(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め粉砕処理を受けていないエビ，カニ又はロブスターの殻を含むキチン含有廃棄物を、クロストリジウム属のキチン分解嫌気性菌を用いて、嫌気的条件下の水中で２０日間以上、生物的に分解処理することによりキチン質を脆化させた後、このキチン含有廃棄物を高密度に圧縮し、廃棄又はその他の二次用途に供することを特徴とするキチン含有廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記キチン分解嫌気性菌が、クロストリジウム・パラプトリフィカム（ Clostridium paraputrificum）Ｍ株であることを特徴とする請求項１に記載のキチン含有廃棄物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はキチン含有廃棄物の処理方法に関する。更に詳しくは、本発明は、キチン含有廃棄物をクロストリジウム属のキチン分解嫌気性菌による生物的分解処理に供することにより、キチン含有廃棄物に圧縮性を付与すると共に、水素ガスを生成させて回収するキチン含有廃棄物の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
キチンは、自然界においてセルロースに次いで二番目に豊富なポリマーであり、主にＮ−アセチル−Ｄ−グルコサミンから構成される多糖類であって、β−１，４結合による分枝のないポリマーである。
【０００３】
商業的キチンの主要源はカニ，エビ，ロブスター等の殻であるが、近年、我が国も含めてカニ，エビ，ロブスター等の消費量の伸びが著しく、従って、膨大な量のキチン含有廃棄物が発生している。廃棄シェルフィッシュにおける全キチン含有量は１年で１２万メートルトンに達すると言う世界的概算もある。
【０００４】
しかしながら、キチンは非常に強固な構造を持つ難分解性物質であり、無機塩類やタンパク質もかなり含有するために生物的分解を受け難く、現在のところ、膨大な量のキチン含有廃棄物の殆どは、蒸気消毒後にそのまま地中に埋込んで廃棄されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の第１の課題は、何ら有効利用の途なく単に廃棄されている膨大な量のキチン含有廃棄物と言うバイオマスを如何に有効利用し得るか、その方向性を示すことである。
【０００６】
この点に関し、特開平１０−６６５６８号公報では、カニやエビの殻をアルカリ処理した固形分を主炭素源とし、好気性であるシュードモナス属細菌を用いてキチナーゼを製造する方法を開示している。しかしこの発明ではキチナーゼの製造を目的とし、キチン含有廃棄物は培地栄養源として用いるに過ぎない。従ってキチン含有廃棄物は少量用いられるに止まり、実施規模の面でバイオマスの有効利用に結びつき得ない。又、一般論として好気性細菌を用いた場合、エネルギー回収の面でも期待できない。
【０００７】
本願発明者は既に、市販のＮ−アセチル−Ｄ−グルコサミン粉末を主炭素源とし、キチン分解嫌気性菌クロストリジウム・パラプトリフィカムＭ株を用いて水素ガスを生産できることを報告している（Ｊ．  Ｂｉｏｓｃｉ．  Ｂｉｏｅｎｇ．  Ｖｏｌ．  ８９  Ｎｏ．  ６，  ｐｐ．  ５９６−６０１，  ２０００）。しかしながら、粉末状態の低分子量物質であるＮ−アセチル−Ｄ−グルコサミンに関する知見が、そのポリマーであり、難分解性物質として知られるキチンにそのまま適用できるか否かは、容易に予測できない。
【０００８】
本発明の第２の課題は、現状のキチン含有廃棄物の廃棄過程における廃棄物の圧縮と言う問題を解消することである。即ち、エビ，カニ又はロブスターの殻は中身の抜けた空洞状であり、重量の割りには著しく嵩張る。そしてプラスチック材料と類似した弾力性を示すため、圧縮状態で取扱うことが困難である。そのため、これらを集中処理しようとした場合、単位重量当たりの運搬，保管等のコストが非常に大きい。地中への埋立ての際にも大きなスペースを占有する。
【０００９】
他の廃棄物処理分野を見ると、多量のプラスチックの破片や屑を含む自動車のシュレッダーダストの処理において、廃棄物が著しく嵩張ることによるコスト問題を生じたことがある。しかしシュレッダーダストの場合、加熱圧縮によりプラスチックの塑性変形を利用して高密度圧縮の問題を解決した。しかし、キチン含有廃棄物には熱可塑性がないので、この方法は適用できない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（第１発明の構成）
上記課題を解決するための本願第１発明（請求項１に記載の発明）の構成は、予め粉砕処理を受けていないエビ，カニ又はロブスターの殻を含むキチン含有廃棄物を、クロストリジウム属のキチン分解嫌気性菌を用いて、嫌気的条件下の水中で２０日間以上、生物的に分解処理することによりキチン質を脆化させた後、このキチン含有廃棄物を高密度に圧縮し、廃棄又はその他の二次用途に供する、キチン含有廃棄物の処理方法である。
【００１１】
（第２発明の構成）
上記課題を解決するための本願第２発明（請求項２に記載の発明）の構成は、前記第１発明に係るキチン分解嫌気性菌が、クロストリジウム・パラプトリフィカム（Ｃ． ｐａｒａｐｕｔｒｉｆｉｃｕｍ）Ｍ株である、キチン含有廃棄物の処理方法である。このＭ株は、ＦＥＲＭ  Ｐ−１６３９０として、既に工業技術院生命工学工業技術研究所に寄託されている。
【００１４】
【発明の作用・効果】
（第１発明の作用・効果）
キチン含有廃棄物にクロストリジウム属のキチン分解嫌気性菌を嫌気的条件下に接種すると、水素ガスを生成することが分かった。従って、キチン含有廃棄物と言う膨大なバイオマスから水素ガスを回収すると言う有効利用の方向性が示される。
【００１５】
従来、天然のポリマーであるキチンから生物的分解により水素ガスを得たと言う報告はなされていない。前記従来技術に係る好気性細菌を用いたキチン分解は、キチン含有廃棄物からの水素ガス生産に対して示唆を与えない。
【００１６】
一方、キチン含有廃棄物にクロストリジウム属のキチン分解嫌気性菌を嫌気的条件下に接種すると、前記水素ガスの生成やキチン含有廃棄物のある程度の重量減少と共に、キチン質が脆化して弾力性を失うことが分かった。
【００１７】
その結果、第１発明の生物的分解を受けたキチン含有廃棄物は、プレス圧によりキチン質が容易に折れや割れを起こし、非常に高密度に圧縮できる。そしてプレス圧を解除しても体積膨脹を起こさない。このため、元々は重量の割りに著しく嵩張るキチン含有廃棄物を、高密度に圧縮して運搬，保管等を行うことが可能となり、その集中処理において大きくコストダウンすることが可能となる。又、地中への埋立ての際にも、大きなスペースを占有しない。
【００１８】
（第２発明の作用・効果）
上記のキチン分解嫌気性菌としては、クロストリジウム・パラプトリフィカムＭ株が特に好ましい。本願発明者は、このＭ株を用いて、上記第１発明の効果を実験的に確認している。
【００１９】
（第３発明の作用・効果）
キチン含有廃棄物としては、エビ，カニ又はロブスターの殻を含むものであることが、発明の産業上の有用性の点から、特に好ましい。
【００２０】
（第４発明の作用・効果）
第１発明の前記１）の場合を除き、キチン含有廃棄物を予め粉砕処理及び／又は酸・アルカリ処理しておくと、上記各発明の効果が特に顕著である。その理由は、これらの処理によりキチンが含有する無機塩類やタンパク質が除去されるためではないか、と推定される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、第１発明〜第４発明の実施の形態について説明する。以下において、単に「本発明」と言うときは、第１発明〜第４発明を一括して指している。
【００２２】
〔キチン含有廃棄物〕
キチン含有廃棄物とは、要するにキチン質を含有する廃棄物である限りにおいて、その種類，内容及び出所を限定されない。例えば、ホテルやレストランから排出される料理の食残し，家庭から排出される生ゴミ、食品加工場から排出される廃棄物等が例示される。
【００２３】
キチン含有廃棄物に含まれるキチン質の代表的なものがエビ，カニ又はロブスターの殻である。
【００２４】
キチン含有廃棄物は、その廃棄状態のままで直ちに本発明の処理方法に供しても良いが、キチン質を他の野菜，肉類等の廃棄物から予め選別しておくことが好ましい。洗浄等によって、キチン質に付着したソースや油等を除去しておくことも好ましい。キチン質に付着した筋肉等を除去しておくことも好ましい。
【００２５】
キチン含有廃棄物は、予め粉砕処理することにより、更には所定の酸・アルカリ処理を行うことにより、キチン分解嫌気性菌の作用を一層受け易くなる。粉砕処理の手段は限定されないが、代表的なものがボールミル処理である。乳鉢等を用いて磨り潰すこともできる。
【００２６】
なお、キチン含有廃棄物の粉砕処理にも無視できないコストと設備を要する。前記第１発明の１）の場合、即ち、前記嫌気的条件下の生物的分解処理によるキチン質の脆化を利用してキチン含有廃棄物を高密度に圧縮し、廃棄又はその他の二次用途に供する場合には、キチン含有廃棄物の粉砕処理は行わない。
【００２７】
上記「所定の酸・アルカリ処理」とは、キチン含有廃棄物を特定の条件で酸処理した後、アルカリ処理によって略中性のｐＨ域に調整することを言う。酸・アルカリ処理に用いる酸やアルカリの種類，処理条件等は任意に選択することができるが、一例として、１〜２規定度の無機酸（例えば、塩酸）を用いて１〜５日間程度酸処理し、次いで１〜２規定度のアルカリ（例えば水酸化カリウム）で中和することができる。
【００２８】
〔生物的分解処理〕
本発明に係るキチン含有廃棄物の処理方法の最大の特徴は、クロストリジウム属のキチン分解嫌気性菌を利用して、キチン含有廃棄物を嫌気的条件下に生物的分解処理に供することである。
【００２９】
クロストリジウム属のキチン分解嫌気性菌として、好ましくはクロストリジウム・パラプトリフィカム（Ｃ． ｐａｒａｐｕｔｒｉｆｉｃｕｍ）を利用できる。特に好ましくは、ＦＥＲＭＰ−１６３９０として既に特許寄託されているクロストリジウム・パラプトリフィカムＭ株を利用することができる。
【００３０】
このクロストリジウム・パラプトリフィカムＭ株は、三重県津市上浜町の三重大学構内の土壌から分離されたものであり、表１に示す形態学的，生理学的特徴が認められるため、絶対嫌気性細菌クロストリジウム・パラプトリフィカムと同定され、Ｍ株と命名された。
【００３１】
【表１】
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なお、クロストリジウム・パラプトリフィカムＭ株における糖の資化性に関しては、少なくともＮ−アセチル−Ｄ−グルコサミン，キチン，セロビオース，フルクトース，グルコース，グリコーゲン，ラクトース，マルトース，マンノース，リボース，サルシン，デンプン及びショ糖に対して陽性である。又、少なくともアラビノース，イノシトール，マンニトール，メリビオース，ラフィノース，ソルビトール及びトレハロースに対して陰性である。
【００３２】
上記のキチン分解嫌気性菌が嫌気的条件下にキチン含有廃棄物に接種される。ここに「嫌気的条件」とは、分子状酸素が存在せず、培地中の酸化還元電位が低い状態を言う。「低い酸化還元電位」とは、通常、−１５０ｍＶ以下を言う。
【００３３】
キチン分解嫌気性菌の接種の形態は限定されない。キチン含有廃棄物が予め粉砕処理されている場合には、例えばその粉末を適当な栄養培地に添加し、これにキチン分解嫌気性菌を接種してジャーファーメンター等で嫌気培養することができる。
【００３４】
キチン含有廃棄物を圧縮処理して廃棄に供する場合には、キチン含有廃棄物は粉砕しない。この場合、キチン含有廃棄物に対するキチン分解嫌気性菌の接種形態は限定されないが、好ましくは、例えばキチン含有廃棄物に水を張り、これにキチン分解嫌気性菌を添加する方法を採用できる。この方法を採用する場合において、効果の顕著性を重視すれば嫌気的密閉系を構成することが好ましいが、開放系でも処理は可能である。
【００３５】
〔水素ガスの生成と回収〕
本発明に係るキチン含有廃棄物の処理方法において、主として水素ガスＨ２  と二酸化炭素ＣＯ２  が生成し、両者の体積比が６５：３５程度であることが分かっている。嫌気培養の培地のｐＨをアルカリ剤等を用いて５．８程度に調整しておくと、水素ガスの生成量が増大する。
【００３６】
このようにして生成した水素ガスは、二酸化炭素との混合気状態のままで回収し、あるいは分離操作によって二酸化炭素と分離したもとで、燃料電池車用の燃料その他の多様な用途のクリーンエネルギーとして有効に利用できる。水素ガスと二酸化炭素との分離操作の手段は限定されないが、比較的簡単な分離操作として、例えば、ガスホルダー（ガスのみを一時的に貯蔵するタンク）を利用し、水素ガスと二酸化炭素との比重差に基づいて分離する、と言う方法等を好ましく挙げることができる。
【００３７】
〔キチン含有廃棄物の圧縮〕
本発明の生物的分解を行ったキチン含有廃棄物は、前記したように非常に高密度に圧縮して廃棄に供することができる。このような取扱いによるコストダウン効果を十分に発揮させるためには、キチン含有廃棄物を大量に集積し、集中処理を行うことが好ましい。
【００３８】
高密度に圧縮されたキチン含有廃棄物は、未だ実験的には確認していないが、生物的分解を経由することによって、相対的に易分解性の廃棄物に変化していることが十分に予想される。従って、例えば土中へ埋立てた場合に従来の無処理のキチン含有廃棄物に比較して速やかに自然分解することを期待できる。
【００３９】
〔キチン含有廃棄物の二次用途〕
又、本発明の生物的分解を行ったキチン含有廃棄物は、上記のように相対的に易分解性に変化していると期待される点から、廃棄処分せずに他の産業分野で利用する資材又は原料として活用することも可能である。例えば、一部で注目されているキトサン等の有用物質の採取原料として利用したり、粉砕してフィッシュミール等の増量剤として利用する、等の利用法を例示することができる。
【００４０】
【実施例】
（実施例１：試料の調製）
市販の粉末状Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミン，キチン、及び適宜のルートで入手したエビ殻又はロブスター殻を用いて試料を調製した。
【００４１】
市販の粉末状Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミンについては、そのまま試料として用いた。
【００４２】
キチンについては、次の粉砕条件でボールミル処理したものを、試料として用いた。即ち、その粉砕条件は、キチン３０ｇに対して水１．５Ｌを加え、通常のボールミル粉砕器を用いて３日間、４度で粉砕処理した。ボールミル処理の終了後、９，０００×Ｇで３０分間遠心分離し、得られた沈殿物を適当な条件で乾燥させて、粉末状の試料を得た。
【００４３】
エビ殻及びロブスター殻については、まず水洗し、オーブン（６０°Ｃ）で乾燥させた後、乾重量３０ｇに対して水１．５Ｌを加え、通常のボールミル粉砕器を用いて３日間、４度で粉砕処理した。ボールミル処理の終了後、９，０００×Ｇで３０分間遠心分離し、得られた沈殿物を適当な条件で乾燥させて、粉末状の試料を得た。
【００４４】
又、エビ殻及びロブスター殻に関しては、以下のように、粉砕処理と化学処理（酸・アルカリ処理）とを併せ施した試料も準備した。
【００４５】
即ち、エビ殻の場合には、Ｓｔａｎｌｅｙ  らの方法（Ｊ．  Ｂｉｏｔｅｃｈ．  Ｂｉｏｅｎｇ．  Ｖｏｌ．  １７，  ｐｐ．  ３１２−３２６，  １９７５）を改良した方法で処理した。具体的には、まずエビ殻を水洗し、オーブン（６０°Ｃ）で乾燥させた後、乳鉢ですりつぶした。この乾物３０ｇに対して１規定度の塩酸１．５Ｌを加え、通常のボールミル粉砕器を用いて５日間、４度で粉砕処理した。このようなボールミル処理の終了後、９，０００×Ｇで３０分間遠心分離し、得られた沈殿物（湿重量５０ｇ）を１規定度の水酸化カリウム３００ｍＬで洗浄した。これを更に水で洗浄し、ｐＨ７．０に調整した。
【００４６】
ロブスター殻の場合には、Ｗａｎｇらの方法（Ｐｒｏｃ．  Ｎａｔｌ．  Ｓｃｉ．  Ｃｏｕｎ．，  Ｒｅｐ．  ｏｆ  Ｃｈｉｎａ，  Ｐａｒｔ  Ｂ  ：Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，  Ｖｏｌ．  ２１，  ｐｐ．  ７１−７８，１９９７）を改良した方法で処理した。具体的には、まずロブスター殻を水洗し、オーブン（６０°Ｃ）で乾燥させた後、乳鉢ですりつぶした。この乾物３０ｇに対して２規定度の塩酸１．５Ｌを加え、通常のボールミル粉砕器を用いて２日間、４度で粉砕処理した。このようなボールミル処理の終了後、９，０００×Ｇで３０分間遠心分離し、得られた沈殿物（湿重量５０ｇ）を２規定度の水酸化カリウムによりｐＨ７．０に調整した。これを９，０００×Ｇで３０分間遠心分離し、得られた沈殿物をオーブン（６５°Ｃ）で乾燥した。
【００４７】
（実施例２：クロストリジウム・パラプトリフィカム  Ｍ株の培養）
Ｃ． ｐａｒａｐｕｔｒｉｆｉｃｕｍ  Ｍ株を、下記に示す組成のＧＳ改良培地で、Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミンを炭素源として前培養した。前培養の条件としては、温度３７°Ｃ、初期ｐＨ６．８、培養時間を１２時間とした。
【００４８】
上記のＧＳ改良培地は、１Ｌ当たり、酵母エキス  ４．５ｇ、ポリペプトン  １．０ｇ、ＫＨ２ＰＯ４  ３．０ｇ、Ｋ２ＨＰＯ４  ５．８ｇ、（ＮＨ４）２ＳＯ４  ２．６ｇ、Ｌ−システイン塩酸塩  １．０ｇ、３−（Ｎ−モルホリノ）プロパンスルホン酸  １０ｇ、炭酸ナトリウム  ２．５ｇ、レサズリン  ０．１ｇを含んでいる。
【００４９】
前培養は試験管培地１０ｍＬで行い（気相を窒素ガスにより置換し、ブチルゴム栓で密閉して嫌気状態を維持した）、前培養した菌体４本分を、ジャーファーメンターを用いて培地（上記と同じ組成のＧＳ改良培地に対して、実施例１で調製した粉体試料であるエビ殻又はロブスター殻、あるいは市販の粉末状Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミンを、１０ｇ／Ｌとなるように添加し、オートクレーブしたもの）１Ｌに植菌し、本培養を行った。この植菌は気相を窒素ガスで置換しながら行い、本培養中もジャーファーメンター内部を窒素ガスにより嫌気状態に維持した。
【００５０】
なお、本培養時には培地をｐＨ５．５〜６．５、とりわけｐＨ６．０に維持すると水素ガスが良く発生することが実験的に分かっているので、上記いずれの場合の本培養も、ｐＨを６．０近傍に維持して行った。
【００５１】
（実施例３：水素ガスの生産）
１）炭素源を市販の粉末状Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミンとした培養例では、ｐＨを５．８に維持した５時間の本培養により、培地１Ｌ当たり１．８７Ｌの水素ガス生産が認められた。換言すると、Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミン１モル当たり２．４モルの水素ガス生産が認められた。
【００５２】
２）炭素源をボールミル処理したキチンとした培養例では、ｐＨを６．０に維持した１６時間の本培養により、培地１Ｌ当たり１．５０Ｌの水素ガス生産が認められた。換言すると、１ｇのボールミル処理したキチンが４．５ｍＭのＮ−アセチル−Ｄ−グルコサミンを含むものとして換算した場合、Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミン１モル当たり１．５モルの水素ガス生産が認められた。従って、キチン１０ｇの内、９．９ｇが消費されたことになる。
【００５３】
３）炭素源をボールミル処理したエビ殻とした培養例では、ｐＨを６．０に維持した１２時間の本培養により、培地１Ｌ当たり３９５ｍＬの水素ガス生産が認められた。換言すると、１ｇのボールミル処理したエビ殻が４．５ｍＭのＮ−アセチル−Ｄ−グルコサミンを含むものとして換算した場合、Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミン１モル当たり１．０モルの水素ガス生産が認められた。従って、エビ殻１０ｇの内、２．６ｇが消費されたことになる。
【００５４】
４）炭素源をボールミル処理及び化学処理したエビ殻とした培養例では、ｐＨを６．０に維持した１８時間の本培養により、培地１Ｌ当たり４６９ｍＬの水素ガス生産が認められた。換言すると、上記換算に従った場合、Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミン１モル当たり１．２モルの水素ガス生産が認められた。従って、エビ殻１０ｇの内、４．１ｇが消費されたことになる。
【００５５】
５）炭素源をボールミル処理したロブスター殻とした培養例では、ｐＨを６．０に維持した２２時間の本培養により、培地１Ｌ当たり２７０ｍＬの水素ガス生産が認められた。換言すると、１ｇのボールミル処理したロブスター殻が４．５ｍＭのＮ−アセチル−Ｄ−グルコサミンを含むものとして換算した場合、Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミン１モル当たり１．２モルの水素ガス生産が認められた。従って、ロブスター殻１０ｇの内、４．１ｇが消費されたことになる。
【００５６】
６）炭素源をボールミル処理及び化学処理したロブスター殻とした培養例では、ｐＨを６．０に維持した２２時間の本培養により、培地１Ｌ当たり３３４ｍＬの水素ガス生産が認められた。換言すると、１ｇのボールミル処理及び化学処理したロブスター殻が４．５ｍＭのＮ−アセチル−Ｄ−グルコサミンを含むものとして換算した場合、Ｎ−アセチル−Ｄ−グルコサミン１モル当たり１．３モルの水素ガス生産が認められた。従って、ロブスター殻１０ｇの内、２．５ｇが消費されたことになる。
【００５７】
（実施例４：エビ殻の圧縮性）
清浄に洗浄処理した通常の湿り状態にある２ｇのエビ殻を２例準備し、それぞれ水を張った適宜な培養瓶に収容した。その内の１例（本発明の実施例）については、気相を窒素ガスに置換しつつ実施例２に係る試験管前培養した菌体５ｍＬ分を添加し、以後、培養瓶内を嫌気状態に保ちつつ、３７°Ｃで２０日間静置した。他の１例（比較例）については、特段の処理をすることなく、３７°Ｃで２０日間静置した。
【００５８】
上記培養の後、いずれの例においても培養瓶の内容物をビーカーに移し、上から２００ｇの重量をおもりを載せて２０分間放置した。次いで上記の固形分を型くずれしないようにビーカーからそっと取出し、乾燥機中で６０°Ｃで充分に乾燥して、乾燥後の重量を測定すると共に、形状を観察した。
【００５９】
重量測定の結果、比較例は０．７２５ｇ、本発明の実施例は０．３５０ｇであった。又、上記形状観察に係る写真（斜め上方より写したもの）を図１に示す。図１の左側の試料が比較例であり、右側の試料が本発明の実施例である。比較例では、荷重を解除すると元の嵩高い状態に戻り、その容積上の圧縮効果は殆ど認められなかった。本発明の実施例では、ビーカーの底部で圧縮された状態の形状を維持し、顕著な容積上の圧縮効果が認められた。
【図面の簡単な説明】
【図１】エビ殻の圧縮試験の結果を示す写真である。
【図１】
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