JPH04211366A - 微生物の培養物から抗酸化剤を生産し抽出する方法、並びに、該方法を実施するための光バイオリアクター - Google Patents

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】

【０００１】本発明は、液体培地に懸濁液させた光合成
性微生物の培養物から抗酸化剤を生産しかつ抽出する方
法、並びに、このような微生物を培養するための光バイ
オリアクターに関する。この方法は、集約的にかつ管理
下に、工業的スケールで抗酸化剤を生産することを可能
にするものである。

【０００２】本発明はあらゆる抗酸化剤の生産に適用さ
れるもので、特に、ＳＯＤなる略称で知られるスーパー
オキシド−ジスムターゼ酵素や、ビタミンＣや、アルフ
ァ−、ベータ−、またはガンマ−トコフェロール（アル
ファ−トコフェロールはビタミンＥである）の生産に適
用される。

【０００３】スーパーオキシド−ジスムターゼは互いに
結合した２つのペプチド系サブユニットを有する金属酵
素である。金属の性質に応じて分類される次の３種のＳ
ＯＤが知られている：−Ｃｕ／Ｚｎ型ＳＯＤ；真核生物
（ｅｕｃａｒｙｏｔｅ）に良く見られる；この種のＳＯ
Ｄの伝統的供給源は牛の血液である；これらは赤血球か
ら抽出される。

【０００４】−Ｍｎ型ＳＯＤ；ミトコンドリアの付近で
真核生物に見られると共に、原核生物（ｐｒｏｃａｒｙ
ｏｔｅ）に見られる。

【０００５】−Ｆｅ型ＳＯＤ；原核生物、例えば好気性
バクテリアに特異的であると思われる。

【０００６】ＳＯＤは次の反応に基くスーパーオキシド
イオンの不均化の触媒である： 　　　　　　Ｏ２−　　＋　　Ｏ２−　　＋　　２Ｈ＋
　　−−−＞　　Ｈ２Ｏ２　　＋　　Ｏ２ 　　また、ＳＯＤはスーパーオキシドラジカルを遊離す
る急性現象、或いは老化現象に使用される。ＳＯＤは、
特に、医薬の分野において抗炎症剤（リューマチ、関節
炎）として使用され、化粧品の分野において皮膚や髪を
保護するため（例えば、紫外線防止）に使用され、農業
食品の分野（油や脂肪製品の保護、染色調整剤、又は飼
料）、並びに、生医学の分野で使用される。

【０００７】化粧品分野におけるＳＯＤの利用は特にＦ
Ｒ−Ａ−２，２９７，８９９に記載されている。

【０００８】本発明は微藻類型又はシアノバクテリア型
のあらゆる光合成性の微生物に適用されるものである。 シアノバクテリアのうち最も良く知られているものは“
ラン藻類（ｂｌｕｅ　ａｌｇａ）”である。

【０００９】光合成は、太陽エネルギによる二酸化炭素
から一次炭化水素物質への変換であり、酸素はこの生化
学変換の主たる副産物である。この反応は次のメイヤー
の式により表すことができる： 　　６．１４　ＣＯ２　＋　３．６５　Ｈ２Ｏ　＋　Ｎ
Ｈ３　−−＞　Ｃ６・１４Ｈ１０・３Ｏ２・２４Ｎ　＋
　６．８５　Ｏ２ 　　項Ｃ６・１４Ｈ１０・３Ｏ２・２４Ｎは、バイオマ
スとも呼ばる微生物に相当する。

【００１０】１９８７年１０月２日出願の本出願人のＦ
Ｒ−Ａ−２，６２１，３２３には、光合成性微生物を集
約的にかつ管理下で生産する装置が記載されている。こ
の装置は密閉型光バイオリアクターであり、このリアク
ターは、所望の１つの種の単独培養を制御すると共に、
前記種の生成を容易にするために、培養パラメータ（例
えば、温度、ｐＨ、培地中のＣＯ２圧およびＯ２圧）お
よび栄養培地（ｎｕｔｒｉｅｎｔ　ｍｅｄｉｕｍ）の組
成を制御するように設計されている。

【００１１】このような光バイオリアクターは、基本的
に、微生物を含有する液体培地が循環する光透過性のソ
ーラー・レセプター（又はソーラー・キャッチャー）と
、ソーラー・レセプターの出口に接続され光合成に必要
なＣＯ２を液体培地に供給するカーボネーターと、微生
物が産生した酸素および液体培地に溶解しないＣＯ２を
液体培地から除去するため光バイオリアクターに接続さ
れた脱ガス器とから構成されている。

【００１２】カーボネーターは、ＣＯ２に対する生物学
的要求が常に満たされるに十分なだけＣＯ２をガス相か
ら液相に確実に移す働きをする。従って、ＣＯ２は微生
物の生成を制限するファクターではない。

【００１３】光や栄養培地やｐＨ等のような他の培養条
件が好都合なものであれば、ＣＯ２に対する要求は大き
くなり、その結果酸素の産生が多くなる。また、光バイ
オリアクターのソーラー・レセプター部においては、培
地は溶解Ｏ２で富化されると共に、Ｏ２ガスのポケット
が発生する。

【００１４】ＦＲ−Ａ−２，６２１，３２３には、光合
成により発生した酸素を脱ガス器で除去することが教示
してあり、この酸素は光バイオリアクターの稼働の障害
となると共に、特に、リアクターを良好に熱的に制御す
る上で障害となる（微生物の乾燥、光バイオリアクター
の効率の悪化）と述べてある。さらに、酸素は或る種の
微生物にとって有毒である。

【００１５】上記フランス特許の教示に反し、本発明者
は、光合成により発生した酸素を回収し、培地に再注入
すれば、培養した微生物による抗酸化剤の産生が増加す
ることを見い出した。即ち、酸素濃度が高い条件におい
ては、光合成性微生物はこのような酸化条件に対抗して
反応し、抗酸化剤を合成する。

【００１６】即ち、本発明は抗酸化剤を生産し抽出する
方法を提供するもので、この方法は以下の諸工程からな
る： （ａ）　密閉型光バイオリアクター内で、液体培地に懸
濁させた光合成性の微生物を培養する工程；この工程で
は、光合成により微生物が生成する酸素は回収され、培
地に再注入される。前記微生物は微藻類（ｍｉｃｒｏ−
ａｌｇａｅ）とシアノバクテリアとからなるグループか
ら選ばれる。

【００１７】（ｂ）　培地から微生物を分離する工程。

【００１８】（ｃ）　工程（ｂ）で分離された微生物を
溶解する工程。

【００１９】（ｄ）　溶解された微生物を粉砕する工程
。

【００２０】（ｅ）　工程（ｄ）で得た溶液に溶媒を加
えて、微生物が生成した抗酸化剤を可溶化する工程。及
び、次いで （ｆ）　存在する液相と固相とを分離する工程。

【００２１】好ましくは、培地への酸素の再注入は圧力
下で行う。

【００２２】産生される抗酸化剤は異なるタイプのもの
であり、かつ、培養した種に依存している。

【００２３】本発明が適用される微生物は、公知のあら
ゆる微藻類およびシアノバクテリアである。微藻類は、
特に、ポルフィリジウム・クルエンタム（Ｐｏｒｐｈｙ
ｒｉｄｉｕｍ　ｃｒｕｅｎｔｕｍ）のような紅藻類であ
り、これは酸化性の条件下で主として“Ｍｎ”型のＳＯ
Ｄを生産することを可能にする。

【００２４】このＳＯＤは分子量が夫々２０、０００の
２つのサブユニットからなり、それらは非共有結合によ
り結合している。このものは平均４．２の等電点を呈す
る。

【００２５】ポルフィリジウム・クルエンタム（Ｐｏｒ
ｐｈｙｒｉｄｉｕｍ　ｃｒｕｅｎｔｕｍ）は、培養物１
ｍｌ当り平均１０〜２０Ｕ（ＮＢＴ　−ｎｉｔｒｏｂｌ
ｕｅ　ｔｅｔｒａｚｏｌｉｕｍ−　による分析に基く）
のＳＯＤを生成する（１ｍｌの培養物は約１ｍｇの微藻
類の乾燥物（以下、ＭＳ）を含有する）。

【００２６】ポルフィリジウム・クルエンタム（Ｐｏｒ
ｐｈｙｒｉｄｉｕｍ　ｃｒｕｅｎｔｕｍ）は、さらに、
ビタミンＣの産生を可能にする。即ち、この微藻類は１
ｋｇ当り５〜７グラムのビタミンＣを含有する。

【００２７】この微藻類については、“デルタ−アミノ
−レブリン”系代謝経路が非常に発達している。この経
路は特殊な顔料（フィコビリプロテイン）や上記ＳＯＤ
をもたらす。

【００２８】これに対し、ヘマトコッカス・プルビアリ
ス（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ　ｐｌｕｖｉａｌｉｓ
）のような緑藻類タイプの微藻類の培養物は、超酸化性
の培地中で基本的にトコフェロールを生成し、特に、微
藻類１ｋｇ当り４〜５グラムの濃度のアルファ・トコフ
ェロール（ビタミンＥ）と０．５〜１グラムの濃度のガ
ンマ・トコフェロールを生成する。

【００２９】この種の微藻類においては、“メバロン”
系代謝経路が非常に発達している。

【００３０】本発明に基く抗酸化剤の生産に好都合な条
件は、酸素が高度に生成される条件、即ち、光合成活動
が活発に行われる条件である。また、好ましくは、微生
物の培養は自然照明条件下で行われ、培地からの抗酸化
剤の抽出、従って、液体培地から微生物を分離する前記
工程（ｂ）は午後に行われる。

【００３１】更に、抗酸化剤の生産にとって最も好都合
な条件は、微生物が指数増殖期（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａ
ｌ　ｇｒｏｗｔｈ　ｐｈａｓｅ）にある条件（即ち、成
長率が最大の条件）である。

【００３２】不連続的に、即ち、”バッチ”方式で稼働
させる場合には、指数増殖期は培養の初期に位置する。 この時期には微生物は活発な分裂段階にある。これは光
合成活動が最大になることを意味する。

【００３３】連続的に培養する場合には、微生物を活発
な分裂段階に維持するため、培地の更新を迅速にする必
要がある（１日当り０．２〜１回）。

【００３４】微生物を培地から分離する前に、微生物の
懸濁液に対して、細胞の膜透過性を増加させることによ
り培地の抗酸化剤濃度（特に、ＳＯＤ濃度）を増加させ
るための処理を１回若しくは複数回施すことができる。

【００３５】上記処理は、細胞の懸濁液を数分間にわた
り４０〜５０℃に加熱すること、又は、ガンマ線でこの
懸濁液をイオン化することからなる。１０ｋｇｒａｙの
処理により、培地の抗酸化剤活性度を２０％〜１００％
富化することができる。

【００３６】培地から微生物を分離する工程（ｂ）はバ
イオマスを分離することを目的とするもので、細胞間抗
酸化剤は工程（ｃ）〜（ｆ）において培地（この培地は
細胞外抗酸化剤を含有していることがある）から抽出さ
れる。

【００３７】特にＳＯＤの場合には、酵素の半分以上は
培地中にあり、この培地における活動度を測定すれば、
場合によっては、培地を処理して培地から細胞外抗酸化
剤を抽出するのが妥当であることがある。

【００３８】微生物を溶解すること（工程（ｃ））は、
粉砕条件を改善するために微生物ジュースの濃度を調節
することを可能にする。粉砕工程にとって最良の微生物
濃度は、使用する種およびその生長段階に応じ、１リッ
トル当り乾燥物２０〜１００ｇである。

【００３９】粉砕工程は、微生物を破裂させ、すべての
細胞内容物を溶媒に対してアクセス可能にすることを目
的としている。この工程はホモジナイザー内で実施され
、微生物は加圧と減圧とを反復して受ける。

【００４０】工程（ｅ）で使用する１種の溶媒又は複数
の溶媒の混合物は、抽出すべき抗酸化剤に依存する。特
に、ＳＯＤおよびビタミンＣは水溶性であるからその抽
出は水溶液中で行われるのに対し、トコフェロールは脂
溶性であるからその抽出はアセトン・タイプ若しくはメ
タノール・タイプの有機溶媒又は植物油若しくは鉱物油
中で行われる。

【００４１】同一種から生成された脂溶性の抗酸化剤と
水溶性の抗酸化剤とを同時に抽出したい場合には、有機
溶媒又は油を用いる。

【００４２】相を分離する工程（ｆ）は、水性溶媒を用
いるか非水性溶媒を用いるかに応じて、混合物を２つ又
は３つの相に分離することを目的としている。即ち、水
溶性抗酸化剤を含有する水溶液と、脂溶性抗酸化剤を含
有する油性溶液と、細胞残滓からなる固体相とである。 この相分離工程は遠心分離により又は脈動カラム内での
デカンテーションにより実施される。

【００４３】好ましくは、粉砕工程と溶媒添加工程と相
分離工程（ｆ）とは約４℃で実施される。

【００４４】必要な場合には、工程（ｆ）で得る油性相
と水性相、および、微生物分離工程（ｂ）で得る液体培
地は、濃縮し、場合により精製することができる。

【００４５】この濃縮は、限外濾過により、および／ま
たは、硫酸アンモニウムを用いた析出により実施するこ
とができる。

【００４６】精製は好ましくは４℃で実施され、精製の
程度は抗酸化剤の用途に依存する。

【００４７】本発明は、また、液体培地に懸濁させた光
合成性微生物の培養物から抗酸化剤を生産するための密
閉型光バイオリアクターを提供し、前記微生物は微藻類
とシアノバクテリアとからなるグループから選ばれ、こ
の光バイオリアクターは以下の構成要素からなる：（Ａ
）　　太陽光に対して透明で、その中を液体培地が循環
するソーラー・レセプター、 （Ｂ）　　ソーラー・レセプターの入口に接続され、光
合成に必要なＣＯ２を液体培地に供給する塔型のカーボ
ネーター、 （Ｃ）　　光合成により微生物が生成した酸素のコレク
ター、および、 （Ｄ）　　収集された酸素をカーボネーターのところに
再注入する手段。

【００４８】最大の光合成活動を実現するため、ソーラ
ー・レセプターは液体培地が循環する複数の平行なパイ
プからなり、端部のコレクターはこれらのパイプを連通
する。

【００４９】本発明の他の特徴や利点は、添付図面を参
照しながら以下の実施例（限定的ではなく、例示を目的
とする）の記載を読めばより良く理解されるであろう。

【００５０】

【実施例】添付図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。添付図面において：図１は、微藻類の培養物から抗
酸化剤を抽出する本発明の方法の種々の工程を示す模式
図であり、図２は、微藻類を生産するための“バッチ”
方式で作動する本発明の光バイオリアクターの模式図で
あり、図３は、培地中での光合成活動の一日間の変化を
示し、図４は、微藻類を生産するための連続方式で作動
する本発明の光バイオリアクターの模式図である。

【００５１】図１に示すように、ポルフィリジウム・ク
ルエンタム（Ｐｏｒｐｈｙｒｉｄｉｕｍ　ｃｒｕｅｎｔ
ｕｍ）の培養物１は光バイオリアクター２内で形成され
、このリアクターはカリウムと燐と窒素とを富化した合
成海水を栄養培地として収容している。カリウムは塩化
物の形で、燐はオルト燐酸の形で、窒素は尿素又は硝酸
塩の形で存在する。

【００５２】培地のｐＨは微藻類の全生長を通じて６か
ら８に調整され、炭素の供給は二酸化炭素の形で行われ
る。この光バイオリアクターの具体的な実施態様は図２
および図３を参照して後述する。

【００５３】微藻類の培養は数日にわたって行われ、培
地は１リットル当たり約１グラムの乾燥微藻類を含有す
る。

【００５４】これらの微藻類の生産は自然照明条件下で
行われると共に、抗酸化剤を抽出するための微藻類の処
理は１２時間から１８時間かけて、かつ、微藻類の指数
増殖期（ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ　ｇｒｏｗｔｈ　ｐｈ
ａｓｅ）に行われる。

【００５５】光バイオリアクターから取り出した培養物
は、微藻類の膜透過性を増加させ、従って、抗酸化剤の
細胞外含有率を増加させるため、４０℃から５０℃に保
持した水浴４に１０分から２０分間入れる。この加熱は
撹拌しながら行われる。

【００５６】参照番号６で示したように、次に培養物１
を２００　Ｌ／ｈ／ｍ２前後の流量で回転フィルター７
で濾過し、培地から微藻類を分離する。この工程は１ｍ
３／ｈの流量で１０、０００ｇから３０、０００ｇで連
続遠心分離機で行なうこともできる。６で得られた澄ん
だ濾液９はジスムターゼ超酸化物酵素の半分以上を含有
している。特に、液体培地中で測定（測定はＮＢＴによ
る）した酵素活性度は１０Ｕ／ｍｌから３０Ｕ／ｍｌで
ある。

【００５７】ＳＯＤは直接に水に溶けており、次に参照
番号８で示したように１０、０００ダルトンの鉱物膜を
用いた限外濾過により濃縮することができる。

【００５８】このように濃縮した濾液９は参照番号１０
で示したように、特に陰イオン交換クロマトグラフィー
により、精製することができる。

【００５９】濃縮工程８および精製工程１０は約４℃で
行われる。

【００６０】６で得られた固形物は基本的に微藻類を含
有している。微藻類は、１３から導入する燐酸塩緩衝溶
液（５０ｍＭ、ｐＨ　７．８）中で、参照番号１２で示
すように撹拌しながら希釈され、１４で模式的に示した
“粉砕”工程に最良の微藻類の濃縮液を得る。１２で得
られた懸濁液１５における微藻類の濃度は乾燥物２０ｇ
／ｌ〜１００ｇ／ｌである。

【００６１】懸濁液１５は、次に、２×１０７パスカル
〜５×１０７パスカルの圧力で作動するマントン・ゴー
リン（Ｍａｎｔｏｎ−Ｇａｕｌｉｎ）型のＡＴＶホモジ
ナイザー内で加圧−減圧サイクルに付される。この工程
は好ましくは４℃で実施される。この工程の目的は、微
藻類を破裂させ、すべての細胞内容物を溶媒に対してア
クセス可能にすることである。

【００６２】１４で得たポルフィリジウム・クルエンタ
ム（Ｐｏｒｐｈｙｒｉｄｉｕｍ　ｃｒｕｅｎｔｕｍ）の
細胞からなる懸濁液に対し、植物油又は鉱物油（例えば
、大豆油、又は、アセトン若しくはメタノール系溶媒）
を添加することにより、トコフェロールのような脂溶性
の抗酸化剤とビタミンＣおよびＳＯＤのような水溶性の
抗酸化剤とを同時に抽出する。

【００６３】この溶媒添加は参照番号１６で示した。矢
印１７は細胞懸濁液への溶媒の導入を表す。この溶媒添
加は撹拌しながら約４℃で行う。得られた細胞懸濁液を
参照番号１９で示した。

【００６４】参照番号１８で示したように、細胞懸濁液
１９は次にＶＡ３５−０９−５６６型ピストン弁を備え
た単段遠心式抽出器で遠心分離する。得られる遠心分離
物は、特に、ＳＯＤとビタミンＣとを含有する水溶液と
、トコフェロールを含有する油性溶液からなる。参照番
号２１は水溶液の回収に対応し、参照番号２３は油性溶
液の回収に対応する。

【００６５】これらの溶液は、次に、６で微藻類を分離
した後に得られる液体培地と同様に、８で示したように
濃縮することができる。

【００６６】遠心分離１８の結果として２５で得られる
固体残滓は微藻類の断片を含有している。

【００６７】図２には、抗酸化剤を生成する微藻類又は
シアノバクテリアを“バッチ”方式で培養するための本
発明の光バイオリアクターを示す。

【００６８】この密閉型光バイオリアクター２はソーラ
ー・レセプター３０を備え、このソーラー・レセプター
３０はポリエチレンのような透明な可撓性プラスチック
材料で形成された平行なパイプ３２を有し、微生物とそ
の生長に必要な栄養要素とを含む培地はこれらのパイプ
中を循環する。ポリプロピレン製のコレクター３４およ
び３６はパイプ３２を相互に連結すると共に、１つのパ
イプから他のパイプへと液体が通過するのを可能にする
ものである。

【００６９】このソーラー・レセプター３０は温度調節
のため所定広さの水面上に配置するようになっている。

【００７０】このソーラー・レセプターの構造と作動の
詳細については、前述したＦＲ−Ａ−２，６２１，３２
３を参照することができる。

【００７１】１サイクル即ち１“ｒｕｎ”の間の培地へ
のＣＯ２の供給は、導入導管４０を介してソーラー・レ
セプター３０の入口に接続されたカーボネーター３８に
より行われる。導管４０には、光バイオリアクター全体
に培地を循環させるためのポンプ４２が設けてある。

【００７２】カーボネーター３８は塔型のもので、導管
４０を通じての培地へのＣＯ２の供給はカーボネーター
の底部から行われる。

【００７３】光バイオリアクターは更に微藻類の生長に
必要な栄養培地を撹拌状態で調製するための槽４４を有
する。この栄養培地は、導管４０に分岐して設けた導入
導管４６を介して、サイクルの初期に、微藻類を含む液
体培地に導入される。この分岐導管４６は栄養培地の注
入を制御するための弁４７を備えている。

【００７４】ソーラー・レセプター３０内では、光合成
作用により酸素が形成される。ソーラー・レセプター３
０の出口、より詳しくはコレクター３４および３６の出
口に設けたパージパイプ４８は、ソーラー・レセプター
のパイプ３２内で形成されるガスポケットを除去する。 このガスは、ソーラー・レセプター３０の強太陽照射条
件においては、７５容積％までの酸素を含有することが
あり、酸素は光合成により発生する。

【００７５】この酸素ガスはコレクター５０内に収集さ
れ、次いで導管４９を介してカーボネーター３８内に再
注入される。酸素ガスのリサイクルはカーボネーター３
８の底部に行われる。

【００７６】カーボネーター内で酸素は培地中に再溶解
する。培地中を酸素が通過するのを容易にするため、カ
ーボネーターの上部には円錐形のデフレクター・プレー
ト（拡散プレート）５１が設けてある。

【００７７】カーボネーター３８内へのＣＯ２の供給は
空気との混合物として行われ、混合物中のＣＯ２は８０
容積％までである。このガス状混合物は供給導管５３を
介して槽５２内に導入される。

【００７８】この槽の出口には導入導管５４が設けてあ
り、この導管はカーボネーター３８の中央浸漬パイプ５
６に連結してある。このパイプ５６はカーボネーターの
回転軸線に沿って配置してある。パイプ５６の浸漬端部
５８は孔隙率可変の焼結ガラス又は焼結ステンレスで形
成してあり、微藻類を含有する液体培地内にＣＯ２が対
向流方式で容易に溶解するようになっている。カーボネ
ーターへの培地１の導入は、ソーラー・レセプターの下
流側コレクター３６の出口に設けた導入導管６０を介し
て、カーボネーターの上部に行われる。

【００７９】焼結ガラス５８によりカーボネーター３８
内に導入された空気とＣＯ２との混合物は、培地中に溶
解した酸素の脱着を僅かに生じさせる。カーボネーター
の頂部に集積したガス状混合物は排出導管６２により回
収され、槽５２内に再び注入される。

【００８０】この槽５２内のガスはピストン式の装置６
４により圧縮され、導管５４と浸漬パイプ５６とを介し
てカーボネーター３８内に再注入される。

【００８１】カーボネーターの基部に再注入されるこの
ガスは、脱着した酸素と、液相中に溶解しなかったＣＯ
２とを含有している。

【００８２】槽５２には圧力調整器６６が設けてあり、
その圧力レベルは０．１×１０５パスカルから０．５×
１０５パスカルに調整してある。

【００８３】この装置は培地を溶解酸素で富化すること
を可能にするものである。

【００８４】強太陽照射条件下においては、ガス相内の
酸素の割合は、供給導管５３の入口において、２１容積
％である。

【００８５】カーボネーター３８の出口又はソーラー・
レセプター３０入口においては、即ち、導管４０内にお
いては、ガス状混合物は７０容積％の酸素を含有する。 これは、カーボネーター内に６０を通って到来する培地
は、光合成による溶解酸素に非常に富んでいることに因
るものである。

【００８６】ソーラー・レセプターの出口においては、
即ち、パージパイプ４８内においては、ガス状混合物は
７５容積％の酸素を含有する。従って、培地を閉込める
ことによりソーラー・レセプター３０内で酸素は７０容
積％から７５容積％富化される。

【００８７】カーボネーターのレベルにおける部分的脱
酸素又は酸素の脱着は、カーボネーター内のガス相酸素
の濃度を７５容積％から７０容積％低下させる。

【００８８】このような酸化性条件下においては、培養
した微藻類は抗酸化剤を合成して反応する。

【００８９】特に、微藻類ポルフィリジウム・クルエン
タム（Ｐｏｒｐｈｙｒｉｄｉｕｍ　ｃｒｕｅｎｔｕｍ）
は、培養物１ｍｌ当り平均１０〜２０Ｕ（ＮＢＴ）（即
ち、５×１０６〜２０×１０６Ｕ／ｍ３）のＳＯＤと、
１ｋｇ当り５〜７グラムの割合のビタミンＣを生成して
反応する。他方、微藻類ヘマトコッカス・プルビアリス
（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ　ｐｌｕｖｉａｌｉｓ）
は微藻類１ｋｇ当り４〜５グラムの割合のビタミンＥと
０．５〜１グラムの割合のガンマ・トコフェロールを生
成しながら反応する。

【００９０】図２に示した装置は、更に、出口導管６０
に設けた分岐導管６８を備え、この分岐導管には弁７０
が設けてある。この導管６８は槽７２内に開口している
。この槽７２は、抗酸化剤を抽出するために、培養サイ
クルの後に微藻類と培地を回収することを目的としてい
る。

【００９１】抗酸化剤の生産に好ましい条件は、光合成
活動度の高い条件である。また、このような条件は、培
養サイクル（即ち、”ｒｕｎ”ラン）のスケールを１０
〜２０日として最適化することができる。微藻類の光合
成活動は”ラン”の初期に、即ち、生長の指数増殖期に
最大である。このことを以下の例により示す。

【００９２】ポルフィリジウム・クルエンタム（Ｐｏｒ
ｐｈｙｒｉｄｉｕｍ　ｃｒｕｅｎｔｕｍ）の培養物につ
いて行なった”ラン”において、本発明者は以下のＳＯ
Ｄ濃度を観測した。

【００９３】 ５日目：　　２５　Ｕ（ＮＢＴ）／培地ｍｌ（１．０　
ｇ　ＭＳ／培地ｌ）、即ち、２５、０００　Ｕ／培地ｇ
１０日目：３１　Ｕ（ＮＢＴ）／培地ｍｌ（１．３　ｇ
　ＭＳ／培地ｌ）、即ち、２４、０００　Ｕ／培地ｇ１
７日目：２７　Ｕ（ＮＢＴ）／培地ｍｌ（１．８　ｇ　
ＭＳ／培地ｌ）、即ち、１５、０００　Ｕ／培地ｇ２６
日目：　３　Ｕ（ＮＢＴ）／培地ｍｌ（２．０　ｇ　Ｍ
Ｓ／培地ｌ）、即ち、　１、５００　Ｕ／培地ｇ（註：
前述した如く、ＭＳは微藻類の乾燥物を表す）上記例に
よれば、抗酸化剤の最大の生成はランの１日目から１０
日目に起こることが明らかである。

【００９４】微藻類としてヘマトコッカス・プルビアリ
ス（Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ　ｐｌｕｖｉａｌｉｓ
）を用いたランにおいても同様の測定を行なった。本発
明者は微藻類における以下のトコフェロール濃度を観測
した。

【００９５】 ２日目：　　４、５００　ｐｐｍのアルファ・トコフェ
ロール、６６０　ｐｐｍのガンマ・トコフェロール２０
日目：８０　ｐｐｍのアルファ・トコフェロール、１３
０　ｐｐｍのガンマ・トコフェロール本発明に従えば、
微生物は自然照明条件下で、即ち、昼夜交替する条件下
で、密閉型光バイオリアクター内で培養される。微生物
によるＣＯ２の同化、従って、Ｏ２の生成は光の強度に
直接に関連する。従って、それらは昼間に最良となる。

【００９６】図３のグラフは、培地に溶解したＣＯ２お
よび酸素の圧力の一日間の変化を示す。これらのガスの
圧力はｐｐｍで表してある。カーブＡはＣＯ２の圧力を
表し、カーブＢはＯ２の圧力を表す。カーブＣは一日間
の太陽エネルギ（ＥＳ）を表し、　単位はキロジュール
／ｍ２／ｓである。

【００９７】これらのカーブから、抗酸化剤の最良の生
成条件は１２時と１８時との間に位置することが明らか
である。従って、抗酸化剤の回収はこの期間に行う。

【００９８】微藻類の培養、従って抗酸化剤の生成は、
また、図４に示した光バイオリアクターを用いて連続的
に行うことができる。この光バイオリアクターの構成要
素のうち、図２のリアクターの構成要素と同一のものは
、同じ参照番号で示してある。

【００９９】この光バイオリアクターは、図２の場合と
同様に、管状のソーラー・レセプター３０を備え、その
上流および下流にはコレクター３４および３６が設けて
ある。コレクター３４の入口と出口を連通する導管４０
ａにはポンプ４２ａが設けてあり、このポンプは連続的
に作動する。このポンプは微藻類を含んだ培地をソーラ
ー・レセプター３０内に連続的に循環させる。ソーラー
・レセプターと導管４０ａとポンプ４２ａとの全体は密
閉されたアッセンブリーを形成する。即ち、微生物はこ
のアッセンブリーから出ることはない。

【０１００】槽４４内で撹拌しながら調製された栄養培
地は、この実施例の場合、導入導管４６ａを介してカー
ボネーター３８ａの頂部に連続的に導入される。導管４
６ａには連続的に作動するポンプ７３が設けてあり、栄
養培地の流量を調節し、従って、栄養培地の更新の割合
（１日１回）を調節できるようになっている。

【０１０１】浸漬パイプ５６の浸漬端部には焼結ガラス
５８が設けてあり、この浸漬パイプはカーボネーター３
８ａ内の栄養培地にＣＯ２を対向流方式で供給するよう
になっている。

【０１０２】浸漬パイプ５６の入口に設けたリザーバー
７４の作用により圧力下で注入されるＣＯ２ガスを容易
に溶解させるため、カーボネーターの塔にはラシッヒリ
ング若しくはバートサポート型のライニング７６が設け
てある。

【０１０３】炭酸ガスを吹込まれた栄養培地は、次に、
カーボネーター３８ａの底部をソーラー・レセプター３
０のコレクター３４に接続する導入導管４０ｂにより、
ソーラー・レセプター３０内に注入される。この導管４
０ｂは連続的に作動するポンプ４２ｂを備えており、こ
のポンプの流量はポンプ７３および７５と同様に調節さ
れる。

【０１０４】ソーラー・レセプター３０の出口からは、
ポンプ７５を備えた導管６０ａが槽７７内へと培地を連
続的に搬送する。この槽７７は、抗酸化剤を抽出するた
めに、微生物を含んだ培地を回収することを目的として
いる。

【０１０５】前述した場合と同様に、ソーラー・レセプ
ター３０内では、光合成により培地は溶解酸素で富化さ
れる。酸素を含有する形成されたガスポケットはパージ
パイプ４８によりレセプター３０から酸素コレクター５
０に向けて排出される。

【０１０６】このコレクター５０は酸素に富んだパージ
ガスの圧力を測定するための圧力計７８を備えている。

【０１０７】圧力が０．４〜０．５×１０５パスカルに
なった時には、電磁弁８０はコレクター５０内に集積し
たガスを放出する。このガスは、光合成により発生した
酸素ガスを培地中に溶解させるべく、導管４９によりカ
ーボネーター３８ａの底部に再注入される。

【０１０８】ソーラー・レセプター３０内に集積したガ
スは、前述の場合と同様に、溶解酸素を富化させる。

【０１０９】光バイオリアクターの液体培地中の溶解酸
素濃度を増加させるため、リアクタを高圧で作動させる
ことが望ましい。図示した実施例では、ソーラー・レセ
プターのパイプ３２は０．５×１０５パスカル以上の圧
力には耐えない。また、電磁弁８０の開放は０．４〜０
．５×１０５パスカルで行われる。酸素で富化されたガ
スの通常の圧力は０．１〜０．２×１０５パスカルであ
る。

【０１１０】図４のカーボネーター３８ａとは異なり、
図２に示した光バイオリアクターにおいては、カーボネ
ーター３８はライニングを備えていない。何故ならば、
“バッチ”方式においては、微生物を含んだ液体培地が
カーボネーターを通るので、微生物がライニングに付着
するからである。カーボネーター３８ａには、ガスと栄
養培地のみが循環する。

【０１１１】培地の酸素富化を更に向上させるため、図
４の光バイオリアクターの加圧ＣＯ２リザーバー７４を
、カーボネーター内で脱着する酸素を回収する装置５２
−５４−６６（図２）で置換することができる。

【０１１２】本発明に従って培養し処理したポルフィリ
ジウム・クルエンタム（Ｐｏｒｐｈｙｒｉｄｉｕｍｃｒ
ｕｅｎｔｕｍ）では、１０００リットルの培地内で５×
１０６〜２０×１０６ＮＢＴ単位のＳＯＤを得ることが
可能であり、これは培地１ｍ３当り９〜３６グラムのＳ
ＯＤが生産されることに対応する。このような条件下で
は、１ヘクタールの水面上に広げたソーラー・レセプタ
ー３０は、２００日／年の稼働により、９０〜３６０ｋ
ｇのＳＯＤを生産することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、微藻類の培養物から抗酸化剤を抽出す
る本発明の方法の種々の工程を示す模式図である。

【図２】図２は、微藻類を生産するための“バッチ”方
式で作動する本発明の光バイオリアクターの模式図であ
る。

【図３】図３は、培地中での光合成活動の一日間の変化
を示すグラフである。

【図４】図４は、微藻類を生産するための連続方式で作
動する本発明の光バイオリアクターの模式図である。

【符号の説明】

１：　　培地 ２：　　光バイオリアクター ４：　　水浴 ７：　　フィルター ８：　　濃縮装置 １０：精製装置 １４：粉砕装置 １５、１９：懸濁液

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　抗酸化剤を生産し、かつ、抽出する方
   法であって、以下の諸工程を包含してなる方法：（ａ）
   　密閉型光バイオリアクター内で、液体培地に懸濁させ
   た光合成性の微生物を培養する工程；この工程では、光
   合成により微生物が生成する酸素は回収され、かつ、培
   地に再注入され、前記微生物は微藻類とシアノバクテリ
   アとからなるグループから選ばれる；（ｂ）　培地から
   微生物を分離する工程；（ｃ）　前記工程（ｂ）で分離
   された微生物を溶解する工程； （ｄ）　溶解された微生物を粉砕する工程；（ｅ）　前
   記工程（ｄ）で得た溶液に溶媒を加えて、微生物が生成
   した抗酸化剤を可溶化する工程；及び（ｆ）　存在する
   液相と固相とを分離する工程。
2. 【請求項２】　　前記工程（ｂ）を微生物が指数増殖期
   にあるときに実施することを特徴とする請求項１に記載
   の方法。
3. 【請求項３】　　微生物の培養を自然照明条件下で実施
   し、かつ、前記工程（ｂ）を午後に実施することを特徴
   とする請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】　　抗酸化剤の生産を高めるための処理で
   あって、培地の加熱若しくはイオン化からなる処理を培
   地に施す工程を包含してなる請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】　　前記溶媒は有機溶媒又は植物油若しく
   は鉱物油であることを特徴とする請求項１に記載の方法
   。
6. 【請求項６】　　前記工程（ｄ）、（ｅ）、および（ｆ
   ）を約４℃で実施することを特徴とする請求項１に記載
   の方法。
7. 【請求項７】　　前記工程（ｆ）で得た液相を濃縮し、
   次いで精製することを特徴とする請求項１に記載の方法
   。
8. 【請求項８】　　前記工程（ｂ）で分離した培地を濃縮
   し、次に精製することを特徴とする請求項１に記載の方
   法。
9. 【請求項９】　　前記工程（ｃ）の溶液が２０〜１００
   ｇ／ｌの乾燥微生物を含むことを特徴とする請求項１に
   記載の方法。
10. 【請求項１０】　　光合成により生成された酸素を加圧
    下で培地に再注入することを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
11. 【請求項１１】　　前記微生物はポルフィリジウム・ク
    ルエンタムおよびヘマトコッカス・プルビアリスから選
    ばれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 【請求項１２】　　液体培地に懸濁させた光合成性微生
    物の培養物から抗酸化剤を生産するための密閉型光バイ
    オリアクターであって、前記微生物は微藻類とシアノバ
    クテリアとからなるグループから選ばれ、かつ以下の構
    成要素を包含してなる光バイオリアクター：（Ａ）　　
    太陽光に対して透明で、その中を液体培地が循環するソ
    ーラー・レセプター； （Ｂ）　　前記ソーラー・レセプターの入口に接続され
    、光合成に必要なＣＯ２を液体培地に供給する塔型のカ
    ーボネーター； （Ｃ）　　光合成により微生物が生成した酸素のコレク
    ター；及び、 （Ｄ）　　回収された酸素をカーボネーターのところに
    再注入する手段。
13. 【請求項１３】　　前記ソーラー・レセプターは、液体
    培地が循環する複数の平行なパイプからなり、端部のコ
    レクターはこれらのパイプを連通することを特徴とする
    請求項１２に記載の光バイオリアクター。
14. 【請求項１４】　　前記カーボネーターの上部には液体
    培地の拡散プレートが設けてあることを特徴とする請求
    項１２に記載の光バイオリアクター。
15. 【請求項１５】　　前記カーボネーターは液体培地への
    ＣＯ２およびＯ２の導入を容易にするためのライニング
    を備えていることを特徴とする請求項１２に記載の光バ
    イオリアクター。
16. 【請求項１６】　　前記カーボネーターが、カーボネー
    ターの底部からＣＯ２を供給するように塔内に配置され
    た中央浸漬パイプと、カーボネーターの上部に液体培地
    を導入するための導管とを備え、もって、液体培地とＣ
    Ｏ２含有ガスとがカーボネーター内で対向流方式に循環
    するようになっており、前記浸漬パイプの端部には孔隙
    率可変の焼結ガラス又は焼結ステンレスが設けてあるこ
    とを特徴とする請求項１２に記載の光バイオリアクター
    。
17. 【請求項１７】　　前記光バイオリアクターが、さらに
    、ＣＯ２供給導管を有するＣＯ２導入槽と、前記浸漬パ
    イプを用いて前記槽からカーボネーターの底部へガスを
    導入する導管と、カーボネーターの頂部に配置されたガ
    ス排出導管であって排出ガスを前記槽内に再注入する導
    管と、前記槽内のガスを圧縮する手段と、前記浸漬パイ
    プ内に導入されるガスの圧力を調整する手段、とを備え
    ていることを特徴とする請求項１６に記載の光バイオリ
    アクター。
18. 【請求項１８】　　培養物の培地に再注入される酸素富
    化ガスの圧力を制御する手段を備えていることを特徴と
    する請求項１２に記載の光バイオリアクター。