発酵式CO2添加装置の製作

 イースト菌を嫌気発酵させてCO2を発生させる方法が知られている。ランニングコストが安いうえに、発生するCO2ガスの純度は非常に高い(これは拡散筒を使って確認した)。しかも、発酵によって生成される副産物(アルコール)は脱窒菌を活性化する可能性がある。


(本記事で紹介する装置は内圧がかかるので、破裂や液漏れの危険がある。以下を実施する場合はご自身の責任において行ってください。)


drill プラスチックキャップのペットボトル(1.5L)とエアレーション用のプラジョイントを用意する。
 ペットボトルのプラスチックキャップに4.8mm~5.0mmの穴を開ける。この作業はドリルなどの工具を使わないと難しい。

 




cap 穴を開けたらセメダインスーパーX(ハイパーワイド)などを塗り、ブラジョイントを差し込む。写真のように外側から刺した方が内圧が高まったとき外れて安全。

 




kanten 寒天を使って培地を作る。レシピは、

砂糖:水:寒天=125:125:1(重量比)

を標準とする※1。最初に水に粉寒天を分散させ、かき混ぜながら沸騰させて砂糖を投入する。弱火にしてゆっくりとかき混ぜながら、砂糖を完全に溶かす。
 写真は上白糖500g、水500ml、かんてんクック4gを投入して作っているところ。
 ある程度冷えたらペットボトルに移し、上で作ったキャップを締めて冷蔵庫で冷やす。

 

kanten1 完成写真。室内に戻してから、ぬるま湯400ccにティースプーン1杯のイースト菌を溶かして投入する。
 イースト菌を投入したらキャップを締めてジョイントにホースを接続し、途中に逆止弁を入れて水槽に導く。CO2の拡散は市販の拡散塔やCO2ストーンのほか、エゼクター式溶解システムが使える。

 しばらく放置しておくとイースト菌が砂糖をエサに発酵をおこない、ブクブクと泡が出てくる。CO2ストーンを使った場合は、ある程度ボトルの内圧が高くならないと泡が出てこない。普通、4時間以上かかるが、お湯と一緒に砂糖を入れておくと、もう少し早くなる。

 

 ボトルは培地の液面が水槽の水面より高くならない位置に設置する。
 発酵の持続時間は季節によって違うが、2ヶ月~3ヶ月※2。うまくいくと、イースト菌を交換することなく発酵が持続する。


2005/1/25 追補
※1:培地の固さは、固すぎても柔らかすぎても問題が起こる。固すぎると培地の消費が悪く、容器の外周に沿って消費が進み、底部に到達すると気泡が溜まって培地全体が持ち上がってしまうことがある。また消費が済んだ後の洗浄も大変になる。柔らかすぎると発酵が激しくなり培地を無駄に消費して長持ちしない。
※2:環境温度により発酵の状態は大きく変化する。夏場の発酵が激しすぎる場合は、投入するイースト菌の量で調整すると良い。

 

<参考購入先>
ニッソー AQ-96プラジョイント
セメダイン スーパーX ハイパーワイド ペットボトルのキャップとジョイントの接着に使います。ジョイントとキャップは難接着物のためこれ以外の接着剤ではうまくつきません
粉寒天 粉末寒天はスーパーよりこちらの方がお買い得
上白糖
逆止弁 水槽の水の逆流防止用。必ず設置してください
ドリルセット13本組
RYOBI ドライバドリル CDD-1020 工具はよい物を。安物買いの・・になります。

 

 


その後の経過リポート

 追試の結果、最初に投入するお湯の量でCO2発生の日持ちが決まることが解った。100ccのお湯で5~6日程度、200ccでは12日くらい持続する。
 お湯が少ないと早く終わってしまうが、これは発酵によって生成されるアルコールで飽和してしまうためと見られる。理屈上はお湯の量は多ければ多いほど持続が長いと考えられる。ただし、量が多いと倒れやすくなり、倒れたときの被害も大きい。
 CO2添加の効果はPHを観察することで解る。PHが添加前のレベルになったら、効果が切れたと判断する。

 この方法による添加は基本的に24時間連続となる。夜間の過剰添加が気になる場合は、バイパス弁を設けてガスを逃がすか、培地の砂糖濃度やイースト菌の量を少な目にしておくといい。
 最初に投入する種イーストの量は、ティースプーン1杯で十分だった。砂糖をエサに増殖するので、もっと少なくても良いかも知れない。

1999/11/7
 400ccで発酵させていたCO2の気泡が減ってきたのでイースト菌を交換。今回の持続は20日程度だった。気温が下がったせいで最初に砂糖を入れて10時間経過しても一向に泡が出てこない。そこでボトルをタオルでくるんで保温してみたところ、ようやく泡が出てきた。
 最初に作った寒天培地だが、イースト菌により浸食されているもののまだ大半が残っているので相当日持ちしそうだ。

1999/11/20
 最近気温が下がってきて発酵が弱くなった。厳重に保温しているがあまり改善されない。

2000/1/4
 中の寒天はだいぶ崩れ、イースト菌を追加してもあまり発酵しなくなってきた。寒天を取り出して口に含んでみると、猛烈に酸っぱい。そこで寒天培地を再度作って再セットアップを行った。培地の寿命は今回の様子からするとおよそ2~3ヶ月といったところだろう。

2000/1/10
 寒天培地を新しくしてから順調に泡が出ているが、糸状のコケが大発生してしまった。ひょっとすると、発酵ガスに含まれるCO2以外の成分が水に溶け、コケの栄養源になっているのかもしれない。

2000/4/9
 糸状のコケが大発生した原因は、底床の富栄養化にあった。どうやら、セットアップの時に埋め込んだ肥料が原因らしい。プロホースを使って余剰栄養素を抜いたら、コケはなくなった。
 発酵式CO2添加装置を付けている水槽では、そのほかにもおもしろい現象が見られる。外部濾過器の洗車スポンジ濾材を見ると、気泡が沢山付いており、時々ブシューと言う音がして大量の気泡が排水パイプから出てくる。最初吸水フィルタの目詰まりで内部が不圧気味になっているせいだと考えたが、実験で違うことを確認した。
 イースト菌が発酵するとCO2の他にアルコールが出るが、これが水にとけ込んで、嫌気性濾過の促進に寄与していると推測する。

2000/6/24
 現在砂糖と水の量を1:1にして培地を作っているが、砂糖を消費がわかりにくく、既に消費されつくした培地が邪魔をして反応が遅くなる傾向があるようだ。

2000/10/23
kakusantou1 発生するCO2ガスの濃度を調べるため、拡散筒を使って実験してみた。発生するガスを写真のように拡散筒に貯めて、拡散筒が一杯になったらそのまま静置しておく。この実験は2回ほど実施したが、いずれも、内部の気体はほぼ全てが溶解した。CO2ボンベでは空気が溜まることがあるが、酵母は基本的にCO2ガスしか出さないので、極めて純度の高いCO2ガスを得られることがわかった。

 




2000/11/22
 何度も培地を製作した経験上、砂糖と水、お湯とイースト菌の比率について、ある程度の解を得た。それは、

 砂糖と水は1:1
 種菌:お湯400ccに対しティースプーン1杯

である。このレシピに従って製作すると、1秒0.5~1滴程度の安定した発酵が2~3週間の間持続することがわかった。

2001/7/20
 培地の固さは寒天の量に比例するが、固さは発酵速度にも大きく関係している。そこで、

 砂糖:水:寒天の重量比率を500:500:4
 種菌:お湯400ccに対しティースプーン1杯

にすると、イースト菌の交換なしで、培地の砂糖をほとんど消費するまで発酵が持続することがわかった(このページで紹介しているレシピをこれに従ってアップデートした)。
 ただ、初期発酵が激しく、水中のCO2濃度がかるく20mg/Lを越えてしまうため、最初は夜間のエアレーションを併用したほうがいいかもしれない。ちなみに、我が家の水槽では20mg/Lを越えても全く問題なかった。