WO2013035797A1 - 藻類の培養方法およびアルギン酸含有組成物の製造方法 - Google Patents

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憲之 木崎
武 古田
拓 毛利
直明 田岡
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Definitions

  • the present invention relates to a method for culturing algae belonging to the genus Parachlorella and capable of producing alginic acid.
  • the present invention also relates to a method for producing an industrially advantageous alginic acid-containing composition.
  • the present invention relates to a dried alga obtained from the alginic acid-containing composition obtained by the production method, a sludge reducing agent containing the alginic acid-containing composition, a harmful substance adsorbent, feed, food and medicine.
  • Alginic acid is a viscous polysaccharide contained between cells and cell walls of brown algae and some red algae, and two types of uronic acids, namely D-mannuronic acid and L-guluronic acid, are combined at various ratios. Polyuronide polysaccharide.
  • Alginic acid or its salt is not only widely used in food additives, pharmaceuticals, cosmetics, dental materials, etc. as a thickening stabilizer and gelling agent, but also as a functional food because it is a kind of dietary fiber. Is also attracting attention. Further, among alginic acids, low molecular weight alginic acid called alginic acid oligomer has been reported to have various physiological activities (Non-patent Document 1).
  • alginic acid and its salts have been industrially produced by extraction and purification from brown algae such as kombu and wakame.
  • the production method using these brown algae as a raw material has a problem in the stable supply of the raw material.
  • a method for producing an alginic acid oligomer a method of lowering the molecular weight by using an alginic acid-degrading enzyme or bacteria from a high molecular weight alginic acid obtained from brown algae (Patent Documents 1 and 2), the high molecular weight A method of reducing the molecular weight by heat-treating alginic acid under pressure is known (Patent Documents 3 and 4).
  • the former method is industrially disadvantageous because it requires enormous costs for using enzymes or bacteria, and requires a long-time reaction with a low concentration aqueous solution.
  • the latter pressure heat treatment method also has a facility problem that requires an expensive pressure vessel.
  • Patent Literature a novel parachlorella algae having an ability to produce alginic acid, particularly a relatively low molecular weight alginic acid, has been found, and a method for obtaining alginic acid from the culture solution by culturing it has been reported.
  • Patent Literature a method for obtaining alginic acid from the culture solution by culturing it has been reported.
  • Patent Literature the sludge reduction method using the algal body dried material of the algae containing the said alginic acid is also reported (patent document 6).
  • the novel algae are described as photorequiring, and any of the actually disclosed methods for culturing the algae is autotrophic culture utilizing the photosynthetic ability of the algae.
  • Algae can generally be autotrophically cultured using its photosynthetic ability.
  • Autotrophic culture has the advantage that natural light such as sunlight can be used and there is no need to add a carbon source or energy source to the medium, while the amount of light irradiation varies depending on the weather, season, etc.
  • the culture solution is easily contaminated with microorganisms.
  • expensive equipment is required and a large amount of electric energy is required.
  • JP-A-2-303468 Japanese Patent Laid-Open No. 5-15387 JP-A-6-7093 JP 2006-320320 A WO2010-024367 Japanese Patent No. 4573187
  • an object of the present invention is to provide an industrial and efficient method for culturing alga having alginic acid producing ability. Furthermore, it is an object to provide an industrially advantageous method for producing an alginic acid-containing composition.
  • the present inventors have heretofore been able to cultivate algae belonging to the genus Parachlorella having the ability to produce alginic acid, which is known only as an autotrophic culture method that requires light, in a highly heterotrophically efficient manner.
  • the present inventors have found that the algal culture cultured heterotrophically can accumulate a larger amount of alginic acid than the case of autotrophic culture, thereby completing the present invention.
  • the present invention is shown below.
  • a method for culturing algae comprising a step of heterotrophically culturing algae belonging to the genus Parachlorella and capable of producing alginic acid.
  • Algae is cultured in a liquid medium, and the total amount of organic compounds used in the liquid medium is 2.5 g or more in terms of the weight of carbon atoms with respect to 1 L of the liquid medium at the start of the culture.
  • the method according to any one of [1] to [3] above.
  • a method for producing an alginic acid-containing composition comprising the step of obtaining an alginic acid-containing composition from an algal culture obtained by the method according to any one of [1] to [4] above .
  • the present invention it is possible to efficiently grow algae having the ability to produce alginic acid using a general-purpose microbial culture tank without supplying light during culturing.
  • An efficient method for producing an alginate-containing composition can be provided.
  • the alginic acid-containing composition obtained by the method of the present invention contains a large amount of alginic acid, and is useful as a raw material for sludge reducing agents, harmful substance adsorbents, feeds, foods, or pharmaceuticals.
  • the method for culturing algae according to the present invention is characterized by including a step of heterotrophically culturing alga having alginic acid producing ability.
  • the algae used in the present invention are algae having an alginic acid producing ability and belonging to the genus Parachlorella.
  • Parachlorella algae was once classified as a genus of Chlorella of Trevoxiophyceae, but according to molecular phylogenetic analysis using 18S rDNA and 16S rDNA, other Chlorella algae belonging to Trevoxia algae It is recognized as an independent genus different from Chlorella algae.
  • Examples of the algae belonging to the genus Parachlorella include, but are not limited to, algae such as Parachlorella sp. Binos, Parachlorella ⁇ ⁇ kessleri, and Parachlorella beijerinckii.
  • an algae whose biological species has not been identified can be used in the present invention as long as it belongs to the genus Parachlorella or its relatives and has an ability to produce alginic acid.
  • the algae belonging to the genus Parachlorella refers to the algae belonging to the genus adjacent to the genus Parachlorella in the molecular phylogenetic tree obtained by molecular phylogenetic analysis using 18S rDNA and 16S rDNA. That is, any algae having an alginate-producing ability and classified into the genus Closteriopsis, Dicloster, or Marinichlorella can be used in the present invention.
  • the algae used in the present invention may be those that have not been conventionally known to be heterotrophically cultured. That is, even if it has photosynthetic ability and has been conventionally cultured in an autotrophic manner, it can be used in the present invention as long as it can be cultured heterotrophically and has the ability to produce alginic acid. .
  • algae colonies are isolated from freshwater samples collected in the field by subculture using a general medium, and finally the genus species is identified by molecular phylogenetic analysis. Can be obtained.
  • the alga used in the present invention has the ability to produce alginic acid.
  • Alginic acid may be secreted extracellularly from Parachlorella algae or may be accumulated intracellularly.
  • alginic acid is detected from a culture solution of Parachlorella algae or a homogenate of the culture solution, it is determined that the Parachlorella algae have an alginate production ability.
  • Alginic acid is obtained by arbitrarily polymerizing D-mannuronic acid and L-guluronic acid.
  • the degree of polymerization that is, the number of monosaccharide units constituting alginic acid is about 80 or more and 1100 or less, and the molecular weight is about 15,000 or more and 200,000 or less.
  • a so-called alginic acid oligomer having a lower molecular weight is also included in the alginic acid.
  • the degree of polymerization of the alginic acid oligomer is about 3 or more and 10 or less, and the molecular weight is about 500 or more and 2000 or less.
  • alginic acid includes not only free alginic acid but also its salt (sodium salt, calcium salt, magnesium salt, potassium salt, ammonium salt, etc.).
  • the alginic acid produced by the culture method of the present invention can be quantified using, for example, a naphthoresorcinol color reaction method (Food Hygiene Journal Vol. 39, No. 5, page 297 (1998)).
  • a naphthoresorcinol color reaction method Food Hygiene Journal Vol. 39, No. 5, page 297 (1998).
  • it displays as an amount converted into the amount of sodium alginate as a fixed value of alginic acid.
  • the algae used in the present invention include Parachlorella sp. Binos FERM BP-10969 strain.
  • the FERM BP-10969 strain is deposited with the depository as follows. (I) Name and address of depositary institution Name: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Depositary Center Address: 1-chome, 1-chome, Tsukuba, Ibaraki, Japan (Ii) Date of accession: February 28, 2008 (iii) Accession number: FERM P-21513 (Iv) International accession number: FERM BP-10969 (V) Transfer date from domestic deposit to international deposit: May 23, 2008
  • the above-mentioned Parachlorella sp. Binos FERM is used as an algae having the ability to produce alginate and belonging to the genus Parachlorella.
  • mutant strains and hybrid strains can also be suitably used.
  • the FERM BP-10969 mutant strain that can be used in the present invention refers to a FERM BP-10969 strain expressing some kind of mutation and maintaining the alginic acid producing ability. Further, the hybrid strain of FERM BP-10969 strain that can be used in the present invention is classified in the same manner as FERM BP-10969 strain, but is obtained by crossing a relatively distant strain with a FERM BP-10969 strain. Strains that maintain alginic acid production ability.
  • the FERM BP-10969 strain contains chlorophyll more than twice as much dry weight as a general chlorella algae, and has a very high photosynthetic capacity. It was. However, the present inventors have found that alginic acid can be produced extremely efficiently by intentionally cultivating the FERM BP-10969 strain in a heterotrophic manner.
  • culturing heterotrophically means culturing under a dark condition using a medium containing an organic compound as an energy source and / or a carbon source.
  • the medium contains a sufficient amount of an organic compound to be used as an energy source and / or carbon source and does not require photosynthesis, it may be cultured under bright conditions. .
  • the dark condition in the present invention means a condition in which the culture solution is not irradiated with the amount of light necessary for the growth of algal cells.
  • the average illuminance in the culture solution is less than 700 Lux, preferably less than 300 Lux, more preferably less than 100 Lux, even more preferably less than 10 Lux, and even more preferably less than 1 Lux.
  • fills the conditions of the said average illumination intensity substantially can also be implemented by utilizing the light-shielding means generally used, or using the culture tank generally used by heterotrophic culture.
  • the illuminance in the culture solution changes depending on the distance from the light source, the density of the algal cells, etc., but the average illuminance in the culture solution is, for example, the culture
  • the illuminance at a plurality of locations in the culture medium placed in the same environment as the inside can be measured and calculated as the average value.
  • the illuminance is preferably measured at 2 or more and 12 or less including at least the surface of the medium and the deepest part.
  • the organic compound used as an energy source and / or carbon source in heterotrophic cultivation of algae having the ability to produce alginic acid is not particularly limited as long as the algae can be assimilated,
  • carbohydrates such as glucose, galactose, sucrose, xylose, maltose, cellobiose, trehalose, lactose, mannitol, various oligosaccharides and starch; alcohols such as methanol, ethanol, glycerin, ethylene glycol and propylene glycol; citric acid , Organic acids such as succinic acid, malic acid, fumaric acid, butyric acid, propionic acid, acetic acid; glutamic acid, glutamine, aspartic acid, asparagine, glycine, proline, lysine, alanine, leucine, valine, isoleucine, phenyla Nin, tyrosine, cysteine, histidine, methionine, serine
  • the total amount of organic compounds added to the medium as an energy source and / or carbon source is not particularly limited as long as heterotrophic culture is possible, but is, for example, 2 with respect to 1 L of the medium liquid volume at the start of the culture in terms of the weight of carbon atoms contained in the organic compound.
  • the medium used for heterotrophic cultivation of algae having the ability to produce alginic acid is not particularly limited as long as the algae having the ability to produce alginic acid can grow heterotrophically, but the energy source and / or
  • the organic compound used as the carbon source it is composed of, for example, a nitrogen source, a phosphorus source, minerals, and the like, and may further contain vitamins, antifoaming agents, pH adjusting agents, and the like.
  • the nitrogen source include ammonia and its salts, urea, nitric acid and its salts, amino acids and the like.
  • the phosphorus source include phosphoric acid and salts thereof, polyphosphoric acid, and the like.
  • Examples of the minerals include boric acid in addition to metal salts such as manganese, zinc, copper, sodium, potassium, iron, calcium, and molybdenum.
  • Examples of the vitamins include vitamins A, B1, B2, B6, B12, C, D, E, K, niacin, pantothenic acid, folic acid, biotin, and precursors and derivatives thereof.
  • the nitrogen source, phosphorus source, minerals, vitamins, and other medium components are not necessarily purified, and natural components such as yeast extract and peptone can also be used. Moreover, the said component can be used in arbitrary combinations.
  • heterotrophic culture of algae capable of producing alginic acid contains a medium composed of the organic compound, nitrogen source, minerals, vitamins and other components that serve as the energy source and / or carbon source. It can be carried out by inoculating a container with algae capable of producing alginic acid, and preferably incubating with aeration and / or stirring.
  • the culture temperature is preferably in the range of 10 ° C to 50 ° C, more preferably in the range of 20 ° C to 40 ° C, and still more preferably in the range of 25 ° C to 30 ° C. Under conditions where the culture temperature is less than 10 ° C.
  • the growth rate of algae capable of producing alginic acid is remarkably reduced, so that it is not suitable for industrial culture.
  • the pH during the culture is preferably in the range of 3.0 to 10.0, more preferably in the range of 4.0 to 9.0, and even more preferably in the range of 5.0 to 8.0. Under conditions where the pH during the cultivation is less than 3.0 or more than 10.0, the growth rate of algae having the ability to produce alginic acid is remarkably reduced, so that it is not suitable for industrial cultivation.
  • the components of the medium used for heterotrophic cultivation of algae capable of producing alginic acid may be added in a divided and / or continuous manner during the culture, even if they are added all at once before the start of the culture. May be.
  • an organic compound that becomes an energy source and / or a carbon source is required in a large amount in order to increase the algal cell density in the culture solution, it is preferable to add it in a divided and / or continuous manner.
  • the concentration of the organic compound used as an energy source and / or carbon source in the culture solution is preferably maintained at 32 g / L or less, more preferably in terms of the weight of carbon atoms contained in the organic compound. It is 16 g / L or less, more preferably 8 g / L or less, and further preferably 4 g / L or less.
  • the algae culture solution capable of producing alginic acid obtained by the method of the present invention can be continuously cultured in a medium that does not contain an organic compound serving as an energy source and / or a carbon source, if necessary. At this time, either the dark condition or the bright condition may be used.
  • the culture obtained through the two-stage culture can be suitably used as a raw material for a sludge reducing agent or a harmful substance adsorbent.
  • the algae may be pre-cultured for the purpose of securing the amount of algae used in the present invention.
  • Such pre-culture may be performed under either dark conditions or bright conditions.
  • the algal body yield per culture solution can be significantly increased as compared with the conventional autotrophic culture method, and the yield of alginic acid can be improved.
  • the algal acid-producing algae culture solution obtained by the method of the present invention is preferably 2 g or more, more preferably 3 g or more, still more preferably 5 g or more, and even more preferably 10 g per liter of the culture solution at the end of the culture. As described above, particularly preferably, 50 g or more of dried alga bodies can be included.
  • concentration in a culture solution can be measured with the following method, for example. Collect a certain amount of culture medium and centrifuge to remove the culture supernatant. The obtained algal bodies are resuspended in an equal amount of water to the culture solution and centrifuged again to remove the washing solution. The washed algal bodies are dried to a constant weight and the weight is determined. Divide the constant weight of the dried alga body by the amount of the collected culture solution to calculate the alga body dry matter concentration.
  • alginic acid productivity per alga can also be increased.
  • the productivity per kg algal dry matter is usually 40 g or more, preferably 50 g or more, more preferably 100 g or more, and particularly preferably 150 g or more.
  • the improvement in the yield of algal bodies per culture broth described above and the improvement in the productivity of alginic acid per algal body are combined, and compared with the conventional autotrophic culture method, Alginic acid productivity is dramatically improved.
  • it is preferably 10 mg or more, more preferably 100 mg or more, still more preferably 500 mg or more, even more preferably 1000 mg or more, particularly preferably in terms of the amount of sodium alginate per liter of the culture solution at the end of the culture. Can accumulate over 5000 mg of alginic acid.
  • the present invention is also a method for producing an alginic acid-containing composition, comprising the step of obtaining an alginic acid-containing composition from a culture obtained by the culture method of the present invention.
  • a method for producing an alginate-containing composition using heterotrophic culture of algae belonging to the genus Parachlorella and capable of producing alginic acid, and using the obtained culture is also within the scope of the present invention.
  • the alginic acid-containing composition in the present invention is not particularly limited as long as it contains alginic acid and / or a salt thereof.
  • the alginic acid-containing composition contains algae-derived components, algal bodies, or crushed materials thereof. It is also possible to remove algal bodies or the like and contain alginic acid itself in high purity. That is, examples of the alginic acid-containing composition obtained by the production method of the present invention include, for example, a culture solution obtained by culturing algae capable of producing alginic acid, an algal body obtained from the culture solution, and an algal body in the culture solution.
  • any of the concentrated culture solution with increased concentration and / or the culture supernatant from which the algal bodies have been removed from the culture solution are applicable.
  • the treatment in which the content of alginic acid and / or its salt is increased by subjecting the culture broth, algal cells, concentrated culture broth and / or culture supernatant to treatment such as drying and purification as necessary. Products are also included in the alginic acid-containing composition obtained by the production method of the present invention.
  • an alginic acid containing composition as a sludge reducing agent mentioned later or a harmful substance adsorption agent, what contains alga bodies or its crushed material other than alginic acid as an alginic acid containing composition is preferable.
  • a method for obtaining an alginic acid-containing composition from a culture obtained by heterotrophic cultivation of alga having an ability to produce alginic acid is not particularly limited.
  • culturing by the above-described culture method of the present invention is possible.
  • a culture solution containing alginic acid and subjecting the culture solution to centrifugation, filtration, and the like, so that the culture supernatant containing alginic acid, the concentrated culture solution, and / or the algal bodies can be collected. I can do it.
  • These culture solutions, culture supernatants, concentrated culture solutions, and / or algal bodies can be dried by a technique such as freeze drying, spray drying, drum drying, or reduced pressure drying, if necessary.
  • a higher concentration alginic acid-containing composition can be produced from a culture solution, a culture supernatant, a concentrated culture solution, algal cells, and / or a dried product thereof.
  • an acid such as sulfuric acid is added to the culture supernatant, and the insolubilized alginic acid is separated by a method such as centrifugation and filtration.
  • a metal salt such as calcium chloride is added to the culture supernatant to form a gelled alginic acid.
  • a method of separating by centrifugation, filtration or the like, a method of adding a water-soluble organic solvent such as ethanol, acetone or isopropanol to the culture supernatant, and a method of separating the insolubilized alginic acid by a method such as centrifugation or filtration can be used.
  • a method of separating by centrifugation, filtration or the like a method of adding a water-soluble organic solvent such as ethanol, acetone or isopropanol to the culture supernatant
  • a method of separating the insolubilized alginic acid by a method such as centrifugation or filtration can be used.
  • an alkaline aqueous solution such as an aqueous sodium carbonate solution and removing insoluble matters by a method such as centrifugation or filtration
  • the alginate such as sodium alginate is separated from the algal body.
  • a higher concentration alginic acid-containing composition can be produced
  • the present invention also relates to a sludge reducing agent or harmful substance adsorbent containing the alginic acid-containing composition obtained by the production method of the present invention.
  • the sludge reducing agent refers to a composition having an effect of reducing the amount of surplus sludge finally produced by adding to activated sludge in the treatment of organic waste water by the activated sludge method.
  • the use conditions of the sludge reducing agent according to the present invention may be adjusted as appropriate.
  • the sludge reducing agent according to the present invention is added in an amount of about 20 g or more and 200 g or less in terms of dry state for 1 ton of sludge. That's fine.
  • the mixture is preferably stirred or bubbled in order to ensure a sufficient amount of dissolved oxygen.
  • the treatment temperature may be room temperature.
  • the treatment time can be 10 hours or more and 10 days or less, although it depends on the amount of sludge to be treated.
  • Hazardous substance adsorbent is used to remove some or all of the harmful substances in the contaminants by adsorbing the harmful substances in the contaminants by bringing them into contact with the contaminants and then separating them from the contaminants.
  • harmful substances include radioactive elements such as cesium 137, cesium 134, strontium 89, strontium 90, strontium 91, iodine 131, and iodine 133; heavy metals such as lead, copper, cadmium, and arsenic;
  • the use condition of the harmful substance adsorbent according to the present invention may be adjusted according to the use condition of the sludge reducing agent.
  • the method for producing the sludge reducing agent or harmful substance adsorbent containing the alginic acid-containing composition is not particularly limited.
  • the culture obtained by the culturing method of the present invention is further converted into an energy source as necessary.
  • the present invention also relates to a feed, a food, or a medicine containing the alginic acid-containing composition obtained by the production method of the present invention.
  • food means a thing taken by humans for the purpose of intake and preference of nutrients, and includes supplements such as nutritional supplements and foods for specified insurance, food additives, etc. in addition to general foods that are regularly consumed Is done.
  • the feed in the present invention refers to a thing that is ingested by organisms other than humans for the main purpose of ingesting nutrients.
  • aquatic animals such as fish, crustaceans and shellfish; poultry such as chickens, quails and ducks; livestock animals such as cows, pigs and sheep; feeds and feed additives to be given to pets such as dogs and cats; or Although a supplement etc. are pointed out, it is not limited to these.
  • the drug in the present invention refers to a drug used for prevention or treatment of diseases and symptoms of humans and other animals.
  • the alginic acid-containing composition obtained by the production method of the present invention can be used as these feeds, foods, and pharmaceuticals by appropriately processing into powders, tablets, capsules, etc., or mixing with food materials and feed materials.
  • the feed, food, or medicine containing the alginic acid-containing composition of the present invention is used as a composition containing dietary fiber, or is used to make foods and preparations viscous or thick using the physical properties of alginic acid. It can also be used for the purpose of prevention and treatment of hypertension, blood cholesterol suppression and blood glucose level increase, constipation, arteriosclerosis prevention and treatment.
  • strontium by taking alginic acid, it can be used as an in-vivo residual inhibitor for radioactive strontium such as strontium 89, strontium 90, and strontium 91.
  • Algae dry matter content of culture broth A certain amount of culture broth was centrifuged at 3000 ⁇ G and the supernatant was removed. Next, the precipitated alga bodies were resuspended in 5 mL of water, and the supernatant was removed after centrifugation in the same manner. Furthermore, the algal bodies after washing with water were dried at 110 ° C. for 8 hours to obtain a constant weight, and then weighed to calculate the dry weight of algal bodies contained per liter of the culture solution.
  • the culture solution was appropriately diluted with water, 2 mL of a copper-hydrochloric acid test solution and 1 mL of naphthoresorcinol test solution were added to 1 mL of the diluted culture solution, and heated in a boiling water bath for 65 minutes.
  • the copper-hydrochloric acid test solution was prepared by adding 1 mL of 2.5% aqueous copper sulfate solution and 9 mL of water to 40 mL of concentrated hydrochloric acid.
  • the naphthoresorcinol reagent solution was prepared by dissolving 100 mg of 1,3-dihydroxynaphthalene in 25 mL of water.
  • Example 1 Glucose 20 g / L, potassium dihydrogen phosphate 1 g / L, magnesium sulfate heptahydrate 1 g / L, calcium chloride 0.01 g / L, urea 2 g / L, iron sulfate heptahydrate 5 mg / L, Arnon's A5 solution 1 mL / L (Composition of Arnon's A5 solution: 2.86 g / L of boric acid, 1.81 g / L of manganese chloride tetrahydrate, 0.08 g / L of copper sulfate tetrahydrate, zinc sulfate heptahydrate
  • a shake flask containing 100 mL of a medium (pH 6.5) consisting of 0.22 g / L of Japanese product and 0.171 g / L of ammonium molybdate tetrahydrate was sterilized, and then Parachlorella sp.
  • Binos FERM BP-10969 was inoculated, protected from light with aluminum foil, and cultured with shaking at 30 ° C. for 72 hours. After completion of the culture, the dry matter content of the culture broth was measured and found to be 9.0 g / L. Moreover, when the alginic acid density
  • Example 2 The shake flask containing 100 mL of the medium having the same composition as in Example 1 was sterilized, then inoculated with Parachlorella sp. Binos FERM BP-10969, protected from light with aluminum foil, and then 72 ° C. at 30 ° C. in the dark. Shake for hours and perform pre-culture.
  • the pH was controlled with a 30% (w / w) aqueous sodium hydroxide solution at the lower limit and a 15% (w / w) aqueous sulfuric acid solution at the upper limit.
  • the sterilized fed-batch medium was fed to the culture solution.
  • the feeding rate of the feeding medium was adjusted as appropriate so that the glucose concentration in the culture solution did not exceed 20 g / L, and a total of 560 mL was added to the culture solution until the end of the culture.
  • the composition of the feeding medium was as follows: glucose 570 g / L, potassium dihydrogen phosphate 20 g / L, magnesium sulfate heptahydrate 12 g / L, calcium chloride 1.25 g / L, urea 42 g / L, iron sulfate heptahydrate Product 700 mg / L, Arnon's A5 solution 10 mL / L, citric acid 4.5 g / L.
  • the algal body dry matter content of the culture broth was measured and found to be 54.3 g / L. Moreover, when the alginic acid density
  • Example 3 Glucose 111 mM (20 g / L), potassium nitrate 50 mM, potassium dihydrogen phosphate 9.2 mM, dipotassium hydrogen phosphate 0.57 mM, magnesium sulfate 10 mM, sodium chloride 31 mM, EDTA 0.14 mM, iron sulfate 0.11 mM, Arnon's A5 solution (Composition of Arnon's A5 solution is the same as in Example 1) After sterilizing a shake flask containing 100 mL of medium consisting of 1 mL / L, Parachlorella sp. Binos FERM BP-10969 was inoculated.
  • the cells were cultured with shaking at 30 ° C. for 72 hours. After centrifuging the culture solution and removing the supernatant, inorganic salt medium (potassium nitrate 2.5 mM, potassium dihydrogen phosphate 1.3 mM, magnesium sulfate 0.3 mM, sodium chloride 0.43 mM, calcium chloride 0.23 mM) And resuspended in 100 mL of ammonium dihydrogen phosphate 1.7 mM, iron chloride 0.047 mM, Arnon's A5 solution 2 mL / L), and further shaken at 30 ° C. for 16 hours.
  • inorganic salt medium potassium dihydrogen phosphate 1.3 mM, magnesium sulfate 0.3 mM, sodium chloride 0.43 mM, calcium chloride 0.23 mM
  • the algal body dry matter content of the culture solution was measured and found to be 3.5 g / L. Moreover, when the alginic acid density
  • Comparative Example 1 Autotrophic culture Potassium nitrate 2.5 g / L, Potassium dihydrogen phosphate 17.5 g / L, Magnesium sulfate heptahydrate 7.5 g / L, Calcium chloride 2.5 g / L, Sodium chloride 2.5 g / L, ammonium dihydrogen phosphate 20 g / L, iron chloride 6.5 mg / L, Arnon's A5 solution 2 mL / L (the composition of Arnon's A5 solution is the same as in Example 1) (pH 6.5) ) After sterilizing the flask containing 1000 mL, Parachlorella sp.
  • Binos FERM BP-10969 was inoculated, and cultured with stirring at 25 ° C. for 9 days under an illuminance of about 7000 Lux. After completion of the culture, the dry matter content of the culture broth was measured and found to be 67 mg / L. Moreover, when the alginic acid density
  • Example 4 Glucose 20 g / L, potassium dihydrogen phosphate 1 g / L, magnesium sulfate heptahydrate 1 g / L, calcium chloride 0.01 g / L, urea 2 g / L, iron sulfate heptahydrate 5 mg / L, Arnon's A5 solution 1 mL / L (Composition of Arnon's A5 solution: 2.86 g / L of boric acid, 1.81 g / L of manganese chloride tetrahydrate, 0.08 g / L of copper sulfate tetrahydrate, zinc sulfate heptahydrate A 2 L shake flask containing 400 mL of a medium (pH 6.5) consisting of 0.22 g / L of Japanese product and 0.171 g / L of ammonium molybdate tetrahydrate was sterilized and then parachlorella sp. Binos. ) Inocul
  • Sterilized This was inoculated with the above pre-cultured solution and cultured for 120 hours under conditions of an aeration rate of 18 L / min, 30 ° C., and pH 6.0. During the culture, a total of 5.4 kg of sterilized 55 wt% glucose aqueous solution was continuously added, and the number of stirring was adjusted so that the dissolved oxygen concentration of the culture solution became 0.1 ppm or more. In addition, 25% by weight aqueous ammonia was used to adjust the pH of the culture solution.
  • the dry matter content of the culture broth was measured and found to be 93.0 g / L. Moreover, when the alginic acid density
  • Example 5 The culture solution of Parachlorella sp. Binos FERM BP-10969 obtained in Example 2 was freeze-dried, spray-dried or drum-dried to obtain an alginate-containing composition. Freeze-drying using freeze-dryer FD-1 (Tokyo Rika Kikai Co., Ltd.), spray-drying using mini spray dryer B-290 (Buch), drum drying using double-drum dryer ( ⁇ 400 ⁇ L500mm; Katsuragi Industry) Each). As a result of measuring the alginic acid content in the obtained dried product, the freeze-dried product was 16.4% by weight, the spray-dried product was 15.7% by weight, and the drum-dried product was 15.2% by weight.
  • freeze-dried product was 16.4% by weight
  • the spray-dried product was 15.7% by weight
  • the drum-dried product was 15.2% by weight.
  • Binos FERM BP-10969 under an intensity of about 7000 Lux at 25 ° C. for 10 days Perform bubbling with carbon dioxide gas, and cultured. After completion of the culture, the dry matter content of the culture broth was measured and found to be 850 mg / L. Moreover, when the alginic acid density

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Abstract

 本発明は、アルギン酸産生能を有する藻類の、工業的かつ効率的な培養方法と、工業的に有利なアルギン酸含有組成物の製造方法を提供することを課題とする。本発明に係る藻類の培養方法は、パラクロレラ(Parachlorella)属に属し且つアルギン酸産生能を有する藻類を、従属栄養的に培養する工程を含むことを特徴とする。また、本発明に係るアルギン酸含有組成物の製造方法は、当該培養方法によって得られる藻類の培養物から、アルギン酸含有組成物を取得する工程を含むことを特徴とする。

Description

藻類の培養方法およびアルギン酸含有組成物の製造方法
 本発明は、パラクロレラ属に属し、且つ、アルギン酸産生能を有する藻類の培養方法に関する。また、本発明は、工業的に有利なアルギン酸含有組成物の製造方法に関する。さらに本発明は、当該製造方法で得られたアルギン酸含有組成物から得られる藻体乾物、当該アルギン酸含有組成物を含む汚泥削減剤、有害物質吸着剤、飼料、食品および医薬品に関する。
 アルギン酸は、褐藻類や一部の紅藻の細胞間及び細胞壁に含まれる粘性多糖類であり、2種類のウロン酸、すなわちD-マンヌロン酸とL-グルロン酸が種々の割合で結合しているポリウロニド多糖である。アルギン酸又はその塩は、増粘安定剤、ゲル化剤として、食品添加物、医薬品、化粧品、歯科用材料等に広く利用されているだけでなく、食物繊維の一種であることから機能性食品としても注目されている。さらに、アルギン酸の中でも特に、アルギン酸オリゴマーと称される低分子量のアルギン酸は、種々の生理活性を有することが報告されている(非特許文献1)。
 従来、アルギン酸やその塩は、コンブ、ワカメ等の褐藻類より抽出、精製することで工業的に製造されてきた。しかし、これら褐藻類を原料とする製法には、原料の安定供給に問題がある。また、アルギン酸オリゴマーの製法としては、褐藻類から得られる高分子量のアルギン酸を原料として、アルギン酸分解能を有する酵素又は細菌を作用させて低分子量化する方法(特許文献1、2)や、該高分子量のアルギン酸を加圧下に熱処理して低分子量化する方法(特許文献3、4)等が知られている。 しかし、前者の方法は、酵素又は細菌を使用するために多大なコストがかかるうえ、低濃度の水溶液で長時間反応を行う必要があることから、工業的に不利である。また、後者の加圧熱処理法にも、高価な圧力容器を必要とするという設備上の問題がある。
 最近、アルギン酸、特に比較的低分子量のアルギン酸の産生能を有する新規なパラクロレラ属の藻類が見いだされ、これを培養することで、その培養液からアルギン酸を得る方法が報告されている(特許文献5)。さらに、当該アルギン酸を含有する藻類の藻体乾燥物を用いた、汚泥削減方法も報告されている(特許文献6)。これら特許文献には、当該新規藻類は光要求性と記載され、実際に開示されている当該藻類の培養方法はいずれも、当該藻類の光合成能を利用した独立栄養的培養である。
 藻類は、一般に、その光合成能を利用した独立栄養的培養が可能である。独立栄養的培養は、日光等の自然光が利用でき、炭素源やエネルギー源を培地に添加する必要がないという利点を有している一方、天候、季節等により光の照射量が変化し、また設備面では培養液が微生物等の汚染を受けやすいという問題も有している。これらの問題を解決するために、完全閉鎖系で電気照明などの人工光を照射して培養する方法もあるが、高価な設備が必要な上、多量の電気エネルギーが必要となる。
特開平2-303468号公報 特開平5-15387号公報 特開平6-7093号公報 特開2006-320320号公報 WO2010-024367号公報 特許第4573187号公報
日本食品化学学会誌 17巻 27-35頁(2010年)
 上記の状況を鑑み、本発明では、アルギン酸産生能を有する藻類の、工業的かつ効率的な培養方法の提供を課題とする。さらには、アルギン酸含有組成物の工業的に有利な製法の提供を課題とする。
 本発明者らは、従来、光を必要とする独立栄養的な培養方法しか知られていないアルギン酸産生能を有するパラクロレラ属に属する藻類が、意外にも従属栄養的に高効率で培養し得ること、さらには、従属栄養的に培養した当該藻類の培養物が、独立栄養的に培養した場合よりも多量のアルギン酸を蓄積し得ることを見出し、本発明を完成した。
 本発明を以下に示す。
 [1] パラクロレラ(Parachlorella)属に属し且つアルギン酸産生能を有する藻類を、従属栄養的に培養する工程を含むことを特徴とする藻類の培養方法。
 [2] パラクロレラ(Parachlorella)属に属する藻類が、パラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)FERM BP-10969である、上記[1]に記載の方法。
 [3] 平均照度が700Lux未満の暗条件下で藻類を培養する上記[1又は[2]に記載の方法。
 [4] 液状培地で藻類を培養し、且つ、当該液状培地中の有機化合物の総使用量を、培養開始時点の当該液状培地量1Lに対し、炭素原子の重量に換算して2.5g以上にする上記[1]~[3]の何れかに記載の方法。
 [5] 上記[1]~[4]の何れかに記載の方法によって得られる藻類の培養物から、アルギン酸含有組成物を取得する工程を含むことを特徴とする、アルギン酸含有組成物の製造方法。
 [6] 上記[5]に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を乾燥したものであり、1kgあたりのアルギン酸含量が40g以上であることを特徴とする藻体乾物。
 [7] 上記[5]に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を含有する汚泥削減剤。
 [8] 上記[5]に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を含有する有害物質吸着剤。
 [9] 上記[5]に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を含有する飼料。
 [10] 上記[5]に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を含有する食品。
 [11] 上記[5]に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を含有する医薬品。
 本発明によれば、培養中に光を供給することなく、汎用的な微生物培養槽を使用して、アルギン酸産生能を有する藻類を効率的に増殖させることが可能となり、さらには、工業的且つ効率的なアルギン酸含有組成物の製造方法が提供できる。本発明の方法で得られるアルギン酸含有組成物は、アルギン酸を多く含み、汚泥削減剤、有害物質吸着剤、飼料、食品、または、医薬品の原料として有用である。
 本発明に係る藻類の培養方法は、アルギン酸産生能を有する藻類を従属栄養的に培養する工程を含むことを特徴とする。
 本発明において使用する藻類は、アルギン酸産生能を有し、且つ、パラクロレラ属に属する藻類である。
 パラクロレラ属藻類は、かつてトレボキシア藻綱(Trebouxiophyceae)のクロレラ属に分類されていたが、18S rDNAおよび16S rDNAを用いた分子系統学的解析によれば、トレボキシア藻綱に属する他のクロレラ属藻類とは別のグループを形成するものであるため、クロレラ属藻類とは異なる独立した属として認められたものである。
 パラクロレラ属に属する藻類としては、例えば、パラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)、パラクロレラ・ケセリ(Parachlorella kessleri)、パラクロレラ・バイエリンキー(Parachlorella beijerinckii)等の藻類が挙げられるが、これらに限定されず、生物学的種が同定されていない藻類についても、パラクロレラ属またはその類縁に属し且つアルギン酸産生能を有する限りにおいて、本発明に使用し得る。
 ここで、パラクロレラ属の類縁に属する藻類は、18S rDNAおよび16S rDNAを用いた分子系統学的解析により得られる分子系統樹においてパラクロレラ属に隣接する属に属する藻類をいう。すなわち、アルギン酸産生能を有し、且つ、クロステリオプシス(Closteriopsis)属、ディクロスター(Dicloster)属、またはマリニクロレラ(Marinichlorella)属に分類される藻類であれば、本発明において用いることができる。
 また、本発明で使用する藻類は、従来、従属栄養的に培養できることが知られていないものであってもかまわない。すなわち、光合成能を有し、従来、独立栄養的に培養されていたものであっても、従属栄養的に培養可能であり且つアルギン酸産生能を有するものであれば、本発明で用いることができる。
 一般的に、パラクロレラ属藻類は、野外で採取した淡水サンプルから、一般的な培地を使った継代培養により藻類のコロニーを分離し、最終的に分子系統学的解析により属種を特定することにより得ることができる。
 本発明において使用する藻類は、アルギン酸の産生能を有する。アルギン酸は、パラクロレラ属藻類から細胞外へ分泌されるものであってもよいし、細胞内に蓄積されるものであってもよい。パラクロレラ属藻類の培養液または当該培養液のホモジェネートからアルギン酸が検出された場合には、当該パラクロレラ属藻類はアルギン酸産生能を有するものと判断する。
 アルギン酸は、D-マンヌロン酸とL-グルロン酸が任意に重合したものである。通常、その重合度、すなわちアルギン酸を構成する単糖単位の数は80以上、1100以下程度であり、分子量は15,000以上、200,000以下程度である。しかし、本発明においては、より低分子量のいわゆるアルギン酸オリゴマーもアルギン酸に含めるものとする。アルギン酸オリゴマーの重合度は3以上、10以下程度であり、分子量は500以上、2000以下程度である。
 本発明において、アルギン酸とは、遊離のアルギン酸だけでなくその塩(ナトリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩など)も含まれる。本発明の培養方法によって生産されたアルギン酸は、例えば、ナフトレゾルシノール呈色反応法(食品衛生学雑誌第39巻5号297頁(1998年))を用いて定量し得る。また、本発明においては、アルギン酸の定量値として、アルギン酸ナトリウム量に換算した量として表示する。
 本発明において使用する藻類の好ましい具体例としては、パラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)FERM BP-10969株を挙げることができる。FERM BP-10969株は、下記の通り寄託機関に寄託されている。
(i) 寄託機関の名称およびあて名
 名称: 独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター
 あて名: 日本国 茨城県つくば市1丁目1番地1 中央第6
(ii) 受託日: 2008年2月28日
(iii) 受託番号: FERM P-21513
(iv) 国際受託番号: FERM BP-10969
(v) 国内寄託から国際寄託への移管日: 2008年5月23日
 本発明においてはアルギン酸産生能を有し且つパラクロレラ属に属する藻類として、上記パラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)FERM BP-10969株以外に、その変異株や交雑株なども好適に利用できる。
 本発明で用い得るFERM BP-10969株の変異株とは、何らかの変異を表したFERM BP-10969株であって、アルギン酸産生能を維持しているものをいう。また、本発明で用い得るFERM BP-10969株の交雑株とは、FERM BP-10969株と分類上同種であるが、類縁関係が比較的遠い株とFERM BP-10969株とを交配して得た株であり、アルギン酸産生能を維持しているものをいう。
 なお、FERM BP-10969株は、一般的なクロレラ属藻類に比べて乾燥重量当たり2倍以上のクロロフィルを含んでおり、光合成能力が非常に高いため、従来、当然に独立栄養的に培養されていた。しかし本発明者らは、FERM BP-10969株をあえて従属栄養的に培養することにより、アルギン酸を極めて効率的に産生せしめ得ることを見出した。
 本発明において、従属栄養的に培養するとは、暗条件下において、エネルギー源および/または炭素源として有機化合物を含有する培地を用いて、培養することを意味する。但し、培地中にエネルギー源および/または炭素源として利用されるのに十分な量の有機化合物が含まれており、光合成を必要としない条件であれば、明条件下で培養してもかまわない。
 本発明における暗条件下とは、藻類細胞の増殖に必要な量の光を培養液に照射しない条件を意味する。具体的には、培養液中の平均照度が700Lux未満、好ましくは300Lux未満、より好ましくは100Lux未満、さらに好ましくは10Lux未満、さらに好ましくは1Lux未満である条件を指す。また、一般に使用される遮光手段を利用したり、従属栄養的培養で一般的に使用される培養槽を用いることで、上記平均照度の条件を事実上満たす培養を実施することもできる。なお、培地および増殖する藻類細胞により光が減衰するため、培養液中の照度は光源からの距離、藻類細胞の密度等に依存して変化するが、培養液中の平均照度は、例えば、培養中と同様の環境に置かれた培養液中の複数箇所の照度を測定し、その平均値として算出し得る。照度の測定は、少なくとも培地の表面と最深部を含む2箇所以上、12箇所以下で測定することが好ましい。
 本発明において、アルギン酸産生能を有する藻類を従属栄養的に培養する際にエネルギー源および/または炭素源として用いられる有機化合物は、当該藻類が資化可能な有機化合物であれば特に限定されないが、例えば、グルコース、ガラクトース、シュクロース、キシロース、マルトース、セロビオース、トレハロース、ラクトース、マンニトール、種々のオリゴ糖、デンプン等の炭水化物類;メタノール、エタノール、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール類;クエン酸、コハク酸、リンゴ酸、フマル酸、酪酸、プロピオン酸、酢酸等の有機酸類;グルタミン酸、グルタミン、アスパラギン酸、アスパラギン、グリシン、プロリン、リジン、アラニン、ロイシン、バリン、イソロイシン、フェニルアラニン、チロシン、システイン、ヒスチジン、メチオニン、セリン、トリプトファン、スレオニン、メチオニン等のアミノ酸類;その他植物油脂や脂肪酸などの油脂類等が挙げられる。これらの有機化合物は、単独で用いても、任意の組合せで用いてもよい。また、これらの有機化合物は必ずしも精製されたものを用いる必要はなく、糖蜜、乳清、澱粉加水分解物等の未精製原料もエネルギー源および/または炭素源として用い得る。
 本発明において、アルギン酸産生能を有する藻類を従属栄養的に培養する際、エネルギー源および/または炭素源として培地に添加する有機化合物の総量(培養中に培地の追加や流加を行う場合はその合計量)は、従属栄養的培養が可能な量であれば特に限定されないが、当該有機化合物に含まれる炭素原子の重量に換算して、培養開始時点の培地液量1Lに対して、例えば2.5g以上、好ましくは3g以上、より好ましくは5g以上、さらに好ましくは8g以上、さらにより好ましくは10g以上、特に好ましくは50g以上である。
 本発明において、アルギン酸産生能を有する藻類を従属栄養的に培養する際に用いられる培地は、アルギン酸産生能を有する藻類が従属栄養的に増殖可能である限り特に限定されないが、エネルギー源および/または炭素源として用いる上記の有機化合物以外に、例えば、窒素源、リン源、ミネラル類などから構成されるもので、ビタミン類や消泡剤、pH調整剤等をさらに含んでもよい。前記窒素源としては、例えば、アンモニアおよびその塩、尿素、硝酸およびその塩、アミノ酸類等が挙げられる。前記リン源としては、例えば、リン酸およびその塩、ポリリン酸等が挙げられる。前記ミネラル類としては、例えば、マンガン、亜鉛、銅、ナトリウム、カリウム、鉄、カルシウム、および、モリブデン等の金属の塩の他、ホウ酸等が挙げられる。前記ビタミン類としては、例えば、ビタミンA、B1、B2、B6、B12、C、D、E、K、ナイアシン、パントテン酸、葉酸、ビオチン、および、これらの前駆体や誘導体が挙げられる。窒素源、リン源、ミネラル類、ビタミン類、および、その他の培地成分は、必ずしも精製されたものを用いる必要はなく、例えば酵母エキス、ペプトン等の天然成分も利用出来る。また、上記成分は、任意の組合せで用い得る。
 本発明において、アルギン酸産生能を有する藻類の従属栄養的培養は、上述のエネルギー源および/または炭素源となる有機化合物、窒素源、ミネラル類、ビタミン類、その他の成分から構成される培地を入れた容器に、アルギン酸産生能を有する藻類を接種し、好ましくは通気および/または撹拌しながらインキュベートすることにより実施し得る。培養温度は10℃~50℃の範囲が好ましく、20℃~40℃の範囲がより好ましく、25℃~30℃の範囲がさらに好ましい。培養温度が10℃未満、または、50℃を超える条件では、アルギン酸産生能を有する藻類の増殖速度が著しく低下するので、工業的な培養としては適さない。培養中のpHは3.0~10.0の範囲が好ましく、4.0~9.0の範囲がより好ましく、5.0~8.0の範囲がさらに好ましい。培養中のpHが3.0未満、または、pHが10.0を超える条件では、アルギン酸産生能を有する藻類の増殖速度が著しく低下するので、工業的な培養としては適さない。
 本発明において、アルギン酸産生能を有する藻類を従属栄養的に培養する際に用いる上記培地の成分は、培養開始前に一括して添加しても、培養中に分割および/または連続的に添加してもよい。しかしながら、エネルギー源および/または炭素源となる有機化合物は、培養液中の藻類細胞密度を高めるために多量に必要となるため、分割および/または連続的に添加することが好ましい。この場合、エネルギー源および/または炭素源として用いる有機化合物の培養液中の濃度は、当該有機化合物に含まれる炭素原子の重量に換算して32g/L以下に維持することが好ましく、より好ましくは16g/L以下、さらに好ましくは8g/L以下、さらに好ましくは4g/L以下である。
 本発明の方法で得られるアルギン酸産生能を有する藻類の培養液は、必要に応じて、引き続き、エネルギー源および/または炭素源となる有機化合物を含まない培地で培養することもできる。このときは暗条件下でも明条件下でもどちらでもかまわない。当該2段階培養を経た培養物は、特に、汚泥削減剤または有害物質吸着剤の原料として好適に用い得る。
 また、本発明で用いる藻類の量を確保することを目的として、当該藻類を前培養してもよい。かかる前培養は、暗条件下でも明条件下でもどちらの条件下で行ってもかまわない。
 本発明の培養方法によれば、従来の独立栄養培養法に比べて培養液あたりの藻体収量を大幅に高めることができ、アルギン酸の収量を向上させることができる。本発明の方法で得られる、アルギン酸産生能を有する藻類の培養液は、培養終了時点において培養液1Lあたり、好ましくは2g以上、より好ましくは3g以上、さらに好ましくは5g以上、さらにより好ましくは10g以上、特に好ましくは50g以上の藻体乾物を含み得る。
 なお、培養液中の藻体乾物濃度は、例えば、以下の方法で測定できる。一定量の培養液を採取し、遠心分離して培養上清を除く。得られた藻体を培養液と等量の水に再懸濁し、再度遠心分離して洗浄液を除く。水洗した藻体を恒量となるまで乾燥し、重量を求める。乾燥藻体の恒量重量を採取した培養液量で除して、藻体乾物濃度を算出する。
  更に、驚くべきことに、本発明の培養方法によれば、藻体あたりのアルギン酸生産性をも高めることができる。本発明の培養方法によれば、アルギン酸ナトリウム量換算で、藻体乾物1kgあたりの生産性は、通常40g以上、好ましくは50g以上、より好ましくは100g以上、特に好ましくは150g以上である。
 本発明の培養方法によれば、上述の培養液あたり藻体収量の向上と、藻体あたりのアルギン酸生産性の向上とが相俟って、従来の独立栄養培養法と比べ、培養液あたりのアルギン酸生産性が飛躍的に向上する。本発明の培養方法では、培養終了時点において培養液1Lあたり、アルギン酸ナトリウム量に換算して、好ましくは10mg以上、より好ましくは100mg以上、さらに好ましくは500mg以上、さらにより好ましくは1000mg以上、特に好ましくは5000mg以上のアルギン酸を蓄積し得る。
 また、本発明は、上記本発明の培養方法によって得られる培養物から、アルギン酸含有組成物を取得する工程を含むことを特徴とする、アルギン酸含有組成物の製造方法でもある。言い換えれば、パラクロレラ属に属し且つアルギン酸産生能を有する藻類を従属栄養的に培養し、得られた培養物を利用するアルギン酸含有組成物の製造方法もまた本発明の範疇である。
 本発明におけるアルギン酸含有組成物は、アルギン酸および/またはその塩を含有する組成物であれば特に限定されず、アルギン酸以外に藻類由来の成分や藻体あるいはその破砕物などを含有するものであってもかまわないし、藻体などを除去してアルギン酸自体を高純度に含有するものでもかまわない。すなわち、本発明の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物としては、例えば、アルギン酸産生能を有する藻類を培養して得られる培養液そのもの、当該培養液から得られる藻体、培養液中の藻体濃度を高めた濃縮培養液、および/または、当該培養液から藻体を除去した培養上清等のいずれも該当する。また、当該培養液、藻体、濃縮培養液および/または培養上清に、必要に応じて乾燥、精製等の処理を施すことにより、アルギン酸および/またはその塩の含有量を高めた、当該処理物も、本発明の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物に含まれる。なお、アルギン酸含有組成物を、後述する汚泥削減剤又は有害物質吸着剤として利用する場合は、アルギン酸含有組成物としてアルギン酸以外に藻体あるいはその破砕物などを含有するものが好ましい。
 本発明において、アルギン酸産生能を有する藻類を従属栄養的に培養して得られる培養物から、アルギン酸含有組成物を取得する方法は特に限定されないが、例えば、上記本発明の培養方法で培養することによりアルギン酸を含有する培養液が得られ、該培養液に遠心分離、濾過等の操作を施すことによりアルギン酸を含有する培養上清、濃縮培養液、および/または、藻体を分取することが出来る。これら培養液、培養上清、濃縮培養液、および/または、藻体を、必要に応じて、凍結乾燥、噴霧乾燥、ドラム乾燥、減圧乾燥等の手法により乾燥することも出来る。さらに、公知の手法を単独または組み合わせて用いることにより、培養液、培養上清、濃縮培養液、藻体、および/または、それらの乾燥物から、より高濃度のアルギン酸含有組成物を製造できる。例えば、培養上清に硫酸等の酸を添加し、不溶化したアルギン酸を遠心分離、濾過等の手法で分取する方法、培養上清に塩化カルシウム等の金属塩を添加し、ゲル化したアルギン酸を遠心分離、濾過等の手法で分取する方法、培養上清にエタノール、アセトン、イソプロパノール等の水溶性有機溶媒を添加し、不溶化したアルギン酸を遠心分離、濾過等の手法で分取する方法等を用い得る。また、例えば、藻体を炭酸ナトリウム水溶液等のアルカリ性水溶液で洗浄および/または抽出し、遠心分離、濾過等の手法で不溶物を除去することで、アルギン酸ナトリウム等のアルギン酸塩を藻体から分取し得る。さらに、分取したアルギン酸塩の水溶液を、例えば、前述の培養上清の場合と同様に処理することで、より高濃度のアルギン酸含有組成物を製造できる。
 さらに、本発明は、上記本発明の製造方法によって得られるアルギン酸含有組成物を含有する汚泥削減剤または有害物質吸着剤にも関する。
 本発明において、汚泥削減剤とは、活性汚泥法による有機排水の処理において、活性汚泥に添加することで、最終的に生じる余剰汚泥の量を低減する効果のある組成物を指す。
 本発明に係る汚泥削減剤の使用条件は適宜調整すればよいが、例えば、汚泥1トンに対して、本発明に係る汚泥削減剤を、乾燥状態に換算して20g以上、200g以下程度添加すればよい。添加後は、十分な溶存酸素量を確保するために混合物を攪拌するかバブリングすることが好ましい。処理温度は常温でかまわない。処理時間は、処理すべき汚泥の量などにもよるが、10時間以上、10日間以下とすることができる。
 有害物質吸着剤とは、汚染物と接触せしめることにより汚染物中の有害物質を吸着し、その後、汚染物から分離することで、汚染物中の有害物質の一部または全部を除去するために使用される組成物を指す。有害物質としては、例えば、セシウム137、セシウム134、ストロンチウム89、ストロンチウム90、ストロンチウム91、ヨウ素131、ヨウ素133等の放射性元素;鉛、銅、カドミウム、砒素等の重金属類;これらを含む化合物などが挙げられるが、これらに限定されない。本発明に係る有害物質吸着剤の使用条件は、上記汚泥削減剤の使用条件に準じて調整すればよい。
 本発明において、アルギン酸含有組成物を含有する汚泥削減剤または有害物質吸着剤を製造する方法は特に限定されないが、例えば、本発明の培養方法によって得られる培養物を、必要に応じてさらにエネルギー源および/または炭素源となる有機化合物を含まない培地で培養し、その後濃縮や乾燥を行うことで本発明の製造方法により得られるアルギン酸含有組成物とし、それをそのまま、あるいは適宜加工して利用できる。
 また、本発明は、上記本発明の製造方法によって得られるアルギン酸含有組成物を含有する飼料、食品、または、医薬品にも関する。
 本発明において、食品とは、栄養素の摂取や嗜好を目的としてヒトが摂取する物をいい、常食される一般食品以外に、栄養補助剤や特定保険用食品などのサプリメント、食品添加物等も包含される。
 本発明における飼料とは、栄養素の摂取を主な目的としてヒト以外の生物が摂取する物をいう。例えば、魚類、甲殻類、貝類等の水産動物;ニワトリ、ウズラ、アヒル等の家禽類;牛、豚、羊等の畜産動物;犬、猫等の愛玩動物等に与える飼料、飼料添加物、またはサプリメント等を指すが、これらに限定されない。
 本発明における医薬品とは、ヒトやその他の動物の疾患や症状を予防または治療に用いるものをいう。
 本発明の製造方法によって得られるアルギン酸含有組成物は、粉末剤、錠剤、カプセル剤等に適宜加工したり、食品原料や飼料原料と混合することで、これら飼料、食品、医薬品として利用できる。本発明のアルギン酸含有組成物を含有する飼料、食品、または、医薬品は、アルギン酸の物理的性質を利用して食品や製剤に粘性やとろみをつけるのに用いたり、食物繊維を含有する組成物としても利用出来る他、高血圧の予防・治療、血中コレステロールの抑制作用や血糖値の上昇抑制作用、便秘解消、動脈硬化の予防・治療などの目的として利用することも出来る。さらに、アルギン酸摂取によるストロンチウムの体外排泄作用を利用して、ストロンチウム89、ストロンチウム90、ストロンチウム91などの放射性ストロンチウムの体内残留防止剤としても利用できる。
 本願は、2011年9月9日に出願された日本国特許出願第2011-197212号に基づく優先権の利益を主張するものである。2011年9月9日に出願された日本国特許出願第2011-197212号の明細書の全内容が、本願に参考のため援用される。
 以下、実施例により、本発明をより詳細に説明する。なお、本実施例において、培養液の藻体乾物含量およびアルギン酸濃度は、特に断りのない限りにおいて、以下のように測定した。
 培養液の藻体乾物含量
 一定量の培養液を3000×Gで遠心分離後に上清を除去した。次に、沈殿した藻体を5mLの水に再懸濁して同様に遠心分離後に上清を除去した。さらに、水洗後の藻体を110℃で8時間乾燥して恒量とした後秤量し、培養液1Lあたりに含まれる藻体乾物重量を算出した。
 培養液中のアルギン酸濃度
 培養液を水で適宜希釈し、該希釈培養液1mLに銅-塩酸試液2mL及びナフトレゾルシノール試液1mLを加え、沸騰水浴中で65分間加熱した。該銅-塩酸試液は、濃塩酸40mLに2.5%硫酸銅水溶液1mL及び水9mLを加えて調製した。また、該ナフトレゾルシノール試液は、1,3-ジヒドロキシナフタレン100mgを水25mLに溶解して調製した。これを氷水中で冷却し、酢酸ブチル4mLを加えて撹拌した後、遠心分離した。酢酸ブチル層を孔径0.45μmのフィルター(コスモナイスフィルターS;ナカライテスク製)でろ過し、566nmで比色定量した。アルギン酸ナトリウム300~400cP(和光純薬工業製)を標準品として作成した検量線を用いて、サンプル中のアルギン酸濃度をアルギン酸ナトリウム換算で算出した。
 実施例1
 グルコース20g/L、リン酸二水素カリウム1g/L、硫酸マグネシウム七水和物1g/L、塩化カルシウム0.01g/L、尿素2g/L、硫酸鉄七水和物5mg/L、Arnon’s A5溶液1mL/L(Arnon’s A5溶液の組成:ホウ酸2.86g/L、塩化マンガン四水和物1.81g/L、硫酸銅四水和物0.08g/L、硫酸亜鉛七水和物0.22g/L、モリブデン酸アンモニウム四水和物0.171g/L)からなる培地(pH6.5)100mLを入れた振盪フラスコを殺菌後、パラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)FERM BP-10969を接種し、アルミホイルで遮光した後、30℃で72時間振盪培養した。培養終了後、当該培養液の藻体乾物含量を測定したところ、9.0g/Lであった。また、当該培養液中のアルギン酸濃度を測定したところ、アルギン酸ナトリウム換算で0.52g/Lであった。すなわち、藻体乾物1kgあたりのアルギン酸生産量は58gであった。
 実施例2
 実施例1と同組成の培地100mLを入れた振盪フラスコを殺菌後、パラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)FERM BP-10969を接種し、アルミホイルで遮光した後、暗所において30℃で72時間振盪し、前培養を実施した。次に、グルコース10g/L、リン酸二水素カリウム1.5g/L、硫酸マグネシウム七水和物1.5g/L、塩化カルシウム20mg/L、尿素3.5g/L、硫酸鉄七水和物10mg/L、クエン酸0.1g/L、Arnon’s A5溶液(Arnon’s A5溶液の組成は実施例1と同じ)1mL/L、アデカノールLG109(株式会社ADEKA製)0.1g/Lからなる培地2000mLを入れた5L容ジャーファーメンターを殺菌後、上記の前培養液200mLを接種し、アルミホイルで遮光した後、内温30℃、通気量2L/分、撹拌数450rpm、pH6~7で143時間培養した。pHは、下限を30%(w/w)の水酸化ナトリウム水溶液で、上限を15%(w/w)の硫酸水溶液でコントロールした。また、培養開始の23時間後から、殺菌した流加用培地を培養液に流加した。流加用培地は、培養液中のグルコース濃度が20g/Lを超えないように添加速度を適宜調節し、培養終了までに合計560mLを培養液に添加した。流加用培地の組成は、グルコース570g/L、リン酸二水素カリウム20g/L、硫酸マグネシウム七水和物12g/L、塩化カルシウム1.25g/L、尿素42g/L、硫酸鉄七水和物700mg/L、Arnon’s A5溶液10mL/L、クエン酸4.5g/Lである。
 培養終了後、当該培養液の藻体乾物含量を測定したところ、54.3g/Lであった。また、当該培養液中のアルギン酸濃度を測定したところ、アルギン酸ナトリウム換算で3.4g/Lであった。すなわち、藻体乾物1kgあたりのアルギン酸生産量は63gであった。
 実施例3
 グルコース111mM(20g/L)、硝酸カリウム50mM、リン酸二水素カリウム9.2mM、リン酸水素二カリウム0.57mM、硫酸マグネシウム10mM、塩化ナトリウム31mM、EDTA0.14mM、硫酸鉄0.11mM、Arnon’s A5溶液(Arnon’s A5溶液の組成は実施例1と同じ)1mL/Lからなる培地100mLを入れた振盪フラスコを殺菌後、パラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)FERM BP-10969を接種し、アルミホイルで遮光した後、30℃で72時間振盪培養した。当該培養液を遠心分離し、上清を除去した後、無機塩培地(硝酸カリウム2.5mM、リン酸二水素カリウム1.3mM、硫酸マグネシウム0.3mM、塩化ナトリウム0.43mM、塩化カルシウム0.23mM、リン酸二水素アンモニウム1.7mM、塩化鉄0.047mM、Arnon’s A5溶液2mL/L)100mLに再懸濁し、さらに30℃で16時間振盪した。培養終了後、当該培養液の藻体乾物含量を測定したところ、3.5g/Lであった。また、当該培養液中のアルギン酸濃度を測定したところ、アルギン酸ナトリウム換算で0.14g/Lであった。すなわち、藻体乾物1kgあたりのアルギン酸生産量は40gであった。
 比較例1:独立栄養培養
 硝酸カリウム2.5g/L、リン酸二水素カリウム17.5g/L、硫酸マグネシウム七水和物7.5g/L、塩化カルシウム2.5g/L、塩化ナトリウム2.5g/L、リン酸二水素アンモニウム20g/L、塩化鉄6.5mg/L、Arnon’s A5溶液2mL/L(Arnon’s A5溶液の組成は実施例1と同じ)からなる培地(pH6.5)1000mLを入れたフラスコを殺菌後、パラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)FERM BP-10969を接種し、約7000Luxの照度下、25℃で9日間、撹拌培養した。培養終了後、当該培養液の藻体乾物含量を測定したところ、67mg/Lであった。また、当該培養液中のアルギン酸濃度を測定したところ、アルギン酸ナトリウム換算で2.3mg/Lであった。すなわち、藻体乾物1kgあたりのアルギン酸生産量は34gであった。
 実施例4
 グルコース20g/L、リン酸二水素カリウム1g/L、硫酸マグネシウム七水和物1g/L、塩化カルシウム0.01g/L、尿素2g/L、硫酸鉄七水和物5mg/L、Arnon’s A5溶液1mL/L(Arnon’s A5溶液の組成:ホウ酸2.86g/L、塩化マンガン四水和物1.81g/L、硫酸銅四水和物0.08g/L、硫酸亜鉛七水和物0.22g/L、モリブデン酸アンモニウム四水和物0.171g/L)からなる培地(pH6.5)400mLを入れた2L容振盪フラスコを殺菌後、パラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)FERM BP-10969を接種し、アルミホイルで遮光した後、30℃で48時間振盪培養して、前培養液を得た。
 酵母エキス3g/L、リン酸二水素カリウム11.5g/L、硫酸マグネシウム七水和物7.5g/L、塩化カルシウム0.65g/L、クエン酸2.4g/L、硫酸鉄七水和物0.36g/L、Arnon’s A5溶液1mL/L(Arnon’s A5溶液の組成:ホウ酸2.86g/L、塩化マンガン四水和物1.81g/L、硫酸銅四水和物0.08g/L、硫酸亜鉛七水和物0.22g/L、モリブデン酸アンモニウム四水和物0.171g/L)からなる培地(pH6.0)10Lを、30L容ジャーファーメンター内で蒸煮殺菌した。これに上記の前培養液を接種し、通気量18L/分、30℃、pH6.0の条件で、120時間培養した。培養中は、殺菌した55重量%グルコース水溶液合計5.4kgを連続的に添加し、培養液の溶存酸素濃度が0.1ppm以上になるよう撹拌数を調整した。また、培養液のpH調整には25重量%アンモニア水を使用した。
 培養終了後、当該培養液の藻体乾物含量を測定したところ、93.0g/Lであった。また、当該培養液中のアルギン酸濃度を測定したところ、アルギン酸ナトリウム換算で15.8g/Lであった。すなわち、藻体乾物1kgあたりのアルギン酸生産量は170gであった。
 実施例5
 実施例2で得たパラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)FERM BP-10969の培養液を凍結乾燥、噴霧乾燥、または、ドラム乾燥して、アルギン酸含有組成物を得た。凍結乾燥は凍結乾燥機FD-1型(東京理化器械株式会社)を用いて、噴霧乾燥はミニスプレードライヤーB-290型(ビュッヒ社)、ドラム乾燥はダブルドラム型ドライヤ(φ400×L500mm;カツラギ工業株式会社)をそれぞれ用いて実施した。得られた乾燥物中のアルギン酸含量を測定した結果、凍結乾燥品は16.4重量%、噴霧乾燥品は15.7重量%、ドラム乾燥品は15.2重量%であった。
 比較例2:独立栄養培養
 リン酸二水素カリウム175mg/L、リン酸二水素アンモニウム200mg/L、硫酸マグネシウム七水和物75mg/L、塩化カルシウム25mg/L、塩化ナトリウム25mg/L、硝酸カリウム250mg/L、硫酸鉄七水和物5mg/L、Arnon’s A5溶液1mL/L(Arnon’s A5溶液の組成:ホウ酸2.86g/L、塩化マンガン四水和物1.81g/L、硫酸銅四水和物0.08g/L、硫酸亜鉛七水和物0.22g/L、モリブデン酸アンモニウム四水和物0.171g/L)からなる培地(pH7.0)500mLを入れた1L容三角フラスコに、パラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)FERM BP-10969を接種後、約7000Luxの照度下、25℃で、10日間、炭酸ガスによるバブリングを行い、培養した。培養終了後、当該培養液の藻体乾物含量を測定したところ、850mg/Lであった。また、当該培養液中のアルギン酸濃度を測定したところ、アルギン酸ナトリウム換算で26.1mg/Lであった。すなわち、藻体乾物1kgあたりのアルギン酸生産量は31gであった。
 以上の実施例および参考例の結果から、アルギン酸産生能を有するパラクロレラ属に属する藻類を従属栄養的に培養することにより、当該藻類を独立栄養的に培養した場合と比較して、培養容積当たりのアルギン酸の生産量が飛躍的に向上することが分かる。また同時に、培養で生産される藻体乾物重量に対するアルギン酸の生産量も向上することが分かる。

Claims (11)

  1.  パラクロレラ(Parachlorella)属に属し且つアルギン酸産生能を有する藻類を、従属栄養的に培養する工程を含むことを特徴とする藻類の培養方法。
  2.  パラクロレラ(Parachlorella)属に属する藻類が、パラクロレラ・バイノス(Parachlorella sp. binos)FERM BP-10969である、請求項1に記載の方法。
  3.  平均照度が700Lux未満の暗条件下で藻類を培養する請求項1又は2に記載の方法。
  4.  液状培地で藻類を培養し、且つ、当該液状培地中の有機化合物の総使用量を、培養開始時点の当該液状培地量1Lに対し、炭素原子の重量に換算して2.5g以上にする請求項1~3の何れかに記載の方法。
  5.  請求項1~4の何れかに記載の方法によって得られる藻類の培養物から、アルギン酸含有組成物を取得する工程を含むことを特徴とするアルギン酸含有組成物の製造方法。
  6.  請求項5に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を乾燥したものであり、1kgあたりのアルギン酸含量が40g以上であることを特徴とする藻体乾物。
  7.  請求項5に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を含有する汚泥削減剤。
  8.  請求項5に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を含有する有害物質吸着剤。
  9.  請求項5に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を含有する飼料。
  10.  請求項5に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を含有する食品。
  11.  請求項5に記載の製造方法で得られるアルギン酸含有組成物を含有する医薬品。
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