WO2023228576A1 - 光合成生物培養装置およびそれを用いた光合成生物の培養方法 - Google Patents

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WO2023228576A1
WO2023228576A1 PCT/JP2023/013443 JP2023013443W WO2023228576A1 WO 2023228576 A1 WO2023228576 A1 WO 2023228576A1 JP 2023013443 W JP2023013443 W JP 2023013443W WO 2023228576 A1 WO2023228576 A1 WO 2023228576A1
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culture
liquid
photosynthetic organism
culture tank
light
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PCT/JP2023/013443
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秀夫 野田
真司 ▲濱▼
忠弘 向田
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関西化学機械製作株式会社
Ｂｉｏ－ｅｎｅｒｇｙ株式会社
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • 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
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/02—Apparatus for enzymology or microbiology with agitation means; with heat exchange means
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    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/04—Plant cells or tissues

Definitions

  • the present invention relates to a photosynthetic organism culturing device and a method for culturing photosynthetic organisms using the same.
  • Microalgae such as spirulina and chlorella contain abundant nutrients important to humans and are attracting attention as so-called "superfoods.” These microalgae are also reported to have antioxidant effects, blood pressure regulating effects, cholesterol and blood sugar control, anti-allergy effects, etc., stimulating the purchasing desire of health-conscious consumers. It is important as a product for
  • Non-Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for mass culturing microalgae.
  • oils and fats produced by microalgae will be utilized as, for example, biofuel.
  • Demand for microalgae is expected to increase further in the future.
  • the site in order to install a cultivation pool, the site must be flat, spacious, and meet appropriate climatic conditions to obtain sufficient solar energy. In other words, it is difficult to install the above-mentioned culture facility in narrow areas such as slopes and areas around urban centers, in cold areas, and other areas where the weather is subject to change.
  • the present invention aims to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to develop a photosynthetic system that can cultivate photosynthetic organisms such as microalgae more efficiently and that can accommodate various production scales.
  • An object of the present invention is to provide a biological culture device and a method for culturing photosynthetic organisms using the same.
  • the present invention includes a culture tank containing a culture solution containing photosynthetic organisms, and a liquid dispersion section provided in the culture tank,
  • the liquid dispersing section includes one rotating shaft arranged along the vertical direction and at least one flowing liquid member attached to the rotating shaft,
  • the liquid flow member includes a discharge part located above the liquid level of the culture solution, a liquid suction part located below the liquid level of the culture liquid, and between the discharge part and the liquid suction part. and a channel through which the culture solution flows,
  • the present invention is a photosynthetic organism culturing device, in which at least a portion of the culture tank includes a light-transmitting part that transmits light from the outside into the culture tank.
  • the light-transmitting portion is provided in at least one region selected from the group consisting of a wall portion and a lid portion of the culture tank.
  • the light-transmitting part is provided on a wall portion of the culture tank, and the culture solution is discharged from the discharge part of the flowing liquid member by rotation of the rotation shaft in the liquid dispersion part. By doing so, it flows down the inside of the wall portion of the culture tank to form a thin film.
  • the liquid suction part of the liquid flow member is inclined with respect to the rotation axis so that it is closer to the discharge part.
  • the liquid dispersion section includes a plurality of the liquid flowing members around the rotation axis.
  • the liquid flow member has a cylindrical shape with both ends open.
  • the liquid flow member has a gutter-like form.
  • the present invention also includes a culture tank containing a culture solution containing photosynthetic organisms, and a liquid dispersion section provided in the culture tank,
  • the liquid dispersing section includes one rotating shaft arranged along the vertical direction and at least one flowing liquid member attached to the rotating shaft,
  • the liquid flow member includes a discharge part located above the liquid level of the culture solution, a liquid suction part located below the liquid level of the culture liquid, and between the discharge part and the liquid suction part. and a channel through which the culture solution flows,
  • a photosynthetic organism culture device comprising an internal light source disposed within the culture tank.
  • the present invention also provides a method for culturing a photosynthetic organism, which includes the step of stirring a culture solution containing the photosynthetic organism through rotation of a rotating shaft in the photosynthetic organism culturing apparatus under light irradiation. .
  • the light is irradiated toward a light-transmitting part provided in the culture tank in the photosynthetic organism culture device.
  • the photosynthetic organism is at least one organism selected from the group consisting of photosynthetic bacteria, blue-green algae, microalgae, and plant cells.
  • the culture solution can be efficiently mixed back by moving the scooped culture solution above the liquid surface and dispersing it.
  • the culture solution contained in the culture tank can be encouraged to move and circulate in the vertical direction.
  • the culture solution mixed back in this manner can receive light through the light-transmitting part of the culture tank, and as a result, photosynthesis of photosynthetic organisms contained in the culture solution can be effectively promoted.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a photosynthetic organism culturing device of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing an example of a wall portion and a bottom portion of a culture tank of the culture apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. (a) is an end view of the culture device shown in FIG. 1 in the AA direction
  • (b) is an end view of the culture device shown in FIG. 1 in the BB direction.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing an example of a flowing liquid member that constitutes a liquid dispersion section of the culture apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. It is a schematic diagram showing other examples of the photosynthetic organism culture device of the present invention.
  • (a) is an end view of the culture device shown in FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing an example of a flowing liquid member that constitutes a liquid dispersion section of the culture apparatus shown in FIG. 5.
  • FIG. 10 is a vertical cross-sectional view schematically showing an example of a flowing liquid member that constitutes a liquid dispersion section of the culture apparatus shown in FIG. 9.
  • FIG. FIG. 9 is a vertical cross-sectional view schematically showing an example of a flowing liquid member that constitutes a liquid dispersion section of the culture apparatus shown in FIG. 9.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a baffle plate that can be incorporated into the photosynthetic organism culturing apparatus of the present invention, and is a schematic diagram of a baffle plate configured by combining two sets of plates. It is a schematic diagram showing still another example of a photosynthetic organism cultivation device of the present invention. It is a schematic diagram showing still another example of a photosynthetic organism cultivation device of the present invention.
  • 1 is a schematic diagram of the photosynthetic organism culture device (R1) produced in Example 1
  • (b) is a schematic diagram of the photosynthetic organism culture device (R1) that was replaced from the above device (R1) to produce the photosynthetic organism culture device (R2) of Comparative Example 1. It is a schematic diagram of a liquid part.
  • FIG. 1 is a graph showing the results of culturing microalgae (euglena) using the photosynthetic organism culturing device (R1) produced in Example 1 and the photosynthetic organism culturing device (R2) produced in Comparative Example 1.
  • the results of culturing microalgae (euglena) with a mantle provided on a part of each of the photosynthetic organism culture device (R1) produced in Example 1 and the photosynthetic organism culture device (R2) produced in Comparative Example 1 are shown.
  • It is a graph. It is a graph showing the results of culturing microalgae (chlorella) using the photosynthetic organism culturing device (R1) produced in Example 1 and the photosynthetic organism culturing device (R2) produced in Comparative Example 1.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the photosynthetic organism culturing device of the present invention.
  • a photosynthetic organism culture device (hereinafter sometimes simply referred to as a “cultivation device”) 100 includes a culture tank 110 and a liquid dispersion section 120.
  • the culture tank 110 is a sealable tank that can accommodate and stir a culture solution 116 containing photosynthetic organisms 117, and has a wall portion 110a having a shape such as a cylinder, an elliptical cylinder, or a rectangular cylinder, and a flat bottom. , a rounded bottom, a conical bottom or a downwardly sloping bottom 109.
  • the upper part of the culture tank 110 may include a lid portion 110b having an openable/closeable structure such as a maintenance hole, for example.
  • the top of the culture tank 110 may be open without being provided with a lid portion.
  • At least a portion of the culture tank 110 is provided with a light-transmitting part 132 that can transmit light from the outside into the culture tank 110.
  • the light transmitting portion 132 is provided on the wall portion 110a and/or the lid portion 110b of the culture tank 110.
  • the area of the light-transmitting part 132 is not particularly limited, but is designed to be as wide as possible within a range with sufficient strength, for example, in order to increase the cultivation efficiency of the photosynthetic organisms 117 in the culture tank 110, which will be described later.
  • the entire culture tank 110 may be configured with a light-transmitting part 132 that can transmit light from the outside.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing an example of the wall portion 110a and bottom portion 109 that constitute the culture tank 110 of the culture apparatus 100 shown in FIG.
  • the wall portion 110a is composed of a light-transmitting portion 132 and other portions (for example, a column 134, an upper frame 136, and a lower frame 138), and is integrated with the bottom portion 109. .
  • the light transmitting portion 132 is made of, for example, a material with high light transmittance.
  • materials that can constitute the light-transmitting portion 132 include glass (for example, tempered glass, quartz glass), transparent resin (for example, acrylic resin, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polystyrene, AS resin, transparent ABS resin, transparent polyurethane, silicone resin) and combinations thereof.
  • the transparent portion 132 itself may be colorless and transparent, or may be colored and transparent.
  • a film that partially cuts the wavelength of light may be attached to the outside as long as it is suitable for culturing photosynthetic organisms and can efficiently transmit light from the outside into the inside.
  • the outer and inner shapes of the light-transmitting portion 132 are designed to match, for example, the outer and inner shapes of the upper frame 136 and the lower frame 138, respectively.
  • the support column 134 is provided to connect the upper frame 136 and the lower frame 128 and to increase the strength of the wall portion 110a in the vertical direction. Although two pillars 134 are provided in FIG. 2, the number is not particularly limited. When a plurality of support columns 134 are provided, it is preferable that the number of support columns 134 be substantially equal because light from the outside can be more evenly taken into the interior through the light-transmitting portion 132. Note that if the light-transmitting portion 132 has sufficient strength, the support 134 may not be provided in the wall portion 110a.
  • An upper frame 136 is also provided as necessary to increase the strength of the entire wall portion 110a.
  • the upper frame 136 is provided to prevent the lid portion 110b from coming into direct contact with the light-transmitting portion 132 and being damaged.
  • the lower frame 138 supports the light-transmitting part 132 from below and can store the culture solution inside.
  • the struts 134, the upper frame 136, and the lower frame 138 are made of a material with higher strength than the transparent part 132 (for example, metals such as iron, stainless steel, Hastelloy, titanium, etc., and combinations thereof). These may be internally coated with a coating known in the art, such as Teflon (registered trademark), glass lining, or rubber lining, in order to increase chemical resistance.
  • a coating known in the art such as Teflon (registered trademark), glass lining, or rubber lining, in order to increase chemical resistance.
  • the size (capacity) of the culture tank 110 is appropriately set depending on the type of photosynthetic organism 117 to be cultured in the culture device 100, the amount of culture solution, etc., and is not necessarily limited. , 0.1 liter to 100,000 liter.
  • the culture tank 110 may have a form such as a glass jar fermenter or a single-use resin transparent bag (culture bag) that can be used in the field of biopharmaceutical manufacturing, etc., with the entire transparent part 132 being a transparent part 132. It may have.
  • the portions of the culture tank 110 other than the transparent portion 132 may be made of one or more combinations of materials such as iron, stainless steel, Hastelloy, titanium, and concrete.
  • the portion of the culture tank 110 other than the transparent portion 132 may be a combination of side portions made of the above-mentioned high-strength materials such as stainless steel, Hastelloy, titanium, etc., and a bottom portion made of concrete. good.
  • a structure in which the entire culture tank 110 is the light-transmitting part 132 can be adopted, for example, when the culture tank 110 has a relatively small capacity (eg, 1 L to 200 L).
  • the culture tank 110 also includes a culture solution inlet 112 and a culture solution outlet 114.
  • the culture solution supply port 112 is an entrance for newly supplying the culture solution 116 into the culture tank 110.
  • the culture solution supply port 112 is provided, for example, above the culture tank 110 (for example, on the lid portion 110b).
  • the culture solution supply port 112 may be provided on the wall portion 110a of the culture tank 110.
  • the number of culture solution supply ports 112 provided in culture tank 110 is not limited to one. For example, a plurality of culture solution supply ports may be provided in the culture tank 110.
  • the culture solution outlet 114 is an outlet for taking out the photosynthetic organisms 117 cultured in the culture tank 110 and their products (for example, fats and oils) from the culture tank 110.
  • the culture solution outlet 114 is capable of discharging not only the photosynthetic organism 117 and its products, but also waste fluid, and the discharge can be regulated, for example, by opening and closing a valve 115 provided downstream of the culture solution outlet 114.
  • the culture solution outlet 114 is provided, for example, in communication with the center of the bottom 109 in the culture tank 110, but the arrangement is not particularly limited.
  • the liquid dispersion unit 120 is provided inside the culture tank 110 and rotates through one rotating shaft 121 arranged vertically within the culture tank 110 and a fitting 122 that preferably extends in the horizontal direction. It is composed of a fluid flow member 123 attached to a shaft 121.
  • the liquid dispersion unit 120 scoops up the culture liquid 116 contained in the culture tank 110 by rotation of the rotating shaft 121 and the centrifugal force applied to the liquid flowing member 123, and causes it to flow from the bottom of the culture tank 110 upward. be able to.
  • the liquid flow member 123 includes a liquid suction part 124 and a discharge part 125, and a flow path 126 extending between the liquid suction part 124 and the discharge part 125.
  • the liquid suction part 124 is arranged below the liquid level 128 of the culture solution 116
  • the discharge part 125 is arranged above the liquid level 128 of the culture solution 116.
  • the liquid suction part 124 and the discharge part 125 are arranged in a stationary stage (that is, when the rotating shaft 121 is not rotating and the liquid level of the culture solution 116 is spread in a substantially horizontal direction). In addition to this, it is also held while the rotating shaft 121 is being rotated at a desired rotational speed (that is, when the culture solution 116 is being stirred as described below through the rotation of the rotating shaft 121). Preferably.
  • the culture solution 116 in the culture tank 110 can be easily pumped up from the liquid suction part 124 of the fluid member 123 by rotation of the rotating shaft 121 and the fluid member 123, and then the culture fluid 116 in the fluid member 123 is pumped up by the centrifugal force. It moves to the discharge part 125 through the flow path 126, and can be discharged from the discharge part 125 toward, for example, the inner wall 111 of the culture tank 110 or the liquid surface 128 of the culture solution 116.
  • the rotating shaft 121 is a shaft having a predetermined rigidity, and has, for example, a cylindrical or cylindrical shape.
  • the rotating shaft 121 is normally arranged in the vertical direction within the culture tank 110.
  • the thickness of the rotating shaft 121 is, for example, 8 mm to 200 mm, although it is not necessarily limited.
  • the length of the rotating shaft 121 varies depending on the size of the culture tank 110 used, and an appropriate length can be selected by a person skilled in the art.
  • one end of the rotating shaft 121 is connected to a rotating means such as a motor 140 at the upper part of the culture tank 110.
  • the other end of the rotating shaft 121 is not connected to the bottom 109 of the culture tank 110 and is placed, for example, at a certain distance from the bottom 109 of the culture tank 110 (preferably away from the liquid level 128 of the culture solution 116). has been done. Thereby, the chances of the rotating shaft 121 coming into contact with the culture solution 116 can be reduced.
  • the other end of the rotating shaft may be accommodated in a bearing provided at the bottom 109 of the culture tank.
  • an optical sensor (not shown) may be electrically connected to the motor 140.
  • the motor 140 when the culture apparatus 100 is installed outdoors, when the optical sensor detects sunlight, a predetermined signal is sent to the motor 140, and the motor 140 can start rotating. Further, when it is nighttime and the optical sensor cannot detect sunlight, a signal to that effect is sent to the motor 140, and the rotation of the motor 140 can be stopped.
  • the motor 140 may be electrically connected to a solar unit (not shown).
  • a solar unit not shown
  • the culture apparatus 100 when the solar unit is irradiated with sunlight, a predetermined current flows through the motor 140, and the motor 140 can be rotated. Further, when night comes and the solar unit is no longer able to detect sunlight, the current from the solar unit to the motor 140 is stopped, and the rotation of the motor 140 can be stopped.
  • the culture apparatus 100 can be irradiated with light from a light emitter such as an LED light through the storage battery at night.
  • the liquid suction part 124 of the liquid flow member 123 is inclined with respect to the rotating shaft 121 so that it is closer to the discharge part 125.
  • the liquid flow member 123 is mounted to be inclined at a predetermined angle (also referred to as a mounting inclination angle) ⁇ 1 with respect to the axial direction of the rotating shaft 121.
  • the mounting inclination angle ⁇ 1 can be set to any angle by a person skilled in the art, but is, for example, 10° to 60°, preferably 15° to 45°.
  • two liquid flowing members 123 are provided symmetrically around a rotating shaft 121 as a liquid dispersion section 120.
  • the number of fluid flow members that can be provided in the culture apparatus of the present invention is not necessarily limited, but is, for example, one or more, preferably two to eight, and more preferably two to six. It is preferable that these liquid flow members are respectively mounted at approximately equal angles around the axis of rotation.
  • the liquid flowing member 123 has a cylindrical shape with both ends open.
  • the horizontal end surface above the culture tank 110 in the culture apparatus 100 for example, near the discharge part 125 of the flowing liquid member 123 shown in the AA direction in FIG. 1
  • two fluid flow members 123 are attached around the rotating shaft 121 by fittings 122 at substantially equal distances from the rotating shaft 121.
  • the rotating shaft 121 rotates, the two fluid flow members 123 can rotate closer to the inner wall 111 than the center of the culture tank 110 via the fixture 122.
  • two fluid flow members 123 are arranged closer to the center of the culture tank 110.
  • the rotating shaft 121 rotates, the two fluid flow members 123 can rotate near the center within the culture tank 110.
  • the size of the liquid flow member 123 is not particularly limited, but for example, when a cylindrical member as shown in FIG. 4 is used, the inner diameter of the cylindrical portion is, for example, 2 mm to 200 mm.
  • the length from the liquid suction part 124 to the discharge part 125 (that is, the length of the passage 126) is, for example, 40 mm to 8,000 mm.
  • the culture solution 116 contained in the culture tank 110 contains a photosynthetic organism 117, water, and other components.
  • the photosynthetic organisms 117 are organisms that can promote photosynthesis by receiving light, multiply and/or produce products such as oils and fats, and include, for example, photosynthetic bacteria, blue-green algae, microalgae, plant cells, and combinations thereof.
  • Photosynthetic bacteria are prokaryotic photosynthetic organisms excluding cyanobacteria, and include, for example, purple bacteria, green sulfur bacteria, green filamentous (filamentous) bacteria, and heliobacteria. All of these have the ability to perform oxygen-free photosynthesis that does not generate oxygen.
  • Blue-green algae also called cyanobacteria, are eubacteria that perform oxygenic photosynthesis.
  • microalgae there are a wide variety of types of microalgae.
  • the green alga Chlamydomonas Japanese name: Konamidorimu
  • Konamidorimu is a eukaryotic photosynthetic organism with the simplest cell structure, and is used as a model organism to bridge the gap between higher plants (Arabidopsis) and cyanobacteria.
  • microalgae include unicellular microalgae (e.g., green algae such as Chlorella, Chlamydomonas, Scenedesmus, Dunaliella; Euglena; Porphyridium spp.
  • red algae such as Rhodella, Cyanidium, Galdieria; golden algae such as Ochromonas; diatoms such as Chaetocerus, Nitschia) , as well as multicellular microalgae (e.g., Ulva algae such as Bryopsis, Codium, Ulva, and Acetabularia; Brown algae such as the genus Scytosiphon; red algae such as the genus Porphyra, Aglaothamnion, and Anthithamnion).
  • multicellular microalgae e.g., Ulva algae such as Bryopsis, Codium, Ulva, and Acetabularia
  • Brown algae such as the genus Scytosiphon
  • red algae such as the genus Porphyra, Aglaothamnion, and Anthithamnion.
  • a plant cell is, for example, a cultured cell composed of a part of a plant, such as a plant cultured cell collected from a part (e.g., leaf or root) of a plant such as tobacco, Arabidopsis, rice, poplar, or yew. can be mentioned. These cells have properties such as multiplying more uniformly and faster than normal plants in a suspended state, and synthesizing substances useful as secondary metabolites. The obtained secondary metabolites can be used not only for scientific research but also for the development of gene expression control and culture techniques for producing pharmaceutical intermediates.
  • Other components that may be contained in the culture solution 116 are not necessarily limited, but include, for example, carbon sources, nitrogen sources, vitamins, amino acids, and inorganic salts required for the growth and proliferation of the above photosynthetic organisms. , as well as combinations thereof.
  • the contents of other components that may be included in the culture solution 116 are not particularly limited, and appropriate amounts or concentrations can be appropriately selected by those skilled in the art.
  • the culture device 100 of the present invention by rotating the rotating shaft 121, the liquid flowing member 123 in the liquid dispersion section 120 scoops up the culture solution 116 from the liquid absorption section 124.
  • the scooped-out culture solution moves to the discharge part 125 via the passage 126 due to the centrifugal force accompanying the rotation of the rotating shaft 121, and from the discharge part 125 into the culture tank 110, specifically, into the culture tank 110.
  • the liquid is discharged above the liquid level 128 of the culture liquid 116 inside.
  • the photosynthetic organisms 117 that are discharged from the discharge part 125 of the flowing liquid member 123 and flow down the inner wall 111 of the culture tank 110 (that is, the inner wall surface of the light-transmitting part 132) in the state of a culture solution absorb the light from the light-transmitting part 132. You can receive it directly. As well as mixing the culture solution 116, it becomes possible to flow down the inner wall surface of the light-transmitting part almost continuously at all times, and the photosynthesis of the photosynthetic organisms 117 can be further promoted.
  • the photosynthetic organisms 117 within the culture device 100 can be effectively cultured.
  • the rotating shaft 121, the fixture 122, and the liquid flow member 123 are each independently made of a material such as a metal such as iron, stainless steel, Hastelloy, titanium, or a combination thereof. These may also be provided with coatings known in the art, such as Teflon (registered trademark), glass lining, or rubber lining, to enhance chemical resistance.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing still another example of the culture device of the present invention.
  • the channel 226 of the liquid flowing member 223 that constitutes the liquid dispersion section 220 has a gutter-like form.
  • the upper part of the culture tank 110 in the culture apparatus 200 (for example, near the discharge part 225 of the flowing liquid member 223 shown in the A'-A' direction in FIG. 5).
  • the attachment 122 On the horizontal end surface, as shown in FIG. 6A, for example, two liquid flow members 223 are moved around the rotation axis 121 by the attachment 122 at approximately equal distances from the rotation axis 121 in the direction of circular motion.
  • the opening portion is provided so as to be oriented in the (tangential direction).
  • the rotating shaft 121 rotates, the two liquid flow members 223 can rotate closer to the inner wall 111 than the center of the culture tank 110 via the fixture 122.
  • the two fluid flow members 223 are arranged closer to the center of the culture tank 110.
  • the rotating shaft 121 rotates, the two fluid flow members 223 can rotate near the center within the culture tank 110.
  • the culture solution 116 located in the part where the water is immersed can also be pumped out.
  • the culture solution 116 that has been pumped out passes through the flow path 226 of the liquid flow member 223 and is discharged from the discharge part 225, and the culture solution 116 (and the photosynthetic organisms contained therein) is discharged from the discharge part 225 through the flow path 226 of the liquid flow member 223. 117) can be encouraged to stir or circulate.
  • the centrifugal force related to the lower part of the liquid flow member 223 is relatively small, and the density of the culture liquid 116 to be drawn up is high, so that it passes through the flow path 226 of the liquid flow member 223. It is thought that the amount of increase may not be very large. Therefore, when the gutter-like liquid flowing member 223 is employed, the liquid flowing member 223 can also function as a conventional stirring blade.
  • the size of the gutter-like liquid flow member 223 is also not particularly limited, but for example, when a liquid flow member having a semi-cylindrical flow path 226 as shown in FIG. 7 is used, the diameter of the semi-cylindrical portion is: For example, it is 2 mm to 200 mm.
  • the length from the liquid suction part 224 to the discharge part 225 is, for example, 40 mm to 8,000 mm.
  • the material of which the gutter-shaped liquid flowing member 223 can be made is the same as that of the cylindrical liquid flowing member 123 shown in FIG. 1 and the like.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing still another example of the culture device of the present invention.
  • a motor 340 is provided below the culture tank 110 (ie, at the bottom 109 of the culture tank 110).
  • a rotating shaft 321 constituting the liquid dispersion section 320 is attached above the motor 340, extends in the vertical direction, and is connected to a cylindrical liquid flowing member 123 via a fitting 122.
  • the culture solution supply port 312 is provided on the wall portion 110a of the culture tank 110, and the culture solution outlet 314 is arranged at an arbitrary location on the bottom 109 that does not interfere with the motor 340.
  • the light-transmitting part 132 can be provided above the culture tank 110 (particularly the lid portion 110b), for example, over the entire surface. As a result, more light from the outside enters into the culture tank 110 through the transparent part 132 of the lid portion 110b, and the photosynthesis of the photosynthetic organisms 117 in the culture tank 110 can be further promoted.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing still another example of the photosynthetic organism culturing device of the present invention.
  • the liquid flowing member 423 constituting the liquid dispersion section 420 includes a liquid suction section 424, a discharge section 425, and a cylindrical channel 426 extending between the liquid suction section 424 and the discharge section 425.
  • the liquid suction part 424 of the liquid flowing member 423 is arranged below the liquid level 128 of the culture liquid 116, and the discharge part 425 of the liquid flowing member 423 is arranged below the liquid level 128 of the culture liquid 116. It is arranged above the liquid level 128 of.
  • the liquid dispersing unit 420 spreads the culture liquid 116 contained in the culture tank 110 as shown in FIG. It can be pumped up from the liquid suction part 424 of the liquid flow member 423 together with the liquid and flowed from the bottom to the top of the culture tank 110 through the cylindrical channel 426. Thereafter, the sucked-up culture solution is discharged from the discharge portion 425 of the flowing liquid member 423 above the liquid level 128 together with the photosynthetic organisms 117 .
  • the culture solution moves from the liquid suction part 424 of the liquid flow member 423 to the discharge part 425 through the cylindrical channel 426, once the cylindrical channel 426 is filled with the culture solution, While the rotation shaft 121 continues to rotate, the liquid dispersing member 423 absorbs the culture liquid in the liquid suction part 424, passes through the cylindrical channel 426, and discharges it, just like a tube used on the siphon principle.
  • the culture solution can be continuously moved up to the point where the culture solution is discharged from the section 425.
  • Such continuous movement of the culture medium is herein referred to as "siphon-like" movement of the culture medium.
  • the amount of culture liquid moved per unit time (for example, mL/sec) is the same as that of the continuous movement when the rotation of the rotating shaft 121 is the same. This increases the amount of liquid (for example, mL/sec) before the movement occurs, and as a result, a large amount of culture solution can be efficiently mixed back.
  • the liquid dispersing part 420 it is possible to create the siphon-like movement of the culture liquid between the liquid suction part 424, the cylindrical channel 426, and the discharge part 425 that constitute the liquid flowing member 423.
  • the siphon-like movement of the culture fluid has started, even if the rotation of the rotating shaft 121 is relatively suppressed (that is, even if the power required for rotation is reduced) within the liquid flow member 423, the liquid is absorbed.
  • Suction of the culture solution (containing photosynthetic organisms) from the section 424 and discharge of the culture solution (containing photosynthetic organisms) from the discharge section 425 can be performed substantially continuously.
  • the arrangement of the liquid suction part 424 and the discharge part 425 with respect to the liquid surface 128 is such that the liquid suction part 424 and the discharge part 425 are arranged in a stationary stage (that is, in a state where the rotating shaft 121 is not rotated and the liquid surface of the culture liquid 116 is spread in a substantially horizontal direction).
  • a desired rotational speed that is, when the culture solution 116 is being stirred through the rotation of the rotating shaft 121). is preferred.
  • the culture solution 116 in the culture tank 110 can be easily pumped up together with the photosynthetic organisms 117 from the liquid suction part 424 of the liquid flow member by rotation of the rotating shaft 121 and the liquid flow member 423, and then centrifugal force
  • the liquid can be moved through the cylindrical channel 426 in the fluid member 423 to the discharge part 425, and can be discharged from the discharge part 425, for example, toward the inner wall 111 of the culture tank 110 or the liquid surface 128 of the culture solution 116.
  • the discharge section 425 is directed downward.
  • the culture solution drawn from the liquid absorption part 424 of the liquid dispersion part 420 is normally directed downward from the height of the discharge port 425 of the liquid dispersion part 420 in the culture tank 110 together with the photosynthetic organisms. It is discharged from the discharge section 425.
  • one bending section P is provided in one cylindrical channel 426, but in the present invention, the discharge section 425 is oriented downward (for example, below the horizontal direction). As long as it is, it is not particularly limited to this form. As long as the discharge part 425 is directed downward, one cylindrical channel 426 may be provided with a plurality of bent parts. In the present invention, in order to avoid or reduce the occurrence of undesired erosion at the bent portion P, it is preferable that the bent portion P be curved into an arc.
  • the liquid flowing member 423 is, for example, processed into a cylindrical shape as a whole (for example, a cylindrical shape, an elliptical cylinder shape, or a rectangular cylinder shape).
  • FIG. 10 is a vertical cross-sectional view schematically showing an example of a liquid flowing member that constitutes the liquid dispersion section of the culture apparatus shown in FIG. 9.
  • the inner diameter thereof is, for example, 2 mm to 200 mm.
  • the length from the liquid suction part 424 to the bent part P is not particularly limited, and an appropriate length can be selected by those skilled in the art.
  • the inner diameter of the liquid suction part 424, the inner diameter of the cylindrical passage 426, and the inner diameter of the discharge part 425 are described as being approximately the same size. It is not limited only to the form.
  • the inner diameter of the liquid flowing member 423 may be reduced gradually or in stages from the liquid suction portion 424 through the bent portion P toward the discharge portion 425.
  • the angle ⁇ 2 between the direction T in which the discharge portion 425 is oriented and the horizontal direction H is, for example, ⁇ 90° ⁇ 2 ⁇ 10° with respect to the horizontal direction. , or as another example, ⁇ 60° ⁇ 2 ⁇ 0°. If the angle ⁇ 2 is less than ⁇ 90, the culture solution may flow backwards within the liquid flow member, and the culture solution may not be effectively discharged from the discharge portion together with the photosynthetic organisms. If the angle ⁇ 2 exceeds 10°, even if the inside of the cylindrical passage 120 is filled with culture solution through rotation, the culture solution will not move like a siphon, and as a result, the power applied to the culture device will be reduced. It may be difficult to do so.
  • a baffle plate 450a is arranged approximately at the center of the bottom 109 of the culture tank 110.
  • a predetermined gap is provided between the baffle plate 450a and the liquid suction portion 424 of the liquid flowing member 423.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing an example of a baffle plate that can be incorporated into the photosynthetic organism culture device of the present invention.
  • the baffle plate 450a is configured such that two plates 452a and 454a intersect at an angle of approximately 90°.
  • the baffle plate 450a is also designed to be large enough to be installed at the bottom of the culture tank of the photosynthetic organism culture device.
  • the material constituting the baffle plate 450a is not particularly limited, and any material that has sufficient durability against the processing liquid and has a predetermined strength may be used.
  • the culture device 400 by rotating the rotating shaft 121, the formation of a vortex at the liquid surface 128 of the culture solution 116 is suppressed through the baffle plate 450a, and the inside of the liquid dispersion section 420 is The liquid flow member 423 sucks up the culture solution 116 together with the photosynthetic organisms 117 from the liquid suction port 424 .
  • the pumped-up culture solution moves through the cylindrical passage 426 to the discharge port 425 due to the centrifugal force accompanying the rotation of the rotating shaft 121, and is transferred from the discharge port 425 into the culture tank 110, specifically, to the culture medium.
  • baffle plate that can be attached to the culture apparatus of the present invention is not limited to these.
  • the baffle plate is, for example, one or more elongated plate-like bodies arranged on the inner wall 111 of the culture tank 110 in FIG. Good too.
  • the culture apparatus of the present invention can effectively circulate and stir the culture solution by the liquid dispersion section provided in the culture tank, and the light-transmitting section provided in the culture tank prevents light from outside. It can be effectively taken into the culture tank and promote photosynthesis of photosynthetic organisms contained in the culture solution.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing still another example of the photosynthetic organism culturing device of the present invention.
  • the culture device 600 shown in FIG. 12 has the same configuration as the culture tank device 100 shown in FIG. 1 except that an internal light source 550 is provided inside the culture tank 110.
  • An internal light source 550 shown in FIG. 12 is a light source (for example, an LED) that has been subjected to water resistance treatment in advance, and is placed above the liquid level 128 of the culture medium 116 in a stationary state.
  • the lower end of the internal light source 550 may be placed so as to be immersed in the culture medium 116, as shown in FIG.
  • the upper end of the internal light source 550 is disposed near the discharge port 125 of the fluid flow member 123, preferably near the bottom of the discharge port 125 of the fluid flow member 123. This is to make it easier for the culture solution 116 discharged from the discharge port 125 to flow down not only the inner wall 111 of the culture tank 110 but also the surface of the internal light source 550.
  • the internal light source 550 is electrically connected to the outside of the culture tank 110 by wiring (not shown). Thereby, in addition to the light incident from the light-transmitting part 117, the photosynthetic organisms 117 contained in the culture solution 116 can be irradiated with light from inside the culture tank 110.
  • the photosynthetic organism culturing apparatus 600 of the present invention is placed outdoors, even if the light cannot enter from the transparent part 117 due to sunset, other light emitting means (
  • the culture solution 116 can be irradiated with light inside the culture tank 110 without arranging a fluorescent lamp or LED.
  • the internal light source 550 has a cylindrical shape as shown in FIG. 12, and has a structure that can also emit light inside the cylinder. As the light emitting area of the internal light source 550 expands, the culture solution 116 discharged from the discharge port 125 of the flowing liquid member 123 flows down both the outer surface and the inner surface of the internal light source 550 and is included in the culture solution 116. This is because photosynthesis of the photosynthetic organisms 117 can be further promoted.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing still another example of the photosynthetic organism culturing device of the present invention.
  • the culture apparatus 700 shown in FIG. 13 is similar to FIG. It is similar to the culture device 600 shown.
  • the culture apparatus 700 shown in FIG. 13 can be used, for example, even in environments where it is difficult to irradiate light from outside the culture tank 610.
  • photosynthesis of the photosynthetic organisms 117 in the culture solution 116 can be promoted only by turning on/off the internal light source 550.
  • a culture solution containing photosynthetic organisms is stirred through rotation of a rotating shaft in the photosynthetic organism culturing apparatus under light irradiation.
  • the culture solution When stirring this culture solution, the culture solution may be continuously or discontinuously supplied with carbon dioxide and the like necessary for culturing photosynthetic organisms. Further, in order to culture photosynthetic organisms more efficiently, the culture tank may be heated to a predetermined temperature.
  • the light is irradiated toward a light-transmitting part provided in a culture tank within the culture apparatus.
  • the type of light is not particularly limited, and may be, for example, sunlight (natural light) or artificial light such as a halogen lamp, xenon lamp, or LED.
  • the irradiated light may be one in which, for example, short wavelengths that may inhibit the growth or proliferation of photosynthetic organisms are cut using a bandpass filter or the like.
  • the above stirring is performed continuously or intermittently while the light irradiation is performed.
  • the stirring may be stopped at night because sunlight is not available, or the stirring may be continued or extended by irradiating the culture tank with artificial light at night. It is.
  • photosynthetic organisms can be cultured within the culture device.
  • a photosynthetic organism culture device (R1) 700 shown in FIG. 14(a) was produced as follows. Specifically, two cylindrical stainless steel pipes (inner diameter 10 mm, length 86 mm) are placed in a transparent glass culture tank 510 with a round bottom and an inner diameter (W) of 130 mm and a depth (T 1 ) of 220 mm. The liquid dispersing portion was arranged by fixing the liquid flowing members 723a and 723b in a V-shape with a fitting 722 so as to face each other and be inclined at 20° ( ⁇ 1 ) with respect to the axial direction of the rotating shaft 721. .
  • Example 2 Cultivation of microalgae (euglena) using photosynthetic organism culture device (R1) (1)
  • this main culture solution was charged into the culture tank 710 of the photosynthetic organism culture device (R1) 700 prepared in Example 1.
  • the distance T2 from the liquid level 728 to the top of the culture tank 710 in the stationary state shown in FIG. 14(a) is 115 mm
  • the distance T3 from the liquid level 728 to the bottom of the culture tank 710 is 105 mm
  • the distance T 4 from the liquid level 728 to the upper end of the liquid flowing member 723b was 35 mm
  • the distance T 5 from the liquid level 728 to the lower end of the flowing liquid member 723b was 49 mm.
  • light from a fluorescent lamp 532 with a vertical length of 50 mm is directed toward the void part of the culture tank 710 (the part of the culture tank 710 where the culture solution 730 is not charged) so that the light intensity at the shortest irradiation distance is approximately
  • the fluorescent lamp and the culture tank 710 were arranged with a distance D of 10 mm so that the amount of the fluorescent lamp was 600 ⁇ mol/(m 2 ⁇ sec). Note that the surrounding area was a dark place when irradiating light with this fluorescent lamp.
  • Euglena was cultured in the photosynthetic organism culture device (R1) by turning on the fluorescent lamp 732 and rotating the rotating shaft 721 at a rotation speed of 300 rpm at room temperature.
  • the culture solution in the culture tank 710 was sampled periodically, and the turbidity (OD) at 600 nm of the obtained culture solution was measured using an absorption photometer (U-2800A, manufactured by Hitachi High-Tech Corporation).
  • Comparative Example 2 Cultivation of microalgae (euglena) using photosynthetic organism culture device (R2) (1)
  • the photosynthetic organism culturing apparatus (R1) used in Example 2 the photosynthetic organism culturing apparatus (R2) prepared in Comparative Example 1 (a liquid dispersion section in which the lower and upper ends of the flowing liquid members 723a and 723b are sealed with silicone resin 740)
  • Euglena was cultured for 6 days (144 hours) in the same manner as in Example 2, except that (b) in Figure 14 was used. The degree of The results are shown in FIG.
  • Example 3 Cultivation of microalgae (euglena) using a photosynthetic organism culture device (R1) with a mantle (2)
  • the photosynthetic organism culturing apparatus (R1) shown in FIG. where the culture solution 730 was accommodated (below the liquid level 728 in the stationary state) was shielded from light with aluminum foil (shroud) (thereby, the light from the fluorescent lamp 732 was irradiated only to the void part of the culture tank 710).
  • Euglena was cultured for 6 days (144 hours) in the same manner as in Example 2, except that such a photosynthetic organism culture device (R1) with a mantle was used, and the culture solution obtained from sampling within this culture period was The turbidity was measured. The results are shown in FIG.
  • Euglena was cultured for 6 days (144 hours) in the same manner as in Example 2, except that such a photosynthetic organism culture device (R2) with a mantle was used, and the culture solution obtained from sampling within this culture period was The turbidity was measured. The results are shown in FIG.
  • Example 4 Cultivation of microalgae (chlorella) using photosynthetic organism culture device (R1) (3)
  • -2170 obtained from the Microbial System Storage Facility, National Institute for Environmental Studies), and then transferred to an Erlenmeyer flask containing 100 mL of basal medium containing glucose (pH 6.0; Table 1), and under the same culture conditions as above.
  • a preculture solution was obtained by static culture for 4 days.
  • composition of "trace metal mixture A5" listed in Table 1 is as follows:
  • this main culture solution was charged into the culture tank 710 of the photosynthetic organism culture device (R1) 700 prepared in Example 1.
  • the distance T2 from the liquid level 728 to the top of the culture tank 710 in the stationary state shown in FIG. 14(a) is 120 mm
  • the distance T3 from the liquid level 728 to the bottom of the culture tank 710 is 95 mm
  • the distance T 4 from the liquid level 728 to the upper end of the liquid flowing member 723b was 35 mm
  • the distance T 5 from the liquid level 728 to the lower end of the flowing liquid member 723b was 49 mm.
  • a fluorescent lamp 732 with a vertical length of 50 mm is directed toward the void part of the culture tank 710 (the part of the culture tank 710 where the culture solution 730 is not charged) so that the light intensity at the shortest irradiation distance is approximately
  • the fluorescent lamp and the culture tank 710 were arranged with a distance D of 10 mm so that the amount of the fluorescent lamp was 600 ⁇ mol/(m 2 ⁇ sec). Note that the surrounding area was a dark place when irradiating light with this fluorescent lamp.
  • chlorella was cultured in the photosynthetic organism culture device (R1) by turning on the fluorescent lamp 732 and rotating the rotating shaft 721 at a rotation speed of 300 rpm at room temperature.
  • the culture solution in the culture tank 710 was periodically sampled, and the turbidity (OD) at 600 nm of the obtained culture solution was measured using an absorption photometer (U-2800A, manufactured by Hitachi High-Technology Co., Ltd.).
  • Example 4 the number (concentration) of cells contained in each culture solution of Example 4 and Comparative Example 4 after 360 hours had passed from the start of culture was measured using a cell counting device (Cell Counter model R1 manufactured by Olympus Corporation). In this measurement, the culture solution of Example 4 was diluted 100 times with the main culture candidate medium in advance.
  • the culture solution of Example 4 contained Chlorella on the order of about 10 8 cells/mL (value converted to the culture solution before dilution), and the culture solution of Comparative Example 4 contained about 10 6 cells/mL. It was confirmed that chlorella was contained on the order of cells/mL.
  • the photosynthetic organism culture device (R1) of Example 1 which has a liquid dispersion member with both ends open, is different from the photosynthetic organism culture device (R2) of Comparative Example 1, in which both ends of the liquid dispersion member are closed.
  • the photosynthetic organism culture device (R2) of Comparative Example 1 in which both ends of the liquid dispersion member are closed.
  • the photosynthetic organisms obtained by the present invention are useful, for example, as raw materials for foods or cosmetics. Furthermore, by culturing the photosynthetic organisms, it can also be used to produce useful substances such as biofuels.

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Abstract

本発明の光合成生物培養装置は、光合成生物を含む培養液を収容する培養槽と、培養槽内に設けられている散液部とを備える。ここで、散液部は、鉛直方向に沿って配置された１本の回転軸と回転軸に装着された少なくとも１つの流液部材とを備え、流液部材は、培養液の液面よりも上方に位置する吐出部、培養液の該液面よりも下方に位置する吸液部、および吐出部と吸液部との間を延びかつ培養液が流れる流路を備え、そして培養槽の少なくとも１部は外部からの光を培養槽内に透過する透光部を備える。

Description

光合成生物培養装置およびそれを用いた光合成生物の培養方法
　本発明は、光合成生物培養装置およびそれを用いた光合成生物の培養方法に関する。
　スピルリナやクロレラなどの微細藻類は、ヒトにとって重要な栄養素を豊富に含み、いわゆる「スーパーフード」として注目されている。これらの微細藻類はまた、例えば、抗酸化作用、血圧調整作用、コレステロールや血糖値のコントロール、抗アレルギー作用等の効能があることも報告されており、健康意識の高い消費者の購買意欲を刺激する商材として重要である。
　さらに、近年では微細藻類の大量培養技術についていくつかの報告がなされており（例えば非特許文献１および２）、微細藻類が生産する油脂を例えばバイオ燃料として活用することも想定される。微細藻類の需要は今後ますます高まることが予想される。
　一方、クロレラやスピルリナの工業的な生産効率を高めるための技術にも多くの注目がある。特にこれら藻類は培養にあたっては、その光合成機能を高めることが必要である。このため、海外では、屋外に設けられた培養施設を建設して大量生産に取り組む事例も存在する。このような培養施設では、屋外に巨大な培養プールが設置され、当該プールの中で、培養液に含まれる各種藻類に対して太陽光エネルギーが直接的または間接的に照射される。
　しかし、このような巨大な培養プールには特有のいくつかの課題がある。
　例えば、培養プール内の藻類全体に太陽光エネルギーをより均一に照射することが困難な点である。培養対象の藻類が培養プールの液面近傍に存在する場合と、底部に存在する場合では受光する太陽光エネルギーが異なるため、培養プールでは常にプール全体を適切な速度で撹拌することが求められる。
　次に、培養プールを設置するためには、平坦かつ広範であり、かつ十分な太陽光エネルギーが得られるような適切な気候条件を満たす敷地でなければならない点である。言い換えれば、傾斜地や都心部周辺などの狭小地、寒冷地、その他天候が変化し易い土地では、上記培養施設の設置は難しい。
バイオマス科学会議発表論文集１３（０），　１１７－１１８，　２０１８（一般社団法人　日本エネルギー学会） 竹家　均，他２名，"微細藻の安定的大量培養技術の開発"，[online]，２０１８年１２月２５日，高知県海洋深層水研究所，［令和４年５月２３日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：https://www.jpo.go.jp/system/laws/rule/guideline/patent/handbook_shinsa/document/index/01.pdf#page=28＞
　本発明は、上記問題の解決を課題とするものであり、その目的とするところは、微細藻類などの光合成生物を一層効率的に培養することができ、かつ様々な生産規模に対応し得る光合成生物培養装置およびそれを用いた光合成生物の培養方法を提供することにある。
　本発明は、光合成生物を含む培養液を収容する培養槽と、該培養槽内に設けられている散液部とを備え、
　該散液部が、鉛直方向に沿って配置された１本の回転軸と該回転軸に装着された少なくとも１つの流液部材とを備え、
　該流液部材が、該培養液の液面よりも上方に位置する吐出部、該培養液の該液面よりも下方に位置する吸液部、および該吐出部と該吸液部との間を延びかつ該培養液が流れる流路を備え、
　該培養槽の少なくとも１部が外部からの光を該培養槽内に透過する透光部を備える、光合成生物培養装置である。
　１つの実施形態では、上記透光部は上記培養槽の壁面部分および蓋体部分からなる群から選択される少なくとも１つの領域に設けられている。
　さらなる実施形態では、上記透光部は上記培養槽の壁面部分に設けられており、かつ上記培養液は、上記散液部における上記回転軸の回転によって上記流液部材の上記吐出部から吐出されることにより、該培養槽の該壁面部分の内側を流下して薄膜を形成する。
　１つの実施形態では、上記回転軸に対して、上記流液部材の上記吸液部が上記吐出部よりも近位となるように傾斜して配置されている。
　１つの実施形態では、上記散液部は、上記回転軸の軸周りに複数の上記流液部材を備える。
　１つの実施形態では、上記流液部材は、両端が開放された筒状の形態を有する。
　１つの実施形態では、上記流液部材は樋状の形態を有する。
　本発明はまた、光合成生物を含む培養液を収容する培養槽と、該培養槽内に設けられている散液部とを備え、
　該散液部が、鉛直方向に沿って配置された１本の回転軸と該回転軸に装着された少なくとも１つの流液部材とを備え、
　該流液部材が、該培養液の液面よりも上方に位置する吐出部、該培養液の該液面よりも下方に位置する吸液部、および該吐出部と該吸液部との間を延びかつ該培養液が流れる流路を備え、
　該培養槽内に配置された内部光源を備える、光合成生物培養装置である。
　本発明はまた、光合成生物の培養方法であって、光照射下にて、上記光合成生物培養装置内で回転軸の回転を通じて該光合成生物を含む培養液を撹拌する工程を包含する、方法である。
　１つの実施形態では、上記光は、上記光合成生物培養装置内の上記培養槽に設けられた透光部に向かって照射される。
　１つの実施形態では、上記光合成生物は、光合成細菌、藍藻、微細藻類、および植物細胞からなる群から選択される少なくとも１つの生物体である。
　本発明によれば、掬い上げた培養液を液面より上方に移動させて散液することにより、培養液を効率良く混ぜ返すことができる。その際、例えば、培養槽に含まれる培養液について、水平方向の回転に基づく撹拌に加え、鉛直方向の移動および循環を促すことができる。また、このようにして混ぜ返される培養液は、培養槽の透光部を通じて受光でき、その結果、培養液に含まれる光合成生物の光合成を効果的に促すことができる。
本発明の光合成生物培養装置の一例を示す概略図である。 図１に示す培養装置の培養槽を構成する壁面部分および底部の一例を模式的に表す斜視図である。 （ａ）は図１に示す培養装置のＡ－Ａ方向における端面図であり、（ｂ）は図１に示す培養装置のＢ－Ｂ方向における端面図である。 図１に示す培養装置の散液部を構成する流液部材の一例を模式的に表す斜視図である。 本発明の光合成生物培養装置の他の例を示す概略図である。 （ａ）は図５に示す培養装置のＡ’－Ａ’方向における端面図であり、（ｂ）は図５に示す培養装置のＢ’－Ｂ’方向における端面図である。 図５に示す培養装置の散液部を構成する流液部材の一例を模式的に表す斜視図である。 本発明の光合成生物培養装置のさらに別の例を示す概略図である。 本発明の光合成生物培養装置のさらに別の例を示す概略図である。 図９に示す培養装置の散液部を構成する流液部材の一例を模式的に表す縦方向断面図である。 本発明の光合成生物培養装置に組み込むことができる邪魔板の例を模式的に示す図であって、２組の板を組み合わせて構成される邪魔板の模式図である。 本発明の光合成生物培養装置のさらに別の例を示す概略図である。 本発明の光合成生物培養装置のさらに別の例を示す概略図である。 実施例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ１）の概略図であり、（ｂ）は、比較例１の光合成生物培養装置（Ｒ２）を作製するために上記装置（Ｒ１）から取り替えられた散液部の概略図である。 実施例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ１）と比較例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ２）とを用いて微細藻類（ユーグレナ）を培養した結果を示すグラフである。 実施例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ１）および比較例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ２）のそれぞれの一部に外套を設けた状態で微細藻類（ユーグレナ）を培養した結果を示すグラフである。 実施例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ１）と比較例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ２）とを用いて微細藻類（クロレラ）を培養した結果を示すグラフである。
（光合成生物培養装置）
　本発明の光合成生物培養装置を、添付の図面を参照して説明する。なお、以下のすべての図面に共通して同様の参照番号を付した構成は、他の図面に示したものと同様である。
　図１は、本発明の光合成生物培養装置の一例を示す概略図である。光合成生物培養装置（以下、単に「培養装置」ということがある）１００は、培養槽１１０および散液部１２０を備える。
　培養槽１１０は、光合成生物１１７を含む培養液１１６を収容して撹拌することができる密閉可能な槽であり、例えば、円筒、楕円筒、または角筒などの形状を有する壁面部分１１０ａと、平底、丸底、円錐底または下方に向かって傾斜する底部１０９とを有する。さらに培養槽１１０の上部は、例えば、メンテナンス・ホールのような開閉可能な構造を備える蓋体部分１１０ｂを有していてもよい。あるいは、培養槽１１０の上部は、蓋体部分が設けられることなく、開放されていてもよい。
　本発明において、培養槽１１０の少なくとも１部には、外部からの光を培養槽１１０内に透過することのできる透光部１３２を備える。
　例えば、図１に示すように透光部１３２は、培養槽１１０の壁面部分１１０ａおよび／または蓋体部分１１０ｂに設けられている。透光部１３２の面積は特に限定されないが、例えば、後述する培養槽１１０内での光合成生物１１７の培養効率を高めるために、十分な強度を有する範囲において可能な限り広くなるよう設計されている。例えば、培養槽１１０全体が外部からの光を透過できる透光部１３２で構成されていてもよい。
　図２は、図１に示す培養装置１００の培養槽１１０を構成する壁面部分１１０ａおよび底部１０９の一例を模式的に表す斜視図である。
　壁面部分１１０ａは、例えば図２に示すように、透光部１３２とその他の部分（例えば、支柱１３４、上部フレーム１３６および下部フレーム１３８）とで構成されており、底部１０９と一体化されている。
　透光部１３２は、例えば光透過率の高い材料で構成されている。透光部１３２を構成し得る材料の例としては、ガラス（例えば強化ガラス、石英ガラス）、透明樹脂（例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、透明ＡＢＳ樹脂、透明ポリウレタン、シリコーン樹脂）およびそれらの組み合わせが挙げられる。透光部１３２はそれ自体無色透明であってもよく、有色透明であってもよい。光合成生物の培養に適した外部からの光を内部に効率良く透過できるものであれば、光の波長を部分的にカットするフィルムが外部に貼着されていてもよい。透光部１３２の外側および内側の形状は、例えば、上部フレーム１３６および下部フレーム１３８の外側および内側の形状とそれぞれ一致するように設計されている。
　支柱１３４は、上部フレーム１３６と下部フレーム１２８との間を連結し、壁面部分１１０ａの縦方向の強度を高めるために設けられている。図２では、２つの支柱１３４が設けられているが、その数は特に限定されない。複数の支柱１３４が設けられる場合、透光部１３２を通じて外部からの光をより均等に内部に取り込むことができるとの理由から、それらの間は略均等であることが好ましい。なお、透光部１３２が十分な強度を有している場合、壁面部分１１０ａにおいて支柱１３４は設けられなくてもよい。
　上部フレーム１３６もまた、壁面部分１１０ａ全体の強度を高めるために必要に応じて設けられている。図１に示す培養槽１１０が蓋体部分１１０ｂを有する場合、上部フレーム１３６は、当該蓋体部分１１０ｂが透光部１３２と直接接触して破損することを防止するために設けられている。
　下部フレーム１３８は、透光部１３２を下方から支持し、かつ内部で培養液を貯留することができる。
　支柱１３４、上部フレーム１３６および下部フレーム１３８は、透光部１３２よりも高強度の材料（例えば、鉄、ステンレススチール、ハステロイ、チタンなどの金属およびこれらの組合せ）から作製されている。これらは、耐薬品性を高めるために、内部がテフロン（登録商標）やグラスライニング、ゴムライニングのような当該分野において公知のコーティングが付与されていてもよい。
　再び図１を参照すると、培養槽１１０の大きさ（容量）は、培養装置１００で培養される光合成生物１１７の種類や、培養液の量などによって適宜設定されるため、必ずしも限定されないが、例えば、０．１リットル～１００，０００リットルである。なお、培養槽１１０は、その全体が透光部１３２となる、ガラス製のジャーファーメンターや、バイオ医薬品製造分野等で使用され得るシングルユースの樹脂製の透明バッグ（培養バッグ）のような形態を有していてもよい。あるいは、培養槽１１０のうち、透光部１３２以外の部分は、例えば、鉄、ステンレススチール、ハステロイ、チタン、コンクリートなどの材料の１つまたはそれ以上の組み合わせにより構成されていてもよい。例えば、培養槽１１０のうち、透光部１３２以外の部分は、ステンレススチール、ハステロイ、チタンなどの上記高強度の材料で構成される側部とコンクリートで構成される底部との組み合わせであってもよい。培養槽１１０の全体が透光部１３２となる構造は、例えば培養槽１１０が比較的少ない容量（例えば１Ｌ～２００Ｌ）を有する際に採用され得る。
　１つの実施形態では、培養槽１１０はまた、培養液供給口１１２および培養液出口１１４を備える。培養液供給口１１２は、培養槽１１０内に培養液１１６を新たに供給するための入口である。培養液供給口１１２は、例えば培養槽１１０の上方（例えば、蓋体部分１１０ｂ）に設けられている。あるいは、培養液供給口１１２は、培養槽１１０の壁面部分１１０ａに設けられていてもよい。培養槽１１０に設けられる培養液供給口１１２の数は１個に限定されない。例えば、複数個の培養液供給口が培養槽１１０に設けられていてもよい。
　培養液出口１１４は、培養槽１１０内で培養された光合成生物１１７やその生成物（例えば油脂）を培養槽１１０から取り出すための出口である。培養液出口１１４は、当該光合成生物１１７およびその生成物に加えて廃液等も排出可能であり、当該排出は、例えば培養液出口１１４の下流側に設けられたバルブ１１５の開閉によって調節され得る。図１において、培養液出口１１４は、例えば培養槽１１０内の底部１０９の中央に連通して設けられているが、この配置に特に限定されない。
　散液部１２０は、培養槽１１０の内部に設けられており、培養槽１１０内で鉛直方向に配置された１本の回転軸１２１と、好ましくは水平方向に延びる取付具１２２を介して当該回転軸１２１に装着された流液部材１２３とから構成されている。散液部１２０は、回転軸１２１の回転とそれに伴う流液部材１２３にかかる遠心力により、培養槽１１０に収容された培養液１１６を掬い上げ、培養槽１１０の下方から上方に向かって流動させることができる。ここで、流液部材１２３は吸液部１２４および吐出部１２５、ならびに吸液部１２４と吐出部１２５との間を延びる流路１２６を備える。さらに、吸液部１２４は培養液１１６の液面１２８よりも下方となるように配置されており、吐出部１２５は培養液１１６の液面１２８よりも上方となるように配置されている。
　本発明において、吸液部１２４および吐出部１２５のこれらの配置は、静置段階（すなわち、回転軸１２１の回転がなく、培養液１１６の液面が略水平方向に広がった状態にあるとき）に加え、回転軸１２１を所望の回転速度で回転させている段階（すなわち、回転軸１２１の回転を通じて後述するような培養液１１６の撹拌が行われている状態にあるとき）にも保持されていることが好ましい。その結果、培養槽１１０内の培養液１１６は、回転軸１２１および流液部材１２３の回転によって流液部材の吸液部１２４から容易に汲み上げ可能であり、その後遠心力によって流液部材１２３内の流路１２６を通じて吐出部１２５までに移動し、当該吐出部１２５から、例えば培養槽１１０の内壁１１１や培養液１１６の液面１２８に向かって吐出され得る。
　回転軸１２１は所定の剛性を有するシャフトであり、例えば、円筒状または円柱状の形状を有する。回転軸１２１は、培養槽１１０内で、通常、鉛直方向に配置されている。回転軸１２１の太さは、必ずしも限定されないが、例えば、８ｍｍ～２００ｍｍである。回転軸１２１の長さは、使用する培養槽１１０の大きさ等によって変動し、当業者によって適切な長さが選択され得る。
　本発明の培養装置１００では、回転軸１２１の一端は、培養槽１１０の上部でモータ１４０などの回転手段に接続されている。回転軸１２１の他端は、培養槽１１０の底部１０９に接続されておらず、例えば培養槽１１０の底部１０９から一定の間隔を開けて（好ましくは培養液１１６の液面１２８から離れて）配置されている。これにより、回転軸１２１が培養液１１６に接触する機会を低減できる。あるいは、回転軸の他端は培養槽の底部１０９に設けられた軸受に収容されていてもよい。
　なお、本発明の培養装置１００では、図示しない光センサが上記モータ１４０と電気的に接続されていてもよい。例えば、培養装置１００が屋外に設置されている場合、当該光センサが太陽光を感知すると、モータ１４０に所定のシグナルが送信され、モータ１４０の回転を開始させることができる。また、夜間になり、当該光センサが太陽光を感知できなくなった場合には、モータ１４０にその旨のシグナルが送信され、モータ１４０の回転を停止させることができる。
　さらに、モータ１４０には図示しないソーラーユニットと電気的に接続されていてもよい。例えば、培養装置１００が屋外に設置されている場合、当該ソーラーユニットに太陽光が照射すると、モータ１４０に所定の電流が流れ、モータ１４０を回転させることができる。また、夜間になり、当該ソーラーユニットが太陽光を感知できなくなった場合には、ソーラーユニットからモータ１４０への電流が停止し、モータ１４０の回転を停止させることができる。
　なお、上記ソーラーユニットを蓄電池に電気的に接続して、昼間にその充電を促すことにより、夜間には当該蓄電池を通じてＬＥＤライト等の発光体からの光を培養装置１００に照射することもできる。
　図１に示す培養装置１００では、回転軸１２１に対して、流液部材１２３の吸液部１２４が吐出部１２５よりも近位となるように傾斜して配置されている。図１において、流液部材１２３は、回転軸１２１の軸方向に対して所定の角度（取付傾斜角ともいう）θ１をなすように傾斜して取付けられている。取付傾斜角θ１は、当業者によって任意の角度に設定され得るが、例えば１０°～６０°、好ましくは１５°～４５°である。
　図１に示す培養装置１００では、散液部１２０として、回転軸１２１の周りに２つの流液部材１２３が対称的に設けられている。ここで、本発明の培養装置に設けられ得る流液部材の数は、必ずしも限定されないが、例えば１つまたは複数、好ましくは２つ～８つ、より好ましくは２つ～６つである。これらの流液部材は、それぞれ回転軸の軸周りに略均等な角度で装着されていることが好ましい。
　本発明において、流液部材１２３は、例えば、全体が筒状（例えば、円筒状、楕円筒状または角筒状）に加工されたものであってもよく、半円筒状、半角筒状、Ｖ字状などの、いわゆる樋状の形態を有していてもよく、下端および上端がこのような樋状の形態を有し、かつその間の中間部分が筒状（例えば、円筒状、楕円筒状、角筒状）に加工されたものであってもよく、下端のみまたは上端のみがこのような樋状の形態を有し、かつそれ以外の部分が筒状（例えば、円筒状、楕円筒状、角筒状）に加工されたものであってもよい。
　例えば、図１に示す実施形態では、流液部材１２３は両端が開放された筒状の形態を有する。このような筒状の流液部材１２３が採用される場合、培養装置１００における培養槽１１０の上方（例えば、図１のＡ－Ａ方向に示す流液部材１２３の吐出部１２５付近）の水平端面では、例えば図３の（ａ）に示すように、回転軸１２１の軸周りに取付具１２２によって２つの流液部材１２３が当該回転軸１２１から略均等な距離で取り付けられている。回転軸１２１が回転すると、２つの流液部材１２３は、取付具１２２を介して培養槽１１０内の中心よりも内壁１１１の近くで回転することができる。一方、培養装置１００における培養槽１１０の下方（例えば、図１のＢ－Ｂ方向に示す流液部材１２３の吸液部１２４付近）の水平端面では、例えば図３の（ｂ）に示すように、２つの流液部材１２３が培養槽１１０のより中心付近に配置されている。回転軸１２１が回転すると、２つの流液部材１２３は、培養槽１１０内の中心近くで回転することができる。
　流液部材１２３の大きさは、特に限定されないが、例えば、図４に示すような円筒状の部材が使用される場合、円筒部分の内径は、例えば２ｍｍ～２００ｍｍである。吸液部１２４から吐出部１２５までの長さ（すなわち通路１２６の長さ）は、例えば４０ｍｍ～８，０００ｍｍである。
　再び図１を参照すると、培養槽１１０に収容される培養液１１６は、光合成生物１１７および水、ならびにその他の成分を含有する。
　光合成生物１１７は、受光によって光合成を促し、増殖および／または油脂などの生成物を生成し得る生物であり、例えば、光合成細菌、藍藻、微細藻類、および植物細胞、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。
　光合成細菌は、シアノバクテリアを除く原核光合成生物であり、例えば、紅色細菌、緑色硫黄細菌、緑色糸状（繊維状）細菌、およびヘリオバクテリアが挙げられる。これらはいずれも酸素を発生しない酸素非発生型光合成を行う能力を有する。
　藍藻はシアノバクテリアとも呼ばれ、酸素発生型光合成を行う真正細菌である。
　微細藻類は、非常に多岐に亘る種類が存在する。例えば、緑藻クラミドモナス（和名：コナミドリムシ）は最も単純な細胞構造を有する真核光合成生物であり、高等植物（シロイヌナズナ）とシアノバクテリアとの間の橋渡しをするモデル生物として利用されている。微細藻類の例としては、単細胞微細藻類（例えば、クロレラ(Chlorella)、クラミドモナス(Chlamydomonas)、イカダモ(Scenedesmus)、ドナリエラ(Dunaliella)などの緑藻；ユーグレナ藻(Euglena)；ポリフィリディウム属(Porphyridium)、ロデラ属(Rhodella)、シアニジウム属(Cyanidiumm)、ガルディエリア属(Galdieria)などの紅藻；オクロモナス属(Ochromonas)などの黄金色藻；キートケロス属(Chaetocerus)、ニッチア属(Nitschia)などの珪藻）、ならびに多細胞微細藻類（例えば、ハネモ属(Bryopsis)、ミル属(Codium)、アオサ属(Ulva)、カサノリ属(Acetabularia)などのアオサ藻；ホンダワラ属(Sarugassum)、カジメ属(Ecklonia)、カヤモノリ属(Scytosiphon)などの褐藻；アマノリ属(Porphyra)、クヌイトグサ属(Aglaothamnion)、フタツガサネ属(Anthithamnion)などの紅藻)が挙げられる。
　植物細胞は、例えば植物体の一部から構成される培養細胞であり、例えば、タバコ、シロイヌナズナ、イネ、ポプラ、イチイなどの植物の一部の部位（例えば葉や根）から採取した植物培養細胞が挙げられる。当該細胞は、懸濁状態において、普通の植物体よりも均質に速く増え、二次代謝物として有用な物質を合成する等の性質を有する。そして、得られた二次代謝物は、科学研究だけでなく医薬中間体など生産のための遺伝子発現制御および培養技術の開発に利用できる。
　培養液１１６に含有されていてもよいその他の成分は、必ずしも限定されないが、例えば、上記光合成生物の生育・増殖に必要とされる、炭素源、窒素源、ビタミン類、アミノ酸類、および無機塩類、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。培養液１１６に含まれていてもよいその他成分の含有量は特に限定されず、適切な量または濃度が当業者によって適宜選択され得る。
　本発明の培養装置１００によれば、回転軸１２１を回転させることにより、散液部１２０内の流液部材１２３が吸液部１２４から培養液１１６を掬い取る。掬い取られた培養液は、当該回転軸１２１の回転に伴う遠心力により、通路１２６を介して吐出部１２５まで移動し、当該吐出部１２５から培養槽１１０内に、具体的には培養槽１１０内の培養液１１６の液面１２８よりも上方に吐出される。これにより、培養液１１６は、培養槽１１０の内壁１１１や液面１２８への衝突とともに、培養槽１１０の底部１０９から上方への移動が可能となり、培養槽１１０の高さ方向での培養液１１６の混ぜ返し（例えば、鉛直方向における撹拌または循環）を促すことができる。
　一方、培養槽１１０に設けられた透光部１３２を通じて外部からの光が培養槽１１０内に照射される。培養槽１１０内で光は、例えば、培養槽１１０内に貯留されている光合成生物１１７に加え、上記散液部１２０の流液部材１２３から吐出された培養液１１６に含まれる光合成生物１１７にも照射される。特に、流液部材１２３の吐出部１２５から吐出され、培養槽１１０の内壁１１１（すなわち透光部１３２の内側壁面）を培養液の状態で流下する光合成生物１１７は透光部１３２からの光を直接受けることができる。そして、培養液１１６の混ぜ返しとともに、透光部の内側壁面を流下が常に略連続的に行うことが可能となり、光合成生物１１７の光合成を一層促すことができる。
　結果として、培養装置１００内の光合成生物１１７の培養が効果的に行われ得る。
　なお、上記回転軸１２１、取付具１２２および流液部材１２３は、それぞれ独立して、例えば、鉄、ステンレススチール、ハステロイ、チタンなどの金属およびこれらの組合せでなる材料から構成されている。これらもまた、耐薬品性を高めるために、テフロン（登録商標）やグラスライニング、ゴムライニングのような当該分野において公知のコーティングが付与されていてもよい。
　図５は、本発明の培養装置のさらに他の例を示す概略図である。培養装置２００において、散液部２２０を構成する流液部材２２３の流路２２６は、樋状の形態を有する。
　このような樋状の流液部材２２３が採用される場合、培養装置２００における培養槽１１０の上方（例えば、図５のＡ’－Ａ’方向に示す流液部材２２３の吐出部２２５付近）の水平端面では、例えば図６の（ａ）に示すように、回転軸１２１の軸周りに取付具１２２によって２つの流液部材２２３が当該回転軸１２１から略均等な距離で、円運動の進行方向（接線方向）に開口部分が指向するように設けられている。回転軸１２１が回転すると、２つの流液部材２２３は、取付具１２２を介して培養槽１１０内の中心よりも内壁１１１の近くで回転することができる。一方、培養装置２００における培養槽１１０の下方（例えば、図５のＢ’－Ｂ’方向に示す流液部材２２３の吸液部２２４付近）の水平端面では、例えば図６の（ｂ）に示すように、２つの流液部材２２３が培養槽１１０のより中心付近に配置されている。回転軸１２１が回転すると、２つの流液部材２２３は、培養槽１１０内の中心近くで回転することができる。
　図５の培養装置２００に採用されるような樋状の流液部材２２３は、回転軸１２１の回転により、吸液部２２４付近の培養液１１６に加え、吸液部２２４より上方の液部材２２３が浸漬する部分に位置する培養液１１６も汲み取ることができる。そして、汲み取られた培養液１１６は、液流部材２２３の流路２２６を通って吐出部２２５から排出され、培養槽１１０の高さ方向での培養液１１６（およびその中に含まれる光合成生物１１７）の撹拌または循環を促すことができる。なお、回転軸１２１の回転によって、流液部材２２３の下部では、それに係る遠心力は比較的小さく、かつ汲み取られる培養液１１６の密度が大きいため、流液部材２２３の流路２２６を通って上昇する量は余り多くはない場合があると考えられる。このため、樋状の流液部材２２３を採用した場合には、当該流液部材２２３が従来の撹拌翼としても作用し得る。
　樋状の流液部材２２３の大きさもまた、特に限定されないが、例えば、図７に示すような半円筒状の流路２２６を有する流液部材が使用される場合、半円筒部分の直径は、例えば２ｍｍ～２００ｍｍである。吸液部２２４から吐出部２２５までの長さは、例えば４０ｍｍ～８，０００ｍｍである。樋状の流液部材２２３を構成し得る材料は上記図１等に示す筒状の流液部材１２３を構成するものと同様である。
　図８は、本発明の培養装置のさらに別の例を示す概略図である。図８に示す培養装置３００では、モータ３４０が培養槽１１０の下方（すなわち、培養槽１１０の底部１０９）に設けられている。ここで、散液部３２０を構成する回転軸３２１は、モータ３４０の上方に取り付けられており、鉛直方向に延びて取付具１２２を介して筒状の流液部材１２３と連結されている。さらに、図８において、培養液供給口３１２は、培養槽１１０の壁面部分１１０ａに設けられ、培養液出口３１４は、モータ３４０に干渉しない底部１０９の任意の場所に配置されている。
　このような配置によって、培養槽１１０の上方（特に蓋体部分１１０ｂ）には、例えば全面に透光部１３２を設けることができる。その結果、外部からの光は蓋体部分１１０ｂの透光部１３２を通じて培養槽１１０内により多く入射し、培養槽１１０内の光合成生物１１７の光合成を一層促すことができる。
　図９は、本発明の光合成生物培養装置のさらに別の例を示す概略図である。培養装置４００において、散液部４２０を構成する流液部材４２３は、吸液部４２４および吐出部４２５、ならびに吸液部４２４と吐出部４２５との間を延びる筒状流路４２６を備える。
　図９に示すように、散液部４２０では、流液部材４２３の吸液部４２４は、培養液１１６の液面１２８よりも下方に配置され、流液部材４２３の吐出部４２５は培養液１１６の液面１２８よりも上方に配置されている。これにより、散液部４２０は、回転軸１２１の回転とそれに伴う流液部材４２３にかかる遠心力により、例えば、図９に示すような培養槽１１０に収容された培養液１１６を、光合成生物１１７と一緒に流液部材４２３の吸液部４２４から汲み取り、筒状流路４２６を通じて培養槽１１０の下方から上方に向かって流動させることができる。その後、汲み取られた培養液は、光合成生物１１７と一緒に、流液部材４２３の吐出部４２５から液面１２８よりも上方に吐出される。
　ここで、一般にサイフォンの原理によれば、管内が液体で満たされた状態において、低位置に設けられた出口（本発明における吐出部に相当）から液体が排出されると、高位置に設けられた入口（本発明における吸液部に相当）から新たな液体が吸液され、入口に存在する液体がすべて移動してなくなるか、管内に気泡が配置キャビテーションを起こし始めるまで当該入口から出口への液体の移動は連続的に起こる。
　これに対し、本発明では、培養液が流液部材４２３における吸液部４２４から筒状流路４２６を通じて吐出部４２５に移動するにあたり、一旦筒状流路４２６が培養液で満たされると、当該散液部材４２３は、回転軸１２１の回転を継続する間、まるでサイフォンの原理で使用される管のように、吸液部４２４での培養液の吸液から筒状流路４２６を通り、吐出部４２５での当該培養液の吐出までの培養液の移動を連続的に行うことができる。このような培養液の連続的な移動を本明細書では「サイフォン様」の培養液の移動という。本発明においては、一旦このサイフォン様の培養液の移動を生じると、その単位時間あたりに移動する培養液の液量（例えばｍＬ／秒）は、回転軸１２１の回転が同じ場合におけるその連続的な移動を生じる前の液量（例えばｍＬ／秒）よりも増加し、これにより、多量の培養液を効率良く混ぜ返すことができる。
　散液部４２０では、流液部材４２３を構成する吸液部４２４、筒状流路４２６および吐出部４２５の間で上記サイフォン様の培養液の移動を創出することが可能である。これにより、一旦サイフォン様の培養液の移動が開始されると、流液部材４２３内では回転軸１２１の回転を比較的抑えても（すなわち、回転に要する動力を小さくしても）、吸液部４２４からの培養液（光合成生物を含む）の吸液と、吐出部４２５からの培養液（光合成生物を含む）の吐出を実質的に連続して行うことができる。
　本発明において、液面１２８に対する吸液部４２４および吐出部４２５の配置は、静置段階（すなわち、回転軸１２１の回転がなく、培養液１１６の液面が略水平方向に広がった状態にあるとき）に加え、回転軸１２１を所望の回転速度で回転させている段階（すなわち、回転軸１２１の回転を通じて培養液１１６の撹拌が行われている状態にあるとき）にも保持されていることが好ましい。その結果、培養槽１１０内の培養液１１６は、光合成生物１１７と一緒に、回転軸１２１および流液部材４２３の回転によって流液部材の吸液部４２４から容易に汲み取り可能であり、その後遠心力によって流液部材４２３内の筒状流路４２６を通じて吐出部４２５までに移動し、吐出部４２５から、例えば培養槽１１０の内壁１１１または培養液１１６の液面１２８に向かって吐出され得る。
　散液部４２０では、筒状流路４２６の少なくとも１部が（図９中、屈曲部Ｐで示すように）屈曲し、吐出部４２５は下方に指向している。その結果、散液部４２０の吸液部４２４から汲み取られた培養液は、光合成生物と一緒に通常、培養槽１１０内において散液部４２０の吐出口４２５の高さよりも下方に向かって当該吐出部４２５から吐出される。
　なお、図９に示す散液部４２０では、１つの筒状流路４２６に１つの屈曲部Ｐが設けられているが、本発明は吐出部４２５が下方（例えば水平方向よりも下方）に指向する限り、特にこのような形態に限定されない。吐出部４２５が下方に指向する限り、１つの筒状流路４２６に対して複数の屈曲部が設けられていてもよい。本発明においては、屈曲部Ｐにおける所望でないエロージョンの発生を回避または低減するために当該屈曲部は円弧状に湾曲して形成されていることが好ましい。
　ここで、流液部材４２３は、例えば、全体が筒状（例えば、円筒状、楕円筒状または角筒状）に加工されたものである。
　流液部材４２３の大きさは、特に限定されない。図１０は、図９に示す培養装置の散液部を構成する流液部材の一例を模式的に表す縦方向断面図である。例えば、散液部材４２３として円筒状の部材が使用される場合、その内径は、例えば２ｍｍ～２００ｍｍである。吸液部４２４から屈曲部Ｐまでの長さは特に限定されず、適切な長さが当業者により選択され得る。なお、図１０では、吸液部４２４の内径と筒状通路４２６の内径と吐出部４２５の内径とが略同一の大きさであるかのように記載されているが、本発明はこのような形態のみに限定されない。例えば、流液部材４２３の内径が吸液部４２４から屈曲部Ｐを通り吐出部４２５に向かって緩やかにまたは段階的に縮径するものであってもよい。
　さらに図１０に示す流液部材４２３において、吐出部４２５が指向する方向Ｔと水平方向Ｈとの間の角度θ２は水平方向を基準にして、例えば－９０°≦θ２≦１０°であり、あるいは別の例としては－６０°≦θ２≦０°である。当該角度θ２が－９０を下回ると、流液部材内で培養液が逆流して、吐出部から培養液が光合成生物と一緒に効果的に吐出できない場合がある。当該角度θ２が１０°を上回ると、回転を通じて筒状通路１２０内が培養液で満たされたとしても、サイフォン様に培養液の移動が起きず、結果として培養装置に付加される動力を小さくすることが困難になる場合がある。
　一方、図９に示す培養装置４００では、培養槽１１０の底部１０９の略中央に邪魔板４５０ａが配置されている。邪魔板４５０ａと流液部材４２３の吸液部４２４との間には所定の間隙が設けられている。培養槽１１０の底部１０９にこのような邪魔板４５０ａが配置されることにより、回転軸１２１を通じて散液部４２０を当該回転軸１２１の軸周りに回転させたとしても、邪魔板４５０ａが培養槽１１０内で培養液１１６が自由に回転することを阻止し、大きなボルテックス（渦流）を形成することを防止することができる。その結果、吐出部１２５から多くの培養液１１６を吐出することができ、かつ培養槽１１０内の培養液１１６を混合かつ撹拌する効率を高めることができる。
　図１１は、本発明の光合成生物培養装置に組み込むことができる邪魔板の例を模式的に示す図である。
　図１１に示すように邪魔板４５０ａは、二枚の板４５２ａ，４５４ａの交差角が略９０°となるように交差した構造でなるように構成されている。邪魔板４５０ａはまた、その光合成生物培養装置の培養槽の底部に設置できる程度の大きさとなるように設計されている。邪魔板４５０ａを構成する材料は特に限定されず、処理液に対する十分な耐久性を有し、所定の強度を有する材料が採用され得る。
　再び図９を参照すると、培養装置４００によれば、回転軸１２１を回転させることにより、邪魔板４５０ａを通じて、培養液１１６の液面１２８でのボルテックスの形成は抑えられ、散液部４２０内の流液部材４２３が吸液口４２４から光合成生物１１７と一緒に培養液１１６を汲み取る。汲み取られた培養液は、当該回転軸１２１の回転に伴う遠心力により、筒状通路４２６を介して吐出口４２５まで移動し、当該吐出口４２５から培養槽１１０内に、具体的には培養槽１１０内の培養液１１６の液面１２８よりも上方に光合成生物１１７と一緒に吐出される。さらに、この回転軸１２１の回転を継続し、筒状流路１２６内が培養液で完全に満たされると、吸液部４２４、筒状流路４２６および吐出部４２５の間で「サイフォン様」の培養液の移動が可能となる。その際、回転軸１２１の回転速度を低下させても、ヒステリシスによりこの「サイフォン様」の現象が継続する。これにより、培養液１１６は、光合成生物１１７と一緒になって培養槽１１０の内壁１１１や液面１２８への衝突とともに、培養槽１１０の底部１０９から上方への移動が可能となり、培養槽１１０の高さ方向での培養液１１６の混ぜ返し（例えば、鉛直方向における撹拌または循環）を回転軸１２１の回転を抑えた（より小さい動力で）促すことができる。一方、外部からの光は透光部１３２を通じて培養槽１１０内に入射し、培養槽１１０内の光合成生物１１７の光合成が促される。その結果、培養装置４００内で行われる光合成生物１１７がより効果的に培養され得る。
　なお、上記では、邪魔板として図１１に記載される構造体を例示したが、本発明の培養装置に取り付け可能な邪魔板はこれらに限定されない。邪魔板は、例えば、図９の培養槽１１０の内壁１１１において、その一部または全部が培養液１１６に浸漬するような高さに配置される、１つまたは複数の細長い板状体であってもよい。
　本発明の培養装置は、培養槽内に設けられた散液部によって、培養液を効果的に循環活撹拌することができる、また、培養槽に設けられた透光部が外部からの光を効果的に培養槽内に取り込むことができ、培養液に含まれる光合成生物の光合成を促すことができる。
　図１２は、本発明の光合成生物培養装置のさらに別の例を示す概略図である。図１２に示す培養装置６００は、培養槽１１０の内部に内部光源５５０が設けられている点を除いて、図１に示す培養槽装置１００と同様の構成を有する。
　図１２に示す内部光源５５０は予め耐水処理が施された光源（例えばＬＥＤ）であり、静置状態において培養液１１６の液面１２８よりも上方に配置されている。内部光源５５０の下端は図１２に示すように培養液１１６内に浸漬されるように配置されていてもよい。一方、内部光源５５０の上端は、流液部材１２３の吐出口１２５の近傍、好ましくは流液部材１２３の吐出口１２５の下方近くに配置される。吐出口１２５から吐出される培養液１１６が培養槽１１０の内壁１１１に加え、内部光源５５０の表面も流下し易くするためである。
　内部光源５５０は図示しない配線により培養槽１１０の外部と電気的に接続されている。これにより、透光部１１７から入射する光に加えて培養槽１１０の内側からも培養液１１６に含まれる光合成生物１１７に対して光照射可能である。例えば、本発明の光合成生物培養装置６００が屋外に配置された場合において、日没により透光部１１７からの光の入射が得られなくなったとしても、培養槽１１０の外部に他の発光手段（例えば、蛍光灯やＬＥＤ）を配置することなく、培養槽１１０内部で培養液１１６に光照射することができる。
　内部光源５５０はまた、図１２に示すような円筒状の形態を有し、円筒内部も光を発することのできる構造を有していることが好ましい。内部光源５５０の発光面積が拡大するとともに、流液部材１２３の吐出口１２５から吐出された培養液１１６が当該内部光源５５０の外表面および内表面の両方を流下して、培養液１１６に含まれる光合成生物１１７の光合成をさらに促すことができるからである。
　図１３は、本発明の光合成生物培養装置のさらに別の例を示す概略図である。図１３に示す培養装置７００は、培養槽６１０に透光部がなく、かつ当該培養槽６１０の内部に内部光源５５０が設けられているように構成されている点を除いて、上記図１２に示す培養装置６００と同様である。
　図１３に示す培養装置７００は、例えば培養槽６１０の外部から光照射が困難な環境下においても使用可能である。図１３に示す培養装置７００では、内部光源５５０のオン／オフによってのみ培養液１１６内の光合成生物１１７の光合成を促すことができる。
（光合成生物の培養方法）
　上記培養装置を用いて光合成生物が例えば以下のような培養方法を採用することができる。
　まず、本発明の培養方法では、光照射下にて、上記光合成生物培養装置内で回転軸の回転を通じて光合成生物を含む培養液の撹拌が行われる。
　この培養液の撹拌にあたり、当該培養液には、光合成生物の培養に必要な炭酸ガス等の供給が連続的または不連続に行われてもよい。また、光合成生物の培養を一層効率良く行うために、培養槽は所定の温度に加温されてもよい。
　なお、光は、培養装置内の培養槽に設けられた透光部に向かって照射される。光の種類は特に限定されず、例えば太陽光（自然光）であってもよく、あるいはハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤなどの人工光であってもよい。なお、照射される光は、例えば、光合成生物の生育または増殖を阻害する恐れのある短波長を、バンドパスフィルタ等を用いてカットしたものであってもよい。
　上記撹拌は、光照射が行われる間連続的にまたは間欠的に行われる。例えば、太陽光を利用する場合は、夜間は太陽光が得られないため当該撹拌を停止してもよく、あるいは夜間は人工光を培養槽に照射して当該撹拌を継続または延長することも可能である。
　このようにして、培養装置内で光合成生物の培養を行うことができる。
　以下、実施例により本発明を詳述する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１：光合成生物培養装置（Ｒ１）の作製）
　図１４の（ａ）に示す光合成生物培養装置（Ｒ１）７００を以下のようにして作製した。具体的には、内径（Ｗ）１３０ｍｍおよび深さ（Ｔ１）２２０ｍｍの丸底かつ透明なガラス製の培養槽５１０内に、２つの円筒形のステンレススチール製パイプ（内径１０ｍｍ，長さ８６ｍｍ）でなる流液部材７２３ａ，７２３ｂを、互いに向き合いかつ回転軸７２１の軸方向に対して２０°(θ１）傾斜するように取付具７２２でＶ字状に固定することにより散液部を配置した。
（比較例１：光合成生物培養装置（Ｒ２）の作製）
　図１４の（ａ）に示す光合成生物培養装置（Ｒ１）７００における散液部の代わりに、流液部材７２３ａ，７２３ｂの下端および上端をシリコーン樹脂栓７４０で密栓した散液部（図１４の（ｂ））を配置したこと以外は実施例１と同様にして、光合成生物培養装置（Ｒ２）を作製した。
（実施例２：光合成生物培養装置（Ｒ１）を用いる微細藻類（ユーグレナ）の培養（１））
　ＨＵＴ培地中で２５℃にて、１０Ｌ（ＬＥＤオン）：１４Ｄ（ＬＥＤオフ）の明暗周期、約１４．７μｍｏｌ／（ｍ２・秒）の光強度、および約１カ月の継代培養周期の培養条件で培養したユーグレナ（Euglena gracilis NIES-48）（国立環境研究所微生物系統保存施設より入手）を含むストックカルチャー液を用意した。このストックカルチャー液１０ｍＬを、寒天を含まないＨＵＴ培地１００ｍＬを含む三角フラスコに植菌し、上記と同様の培養条件で４日間静置培養して前培養液を得た。
　その後、この前培養液１００ｍＬを、クリーンベンチ内で改変ＫＨ培地（ｐＨ３．５）１０００ｍＬを含むセパラブルフラスコに投入し、本培養を行った。本培養の間、フラスコをウォーターバスで約２８℃に保温した。
　次いで、この本培養液を、実施例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ１）７００の培養槽７１０に仕込んだ。ここで、図１４の（ａ）に示す静置状態における液面７２８から培養槽７１０の上端までの距離Ｔ２は１１５ｍｍであり、液面７２８から培養槽７１０の底部までの距離Ｔ３は１０５ｍｍであり、液面７２８から流液部材７２３ｂの上端までの距離Ｔ４は３５ｍｍであり、液面７２８から流液部材７２３ｂの下端までの距離Ｔ５は４９ｍｍであった。
　次に、培養槽７１０の空隙部分（培養槽７１０のうち培養液７３０が仕込まれていない部分）に向けて、上下長さが５０ｍｍの蛍光灯５３２の光を、最短照射距離における光強度が約６００μｍｏｌ／（ｍ２・秒）となるように当該蛍光灯と培養槽７１０との間の１０ｍｍの間隔Ｄを空けて配置した。なお、この蛍光灯による光照射を行う際の周囲は暗所とした。
　この状態で蛍光灯７３２を点灯し、室温にて回転数３００ｒｐｍで回転軸７２１を回転させることにより、光合成生物培養装置（Ｒ１）内でのユーグレナの培養を行った。培養中、培養槽７１０内の培養液を定期的にサンプリングし、得られた培養液の６００ｎｍでの濁度（ＯＤ）を吸光光度計（株式会社日立ハイテク製Ｕ－２８００Ａ）で測定した。
　この光合成生物培養装置（Ｒ１）内での培養を６日間（１４４時間）継続した。この培養期間内のサンプリングにより得られた培養液の濁度の結果を図１５に示す。
（比較例２：光合成生物培養装置（Ｒ２）を用いる微細藻類（ユーグレナ）の培養（１））
　実施例２で使用した光合成生物培養装置（Ｒ１）の代わりに比較例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ２）（流液部材７２３ａ，７２３ｂの下端および上端をシリコーン樹脂７４０で密栓した散液部を使用；図１４の（ｂ））を用いたこと以外は、実施例２と同様にしてユーグレナの培養を６日間（１４４時間）行い、この培養期間内のサンプリングから得られた培養液の濁度を測定した。結果を図１５に示す。
（実施例３：外套付き光合成生物培養装置（Ｒ１）を用いる微細藻類（ユーグレナ）の培養（２））
　図１４の（ａ）に示す光合成生物培養装置（Ｒ１）において、蛍光灯７３２からの光が培養槽７１０内の培養液７３０に直接照射される影響を取り除くために、当該光合成生物培養装置（Ｒ１）の培養液７３０が収容された部分（静置状態の液面７２８より下方）をアルミホイル（外套）で遮光した（これにより、蛍光灯７３２からの光は培養槽７１０の空隙部分のみに照射される）。
　このような外套付き光合成生物培養装置（Ｒ１）を用いたこと以外は、実施例２と同様にしてユーグレナの培養を６日間（１４４時間）行い、この培養期間内のサンプリングから得られた培養液の濁度を測定した。結果を図１６に示す。
（比較例３：外套付き光合成生物培養装置（Ｒ２）を用いる微細藻類（ユーグレナ）の培養（２））
　比較例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ２）（流液部材７２３ａ，７２３ｂの下端および上端をシリコーン樹脂７４０で密栓した散液部を使用；図１４の（ｂ））に対して、実施例３と同様にして当該光合成生物培養装置（Ｒ２）の培養液が収容された部分（静置状態の液面より下方）をアルミホイル（外套）で遮光した。このような外套付き光合成生物培養装置（Ｒ２）を用いたこと以外は、実施例２と同様にしてユーグレナの培養を６日間（１４４時間）行い、この培養期間内のサンプリングから得られた培養液の濁度を測定した。結果を図１６に示す。
　図１５に示すように、実施例１で作製された光合成生物培養装置（Ｒ１）を用いると、培養開始後７２時間の経過後、培養槽中のユーグレナの密度が急激に上昇し、比較例１で作製された光合成生物培養装置（Ｒ２）よりも効果的にユーグレナの光合成を促すことができた。他方、図１６に示すように、培養液が収容された部分を外套で遮光し、散液部の上方のみに光照射した場合でも、外套付きの光合成生物培養装置（Ｒ１）は、外套付きの光合成生物培養装置（Ｒ２）よりも概ね培養開始後７２時間の経過後から培養槽中のユーグレナの密度が急激に上昇していた。
（実施例４：光合成生物培養装置（Ｒ１）を用いる微細藻類（クロレラ）の培養（３））
　寒天を含まないＣ培地中で２５℃にて、１０Ｌ（ＬＥＤオン）：１４Ｄ（ＬＥＤオフ）の明暗周期および約１４．７μｍｏｌ／（ｍ２・秒）の光強度で培養したクロレラ（Chlorella vulgaris NIES-2170)（国立環境研究所微生物系統保存施設より入手）を継代培養し、その後グルコースを含む基本培地（ｐＨ６．０；表１）１００ｍＬを含む三角フラスコに移し、上記と同様の培養条件で４日間静置培養して前培養液を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、表１に記載の「微量金属混合物Ａ５」の組成は以下の通りである：
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　その後、この前培養液１００ｍＬを、クリーンベンチ内で本培養候補培地（ｐＨ６．０；上記基本培地）１０００ｍＬを含むセパラブルフラスコに投入し、２５℃にて本培養を行った（なお、継代にはＣ培地を使用した）。
　次いで、この本培養液を、実施例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ１）７００の培養槽７１０に仕込んだ。ここで、図１４の（ａ）に示す静置状態における液面７２８から培養槽７１０の上端までの距離Ｔ２は１２０ｍｍであり、液面７２８から培養槽７１０の底部までの距離Ｔ３は９５ｍｍであり、液面７２８から流液部材７２３ｂの上端までの距離Ｔ４は３５ｍｍであり、液面７２８から流液部材７２３ｂの下端までの距離Ｔ５は４９ｍｍであった。
　次に、培養槽７１０の空隙部分（培養槽７１０のうち培養液７３０が仕込まれていない部分）に向けて、上下長さが５０ｍｍの蛍光灯７３２の光を、最短照射距離における光強度が約６００μｍｏｌ／（ｍ２・秒）となるように当該蛍光灯と培養槽７１０との間の１０ｍｍの間隔Ｄを空けて配置した。なお、この蛍光灯による光照射を行う際の周囲は暗所とした。
　この状態で蛍光灯７３２を点灯し、室温にて回転数３００ｒｐｍで回転軸７２１を回転させることにより、光合成生物培養装置（Ｒ１）内でのクロレラの培養を行った。培養中、培養槽７１０内の培養液を定期的にサンプリングし、得られた培養液の６００ｎｍでの濁度（ＯＤ）を吸光光度計（株式会社日立ハイテク製Ｕ－２８００Ａ）で測定した。
　この光合成生物培養装置（Ｒ１）内での培養を１５日間（３６０時間）継続した。この培養期間内のサンプリングにより得られた培養液の濁度の結果を図１７に示す
（比較例４：光合成生物培養装置（Ｒ２）を用いる微細藻類（クロレラ）の培養（３））
　実施例４で使用した実施例１の光合成生物培養装置（Ｒ１）の代わりに比較例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ２）（流液部材７２３ａ，７２３ｂの下端および上端をシリコーン樹脂７４０で密栓した散液部を使用；図１４の（ｂ））を用いたこと以外は、実施例４と同様にしてクロレラの培養を１５日間（３６０時間）行い、この培養期間内のサンプリングから得られた培養液の濁度を測定した。結果を図１７に示す。
　図１７に示すように、培養開始２６４時間を経過するまでは、実施例２で使用した光合成生物培養装置（Ｒ１）、および比較例１で作製した光合成生物培養装置（Ｒ２）のいずれを用いた場合でも培養液の濁度に大きな変化は見られなかった。今回採用した光照射の条件では、培養初期のクロレラが光阻害を受けており、培養条件を最適化する余地があると考えられる。
　その一方、図１７に示すように培養開始２６４時間を経過した後、実施例４の培養液の濁度が比較例４のものと比較して急上昇し、培養液中でクロレラの細胞増殖が急激に起きていた。実際に実施例４の培養液の一部を採取し、採取した培養液を位相差顕微鏡（倍率４００倍）で観察したところ、増殖したクロレラが略均一かつ大量に顕微鏡視野内に広がっていたことを確認した。これに対し、比較例４の培養液の一部を同様に位相差顕微鏡（倍率４００倍）で観察したところ、顕微鏡視野内には細胞の形状が歪なクロレラが互いに間隔をあけて広がっていたことを確認した。
　さらに、培養開始３６０時間を経過した実施例４および比較例４の各培養液に含まれる細胞数（濃度）について、セルカウント装置（オリンパス株式会社製Cell Counter model R1）により測定した。なお、この測定にあたり実施例４の培養液は、予め本培養候補培地で１００倍に希釈したものを使用した。
　測定の結果、実施例４の培養液には、約１０８細胞／ｍＬオーダーのクロレラ（希釈前の培養液に換算した値）が含まれており、比較例４の培養液には約１０６細胞／ｍＬオーダーのクロレラが含まれていたことを確認した。
　このことから、両端が開放された散液部材を有する、実施例１の光合成生物培養装置（Ｒ１）は、当該流液部材の両端が閉塞された比較例１の光合成生物培養装置（Ｒ２）と比較して、ユーグレナやクロレラのような光合成生物の光合成を効果的に促すことができるものであることがわかる。
　本発明によれば、工業的に有用な光合成生物の培養を効率良く行うことができる。本発明により得られた光合成生物は、例えば、食品または化粧品の原材料として有用である。また、当該光合成生物の培養を通じて、バイオ燃料のような有用物質の生成に利用することもできる。
　１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００　光合成生物培養装置
　１０９　　　　　　　　　　　　　底部
　１１０，５１０，６１０，７１０　培養槽
　１１０ａ　　　　　　　　　　　　壁面部分
　１１０ｂ　　　　　　　　　　　　蓋体部分
　１１１，６１１　　　　　　　　　内壁
　１１２　　　　　　　　　　　　　培養液供給口
　１１４　　　　　　　　　　　　　培養液出口
　１１５　　　　　　　　　　　　　バルブ
　１１６　　　　　　　　　　　　　培養液
　１１７　　　　　　　　　　　　　光合成物
　１２０，２２０，３２０，４２０　散液部
　１２１，３２１，７２１　　　　　回転軸
　１２２，７２２　　　　　　　　　取付具
　１２３，２２３，４２３，７２３ａ，７２３ｂ　流液部材
　１２４，２２４，４２４　　　　　吸液部
　１２５，２２５，４２５　　　　　吐出部
　１２６，２２６，４２６　　　　　流路
　１２８，５２８　　　　　　　　　液面
　１３２　　　　　　　　　　　　　透光部
　１３４　　　　　　　　　　　　　支柱
　１３６　　　　　　　　　　　　　上部フレーム
　１３８　　　　　　　　　　　　　下部フレーム
　１４０，３４０　　　　　　　　　モータ
　４５０ａ　　　　　　　　　　　　邪魔板
　５５０　　　　　　　　　　　　　内部光源
　７３２　　　　　　　　　　　　　蛍光灯
　７４０　　　　　　　　　　　　　シリコーン樹脂栓

Claims (11)

  1. 　光合成生物を含む培養液を収容する培養槽と、該培養槽内に設けられている散液部とを備え、
    　該散液部が、鉛直方向に沿って配置された１本の回転軸と該回転軸に装着された少なくとも１つの流液部材とを備え、
    　該流液部材が、該培養液の液面よりも上方に位置する吐出部、該培養液の該液面よりも下方に位置する吸液部、および該吐出部と該吸液部との間を延びかつ該培養液が流れる流路を備え、
    　該培養槽の少なくとも１部が外部からの光を該培養槽内に透過する透光部を備える、光合成生物培養装置。
  2. 　前記透光部が前記培養槽の壁面部分および蓋体部分からなる群から選択される少なくとも１つの領域に設けられている、請求項１に記載の光合成生物培養装置。
  3. 　前記透光部が前記培養槽の壁面部分に設けられており、かつ前記培養液が、前記散液部における前記回転軸の回転によって前記流液部材の前記吐出部から吐出されることにより、該培養槽の該壁面部分の内側を流下して薄膜を形成する、請求項２に記載の光合成生物培養装置。
  4. 　前記回転軸に対して、前記流液部材の前記吸液部が前記吐出部よりも近位となるように傾斜して配置されている、請求項１に記載の光合成生物培養装置。
  5. 　前記散液部が、前記回転軸の軸周りに複数の前記流液部材を備える、請求項１に記載の光合成生物培養装置。
  6. 　前流液部材が、両端が開放された筒状の形態を有する、請求項１に記載の光合成生物培養装置。
  7. 　前記流液部材が樋状の形態を有する、請求項１に記載の光合成生物培養装置。
  8. 　光合成生物を含む培養液を収容する培養槽と、該培養槽内に設けられている散液部とを備え、
    　該散液部が、鉛直方向に沿って配置された１本の回転軸と該回転軸に装着された少なくとも１つの流液部材とを備え、
    　該流液部材が、該培養液の液面よりも上方に位置する吐出部、該培養液の該液面よりも下方に位置する吸液部、および該吐出部と該吸液部との間を延びかつ該培養液が流れる流路を備え、
    　該培養槽内に配置された内部光源を備える、光合成生物培養装置。
  9. 　光合成生物の培養方法であって、光照射下にて、請求項１から８のいずれかに記載の光合成生物培養装置内で回転軸の回転を通じて該光合成生物を含む培養液を撹拌する工程を包含する、方法。
  10. 　前記光が、前記光合成生物培養装置内の前記培養槽に設けられた透光部に向かって照射される、請求項９に記載の方法。
  11. 　前記光合成生物が、光合成細菌、藍藻、微細藻類、および植物細胞からなる群から選択される少なくとも１つの生物体である、請求項９に記載の方法。
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