JPH01108973A - 光合成による微生物の集約的管理生産装置 - Google Patents

光合成による微生物の集約的管理生産装置

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JPH01108973A
JPH01108973A JP63247251A JP24725188A JPH01108973A JP H01108973 A JPH01108973 A JP H01108973A JP 63247251 A JP63247251 A JP 63247251A JP 24725188 A JP24725188 A JP 24725188A JP H01108973 A JPH01108973 A JP H01108973A
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JP
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photobioreactor
tubes
group
liquid medium
microorganisms
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JP63247251A
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Xavier Berson
グザビエ・ベルソン
Michel Bouyssou
ミシエル・ブイス
Yves Castel
イブ・カステル
Daniel Chaumont
ダニエル・シヨモン
Claude Gudin
クロード・ギユダン
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Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/06—Tubular
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/20—Degassing; Venting; Bubble traps
    • C12M29/22—Oxygen discharge

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、単純な部品を使用し且つ単純な構造を有する
工業規模での光合成による微生物若しくはバイオマスの
集約的に管理された生産装置に関する。
本発明は、光合成材料、即ち太陽放射及び二酸化炭素の
存在下に適当な養分液体媒質中で発生及び光合成し得る
任意の生命形態の生産と、微生物によって分泌され得る
代謝物及び多糖類の生産とに適用できる。光合成微生物
の例としては、植物組織と、葉緑体、光合成細菌及び微
小藻類（ｍｉｃｒ。
ａｌｇａｅ）を包含する単細胞有機体とを挙げることが
できる。
光合成とは、太陽エネルギーの結果として、二酸化炭素
が主に炭水化物に変換されることであり、酸素が前記生
化学変換の主たる副産物である。後者はＭｙｅｒｓの等
式、 ６．１４ＣＯ＋３．６５Ｉ　Ｏ＋ＮＩｌ　−＞Ｃ■　　
　ＯＮ＋６．８５０２　　　　　２　　　３　　　６．
１４１０．３２．２４　　　　　　２によって表すこと
ができる。
窒素は、微生物を含有する液体媒質中に導入される窒化
物、尿素又はアンモニウム塩の形態で供給される。
光合成による微生物の培養及び発生は光バイオリアクタ
ー（ｐｈｏｔｏｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）中で行なわれる
。
光バイオリアクターの良好な操作及び微生物の最適な発
生を確実に行うためには、所定数の物理的現象を管理す
ることが必要である。
特に、微生物を含有する液体媒質は溶解ＣＯ□及び窒素
を一定して充填される必要があり、窒素及び溶解ＣＯ□
の濃度は、微生物の培養及び発生の間ずっと最適レベル
に維持される。同様に、微生物を含有する液体媒質の温
度、塩分、光合成細胞の濃度、及びｐＨも非常に慎重に
調節される必要がある。
現在公知の光バイオリアクターは、−面の水（潟、池、
プール、海）の上に浮かぶ筏の形態で設置されるーまと
まりの透明管によって形成されており、前記水が前記管
内を循環する微生物を充填された液体媒質のための冷却
源の役目をする。
管状光バイオリアクターの例は、仏国特許出願第２３２
４２２４号及び第２３６１０６０号の各明細書に見られ
る。
培地の熱調節を良好に実施するためには、光バイオリア
クター内のいかなる気体も除去する必要がある。気体、
特に光合成から生じる酸素が動かないで常に存在すると
、光バイオリアクターの操作に不利となる。従って、管
内に存在する気体、特に酸素を連続的に抽出することが
必要である。
管状光バイオリアクターの全部若しくは一部を下にある
水中に沈めることによって培地を確実に冷却できるので
、上記管内にガスポケットが存在すると鎖管を沈めるの
が困難若しくは不可能になって、太陽照射によって前記
管内の温度が著しく上昇する。
更に特定すれば、このことから冷却されない管の内壁上
で微生物が乾燥する。このように形成された微生物の固
体薄膜によってそこでは太陽光線が散乱できなくなって
太陽エネルギーの満足の行く利用ができなくなり、その
結果光バイオリアクターの効率が悪くなる。更に、管内
に酸素が存在すると、管内で培養された微生物に対して
不利又は毒性とも成り得る。
以上から、微生物が充填された液体媒質を包含する管内
に空気、特に酸素が存在しないような、光合成による微
生物の生産のための装置を設計することが必要である。
中でも光バイオリアクターの管内にガスポケットが形成
されるのを防止するために、培地を包含する管内にプラ
スチックボールを導入する。上記ボールは、培地と一緒
に循環して、鎖管の壁との摩擦によって管を確実に振盪
及び洗浄する。光バイオリアクターの管の洗浄及び脱気
のためのこのような装置は仏国特許出願第２５７６０３
４号明細書に記述されている。
このような自己洗浄及び脱気壁の装置は剛性で平らな表
面上に配置される光バイオリアクターには適しているが
、このような光バイオリアクターが水面上に浮遊する場
合には使用することはできない。更に、この自己洗浄壁
装置では光バイオリアクター培養管の１ＣＯ％有効な脱
気が保証されない。
従って本発明は、前記管内のガスポケット、特に酸素を
防止するような、水面上に設置されるべき１つ以上の光
バイオリアクターを有する光合成による微生物の製造の
ための装置に関する。
つまり本発明は、液体媒質中に懸濁している微生物の、
光合成による集約的に管理された生産装置であって、 光に透過であってその中を液体媒質が循環する第一グル
ープの管と、規則的に間隔をとって置かれた着脱可能な
補間部材によって前記第一グループの管の下方に置かれ
て維持され−た第二グループの管とを有する、水面上に
置かれるべき少なくとも１つの光バイオリアクターであ
って、前記第二グループが該光バイオリアクターを浸漬
させたり非浸漬にできるバイオリアクターと、−前記光
バイオリアクターの浸漬若しくは非浸漬に関して前記第
二グループの管を制御する手段と、 −前記液体媒質に光合成に必要なＣＯ２を充填するため
に前記光バイオリアクターの入口に連結してある少なく
とも１つのカーボネータ−と、−微生物によって生成さ
れる酸素及び存在するならば未溶解のＣＯ□を前記液体
媒質から除去するために前記光バイオリアクターに連結
してある少なくとも１つの脱気手段と、 −前記光バイオリアクター内に起こり得る容積の変動を
小さくするために前記光バイオリアクターに連結してあ
る少なくとも１つの膨張タンクとを備えた生産装置に関
する。
第一グループの管はコイルを形成するように相互に連結
してあるのが有利である。同様に、第二グループの管は
別のコイルを形成するように相互連結してある。
補間部材があることによって光バイオリアクターの２つ
のグループの管を完全に一体化し、特に管の不整列を防
止でき、従って液体媒質を脱気手段まで線状に搬送する
ことによって、光合成から生じる酸素のような第一グル
ープの管内に存在する可能性があるガスポケットを流動
させることができる。第一グループの管内の内壁を洗浄
するためにボールを使用する場合には補間部材の存在は
これらのボールの循環を助成する。
補間部材は容易に取付けることができて、管が劣化した
場合に１本の管のみ交換するのを妨げるような管の相互
接着及び融接を防止できる。
本発明では、微生物が充填された液体の温度が上位基準
温度を越えたときには、第二グループの管の収縮によっ
て光バイオリアクターが浸漬する。
前記収縮は自動機械の助力によって保証される。
それとは反対に、液体媒質の温度が最低基準温度以下に
なったときには自動機械は圧縮空気を用いて第二グルー
プの管の膨張を制御する。
光バイオリアクターの浸漬は、第二グループの管内に比
較的重い液体を注入することによっても確実に行うこと
ができるし、一方、浮上は空気以外の軽い液体を注入す
ることによって確実に行うことができる。
本発明の補間部材があると、特に光バイオリアクターを
浮上させるために圧縮空気を用いて第二グループの管を
膨張させたり、光バイオリアクターの全部又は一部を浸
漬するために収縮させようとするときの光バイオリアク
ターの熱調節が向上する。
つまり補間部材がないと、微生物を充填された液体媒質
を冷却するために光バイオリアクターを浸漬する間に、
空気を含有しない第二グループの管よりも重い所の液体
で満たされた第一グループの管が２つの収縮し得る管の
間に滑動して始終完全に浸漬したままとなる場合がある
。
光バイオリアクターの脱気を向上させるため、特に微生
物が光合成によって生成する酸素を除去するために、特
に設計した脱気手段を使用する。
この脱気手段は、本発明の補間部材を備えた管状光バイ
オリアクター、又は補間部材を備えていない従来技術の
管状光バイオリアクターに使用することができる。
このためには、本発明は、液体媒質中に懸濁している微
生物の、光合成による集約的に管理された生産装置であ
って、 光に透過であってその中を液体媒質が循環する第一グル
ープの管と、前記第一グループの下方に置かれる第二グ
ループの管とを有する、水面上に置かれるべき少なくと
も１つの光バイオリアクターであって、前記第二グルー
プが該光バイオリアクターを浸漬させたり非浸漬にでき
るバイオリアクターと、 −前記液体媒質に光合成に必要なｃｏ２を充填するため
に前記光バイオリアクターの入口に連結してある少なく
とも１つのカーボネータ−と、−特に微生物によって生
成される酸素を前記液体媒質から除去するために前記光
バイオリアクターに連結してある少なくとも１つの脱気
手段であって、更に、長さ方向軸を有する密封外部包囲
体と酸素を収集するためのＵ字形ダクトとを備えており
、前記ダクトのブランチの１つが前記包囲体内に前記軸
に平行に置かれ、且つ前記ダクトの底部は前記包囲体の
底部の側部に置かれており、前記液体媒質のための少な
くとも１本の供給パイプ及び少なくとも１本の排出パイ
プが前記包囲体の下方部分に与えられていることによっ
て、前記ダクトの端部が前記包囲体の上方部分へ流出す
る酸素を収集する脱気手段と、 −前記光バイオリアクター内に起こり得る容積の変動を
小さくするために前記光バイオリアクターに連結してあ
る少なくとも１つの膨張タンクとを備えた生産装置に関
する。
本発明の脱気手段を使用すると（微生物の沈着による）
光バイオリアクターの管の内部の汚れが防止されるので
、仏国特許出願第２５７６０３４号明細書による自己洗
浄ボールを使用する必要がなくなる。
上記のように、第一グループの管の内にいかなる種類の
気体でも動かずに常に存在すると光バイオリアクターの
使用に不利である。これは、微生物が生成する酸素ばか
りなく、微生物の発生に必要であって液体媒質中に導入
される二酸化炭素及び二酸化炭素のための支持ガスとし
て使用されるであろう空気についても当てはまる。
微生物が充填された液体媒質中に注入される二酸化炭素
を有効に溶解するのを保証するカーボネータ−を使用す
ることも重要である０本発明のカーボネータ−は、従来
技術の若しくは本発明の脱気を手段を有する、補間部材
を備えた若しくは備えていない管状光バイオリアクター
に使用することができる。
このためには、本発明は、液体媒質中に懸濁している微
生物の、光合成による集約的に管理された生産装置であ
って、 −その中を液体媒質が循環する第一グループの光に透過
な管と、前記第一グループの下方に置かれる第二グルー
プの管とを有する、水面上に置かれるべき少なくとも１
つの光バイオリアクターであって、前記第二グループが
該光バイオリアクターを浸漬させたり非浸漬にできるバ
イオリアクターと、 −前記光バイオリアクターの浸漬若しくは非浸漬に関し
て前記第二グループの管を制御する手段と、 −前記液体媒質に光合成に必要なＣＯ２を充填するため
に前記光バイオリアクターの入口に連結してある少なく
とも１つのカーボネータ−であって、更に、前記液体媒
質がＣＯ２を充填される取入カラムと、前記取入カラム
に連結してあってＣＯ２が充填された液体媒質が中へ導
入される排出カラムとを包含する２つのカラムを有する
カーボネータ−と、 −微生物によって生成される酸素を前記液体媒質から除
去するために前記光バイオリアクターに連結してある少
なくとも１つの脱気手段と、−前記光バイオリアクター
内に起こり得る容積の変動を小さくするために前記光バ
イオリアクターに連結してある少なくとも１つの膨張タ
ンクとを備えた生産装置に間する。
第一カラムの機能は培地に二酸化炭素をおおよそ最大に
充填することであり、第二カラムの機能は、培地に溶解
しなかった二酸化炭素と、ＣＯ２のための支持ガスとし
て使用された空気とが光バイオリアクター中に同伴する
のを防止することである。
液体媒質にＣＯ２を含有させるのを補助するために、取
入カラムは、液体媒質にＣＯ２を供給するためのプラン
ジャー管を有するのが有利であり、前記プランジャー管
の噴出端部は孔の数が可変のフリットステンレススチー
ル若しくはガラスで作製してある。更に、第一カラムは
内部内容物を有することができる。
膨張タンクは、本発明では、有機材料、特に微生物が沈
着せずに、全ての微生物が通常再利用されるような形状
であらねばならない。更に上記タンクは光に透過である
必要がある。
膨張タンクは透明であって、上方端部がダイヤ形頂部の
カバーによって封止されており且つ下方端部が漏斗状で
ある、丸みのある縁を有する包囲体によって形成してあ
るのが有利である。
上記タンクの形状及び透明度はバイオマスの沈着に対抗
するための２つの手段となり、ここでは嫌気発酵が行な
われて、成る種の感光原生生物（微生物）による死界及
び汚染を防止する。
更に、タンクの形状によっては所定の汚染の間、即ちタ
ンクに培地を充填している間、循環を停止している間、
沈澱の間の培地の清浄化を行うことができる場合がある
。（５〜１０μの微小藻類といった）汚染物を含む上層
部分は除去され、新しい培地と置換される。（培養され
た微小藻類である）沈澱部分は再利用される。
本発明のその他の特徴及び長所は、次の図面を用いた非
限定的な説明から知ることができる。
ｌ肘ｌ 第１図及び第２図について説明する。光合成よって微生
物を生成するための本発明の装置は、微小藻類１の溶液
を受容するための１つ以上の約２ＣＯ１膨張タンク２を
包含しており、前記溶液はポンプ４によって管状光バイ
オリアクター６に注入される。光バイオリアクター６は
水８の表面上に置かれる。上記光バイオリアクターの数
は所望のバイオマス生産の関数である。タンク２は、気
体の蓄積によって起こり得る光バイオリアクター内の容
積の変動を小さくする役目をする。全ての光バイオリア
クターからの培地はタンクに流入する。更に、タンク２
は、生産において装置の全ての培地１を代表する容積で
ある。この容積は微小藻類及び培地の供給が行なわれる
レベルであり、このことについては第７図を参照して後
述する。
培地を光バイオリアクターに供給するためのパイプ１０
はそれぞれが、光合成に必要な二酸化炭素を培地１に充
填するために、対のカラムを有するカーボネータ−を備
えている。カーボネータ−の数は通常は光バイオリアク
ターの数と同じである。
ＣＯ２供給は空気と混合して行なわれるが、混合物中の
ＣＯ２は最高８０容積％までである。このためには、空
気供給パイプ１６及びＣＯ□供給パイプ１８上に設置さ
れたミキサー−流量計１４が、各カーボネータ−１２へ
の気体の入口に設けられている。装置１９によって、太
陽エネルギーの関数として光バイオリアクターに導入さ
れるＣＯ２の量を調節できる。
更にこの生産装置は、微生物の成長に必要な養分媒質の
調製に使用される、撹拌器を備えたタンク２０も備えて
いる。この養分媒質は、供給パイプ２２を通って微小藻
類を包含するタンク２に導入される前に、微生物の成長
に必要なミネラル及び有°機成分を確実に通過させるた
めに、それぞれ４０及び１μｍの２つのフィリップ型（
Ｐｈｉｌｉｐｐｅ−ｔｙｐｅ）フィルター２４．２６に
よって濾過される。養分媒質はポンプ２８によってタン
ク２内に注入される。
光バイオリアクター６内で生産された微生物は容積形ポ
ンプ３２によって排出パイプ３０を通りこれらの光バイ
オリアクターの各々の出口で抽出される。抽出ポンプ３
２への培地１の供給は養分媒質注入ポンプ２８の供給に
等しいので、光パイ、オリアクタ゛−内の培地の容積は
一定に維持される。生産される微生物は、連続的に撹拌
されているタンク３４内に回収される。
光バイオリアクターの管を確実に脱気するために、特に
光バイオリアクター６内に光合成によって生成される酸
素を除去するために、光バイオリアクターの両側には脱
気手段３６が備えである（即ち１光バイオリアクター当
たり２つの脱気手段）。
本発明では、光バイオリアクターは、ポリエチレンのよ
うな透明な可撓性プラスチック材料で製造される平行な
第一グループの管３８で構成してある。これらの管は微
生物の成長に必要な養分及びＣＯ２を充填された培地１
を受容する。前記管は長さ約１５．８輪及び内径６３ｍ
＋＊である。管３８は、第３図に示すように、それぞれ
上流側及び下流側の２つ収集部品４０及び４２によって
両端部で相互に、連結されている。
これらの収集部品４０．４２はポリプロピレンで製造し
てあって、幾つかの隔室若しくは曲げ連結部品（ｂｅｎ
ｔ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）４４を有している。上流側
及び下流側の収集部品の隔室４４の数の合計は管３８の
数に等しい。
上流側収集部品４０の各隔室若しくは連結部品４４は、
第−管３８ａを受容するための取入口４６と第二管３８
ｂを受容するための排出口４８とを有する。同一のスタ
ッフィングボックス装置それぞれ５０ａ及び５０ｂによ
って管３８ａ及び３８ｂは収集部品４ｏに確実に固定さ
れる。
このためには、２つの内部スリーブ５２ａ、５２ｂがそ
れぞれ管３８ａ及び３８ｂ内に取付けられ、それらの管
３８ａ及び３８ｂが更に外部スリーブ５４ａ及び５４ｂ
の中にそれぞれ取付けられ、次いで隔室４４の取入口４
６及び排出口４８内にそれぞれ取付けられる。外部スリ
ーブ５４ａ、５４ｂの各々は溝５６ａ、５６ｂを有して
おり、そこには連結部品４４の入口及び出口のところに
設けられたねじ５８ａ、５８ｂが配置される。
外部スリーブ５４ａ、５４ｂの外側表面上にそれぞれ設
置されたエラストマー○−リング５９ａ及び５９ｂはア
センブリの封止を確実にするものである。
本発明では、内部スリーブ５２ａ、５２ｂ及び外部スリ
ーブ５４ａ、５４ｂはポリプロピレンで製造してある。
下流側収集部品４２と管３８とのアセンブリは、上流側
収集部品４０と管３８とのアセンブリと同一である。
このように形成されたコイル内を、ＣＯ２及び養分を充
填された培地１は矢印Ｆ１で示すように循環する。
各光バイオリアクター６は、下流側収集部品４０の入口
４３に取付けられた１つの培地供給パイプ１０と、収集
部品４０の出口４５に取付けられた前記培地のための１
本の排出パイプ３０とを有しており、取入パイプ１０は
最初の光バイオリアクター管３８上に取付けられており
、排出パイプ３０は最後の光バイオリアクター管３８上
に取付けられている。
本発明では上流側及び下流側収集部品４０．４２のそれ
ぞれの各連結部品４４に脱気手段３６の連結のためのオ
リフィス６０が設けである。この連結は培地の供給及び
排出のための可撓性バイブロ１及び６３によってそれぞ
れ為される（第２図及び第５図）。
微生物の溶液の温度は微生物の成長のために１Ｏ−ｖ２
８℃、即ち周囲の温度に近い温度に調節されねばならな
い、このために各光バイオリアクター６には管３８の下
方に第二グループの管６２を備えである。可撓性プラス
チック材料、例えばポリエチレンで製造してあるこれら
の管６２は、管３８と同様に曲げ隔室を有する上流側収
集部品６４及び下流側収集部品６５によって相互連結さ
れていて、コイルを形成している（第２図）、長さ１６
．４−及び内径６３ＩＩＩＩ１１のこれらの管６２は、
電子弁６５によって圧縮空気が満たされて膨張し、そう
して水８の表面上に浮遊する空気入り支持体を形成する
。
電子弁６６は管３８内に設置された温度測定プローブ若
しくはセンサー６８に接続してある電子制御回路６８に
よって制御される。
管３８内に包含されている培地１のプローブ６７によっ
て測定される温度が、最大基準温度（例えば２９℃）以
上である場合には、温度プローブは第一信号を発信し、
この信号を電子回路６８が検知すると電子弁７１を介し
て管６２の収縮を制御する。管６２が収縮すると収縮レ
ベルの関数として光バイオリアクターの全部若しくは一
部が水８中に沈む。水は周囲の大気及び光バイオリアク
ター内にある培地よりも低温であるので培地は冷却する
。
沈められた培地がプローブ６７によって測定されて最低
基準温度（例えば１７℃）以下の温度に達しなときには
、プローブ６７は第二信号を発信し、その信号を電子回
路６８が検知すると電子弁６６を制御して、管６２に圧
縮空気を満たして確実に膨張させる。
管６２が膨張すると光バイオリアクター６は浮上する。
そうすると培地は外気中で再び暖められる。
培地、圧縮空気等のための全ての供給及び排出パイプ並
びに、光バイオリアクターと、脱気手段、カーボネータ
−及び圧縮機等の生産装置のその他の部品とを接続する
全ての電気的接続子（プローブ６７）は、光バイオリア
クターの浸漬若しくは非浸漬に適合するために可撓性で
ある必要がある。
光バ・イオリアクター以外の部品は、第２図のように水
面８上に浮遊する硬質の平底体６９上に載置される。
本発明では、第２図及び第４図に示すように補間部材７
０によって管３８及び６２は適所に維持される。
これらの補間部材７０は着脱可能であって、大体６０ｃ
ｍの間隔を１いて規則的に設置される。これらの補ＥＨ
材７０はポリプロピレンで製造してあり、７字形であっ
て、その尾部は特にポリプロピレンで製造してある支持
ロッド７２によって支持される。
このために支持体７２には、中に７字形部品７０の尾部
を設置するオリフィス７４を設けである。ロッド７２の
両側に位置しており且つそれぞれ管３８及び６２を適所
に維持する役目をする複数の７字形部品は頭部から尾部
まで固定構造である。
７字形部品７０は、７字形部品のブランチ上に設けられ
た可撓性ゴムの連結部品７６によって相互連結されてい
る。管３８及び６２は２つの連続する７字形部品フ０の
間に配置され、弾性連結部品７６及び支持体７２によっ
て適所に確実に保持される。
上記熱調節及び光バイオリアクター６の申し分のない操
作は、光バイオリアクター管３８内に気体が全く存在し
ないことが前提である。このためには、好ましくは第５
図に示すように製造されて管３８の各端部に接続される
脱気手段３６を使用する。
各脱気手段３６は、底部８０を有し且つカバー８１によ
って遮蔽された、長さ方向軸７９を有する円筒形の外部
包囲体７８と、培地１中に存在する酸素及びその他の気
体を収集するためのＵ字形ダクト８２とを有している。
このＵ字形ダクト８２は包囲体７８の長さ方向軸７９に
沿って置かれているブランチ８４を有している。ブラン
チ８４の端部８５は培地から来る酸素を収集し、その酸
素を包囲体７８の上方部分のカバー８１近傍に吐き出す
。Ｕ字形ダクトの底部８６は包囲体７８の底部８０に平
行である。脱気手段３６内を酸素が流れる方向は矢印Ｆ
２で示してある。
酸素を含む培地（通常６０容積％の酸素）用の可撓性供
給バイブロ１及び通常は脱気されて酸素を含まない培地
用の可撓性排出バイブロ３が、脱気手段の底部に与えら
れ包囲体７８の底部８０に固定される。
第２図に示すように、脱気手段３６は＃８７によって支
持されており、その高さＨは、光バイオリアクターが浸
漬しようと浮上しようと脱気手段の包囲体７８に培地が
充満することがないように調節される。管６３内の培地
の高さは管３８内の内部圧力によって決定される。
培地１の微生物はＣＯｌを恒常的に必要とするので、培
地に溶解ＣＯ２を一定して充填することが必要である。
培地へのＣＯ□充填を確実に最大にするために、本発明
では、第６図に示すように各光バイオリアクターの取入
口に連結されるカーボネータ−１２を使用する。
このカーボネータ−１２は円筒形の入ロ力ラム８８を有
している。カラム８８はその両端部が封止されており、
必要によってはラッシしリング又はバートリング（Ｂｅ
ｒｔ　ｒｉｎｇ）といった内容物９０を包含することが
できる。前記カラム８８内でカラム８８の底部に到達し
た培地にはプランジャー管９２によって導入されるＣＯ
２が充填される。プランジャー管９２の噴出端部９４は
、培地１中にＣＯ２をより溶解させるために孔数が可変
のフリットガラスで製造してある。
この入ロ力ラム８８は、ＣＯ２が充填された培地が導入
される出ロ力ラム９６の上方部分に連結してある。出ロ
力ラム９６は、培地中に溶解しなかったＣＯ□及び支持
ガスが関係する光バイオリアクターへ同伴するの防止す
る。未溶解のＣＯ２を排出するためのパイプ９８が出ロ
力ラム９６の頂部に備えられている。Ｆ３はカーボネー
タ−中の液体媒質１の流れる方向を示す。
生産装置のその他の部分と同様に膨張タンク２も光バイ
オリアクター管３８内に微生物が沈着するのを防止する
のを助成して、その結果前記光バイオリアクターの効率
を向上させる。このためには、第７図に示す稲類のタン
クを使用することが有利である。
図に示したタンクは、下方端部１０２が漏斗状である平
行六面体形の包囲体１ＣＯを有している。この漏斗若し
くはサイ口形タンクは底部が広がっているので、懸濁し
ている有機物質（微生物に加えて微生物が分泌する生産
物）を沈澱させて完全に再利用することができる。
微生物が過度に付着するのを防止したり洗浄を容易にす
るために、このタンクは鋭利な縁を有してはおらず、角
は丸みを持っている。タンクは更に、凝縮物の蓄積を防
止するためにダイヤ形頂部カバー１０４を有しており、
該カバーの頂部はタンクの頂部に向いている。カバー１
０４は、金属クリップ１０６若しくは蝶ネジによって包
囲体１ＣＯに固定されている。０−リング１０８は、包
囲体とカバーとの間に必要な封止を保証する。
タンクの包囲体１ＣＯ及びそのカバー１０４は透明であ
って中を観測することができるが、成る種の感光微生物
の汚染にも対抗する。これはプレキシグラス若しくはＰ
ＶＣ（ポリ塩化ビニル）で製遺してある。
タンク２の上方部分では、培養物質（微生物）取入口１
１０から微生物をホッパーの中央に充填することができ
る。更に、供給パイプ１１２．２２．１１４及び１１６
がそれぞれタンク２に、装置の充填中の培地、連続操作
中の培地、ρ■調節物質（酸又は塩基）及び消泡剤を導
入するために備えである。
高レベルプローブ１１８及び低レベルプローブ１２０に
よってそれぞれ、生産装置の連続操作中にタン゛　　り
が溢れたり完全に空になるのを防止できる。
タンクの上方部分には第一平面状金属グリッド１２２及
び第二金属グリッド１２４を備えである。１ｃｍメツシ
ュを有する第一グリッドによって、自己洗浄ポリウレタ
ンボールを使用して且つそれを回収することができる。
ＩＩＩＩ＋メツシュを有し且つダイヤ形頂部の第ニゲリ
ッドによってボールによる自己洗浄によって生じる大き
なセル状集塊を回収できる。第ニゲリッドの頂部はタン
クの底部に向いている。培地はパイプ１２６によって光
バイオリアクターに送出されるが、パイプ１２６にはタ
ンクの下方端部１０２に停止弁１２８を取付けである。
上記したように、太陽放射の間数としての培地のＣＯ７
供給の調節装置１９が与えられる。この調節装置１９を
第８図の部分ａに示す、調節装ｒ！１１９は、光エネル
ギーの変化を表す０〜１０＋ａＶの電圧を供給する全天
日射計（ｐｙｒａｎｏｍｅｔｅｒ）１３０を備えている
。
この電気信号は、０〜５Ｖの可変利得増幅器１３２によ
って増幅される。最大増幅は、パイプ１８（第１図）上
に設置された弁１３４が完全に開放されたときの流量を
表す、　ＲＣ回路１３６によって、弁１３４は極めて短
時間の光の変化に応答するのを低減することができる。
可変利得増幅器１３２を使用すると、装置１９の感度、
即ち弁１３４を完全に開放することを決定する感光レベ
ルの選択を変えることができる。ゼロしきい値Ｓを調節
すると、弁１３４の開放を始動する太陽エネルギーしき
い値を選択することが可能となる。こうすると光合成微
生物の補償点を考慮することができる。
回路１３６から出る増幅された信号は電子弁制御回路１
３８に与えられる。尚、弁１３４は５８５０ＴＲ型の電
子弁である。この弁は、外部供給１４０（０〜５Ｖ）に
よって手動で、又はコンピュータ１４２によって自動的
に制御することができる。整合回路１４４はコンピュー
タとＲＣ回路との間に設置される。
第８図の部分すに示すように、調節装置１９によって１
分間の光エネルギーＥの変化の関数としてＣＯ□を培地
に供給できる。曲線Ｉは太陽エネルギーの変化を表し、
曲線■は培地へのＣＯ□供給の変化を表し、曲線■は未
消費のＣＯ□の変化を表す。
光合成活性〈微生物によるＣＯ□の固定）は光の強さに
比例する。しかし、太陽光束の強度は１日を通して可変
であって、朝晩は最低であり且つ太陽が天頂にあるとき
は最高である。従ってＣＯ２を一定に供給すると、朝晩
はＣＯ□が極めて無駄になり（低光合成活性）、光強度
が最大のときにはＣＯ２の不足によって光合成が制限さ
れることがある。つまり、供給は生物的需要に比例する
ことがらＣＯ２を調節すればＣＯ７を節約することがで
きる。
本発明の生産装置は、＾ｄｖａｎｃｅ　ｉｎ　Ｂｉｏ−
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　６
．ｐｐフ３−１１０に掲載されているＧ、Ｇｕｄｉｎ及
びＣ，Ｔｈ！ｐｅｎｉｅｒによる”Ｂｉｏｃｏｎｖｅｒ
ｓｉｏｎ　ｏｆ　５ｏｌａｒ　ｅｎｅｒｇｙ　１ｎｔｏ
　ｏｒｇａｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｓ　ｂｙ　ｍｉｃｒ
ｏａｌｇａｅ”にあるように、植物細胞又は単細胞藻類
の発生及び培養に使用することができる。
単細胞藻類の養分媒質は種々の鉱物塩、金属塩、アミノ
酸、ビタミン及び成長調節物質を含有する。
本発明に使用し得る養分の例は、仏国特許出願第２３２
４２２４号及び第２３８１０６０号の各明細書に記述さ
れている。
本明細書に記述した生産装置は、１ヘクタールの水面に
分配された管状光バイオリアクターを使用し、１年間に
３ＣＯ日稼動させ、１日当たりの照射時間を平均１２時
間（これは太陽エネルギー９５０１’ｌ／ｍ２に相当す
る）とし、１年当たりの固定ＣＯ□量５６．０ＯＯｎ＋
’、即ち１年当たり１１０　’）ン、１日当たりの養分
媒質量５０ｍ３（これは１日当たり約３０ｋｇの尿素に
相当する）、大気中に排出される酸素量１年当たり５６
，ＣＯ０ｍ’、若しくは１年当たり１５４トンの工業規
模で、１年間に約６０トンの、ｐｏｒｐｈｙｒｉｄｉｕ
ｍｃｒｕｅｎｔｕｍ、　ｓｃｅｎｅｄｅｓｍｕｓ　ａｃ
ｕｔｕｓ＋ｄｕｎａｌｕｌ！ａといったバイオマスを工
業生産することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による連続方式微生物生産装置の全体図
であり、第２図は第１図の装置の一部の部品詳細図であ
り、第３図は中を培地が循環し且つ相互連結された本発
明の光バイオリアクター管の長さ方向概略断面図であり
、第４図は本発明の補間部材によって一緒に維持された
２つのグループの管の斜視図であり、第５図は本発明の
脱気手段の長さ方向概略断面図であり、第６図は本発明
のカーボネータ−の長さ方向概略断面図であり、第７図
は本発明の膨張タンクの概略斜視図であり、第８図は本
発明の光バイオリアクターへのＣＯ２供給を調節する装
置の概略図である。 １・・・培地、２・・・膨張タンク、４，２８．３２・
・・ポンプ、６・・・光バイオリアクター、８・・・水
、１２・・・カーボネータ−１１０，１８，２２，６１
，１１２，２２，１１４，１１６・・・供給パイプ、１
９・・・ＣＯ２調節装置、２４．２６・・・フィルタ、
３０，６３，９８゜１２６・・・排出パイプ、３８，３
８ａ、３８ｂ・・・第一グループ管、４０．４２．６５
・・・回収器、４３・・・回収器の入口、４４・・・曲
げ連結部品、４５・・・回収器の出口、４６・・・取入
口、４８・・・排出口、５０ｍ、５０ｂ・・・スタッフ
ィングボックス装置、５２ａ、５２ｂ・・・内側スリー
ブ、５４ａ、５４ｂ・・・外側スリーブ、５６ａ、５８
ｂ−−−溝、５８ａ、５８ｂ−ネジ、５９ｍ、５９ｂ、
１０Ｂ−０−リング、６０．７４・・・オリフィス、６
２・・・第二グループ管、６６．７１０１．電子弁、６
７．６８，１１８，１２０・・・プローブ、６９・・・
平底体、７０・・・補間部材、７２・・・支持ロッド、
７６・・・弾性連結部品、７８・・・円筒形外部包囲体
、７９・・・軸、８０・・・基部、８１・・・カバー、
８２・・・Ｕ字形ダクト、８４・・・８２のブランチ、
８７・・・脚、８８・・・入ロ力ラム、９０・・・内容
物、９２・・・プランジャー管、９４・・・噴出端部、
９６・・・出ロ力ラム、１ＣＯ・・・包囲体、１０４・
・・ダイヤ形カバー、１０６・・・金属クリップ、１２
２，１２４・・・金属グリッド、１３２・・・増幅器、
１３４・・・弁、１３６・・・ＲＣ回路、１３８・・・
弁制御回路、１４０・・・外部供給、１４２・・・コン
ピュータ、１４４・・・整合回路、Ｆｌ、Ｆ３・・・培
地の流れの方向、Ｆ２・・・酸素の流れの方向。 代理人弁理士　船　　山　　　武

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）液体媒質中に懸濁している微生物の、光合成によ
    る集約的に管理された生産装置であって、−光透過であ
    ってその中を液体媒質が循環する第一グループの管と、
    規則的に一定間隔に置かれた着脱可能な補間部材によっ
    て前記第一グループの管の下方に置かれて維持された第
    二グループの管とを有する、水面上に置かれるべき少な
    くとも１つの光バイオリアクターであって、前記第二グ
    ループが該光バイオリアクターを浸漬させたり非浸漬に
    できるバイオリアクターと、 −前記光バイオリアクターの浸漬若しくは非浸漬に関し
    て前記第二グループの管を制御する手段と、 −前記液体媒質に光合成に必要なＣＯ＿２を充填するた
    めに前記光バイオリアクターの入口に連結してある少な
    くとも１つのカーボネーターと、−微生物によって生成
    される酸素及び存在するならば未溶解のＣＯ＿２を前記
    液体媒質から除去するために前記光バイオリアクターに
    連結してある少なくとも１つの脱気手段と、 −前記光バイオリアクター内に起こり得る容積の変動を
    小さくするために前記光バイオリアクターに連結してあ
    る少なくとも１つの膨張タンクとを備えた生産装置。
  2. （２）前記補間部材がＹ字形であって、その尾部が前記
    第一グループ及び第二グループの管の間に設置された少
    なくとも１つの剛性支持体上に取付けられ、且つ該部材
    のブランチ側が可撓性連結部品によって相互連結されて
    おり、前記第一及び第二グループの管が２つの前記Ｙ字
    形部材の間に置かれることを特徴とする請求項１に記載
    の生産装置。
  3. （３）前記第一グループの管がコイルを形成するように
    相互連結されており、前記管の端部には前記脱気手段と
    連結してある連結部品を備えていることを特徴とする請
    求項１又は２に記載の生産装置。
  4. （４）前記第二グループの管がコイルを形成するように
    連結されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
    か一項に記載の生産装置。
  5. （５）前記連結部品が、前記第一グループの管の第一管
    及び第二管内にそれぞれ取付けられる第一及び第二内側
    スリーブと、中に前記第一管及び第二管がそれぞれ取付
    けられる第一及び第二外側スリーブとによって前記第一
    グループの管に固定されており、前記第一及び第二内側
    管が前記第一及び第二外側スリーブと一体的にされるこ
    とを特徴とする請求項３に記載の生産装置。
  6. （６）前記第一グループの管がポリエチレンで製造して
    あり且つ前記内側スリーブ及び前記外側スリーブがポリ
    プロピレンで製造してあることを特徴とする請求項５に
    記載の生産装置。
  7. （７）前記補間部材がポリプロピレンで製造してあるこ
    とを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の生
    産装置。
  8. （８）液体媒質中に懸濁している微生物の、光合成によ
    る集約的に管理された生産装置であって、−その中を液
    体媒質が循環する第一グループの光透過管と、前記第一
    グループの下方に置かれている第二グループの管とを有
    する、水面上に置かれるべき少なくとも１つの光バイオ
    リアクターであつて、前記第二グループが該光バイオリ
    アクターを浸漬させたり非浸漬にできるバイオリアクタ
    ーと、 −前記光バイオリアクターの浸漬若しくは非浸漬に関し
    て前記第二グループの管を制御する手段と、 −前記流体媒質に光合成に必要なＣＯ＿２を充填するた
    めに前記光バイオリアクターの入口に連結してある少な
    くとも１つのカーボネーターであって、更に、液体媒質
    がＣＯ＿２を充填される取入カラムと、前記取入カラム
    に連結してあってＣＯ＿２が充填された液体媒質が中へ
    導入される排出カラムとを包含する２つのカラムを有す
    るカーボネーターと、−特に微生物によって生成される
    酸素を前記液体媒質から除去するために前記光バイオリ
    アクターに連結してある少なくとも１つの脱気手段と、
    −前記光バイオリアクター内に起こり得る容積の変動を
    小さくするために前記光バイオリアクターに連結してあ
    る少なくとも１つの膨張タンクとを備えた生産装置。
  9. （９）前記取入カラムが前記液体媒質にＣＯ＿２を供給
    するためのプランジャー管を有しており、前記プランジ
    ャー管の噴出端部が孔の数が可変なフリットステンレル
    スチール若しくはガラス製であることを特徴とする請求
    項８に記載の生産装置。
  10. （１０）前記取入カラムに前記液体媒質にＣＯ＿２を導
    入するのを補助するための内容物が備えてあることを特
    徴とする請求項８又は９に記載の生産装置。
  11. （１１）液体媒質中に懸濁している微生物の、光合成に
    よる集約的に管理された生産装置であって、−その中を
    液体媒質が循環する第一グループの光透過管と、前記第
    一グループの下方に置かれている第二グループの管とを
    有する、水面上に置かれるべき少なくとも１つの光バイ
    オリアクターであって、前記第二グループが該光バイオ
    リアクターを浸漬させたり非浸漬にできるバイオリアク
    ターと、 −前記光バイオリアクターの浸漬若しくは非浸漬に関し
    て前記第二グループの管を制御する手段と、 −前記液体媒質に光合成に必要なＣＯ＿２を充填するた
    めに前記光バイオリアクターの入口に連結してある少な
    くとも１つのカーボネーターと、−特に微生物によって
    生成される酸素を前記液体媒質から除去するために前記
    光バイオリアクターに連結してある少なくとも１つの脱
    気手段であって、更に、長さ方向軸を有する密封外部包
    囲体と酸素を収集するためのＵ字形ダクトとを備えてお
    り、前記ダクトのブランチの１つが包囲体内に前記軸に
    平行に置かれ且つ前記ダクトの底部が包囲体の底部の側
    部に置かれており、前記液体媒質のための少なくとも１
    本の供給パイプ及び少なくとも１本の排出パイプが前記
    包囲体の下方部分に与えられていることによって、前記
    ダクトの端部が前記包囲体の上方部分へ流出する酸素を
    収集する脱気手段と、 −前記光バイオリアクター内に起こり得る容積の変動を
    小さくするために前記光バイオリアクターに連結してあ
    る少なくとも１つの膨張タンクとを備えた生産装置。
  12. （１２）前記第二グループの管の制御手段が空気作動式
    であり、前記液体媒質の温度が第一基準温度以下の場合
    及び前記温度が第二基準温度以上の場合にそれぞれ前記
    第二グループの管を膨張及び収縮するために使用され、
    前記第一基準温度は前記第二基準温度以下であることを
    特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の生産
    装置。
  13. （１３）前記膨張タンクが透明であり且つ丸みのある縁
    を有する包囲体で形成されており、前記包囲体の上方端
    部はダイヤ形頂部のカバーによって封止されており且つ
    前記包囲体の下方端部は漏斗形であることを特徴とする
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載の生産装置。
  14. （１４）前記タンクにはその上方部分にダイヤ形頂部の
    メタルグリッドが備えてあることを特徴とする請求項１
    ３に記載の生産装置。
  15. （１５）太陽エネルギーの関数として前記光バイオリア
    クターに導入されるＣＯ＿２の量を調節する手段を包含
    することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に
    記載の生産装置。
JP63247251A 1987-10-02 1988-09-30 光合成による微生物の集約的管理生産装置 Pending JPH01108973A (ja)

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