JP7375487B2 - 微生物製造装置 - Google Patents

Description

本開示は、微生物製造装置に関する。

近年、バイオ燃料（炭化水素やバイオディーゼル）、生理活性物質、または、酵素を産生する微生物（特に、微細藻類）が注目されている。このような微生物を大量に培養し、石油に代わるエネルギーとして利用したり、薬品、飲料、食品、化成品等に利用したりすることが検討されている。

微生物として藻類を培養する技術として、１の培養槽で藻類を連続的に培養する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の技術は、増殖した分の藻類と培養液との懸濁液を培養槽から抜き出して固液分離し、培養液に紫外線を照射した後、培養槽に返送する。

特開２０００－２２８９７５号公報

しかし、上記特許文献１のような微生物を連続的に培養する技術では、微生物が培養槽に長期間留まることになるため、培養槽内の微生物が変質したり、劣化したりするおそれがある。

本開示は、このような課題に鑑み、培養槽内の微生物の変質や劣化を抑制することが可能な微生物製造装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る微生物製造装置は、微生物と培養液との懸濁液を収容する複数の培養ユニットと、複数の培養ユニットのうち、最初の培養ユニットに新たな微生物を供給する微生物供給部と、複数の培養ユニットのうち、いずれか１の培養ユニットに新たな培養液を供給する培養液供給部と、培養ユニットの懸濁液を、懸濁液よりも微生物の濃度が高い濃縮液と、培養液とに分離する濃縮部と、複数の培養ユニットのうちのいずれか１の培養ユニットの懸濁液から分離された培養液と、前段の培養ユニットの懸濁液から分離された濃縮液とを所定の比率で次段の培養ユニットに送出する濃縮液送出部と、を備える。

また、濃縮液送出部は、複数の培養ユニットのうち、少なくとも、最初の培養ユニット以外の培養ユニットに収容された懸濁液中の微生物の濃度が所定の濃度範囲内となるように、濃縮液を送出してもよい。

また、培養ユニットから濃縮部へ懸濁液を送出する懸濁液送出部を備え、懸濁液送出部は、培養ユニットの下部から懸濁液を取り出してもよい。

また、複数の培養ユニットの容積は、前段の培養ユニットよりも後段の培養ユニットの方が大きくてもよい。

また、濃縮液送出部は、前段の培養ユニットの懸濁液から分離された培養液と、前段の培養ユニットの懸濁液から分離された濃縮液とを所定の比率で次段の培養ユニットに送出してもよい。

また、濃縮液を収容する濃縮液収容ユニットを備え、濃縮液送出部は、複数の培養ユニットのうち、最後の培養ユニットの懸濁液から分離された濃縮液を濃縮液収容ユニットに送出し、濃縮液収容ユニットの容積は、培養ユニットよりも小さくてもよい。

また、培養ユニットは、少なくとも一部が大気開放されていてもよい。

本開示によれば、培養槽内の微生物の変質や劣化を抑制することが可能となる。

実施形態の微生物製造装置を説明するための図である。 送出ユニットを説明する図である。 送出ユニットによる懸濁液の抜き出しと濃縮液の送出とを説明する図である。 第１の変形例の微生物製造装置を説明する図である。 第２の変形例の送出ユニットを説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

［微生物製造装置１００］
図１は、本実施形態の微生物製造装置１００を説明するための図である。図１に示すように、微生物製造装置１００は、複数の培養ユニット１１０（図１中、１１０Ａ～１１０Ｄで示す）と、濃縮液収容ユニット１１２と、微生物供給部１２０と、培養液供給部１３０と、送出ユニット１４０（図１中、１４０Ａ～１４０Ｄで示す）を含む。なお、図１中、微生物を含む液、培養液、および、懸濁液の流れを実線の矢印で示す。

本実施形態において、微生物製造装置１００は、屋外に設置される。また、微生物製造装置１００が、太陽光１０と光合成を行う微生物を培養する場合を例に挙げる。

微生物製造装置１００は、複数（例えば、４つ）の培養ユニット１１０（１１０Ａ～１１０Ｄ）を備える。培養ユニット１１０は、微生物と培養液との懸濁液を収容する。本実施形態において、培養ユニット１１０は、１または複数の培養槽を含む。培養ユニット１１０は、少なくとも一部（本実施形態では上部）が大気開放されている。なお、微生物は、藻類、酵母、または、菌類である。また、藻類は、例えば、ボツリオコッカス、ナンノクロロプシス、ユーグレナ、シュードコリシスチス等の微細藻類である。

また、本実施形態において、各培養ユニット１１０を構成する培養槽の容積（培養槽に収容される懸濁液の容積）は、実質的に等しい。一方、複数の培養ユニット１１０は、後段に向かうに従って、多数の培養槽を備える。つまり、培養ユニット１１０の容積は、前段の培養ユニット１１０よりも後段の培養ユニット１１０の方が大きい。

濃縮液収容ユニット１１２は、後述する送出ユニット１４０によって、最後の培養ユニット１１０Ｄから分離された濃縮液を収容する。なお、濃縮液は、懸濁液よりも微生物の濃度が高い液である。濃縮液収容ユニット１１２は、１または複数の収容槽を含む。また、濃縮液収容ユニット１１２の容積は、培養ユニット１１０よりも小さい。

微生物供給部１２０は、複数の培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄのうち、最初の培養ユニット１１０Ａに新たな微生物を供給する。本実施形態において、微生物供給部１２０は、新規微生物貯留部１２２と、微生物供給管１２４と、ポンプ１２６とを含む。

新規微生物貯留部１２２は、新たな微生物（新個体の微生物）を含む液を貯留する。微生物供給管１２４は、一端が新規微生物貯留部１２２に接続される。微生物供給管１２４の他端には開口１２４ａが形成される。微生物供給管１２４は、開口１２４ａが、培養ユニット１１０Ａに臨むように設けられる。ポンプ１２６は、新たな微生物を含む液を吸引して、培養ユニット１１０Ａに吐出する。

培養液供給部１３０は、最初の培養ユニット１１０Ａに新たな培養液を供給する。培養液は、微生物の培養（増殖）に必要な成分を含む液である。本実施形態において、培養液供給部１３０は、新規培養液貯留部１３２と、培養液供給管１３４と、ポンプ１３６とを含む。

新規培養液貯留部１３２は、培養液を貯留する。培養液供給管１３４は、一端が新規培養液貯留部１３２に接続される。培養液供給管１３４の他端には開口１３４ａが形成される。培養液供給管１３４は、開口１３４ａが、培養ユニット１１０Ａに臨むように設けられる。ポンプ１３６は、新たな培養液を吸引して、培養ユニット１１０Ａに吐出する。

送出ユニット１４０は、前段の培養ユニット１１０から懸濁液を抜き出して、濃縮液と、培養液とに分離する。そして、送出ユニット１４０は、濃縮液の一部または全部と、培養液の一部または全部とを次段の培養ユニット１１０に送出する。

図２は、送出ユニット１４０を説明する図である。図２に示すように、送出ユニット１４０は、懸濁液送出部１５０と、濃縮部１６０と、濃縮液送出部１７０と、濃度測定部１８０と、送出制御部１９０とを含む。なお、図２中、懸濁液、培養液、および、濃縮液の流れを実線の矢印で示す。図２中、信号の流れを破線の矢印で示す。なお、図２中、送出制御部１９０とポンプ１５４とを接続する信号の流れを示す破線、送出制御部１９０とポンプ１７６ａとを接続する信号の流れを示す破線、および、送出制御部１９０とポンプ１７６ｂとを接続する信号の流れを示す破線は、図面の簡明化のため図示を省略する。

懸濁液送出部１５０は、培養ユニット１１０から濃縮部１６０へ懸濁液を送出する。懸濁液送出部１５０は、培養ユニット１１０の下部から懸濁液を取り出す。本実施形態において、懸濁液送出部１５０は、受入管１５２と、ポンプ１５４とを含む。受入管１５２は、ポンプ１５４の吐出側と、濃縮部１６０とを接続する。ポンプ１５４は、前段の培養ユニット１１０（図２では、培養ユニット１１０Ａ）内に設けられる。ポンプ１５４は、吸入側が前段の培養ユニット１１０の下部に開口する。ポンプ１５４は、前段の培養ユニット１１０内の懸濁液を吸引して、濃縮部１６０に吐出する。

濃縮部１６０は、懸濁液送出部１５０によって導かれた前段の培養ユニット１１０の懸濁液を濃縮液と培養液とに分離（固液分離）する。濃縮部１６０は、例えば、特開２０１６－２１４１５１号公報に記載された技術、遠心分離機等既存の様々な技術を適用できるので、ここでは、詳細な説明を省略する。本実施形態において、濃縮部１６０は、送出先の培養ユニット１１０を構成する培養槽ごとに設けられる。つまり、濃縮部１６０の数は、前段から後段（送出ユニット１４０Ａから送出ユニット１４０Ｄ）に向かうに従って増加する。

濃縮液送出部１７０は、前段の培養ユニット１１０の懸濁液から分離された培養液と、微生物の流れ方向における前段の培養ユニット１１０の懸濁液から分離された濃縮液とを、所定の比率で次段の培養ユニット１１０（図２では、培養ユニット１１０Ｂ）に送出する。また、濃縮液送出部１７０は、複数の培養ユニット１１０のうち、最後の培養ユニット１１０（図１中、培養ユニット１１０Ｄ）の懸濁液から分離された濃縮液を濃縮液収容ユニット１１２に送出する。

図２に示すように、本実施形態において、濃縮液送出部１７０は、濃縮液配管１７２ａ～１７２ｃと、培養液配管１７４ａ～１７４ｃと、ポンプ１７６ａ、１７６ｂと、流量調整弁１７８ａ、１７８ｂとを含む。

濃縮液配管１７２ａは、濃縮部１６０における濃縮液滞留部と、ポンプ１７６ａの吸入側とを接続する。濃縮液配管１７２ｂは、一端がポンプ１７６ａの吐出側に接続される。濃縮液配管１７２ｂの他端には開口１７２ｂａが形成される。濃縮液配管１７２ｂは、開口１７２ｂａが次段の培養ユニット１１０に臨むように設けられる。濃縮液配管１７２ｃは、一端がポンプ１７６ａの吐出側に接続される。濃縮液配管１７２ｃの他端には開口１７２ｃａが形成される。濃縮液配管１７２ｃは、開口１７２ｃａが前段の培養ユニット１１０に臨むように設けられる。

培養液配管１７４ａは、濃縮部１６０における培養液滞留部と、ポンプ１７６ｂの吸入側とを接続する。培養液配管１７４ｂは、ポンプ１７６ｂの吐出側と、濃縮液配管１７２ｂとを接続する。培養液配管１７４ｃは、ポンプ１７６ｂの吐出側と、濃縮液配管１７２ｃとを接続する。

ポンプ１７６ａは、濃縮部１６０における濃縮液滞留部に滞留された濃縮液を吸引して濃縮液配管１７２ｂ、１７２ｃに吐出する。ポンプ１７６ｂは、濃縮部１６０における培養液滞留部に滞留された培養液を吸引して培養液配管１７４ｂ、１７４ｃに吐出する。

流量調整弁１７８ａは、濃縮液配管１７２ｂに設けられる。流量調整弁１７８ａは、濃縮液配管１７２ｂ内に形成される流路の開度を調整する。流量調整弁１７８ａは、濃縮液配管１７２ｂを通過する濃縮液の流量を調整する。つまり、流量調整弁１７８ａは、濃縮部１６０から次段の培養ユニット１１０に導かれる濃縮液の流量を調整する。

流量調整弁１７８ｂは、培養液配管１７４ｂに設けられる。流量調整弁１７８ｂは、培養液配管１７４ｂ内に形成される流路の開度を調整する。流量調整弁１７８ｂは、培養液配管１７４ｂを通過する培養液の流量を調整する。つまり、流量調整弁１７８ｂは、濃縮部１６０から次段の培養ユニット１１０に導かれる培養液の流量を調整する。

濃度測定部１８０は、次段の培養ユニット１１０に収容された懸濁液に含まれる微生物の濃度を測定する。

送出制御部１９０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。送出制御部１９０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。送出制御部１９０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して送出ユニット１４０全体を管理および制御する。

本実施形態において、送出制御部１９０は、培養ユニット１１０Ａ～培養ユニット１１０Ｄに収容された懸濁液中の微生物の濃度が所定の濃度範囲内となるように、ポンプ１５４、１７６ａ、１７６ｂの駆動を制御し、流量調整弁１７８ａ、１７８ｂの開度を調整する。なお、所定の濃度範囲は、例えば、０．１ｇ／Ｌ以上１ｇ／Ｌ以下である。

図３は、送出ユニット１４０による懸濁液の抜き出しと濃縮液の送出とを説明する図である。図３（ａ）～図３（ｃ）は、複数の培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容された懸濁液中の微生物の量の経時変化を説明する図である。図３（ｄ）～（ｅ）は、複数の培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容された懸濁液中の培養液の量の経時変化を説明する図である。

図３（ａ）に示すように、時刻ｔ０において、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄすべてにおいて、微生物がｎ体収容されているとする。そして、時間の経過に伴って、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄ内において微生物が増殖する。このため、時刻ｔ０以降の時刻ｔａにおいて、図３（ｂ）に示すように、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容された微生物は（ｎ＋１）体となる。

そこで、送出制御部１９０は、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容される微生物がｎ体となるように、ポンプ１５４を制御して前段の培養ユニット１１０から懸濁液を抜き出す。そして、送出制御部１９０は、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容される微生物がｎ体となるように、ポンプ１７６ａおよび流量調整弁１７８ａを制御して、濃縮液を次段の培養ユニット１１０に送出する。

例えば、時刻ｔａにおいて、培養ユニット１１０Ａに新規の微生物が１体供給されると、送出制御部１９０は、図３（ｃ）に示すように、培養ユニット１１０Ａから培養ユニット１１０Ｂに２体の微生物が送出されるように、ポンプ１７６ａおよび流量調整弁１７８ａを制御する。同様に、送出制御部１９０は、培養ユニット１１０Ｂから培養ユニット１１０Ｃに３体の微生物が送出されるように、ポンプ１７６ａおよび流量調整弁１７８ａを制御する。また、送出制御部１９０は、培養ユニット１１０Ｃから培養ユニット１１０Ｄに４体の微生物が送出されるように、ポンプ１７６ａおよび流量調整弁１７８ａを制御する。また、送出制御部１９０は、培養ユニット１１０Ｄから濃縮液収容ユニット１１２に５体の微生物が送出されるように、ポンプ１７６ａおよび流量調整弁１７８ａを制御する。

これにより、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容される微生物の量は、ｎ体に維持されることになる（図３（ａ）に戻る）。また、濃縮液収容ユニット１１２に送出された濃縮液は、不図示の微生物処理装置に導かれる。微生物処理装置は、例えば、濃縮液を乾燥して微生物を取り出した後、微生物からバイオ燃料、生理活性物質、または酵素を抽出する。

一方、図３（ｄ）に示すように、時刻ｔ０において、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄすべてにおいて、培養液がｍＬ収容されているとする。そして、時間の経過に伴って、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄから培養液の一部が蒸発する。このため、時刻ｔａにおいて、図３（ｅ）に示すように、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容された培養液は（ｍ－１）Ｌとなる。

そこで、送出制御部１９０は、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容される培養液がｍＬとなるように、ポンプ１５４を制御して前段の培養ユニット１１０から懸濁液を抜き出す。そして、送出制御部１９０は、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容される培養液がｍＬとなるように、ポンプ１７６ｂおよび流量調整弁１７８ｂを制御して、培養液を次段の培養ユニット１１０に送出する。

例えば、時刻ｔｂにおいて、培養ユニット１１０Ａに新規の培養液が６Ｌ供給されると、送出制御部１９０は、図３（ｆ）に示すように、培養ユニット１１０Ａから培養ユニット１１０Ｂに５Ｌの培養液が送出されるように、ポンプ１７６ｂおよび流量調整弁１７８ｂを制御する。同様に、送出制御部１９０は、培養ユニット１１０Ｂから培養ユニット１１０Ｃに４Ｌの培養液が送出されるように、ポンプ１７６ｂおよび流量調整弁１７８ｂを制御する。また、送出制御部１９０は、培養ユニット１１０Ｃから培養ユニット１１０Ｄに３Ｌの培養液が送出されるように、ポンプ１７６ｂおよび流量調整弁１７８ｂを制御する。また、送出制御部１９０は、培養ユニット１１０Ｄから２Ｌの培養液が外部に廃棄されるように、ポンプ１７６ｂおよび流量調整弁１７８ｂを制御する。

これにより、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容される培養液の量は、ｍＬに維持されることになる（図３（ｄ）に戻る）。

以上説明したように、本実施形態にかかる微生物製造装置１００は、複数の培養ユニット１１０、濃縮部１６０、および、濃縮液送出部１７０を備える。これにより、微生物製造装置１００は、最初の培養ユニット１１０Ａから最後の培養ユニット１１０Ｄに向かって、微生物を順次移動させることができる。したがって、微生物製造装置１００は、同一の微生物の、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄにおける長期間の滞留を抑制することが可能となる。このため、微生物製造装置１００は、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容される微生物の変質や劣化を抑制することができる。したがって、微生物製造装置１００は、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄにおいて、微生物を効率よく培養（増殖）することが可能となる。

同様に、微生物製造装置１００は、最初の培養ユニット１１０Ａから最後の培養ユニット１１０Ｄに向かって、培養液を順次移動させることができる。したがって、微生物製造装置１００は、同一の培養液の、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄにおける長期間の滞留を抑制することが可能となる。このため、微生物製造装置１００は、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容される培養液の変質や劣化を抑制することができる。したがって、微生物製造装置１００は、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄにおいて、微生物を効率よく培養することが可能となる。

また、上記したように、濃縮液送出部１７０は、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに収容された懸濁液中の微生物の濃度が所定の濃度範囲内となるように、濃縮液を送出する。これにより、微生物製造装置１００は、培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄ内を微生物の培養環境に適した状態とすることができる。

また、上記したように、懸濁液送出部１５０は、培養ユニット１１０の下部から懸濁液を取り出す。微生物は、劣化すると、比重が大きくなるものがある（例えば、藻類）。したがって、懸濁液送出部１５０が培養ユニット１１０の下部から懸濁液を取り出すことにより、濃縮液送出部１７０は、劣化した微生物を選択的に次段の培養ユニット１１０に送出することができる。これにより、微生物製造装置１００は、劣化した微生物が培養ユニット１１０Ａ～１１０Ｄに長期間滞留する事態を回避することが可能となる。つまり、微生物製造装置１００は、劣化した微生物を迅速に収穫（回収）することができる。

また、上記したように、微生物製造装置１００では、最初の培養ユニット１１０Ａから最後の培養ユニット１１０Ｄに向かうに従って、移動される微生物の量が多くなる一方、移動される培養液の量は少なくなる。したがって、微生物製造装置１００では、前段の濃縮部１６０よりも後段の濃縮部１６０の方が、濃縮部１６０全体の処理負荷が大きくなる。そこで、上記したように、微生物製造装置１００は、前段の培養ユニット１１０よりも後段の培養ユニット１１０の方が容積が大きく、濃縮部１６０の数が前段から後段に向かうに従って増加するように、複数の培養ユニット１１０および複数の濃縮部１６０を構成する。これにより、１の濃縮部１６０の処理負荷を平均化することが可能となる。したがって、濃縮部１６０による濃縮能力が限界を超えてしまう事態を回避することができる。

また、上記したように、濃縮液収容ユニット１１２の容積は、培養ユニット１１０よりも小さい。これにより、濃縮液収容ユニット１１２からの微生物の回収を容易に行うことができる。

また、上記したように、培養ユニット１１０は、少なくとも一部が大気開放されている。これにより、培養ユニット１１０に収容された微生物は、大気から二酸化炭素等を取り入れたり、大気に酸素を放出したりすることが可能となる。

［第１の変形例］
上記実施形態において、培養液供給部１３０は、最初の培養ユニット１１０Ａに新たな培養液を供給し、濃縮液送出部１７０は、前段の培養ユニット１１０の懸濁液から分離された培養液を、次段の培養ユニット１１０に送出する場合を例に挙げた。しかし、培養液の供給先、および、送出先に限定はない。

図４は、第１の変形例の微生物製造装置２００を説明する図である。図４に示すように、微生物製造装置２００は、複数の培養ユニット１１０（図４中、１１０Ａ～１１０Ｄで示す）と、濃縮液収容ユニット１１２と、微生物供給部１２０と、培養液供給部２３０と、送出ユニット１４０（図４中、１４０Ａ～１４０Ｄで示す）を含む。図４中、微生物を含む液、培養液、および、懸濁液の流れを実線の矢印で示す。なお、上記微生物製造装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

培養液供給部２３０は、新規培養液貯留部１３２と、培養液供給管２３４と、ポンプ１３６とを含む。培養液供給管２３４は、一端が新規培養液貯留部１３２に接続される。培養液供給管２３４の他端には開口２３４ａが形成される。培養液供給管２３４は、開口２３４ａが、最後の培養ユニット１１０Ｄに臨むように設けられる。つまり、培養液供給部２３０は、最後の培養ユニット１１０Ｄに新たな培養液を供給する。

また、第１の変形例において、送出ユニット１４０Ｄを構成する培養液配管１７４ｃは、最初の培養ユニット１１０Ａに接続される。

これにより、第１の変形例の微生物製造装置２００は、最後の培養ユニット１１０Ｄに収容される微生物を新たな培養液で洗浄することができる。したがって、微生物製造装置２００は、濃縮液収容ユニット１１２に導かれる濃縮液、つまり、収穫される微生物を洗浄することが可能となる。これにより、微生物製造装置２００は、後段の微生物処理装置における乾燥処理、抽出処理等の処理負荷を低減することができる。

［第２の変形例］
図５は、第２の変形例の送出ユニット３００を説明する図である。送出ユニット３００は、懸濁液送出部１５０と、濃縮部１６０と、濃縮液送出部１７０と、濃度測定部１８０と、送出制御部１９０と、栄養塩供給部３１０と、殺菌剤供給部３２０と、栄養塩測定部３３０と、栄養制御部３４０とを含む。なお、図５中、懸濁液、培養液、濃縮液、栄養塩、および、殺菌剤の流れを実線の矢印で示す。図５中、信号の流れを破線の矢印で示す。なお、図５中、濃度測定部１８０、送出制御部１９０、栄養制御部３４０と栄養塩送出機構３１６ａ、３１６ｂとを接続する信号の流れを示す破線、および、栄養制御部３４０と殺菌剤送出機構３２６ａ、３２６ｂとを接続する信号の流れを示す破線は、図面の簡明化のため図示を省略する。また、上記微生物製造装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、栄養塩供給部３１０は、濃縮液に栄養塩を供給する。本実施形態において、栄養塩供給部３１０は、栄養塩貯留部３１２と、栄養塩供給管３１４ａ、３１４ｂと、栄養塩送出機構３１６ａ、３１６ｂとを含む。栄養塩貯留部３１２は、栄養塩を貯留する。栄養塩は、固体（粉体）であってもよいし、液体であってもよい。栄養塩は、例えば、二価の鉄（例えば、硫酸鉄（ＩＩ）、クエン酸鉄）、尿素、グルコース、酢酸である。

栄養塩供給管３１４ａは、栄養塩貯留部３１２と濃縮液配管１７２ｂとを接続する。栄養塩供給管３１４ｂは、栄養塩貯留部３１２と濃縮液配管１７２ｃとを接続する。栄養塩送出機構３１６ａは、栄養塩供給管３１４ａに設けられる。栄養塩送出機構３１６ｂは、栄養塩供給管３１４ｂに設けられる。栄養塩が固体である場合、栄養塩送出機構３１６ａ、３１６ｂは、スクリューフィーダで構成される。栄養塩が液体である場合、栄養塩送出機構３１６ａ、３１６ｂは、ポンプで構成される。

殺菌剤供給部３２０は、培養液に殺菌剤を供給する。本実施形態において、殺菌剤供給部３２０は、殺菌剤貯留部３２２と、殺菌剤供給管３２４ａ、３２４ｂと、殺菌剤送出機構３２６ａ、３２６ｂとを含む。殺菌剤貯留部３２２は、殺菌剤を貯留する。殺菌剤は、固体（粉体）であってもよいし、液体であってもよいし、気体であってもよい。殺菌剤は、例えば、マンガン、硝酸または硫酸等の強酸（希釈すると培養液の一部として藻類が利用できるもの）、水酸化カリウム等の強アルカリ（希釈すると培養液の一部として藻類が利用できるもの）、遊離塩素、オゾンである。

殺菌剤供給管３２４ａは、殺菌剤貯留部３２２と培養液配管１７４ｂとを接続する。殺菌剤供給管３２４ｂは、殺菌剤貯留部３２２と培養液配管１７４ｃとを接続する。殺菌剤送出機構３２６ａは、殺菌剤供給管３２４ａに設けられる。殺菌剤送出機構３２６ｂは、殺菌剤供給管３２４ｂに設けられる。殺菌剤が固体である場合、殺菌剤送出機構３２６ａ、３２６ｂは、スクリューフィーダで構成される。殺菌剤が液体または気体である場合、殺菌剤送出機構３２６ａ、３２６ｂは、ポンプで構成される。

栄養塩測定部３３０は、培養ユニット１１０に収容された懸濁液（培養液）に含まれる栄養塩の濃度を測定する。

栄養制御部３４０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。栄養制御部３４０は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。栄養制御部３４０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して、栄養塩送出機構３１６ａ、３１６ｂ、および、殺菌剤送出機構３２６ａ、３２６ｂを管理および制御する。

本実施形態において、栄養制御部３４０は、培養ユニット１１０に収容された懸濁液中の栄養塩の濃度が所定の濃度範囲内となるように、栄養塩送出機構３１６ａ、３１６ｂを駆動制御する。また、栄養制御部３４０は、培養液配管１７４ｂ、１７４ｃを通過する培養液に含まれる、培養対象の微生物ではない微生物（コンタミ）の殺菌に適した量の殺菌剤が供給されるように、殺菌剤送出機構３２６ａ、３２６ｂを駆動制御する。

以上説明したように、送出ユニット３００は、栄養塩供給部３１０を備える。これにより、栄養塩供給部３１０は、培養対象の微生物に対し、効率よく栄養塩を供給することができる。したがって、栄養塩供給部３１０は、コンタミに栄養塩が消費されてしまう事態を回避することができる。このため、送出ユニット３００を備える微生物製造装置は、目的とする微生物を効率よく培養することが可能となる。また、栄養塩供給部３１０は、高濃度の栄養塩を微生物に供給することができる。したがって、栄養塩供給部３１０は、栄養塩を効率よく微生物に吸収させることが可能となる。

また、二価の鉄を培養液に添加すると、時間の経過に従って、二価の鉄が酸化されて三価の鉄になってしまう。この場合、微生物は、三価の鉄を還元するためのエネルギーを消費することになる。また、三価の鉄は、培養液中で酸化水酸化鉄となり、沈殿してしまう。したがって、二価の鉄を培養液に添加する場合、微生物の増殖効率が低下してしまうという問題がある。これに対し、栄養塩供給部３１０は、栄養塩としての二価の鉄を微生物に直接吸収させることができる。したがって、送出ユニット３００を備える微生物製造装置は、微生物を効率よく増殖させることが可能となる。

また、尿素を培養液に添加すると、時間の経過に従って、尿素が、アンモニア、亜硝酸、または、硝酸に変化してしまう。この場合、微生物は、硝酸を還元するためのエネルギーを消費することになる。また、亜硝酸は、微生物に対し毒性を有する。また、アンモニア、亜硝酸、または、硝酸は、培養液のｐＨを変化させてしまう。したがって、尿素を培養液に添加する場合、微生物の増殖効率が低下してしまうという問題がある。これに対し、栄養塩供給部３１０は、栄養塩としての尿素を微生物に直接吸収させることができる。したがって、送出ユニット３００を備える微生物製造装置は、微生物を効率よく増殖させることが可能となる。

送出ユニット３００は、殺菌剤供給部３２０を備える。これにより、殺菌剤供給部３２０は、培養対象の微生物にダメージを与えることなく、培養液に含まれるコンタミを集中して殺菌することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、濃縮液送出部１７０が、前段の培養ユニット１１０の懸濁液から分離された培養液を次段の培養ユニット１１０に送出する構成を例に挙げた。しかし、濃縮液送出部１７０は、複数の培養ユニット１１０のうちのいずれか１の培養ユニット１１０の懸濁液から分離された培養液を、前段の培養ユニット１１０の懸濁液から分離された濃縮液と、所定の比率で次段の培養ユニット１１０に送出すればよい。また、培養液供給部１３０は、複数の培養ユニット１１０のうち、いずれか１の培養ユニット１１０に新たな培養液を供給してもよい。

また、上記実施形態および第１の変形例において、濃縮液送出部１７０が、すべての培養ユニット１１０に収容された懸濁液中の微生物の濃度が所定の濃度範囲内となるように、濃縮液を送出する場合を例に挙げた。しかし、濃縮液送出部１７０は、複数の培養ユニット１１０のうち、少なくとも、最初の培養ユニット１１０Ａ以外の培養ユニット１１０Ｂ～１１０Ｄに収容された懸濁液中の微生物の濃度が所定の濃度範囲内となるように、濃縮液を送出してもよい。

また、上記実施形態、第１の変形例、および、第２の変形例において、懸濁液送出部１５０が培養ユニット１１０の下部から懸濁液を取り出す場合を例に挙げた。しかし、懸濁液送出部１５０による懸濁液の取り出し箇所に限定はない。例えば、劣化すると比重が小さくなる微生物を培養する場合、懸濁液送出部１５０は、培養ユニット１１０の上部から懸濁液を取り出してもよい。

また、上記実施形態および第１の変形例において、複数の培養ユニット１１０の容積が、前段の培養ユニット１１０よりも後段の培養ユニット１１０の方が大きい場合を例に挙げた。しかし、複数の培養ユニット１１０の容積に限定はない。例えば、すべての培養ユニット１１０の容積が等しくてもよいし、複数の培養ユニット１１０の容積が、前段の培養ユニット１１０よりも後段の培養ユニット１１０の方が小さくてもよい。また、上記実施形態および変形例において、培養ユニット１１０が１または複数の培養槽で構成される場合を例に挙げた。しかし、培養ユニット１１０は、１の培養槽で構成されてもよい。

また、上記実施形態および第１の変形例において、濃縮液収容ユニット１１２の容積は、培養ユニット１１０よりも小さい場合を例に挙げた。しかし、濃縮液収容ユニット１１２の容積に限定はない。例えば、濃縮液収容ユニット１１２の容積は、培養ユニット１１０よりも大きくてもよいし、培養ユニット１１０と実質的に等しくてもよい。

また、上記実施形態、第１の変形例、および、第２の変形例において、培養ユニット１１０の一部が大気開放されている場合を例に挙げた。しかし、培養ユニット１１０は、大気開放されていなくてもよい。

また、上記第２の変形例において、栄養塩供給部３１０が、濃縮液配管１７２ｂに栄養塩を供給する場合を例に挙げた。しかし、微生物製造装置１００は、濃縮部１６０によって分離された濃縮液を一時的に保持するタンクを備え、栄養塩供給部３１０は、タンクに栄養塩を供給してもよい。これにより、微生物に栄養塩を確実に吸収させることができる。

また、栄養塩供給部３１０は、濃縮液に間欠的に栄養塩を供給してもよい。これにより、培養ユニット１１０に収容された懸濁液中の栄養塩が低濃度となる期間を生じさせることができる。したがって、培養ユニット１１０において、コンタミへの栄養塩の吸収を抑制することが可能となる。

本開示は、微生物製造装置に利用することができる。

１００ 微生物製造装置
１１０ 培養ユニット
１１０Ａ 培養ユニット（最初の培養ユニット）
１１０Ｄ 培養ユニット（最後の培養ユニット）
１１２ 濃縮液収容ユニット
１２０ 微生物供給部
１３０ 培養液供給部
１６０ 濃縮部
１７０ 濃縮液送出部
２００ 微生物製造装置
２３０ 培養液供給部

Claims (7)

1. 微生物と培養液との懸濁液を収容する複数の培養ユニットと、
   前記複数の培養ユニットのうち、最初の前記培養ユニットに新たな前記微生物を供給する微生物供給部と、
   前記複数の培養ユニットのうち、いずれか１の前記培養ユニットに新たな前記培養液を供給する培養液供給部と、
   前記培養ユニットの懸濁液を、前記懸濁液よりも前記微生物の濃度が高い濃縮液と、前記培養液とに分離する濃縮部と、
   複数の前記培養ユニットのうちのいずれか１の前記培養ユニットの懸濁液から分離された培養液と、前段の前記培養ユニットの懸濁液から分離された濃縮液とを所定の比率で次段の前記培養ユニットに送出する濃縮液送出部と、
   を備える微生物製造装置。
2. 前記濃縮液送出部は、前記複数の培養ユニットのうち、少なくとも、前記最初の培養ユニット以外の前記培養ユニットに収容された前記懸濁液中の前記微生物の濃度が所定の濃度範囲内となるように、前記濃縮液を送出する請求項１に記載の微生物製造装置。
3. 前記培養ユニットから前記濃縮部へ前記懸濁液を送出する懸濁液送出部を備え、
   前記懸濁液送出部は、前記培養ユニットの下部から前記懸濁液を取り出す請求項１または２に記載の微生物製造装置。
4. 前記複数の培養ユニットの容積は、前段の前記培養ユニットよりも後段の前記培養ユニットの方が大きい請求項１から３のいずれか１項に記載の微生物製造装置。
5. 前記濃縮液送出部は、前記前段の培養ユニットの懸濁液から分離された培養液と、前記前段の培養ユニットの懸濁液から分離された濃縮液とを所定の比率で次段の前記培養ユニットに送出する請求項１から４のいずれか１項に記載の微生物製造装置。
6. 前記濃縮液を収容する濃縮液収容ユニットを備え、
   前記濃縮液送出部は、前記複数の培養ユニットのうち、最後の前記培養ユニットの懸濁液から分離された前記濃縮液を前記濃縮液収容ユニットに送出し、
   前記濃縮液収容ユニットの容積は、前記培養ユニットよりも小さい請求項１から５のいずれか１項に記載の微生物製造装置。
7. 前記培養ユニットは、少なくとも一部が大気開放されている請求項１から６のいずれか１項に記載の微生物製造装置。

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