(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般廃棄物中の厨芥類からなる発酵原料を６０℃から１００℃で２時間以上低温領域で熱処理し、得られた熱処理物を発酵微生物の生育可能温度域まで降温させ、得られた降温処理物を、糖化酵素としてセルラーゼを用いて２８から４２℃、２から７日間、同時糖化発酵反応に付してエタノールを製造するに当たり、同時糖化発酵反応系に抗生剤を添加することを特徴とする雑菌増殖抑制方法。
【請求項２】
低温熱処理の加熱手段が抽気蒸気である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
抗生剤がアクチノマイシン、アジスロマイシン、アスポキシシリン、アムホテリシン、アルベカシン、アンピシリン、エリスロマイシン、オキサシリン、オキシテトラサイクリン、カナマイシン、カルベニシリン、クリンダマイシン、クロラムフェニコール、クロルテトラサイクリン、ゲンタマイシン、シクロセリン、ジヒドロストレプトマイシン、ストレプトマイシン、スペクチノマイシン、セファロスポリン、セファロチン、セファロルジン、セフキノム、タイロシン、テトラサイクリン、ナイスタチン、ネオマイシン、バージニアマイシン、ハイグロマイシン、バシトラシン、パロモマイシン、バンコマイシン、ピューロマイシン、ブラスチシジン、ブレオマイシン、ペニシリン、ポリミキシン、マイトマイシン、ミコフェノール酸、メチシリンおよびリンコマイシン、並びにこれらの誘導体および塩からなる群から選択される１種または複数種である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
抗生剤を同時糖化発酵反応系物全体の重量に対して２ｐｐｍ以上添加する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
抗生剤を同時糖化発酵反応の開始時に添加する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般家庭などから収集されてきた厨芥類を用いたエタノール製造において、共存する雑菌の増殖を抑制して雑菌によるエタノール発酵への影響を極力及ぼさないようにする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業廃棄物としての食品廃棄物は再利用が進められており、主に堆肥化、メタン発酵や、近年ではエタノール製造原料として利用されている。一方、現在焼却により処理されている一般廃棄物約３８００万トンの内およそ１５％程度を占める厨芥類（環境省ＨＰ上公開の平成１９年度統計）は、水分を多く含んでいることから焼却処理時のカロリー低下の原因ともなっており、雑多な性状と他成分との混在状態のためにエタノール製造原料に適さない場合が多く、再利用率が極めて低いのが現状である。しかし、一般廃棄物を有機資源として再利用する試みは続けられており、例えば特許文献１および２には一般廃棄物を粉砕し粉砕物から夾雑物を機械選別により除去して、残った有機性成分をメタン発酵基質として利用方法が提案されている。しかし、この方法では発酵不適物の影響により安定的な反応が困難であり、滞留時間が長いことから砂や金属などの廃棄物由来の異物の残存と反応槽の損傷などの問題がある。一方でメタンの利用に関しても問題が多く、発酵で得たメタンは発電等に利用されずに燃やされていることが多い（特許文献３）。また、複合的な菌群で構成されるメタン発酵菌のバランスが変化することにより発酵に不具合が生じた場合、大量の未発酵残渣を処理しなければならず、また再立ち上げ時に多大なコストと時間が必要である。
【０００３】
近年，ガソリン代替に活用が求められているバイオ燃料としてバイオエタノールが注目されている。エタノール発酵はメタン発酵と比較すると滞留時間が短く、液体燃料であるため取り扱いも容易である。しかし、食品廃棄物をエタノール発酵原料とする検討は行われているものの（特許文献４）、一般廃棄物中の厨芥類を対象としたエタノール製造に関する検討は今のところ報告されていない。その理由として、一般廃棄物中の厨芥類は食品廃棄物に比べて組成が安定せず、原料中のデンプン質が豊富でなく糖化技術が確立されていないことが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４６４６１号公報
【特許文献２】特開２００８−２４６４６２号公報
【特許文献３】特開２００６−２９７２１０号公報
【特許文献４】特開２００９−１１２２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような一般廃棄物中の厨芥類の再資源化の一手段としてこれをエタノール発酵原料に適用することは産業上有益であるが、一般廃棄物由来の厨芥類には非常に多くの微生物（雑菌）が存在する。一方で、原料としてデンプン質が多い食品廃棄物は、高温でアミラーゼを作用させて流動化することで、結果的に雑菌が少ない糖液を作ることができ、発酵反応時の滞留時間も数時間から十数時間と比較的短いため、雑菌が残存したとしても、その影響を受けにくい状態でエタノールを製造することができる。
【０００６】
一般廃棄物中の厨芥類を発酵原料とした場合にはデンプン質が少なく、一方で多くのセルロース成分が含まれ、セルラーゼを加えて同時糖化発酵反応によりエタノールを製造する方法が適していると考えられる。その場合反応期間が数日を要することもあり、単純な糖液の発酵より長くなることから雑菌の影響が危惧される。したがって雑菌が多く存在し反応期間が長くなるという特徴を持つ一般廃棄物由来の厨芥類を含む原料の同時糖化発酵反応における雑菌抑制方法が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、一般廃棄物中に含まれる厨芥類を用いた同時糖化発酵反応時に微生物の悪影響を抑制するという雑菌抑制方法について鋭意研究を重ねた結果、厨芥類を含む原料の低温熱処理を行ない、温度降下後に同時糖化発酵反応系に抗生剤を添加することで、雑菌の非存在下と同等のエタノール製造効率を得ることができる方法を発見した。
【０００８】
本発明は、一般廃棄物中の厨芥類からなる発酵原料を６０℃から１００℃で２時間以上低温領域で熱処理し、得られた熱処理物を発酵微生物の生育可能温度域まで降温させ、得られた降温処理物を、糖化酵素としてセルラーゼを用いて２８から４２℃、２から７日間、同時糖化発酵反応に付してエタノールを製造するに当たり、同時糖化発酵反応系に抗生剤を添加することを特徴とする雑菌増殖抑制方法である。
【０００９】
本明細書および特許請求の範囲を通して、一般廃棄物とは、廃棄物のうちで「廃棄物処理法（廃棄物の処理及び清掃に関する法律）」によって定義される産業廃棄物以外のものを指し、多くは一般家庭で通常の生活を営む上で排出されるごみ、すなわち家庭系一般廃棄物である。厨芥類とは、一般家庭等のから出るのくずやのなどのごみである厨芥が主構成をなすが、包装、容器、割り箸、捕集ネットなどが混在しているため、例えば厨芥が５０％以上を占めるごみを指す。厨芥が主構成をなすように一般廃棄物に選別処理を施したものが好ましい。選別方法は特段限定されるものでなく、例えば重力選別や風力選別といった選別手段が適用でき、手選別でもよい。
【００１０】
本発明では、一般廃棄物中の厨芥類をエタノール発酵原料として用いる。
【００１１】
低温領域での熱処理とは、一般的な滅菌処理が１００℃以上の温度での蒸気滅菌で行われるのに対して、これより低温の温度領域での熱処理であって、好ましくは６０℃以上、さらに好ましくは７０℃以上である。低温熱処理中の熱分布は均一であることが望ましく、そのためには機械的な攪拌を伴うことが好ましい。低温熱処理の加熱手段として抽気蒸気を用いてもよい。
【００１２】
低温熱処理時間は所定の温度に到達してから２時間以上が望ましく、さらに望ましくは４時間以上である。低温熱処理時間の上限は、特に定められないが、熱処理温度と関連し、経済性を考慮すると２４時間程度である。
【００１３】
ついで、低温熱処理で得られた熱処理物を発酵微生物の生育可能温度域まで降温させる。発酵微生物の生育可能温度域は好ましくは４から４５℃、より好ましくは２８から４２℃であり、通常は常温である。
【００１４】
ついで、熱処理物の降温で得られた降温処理物を同時糖化発酵反応に付してエタノールを製造する。同時糖化発酵は、ノボザイムズ社製セルラーゼであるセリック、ジェネンコア社製セルラーゼであるアクセルレースなどの酵素と、サッカロマイセスセレビジエなどの酵母の存在下に、好ましくは２８から４２℃、２から７日間、常法に従って実施される。
【００１５】
同時糖化発酵反応系に添加される抗生剤は、一般的に抗生物質といわれる物質である。抗生剤は、抗菌スペクトルが広いものほど好ましく、有効濃度が低いものほど好ましく、低コストで製造できるものほど好ましい。
【００１６】
このような抗生剤として、例えばアクテノマイシン、アジスロマイシン、アスポキシシリン、アムホテリシン、アルベカシン、アンピシリン、エリスロマイシン、オキサシリン、オキシテトラサイクリン、カナマイシン、カルベニシリン、クリンダマイシン、クロラムフェニコール、クロルテトラサイクリン、ゲンタマイシン、シクロセリン、ジヒドロストレプトマイシン、ストレプトマイシン、スペクチノマイシン、セファロスポリン、セファロチン、セファロルジン、セフキノム、タイロシン、テトラサイクリン、ナイスタチン、ネオマイシン、バージニアマイシン、ハイグロマイシン、バシトラシン、パロモマイシン、バンコマイシン、ピューロマイシン、プラスチシジン、ブレオマイシン、ペニシリン、ポリミキシン、マイトマイシン、ミコフェノール酸、メチシリン、リンコマイシンとこれら薬剤の誘導体および塩のうち、少なくとも１つが適宜使用される。
【００１７】
抗生剤の添加量は、同時糖化発酵反応物全体の重量に対して好ましくは２ｐｐｍ以上である。この添加量の上限は特に定められないが、費用対効果から１００ｐｐｍ程度である。
【００１８】
抗生剤を同時糖化発酵反応の開始時に添加することも好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、一般廃棄物由来の厨芥類中に多く存在する雑菌が同時糖化発酵反応に及ぼす影響を効果的に抑制することができる。その結果、従来は焼却処分されるのみであった一般廃棄物中に存在する厨芥類を同時糖化発酵原料に適用する際にエタノール収率が向上し、安定的な反応を実現できる。さらに最終エタノール濃度を向上させ、蒸留に要するエネルギーコストを減少させる上に、設備コストの占める割合を減じることができる。結果として一般廃棄物中に多く存在する厨芥類という有機資源をバイオ燃料の原料として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例における同時糖化発酵反応２日目の各サンプルのエタノール濃度を示すグラフである。
【図２】実施例における同時糖化発酵反応５日目の各サンプルのエタノール濃度を示すグラフである。
【図３】参考例におけるフォトレコーダーによる抗生剤の濃度と雑菌増殖抑制効果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、実施例および図面に基づいて本発明を具体的に説明する。
【００２２】
実施例
自治体で収集された一般廃棄物から手選別により厨芥を抽出し、これをマルチプロセッサー（ＣＨＵＢＵ製ＰＳ−３０００Ｓ）にて原型を留めなくなるまでミキシングし、得られた混合物約１００ｋｇを１０５℃で数時間乾燥させて乾燥重量％を求めたところ、３０．３９％であった。
【００２３】
得られた乾燥物に水を注ぎその割合を２５重量％に調整し、複数のサンプルを得た。各サンプルに５０，６０，７０，８０℃で、それぞれ２，４時間、低温熱処理を施した。ついで常温まで冷却後、ジェネンコア社製のセルラーゼ「アクセルレース」と酵母「サッカロマイセスセレビシエ」をそれぞれ加え、同時糖化発酵反応の際に、各反応系に抗生剤としてクロラムフェニコールを反応物全体の重量に対し５ｐｐｍ添加し、よく攪拌した後、同時糖化発酵反応を行った。
【００２４】
比較例１
抗生剤の添加を行わなかった点を除いて、実施例と同じ条件で操作を行った。
【００２５】
比較例２
ポジティブコントロールとして低温熱処理を１２１℃、２０分の条件で行った点を除いて、実施例と同じ条件で操作を行った。
【００２６】
比較例３
ネガティブコントロールとして低温熱処理を行わずに抗生剤を添加しなかった点を除いて、実施例と同じ条件で操作を行った。
【００２７】
比較例４
ネガティブコントロールとして低温熱処理を行わなかった点を除いて、実施例と同じ条件で操作を行った。
【００２８】
実施例および比較例の処理条件および反応経過２日、５日後のエタノール濃度を表１にまとめて示す。また、反応２日後と５日後のエタノール濃度を図１および図２に示す。これら結果によると、６０℃、４時間の低温熱処理を施した発酵原料に抗生物質を添加して行った同時透過発酵反応結果は、一般的な滅菌方法であるオートクレープ処理を行った発酵原料を用いた同時透過発酵反応結果とほぼ同等となり、また７０℃、２時間以上の低温熱処理を施した結果は、ポジティブコントロールの結果とほぼ同等となった。
【００２９】
抗生剤の存在による効果は、特に厨芥類を６０℃以下で熱処理した場合に顕著に現れた同時糖化発酵反応系への外部からの雑菌混入や、大規模にスケールアップした場合の機器の繋ぎ部分等での雑菌による汚染（コンタミネーション）を考慮すると、反応中の効果的な雑菌抑制のみならず、安定的な反応の継続に有効であることが分かる。
【００３０】
また、２日後のエタノール濃度（図１）に比べて５日後のエタノール濃度（図２）が低下しているサンプルがいくつかあった。これは雑菌がエタノールを資化したことや、生成した糖が雑菌により資化され、発酵用酵母がエタノールを資化したことが考えられるが、いずれにしても雑菌が存在したことが原因である。
【表１】
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参考例
５ｍＬの５％ＹＰＤ液体培地に厨芥溶液０．１ｍＬを加え、ここへ抗生剤としてクロラムフェニコールを０〜５ｐｐｍ添加し、温度を６０℃に調整した後、フォトレコーダーを用いてＯＤ＝６００の吸収により雑菌の増殖を観察した。その結果、図３に示すように、２ｐｐｍ以上の抗生剤濃度で良好な雑菌抑制効果が認められた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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