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微細藻類の産業利用には
開放型と閉鎖型の培養の二種類の
大量培養技術が用いられています

微細藻類の大量培養技術

微細藻類を製品の原料として用いるためには、製品の規模、種類、価値に応じて閉鎖型、あるいは開放型のシステムを用いた大量培養が必要です。微細藻類の大量培養の2つの最も一般的な方法は、オープンポンド、タンク、レースウェイポンドなどの開放培養システムと、バイオリアクターを使用した制御された閉鎖培養システムです。

​微細藻類の開放型培養システム

微細藻類をスケールアップおよび培養する最初の試みの1つは、オープンレースウェイポンドを使用して達成されました [Johnson, 1988]。それ以来、オープンな培養システムで微細藻類を培養するための広範な研究が行われてきました。現在では、世界中の微細藻類バイオマスの90%以上がこれらのリアクターで生産されています [Fernandez, 2017]。オープン栽培システムの主な利点のいくつかは、資本と運用コストが最小限であり、培養混合に必要なエネルギーが少ないことです。 [Fernandez, 2017]一方、開放型システムはスケールアップするために広い領域を必要とし、品質の維持が難しく、汚染や悪天候の影響を受けやすいです。したがって、低価値のアプリケーションやバイオ燃料の生産に推奨されています [Chisti, 2013]。実際に、10から100ヘクタールの施設でレースウェイ原子炉を使用するスピルリナの大規模生産者として、Cyanotech(www.cyanotech.com)、Earthrise Nutritionals(www.earthrise.com)、Parry Nutraceuticals(www.murugappa.com)、ミャンマースピルリナ工場(ミャンマー)などが挙げられます [Fernandez, 2017]。また、大規模なDunaliellaの製造にもさまざまな企業で使用されており、日建総社(ww.chlostanin.co.jp)、ベタテン(www.betatene.com.au)、Nature Beta Technologies(イスラエル)、ABC Biotech Ltd.(インド)、Tianjin Lantai Biotechnology(中国)、Western Biotechnology Ltd.(オーストラリア)、Aqua Carotene Ltd.(オーストラリア)が挙げられます [Fernandez, 2017]。

閉鎖型フォトバイオリアクター培養の利用

閉鎖型フォトバイオリアクター(PBR)と呼ばれる閉鎖型培養システムは高度に制御された条件で操作できるため品質の点でより効率的であり、開放型培養システムの品質面の欠点を克服できます。商業規模で最も拡張されているのは管状のフォトバイオリアクターです [Fernandez, 2017]。PBRは選択したパラメータに応じて設計および最適化できます。この閉鎖型システムは光の可用性を高めながら汚染の問題を大幅に減らせるため、人間用の高価値バイオマスを生産するために使用されます。ただし、PBRには、生物汚損、過熱、底生藻類の成長、洗浄の問題、成長制限をもたらす溶存酸素の蓄積などいくつかの欠点もあり、特に、設計と運用に非常に高い資本コストがかかります [Chisti Y. , 2008]。
また、RBRで急速に成長する細胞の一部をPBRからオープンレースウェイポンドに移し、オープンポンドで脂質が蓄積されると栄養素が減少し藻が収穫されるという2段階ハイブリッド培養システムを用いることで、バイオマスの生産量が大きく向上することが知られており [Narala, 2016]、高効率なバイオ燃料の生産のための培養手法として期待されています。