特許 7665103 微細藻類の培養支援装置、これを用いた微細藻類の培養システム、及び微細藻類の培養支援方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-10

(45)【発行日】2025-04-18

(54)【発明の名称】微細藻類の培養支援装置、これを用いた微細藻類の培養システム、及び微細藻類の培養支援方法

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/34 20060101AFI20250411BHJP

   C12M 1/36 20060101ALI20250411BHJP

   C12M 1/00 20060101ALN20250411BHJP

【ＦＩ】

C12M1/34 D

C12M1/36

C12M1/00 E

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024525388

(86)(22)【出願日】2023-11-09

(86)【国際出願番号】 JP2023040344

【審査請求日】2024-04-26

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 航

(72)【発明者】

【氏名】林 佳史

(72)【発明者】

【氏名】今村 英二

【審査官】三須 大樹

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－１４８６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－１０３６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２１５５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－００６１３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２４０６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／１６３１８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１１３９５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ

Ｃ１２Ｎ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

培養液の水質、前記培養液に供給する気体の供給量、前記培養液のｐＨを調整するための薬剤の供給量を種別として、前記種別のうち、少なくともいずれかを計測値として取得する計測値取得部と、
前記計測値を時間の関数として、前記培養液の状態指標を算出する状態指標算出部と、
前記計測値を取得した前記種別に基づき、前記状態指標の警告値を設定する警告値設定部と、
前記状態指標が前記警告値に達するか否かを判定する警告判定部と、
前記警告判定部で前記状態指標が前記警告値に達すると判定された場合に、警告を通知する警告通知部とを備え、
前記状態指標算出部は、光合成に基づき予め時間とともに変動させて作成された参照データ、又は光合成によって変動する時間の関数として蓄積された過去の前記計測値を用いて求めた処理データを、時間の関数である現在の前記計測値から差し引いた数値を二乗した値を前記状態指標として算出する微細藻類の培養支援装置。

【請求項2】

前記参照データ、又は前記処理データをＤｒｅｆとして、前記計測値からＤｒｅｆを差し引いた値の二乗である次式（１）で表される状態指標Ｅ３（ｔ）が前記警告値に達するか否かを判定する請求項１に記載の微細藻類の培養支援装置。

【数1】

ここで、ｔは時間、Ｄ（ｔｉ）は時間ｔ₁からｔ_Nまでの計測値、Ｎはデータの数、Ｄｒｅｆ（ｔｉ）は時間ｔ₁からｔ_Nまでの参照データ又は処理データ。

【請求項3】

前記状態指標、前記警告値、予め時間とともに変動させて作成された参照データ、及び時間の関数である過去の前記計測値を用いて求めた処理データの少なくともいずれかを基準データとして記憶させる基準データ保存部と、
前記基準データを、運転条件の変更、培養槽内の微生物活性度の変動、及び季節変動の少なくともいずれかに応じて更新させる基準データ更新部とを備える請求項１に記載の微細藻類の培養支援装置。

【請求項4】

前記培養液の水質は、前記培養液のｐＨ、溶存二酸化炭素濃度、溶存酸素濃度、微生物濃度、粘度、吸光度、色度、オゾン濃度、及び温度の少なくともいずれかである請求項１に記載の微細藻類の培養支援装置。

【請求項5】

前記警告通知部から通知を受けた場合に、前記培養液の状態を改善するために供給する気体及び前記培養液のｐＨを調整するための薬剤のうち、少なくともいずれかの供給量を算出して、前記培養液への供給を支援する供給支援部を備える請求項１に記載の微細藻類の培養支援装置。

【請求項6】

培養液を貯める培養槽と、前記培養槽に微生物を培養するための基質を供給する基質供給部と、前記培養槽に気体を供給する気体供給部と、前記培養液のｐＨを調整する薬剤を前記培養槽に供給する薬剤供給部と、
前記培養液の水質、前記培養液に供給する気体の供給量、前記培養液のｐＨを調整するための薬剤の供給量を種別として、前記種別のうち、少なくともいずれかを計測する測定器と、
前記測定器で計測された計測値を取得し、前記計測値を時間の関数として前記培養液の状態指標を算出するとともに、前記種別に基づき前記状態指標の警告値を設定し、前記警告値に基づき警告を通知する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の微細藻類の培養支援装置と、
前記警告を通知された場合に、前記基質供給部、前記気体供給部、及び前記薬剤供給部の少なくともいずれかを制御する制御部と
を備える微細藻類の培養システム。

【請求項7】

培養液の水質、前記培養液に供給する気体の供給量、前記培養液のｐＨを調整するための薬剤の供給量を種別として、前記種別のうち、少なくともいずれかを計測値として取得するステップと、
前記計測値を時間の関数として、光合成に基づき予め時間とともに変動させて作成された参照データ、又は光合成によって変動する時間の関数として蓄積された過去の前記計測値を用いて求めた処理データを、時間の関数である現在の前記計測値から差し引いた数値を二乗した値を前記培養液の状態指標として算出するステップと、
前記計測値を取得した前記種別に基づき、前記状態指標の警告値を設定するステップと、
前記状態指標が前記警告値に達するか否かを判定するステップと、
前記状態指標が前記警告値に達すると判定された場合に、警告を通知するステップと
を備える微細藻類の培養支援方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、培養支援装置、これを用いた培養システム、及び微生物の培養支援方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光合成を通じて成長する微細藻類等の微生物を、食品、燃料、各種素材等の幅広い分野へ活用することが注目され、これらを培養するための技術が検討されている。培養液に目的外の異物が混入すると、目的とする微生物の増殖が阻害され死滅してしまう。そこで特許文献１には、自然界の水源を利用した微細藻類の培養において、培養槽内をアルカリ性に維持することにより、目的外の微生物の増殖を抑え、効率的に微細藻類を培養する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１１００８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、微細藻類等の微生物の培養においては、窒素、りん等の栄養塩、水、光、ＣＯ２等が必要であり、多数の数値を管理する必要がある。またこれらの数値は、光合成、季節等様々な要因により変動するため、即座に目的外の異物等を検知して、培養液を良好な状態に維持することは困難であった。

【0005】

本開示は上述の課題を解決するためになされたものであり、培養液の変動を計測し、目的外の要因を排除して、培養液を良好な状態に維持できる培養支援装置を提供することを目的とする。またこれを用いた培養システム、及び微生物の培養支援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】

【0006】

本開示に係る微細藻類の培養支援装置は、培養液の水質、培養液に供給する気体の供給量、培養液のｐＨを調整するための薬剤の供給量を種別として、種別のうち、少なくともいずれかを計測値として取得する計測値取得部と、計測値を時間の関数として、培養液の状態指標を算出する状態指標算出部と、計測値を取得した種別に基づき、状態指標の警告値を設定する警告値設定部と、状態指標が警告値に達するか否かを判定する警告判定部と、警告判定部で状態指標が警告値に達すると判定された場合に、警告を通知する警告通知部とを備え、状態指標算出部は、光合成に基づき予め時間とともに変動させて作成された参照データ、又は光合成によって変動する時間の関数として蓄積された過去の計測値を用いて求めた処理データを、時間の関数である現在の計測値から差し引いた数値を二乗した値を状態指標として算出するものである。

【0007】

本開示に係る培養システムは、培養液を貯める培養槽と、培養槽内に微生物を培養するための基質を供給する基質供給部と、培養槽に気体を供給する気体供給部と、培養液のｐＨを調整する薬剤を培養槽に供給する薬剤供給部と、培養液の水質、培養液に供給する気体の供給量、培養液のｐＨを調整するための薬剤の供給量を種別として、種別のうち、少なくともいずれかを計測する測定器と、測定器で計測された計測値を取得し、計測値を時間の関数として培養液の状態指標を算出するとともに、種別に基づき状態指標の警告値を設定し、警告値に基づき警告を通知する本開示に係る微細藻類の培養支援装置と、警告を通知された場合に、基質供給部、気体供給部、及び薬剤供給部の少なくともいずれかを制御する制御部とを備える。

【0008】

本開示に係る微細藻類の培養支援方法は、培養液の水質、培養液に供給する気体の供給量、培養液のｐＨを調整するための薬剤の供給量を種別として、種別のうち、少なくともいずれかを計測値として取得するステップと、計測値を時間の関数として、光合成に基づき予め時間とともに変動させて作成された参照データ、又は光合成によって変動する時間の関数として蓄積された過去の計測値を用いて求めた処理データを、時間の関数である現在の計測値から差し引いた数値を二乗した値を培養液の状態指標として算出するステップと、計測値を取得した種別に基づき、状態指標の警告値を設定するステップと、状態指標が警告値に達するか否かを判定するステップと、状態指標が警告値に達すると判定された場合に、警告を通知するステップとを備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、培養液の状態を計測値として取得し、計測値を時間の関数として培養液の状態指標を算出するとともに、種別に基づき状態指標の警告値を設定し、警告値に基づき警告を通知することにより、時刻、季節等により変動する培養液の状態を良好な状態に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に係る培養システムを示す概略図である。

【図2】実施の形態１に係る状態指標Ｅ１（ｔ）と時間ｔとの関係の例を示す説明図である。

【図3】実施の形態１に係る状態指標Ｅ１（ｔ）と時間ｔとの関係を示す例である。

【図4】実施の形態１に係る状態指標Ｓ及びＰを説明するための薬剤供給量Ｆ（ｔ）とｐＨの関係を示すグラフである。

【図5】実施の形態１に係る状態指標Ｓ及びＰを説明するための薬剤供給量Ｆ（ｔ）とｐＨの関係を示すグラフである。

【図6】実施の形態２に係る計測値と時間ｔとの関係を示す例である。

【図7】実施の形態２に係る状態指標Ｉと時間ｔとの関係を示す例である。

【図8】実施の形態３に係るｐＨと時間ｔとの関係を示す例である。

【図9】実施の形態３に係る状態指標Ｅ２（ｔ）と時間ｔとの関係を示す例である。

【図10】実施の形態３に係る状態指標Ｅ２（ｔ）と時間ｔとの関係を示す例である。

【図11】実施の形態３に係る状態指標Ｅ３（ｔ）と時間ｔとの関係を示す例である。

【図12】実施の形態３に係る状態指標Ｅ３（ｔ）と時間ｔとの関係を示す例である。

【図13】実施の形態４に係る培養支援装置が実行する処理フローを示すフローチャートである。

【図14】実施の形態４に係る培養支援装置の各機能を実現する処理回路の一例を示す概略構成図である。

【図15】実施の形態４に係る培養支援装置を示す概略図である。

【図16】実施の形態４に係る培養支援装置を示す概略図である。

【図17】実施の形態４に係る培養支援装置を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施の形態について、図面を用いて説明する。ここで同一内容及び相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。

【0012】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る培養システム１０００を示す概略図である。図１において、培養システム１０００には、培養液を貯める培養槽１１、培養槽１１に所望の微生物を培養するための水、有機物、養分等の基質を供給する基質供給部１２、培養槽１１に空気、二酸化炭素等の気体を供給する気体供給部１３、培養槽１１内のｐＨを調整する薬剤を培養槽１１に供給する薬剤供給部１４が備えられている。また培養槽１１内には、供給された基質、気体、薬剤等を拡散させる拡散器１５、培養液を排出するための培養液排出部１６が設けられている。

【0013】

また、培養槽１１内の培養液の水質を測定する水質測定器１１１、基質供給部１２から培養槽１１に供給される基質の量を計測する基質計測器１２１、気体供給部１３から培養槽１１に供給される気体の量を計測する気体計測器１３１、薬剤供給部１４から培養槽１１に供給される薬剤の量を計測する薬剤計測器１４１、培養液排出部１６から排出される培養液の水質を測定する培養液測定器１６１が設けられている。
薬剤供給部１４は、水質測定器１１１で測定したｐＨ値を取得し、所望の値からずれた場合に、ｐＨを調整するための薬剤を培養槽１１に供給する。培養液排出部１６は、培養槽１１内の培養液を取り出す手段として用いてもよく、不要な培養液を廃棄する手段として用いてもよい。培養システム１０００において、基質供給部１２、気体供給部１３、薬剤供給部１４による供給の制御、拡散器１５、培養液排出部１６等の制御は、制御部１７が担う。

【0014】

さらに、培養システム１０００には、培養支援装置１００が設けられ、培養支援装置１００は、培養液の水質、培養液に供給する気体の供給量、培養液のｐＨを調整するための薬剤の供給量を種別として、これらの種別のうち、少なくともいずれかを計測値として取得する計測値取得部１と、計測値を時間の関数として培養液の状態指標を算出する状態指標算出部２と、計測値を取得した種別に基づき、状態指標の警告値Ａを設定する警告値設定部３と、状態指標が警告値Ａに達するか否かを判定する警告判定部４と、警告判定部４で状態指標が警告値Ａに達すると判定された場合に警告を通知する警告通知部５とを備える。
計測値取得部１は、予め設定した取得時間毎に計測値を取得し、取得した計測値を記憶部２０に記憶する。状態指標算出部２における状態指標の算出は、予め設定された算出時間に、記憶部２０に記憶された計測値を時間の関数として取り込んで実行する。警告通知部５からの警告の通知は、例えば制御部１７が警告信号として受信する。制御部１７は、警告通知部５から通知を受けた場合、基質供給部１２、気体供給部１３、及び薬剤供給部１４の少なくともいずれかの供給量を制御し、培養槽１１内の培養液の水質を改善する。他の処理を行って培養液の水質を改善してもよい。警告通知部５は警告の通知としてアラームを鳴らし、培養システム１０００を操作する操作者に処理を促してもよい。

【0015】

計測値取得部１で取得した計測値を用いて培養液の状態指標Ｅ１（ｔ）を算出する方法について説明する。例えば、培養槽１１内の培養液の水質、培養槽１１内の培養液に供給する気体の供給量、培養槽１１内の培養液のｐＨを調整する薬剤の供給量のうち、少なくともいずれかを任意の開始時刻ｔ₀から継続して計測した計測値を計測値取得部１で取得する。開始時刻ｔ₀から経過した時間をｔとした場合、計測値取得部１には時間ｔの計測値Ｄ（ｔ）が取得される。これらの計測値Ｄ（ｔ）を用いて、ｔの関数とした状態指標Ｅ１（ｔ）を次式（１）から求める。

【0016】

【数1】

ここでΔｔは時間間隔である。例えば図２に示すように、Ｅ１（ｔ）は、種々の要因により時刻とともに変動し、例えば目的外の微生物が繁殖した異常時には急激に変化する。状態指標Ｅ１（ｔ）が警告値Ａ以上となり、警告値Ａに達した場合、培養液の状態が悪化したとして、警告通知部５より警告信号が制御部１７に通知される。現在の状態指標Ｅ１（ｔ）が警告値Ａに達したか否かは、所定の時間毎に警告判定部４により判定される。警告値Ａは、種別に応じて警告値設定部３で設定される。Δｔを一定とした場合、状態指標Ｅ１（ｔ）を次式（２）として求めてもよい。

【0017】

【数2】

【0018】

また、状態指標Ｅ１（ｔ）は、正に限らず負の値としてもよい。この場合次式（３）又は次式（４）を用い、警告値Ａをマイナス側警告値Ａ１、プラス側警告値Ａ２の少なくともいずれかで設定し、現在の状態指標Ｅ（ｔ）がマイナスとなった場合は、マイナス側警告値Ａ１以下となった場合に警告値Ａに達したと判定し、現在の状態指標Ｅ（ｔ）がプラスとなった場合は、プラス側警告値Ａ２以上となった場合に警告値Ａに達したと判定すればよい。正常値をマイナス側警告値Ａ１以上プラス側警告値Ａ２以下として、警告値Ａをマイナス側警告値Ａ１未満、プラス側警告値Ａ２超としてもよい。

【0019】

【数3】

【0020】

【数4】

【0021】

例えば、微生物として微細藻類を培養する場合、培養液には空気中の二酸化炭素が溶け込み、炭酸イオンを生じるとｐＨが下がる。逆に光合成によって、培養液中の炭酸イオンが消費されるとｐＨが上がる。日射量が多い時刻と少ない時刻とを比較すると、ｐＨ値の変動は異なる。また晴天の時刻と雨天の時刻、高温の時刻と低温の時刻等でも、ｐＨ値の変動は異なるため、ｐＨの計測値を追うのみでは、状態が悪化しているか否か判定しにくい。

【0022】

図３は、計測値取得部１において、時刻７時３０分から翌日の２４時まで、培養槽１１内の培養液の水質を測定する水質測定器１１１から計測値としてｐＨを取得し、状態指標算出部２において、式（１）を用いて、状態指標Ｅ１（ｔ）を算出し、警告値設定部３において種別を培養液の水質の１つであるｐＨとして状態指標Ｅ１（ｔ）との関係から設定された警告値Ａを用いて、警告判定部４で状態指標Ｅ１（ｔ）が警告値Ａに達するか否か判定した数値の例を示したものである。計測値を取得後３４時間経過した翌日の１７時３０分に、状態指標Ｅ１（ｔ）が警告値Ａに達したため、警告通知部５から、制御部１７に警告が通知される。日没後にｐＨが上昇した事例である。
このように、培養液の状態を計測値として取得し、時間に基づく計測値を用いて培養液の状態指標Ｅ１（ｔ）を算出することにより、状態指標Ｅ１（ｔ）が設定された警告値Ａに達した場合に即座に通知を受けることができる。

【0023】

状態指標は、上記式（１）～式（４）に限らず、他の計測値を時間の関数としたものを用いてもよい。例えば、時間ｔに関わる複数の変数の関係を用いることができる。図４は、上述の条件において、ｐＨを調整するために薬剤供給部１４から供給した薬剤の時間当たりの供給量Ｆ（ｔ）とｐＨとの関係を示したものである。薬剤は、培養槽１１内の培養液のｐＨを調整するために供給されるものであるため、正常時には、図４に示す傾きＳがＳｎ１となる関係を有する。ところが例えばｐＨが想定より増大する異常が発生すると、図４に示すように傾きＳが例えばＳａ１に変化する。したがって状態指標算出部２において、時間ｔに関わる複数の変数の関係から傾きＳを状態指標として算出し、警告値設定部３において例えば領域Ｒｎを外れる傾きを警告値Ｓａとして設定し、警告判定部４で状態指標Ｓが警告値Ｓａに達するか否かを判定してもよい。

【0024】

この例では、計測値取得部１は２つの種別、培養液のｐＨを調整するための薬剤の供給量及び培養液の水質の一つであるｐＨの計測値を取得し、状態指標算出部２はそれぞれの計測値を時間の関数としたプロットの傾きＳを状態指標とする。警告値設定部３は、２つの種別の関係から警告値とする傾きＳａを設定する。
時間に基づく複数の計測値を取得し、時間ｔに関わる複数の変数の関係から状態指標Ｓを算出することにより、状態指標Ｓが設定された警告値Ｓａに達した場合に即座に通知を受けることができる。この場合複数の計測値を考慮しているため、より精度よく異常を検知できる。

【0025】

また状態指標は、複数の計測値の関係を示す座標Ｐとしてもよい。状態指標算出部２において、時間ｔに関わる複数の計測値の関係に基づく座標Ｐを状態指標として算出し、警告値設定部３において警告値とする領域Ｒｎをはずれる座標Ｐａを設定し、警告判定部４で状態指標Ｐが警告値Ｐａに達するか否かを判定してもよい。図４に示す例では座標Ｐが例えばＰｎ１である場合は正常、座標ＰがＰａ１である場合は異常と判定される。領域Ｒｎをはずれる領域Ｒａを警告値としてもよい。薬剤の時間当たりの供給量Ｆ（ｔ）とｐＨの２つの種別を用いる例を示したが、培養液中に溶存するＣＯ２（二酸化炭素）の濃度、Ｏ２（酸素）の濃度等を含めた３次元の関係を用いてもよい。これらの計測値の他の組み合わせを用いてもよい。
時間ｔに基づく複数の計測値を取得し、時間ｔに関わる複数の変数の関係から状態指標Ｐを算出することにより、状態指標Ｐが設定された警告値Ｐａに達した場合に即座に通知を受けることができる。さらに精度よく異常を検知できる。

【0026】

このように、培養液の状態を計測値として取得し、時間に基づく計測値を用いて培養液の状態指標を算出し、この状態指標が設定された警告値に達した場合に警告を通知することにより、時刻、季節等により変動する培養液の状態を良好な状態に維持できる。

【0027】

なお、図４においてｐＨが増大する異常について説明したが、図５に示すようにｐＨが減少する異常が発生した場合も同様に異常を検知できる。正常な傾きＳが警告値Ｓａに達するか否かを判定すればよい。図５に示す例では例えば傾きＳｎ２は正常な状態、傾きＳａ２が警告値Ｓａに達した状態である。上述と同様に、領域Ｒｎから外れた傾きをＳａとすればよい。また座標Ｐを状態指標、警告値Ｐａとして、正常な領域Ｒｎにある座標Ｐか、領域Ｒｎから外れた座標Ｐかを判定してもよい。

【0028】

実施の形態２．
図６、図７を用いて実施の形態２について説明する。実施の形態１では、時間と計測値、複数の計測値の関係から状態指標を算出する例を示したが、実施の形態２では、複数の計測値の時間変化量を状態指標として算出し、複数の状態指標を用いて判定する点が異なる。それ以外は、実施の形態１と同様である。

【0029】

図６は、計測値取得部１で取得する計測値として、ｐＨ、単位時間当たりの薬剤供給量、培養液に溶存するＣＯ２の濃度を用いた場合の計測値と時間との関係を示す。図６（ａ）は正常時、図６（ｂ）は異常発生時の例である。
図６（ａ）において、測定開始から６時間後に薬剤供給量が急増していることがわかる。時間と計測値のみの関係では、警告通知がなされる可能性がある。そこで、薬剤供給量の増大と他の計測値の関係を知るために、さらに薬剤供給量の変化量と他の計測値の変化量との比率を状態指標Ｉとして算出する。

【0030】

図７は、薬剤供給量の時間当たりの変化量ΔＭとｐＨの時間当たりの変化量ΔｐＨ、ΔＭと溶存ＣＯ２濃度の時間当たりの変化量ΔＣ、及びΔＣとΔｐＨのそれぞれの比率の絶対値をプロットしたものである。
図７（ａ）では、状態指標Ｉ１＝｜ΔＭ／ΔｐＨ｜、Ｉ２＝｜ΔＭ／ΔＣ｜、及びＩ３＝｜ΔＣ／ΔｐＨ｜の全てが警告値Ａ未満となり、警告値Ａに達していない。したがって、計測値はすべて正常値Ｄｎと判定される。薬剤供給量が増えたことでｐＨが増大し、これにより微生物の代謝が活性化されて溶存ＣＯ２が増大する場合があるからである。この場合、薬剤供給量の変化に対する他の計測値の挙動は正常と判定できるため、異常な状態は発生していないと判定される。

【0031】

一方、図６（ｂ）においても、測定開始から６時間後に薬剤供給量が急増している。図７（ｂ）においては、状態指標Ｉ１、Ｉ２が警告値Ａ以上となり警告値に達している。この場合、測定開始から５時間までの計測値は正常値Ｄｎであり、６時間後の計測値は異常値Ｄａであると判定される。薬剤供給量の変化に対する他の計測値の挙動が想定範囲外であるからである。
このように複数の計測値の相関関係から異常値を見つけることで、より正確な異常検知が可能となる。

【0032】

なお、本実施の形態では、状態指標Ｉを導く変数として、薬剤供給量、ｐＨ、溶存ＣＯ２濃度の変化量を用いたが、基質供給部１２から供給される基質の流量、濃度、水質測定器１１１で測定される溶存酸素濃度を用いてもよい。その他、微生物濃度、微生物濃度の指標となるＭＬＳＳ（Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄｓ）、培養液の粘度、吸光度、色度、オゾン濃度、温度等を用いてもよい。例えばＭＬＳＳは、活性汚泥処理におけるばっ気槽（エアレーションタンク）内の汚泥混合液の浮遊物質を測定すればよい。

【0033】

実施の形態３．
図８～図１２を用いて実施の形態３について説明する。実施の形態３では、ｐＨ、温度等昼夜で周期的に変動する計測値を扱う場合に差分処理を行う例を示す。それ以外は、実施の形態１と同様である。
日照時は光合成によって培養液中のＣＯ２を消費するためｐＨが上がる。したがって図８に示すようにｐＨは時間ｔとともに変動する。そこで参照データＤｒｅｆを準備し、計測値Ｄから差し引いた値を状態指標Ｅ２（ｔ）とする。Ｅ２（ｔ）は例えば次式で表される。

【0034】

【数5】

【0035】

ここで、ｔは時間、Ｄ（ｔｉ）は時間ｔ₁からｔ_Nまでの計測値、Ｎはデータの数である。参照データＤｒｅｆ（ｔｉ）は時間ｔ₁からｔ_Nまでの参照データである。参照データＤｒｅｆ（ｔｉ）は想定データとして作成したデータでもよいし、理想データとして作成したデータでもよい。過去の計測値でもよく、過去の計測値から求めた平均値等でもよい。

【0036】

図９は、時刻０時から４日後の２４時まで、水質測定器１１１で測定したｐＨ値を計測値取得部１で取得し、同様にして９６時間測定した参照データＤｒｅｆを差し引いて算出した状態指標Ｅ２（ｔ）と時間との関係を示したグラフである。図９において、状態指標Ｅ２（ｔ）は、いずれの時間ｔにおいてもマイナス側警告値Ａ１、プラス側警告値Ａ２に達していないため、正常と判定される。一方、他のデータについて、同様にして算出した状態指標Ｅ２（ｔ）と時間との関係を示す図１０のグラフでは、測定開始後８０時間までの状態指標Ｅ２（ｔ）は、マイナス側警告値Ａ１及びプラス側警告値Ａ２に達していないためデータＤｎは正常と判定され、８６時間後のデータＤａは、状態指標Ｅ２（ｔ）がプラス側警告値Ａ２以上となるため状態指標Ｅ２（ｔ）が警告値に達すると判定される。

【0037】

このように、周期的な計測値の変動を差し引いて状態指標を算出すれば、異常な状態を把握しやすくできる。同様に周期的な変動を差し引いた計測値を用いて、実施の形態１又は実施の形態２で述べた状態指標Ｅ１（ｔ）、Ｓ、Ｐ、Ｉを算出して、他の状態指標としてもよい。想定される変動を除いた計測値を用いることにより、さらに精度よく異常を検知できる。

【0038】

また、同様にして参照データＤｒｅｆを準備し、計測値Ｄから差し引いた値の二乗を状態指標Ｅ３（ｔ）としてもよい。Ｅ３（ｔ）は例えば次式で表される。

【0039】

【数6】

【0040】

ここで、ｔは時間、Ｄ（ｔｉ）は時間ｔ₁からｔ_Nまでの計測値、Ｎはデータの数である。参照データＤｒｅｆ（ｔｉ）は時間ｔ₁からｔ_Nまでの参照データである。参照データＤｒｅｆ（ｔｉ）は想定データとして作成したデータでもよいし、理想データとして作成したデータでもよい。過去の計測値でもよく、過去の計測値から求めた平均値等でもよい。

【0041】

図１１は、時刻０時から４日後の２４時まで、水質測定器１１１で測定したｐＨ値を計測値取得部１で取得し、同様にして９６時間測定した参照データＤｒｅｆを差し引いて算出した状態指標Ｅ３（ｔ）と時間との関係を示したグラフである。図１１において、状態指標Ｅ３（ｔ）は、いずれの時間ｔにおいても警告値Ａ３に達していないため、正常と判定される。一方他のデータについて、同様にして算出した状態指標Ｅ３（ｔ）と時間との関係を示す図１２のグラフでは、測定開始後８０時間までの状態指標Ｅ３（ｔ）は、警告値Ａ３に達していないためデータＤｎは正常と判定され、８６時間後のデータＤａは、状態指標Ｅ３（ｔ）が警告値Ａ３以上となり警告値に達すると判定される。

【0042】

このように、状態指標算出部２は、予め時間とともに変動させて作成された参照データ、又は蓄積された時間の関数である過去の計測値を用いて求めた処理データを、時間の関数である現在の計測値から差し引いた数値、又はこの数値を二乗した値を状態指標として算出することにより、周期的な計測値の変動を差し引いた値を状態指標とできるため、異常な状態を把握しやすく、さらに精度よく異常を検知できる。また二乗値を用いることにより、マイナス側の警告値を考慮する必要がなく算出フローを簡略化できる。

【0043】

また、計測値をそれぞれの標準偏差で割った数値の二乗を状態指標としてもよい。計測値の分布を拡げることにより、分布から外れた警告値を見つけやすくできる。

【0044】

実施の形態４．
培養支援装置１００を用いた微生物の培養支援方法について説明する。図１３は、実施の形態４に係る培養支援装置１００が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
まず、培養液の水質、培養液に供給する気体の供給量、培養液のｐＨを調整するための薬剤の供給量を種別として、種別のうち、少なくともいずれかを計測値として取得する（ステップＳ１０１）。そして、計測値を時間の関数として、培養液の状態指標を算出する（ステップＳ１０２）。そして計測値を取得した種別に基づき、状態指標の警告値を設定する（ステップＳ１０３）。次いで、状態指標が警告値に達するか否かを判定する（ステップＳ１０４）。そして、状態指標が警告値に達すると判定された場合に（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、警告を通知する（ステップＳ１０５）。状態指標が警告値に達しないと判定された場合には（ステップＳ１０４のＮＯ）ステップＳ１０１に戻る。そして支援を継続する場合は（ステップＳ１０６のＹＥＳ）ステップＳ１０１に戻り、支援を継続しない場合は（ステップＳ１０６のＮＯ）処理を終了する。

【0045】

ここで、ステップＳ１０１における計測値の取得は、予め設定した取得時間毎に行い、記憶部２０に記憶される。ステップＳ１０２における状態指標の算出は、予め設定された算出時間に、記憶部２０に記憶された計測値を時間の関数として取り込んで実行する。
例えば、取得時間１０分、算出時間２４時間として、１０分毎に取得した計測値を２４時間分取り込んで状態指標を算出する。１時間毎に取得した１００時間分の計測値を用いてもよい。取得時間、算出時間は任意であり組み合わせも任意である。取得時間、算出時間を複数設定して複数の処理を行ってもよい。これらの計測値、状態指標を常時表示させてもよい。計測値取得部１で常時計測値を取得し、状態指標算出部２で過去の計測値を含めて時間の関数として取り込んだ計測値から培養液の状態指標を算出すればよい。

【0046】

ここで、培養支援装置１００の各機能は、処理回路によって実現される。図１４は、培養支援装置１００の各機能を実現する処理回路の一例を示す概略構成図である。培養支援装置１００は、プロセッサ３０、記憶装置２０１、通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）４０等を有している。
プロセッサ３０には、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が用いられる。記憶装置２０１は、プロセッサ３０との間においてデータを送受信し、データを記憶する。
培養液の水質、培養液に供給する気体の供給量、培養液のｐＨを調整するための薬剤の供給量等の計測値は、通信Ｉ／Ｆ４０を介して各測定器、計測器から取得される。計測値取得部１、状態指標算出部２、警告値設定部３、警告判定部４、警告通知部５の各演算、判定はプロセッサ３０にて実行される。計測値取得部１で取得された計測値、状態指標算出部２で用いる演算式等は記憶装置２０１に記憶される。培養支援装置１００の指令は通信Ｉ／Ｆ４０を介して制御部１７へ送信される。

【0047】

プロセッサ３０、記憶装置２０１は１つで共有して使用してもよく、複数あってもよい。またプロセッサ３０には、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等を用いた論理回路、及び各種の信号処理回路が備えられていてもよい。プロセッサ３０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられることにより、各処理が複数の演算処理装置によって分担して実行されてもよい。

【0048】

複数の記憶装置２０１としては、例えば、プロセッサ３０からのデータの読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、プロセッサ３０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク（ＨＤＤ）等が備えられる。

【0049】

培養支援装置１００の各機能は、プロセッサ３０が、記憶装置２０１に記憶されたソフトウェア又はプログラムを実行し、ハードウェアと協働することにより実現される。培養支援装置１００に設定される設定データは、ソフトウェア又はプログラムの一部として、記憶装置２０１に記憶されていてもよく、ユーザにより入力されるようにしてもよい。培養支援プログラム２０２が記録された非一時的な記録媒体２０３が配布され、培養支援装置１００（記憶装置２０１）にインストールされてもよい。

【0050】

このように、培養液の水質、培養液に供給する気体の供給量、培養液のｐＨを調整するための薬剤の供給量を種別として、種別のうち、少なくともいずれかを計測値として取得するステップと、計測値を時間の関数として、培養液の状態指標を算出するステップと、計測値を取得した種別に基づき、状態指標の警告値を設定するステップと、状態指標が警告値に達するか否かを判定するステップと、状態指標が警告値に達すると判定された場合に、警告を通知するステップとを備えることにより、時刻、季節等で変動する培養液の状態を良好な状態に維持できる。

【0051】

なお、実施の形態１～４において、警告通知部５から培養システム１０００の制御部１７へ警告信号を通知する例について説明したが、図１５に示すように培養支援装置１００内の供給支援部７に警告信号を通知してもよい。警告通知部５から警告の通知を受けた供給支援部７は、計測値取得部１から、水質測定器１１１で測定された溶存酸素濃度、微生物濃度、ＭＬＳＳ、培養液の粘度、吸光度、色度、オゾン濃度、温度等を取得し、警告のレベルを分析する。そして培養システム１０００の基質供給部１２、気体供給部１３、及び薬剤供給部１４の少なくともいずれかの供給量を制御し、培養槽１１内の培養液の水質を改善する。他の処理を行って改善してもよい。分析した警告のレベルに応じて、培養システム１０００を操作する操作者に処理を促してもよい。

【0052】

また、状態指標算出部２で状態指標を算出し、警告値設定部３で警告値を設定する例について説明したが、図１６に示すように、これらのデータうち基準として用いる基準データを記憶させる基準データ保存部８を設け、運転条件の変更、培養槽内の微生物活性度の変動、季節変動等に応じて、基準データ更新部９で基準データを更新させて、更新させた基準データにより、状態指標の算出、警告値の設定を行ってもよい。
また、予め時間とともに変動させて作成された参照データ、時間の関数である過去の計測値を用いて求めた基準データを基準データ保存部８に記憶させて、これらのデータを基準データ更新部９で運転条件の変更、培養槽内の微生物活性度の変動、季節変動等に応じて基準データを更新させてもよい。
基準データ保存部８は、記憶部２０内に設けてもよく、記憶部２０外に設けてもよい。

【0053】

状態指標、警告値、予め時間とともに変動させて作成された参照データ、及び時間の関数である過去の計測値を用いて求めた処理データの少なくともいずれかを基準データとして記憶させる基準データ保存部８と、基準データを、運転条件の変更、培養槽１１内の微生物活性度の変動、及び季節変動の少なくともいずれかに応じて更新させる基準データ更新部９を備えることにより、最新の基準データを用いて状態指標、警告値、参照データ、処理データ等を用いることができるため、より正確な異常検知が可能となり、時刻、季節等により変動する培養液の状態を良好な状態に維持できる。

【0054】

また、計測値取得部１で取得した計測値を記憶部２０に記憶させる例について説明したが、図１７に示すように培養支援装置１００外にデータベース５０を設けて計測値を記憶させてもよい。培養支援装置１００の例えば状態指標算出部２は、無線回線１０を用いてデータベース５０からに計測値を取り込む。有線回線を用いてもよい。
また種々の状態指標、警告値、基準データ等を、データベース５０に記憶させて、必要に応じ呼び出してもよい。

【0055】

どの状態指標を用いるかは、培養支援装置１００の稼動前に選択してもよく、すべてをモニタしてもよい。段階的に切り替えるように設定してもよい。
また培養支援装置１００は、培養槽１１に隣接させて配置させてもよく、遠隔地に配置させてもよい。制御部１７に警告信号を送信する、供給支援部７から基質供給部１２、気体供給部１３、薬剤供給部１４等を制御する等の処理ができればよい。

【0056】

本開示は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0057】

１ 計測値取得部、２ 状態指標算出部、３ 警告値設定部、４ 警告判定部、５ 警告通知部、７ 供給支援部、８ 基準データ保存部、９ 基準データ更新部、１０ 無線回線、１１ 培養槽、１２ 基質供給部、１３ 気体供給部、１４ 薬剤供給部、１５ 拡散器、１６ 培養液排出部、１７ 制御部、２０ 記憶部、３０ プロセッサ、４０ 通信Ｉ／Ｆ、５０ データベース、１１１ 水質測定器、１２１ 基質計測器、１３１ 気体計測器、１４１ 薬剤計測器、１６１ 培養液測定器、１００ 培養支援装置、２０１ 記憶装置、２０２ 培養支援プログラム、２０３ 記録媒体、１０００ 培養システム

【要約】

培養液の水質、培養液に供給する気体、培養液のｐＨを調整するための薬剤を種別として、種別のうち、少なくともいずれかを計測値として取得する計測値取得部（１）と、計測値を時間の関数として、培養液内の状態指標を算出する状態指標算出部（２）と、計測値を取得した種別に基づき、状態指標の警告値を設定する警告値設定部（３）と、状態指標が警告値に達するか否か判定する警告判定部（４）と、警告判定部で状態指標が警告値に達すると判定された場合に、警告を通知する警告通知部（５）とを備える培養支援装置（１００）を設ける。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】