JPH0723767A

JPH0723767A - 光バイオリアクタ

Info

Publication number: JPH0723767A
Application number: JP36044092A
Authority: JP
Inventors: Sadatsugu Ishida; 定亜石田
Original assignee: KYOTO PREF GOV
Current assignee: KYOTO PREF GOV
Priority date: 1992-12-31
Filing date: 1992-12-31
Publication date: 1995-01-27

Abstract

(57)【要約】【目的】培養槽の径が大きくなっても培養効率が低下
するようなことがなく、発光体自体は汚染や劣化を起こ
さず、培養槽内部の洗浄も簡単に行なえる光バイオリア
クタを提供する。【構成】透明材料で形成された複数本の保護管16を固
定板12に保持させ、複数本の保護管を培養槽10の内部に
収容し、複数本の保護管内へそれぞれ棒状発光体20を挿
脱自在に配設する。培養槽内部と保護管の棒状発光体挿
入側とを固定板によって液密に仕切る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、クロレラ、スピルリ
ナ等の藻類のように繁殖に光を必要とする微生物を培養
槽内で高密度に培養するのに使用される光バイオリアク
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】クロレラ、スピルリナ等の藻類は、太陽
光を受け、大気中の炭酸ガスを吸収して、光合成を行な
い、酸素を生成して放出しながら、繁殖する。これら藻
類の光合成能力が一般植物より数百倍高いことは、広く
知られている。そして、クロレラ等の藻類は、飼料や食
料、燃料などとして広範な用途を持ち、その大きな繁殖
力を利用して大量に培養されている。さらに、近年で
は、藻類の大量培養は、その光合成に伴って大気中の炭
酸ガスが大量に吸収されることから、地球の温暖化防止
にも役立つものとして期待されている。

【０００３】藻類の培養は、従来一般に、プール状の培
養池において自然の太陽光を利用して行なわれている。
また、光バイオリアクタを使用し、藻類を高速、高効率
及び低コストで生成することも行なわれている。この光
バイオリアクタでは、人工の光源を用い、透明材料で形
成された培養槽の周囲から培養槽内部へ向かって光を照
射することにより、藻類を培養するようにしている。ま
た、培養槽の内部に人工の発光体を装入し、その発光体
を中心としその周囲に向かって光を放射することにより
藻類の培養を行なう光バイオリアクタも提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、太陽光
を利用して培養池で藻類を培養する方法では、藻類の増
殖にともなって液面下への光の透過性が悪くなるので、
培養池の深さが制限されることになる。このため、藻類
の大量培養には広大な面積を必要とすることになり、ま
た、培養の効率も悪い。

【０００５】一方、人工の光源を利用して透明壁面を持
つ培養槽で藻類の培養を行なう従来の光バイオリアクタ
では、培養槽の径が大きくなると、槽内部の培養液への
光の透過性が悪くなるため、培養効率が極端に低下す
る、といった問題点がある。

【０００６】また、培養槽の内部に発光体を装入して藻
類の培養を行なう光バイオリアクタでは、発光体の表面
が培養液と接触することになるので、発光体表面が培養
液によって著しく汚染され劣化することになる。特に発
光体の表面が汚染されてしまうと、発光体から培養液中
への光の照射が殆んど行なわれなくなり、この種の光バ
イオリアクタとしては致命的な事態となる。従って、こ
りような場合には発光体の洗浄が必要となるが、発光体
を内蔵したまま培養槽を高温滅菌処理することは、発光
体が破損する恐れがあるため、不可能である。そこで、
発光体を培養槽から取り外した後、その発光体表面を洗
浄し、併せて培養槽内壁面などを高温滅菌処理するとい
ったことになり、発光体を含めた培養槽の洗浄作業が非
常に面倒になる。

【０００７】この発明は以上のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、培養槽の径が大きくなっても培養効率
が低下するようなことがなく、発光体自体は汚染や劣化
を起こすことがなくて、培養槽内部の洗浄も比較的簡単
に行なうことができるような光バイオリアクタを提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明では、一端面が
開口した培養槽に、複数個の孔が穿設された固定板を、
前記培養槽の開口面を閉塞するように配設し、透明材料
によって形成され一端に挿入口を有するとともに他端が
閉塞された複数本の保護管を前記固定板に、その前記各
孔の周縁部にそれぞれ前記挿入口の外周部が固着されか
つ互いに平行に配置されるように保持させ、その固定板
に保持された状態の複数本の保護管を前記培養槽の内部
に収容するようにし、その各保護管の内部にそれぞれ棒
状発光体を挿脱自在に配設し、前記固定板の、前記保護
管が保持された側とは反対側に蓋体を覆設し、前記培養
槽の開口周縁部と前記固定板の周縁部とを液密にかつ着
脱自在に係着手段によって係着させることにより、光バ
イオリアクタを構成した。

【０００９】また、上記構成の光バイオリアクタにおい
て、上記培養槽に洗浄液供給手段を付設するように構成
することができる。

【００１０】

【作用】上記構成の光バイオリアクタでは、複数本の棒
状発光体が、固定板に保持されて培養槽の内部に収容さ
れた複数本の保護管の内部にそれぞれ配設され、かつ、
棒状発光体が挿入される蓋体側と保護管が収容されてい
る培養槽内部とは、係着手段によって培養槽の開口周縁
部と液密に周縁部が係着された固定板及び保護管によ
り、相互に連通しないように仕切られている。従って、
棒状発光体の表面が培養液と接触することはなく、発光
体表面が培養液によって汚染されたり劣化させられたり
することは起こらない。また、培養槽内の培養液への光
の照射は、培養槽の内部に収容された互いに平行な複数
本の透明保護管を通し、棒状発光体から保護管の周囲に
向かって行なわれる。従って、保護管の本数及び配置を
適切に決めることにより、培養槽の径が大きくなって
も、槽内部の培養液への光の照射が良好に行なわれる。
そして、棒状発光体は、保護管の内部に挿脱自在に配設
されているため、培養槽内部の洗浄に際しては、保護管
の内部から棒状発光体を抜き出しておくようにすれば、
培養槽を高温滅菌処理することができ、また、培養槽の
開口周縁部と固定板の周縁部とは、係着手段によって着
脱自在に係着されているので、複数本の保護管と一体に
なった固定板を培養槽から取り外した状態で、培養槽の
内壁面や保護管の表面などを容易に洗浄することができ
る。

【００１１】また、培養槽に洗浄液供給手段を付設する
ようにしたときは、固定板を培養槽に取り付けた状態の
まま、洗浄液供給手段によって培養槽内部に洗浄液を流
すことにより、簡単に培養槽内壁面を洗浄処理すること
ができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例について図面
を参照しながら説明する。

【００１３】図１は、この発明の１実施例に係る光バイ
オリアクタの概略構成を示す縦断面図である。この光バ
イオリアクタは、上端面が開口した培養槽10に固定板12
を、培養槽10の開口面を閉塞するように配設している。
固定板12は、例えばセラミック材料によって形成されて
おり、この固定板12には、図２に平面図を示すように複
数個の孔14が穿設されている。固定板12の下面側には複
数本の保護管16が、図３に部分拡大縦断面図を示すよう
に固定板12の各孔14の内周縁部にそれぞれ保護管16の上
端部外周面が固着されて保持されている。保護管16は、
透明材料、例えば透明ガラス、透明プラスチックなどに
よって形成されており、上端に挿入口18を有し、下端が
閉塞されている。保護管16の直径は、例えば５〜５０mm
である。また、隣接する保護管16同士の外周面間の間隔
は、培養液の入替え、光の到達距離、培養槽10内の培養
液保持量の確保などを考慮すると、例えば１〜５０mmと
するのが適切である。複数本の保護管16は、固定板12に
対してそれぞれ垂直姿勢で互いに平行に配設されてい
る。そして、固定板12に保持された状態の複数本の保護
管16を培養槽10の開口面からその内部に挿入し、複数本
の保護管16を培養槽10の内部に収容するようにしてい
る。尚、図２に示された複数本の保護管16の配置は、そ
の１例であって、それ以外の配置方法であってもよいこ
とは言うまでもない。

【００１４】固定板12に保持された複数本の保護管16の
内部には、それぞれ棒状発光体20が配設されている。棒
状発光体20は、保護管16上端の挿入口18を通してその内
部へ挿入され、また、挿入口18を通してその内部から抜
き出すことができるようになっている。棒状発光体20
は、その上端部に光ファイバ22が接続されており、複数
本の棒状発光体20にそれぞれ接続された複数本の光ファ
イバ22は束ねられて外部へ導出され、末端が図示しない
発光源に接続されている。複数本の棒状発光体20は、図
示例のように光ファイバ22を束ねて固定することによ
り、複数本の保護管16内へ一度に挿入することができる
ようになっている。棒状発光体としては、図示したよう
な構成のものが取扱いが容易で好ましいが、細長い蛍光
灯などを使用してもよい。

【００１５】また、固定板12の、保護管16が保持された
側とは反対側を覆うように蓋体24が配設される。そし
て、培養槽10上端の開口周縁部に一体形成されたフラン
ジ部26と蓋体24の下端周縁部に一体形成されたフランジ
部28との間に固定板12の周縁部を介挿し、それらを互い
に密着させ、キャップ30によって液密に係着させること
により、図１に示したような形態に組み立てられる。一
方、キャップ30を取り外すことにより、培養槽10から固
定板12及び複数の保護管16を分離することができるよう
になっている。

【００１６】培養槽10の外周部には、温水ジャケット部
32が形設されており、流入口34を通して温水ジャケット
部32内に温水を流入させ、温水ジャケット部32の内部に
温水を流した後、流出口36を通して温水ジャケット部32
外へ流出させることにより、培養槽10内の培養液を所望
温度に維持するような構成となっている。図１中の38、
40は温度計である。培養槽10の底部には、混合ガス及び
洗浄水の導入部42が設けられており、その導入部42を通
し混合ガス又は洗浄水が切換弁44によって択一的に培養
槽10内へ供給されるようになっている。また、培養槽10
の上部には、培養液及び洗浄水の流出口46が設けられて
おり、培養槽10の下部には、電磁開閉弁50が配設された
培養液及び洗浄水の排出口48が設けられている。

【００１７】上記した光バイオリアクタを使用して藻
類、例えばクロレラを培養するときは、蓋体24及び固定
板12を培養槽10から取り外した状態で、培養槽10の上端
開口面からその内部へ培養液を流入させる。次に、保護
管16を培養槽10内へ挿入し、固定板12の周縁部を培養槽
10上端のフランジ部26に接合させた後、複数本の保護管
16内へそれぞれ棒状発光体20を挿入しながら蓋体24を固
定板12の上面側に被せて、蓋体24の下端周縁部のフラン
ジ部28を固定板12の周縁部に接合させ、培養槽10上端の
フランジ部26と固定板12の周縁部と蓋体24下端のフラン
ジ部28とを互いに密着させ、キャップ30によって液密に
係着させる。そして、図１に示した状態において、温水
ジャケット部32内へ温水を流して培養槽10内の培養液を
所望温度に維持しながら、培養槽10底部の導入部42を通
して混合ガスを培養槽10内へ供給し、クロレラの培養を
行なう。この際、複数本の棒状発光体20は、固定板12に
保持された複数本の保護管16の内部にそれぞれ配設さ
れ、蓋体24側と培養槽10の内部とは、相互に連通しない
ように仕切られているので、棒状発光体20の表面が培養
槽10内の培養液と接触することはなく、棒状発光体20の
表面が培養液によって汚染されたり劣化させられたりす
ることは起こらない。そして、培養槽10内の培養液への
光の照射は、複数本の棒状発光体20からそれぞれの保護
管16の透明な壁面を通してその周囲に向かって行なわれ
る。

【００１８】図１に示した光バイオリアクタを使用し、
培養液１ｌ当り８ｇのクロレラを添加してクロレラの培
養を行なった実験結果を図４及び図５に示す。図４から
分かるように、１時間当りのクロレラの増加量は、（１
０．５−８）÷８＝０．３１２５〔ｇ／ｌ・ｈｏｕｒ〕
であり、従って、１日当りのクロレラの増加量は、０．
３１２５×２４＝７．５〔ｇ／ｌ・ｄａｙ〕となる。こ
れは、一般の培養池でクロレラを培養する場合に比べて
１０倍以上も高い効率で菌体生産が行なわれたことを示
している。但し、実際は、図５に示すように、培養開始
後１０時間経過した当りから、クロレラ濃度と培養液の
撹拌との関係などで、クロレラの増加割合が低下する。
また、この光バイオリアクタを使用すると、一般の培養
池でのクロレラの培養に比べて１００倍以上の５０〜１
００ｇ／ｌという高い濃度での培養を行なうことができ
た。

【００１９】図１に示した光バイオリアクタにおいて、
培養槽10の内壁面や保護管16の外周面などに藻類が付着
したときに、それらを洗浄するには、培養槽10の内部か
ら流出口46及び排出口48を通して培養液を完全に排出さ
せた後、そのままの状態で、培養槽10底部の導入部42を
通して培養槽10の内部へ高圧水或いは洗剤を溶解させた
洗浄液を導入し、その高圧水等を培養槽10内で底部から
上部へ向かって流し、その高圧水等を流出口46から流出
させるようにする。或いは、培養槽10に対して超音波を
照射し、また、振動を付与したりする。これらの洗浄操
作により、保護管16を透明な状態に容易に復元させるこ
とができる。また、培養槽10から蓋体24及び固定板12を
取り外し、固定板12に保持された複数本の保護管16内か
らそれぞれ棒状発光体20を抜き出してから、固定板12に
保持された複数本の保護管16をオートクレーブで高温・
高圧滅菌処理し或いはガス殺菌処理したりすることもで
きる。

【００２０】尚、図に示した上記実施例では、培養槽を
縦置きにしているが、それを横置きにしてもよく、ま
た、図１とは上下が逆になるように配設してもよい。

【００２１】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
かつ作用するので、この発明に係る光バイオリアクタを
使用すれば、太陽光を利用して培養池で藻類を培養する
方法に比べて著しく高い効率で藻類を培養することがで
き、藻類の大量培養にもスペースを要しない。また、培
養槽の径が大きくなっても、培養効率が低下することが
ない。さらに、発光体が培養液によって汚染されたり劣
化したりするといったことが起こらず、また、培養槽内
部などの洗浄処理も比較的簡単に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例に係る光バイオリアクタの
概略構成を示す縦断面図である。

【図２】上記光バイオリアクタの構成要素の１つである
固定板の１例を示す平面図である。

【図３】上記光バイオリアクタの構成要素の１つである
固定板の一部及び保護管を拡大して示す縦断面図であ
る。

【図４】図１に示した光バイオリアクタを使用してクロ
レラの培養を行なったときの実験結果を示すグラフであ
る。

【図５】図１に示した光バイオリアクタを使用してクロ
レラの培養を行なったときの実験結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

10 培養槽 12 固定板 14 固定板の孔 16 保護管 18 保護管の挿入口 20 棒状発光体 22 光ファイバ 24 蓋体 26 培養槽上端の開口周縁部に一体形成されたフランジ
部 28 蓋体の下端周縁部に一体形成されたフランジ部 30 キャップ 42 混合ガス及び洗浄水の導入部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端面が開口した培養槽と、複数個の孔
が穿設され、前記培養槽の開口面を閉塞するように配設
される固定板と、透明材料によって形成され、一端に挿
入口を有するとともに他端が閉塞され、前記固定板に、
その前記各孔の周縁部にそれぞれ前記挿入口の外周部が
固着されかつ互いに平行に配置されて保持され、前記培
養槽の内部に収容される複数本の保護管と、この各保護
管の内部にそれぞれ挿脱自在に配設される複数本の棒状
発光体と、前記固定板の、前記保護管が保持された側と
は反対側に覆設される蓋体と、前記培養槽の開口周縁部
と前記固定板の周縁部とを液密にかつ着脱自在に係着さ
れる係着手段とを備えてなる光バイオリアクタ。
【請求項２】培養槽に洗浄液供給手段を付設した請求
項１記載の光バイオリアクタ。