特開 2016-222746 バイオディーゼル燃料抽出装置および抽出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-222746(P2016-222746A)

(43)【公開日】2016年12月28日

(54)【発明の名称】バイオディーゼル燃料抽出装置および抽出方法

(51)【国際特許分類】

   C10G 1/00 20060101AFI20161205BHJP

   C10L 1/02 20060101ALI20161205BHJP

   C11B 1/10 20060101ALI20161205BHJP

   C11C 3/10 20060101ALI20161205BHJP

【ＦＩ】

   C10G1/00 C

   C10L1/02

   C11B1/10

   C11C3/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-106878(P2015-106878)

(22)【出願日】2015年5月26日

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＢＤＦ

(71)【出願人】

【識別番号】515143212

【氏名又は名称】佐々木 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100095359

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100143834

【弁理士】

【氏名又は名称】楠 修二

(72)【発明者】

【氏名】野坂 裕一

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 洋

(72)【発明者】

【氏名】真壁 竜介

【テーマコード（参考）】

4H013

4H059

4H129

【Ｆターム（参考）】

4H013BA02

4H059AA02

4H059AA07

4H059BA12

4H059BC13

4H059CA11

4H059CA36

4H059CA87

4H059EA17

4H129BA03

4H129BB01

4H129BC30

(57)【要約】

【課題】安価な設備で、微細藻類を原料として１ステップで連続的かつ効率的にバイオディーゼル燃料を抽出可能なバイオディーゼル燃料抽出装置および抽出方法を提供する。
【解決手段】容器とマイクロ波照射装置と循環流路とポンプとを有する。容器は微細藻類を有機溶媒に分散させて成る原料液を収容する。マイクロ波照射装置は内部の対象物を加熱可能なマイクロ波を照射する。循環流路は原料液を循環可能に両端が容器の内部に連通し、マイクロ波照射装置の内部にマイクロ波を照射可能に挿入される。循環流路はマイクロ波を照射可能な位置で螺旋状に形成されている。ポンプは容器の内部の原料液を循環流路を通して循環させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

微細藻類を有機溶媒に分散させて成る原料液を収容するための容器と、
内部の対象物を加熱可能なマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置と、
前記原料液を循環可能に両端が前記容器の内部に連通し、前記マイクロ波照射装置の内部に前記マイクロ波を照射可能に挿入された循環流路と、
前記容器の内部の前記原料液を前記循環流路を通して循環させるポンプとを、
有することを特徴とするバイオディーゼル燃料抽出装置。

【請求項2】

前記循環流路は前記マイクロ波照射装置の内部の前記マイクロ波を照射可能な位置で螺旋状に形成されていることを、特徴とする請求項１記載のバイオディーゼル燃料抽出装置。

【請求項3】

前記マイクロ波の周波数は2400乃至2500MHzの範囲の周波数であることを特徴とする請求項１または２記載のバイオディーゼル燃料抽出装置。

【請求項4】

微細藻類を有機溶媒に分散させて成る原料液をマイクロ波照射装置の外部と内部とで循環させ、前記マイクロ波照射装置の内部の前記原料液に加熱可能なマイクロ波を照射することにより、前記微微細藻類に含まれる脂質成分を抽出するとともにトリアシルグリセライド等の脂質を脂肪酸メチルエステルに変換することを、特徴とするバイオディーゼル燃料抽出方法。

【請求項5】

前記原料液を前記マイクロ波照射装置の内部で螺旋状に流した状態で循環させることを特徴とする請求項４記載のバイオディーゼル燃料抽出方法。

【請求項6】

前記有機溶媒はメタノールおよびクロロホルムを含むことを特徴とする請求項４または５記載のバイオディーゼル燃料抽出方法。

【請求項7】

前記原料液に触媒としてアルカリ触媒（一例として酸化ストロンチウム）が添加されていることを特徴とする請求項６記載のバイオディーゼル燃料抽出方法。

【請求項8】

前記マイクロ波の周波数は2400乃至2500MHzの範囲の周波数であることを特徴とする請求項４，５，６または７記載のバイオディーゼル燃料抽出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、微細藻類を原料とするバイオディーゼル燃料抽出装置および抽出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年の化石燃料の燃焼により排出される過剰な温暖化ガス（二酸化炭素など）が地球の大気に蓄積され、環境の変動をもたらしつつある。さらに二酸化炭素排出を継続することにより、化石燃料の枯渇と同時に温暖化の進行は明白である。そこで、今後は環境への負荷の少ない再生可能エネルギーの創出は不可欠である。新規エネルギー源の中でバイオディーゼル燃料（BDF）は、脂質の豊富な陸上植物や微細藻類などを原料として有望視されている。

【0003】

光合成生物である陸上植物と微細藻類はどちらもカーボンニュートラル（二酸化炭素を吸収して成長し、燃料の燃焼によってほぼ同量の二酸化炭素を排出する）であるBDFを生み出すが、両者を比較すると、広大な生産地を要しない微細藻類が将来的には明らかに有望である。1日で細胞数が倍加する増殖能を有し、かつ脂質含有量の豊富な（15-75％）微細藻を例にすると、単位面積当たりの生産量は陸上植物の10-1000倍となると予想される。

【0004】

BDFを生産するためには通常、微細藻細胞から脂質（中性脂質、リン脂質などの脂肪酸及びテルペノイドを含む）を抽出するプロセスと、抽出脂質中の脂肪酸を脂肪酸メチルエステル（FAME＝BDF）へ変換（メチルエステル化）する２つのステップが必要である。第1のステップとしてこれまで、有機溶媒抽出法、オートクレーブによる熱分解抽出法、超音波抽出法、浸透圧衝撃による抽出法、超臨界（亜臨界）抽出法、マイクロ波（MW）照射による抽出法などが試みられている。

【0005】

一方、上記の方法を組み合わせ二つのプロセスを同時に進行させる1ステップ法も理論的には存在し、分析作業時間の短縮、使用エネルギーの削減などに有効である（例えば、非特許文献１，２，３参照）。MW照射法による抽出効率は、2ステップ法よりも1.3-6倍ほど高いことが示されている。しかしながら、実質的な抽出効率の向上が難しいことなどが課題であった。

【0006】

最近の研究によれば、最も可能性の高い1ステップ法がMW照射による抽出法であると予想されている（例えば、非特許文献４参照）。また、BDF生産物の一つであるリノレン酸は、BDFの酸化を促進する働きがあるため存在比は低い方が望ましいとされるが、超音波抽出法によるよりもMW抽出法によって抽出される濃度は低かった（例えば、非特許文献５参照）。

【0007】

総合的に判断するならば、1ステップ法としてのMW照射法が微細藻試料からBDFを生成する最も効率的方法と思われる。従来のBDF生成方法は脂質成分（BDFの原料となる中性脂質のトリアシルグリセライド（TAG）を含む）の抽出と、抽出脂質からBDFへの変換を行う２つのステップを要したが、MW照射法により１つのステップで完了することが可能になる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Lee, J.Y., Yoo, C., Jun, S.Y., Ahn, C.Y., Oh, H.M., 2010. Comparison of several methods for effective lipid extraction from microalgae. Bioresour. Technol. 101, S75−S77, doi:10.1016/j.biortech.2009.03.058.

【非特許文献2】Viswanathan, T., Mani, S., Das, C.K., Chinnasamy, S., Bhatnagar, A., Singh, K.R., Singh, M., 2012. Effect of cell rupturing methods on the drying characteristics and lipid compositions of microalgae. Bioresour. Technol. 126, 131−136, doi:10.1016/j.biortech.2012.08.122.

【非特許文献3】Dai, Y.M., Chen, K.T., Chen, C.C., 2014. Study of the microwave lipid extraction from microalgae for biodiesel production. Chem. Eng. J. 250, 267−273, doi:10.1016/j.cej.2014.04.031.

【非特許文献4】Park, J.Y., Park, M.S., Lee, Y.C., Yang, H.W., 2014. Advances in direct transesterification of algal oils from wet biomass. Bioresour. Technol. In Presss, doi:10.1016/j.biortech.2014.10.089.

【非特許文献5】Guldhe, A., Singh, B., Rawat, I., Ramluckan, K., Bux, F., 2014. Efficacy of drying cell disruption techniques on lipid recovery from microalgae for biodiesel production. Fuel 128, 46−52, doi:10.1016/j.fuel.2014.02.059.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、MW照射法によりBDFを抽出するため、微細藻類を入れた容器をMW照射装置内に入れてＭＷを照射した場合、連続処理ができず、処理効率が悪いという課題があった。また、大型のバッチ型試料溶液槽をMW照射装置内に入れる場合、MW照射装置本体を大型化せざるを得ず、設備コストがかさむという課題があった。

【0010】

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、安価な設備で、微細藻類を原料として１ステップで連続的かつ効率的にBDFを抽出可能なBDF抽出装置および抽出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明に係るBDF抽出装置は、微細藻類を有機溶媒に分散させて成る原料液を収容するための容器と、内部の対象物を加熱可能なMWを照射するMW照射装置と、前記原料液を循環可能に両端が前記容器の内部に連通し、前記MW照射装置の内部に前記MWを照射可能に挿入された循環流路と、前記容器の内部の前記原料液を前記循環流路を通して循環させるポンプとを、有することを特徴とする。

【0012】

本発明に係るBDF抽出装置において、前記循環流路は前記MW照射装置の内部の前記MWを照射可能な位置で螺旋状に形成されていることが好ましい。この場合、有機溶媒中の微細藻類に対し、連続処理でありながら、MWの照射時間を長くすることができる。

【0013】

本発明に係るBDF抽出方法は、微細藻類を有機溶媒に分散させて成る原料液をMW照射装置の外部と内部とで循環させ、前記MW照射装置の内部の前記原料液に加熱可能なMWを照射することにより、前記微細藻類に含まれる脂質成分を抽出するとともにTAG等の脂質をFAMEに変換することを、特徴とする。これに加えて、MWの加熱効果により微細藻類細胞の内圧を高め、細胞壁の破壊効果も期待される。

【0014】

本発明に係るBDF抽出方法において、前記原料液を前記MW照射装置の内部で螺旋状に流した状態で循環させることが好ましい。本発明に係るBDF抽出方法において、前記有機溶媒はメタノールおよびクロロホルムを含むことが好ましい。本発明に係るBDF抽出方法において、前記原料液にアルカリ触媒として水酸化ナトリウムや水酸化カリウム、アルカリ固体触媒として酸化ストロンチウム等が添加されていることが好ましい。使用可能なアルカリ固体触媒としては、酸化ストロンチウムのほか、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウムなどが挙げられる。

【0015】

本発明に係るBDF抽出装置および抽出方法において、前記MWの周波数は、13553乃至13567 kHz、26957乃至27283 kHz、40.66乃至40.70 MHz、902乃至928 MHz、2400乃至2500 MHz、5725乃至5875 MHz、24乃至24.25 GHzの範囲の周波数が好ましく、2400乃至2500MHzの範囲の周波数であることが特に好ましい。

【0016】

本発明において、微細藻類は、海産であっても淡水産であってもよい。使用可能な微細藻類としては、例えば、真正眼点藻類のナンノクロロプシス（Nannochloropsis）属、緑藻類のボトリオコッカス(Botryococcus)属、イカダモ属（Scenedesmus, Desmodesmusなど）、シュードコリシスティス（Pseudochoricystis）属、ラビリンチュラ類のオーランチオキトリウム(Aurantiochytrium)属などが挙げられる。

【0017】

本発明では、微細藻類を分散させた有機溶媒をMW照射装置の外部と内部とで循環させることにより、微細藻類を原料として１ステップで連続的かつ効率的にBDFを抽出することができる。また、バッチ型処理と異なり、MW照射装置を大型化しなくても大量の処理が可能なため、安価な設備を用いて設備コストを抑えることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、安価な設備で、微細藻類を原料として１ステップで連続的かつ効率的にBDFを抽出可能なBDF抽出装置および抽出方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態のBDF抽出装置を示す概略斜視図である。

【図2】微細藻類の乾燥重量に対する粗BDF（前記脂質成分に加えてFAMEを含む）収率とMW照射時間との関係を示すグラフである。

【図3】式（２）で見積もられたBDF変換効率の指標（BCE_i）とMW照射時間との関係を示すグラフである。

【図4】MW照射時間の0から350秒に観察されたBCE_iとの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態のBDF抽出装置を示している。
図１に示すように、BDF抽出装置は、容器１と、スターラー２と、ＭＷ照射装置３と、反応管４と、ポンプ５とを有している。

【0021】

容器１は、微細藻類を有機溶媒に分散させて成る原料液を収容するために用いられる。微細藻類としては、例えば真正眼点藻類のナンノクロロプシス オセアニカ（Nannochloropsis oceanica）が用いられる。有機溶媒としては、メタノールとクロロホルムとを混合したものが用いられる。メタノールとクロロホルムとの混合割合は、メタノール１に対しクロロホルム２が好ましい。原料液には、触媒として酸化ストロンチウムが添加される。スターラー２は、本体が容器１の下側に配置されて、容器１内の原料液を攪拌可能である。

【0022】

ＭＷ照射装置３は、電力により内部の対象物を加熱可能なMWを照射する構成を有している。MW照射装置３は、プロトタイプとして市販の電子レンジ（一例で、周波数: 2.45 GHz、消費電力: 1,310 W、出力: 700W、RE-T2、シャープ株式会社製）を使用することができる。反応管４は、細長い螺旋形状管であり、ジムロート冷却器の冷却管（一例で、外側細管の直径7mm、中央部太管の直径14mm、表面積503 cm²、体積45 mL、82-4073、三商株式会社製）を使用することができる。

【0023】

反応管４の材質には、ガラスのほか、フッ素樹脂が好ましい。反応管４をフッ素樹脂製とした場合、ガラスよりも取扱が容易になる、購入コストをより低く抑える事が出来る、反応管４の長さを自由に変えられることができる、などの利点がある。また、ガラスに比べて、反応管４自体で吸収されるMWエネルギーがより低くなる（周波数2450 MHzの場合）。すなわち、反応管４に吸収されるMWエネルギーが少なくて済むため、反応管４内を流れる原料液により効率良くMWエネルギーが吸収される。

【0024】

反応管４は、電子レンジ庫内に内装される。反応管４は、一端に流路両端のホース接続口６ａ，６ｂを有している。各ホース接続口６ａ，６ｂには、ポリテトラフルオロエチレン製のチューブ７が接続されている。各チューブ７は、容器１の内部に挿入されている。反応管４および各チューブ７は、各チューブ７が容器１内の原料液を循環可能に容器１の内部に連通し、反応管４がMW照射装置３の内部にMWを照射可能に挿入されて、循環流路を構成している。また、構造上、出力方のチューブを別のタンクに接続する事で循環型から非循環型へも容易に変換可能である。

【0025】

MW照射装置３の天板には、反応管４のホース接続口６ａ，６ｂのための穴（一例で、直径約15mm×2）が開けられ、反応管４のホース接続口６ａ，６ｂが通されている。反応管４は、MW照射装置３の内部で傾斜して設置され、MW照射装置３の内部でMWを照射可能となっている。

【0026】

ポンプ５は、ダイアフラム式ポンプ（一例で、DPE-800-7P-Y1、日東工器株式会社製）から成り、２本のチューブ７のうちの1本に接続されている。原料液の流速は、一例で6.4 mL sec^-1である。チューブ７はポンプ５の出力側で反応管４へと伸び、ポンプ５の入力側で容器１へと伸びている。チューブ７の他の１本は、ポリテトラフルオロエチレン製のT字型三方管８に接続され、MW照射装置３内で加熱された原料液の温度を測定するための温度計９のプローブ９ａ (一例で、SN-3400-04、株式会社熱研製) が挿入されている。チューブ７は、T字型三方管８の残りの接続口から容器１へと伸びている。これにより、ポンプ５は、容器１の内部の原料液を反応管４およびチューブ７の循環流路を通して循環させるようになっている。

【0027】

なお、ポンプ５は、ダイアフラム式ポンプのほか、モーノポンプ（モアノポンプ）であってもよい。モーノポンプの場合、粘性の高い原料液でも安定して送液可能である。

【0028】

MW照射装置３の稼働は以下のように進められる。
（１）原料液は、試料タンク内からMW照射装置３内の反応管４へポンプ５によって送られる（図1の矢印a参照）。（２）原料液は反応管４を螺旋状に通過する間にMWに暴露される（図1の位置b参照）。（３）MWに暴露された原料液の温度が直ちに測定されると共に、試料は再びＭＷ照射装置３の外部の容器１内へ戻り、循環する（図1の矢印c参照）。

【0029】

これにより、微細藻類に含まれる脂質成分を抽出するとともにTAG等の脂質をFAMEに変換することができる。原料液を循環させる回数は、複数回が好ましいが、原料液がホース接続口６aよりMW照射装置３内に入り、ホース接続口６bよりMW照射装置3外へ出た際に脂質の十分な割合がFAMEへ変換されているならば、循環させなくとも良い。反応管４は、螺旋状の流路を有するため、設置面積が小さい一方で流路を長くすることができるので、相対的に原料液の長い滞留時間を確保でき、原料液に対し効果的にMW照射することができる。
MW照射装置３の出力は、高い方がより短時間の抽出処理を可能にする。

【0030】

本実施の形態のBDF抽出装置により、微細藻類を原料として１ステップで連続的かつ短時間で効率良く、微細藻類からBDFを生産する事が可能である。また、バッチ型処理と異なり、原料液を循環させ、容器１とMW照射装置３とを分離することにより、MW照射装置を大型化しなくても大量の処理が可能なため、小型化が容易となり、安価な設備を用いて設備コストを抑えることができる。この循環経路系は、BDFの大量生産を行うに当たり有益な技術である。

【0031】

本実施の形態の上記の一例の構成のBDF抽出装置で、MWの暴露前の原料液の温度（T_i、初期温度）および暴露中の最高温度、初期温度から50℃に達するまでの到達時間（T_i-50秒）を求めた。その結果を表1に示す。

【0032】

【表1】

【0033】

表１において、初期温度とはMW照射前の液温、最高温度は照射中に上昇した原料液の最高温度、T_i-50は原料液が初期温度から50℃に到達するまでの時間を示す。

【0034】

初期温度T_iの平均（±標準偏差）は、25.5 ± 4.2℃であった。原料液の最高液温は53.5〜57.8℃（平均54.5±1.3℃）の範囲内にあり、メタノールとクロロホルムの沸騰温度（それぞれ65℃、61℃）に近い。沸騰温度到達に伴い管内圧力が上昇するならば反応が促進されることが見込まれる。また液温とMW照射時間との間に有意な関係は認められなかった（Pearson’s correlation test、p = 0.12、n = 14）。一方、T_i-50は15〜25秒（平均19 ± 3秒）の範囲内にあり、初期温度に依存して増加していた。この事はT_iが高ければT_i-50が低下することを意味するので、実験を複数回継続する場合には時間の短縮につながる。なお、本装置において、一度50℃以上に到達した温度は実験終了まで50℃以下になる事は無かった。

【実施例】

【0035】

［分析用微細藻試料の培養と調整］
本発明の実施の形態の上記の一例の構成のBDF抽出装置を用いて、微細藻類からBDFを抽出した。
使用した微細藻類はNBRC（生物遺伝資源センター）より入手した真正眼点藻類のナンノクロロプシス オセアニカ（Nannochloropsis oceanica）である。これらを円筒型の光制御バイオリアクター（PBR、直径190 mm、高さ1500 mm、約35L容量）を用いてマイクロバブル通気下で、ケイ素を除いたf/2培地で培養した。培養後収穫された微細藻試料は濃縮し、冷凍保存された。
濃縮試料の一部は乾燥後、秤量され、湿重量、乾燥重量比を測定した。同じロットの微細藻類湿試料（約3 g）をメタノール（100mL）、クロロホルム（200mL）、触媒の酸化ストロンチウム（0.1 g、三津和科学薬品製）に混合した。混合された原料液はMW照射実験中、試料ビン内でスターラー２にて継続的に撹拌させた（図1）。

【0036】

［MW照射実験とBDF抽出効率］
MWの照射時間は室温条件下（23℃）で0（コントロール試験, スターラー2で10分間の攪拌）、50、 150、 250、350、500秒である。MW照射された被処理液（有機溶媒混液試料）はろ過（0.8 μｍ孔径のグラス繊維ろ紙）され、ろ液中の有機溶媒は窒素ガス下でロータリーエバポレーターにより蒸発させた。得られた被処理液はFAMEを含む粗BDFである。その後、粗BDFを少量のクロロホルムに溶解し，秤量瓶へ移し変え，バキュームオーブンにて58℃、窒素ガス下でクロロホルムを完全に除去した。粗BDF秤量後、抽出効率（e_cb, %）を次式により求めた。

【0037】

【数1】

ここで、W_oil は微細藻類から抽出された粗BDF重量、 DW_algae は単位試料中の微細藻類の乾燥重量である。

【0038】

微細藻類試料の乾燥重量に対する粗BDFの抽出効率を図2に示した。各MW照射時間における収率値は、3試料の平均値±標準偏差である。
MW照射時間、0秒から150秒において32.9％から36.7％であった。150秒以降、500秒に至るまでの効率はほぼ安定しており平均30.8％であった。統計的には、粗BDF抽出効率はMW照射時間に依存しない（One-way ANOVA, p = 0.24）。

【0039】

［粗BDF中のTAGからFAMEへの転換効率］
薄層クロマトグラフィーによりTAGからFAMEへの転換効率を求める。粗BDFをヘキサン、ジエチルエーテル（9：1）混液に溶解させた後、この少量を薄層クロマト（TLC, シリカゲル60F₂₅₄, Merck）の基点にスポットし、展開槽に入れる。展開後、薄層上のFAMEとTＡG の同定は、基準試薬のステアリン酸メチルとトリリノレンの展開位置から求めた。薄層の乾燥後（15分）、ヨード燻蒸（15分）して呈色させた。TAG、およびFAMEと識別された発色部を撮影して、画像から発色部の面積を計測した。TAGからFAMEへの転換効率（BCE_i）は次式により求めた。

【0040】

【数2】

【0041】

式（２）で見積もられたBDF変換効率の指標（BCE_i）とMW照射時間との関係を図３に示す。BCE_iの値はMW照射時間と共に変化した（図3）。図３中のアルファベットは、テューキーのHSD検定により求められた有意差の有無を示している。MW照射0秒（コントロール試験区）において得られた9 ± 4%の値は、室温下（約23度）における10分間の攪拌でTAGからFAMEへの変換が生じている事を示した。MW照射時間の増加はTAGのメチルエステル化を有意に加速させた（One-way ANOVA、p < 0.05、Tukey’s HSD test、p < 0.05、図3）。最も高いBCE_iは350秒で得られ、500秒ではわずかに減少したが、両者間に有意差は見られなかった（Tukey’s HSD test、p = 0.29）。アルカリ固体触媒とＭＷ照射装置３を用いた本実施例と類似した実験では、長時間のMW照射がBCE_i値を減少させるので、350秒よりも長い照射時間は不要と思われる。

【0042】

試料タンク内の原料液が撹拌機によって完全に混合されていたと仮定した場合、試料タンク内に残存するMWに暴露されていない原料液の容量は、式（3）として計算される。

【数3】

ここで、V_tはある時間 ‘t’ において試料タンク内に残存しているMWに暴露されていない原料液の容量（mL）、V₀はMW照射前において試料タンク内に残存しているMWに暴露されなかった原料液の容量（V mL、原料液の全容量）、tはMW照射時間（sec）、そして、τは滞留時間であり、次の式 (４)で求められる。

【0043】

【数4】

ここで、Fは原料液の流速（mL sec^-1）である。

【0044】

表２に、式（３）によって推定されたMW照射に一度も暴露されていない試料タンク内に残存する原料液の量とMW照射時間との関係を示す。

【表2】

【0045】

MWに暴露されていない原料液の容量は、時間と共に指数関数的に減少し、350秒の処理で0.17 mL（全体の0.06%）となった（表２）。これは、試験を行った原料液のほぼ全て（99.9%以上）が理論上MW照射に一度以上暴露された事を意味し、前記の実証実験のように、350秒で最も高いBCE_i値が得られた結果と矛盾しない。MW照射時間の0から350秒に観察されたBCE_iとの関係を図４に示す。MW照射時間0秒から350秒の間で正の有意な相関関係が認められた（Pearson’s correlation test、r = 0.97、p < 0.01、n = 5、図4）ことから、MW照射時間に対して得られたBCE_iの傾きは、TAGからFAMEへの転換速度が約0.20% sec^-1で進行した事を示唆している。

【0046】

上記のとおり、実証実験における最も高いBCE_iはMW照射時間350秒で得られ、約90%であった。乾燥試料を使用した試験では、MW照射法を用いて、本実施例よりも高いBCE_i（>99%）が得られた例もある。しかし、湿試料と乾燥試料を比較した場合、試料中の水分の影響によってBCE_iが低下する事が知られている．従って、本実施例で得られた約90%のBCE_iは、湿試料を使用した場合のほぼ最高値と考えられる。一方で、湿試料の乾燥には大量のエネルギーを必要とするため、BDF生成のために乾燥試料よりも湿試料を使用する方がよりエネルギー収支が優れている。以上の事から、本実施例で得られたBCE_iは、100％には至らなかったが、エネルギー収支を考慮すると十分に高い値であった。

【0047】

［試験］
［粗BDF中のFAMEの分離］
粗BDF試料からFAMEを分離するために、薄層クロマトグラフィーよりも多量の分離が可能なカラムクロマトグラフィーによる分離試験を行った。シリカゲル10 gを満たしたグラスカラム（Φ 12 mm）に展開液としてヘキサンとジエチルエーテル（9：1）混液を入れる。試料の粗BDFを添加して展開させた。TAGおよびFAMEの同定方法は薄層クロマトグラフィーで用いた方法と同様である。

【0048】

［FAMEの化学的組成とMW照射の影響］
カラムクロマトグラフィーにより分離されたFAMEを含む溶液試料は、ペンタデカン酸メチル（C15:0）を内部標準試料としてガスクロマトグラフィー分析（7890A GC, アジレント、水素炎イオン化検出器FID、アジレントカラムDB-23、長さ: 60 m, 内径: 0.25 mm, フィルム: 0.15 mm）に供された。キャリアーガスはヘリウム、流速110mL min^-1、気化室温度250℃、カラムオーブンの温度は0〜10 分に120℃、10〜20分に120〜150℃ （上昇温度3℃ min^-1）、20〜30分に150℃である。

【0049】

分析されたFAMEの7種の脂肪酸はC14:0 ミリスチン酸、C16:0 パルミチン酸、C16:1 パルミトレイン酸、C18:0 ステアリン酸、C18:1 n9 オレイン酸、C20:4 n6 アラキドン酸、C20:5 エイコサペンタエン酸 EPA、である。表３にMW照射時間に対応する全脂肪酸（7種）の合計濃度に対する各脂肪酸濃度の割合（百分率組成）を示した。

【0050】

【表3】

【0051】

表３中の値は3試料の平均値±標準偏差である。下の2行は各MW照射時間における飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸の割合、右列は各脂肪酸、または飽和、不飽和脂肪酸の0から500秒までの平均値である。

【0052】

EPA、パルミチン酸、そしてパルミトレイン酸は、全脂肪酸濃度に対して平均74%を占め、これらが主要な脂肪酸種である。ステアリン酸を除く6種の脂肪酸は、MW照射時間の違いによる有意な組成の違いは認められなかった（One-way ANOVA、ミリスチリン酸: p = 0.57、パルミチン酸: p = 0.21、パルミトレイン酸: p = 0.19、オレイン酸: p = 0.50、アラキドン酸: p = 0.11、EPA: p = 0.22）。

【0053】

これらの結果は、MW照射時間の増加が脂肪酸組成に影響を与えない事を示している。また、飽和脂肪酸（C14:0、C16:0、C18:0）よりも不飽和脂肪酸（C16:1、C18:1 n9、C20:4 n6、C20:5 n3）の割合がより高い（表３）。

【0054】

実施例では、原料液にMWを効率良く、且つ確実に照射するためには，螺旋形状の反応管４を使用した。これは原料液の滞留時間（MWに暴露される時間）を長くするためである。原料液に対するMWの半透過深度は、MWの周波数と原料液の誘電定数、誘電正接から求められる。本実施例で使用した湿試料：有機溶媒比は1：100であるので、MWの半透過深度は、有機溶媒の誘電定数と誘電正接でほぼ決定され、それは約47 mmであると見積もられた。この半飽和深度は反応管４の内径よりも大きいため、MWは管の中央部まで到達していると考えられる。また、抽出溶媒として、エタノール、アセトン、ヘキサンを使用した場合の半飽和深度は、それぞれ、約3 mm、55 mm、492 mmであることから、他の溶媒を使用する場合にも適応可能である。特に、使用する有機溶媒の種類に制限が多い食品分野に対しても十分応用可能である事を示している。

【0055】

より高温度下（>90℃）での処理を行った場合、不飽和脂肪酸結合の酸化によって不飽和脂肪酸の相対的な割合が減少する事が知られている。本実施例において観測された原料液の最高温度は53.5〜57.8℃であった。従って、本ＭＷ照射装置を使用して微細藻類から脂質抽出を行った場合、より高温で処理する場合と比較して不飽和脂肪酸の収率を高められると考えられる。飽和脂肪酸のより高い含有率は、抗酸化特性を高めるためBDF貯蔵が容易になるが、凝固点が不飽和脂肪酸と比較して高くなるとされている。一方、相対的に高い不飽和脂肪酸の含有率は、抗酸化特性が低いが、凝固点が低いという利点がある。よって、本実施例で得られたBDFは寒冷地での使用に適していると考えられる。

【産業上の利用可能性】

【0056】

本発明に係るBDF抽出装置および抽出方法によれば、微細藻類は光合成のためにCO₂を吸収するので、自然大気中のCO₂を利用するほか、植物由来のバイオ燃料生成では発電所などから大気中に放出される排気CO₂ガスを再利用することもできる。高濃度のCO₂は光合成活性を促すため、これらを利用することは人為起源のCO₂排出量を減少させ地球温暖化の抑制にも貢献が可能である。

【符号の説明】

【0057】

１ 容器
２ スターラー
３ マイクロ波照射装置（ＭＷ照射装置）
４ 反応管
５ ポンプ
６ａ，６ｂ ホース接続口
７ チューブ
８ T字型三方管
９ 温度計
９ａ プローブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】