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技術 培養装置及び培養方法

出願人 株式会社デンソー
発明者 永久保雅夫
出願日 2016年4月26日 (3年10ヶ月経過) 出願番号 2016-088204
公開日 2017年11月2日 (2年4ヶ月経過) 公開番号 2017-195800
状態 未査定
技術分野 微生物・酵素関連装置
主要キーワード ゲル多孔体 立体形 混入空気 立方体形 温度調整ユニット 光照射ユニット 正四面体 圧力ポンプ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年11月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

培地の使用量を抑制でき、単位面積当たり光合成生物の収量を高めることができる培養装置及び培養方法を提供すること。

解決手段

光合成生物を培養する培養装置1であって、前記光合成生物を付着させる、立体形状を有する担体4と、前記担体に培地を供給する供給ユニット7と、を備える培養装置。光合成生物の培養方法であって、前記光合成生物を、立体形状を有する担体に付着させ、前記担体に培地を供給する培養方法。

概要

背景

微細藻類シアノバクテリア等の水生光合成生物の一部は、有益な脂質や炭化水素を生成する。近年、これらの光合成生物を人為的に培養する技術が注目されている。
光合成生物の培養方法として、以下の2つの方法が知られている。1つの方法は、通常の液中培養である。液中培養においては、光合成生物が生きていく上で必要とする成分元素を含んだ培地中に光合成生物を投入し、撹拌する。さらに、光及び二酸化炭素を培地に供給する。

他の1つの方法は、フィルム培養又は表面培養と呼ばれる方法である。この方法においては、培地成分を含んだ吸水性繊維等に光合成生物を分布させ、平面的に増殖させる。フィルム培養又は表面培養と呼ばれる方法を開示する文献として特許文献1がある。

概要

培地の使用量を抑制でき、単位面積当たりの光合成生物の収量を高めることができる培養装置及び培養方法を提供すること。光合成生物を培養する培養装置1であって、前記光合成生物を付着させる、立体形状を有する担体4と、前記担体に培地を供給する供給ユニット7と、を備える培養装置。光合成生物の培養方法であって、前記光合成生物を、立体形状を有する担体に付着させ、前記担体に培地を供給する培養方法。

目的

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、培地の使用量を抑制でき、単位面積当たりの光合成生物の収量を高めることができる培養装置及び培養方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

光合成生物を培養する培養装置であって、前記光合成生物を付着させる、立体形状を有する担体と、前記担体に培地を供給する供給ユニットと、を備える培養装置。

請求項2

請求項1に記載の培養装置であって、前記担体は、表面親水性を有する多孔性材料から成る培養装置。

請求項3

請求項1又は2に記載の培養装置であって、前記担体は、直径500mmの球体中に収まる大きさを有する培養装置。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項に記載の培養装置であって、前記担体を保持する保持ユニットをさらに備え、前記保持ユニットは透水性を有する培養装置。

請求項5

請求項1〜4のいずれか1項に記載の培養装置であって、前記供給ユニットから供給された前記培地を回収する回収ユニットをさらに備え、前記供給ユニットは、前記回収ユニットにより回収された前記培地を前記担体に供給する培養装置。

請求項6

請求項1〜5のいずれか1項に記載の培養装置であって、前記担体を複数備える培養装置。

請求項7

光合成生物の培養方法であって、前記光合成生物を、立体形状を有する担体に付着させ、前記担体に培地を供給する培養方法。

請求項8

請求項7に記載の培養方法であって、前記担体は、表面親水性を有する多孔性材料から成る培養方法。

請求項9

請求項7又は8に記載の培養方法であって、前記担体は、直径500mmの球体中に収まる大きさを有する培養方法。

請求項10

請求項7〜9のいずれか1項に記載の培養方法であって、前記培地を間欠的に供給する培養方法。

請求項11

請求項10に記載の培養方法であって、前記培地を供給する時間T1は、前記培地の供給を停止している時間T2の、1/10以上である培養方法。

請求項12

請求項7〜9のいずれか1項に記載の培養方法であって、前記培地を連続的に供給する培養方法。

請求項13

請求項7〜12のいずれか1項に記載の培養方法であって、前記担体を複数用いる培養方法。

技術分野

0001

本発明は培養装置及び培養方法に関する。

背景技術

0002

微細藻類シアノバクテリア等の水生光合成生物の一部は、有益な脂質や炭化水素を生成する。近年、これらの光合成生物を人為的に培養する技術が注目されている。
光合成生物の培養方法として、以下の2つの方法が知られている。1つの方法は、通常の液中培養である。液中培養においては、光合成生物が生きていく上で必要とする成分元素を含んだ培地中に光合成生物を投入し、撹拌する。さらに、光及び二酸化炭素を培地に供給する。

0003

他の1つの方法は、フィルム培養又は表面培養と呼ばれる方法である。この方法においては、培地成分を含んだ吸水性繊維等に光合成生物を分布させ、平面的に増殖させる。フィルム培養又は表面培養と呼ばれる方法を開示する文献として特許文献1がある。

先行技術

0004

特開2016−5439号公報

発明が解決しようとする課題

0005

液中培養の場合、大量の培地を必要とする。そのため、培養に要するコストが高くなってしまう。また、フィルム培養又は表面培養と呼ばれる方法の場合、光合成生物の配置が平面内に限定されるため、培養装置の単位面積当たりの光合成生物の収量が少なくなってしまう。

0006

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、培地の使用量を抑制でき、単位面積当たりの光合成生物の収量を高めることができる培養装置及び培養方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0007

本開示の培養装置は、光合成生物を培養する培養装置である。本開示の培養装置は、光合成生物を付着させる、立体形状を有する担体と、担体に培地を供給する供給ユニットとを備える。

0008

本開示の培養装置を用いれば、立体形状を有する担体を用いて培養を行うことができる。そのため、担体が占める面積に対する光合成生物の収量を大きくすることができる。また、本開示の培養装置を用いれば、従来の液中培養に比べて、使用する培地の量を低減することができる。

0009

本開示の培養方法は、光合成生物の培養方法である。本開示の培養方法は、光合成生物を、立体形状を有する担体に付着させ、担体に培地を供給する。
本開示の培養方法は、立体形状を有する担体を用いて培養を行う。そのため、担体が占める面積に対する光合成生物の収量を大きくすることができる。また、本開示の培養方法を用いれば、従来の液中培養に比べて、使用する培地の量を低減することができる。

図面の簡単な説明

0010

培養装置1の構成を表す説明図である。
液中培養及び気中培養における藻体濃度推移を表すグラフである。

実施例

0011

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
(1)光合成生物
光合成生物としては、例えば、微細藻類、シアノバクテリア等が挙げられる。シアノバクテリアとして、例えば、PCC6803株等が挙げられる。なお、PCCとはフランスのパスツール研究所で保管している株(Pasteur Culture Collection)を示す記号である。PCC6803株は単細胞性で、通常は液中に浮遊して増殖する。
(2)培養装置
培養装置は、光合成生物を培養することを用途とする。培養装置は、例えば、以下の構成のいずれか1以上を備える。
(2−1)担体
担体は立体形状を有する。立体形状とは、換言すれば、3次元形状である。立体形状の具体例としては、例えば、球、多面体不規則な立体形状等が挙げられる。多面体として、例えば、立方体直方体正四面体等が挙げられる。担体としては、表面親水性を有する多孔性材料から成る担体が好ましい。このような担体を用いれば、光合成生物を一層効率的に培養できる。多孔性材料としては、例えば、スポンジシリカゲルゼオライト等が挙げられる。

0012

担体の大きさは、直径500mmの球体中に収まる大きさが好ましく、直径5mmの球体中に収まる大きさが一層好ましい。担体の大きさが上記の範囲内にある場合、複数の担体から成る集合体を、所望の形状にすることが容易になる。

0013

担体の数は単数であってもよいし、複数であってもよい。担体の数が複数である場合、担体の表面積が増すので、光合成生物を一層効率的に培養できる。
担体は、光を透過する性質を有する材料から成ることが好ましい。光を透過する性質を有する材料として、例えば、スポンジ等が挙げられる。担体が、光を透過する性質を有する材料から成る場合、例えば、複数の担体の集合体に光を照射すると、集合体における最表面の担体だけでなく、集合体の内部に埋没している担体にも光が到達する。その結果、光合成生物を一層効率的に培養できる。
(2−2)培地
培地として、公知の培地を適宜選択して用いることができる。また、公知の培地における一部の成分の種類や量を適宜変更することができる。培地として、例えば、BG11等が挙げられる。BG11は、シアノバクテリアの培養に用いられる標準的な培地である。
(2−3)供給ユニット
供給ユニットは、担体に培地を供給する。培地を供給する形態は適宜選択できる。例えば、霧状の培地を担体に噴霧することができる。また、培地の滴を担体に滴下してもよい。また、担体の全部又は一部を、培地に浸漬し、その後、担体を引き上げてもよい。また、担体の全部又は一部を、定常的に培地に浸漬してもよい。

0014

供給ユニットが供給する培地は、新たな培地のみであってもよいし、後述する回収ユニット回収した培地を含んでいてもよい。また、回収ユニットで回収した培地のみを供給してもよい。
(2−4)保持ユニット
保持ユニットは担体を保持する。保持ユニットとしては、例えば、担体をその内部に収容する容器が挙げられる。容器の形態としては、例えば、上方が開放された容器が挙げられる。

0015

保持ユニットは、透水性を有することが好ましい。透水性とは、保持ユニット内に存在する培地を、外部に排出する機能を意味する。保持ユニットは、例えば、その少なくとも一部を、透水性を有する材料で構成することにより、透水性を得ることができる。また、保持ユニットは、例えば、その少なくとも一部をメッシュ状にしたり、孔やスリットを設けたりすることで、透水性を得ることができる。
(2−5)回収ユニット
回収ユニットは、供給ユニットから供給された培地を回収する。回収ユニットは、回収した培地を供給ユニットに送ることができる。回収ユニットを備える場合、光合成生物の培養に使用する培地の総量を低減できる。培養装置は、例えば、供給ユニットから供給された培地を、担体よりも下方で貯留する貯留部(以下では培地貯留部とする)を備えることができる。回収ユニットは、例えば、培地貯留部から培地を回収し、供給ユニットに送ることができる。
(2−6)その他の構成
培養装置は、例えば、培地に光を照射する光照射ユニットを備えることができる。照射する光の波長、強度等は、光合成生物の種類等に応じて適宜設定できる。また、培養装置は、培地貯留部に貯留された培地に、空気や二酸化炭素等を供給するガス供給ユニットを備えることができる。また、培養装置は、例えば、培地貯留部に貯留された培地の温度を調整する温度調整ユニットを備えることができる。
(3)培養方法
本開示の培養方法は、光合成生物を培養する。光合成生物の培養における少なくとも一部の工程を、上記の培養装置を用いて行うことができる。上記の培養装置を用いる前に、例えば、液中培養を行うことができる。液中培養とは、担体を培地に浸漬し、光合成生物の種を投入して行う培養である。液中培養のとき、光合成生物は担体に付着する。液中培養の後、担体を、上記の培養装置に移して、培養を継続することができる。また、当初から、上記の培養装置を用いて培養を行ってもよい。

0016

培養方法の実施中における供給ユニットによる培地の供給は、連続的に行ってもよいし、間欠的に行ってもよい。間欠的な供給とは、培地を供給する時間T1と、供給を停止している時間T2とが交互に繰り返される態様での供給である。培地の供給が間欠的である場合、培地の使用量を抑制できる。また、培地の供給に用いるポンプ等の昇温を抑制できる。培地を供給する時間T1は、培地の供給を停止している時間T2の、1/10以上であることが好ましい。この場合、担体において培地が不足してしまうことが生じにくい。

0017

培養方法の終了後、例えば、担体を引き上げて乾燥し、溶剤に浸漬することで、光合成生物が生成した有用炭化水素を担体から分離・回収することができる。溶剤は適宜選択できるが、例えば、ヘキサン等が挙げられる。

0018

また、光合成生物は、担体に付着したままであってもよい。この場合、担体に付着した光合成生物が放出する、脂質や炭化水素を回収することができる。
<実施例>
1.培養装置1の構成
培養装置1の構成を図1に基づき説明する。培養装置1は、外側容器2と、保持ユニット3と、担体4と、一対の支柱5と、供給ユニット7と、回収ユニット9と、ガス供給ユニット11と、温度調整ユニット13と、光照射ユニット15と、を備える。

0019

外側容器2は、透明アクリル樹脂から成る直方体形状の中空容器である。その大きさは、縦600mm、横450mm、高さ450mmである。
保持ユニット3は、金網から成るである。保持ユニット3の上方は開放されている。保持ユニット3は透水性を有する。保持ユニット3は外側容器2に収容されている。保持ユニット3は、担体4をその内部に収容し、保持する。

0020

担体4は、各辺が約1cmの立方体形状を有する。担体4の材質は、ゲルキューブ商品名)である。ゲルキューブは、市販のスポンジタイプ濾過材である。ゲルキューブは、さらに詳しくは、ポリエチレングリコール系PUゲル多孔体である。ゲルキューブは多孔性材料である。また、ゲルキューブの表面は親水性である。ゲルキューブは光透過性を有する。

0021

保持ユニット3には、複数の担体4が保持されている。複数の担体4は、保持ユニット3の内部で横方向に分布している。また、複数の担体4は、縦方向積み重ねられている。以下では、複数の担体4をまとめて、担体群と呼ぶことがある。

0022

一対の支柱5は、保持ユニット3を、外側容器2の底から離れた位置で支持する。
供給ユニット7は、外側容器2の内部であって、保持ユニット3の上方に設けられた複数のノズルである。その複数のノズルは、複数の担体4に均一に培地を供給するのに適した場所に配置される。供給ユニット7は、培地を霧状にして、担体群に噴霧する。

0023

回収ユニット9は、配管19と、圧力ポンプ21と、を備える。配管19における一方の端部19Aは、外側容器2の内部における底面付近に位置する。配管19における他方の端部19Bは、供給ユニット7に接続する。圧力ポンプ21は、配管19の途中に位置する。なお、外側容器2の内部における底面付近には、供給ユニット7から供給された培地が貯留される。以下では、このように貯留された培地を、貯留培地23とする。回収ユニット9は、圧力ポンプ21の作用により、外側容器2から貯留培地23を汲み上げて回収し、供給ユニット7に供給する。

0024

ガス供給ユニット11は、図示しないガス供給源に接続する配管である。ガス供給ユニット11は、外側容器2の内部における底面付近に供給口11Aを備える。ガス供給ユニット11は、上記のガス供給源から供給される、二酸化炭素を1%混入した空気(以下ではCO2混入空気とする)を、供給口11Aから放出する。外側容器2内に貯留培地23が貯留されている場合、放出されたCO2混入空気は、貯留培地23内を通過する。

0025

温度調整ユニット13は、恒温サーキュラーである。温度調整ユニット13は、本体部25と、外側容器2の内部における底面付近を通る循環配管27と、を備える。温度調整ユニット13は、循環配管27内に、熱媒体を流すことができる。また、温度調整ユニット13は、本体部25において熱媒体を加熱又は冷却することができる。温度調整ユニット13は、熱媒体の温度を調整することで、貯留培地23の温度を調整することができる。

0026

光照射ユニット15は、メタハラランプである。光照射ユニット15は、外側容器2の上方に位置する。光照射ユニット15は、複数の担体4に均一に光を照射することができるように配置される。光照射ユニット15が照射する光は、外側容器2の天板を透過して、担体4に達する。担体4の位置における光量は、平均で約98μmol/m2/sである。

0027

2.培養方法
培養装置1を用いて、PCC6803株を、以下の方法で培養した。まず、外側容器2とは別の容器(以下では別容器とする)に、担体群と培地とを入れ、担体群を培地に浸漬した。この培地の組成は以下のとおりである。
・NaNO3:1.5g/L
・NaHCO3:15.8mg/L
・A6(micro-component):1mL/L
・MgSO4:75mg/L
Citric acid・H2O:6mg/L
・K2HPO4:39mg/L
・Ferric ammonium citrate :6mg/L
・CaCl2・2H2O:38mg/L
・NaEDTA:1mg/L
上記A6(micro-component):1Lの内訳は以下のとおりである。
・H3BO3:2.86g/L
・MnCl2・4H2O:1.81g/L
・ZnSO4・7H2O:0.22g/L
・CuSO4・5H2O:0.08g/L
・Na2MoO4(無水):0.018g/L
濃硫酸:1droplet
・CoCl2:0.0221g/L
さらに、別容器にPCC6803株の種を投入し、1500時間培養を行った。この培養を、以下では液中培養とする。

0028

その後、担体群を別容器から取り出し、保持ユニット3で保持した。この状態で培養を継続した。この培養を、以下では気中培養とする。気中培養の条件は、以下のとおりとした。

0029

気中培養の期間中、供給ユニット7から培地を供給した。供給する培地の組成は、液中培養で用いた培地の組成と同じとした。培地の供給は、間欠的に行った。すなわち、培地を供給する時間T1と、供給を停止する時間T2とを交互に繰り返した。時間T1は15分間であり、時間T2は30分間である。

0030

気中培養の期間中、光照射ユニット15を用いて担体群に光を照射した。また、気中培養の期間中、外側容器2内に、10Lの貯留培地23が貯留されるようにした。その貯留培地23を、回収ユニット9を用いて回収し、供給ユニット7に供給した。また、気中培養の期間中、ガス供給ユニット11を用いて、貯留培地23にCO2混入空気を供給した。また、気中培養の期間中、温度調整ユニット13を用いて、貯留培地23の温度を30℃に維持した。

0031

液中培養及び気中培養における藻体濃度の推移を、図2に示す。液中培養における藻体濃度は、単位体積の培地に含まれる藻体乾燥重量である。気中培養における藻体濃度は、単位体積の担体4に付着する藻体の乾燥重量である。

0032

図2に示されているように、液中培養の後半では、藻体濃度の増加が頭打ちになっている。しかし、気中培養では、再び、藻体濃度が直線的に増加している。この結果から、培養装置1を用いた気中培養によれば、液中培養と同様以上に、光合成生物を増殖できることが確認できた。

0033

3.培養装置1及び培養方法が奏する効果
(1A)培養装置1は、立体形状を有する担体4を用いて培養を行う。そのため、担体4が占める水平面内における面積に対する光合成生物の収量を大きくすることができる。

0034

(1B)培養装置1を用いれば、従来の液中培養に比べて、使用する培地の量を低減することができる。
(1C)培養装置1を用いる気中培養の場合、担体群を引き上げるだけで、培養した光合成生物を回収することができる。そのため、従来の液中培養に比べて、光合成生物の回収が容易である。
<他の実施形態>
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

0035

(1)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

0036

(2)上述した培養装置の他、当該培養装置を構成要素とするシステム、光合成生物を用いた物質の製造方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。

0037

1…培養装置、2…外側容器、3…保持ユニット、4…担体、5…支柱、7…供給ユニット、9…回収ユニット、11…ガス供給ユニット、13…温度調整ユニット、15…光照射ユニット、19…配管、21…圧力ポンプ、23…貯留培地、25…本体部、27…循環配管

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