(57)【要約】【課題】高温度で分解反応する酵素を用いて、粉砕と酵素分解と乾燥を一つの工程で全てを処理することのできる有機資源の再資源化方法および再資源化装置を提供する。【解決手段】有機原料と、少なくとも、加水分解機能、転移機能、酸化還元機能の複数の反応特性を持ち５０℃以上、好ましくは７０℃〜８０℃の高温域で有機物中のタンパク質、炭水化物、脂肪を分解する酵素とを収納する反応槽２と、反応槽２内において原料と酵素を撹拌する撹拌羽根４と、反応槽２内の原料と酵素を前記の高温域の温度に加熱する加熱手段とを備えた有機資源の再資源化装置。撹拌羽根４により、原料と酵素を撹拌することにより、有機物が分解されるとともに乾燥され、再資源が一つの工程で得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、加水分解機能、転移機能、酸化還元機能の複数の反応特性を持ち５０℃以上、好ましくは７０℃〜８０℃の高温域で有機物中のタンパク質、炭水化物、脂肪を分解する酵素によって、有機原料の分解工程と乾燥工程を同時に進行させて含水率を低下させた再資源を得ることを特徴とする有機資源の再資源化方法。
【請求項２】
有機原料と、少なくとも、加水分解機能、転移機能、酸化還元機能の複数の反応特性を持ち５０℃以上、好ましくは７０℃〜８０℃の高温域で有機物中のタンパク質、炭水化物、脂肪を分解する酵素とを収納する反応槽と、
前記反応槽内において原料と酵素を撹拌する撹拌手段と、
前記反応槽内の原料と酵素を前記の高温域の温度に加熱する加熱手段と、
を備えたことを特徴とする有機資源の再資源化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品産業、農業、畜産業、漁業、造園業、林業で排出される未利用有機性廃棄物を、酵素を用いて飼料化、肥料化して再利用するための循環システムの構築技術に関する。
【０００２】
ここで、飼料化が可能な未利用な有機資源としては、食品廃棄物、農業副産物、海藻類、魚骨残渣、剪定枝葉などがある。
また、肥料化が可能な未利用有機性資源としては、食品廃棄物、家畜糞尿、農業副産物、魚骨残渣、剪定枝葉などがある。
【背景技術】
【０００３】
エネルギ問題や環境問題などから、有機性廃棄物の有効な処理技術やリサイクル技術が求められている。
【０００４】
有機性廃棄物の処理技術としては、微生物により水と炭酸ガスに分解する消滅型がある（例えば、特許文献１参照）。しかし、貴重な資源を消滅させることは、エネルギ問題や環境問題の根本的な解決策とは言えない。
【０００５】
リサイクル技術としては、従来より、乾燥による飼料化や微生物による堆肥化技術があるが、乾燥による飼料化は乾燥エネルギを大量に必要とするため、経済面から普及が進んでいない。最も普及が進んでいる微生物による堆肥化は、完熟までに半年から１年という時間と広大な場所を必要とするため、導入が頭打ちとなっている。
【０００６】
飼料化技術として、特許文献２には、食品残渣を粉砕処理する粉砕工程と、粉砕処理された食品残渣を所定の温度および所定の時間で加熱しながら撹拌して酵素分解する酵素分解工程と、電気ヒータにより酵素分解後の食品残渣を所定の温度および所定の時間で乾燥する乾燥工程とにより飼料化する方法が記載されている。
【０００７】
また、堆肥化技術として、特許文献３には、有機性廃棄物を撹拌し緩慢に粉砕する工程と、該粉砕工程に於いて発生した水分を、該粉砕する手段によって吸収する工程と、該粉砕手段に換気装置から取り入れた空気を分散分配する分散・分配工程と、該発生した水分を蒸気吸引する工程と、以上の工程を組み合わせ該有機性廃棄物の水分を取り除き、肥料もしくは、飼料として作り変えるようにした有機性廃棄物の処理方式が記載されている。また、前記緩慢に粉砕する手段として、竹材による細片素材を利用することも、記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１１２５８１号公報
【特許文献２】特開２００２−１４２６８７号公報
【特許文献３】特開２００３−８０２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、前掲の特許文献２に記載された飼料製造方法では、製造工程が、粉砕工程と酵素分解工程と乾燥工程とに分かれており、工程および装置が複雑となっている。また、従来の乾燥による飼料化に比較し、酵素分解処理（化学反応熱）を事前に行うことにより、乾燥エネルギの省エネルギ化は図れるものの、電気ヒータで乾燥させるため経済性の課題が残る。
【００１０】
また、特許文献３に記載された堆肥化技術は、酵素を利用したものであるが、この技術も粉砕工程を有しており、また、酵素分解反応を促進するために処理槽に送り込む空気を加温するための加熱器を設けるため、工程および装置が複雑である。さらに、処理槽に投入するのは、酵素と微生物の混合液となっており、有機物と効率的に反応させるために、細片化された竹材を投入するものであるため、竹材の破砕コストなどを考慮すると経済性に課題が残る。
【００１１】
従来の酵素の最適な分解反応温度は４０℃前後といわれており、そのため、乾燥工程では、別に更に高温の熱を加える必要がある。そこで、７０℃〜８０℃の高温度で分解反応する酵素が発見され活用できれば、分解反応と乾燥工程が一度に行えることになる。
【００１２】
そこで本発明は、高温度で分解反応する酵素を用いて、粉砕と酵素分解と乾燥を一つの工程で全てを処理することのできる有機資源の再資源化方法および再資源化装置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】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明の第１の構成は、少なくとも、加水分解機能、転移機能、酸化還元機能の複数の反応特性を持ち５０℃以上、好ましくは７０℃〜８０℃の高温域で有機物中のタンパク質、炭水化物、脂肪を分解する酵素によって、有機原料の分解工程と乾燥工程を同時に進行させて含水率を低下させた再資源を得ることを特徴とする有機資源の再資源化方法である。
【００１４】
また、本発明の第２の構成は、有機原料と、少なくとも、加水分解機能、転移機能、酸化還元機能の複数の反応特性を持ち５０℃以上、好ましくは７０℃〜８０℃の高温域で有機物中のタンパク質、炭水化物、脂肪を分解する酵素とを収納する反応槽と、前記反応槽内において原料と酵素を撹拌する撹拌手段と、前記反応槽内の原料と酵素を前記の高温域の温度に加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とする有機資源の再資源化装置である。
【００１５】
本発明においては、加水分解、転移、酸化還元など複数の反応特性を持ち５０℃以上、好ましくは７０℃〜８０℃の高温域で有機物中のタンパク質、炭水化物、脂肪などを分解できる酵素の複合体によって、分解工程と乾燥（含水率１０％以下）工程を同時に２４時間以内に進行させる。分解工程と乾燥工程を同時に進行させることで、当酵素が持つ複数の反応特性によって、高分子が低分子化される際の反応熱（発熱反応）の乾燥熱としての利用や高分子間内（あるいは細胞内）に閉ざされていた水分子を容易に分離することができる。そのため、乾燥に必要な外部からの供給熱を最小限に抑えることができる。反応温度が５０℃未満であると、乾燥時間が長くかかり、また必要外部エネルギが多くなるため好ましくない。反応温度が８０℃を超えると、分解工程における分解反応が十分に進行する前に乾燥してしまい、分解工程と乾燥工程の同時進行のバランスが崩れる。
【００１６】
外部からの熱は、商用電源などによる電気ヒータ加温方式、或いは、より経済性を高めるために工場廃熱や森林バイオマスエネルギなどの未利用エネルギなどにより、電気ヒータ方式や蒸気・温水によるジャケット方式によって供給する。
【００１７】
好適には、７０℃〜８０℃の高温域で有機物を分解させると、魚骨残渣やキャベツの芯なども事前に破砕することなく、分解・乾燥工程と同時に粉砕させることができる。
【００１８】
本発明では、シンプルな一つの反応槽を用い、２４時間以内に、粉砕・分解・乾燥を一つの工程で行えるため、装置は非常にシンプルとなる。そのため、装置の制作費が安価となり、且つ、操作も簡素化されるためメンテナンスや日常の管理（無人化）が容易となる。
【００１９】
構造は一つの槽とその槽の内部に設けられた撹拌軸だけであり、温度とその温度で反応する酵素の働きによって、破砕・分解・乾燥を一気に行ってしまうことができる。
電気ヒータ用の電源は、商用電源などで賄える。あるいは、温水や蒸気は、工場廃熱や森林バイオマスエネルギなどの未利用エネルギを活用することもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、５０℃以上、好ましくは７０℃〜８０℃の高温度で分解反応する酵素を用いることにより、次の効果を奏する。
（１）破砕・分解・乾燥を一つの工程で処理できるので、装置製造コストが削減でき、メンテナンスや日常の管理が容易となる。
（２）分解反応と乾燥工程を同時に一つの工程で行うことで、分解反応熱が乾燥エネルギとして利用できるため、別工程で乾燥させるより熱ロスが少なく効率的に乾燥を行うことができる。
（３）外部からの乾燥用の電気ヒータの熱源を商用電源などで賄うと電気代がかかり、経済性を悪くするが、この熱源を食品工場などの工場廃熱や森林バイオマスエネルギなどの未利用エネルギなどによって賄うことで経済性が大幅に改善される。
（４）食品残渣の飼料化のために、乾燥装置を別に設置し乾燥させる場合、原料の持つ水分量の蒸発潜熱の２倍以上の熱を投入させる必要がある。しかし、本発明においては、酵素による分解熱が乾燥に相当寄与するので、０．８〜１．１倍の投入熱で処理が可能となる。
（５）飼料化については、乾燥コストなどの経済性が問題となって普及が遅れていたが、本発明によって経済性が大幅に改善されるため、様々な有機物残渣の飼料化が可能となる。
（６）飼料化が不可能な原料については、短時間（２４時間）の内に堆肥化が可能となり、装置もシンプルな構造のため省スペースでの設置が可能であり、経済的に堆肥化を実現させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図４を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る再資源化装置の正面図、図２はその平面図、図３はその左側面図、図４はその右側面図である。
【００２２】
これらの図に示されているように、本実施の形態の再資源化装置は、装置筐体１の内部に設けられた反応槽２と、装置筐体１に支持され、反応槽２内の原料を撹拌する撹拌羽根４を設けた撹拌軸３と、反応槽２内に投入する酵素を収納した酵素タンク５と、反応槽２内に原料を投入するための原料投入口扉６と、反応槽２の内部を点検するための点検口扉７と、反応槽２内で破砕・分解・乾燥された再資源を再資源収納室８に排出する排出シュート９と、再資源収納室８内の再資源を取り出す再資源取り出し口扉１０とを有している。装置筐体１の底部には、移動用のキャスター１１が設けられており、また、撹拌軸３を回転駆動するための撹拌軸用モータ１２、駆動ギヤ１３、チェーン１４、被動ギヤ１５が設けられている。また、反応槽２の上部の装置筐体１には、蒸気を排出するための排気筒１６が設けられている。なお、チェーン１４には、弛まないようにチェーン１４を張るテンショナー１８が設けられている。
【００２３】
本実施の形態においては、反応槽２の底部は、半円筒状になっており、その底部に、蒸気または電気ヒータによる加熱部１７が設けられている。反応槽２は二槽式となっており、それぞれに撹拌軸３、撹拌羽根４が設けられている。
なお、本実施の形態においては、反応槽２を二槽式としたが、一槽式でも、三槽以上でもよい。
【００２４】
次に、本実施の形態の再資源化装置を用いた再資源化方法について説明する。
原料投入口扉６を開けて反応槽２に原料を投入し、撹拌軸用モータ１２を駆動して、反応槽２の中の撹拌軸３とその軸に取り付けられた撹拌羽根４を回転駆動し、ゆっくり原料を撹拌する。その際、反応槽２内が７０〜８０℃になるように、温度センサ等（図示せず）を用いて、反応槽２外の電気ヒータあるいは温水、蒸気などの加熱部１７を自動制御する。
【００２５】
食品残渣など未利用な有機性資源の殆どの原料は、事前に破砕することなく原料投入口から投入することができる。
【００２６】
外部からの熱と添加する酵素が十分に混ざり合うように、反応槽２内の撹拌羽根４を常に５〜１０ｒｐｍで回転させる。撹拌羽根４は、緩やかなひねりを有しており、長時間（約２４時間）、原料と酵素を撹拌しながら、排出シュート９側に移送する。
【００２７】
酵素は、原料１ｔあたり１〜２リットルの量を酵素添加ラインより自動的に添加する。
使用する酵素としては、酸化還元機能、転移機能、加水分解機能などを有した複数の酵素を用いる。
【００２８】
現在、酵素は機能性から学術的に６種類の酵素に分類されている。
（１）酸化還元酵素、（２）転移酵素、（３）加水分解酵素、（４）脱離酵素、（５）異性化酵素、（６）合成酵素。
【００２９】
酸化還元酵素（オキシドレダクターゼ）は、酸素や水素もしくは電子を与えたり取ったりする（酸化や還元反応を行う）働きをする。この酵素には、脱水素酵素（デヒドロゲナーゼ）、酸化酵素（オキシターゼ）、酸素添加酵素（オキシゲナーゼ）等がある。
【００３０】
転移酵素（トランスフェラーゼ）は、基質の特定の官能基を他の基質に移す機能を有する。この酵素には、アミノ基転移酵素（トランスアミナーゼ）、アセチル基転移酵素（トランスセチラーゼ）、キナーゼ等がある。
【００３１】
加水分解酵素（ヒドロラーゼ）は、ある化合物に水分子が反応して分解が起こる反応（加水分解反応）を促進させる。デンプンが、水の存在下で、ブドウ糖に分解される反応がその例である。この酵素には、タンパク質分解酵素（プロテアーゼ）、リパーゼ、ホスファターゼ、アミダーゼ等がある。
【００３２】
脱離酵素（リアーゼ）は、基質から特定の官能基を取り除く（化合物から反応基を切り取る）機能を有する。この酵素には、脱カルボキシル酵素（デカルボキシラーゼ）、カルボキシル化酵素（カルボキシラーゼ）、アドラーゼ等がある。
【００３３】
異性化酵素（イソメラーゼ）は、特定の分子を異性体に変換する（化合物の分子量は同じで構造を変える作用）働きを有する。この酵素には、ラヤミ化酵素（ラヤセーゼ）、エピ化酵素（エピメラーゼ）、ムターゼ等がある。
【００３４】
合成酵素（リガーゼ・シンテターゼ）は、２つの基質を結合させる（化合物どうしを結合させる）機能を有する。この酵素には、アセチルＣｏＡ合成酵素、ピルビル酸カボキシル化酵素、アミノアシルｔＲＮＡ合成酵素等がある。
【００３５】
酵素の触媒作用は、一つの酵素では、特定の機能しか有していない。また、どんな条件でも触媒作用を呈するのではなく、最適温度（至適温度）、最適ｐＨ（至適ｐＨ）を有する。至適温度は、一般的には、動物の酵素は３５〜５０℃、植物の酵素は４０〜６０℃、高熱性細菌の酵素は８０〜１００℃とされている。至適ｐＨは、酸性、中性、アルカリ性環境のいずれで、およびどの程度のｐＨで活性化するかを示すものである。
【００３６】
本発明に用いる酵素は、少なくとも酸化還元機能、転移機能、加水分解機能の３種類以上の機能を有する複合体とする。この酵素複合体は、土壌菌や納豆菌群等から抽出した複数の酵素からなるものであり、その最適温度は７０〜８０℃、最適ｐＨは７．３〜７．５、比重１．００５、沸点１００℃、揮発性、可燃性なしである。
【００３７】
一般的には、複数の酵素（機能）を同時に反応させると反応がうまくいかないが、本発明では、目的とする酵素を得るために、酵素を抽出するための土壌菌や納豆菌などを一定の温度、ｐＨ、栄養条件などの培養条件化で生育させ、特殊なスクリーニング技術によって分離・精製している。このようにして得られた酵素複合体は、相互の機能を発揮することが可能である。この酵素による反応促進温度は７０〜８０℃であり、この温度により乾燥も促進される。
【００３８】
反応槽２内は、酵素添加による分解熱と外部からの熱によって、原料中の水分が蒸発する。この水分は、排気ファンによって排気ラインから外部へ脱臭装置を経由して排気される。
【００３９】
原料は、反応槽２内で撹拌され２４時間以内に含水率が１０％以下となり、微細化された原料は、原料投入口の反対側の軸方向の壁面に設けた排出口から自動的に排出シュート９を介して再資源収納室８に排出される。排出口は直径１〜３ｍｍ程度（原料によって調整）の多くの細孔からなっている。
【実施例】
【００４０】
原料を焼酎粕としたときの実施例を以下に示す。
図５に含水率の推移、図６に外部投入エネルギの推移、表１に焼酎粕の再資源化実証結果を示す。
原料中の水分量の理論蒸発潜熱量と外部投入エネルギ量の関係から乾燥効率（省エネルギ性）が評価できる。効率を外部投入エネルギ量÷理論蒸発潜熱量で求めると酵素を添加しない従来の乾燥装置は、２以上の値（理論蒸発潜熱量の２倍以上の外部投入エネルギが必要）となるのに対し、本装置は表１に示すように１以下となる。このことで、酵素添加により原料中のタンパクなどの分解熱が乾燥に寄与していることが証明されている。
【００４１】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、粉砕と酵素分解と乾燥の全ての工程を一つの工程で処理することのできる再資源化方法および装置として、食品産業、農業、畜産業、漁業、造園業、林業で排出される未利用有機性廃棄物の再利用循環システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る再資源化装置の正面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る再資源化装置の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る再資源化装置の左側面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る再資源化装置の右側面図である。
【図５】焼酎粕の再資源化実証運転での含水率の推移を示すグラフである。
【図６】焼酎粕の再資源化実証運転での外部投入エネルギの推移を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１  装置筐体
２  反応槽
３  撹拌軸
４  撹拌羽根
５  酵素タンク
６  原料投入口扉
７  点検口扉
８  再資源収納室
９  排出シュート
１０  再資源取り出し口扉
１１  キャスター
１２  撹拌軸用モータ
１３  駆動ギヤ
１４  チェーン
１５  被動ギヤ
１６  排気筒
１７  加熱部
１８  テンショナー
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008155122.tif 000006
【図４】
2008155122.tif 000007
【図５】
2008155122.tif 000008
【図６】
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