JPH07246086A - 光合成微細藻類の培養方法 - Google Patents
光合成微細藻類の培養方法Info
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- JPH07246086A JPH07246086A JP3805494A JP3805494A JPH07246086A JP H07246086 A JPH07246086 A JP H07246086A JP 3805494 A JP3805494 A JP 3805494A JP 3805494 A JP3805494 A JP 3805494A JP H07246086 A JPH07246086 A JP H07246086A
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-
- 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
- C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
- C12M23/02—Form or structure of the vessel
- C12M23/18—Open ponds; Greenhouse type or underground installations
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- C12M21/02—Photobioreactors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 微細藻類の改良された培養方法に関する。
【構成】 光合成反応槽中に微細藻類の種と培養液を供
給し、光と炭酸ガスとを供給して光合成反応を進行させ
微細藻類の増殖を行う方法において、培養液中に放散ガ
スを吹き込むことによって培養液中の溶存酸素量が１０
ｐｐｍを超えないように制御するとともに、培養液のｐ
Ｈが７．０〜９．０の範囲になるよう炭酸ガスの供給量
を制御することを特徴とする光合成微細藻類の培養方
法。 【効果】 コンパクトな培養槽で安定した培養条件を維
持することができ、光合成微細藻の生産速度（増殖速
度）が従来方法に比較して著しく増大する。
給し、光と炭酸ガスとを供給して光合成反応を進行させ
微細藻類の増殖を行う方法において、培養液中に放散ガ
スを吹き込むことによって培養液中の溶存酸素量が１０
ｐｐｍを超えないように制御するとともに、培養液のｐ
Ｈが７．０〜９．０の範囲になるよう炭酸ガスの供給量
を制御することを特徴とする光合成微細藻類の培養方
法。 【効果】 コンパクトな培養槽で安定した培養条件を維
持することができ、光合成微細藻の生産速度（増殖速
度）が従来方法に比較して著しく増大する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は食品あるいは有価物生産
の原料として有用な微細藻類の改良された培養方法に関
する。
の原料として有用な微細藻類の改良された培養方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】クロレラ、スピルリナなどの微細藻類
は、食品用あるいはデンプンなどの有価物を生産するた
めの原料として有用なものである。従来技術によるこれ
らの微細藻類の培養装置の１例を図３に示す。この装置
による培養プロセスは以下のとおりである。光合成反応
槽１の中に供給液ポンプ４から種となる少量の微細藻２
と培養液３を導入する。反応槽１の表面から太陽光が供
給され、光合成に必要な炭酸ガス（ＣＯ2 ）は炭酸ガス
ボンベ１１から減圧弁１２、流量調節弁１３及び散気装
置１４を介して供給され培養液３中に溶解する。培養液
３は攪拌機６により攪拌され培養が進行する。攪拌機６
としては通常羽根付きの水車（パドルフィール）が使用
されている。培養が進行し微細藻類が増殖したら、一定
期間ごとに回収ポンプ５で生産された藻体を培養液とと
もに抜き出して回収する。
は、食品用あるいはデンプンなどの有価物を生産するた
めの原料として有用なものである。従来技術によるこれ
らの微細藻類の培養装置の１例を図３に示す。この装置
による培養プロセスは以下のとおりである。光合成反応
槽１の中に供給液ポンプ４から種となる少量の微細藻２
と培養液３を導入する。反応槽１の表面から太陽光が供
給され、光合成に必要な炭酸ガス（ＣＯ2 ）は炭酸ガス
ボンベ１１から減圧弁１２、流量調節弁１３及び散気装
置１４を介して供給され培養液３中に溶解する。培養液
３は攪拌機６により攪拌され培養が進行する。攪拌機６
としては通常羽根付きの水車（パドルフィール）が使用
されている。培養が進行し微細藻類が増殖したら、一定
期間ごとに回収ポンプ５で生産された藻体を培養液とと
もに抜き出して回収する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】微細藻類の光合成反応
は後記の式（１）のような基本式で表される。すなわち
太陽エネルギー（波長：４００〜７００ｎｍの可視光
線）の照射により、炭酸ガス（ＣＯ2 ）と水（Ｈ2 Ｏ）
から糖（Ｃ6 Ｈ12Ｏ6 ）が合成される。実際の反応はさ
らに各種栄養素（窒素、リン等）を吸収して藻体（構成
元素：Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｎ，Ｐ）が合成される。式（１）に
示すとおり光合成反応が進行すると酸素（Ｏ2 ）が発生
し、水に溶解する。そのため、反応が進行するにつれて
培養液中の溶存酸素量が増大し場合によっては４０ｐｐ
ｍ以上となり、式（１）の反応が右に進みにくくなり、
反応速度が低下してしまう。本発明の目的は、このよう
な従来技術の問題点を解決し、反応が進行しても反応速
度が低下することなく初期の反応速度を維持することが
でき、高い生産効率を得ることができる微細藻類の培養
方法を提供することにある。
は後記の式（１）のような基本式で表される。すなわち
太陽エネルギー（波長：４００〜７００ｎｍの可視光
線）の照射により、炭酸ガス（ＣＯ2 ）と水（Ｈ2 Ｏ）
から糖（Ｃ6 Ｈ12Ｏ6 ）が合成される。実際の反応はさ
らに各種栄養素（窒素、リン等）を吸収して藻体（構成
元素：Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｎ，Ｐ）が合成される。式（１）に
示すとおり光合成反応が進行すると酸素（Ｏ2 ）が発生
し、水に溶解する。そのため、反応が進行するにつれて
培養液中の溶存酸素量が増大し場合によっては４０ｐｐ
ｍ以上となり、式（１）の反応が右に進みにくくなり、
反応速度が低下してしまう。本発明の目的は、このよう
な従来技術の問題点を解決し、反応が進行しても反応速
度が低下することなく初期の反応速度を維持することが
でき、高い生産効率を得ることができる微細藻類の培養
方法を提供することにある。
【０００４】
【化１】
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は光合成反応槽中
に微細藻類の種と培養液を供給し、光と炭酸ガスとを供
給して光合成反応を進行させ微細藻類の増殖を行う方法
において、培養液中に放散ガスを吹き込むことによって
培養液中の溶存酸素量が１０ｐｐｍを超えないように制
御するとともに、培養液のｐＨが７．０〜９．０の範囲
になるよう炭酸ガスの供給量を制御することを特徴とす
る光合成微細藻類の培養方法である。すなわち本発明
は、培養液への炭酸ガスの供給量を調整することによっ
て培養液のｐＨを微細藻類の成育に適した７．０〜９．
０の範囲に制御し、さらに放散ガスを吹き込むことによ
って培養液中の溶存酸素を放散させ、溶存酸素量を１０
ｐｐｍ以下に抑え、光合成反応を促進させることを特徴
としている。
に微細藻類の種と培養液を供給し、光と炭酸ガスとを供
給して光合成反応を進行させ微細藻類の増殖を行う方法
において、培養液中に放散ガスを吹き込むことによって
培養液中の溶存酸素量が１０ｐｐｍを超えないように制
御するとともに、培養液のｐＨが７．０〜９．０の範囲
になるよう炭酸ガスの供給量を制御することを特徴とす
る光合成微細藻類の培養方法である。すなわち本発明
は、培養液への炭酸ガスの供給量を調整することによっ
て培養液のｐＨを微細藻類の成育に適した７．０〜９．
０の範囲に制御し、さらに放散ガスを吹き込むことによ
って培養液中の溶存酸素を放散させ、溶存酸素量を１０
ｐｐｍ以下に抑え、光合成反応を促進させることを特徴
としている。
【０００６】光合成反応に必要な炭素源として炭酸ガス
を培養液へ吹き込むことは不可欠であるが炭酸ガスの吹
き込み量が多くなりすぎるとＨ2 ＣＯ3 として溶解しｐ
Ｈが低下し、藻類の成育に適したｐＨ範囲を外れてしま
うので放散ガスとして炭酸ガスを使用することはできな
い。従って培養液のｐＨ値がクロレラ、スピルリナ、ク
ラミドモナスなどの微細藻培養の適正範囲であるｐＨ
７．０〜９．０となるよう炭酸ガスの吹き込み量を制御
するとともに、培養液中の溶存酸素濃度が１０ｐｐｍを
超えないように放散ガスの吹き込み量を制御するのであ
る。放散ガスとして空気や窒素あるいはこれらの混合ガ
スなどを吹き込むことにより培養液中の溶存酸素濃度は
低減し、その濃度は空気と培養液が接触している場合の
平衡溶存酸素濃度（２５℃で約８．５ｐｐｍ）付近、あ
るいはそれ以下となる。放散ガスは散気装置により微細
気泡として吹き込むことにより、気液接触効率を高める
ことができ、より確実に溶存酸素のパージを行うことが
できる。一方炭酸ガスは培養液のｐＨを検出しながら供
給量の制御を行うので、パージ操作によって光合成に必
要な炭酸ガス量が不足することはない。パージガスによ
る炭酸ガスの放散はｐＨが７以上になると急激に少なく
なり、ｐＨ８付近からほとんど零となる。炭酸ガスの水
中での解離は次の式（２）及び（３）で表されるが、図
２に示すようにｐＨ７〜９の範囲ではＣＯ2 はほとんど
ＨＣＯ3 - の形で存在し、これが微細藻類増殖のための
炭素源として利用される。
を培養液へ吹き込むことは不可欠であるが炭酸ガスの吹
き込み量が多くなりすぎるとＨ2 ＣＯ3 として溶解しｐ
Ｈが低下し、藻類の成育に適したｐＨ範囲を外れてしま
うので放散ガスとして炭酸ガスを使用することはできな
い。従って培養液のｐＨ値がクロレラ、スピルリナ、ク
ラミドモナスなどの微細藻培養の適正範囲であるｐＨ
７．０〜９．０となるよう炭酸ガスの吹き込み量を制御
するとともに、培養液中の溶存酸素濃度が１０ｐｐｍを
超えないように放散ガスの吹き込み量を制御するのであ
る。放散ガスとして空気や窒素あるいはこれらの混合ガ
スなどを吹き込むことにより培養液中の溶存酸素濃度は
低減し、その濃度は空気と培養液が接触している場合の
平衡溶存酸素濃度（２５℃で約８．５ｐｐｍ）付近、あ
るいはそれ以下となる。放散ガスは散気装置により微細
気泡として吹き込むことにより、気液接触効率を高める
ことができ、より確実に溶存酸素のパージを行うことが
できる。一方炭酸ガスは培養液のｐＨを検出しながら供
給量の制御を行うので、パージ操作によって光合成に必
要な炭酸ガス量が不足することはない。パージガスによ
る炭酸ガスの放散はｐＨが７以上になると急激に少なく
なり、ｐＨ８付近からほとんど零となる。炭酸ガスの水
中での解離は次の式（２）及び（３）で表されるが、図
２に示すようにｐＨ７〜９の範囲ではＣＯ2 はほとんど
ＨＣＯ3 - の形で存在し、これが微細藻類増殖のための
炭素源として利用される。
【０００７】
【化２】
【０００８】以下、本発明の方法についてその１実施態
様を示す図１に従って説明する。図１において、光合成
反応槽１の中に供給液ポンプ４から種となる少量の微細
藻２と培養液３を導入する。培養液３中には窒素、リン
等の藻類の成育に必要な栄養分とＮａやＫなどのアルカ
リ分が硝酸塩や硫酸塩などの栄養分の塩の形で含まれて
いる。光合成反応槽１の表面から太陽光が供給され、光
合成に必要な炭酸ガス（ＣＯ2 ）は炭酸ガスボンベ２１
から減圧弁２２、流量調節弁２３及び散気装置１４を介
して培養液３中に供給される。培養液３は攪拌機６によ
り攪拌され培養が進行する。攪拌機６としては通常羽根
付きの水車（パドルフィール）を使用する。いる。培養
液３中に取り付けられたｐＨ検出計２６により培養液の
ｐＨ値を検出し、ｐＨ値が藻類の成育に適した７．０〜
９．０の範囲になるようにコントローラ２７で演算し、
これと連結する流量調節弁２３に信号を送り、炭酸ガス
の流入量の制御を行う。ｐＨが９を超えると微細藻類の
増殖速度が低下し、また、ｐＨが７未満では炭酸ガスが
空気中に放散しやすくなってしまう。
様を示す図１に従って説明する。図１において、光合成
反応槽１の中に供給液ポンプ４から種となる少量の微細
藻２と培養液３を導入する。培養液３中には窒素、リン
等の藻類の成育に必要な栄養分とＮａやＫなどのアルカ
リ分が硝酸塩や硫酸塩などの栄養分の塩の形で含まれて
いる。光合成反応槽１の表面から太陽光が供給され、光
合成に必要な炭酸ガス（ＣＯ2 ）は炭酸ガスボンベ２１
から減圧弁２２、流量調節弁２３及び散気装置１４を介
して培養液３中に供給される。培養液３は攪拌機６によ
り攪拌され培養が進行する。攪拌機６としては通常羽根
付きの水車（パドルフィール）を使用する。いる。培養
液３中に取り付けられたｐＨ検出計２６により培養液の
ｐＨ値を検出し、ｐＨ値が藻類の成育に適した７．０〜
９．０の範囲になるようにコントローラ２７で演算し、
これと連結する流量調節弁２３に信号を送り、炭酸ガス
の流入量の制御を行う。ｐＨが９を超えると微細藻類の
増殖速度が低下し、また、ｐＨが７未満では炭酸ガスが
空気中に放散しやすくなってしまう。
【０００９】一方、培養液３中に蓄積してくる溶存酸素
を減少させるための放散ガスとして空気又は窒素などの
不活性ガスを吹き込む。放散ガスとして窒素ガスを使用
する場合には、窒素ガスボンベ３１から減圧弁３２、流
量調節弁３４及び散気装置１４を介して培養液３に吹き
込む。放散ガスとして空気を使用する場合には、ブロワ
３５、仕切り弁３３、流量調節弁３４及び散気装置１４
を介して培養液３に吹き込む。また、窒素と空気とを混
合器４０で任意の割合に混合して使用してもよい。放散
ガスとしては酸素含有量が空気より少なく、藻類の成育
に悪影響を与えないものであれば支障無く使用できる
が、経済性などの点から窒素、空気、燃焼排ガスなどが
好適である。放散ガスの吹き込み量は、培養液３中に取
り付けた溶存酸素計３７により溶存酸素濃度を検出し、
溶存酸素濃度が１０ｐｐｍを超えない範囲で定めた設定
値以下になるようコントローラ３６で調節し、これと連
動する流量調節弁３４に信号を送り放散ガスの流入量を
制御する。
を減少させるための放散ガスとして空気又は窒素などの
不活性ガスを吹き込む。放散ガスとして窒素ガスを使用
する場合には、窒素ガスボンベ３１から減圧弁３２、流
量調節弁３４及び散気装置１４を介して培養液３に吹き
込む。放散ガスとして空気を使用する場合には、ブロワ
３５、仕切り弁３３、流量調節弁３４及び散気装置１４
を介して培養液３に吹き込む。また、窒素と空気とを混
合器４０で任意の割合に混合して使用してもよい。放散
ガスとしては酸素含有量が空気より少なく、藻類の成育
に悪影響を与えないものであれば支障無く使用できる
が、経済性などの点から窒素、空気、燃焼排ガスなどが
好適である。放散ガスの吹き込み量は、培養液３中に取
り付けた溶存酸素計３７により溶存酸素濃度を検出し、
溶存酸素濃度が１０ｐｐｍを超えない範囲で定めた設定
値以下になるようコントローラ３６で調節し、これと連
動する流量調節弁３４に信号を送り放散ガスの流入量を
制御する。
【００１０】培養が進行し微細藻類が増殖したら、一定
期間ごとに回収ポンプ５で生産された藻体を培養液とと
もに抜き出して回収する。このように培養液のｐＨと溶
存酸素を検出し、この信号を炭酸ガス及び放散ガスを吹
き込む流量調節弁にフィードバックして制御することに
より、培養の進行に連れて光合成反応の速度が低下する
ことのない、高効率の微細藻培養が可能となる。
期間ごとに回収ポンプ５で生産された藻体を培養液とと
もに抜き出して回収する。このように培養液のｐＨと溶
存酸素を検出し、この信号を炭酸ガス及び放散ガスを吹
き込む流量調節弁にフィードバックして制御することに
より、培養の進行に連れて光合成反応の速度が低下する
ことのない、高効率の微細藻培養が可能となる。
【００１１】
培養液組成；ＣＯ（ＮＨ2 ）2 ：０．６ｇ、ＫＨ2 ＰＯ
4 ：０．３ｇ、ＭｇＳＯ4 ・７Ｈ2 Ｏ：０．３ｇ、Ｆｅ
ＳＯ4 ・７Ｈ2 Ｏ：５ｍｇを水１．０リットルに溶解 藻の濃度；５００〜１０００ｍｇ／リットル ＣＯ2 供給量；培養液のｐＨが７．０〜９．０の範囲と
なるよう調整 液温； 常温 光供給量（照度）； １０ｋｌｕｘ 〔測定結果〕培養開始から約２時間経過した時点で酸素
発生速度を測定した結果を表１に示す。
4 ：０．３ｇ、ＭｇＳＯ4 ・７Ｈ2 Ｏ：０．３ｇ、Ｆｅ
ＳＯ4 ・７Ｈ2 Ｏ：５ｍｇを水１．０リットルに溶解 藻の濃度；５００〜１０００ｍｇ／リットル ＣＯ2 供給量；培養液のｐＨが７．０〜９．０の範囲と
なるよう調整 液温； 常温 光供給量（照度）； １０ｋｌｕｘ 〔測定結果〕培養開始から約２時間経過した時点で酸素
発生速度を測定した結果を表１に示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】表１から、溶存酸素濃度が光合成反応速度
に影響を及ぼすことが明らかである。すなわち窒素ガス
パージ（溶存酸素＝０）の場合が光合成反応速度が最も
高く、空気パージ（溶存酸素＝８．５ｐｐｍ）では速度
が約２割低下し、さらに空気パージで空気量が少ない例
（溶存酸素＝２５ｐｐｍ）では窒素パージの場合の半分
以下になる。これらの結果から、培養液中の溶存酸素濃
度を低減させることは、光合成速度の増大、藻類の生産
速度向上に有効な手段であることがわかる。
に影響を及ぼすことが明らかである。すなわち窒素ガス
パージ（溶存酸素＝０）の場合が光合成反応速度が最も
高く、空気パージ（溶存酸素＝８．５ｐｐｍ）では速度
が約２割低下し、さらに空気パージで空気量が少ない例
（溶存酸素＝２５ｐｐｍ）では窒素パージの場合の半分
以下になる。これらの結果から、培養液中の溶存酸素濃
度を低減させることは、光合成速度の増大、藻類の生産
速度向上に有効な手段であることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】本発明の方法によれば光合成微細藻の生
産速度（増殖速度）が従来方法に比較して著しく増大す
る。従って同規模の培養槽（装置）では生産物の回収量
が多くなり、また同じ量の生産物を得るためには培養槽
（装置）がコンパクトになる。また、本発明の方法によ
る培養液の水質管理及び制御方式によれば、培養液のｐ
Ｈの変動や、溶存酸素濃度の増大による微細藻の増殖阻
害を防止することができ、安定した培養条件を維持する
ことが可能となる。
産速度（増殖速度）が従来方法に比較して著しく増大す
る。従って同規模の培養槽（装置）では生産物の回収量
が多くなり、また同じ量の生産物を得るためには培養槽
（装置）がコンパクトになる。また、本発明の方法によ
る培養液の水質管理及び制御方式によれば、培養液のｐ
Ｈの変動や、溶存酸素濃度の増大による微細藻の増殖阻
害を防止することができ、安定した培養条件を維持する
ことが可能となる。
【図１】本発明による微細藻培養の１実施態様を示す全
体システムの構成説明図。
体システムの構成説明図。
【図２】水溶液中におけるＣＯ2 の解離度とｐＨとの関
係を示すグラフ。
係を示すグラフ。
【図３】従来技術による微細藻培養の１例を示す全体シ
ステムの構成説明図。
ステムの構成説明図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 義則 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社本社内 (72)発明者 生田 義明 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社本社内 (72)発明者 植田 良平 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 光合成反応槽中に微細藻類の種と培養液
を供給し、光と炭酸ガスとを供給して光合成反応を進行
させ微細藻類の増殖を行う方法において、培養液中に放
散ガスを吹き込むことによって培養液中の溶存酸素量が
１０ｐｐｍを超えないように制御するとともに、培養液
のｐＨが７．０〜９．０の範囲になるよう炭酸ガスの供
給量を制御することを特徴とする光合成微細藻類の培養
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3805494A JPH07246086A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 光合成微細藻類の培養方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3805494A JPH07246086A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 光合成微細藻類の培養方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07246086A true JPH07246086A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=12514809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3805494A Withdrawn JPH07246086A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 光合成微細藻類の培養方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07246086A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1994
- 1994-03-09 JP JP3805494A patent/JPH07246086A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |