土地面積当たりの生産効率化が期待される。また、受光面の表面積が拡大することにより、太陽光の強光阻害を抑制することが期待される。

また、突起１５０を形成することにより、担体本体１１０の上面１１１に沿って流れる培養液が乱れ、いわば乱流化する。さらに説明をすると、突起１５０が存在することにより、培養液が攪拌される。また、突起１５０が存在することにより、培養液の流速が低減される。このことにより、培養液および微生物に対するガス（例えば二酸化炭素、酸素など）の供給が促進される。付言すると、図示の例においては、担体本体１１０の上面１１１に沿って流れる培養液の流路に沿って複数の突起１５０が並べて配置されている。このことにより、担体本体１１０の上面１１１に沿って流れる培養液が複数の突起１５０により繰り返し攪拌される態様となり、攪拌がより促進される。なお、突起１５０により培養液が攪拌されることは、ガス交換の表面積を大きくする態様として捉えることができる。

ここで、図３（ａ）に示すように、例えば第３面１５７などの突起１５０における側面と基準面１６０と直交する基準線Ｉｐとがなす角度を角θとする。角度θを変化させた場合の仮想底面の長さＬａと仮想側面の長さＬｃとの比は、表１に示す通りである。すなわち、角度θが小さくなるほどＬｃ／Ｌａの比は大きくなる。付言すると、角度θが小さくなるほど、照射面積に対する受光面積の割合が大きくなる。

ここで、角度θの変化にともなう、第１面１５３乃至第４面１５９の面積の和と、底面１６１の面積との比は、表２に示す通りである。すなわち、図３で示すように突起１５０を四角錐型とした場合、角度θが３０度の場合、上記の比は２倍となり、角度θが１４．５度の場合は４倍となり、角度θが１１．５度の場合は５倍となる。このことは、横線において連なる横線連山型とした場合においても同様である。

＜担体本体１１０の伸縮＞
次に、図３（ｂ）を参照しながら、担体本体１１０の伸縮を説明する。図示の例においては、支持板１３０に支持される担体本体１１０は、担体本体１１０に培養液が供給されることに応じて、支持板１３０上における長さが変化する。

具体的には、図３（ｂ－１）に示すように、担体本体１１０に対して連続して培養液が供給されている状態、すなわち通水時において、担体本体１１０は相対的に多くの培養液を保持（いわば含水）している状態となる。このことにより、担体本体１１０は、自重で伸びた状態となる。

また、図３（ｂ－２）に示すように、担体本体１１０に対して培養液が供給されていない状態において、すなわち停止時において、担体本体１１０は相対的に少ない培養液を保持している状態となる。このことにより、担体本体１１０は、通水時（図３（ｂ－１）参照）と比較して縮んでいる状態となる。図示の担体本体１１０においては、担体本体１１０の位置が図３（ｂ－１）に示す通水時よりも上昇する（高低差Ｇａ参照）。

ここで、一般的に、担体本体１１０のような固相表面で藻類などが増殖していく場合において、藻類が密でない期間は、培養液中（液体中）での対数増殖（指数増殖）と同じ速度で藻類が増殖できる。この増殖にともない固相表面上で藻類が密になると、増殖した藻類が固相表面の空間を占めることになる。このように増殖した藻類は、増殖速度を低下させる要因となる。したがって、増殖速度を維持するためには、増殖した藻類を除去することが必要となる。

そこで、図示の例においては、一定時間ごとに培養液の供給量を変化させることにより、担体本体１１０の表面から一部の藻類を離脱させる。さらに説明をすると、担体本体１１０が通水時には培養液の重量で伸び、通水停止で含水量が低下すると縮むようにすることで、担体本体１１０表面の微細構造が変化し、担体本体１１０に付着した藻類の一部が脱離する。すなわち、図示の例においては、担体本体１１０の自重による変形で、微細藻類の除去が実行される。なお、図示の例とは異なり、担体本体１１０に突起１５０を設けない構成であっても、一定時間ごとに培養液の供給量を変化させることにより、担体本体１１０の表面から一部の藻類を離脱させ得る。

＜担体本体１１０の傾斜＞
太陽光を照射することで藻類などの微生物を培養する場合、南中時の光強度が強いため、藻類が直接光を受けると強光阻害を引き起こすことがある。そこで、担体本体１１０を南側に傾斜させることにより、担体本体１１０の培養面での光強度を低下させることが可能となる。例えば、その角度は、６０度～９９度であることが好ましい。さらに説明すると、夏と冬とで南中時の角度が異なることから、季節による傾斜角度を変えることにより、生産効率を高めることが可能となる。例えば夏の昼間の太陽光は光強度が強いため、生育阻害が起こりやすくなる。そこで、夏季は南方向に傾斜をつけることが好ましい。例えば、東京は北緯３６度であるので、夏正午（南中時）は３６度－２３．５度＝１２．５度となる。したがって、上下方向から１２．５度、南方面に傾斜させる配置、すなわち角度α（図２参照）を７７．５度とし上面１１１を北方面に向けると担体本体１１０が受ける直射光が低減される。このようにすることで、別部材のシールドなどで担体本体１１０をカバーして直射光を低減することなどが不要となる。なお、ここでは東京を例に北半球について説明をしたが、南半球についても同様である。

＜通水停止タイミング＞
次に、通水停止タイミングについて説明をする。
上述のように、培養システム１においては、ポンプ５０を駆動させ、担体本体１１０（培養部１０）へ連続して培養液が供給されることで、微生物が培養される。そして、担体本体１１０から微生物を離間し回収するため、ポンプ５０が駆動してから所定の期間が経過したタイミングで、担体本体１１０への培養液の供給を予め定めた期間停止する。このポンプ５０が駆動を開始してから、担体本体１１０への培養液の供給を停止するタイミング（通水停止タイミング）までの時間である培養液供給時間は、微生物に応じて設定される。

ここで、培養液供給時間は、微生物の種別に応じて変化させるとよい。図示の例においては、培養液供給時間を微生物の倍加時間に応じて設定する。ここで、倍加時間とは、対象とする微生物の数が２倍になるのに要する時間である。微生物の倍加時間は、ユーグレナ、クロレラ、スピルなど、微生物の種別（藻種）によって異なる。そして、例えば、培養液供給時間は、例えば倍加時間の０．３～０．７の範囲、より好ましくは０．４～０．６の範囲である。例えば、微生物の倍加時間が８時間である場合、培養液供給時間は０．５倍の４時間とする。

なお、通水停止タイミング後、通水を再開するタイミング（通水タイミング）は、担体本体１１０から培養液が落下するのに要する時間よりも長くなるように定められる。さらに説明すると、担体本体１１０が弾性変形し得る量の培養液が、担体本体１１０から落下するのに要する時間よりも長くなるように定められる。例えば、通水停止タイミングから１０分後を通水タイミングとする。

このように、倍加時間に応じて、通水および停止の制御タイミングを設定することにより、担体本体１１０において増殖した藻類を離間させ得る。なお、通水タイミングにおいて、担体本体１１０から全ての培養液が落下することは必須ではなく、担体本体１１０が弾性変形し縮み得るだけの培養液が落下すればよい。

＜微生物の製造方法＞
図４は、培養システム１における微生物の製造方法を説明するフローチャートである。
上記のような培養システム１において実行される微生物を培養する方法は、微生物の製造方法として捉えることができる。以下、図４を参照しながら、培養システム１において実行される微生物の製造方法を説明する。

まず、制御ユニット９０によってポンプ５０が駆動されることで、培養部１０への通水が開始される（Ｓ４０１）。このことにともない、培養液内に含まれる微生物が培養される。そして、制御ユニット９０によって、微生物を収穫するタイミングであるかが判断される（Ｓ４０２）。微生物を収穫するタイミングである場合（Ｓ４０２でＹＥＳ）、タンク３０において培養液から微生物がろ過され微生物が収穫される（Ｓ４０３）。

一方、微生物を収穫するタイミングでない場合（Ｓ４０２でＮＯ）、制御ユニット９０によって、通水停止タイミングであるかが判断される（Ｓ４０４）。通水停止タイミングである場合（Ｓ４０４でＹＥＳ）、制御ユニット９０によって、通水タイミングであるかが判断される（Ｓ４０５）。通水タイミングである場合（Ｓ４０５でＹＥＳ）、制御ユニット９０によってポンプ５０が駆動されることで、培養部１０への通水が開始（Ｓ４０６）され、微生物および培養液が再び循環する。

なお、培養部１０への通水開始（Ｓ４０１）から微生物を収穫する（Ｓ４０３）までの間に、通水停止タイミングおよび通水タイミングの組は複数設定されてもよい。すなわち、培養部１０への通水開始（Ｓ４０１）から微生物を収穫するまでの間に、培養液の停止および再開を繰り返してもよい。このことにより、微生物の収穫効率が向上し得る。

＜変形例＞
図５は、本実施の形態における変形例を説明する図である。
次に、図５を参照しながら、本実施の形態における変形例について説明をする。

まず、上記の説明においては、担体本体１１０が伸縮性をもつ板状部材であり、担体本体１１０が自身の弾性力により伸縮することを説明したが、担体本体１１０の変形にともない、微生物を脱離させることができればこれに限定されない。例えば、担体本体１１０にゴムやばねなどの弾性部材を部分接着などにより接続し、弾性部材の弾性力を利用して担体本体１１０が伸縮する構成であってもよい。

具体的に説明をすると、図５（ａ）に示す担体２０１のように、平板状の担体本体２１０と、担体本体２１０の板面に沿って担体本体２１０に接続されるばね部材２３０と、担体本体２１０の下端に設けられる保水部２５０とを有してもよい。この担体２０１においては、ばね部材２３０の弾性力により、担体本体２１０が圧縮される力を受ける。

ここで、図５（ａ）に示す担体２０１においては、保水部２５０が設けられている。この保水部２５０を設けることにより、通水時と通水停止時との担体本体２１０の伸縮の長さがより大きくなる。具体的に説明をすると、保水部２５０は、略円筒状の容器であり、担体本体２１０の下端に沿って設けられる。そして、保水部２５０の上部は開放されており、底部には培養液が流出する流出口（不図示）が設けられている。この保水部２５０は、担体本体２１０から流下する培養液を受けるとともに、流出口（不図示）から培養液を流出させる。

したがって、通水時において、保水部２５０は培養液を収容（保水）することで重量が増加し、担体本体２１０を下方に引っ張る力を付与する。一方で、通水停止時には、担体本体２１０から保水部２５０に培養液は流入せず、保水部２５０は保水を失う。すなわち、流出口（不図示）から培養液が流出することにより、保水部２５０が軽量化する。なお、この例においては、培養液の担体本体２１０から保水部２５０への流入速度が、保水部２５０からの流出速度よりも大きいことが必要である。すなわち、通水速度が、保水部２５０の保水速度より大であることが必要である。

次に、図５（ｂ）に示す担体３０１のように、担体本体３１０と、担体本体３１０を支持する支持板３３０と、担体本体３１０を覆う覆い部３７０とを有してもよい。ここで、担体本体３１０は上面に並べて設けられた複数の突起３５０（例えば四角錐状）を有する。また、担体本体３１０の上面を覆う覆い部３７０は、担体本体３１０に照射される光に対して透明な部材により形成される。また、覆い部３７０は、突起３５０と対向する位置に凹部（ディンプル）３８０を有する。この凹部３８０は、突起３５０と対応する形状（例えば四角錐状）であり、かつ突起３５０よりも大きい寸法である。このことにより、突起３５０と凹部３８０との間において空間Ｓｐが形成される。この空間Ｓｐは突起３５０と凹部３８０との間における予め定めた間隔（例えば１ｍｍ）により形成される。また、この空間Ｓｐは、培養液が流れることを許容する。

この担体３０１においては、空間Ｓｐ内における担体本体３１０の表面で微生物が培養される。そして、時間の経過とともに培養が進み、空間Ｓｐにおける微生物が占める体積が増加すると、空間Ｓｐを流れる培養液によって押し出される。すなわち、微生物が自動で落下する。さらに説明をすると、例えば担体本体３１０の表面の微生物が増殖して、覆い部３７０の凹部３８０に到達しそこで微生物が落ちる。

次に、図５（ｃ）に示す担体４０１のように、担体本体４１０が略円筒状に形成されてもよい。この担体本体４１０は、内周面４１１において複数の突起４５０が並べて形成されている。この担体本体４１０は、担体本体４１０に照射される光に対して透明な部材により形成される。このことにより、担体本体４１０の内周面４１１における受光面積が増加する。

なお、担体本体４１０は、弾性変形する構成でもよい。さらに説明すると、例えば、担体本体４１０への培養液の流入量を変化させることで、担体本体４１０の自重による形状変化をさせ、担体本体４１０の突起４５０に付着した微生物を除去する構成としてもよい。

＜他の変形例＞
上記の説明においては、突起１５０が四角錐であることを説明したが、基準面１６０から突出する部分を構成するものであれば、突起１５０の形状は特に限定されない。例えば、突起１５０は、三角錐などの多角錐でもよいし、円錐でもよい。また、突起１５０の頂部や側面は、平面でもよいし、湾曲面でもよい。また、突起１５０は、円柱状や直方体状などであってもよい。また、突起１５０は、側面にさらに複数の突起を有する構成でもよい。例えば、突起１５０は、円柱状であり、さらに円柱部分の側面に複数の突起が形成された構成としてもよい。また、突起１５０は、互いに隣接していなくてもよく、互いの位置が交互にずれていてもよい。

また、担体本体１１０において、板状部材の表面に、別部材の突起１５０を設ける構成としてもよい。さらに説明すると、担体本体１１０を二層構造とするなどしてもよい。また、別部材の突起１５０を接合されるだけでなく、担体本体１１０に凹部や溝を形成することで突起１５０を形成してもよい。なお、凹部や溝は、レーザー加工やシルク印刷など周知の技術により、担体本体１１０となる部材の板面に対して表面加工が施されてることで形成され得る。

また、板状部材である担体本体１１０を、アコーディオン状に折り形成した形状としてもよい。言い替えると、担体本体１１０を山折りと谷折りが繰り返される蛇腹状に構成することで、担体本体１１０の表面に凹凸を設けてもよい。このような蛇腹状に形成された担体本体１１０は、伸縮することが容易となる。

また、担体本体１１０としては、樹脂材料に限らず種々の材質が用いられ得る。例えば、担体本体１１０を布により構成してもよい。担体本体１１０を布により構成する場合は、布の織り方によって伸縮性を調整することが可能である。この布としては、例えばニット生地やガーゼのような伸縮性の素材を利用してもよい。担体本体１１０を布で構成した場合、担体本体１１０に形成される環状部分、すなわち繊維のループを突起１５０として用いてもよい。

また、担体本体１１０は、傾斜させずに配置してもよい。さらに説明すると、担体本体１１０は、上下方向に沿って設けてもよいし、水平方向に沿って設けてもよい。また、担体本体１１０の設置角度を変更可能に支持する支持機構を設けてもよい。この支持機構により、季節に応じて担体本体１１０の設置角度を変更してもよい。例えば、夏用と冬用で担体本体１１０の設置角度を変更する。夏は担体本体１１０の板面が太陽光と並行になるように配置し、冬は担体本体１１０の板面が太陽光と交差するように配置してもよい。また、培養する微生物の種別に応じて、垂直や斜めといった設置角度の変更をしてもよい。また、担体本体１１０の設置場所の緯度に応じて、傾きを決定するようにしてもよい。

また、担体本体１１０は、伸縮しない構成であってもよい。さらに説明すると、培養液の供給量を変化させることにともない、培養された微生物を担体本体１１０から離間させることができれば、担体本体１１０が変形しなくてもよい。

また、上記においては、太陽光を用いて微生物を培養することを説明したが、ＬＥＤなどの光源を設けてもよい。さらに説明すると、太陽光とともに光源からの光を担体本体１１０に照射してもよいし、太陽光に替えて光源からの光を担体本体１１０に照射してもよい。

また、上記の説明においては、担体本体１１０への培養液の流入量を変化させることで、微生物を除去することを説明した。担体本体１１０への培養液の流入量を増減させるものであれば、培養液の供給を停止することに替えて、相対的に少ない量の培養液を供給するよう培養液の流入量を減少させる態様でもよい。

ここで、担体本体１１０に設けられ、振動することで担体本体１１０から微生物を除去する振動体を設ける構成でもよい。この振動体は、一定時間ごとにモータなどの駆動源による駆動力を受けることで担体本体１１０を振動させ、担体本体１１０から微生物を除去する。さらに説明すると、担体本体１１０への培養液の流入量を変化させることに加えて振動体を設けてもよいし、担体本体１１０への培養液の流入量を変化させることに替えて振動体を設けてもよい。ここで、通水停止タイミングになった後、例えば振動体によって振動させ、その後に培養液の通水タイミングを設定してもよい。このように、振動後の所定期間、培養液の供給量を増やすことで、振動で離間しやすくなった微生物を押し流す構成としてもよい。

また、上述のように、担体本体１１０に突起１５０を設けることにより、培養液の流れが乱れ、いわば乱流化し培養液が撹拌される。この突起１５０の存在により、培養液の流速が低減され、ガス（二酸化炭素、酸素）供給が促進、ガス交換の表面積が大きくなる。このことは、藻類に限らず、微生物にも利用可能である。例えば、従来タンク内で行われていた発酵工程において、上記担体本体１１０および突起１５０などの構成を用いてもよい。このようなタンク内においては、光の照射は必須ではない。なお、上記の培養システム１は、水耕栽培にも適用可能である。したがって、培養システム１における微生物には、葉物野菜など高等細胞が含まれる。

また、上記培養システム１は、ガスボンベ（不図示）に圧縮して収容された炭酸ガスを担体本体１１０に向けて供給するガス供給ユニット（不図示）を有する構成であってもよい。このガス供給ユニットにより、微生物の光合成を促進することが可能となる。

さて、上記では種々の実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態や変形例同士を組み合わせて構成してももちろんよい。
また、本開示は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。

なお、培養システム１は、培養装置の一例である。ポンプ５０は、供給体の一例である。担体本体１１０は、培養体の一例である。突起１５０は、突出部の一例である。

１…培養システム、１０…培養部、１１…担体、１１０…担体本体、１１１…上面、１５０…突起、１５１…頂部、１６１…底面

Claims (6)

1. 培養対象を含む培養液が流れ当該培養対象を培養する培養体と、
   前記培養体に前記培養液を供給する供給体と
   を有し、
   前記培養体は、前記培養液が流れる面において前記培養液の流れる方向および当該流れる方向と交差する方向に沿って並べて設けられた複数の突出部を備え、
   前記突出部は、底面が矩形であり前記培養体に照射される光の光源側に向けて突出する錐体であり、前記培養液の流れる方向および前記交差する方向において他の前記突出部と隣り合う位置に設けられる
   培養装置。
2. 前記突出部の表面積は、当該突出部の根元の面積の２倍以上である
   請求項１記載の培養装置。
3. 前記培養体は、前記培養液が流れる面に沿う方向において伸縮可能であり、一端部が他端部よりも低い位置に設けられ、
   前記供給体が前記培養体の前記他端部側に前記培養液を供給し、
   前記他端部側への前記培養液の供給を停止することにともない、前記供給体が前記培養液の流れる方向において縮み前記培養体の前記一端部の位置が上昇する
   請求項１または２項記載の培養装置。
4. 前記供給体は、前記培養液の供給を開始してから予め定めたタイミングで当該供給を停止した後、当該培養液の供給を開始することを繰り返し、
   前記培養液に含まれる前記培養対象は前記繰り返しの後に回収される
   請求項１乃至３のいずれか１項記載の培養装置。
5. 前記供給体が前記培養液の供給を開始してから当該供給を停止するまでの時間は、前記培養対象の倍加時間の０．３倍以上０．７倍以下である
   請求項４記載の培養装置。
6. 前記培養体は、平板状であり傾けて設けられ、上側の板面が北側を向く
   請求項１乃至５のいずれか１項記載の培養装置。

Images