(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
消化液の硝化によって生成した硝化液に炭を投入することで得られる微生物担持炭の評価方法において、  
前記炭を前記液中に投入後、前記液中の硝酸イオンが１００ｐｐｍ増加し、前記液中のアンモニウムイオン濃度＜硝酸イオン濃度、かつ、亜硝酸イオン濃度＜硝酸イオン濃度、である場合に前記炭を１００倍の重量の水と混合、振盪、ろ過して得たろ液の  ATP濃度が１．９×１０−９ｐｐｍ以上であるものを硝化機能を備える微生物担持炭であると評価することを特徴とする微生物担持炭の評価方法。
【請求項２】
微生物担持用炭が過熱蒸気処理された炭であり、請求項１に記載の評価方法において硝化機能を備える微生物担持炭であると評価されるものを微生物担持炭として採用することを特徴とする微生物担持炭の製造方法。
【請求項３】
微生物担持用炭が木炭硬度計による硬度１以下の炭であり、請求項１に記載の評価方法において硝化機能を備える微生物担持炭であると評価されるものを微生物担持炭として採用することを特徴とする微生物担持炭の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微生物担持炭の評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、土壌改良や水質改善、植物栽培等への微生物の利用に注目が集まりつつある。一方、微生物の利用方法や製品の品質をいかに評価し、管理するかという課題がある。例えば、液肥として利用可能な硝化液は、硝化菌を用いて消化液を硝化することで得られるが、どのような硝化菌をどの程度用いることでどのような成分、濃度の硝化液が得られるのか等、いかに品質を評価し、保証するかという課題がある。
【０００３】
ここで、硝化菌を用いて消化液を硝化する方法の一つとして、硝化菌担持用担体に硝化菌を担持した硝化菌担持体を用いる方法が挙げられる。硝化菌担持用担体としては多孔質素材（例えば炭等）が利用される。素材表面から内部にかけての細孔構造が微生物の棲み処となるからである。
【０００４】
このような硝化菌の利用方法を事業化するためには、硝化菌担持体を大量生産する必要がある。しかしながら、ここには硝化菌担持体に担持された硝化菌がどの程度の硝化機能を有するのか、硝化菌担持体を一定期間保存した場合に硝化機能は持続しているのか、といった問題がある。特に、硝化菌担持体を市場に流通させようとする場合にこの問題は重要である。
【０００５】
微生物を利用した方法等の性能、品質に関する評価方法を提供するものとしては、排水処理に用いられる種汚泥又は種菌を、被検排水に添加して所定時間培養し、その培養中又は培養後の前記種汚泥又は前記種菌の酵素活性に基づいて、前記種汚泥又は前記種菌と、前記被検排水との浄化処理の適合性を評価することを特徴とする排水処理性能の評価方法（特許文献１）や微生物を含む試料から抽出されたＤＮＡを鋳型とし、バチルス属細菌の１６ＳｒＤＮＡの特定の領域と特異的にハイブリダイズするフォワードプライマーと、バチルス属細菌の１６ＳｒＤＮＡの特定の領域と特異的にハイブリダイズするリバースプライマーと、を用いてＰＣＲを行うことを特徴とする、バチルス属の検出方法（特許文献２）が開示されている。
【０００６】
ただし、特許文献１が開示するのは、排水処理に用いられる微生物を被検排水に添加して浄化処理の適合性を評価する、言わば排水処理のプレ試験的なものであり、処理対象となる排水を用いて評価する必要がある。また、特許文献２が開示するのは、特定微生物に対象を絞った検出方法であり、目的とする性能を有する微生物が多種類混在する場合にはそれぞれの微生物を特定する必要がある。
【０００７】
このように、微生物を利用した方法等の性能、品質を簡易かつ迅速に評価する方法は既存の文献には見当たらない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−１４０２７０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１９７９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、微生物担持炭の評価方法を確立し、当該評価方法に基づき品質が評価された微生物担持炭を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、消化液の硝化によって生成した硝化液に炭を投入することで得られる微生物担持炭の評価方法において、前記炭を前記液中に投入後、前記液中の硝酸イオンが１００ｐｐｍ増加し、前記液中のアンモニウムイオン濃度＜硝酸イオン濃度、かつ、亜硝酸イオン濃度＜硝酸イオン濃度、である場合に前記炭を１００倍の重量の水と混合、振盪、ろ過して得たろ液のATP濃度が１．９×１０−９ｐｐｍ以上であるものを硝化機能を備える微生物担持炭であると評価することを特徴とする微生物担持炭の評価方法である。また、第２の発明は、微生物担持用炭が過熱蒸気処理された炭であり、第１の発明の評価方法において硝化機能を備える微生物担持炭であると評価されるものを微生物担持炭として採用することを特徴とする微生物担持炭の製造方法である。また、第３の発明は、微生物担持用炭が木炭硬度計による硬度１以下の炭であり、第１の発明の評価方法において硝化機能を備える微生物担持炭であると評価されるものを微生物担持炭として採用することを特徴とする微生物担持炭の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、炭を投入した液中における硝酸イオン等の濃度、微生物担持炭を水と混合して、振盪、ろ過し、得られたろ液のＡＴＰ濃度、を指標とすることで、炭に硝化に係る微生物が担持されたことを直接的に把握できる効果が期待できる。これにより、硝化に係る微生物が十分に担持された微生物担持炭を簡易的に製造できる効果が期待できる。また、微生物担持炭を量産し、在庫として保存する場合において、製造、保存された微生物担持炭が硝化性能を有するものであることの裏付けとなり、安定した品質の微生物担持炭を流通させることができる効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は微生物担持炭０．５ｇを用いた場合の硝化液に係る硝酸イオン濃度（ｐｐｍ）とのATP濃度（ｐｐｍ）の関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を以下に説明する。
【実施例１】
【００１４】
本実施例は平成２９年６月１日から平成３０年１２月３１日にかけて明星大学理工学部吉澤研究室において行ったものである。
（１）消化液
牛糞をメタン発酵させた以下の特性を有する消化液を用いた。
・アンモニア態窒素：２２５３ｐｐｍ
・亜硝酸態窒素：０ｐｐｍ
・硝酸態窒素：５ｐｐｍ未満
・リン：５７７５ｐｐｍ
・カリウム：１４２９ｐｐｍ
【００１５】
（２）微生物担持用炭
（株）高橋製作所製の処理装置を用いて木質バイオマス（含水率１５％以下の木質チップ）を約１０００℃で炭化処理し、次に９００℃で過熱蒸気処理した後に残った炭を用いた。本発明のための処理装置としては、前記各工程の条件を実現できるものであれば何でもよく、全工程を一括的に処理するもの、工程別に分離処理するものでもよい。例えば、特開２０１８−００２８０８号公報に記載の装置を用いて炭を製造することができる。当該炭の特性は以下の通りである。ここで、過熱蒸気とは過熱された水蒸気のことであるが、水蒸気に限定するものではない。
・灰分：９．０％
・揮発分：５．７％
・固定炭素：８５％
・含水率：１４．３％
・比表面積：４５７ｍ２／ｇ
・木炭硬度計（炭やきの会）による木炭硬度：概ね１以下
【００１６】
（３）消化液の硝化、及び、これに伴う微生物担持炭の製造
以下の（ア）〜（ク）工程で消化液の硝化を行った。
（ア）約２０Lのポリバケツに水道水を１０Ｌ入れ、ポリバケツ底部には散気管を設置し、エアーポンプにより爆気（２００〜３００ｍL／分）を行った。
（イ）次に、種菌として牛糞堆肥５０ｇを不織布の袋に入れ、これを水中に吊り下げた。
（ウ）上記（イ）同様に炭３００ｇを３〜５個に分けて不織布の袋に入れ、これを水中に吊り下げた。
（エ）さらに消化液を５０ｇ容器中に添加した。
（オ）上記（エ）の操作後、硝酸イオンが発生する（硝化液の生成が認められる）まで曝気を続けた（期間は約３週間）（消化液の状態については、アンモニア濃度、亜硝酸濃度、硝酸濃度をリフレクトクァント（RQフレックス用試験紙)にて測定したイオン濃度で代替）。
（カ）硝酸濃度が増加したことを確認した後、種菌とした牛糞堆肥を取り出した。
（キ）硝酸態濃度が５００ｐｐｍを超え、かつ、亜硝酸態が検出されなくなったら、溶液を５分割して５倍に希釈し、それぞれに上記（ウ）と同じ量の炭を追加投入し、週２〜３回の頻度で５ｇ／Ｌの割合で消化液を追加投入した。
（ク）硝酸濃度１００ｐｐｍの増加を目安として、上記（キ）を繰り返し、硝化液２５０Ｌ（硝酸濃度３００ｐｐｍ以上）、微生物担持炭１０ｋｇを製造した。当該硝化液について経過日数と成分濃度の変化を確認した（表１：測定１と測定２は異なるサンプルである）。
【表１】
0006749620.tif 000002
【００１７】
（４）微生物担持炭とアデノシン三リン酸（ＡＴＰ）濃度
上記（３）において製造した微生物担持炭とＡＴＰ濃度の関係の確認を以下（ア）、（イ）の工程により行った（ATPは微生物をはじめとして生細胞にエネルギー物質として含まれており、発光試薬と反応すると光を発する。その量はＡＴＰに比例するため、発光量を測定することによりATP濃度を求めることができる）。
（ア）微生物担持炭０．５ｇに水を５０ｍＬ加え、振とう機にて３０秒間振とうし、ろ過したものを試験液とした。
（イ）測定チューブに入れた試験液０．１ｍＬに発光試薬０．１mＬを添加し、振とう後に発光光度計にて発光量を測定した。ATP標品（２×１０−１１〜２×１０−７Ｍ）を用いて作成したＡＴＰ濃度と発光量の検量線によりＡＴＰ量を導出した（使用試薬はキッコーマンバイオケミファ製のルシフェール２５０プラス、発光光度計は明電舎製ＵＰＤ-４０００）。上記（ア）、（イ）を繰り返し行い、ＡＴＰ濃度は１．９×１０−９〜６．７×１０−６の範囲内において分布が確認された（図１、表２：硝酸濃度との関係図表）。また、硝化液のATP濃度と微生物担持炭のATP濃度には多少の差（硝化液のATP濃度は１．０×１０−７〜５．０×１０−６の範囲）があるものの、測定範囲内において両者には概ね正の相関関係が認められており、炭に担持される微生物量は硝化液中の微生物量に応じることが示唆された。
【表２】
0006749620.tif 000003
【００１８】
（５）微生物担持炭による消化液の硝化確認
上記（３）の微生物担持炭を消化液の硝化に用いたところ、従来の種菌を使用した硝化ではアンモニア態から亜硝酸態を経て硝酸態にするまで１カ月以上要していたのが、いずれの微生物担持炭を用いてもアンモニア態を１日以内に硝酸態に変えることが確認された。
【００１９】
（６）微生物担持炭の保存
上記（４）のATP濃度範囲にある微生物担持炭について下記（ア）〜（ウ）の工程で保存を行った。
（ア）硝化液から微生物担持炭を取り出し水気を切った。
（イ）微生物担持炭を常温室内中で乾燥した。
（ウ）乾燥後、通気性を有する袋（不織布）に詰めて１週間、常温の室内で保管した。
その後、上記（５）と同様に消化液の硝化確認を行ったところ、上記（５）の結果と同様にアンモニア態を１日以内に硝酸態に変えることが確認された。
【００２０】
（７）考察等
以上より、ATP濃度が１．９×１０−９ｐｐｍ以上の微生物担持炭について、消化液を硝化液とする硝化機能が備わっていることが確認された。すなわち、ATP濃度を指標として微生物担持炭の品質を評価し得ることが示唆された。今回の微生物担持炭は、消化液を硝化液にする過程で炭を投入し、液中で増殖した硝化に係る微生物を炭に担持したものである。今回の測定範囲では硝化液中のＡＴＰ濃度と微生物担持炭のATP濃度には正の相関が示唆されたことから硝化液中の微生物が多いほど炭に担持される微生物の数も多くなる（硝化機能が大きくなる）ことが示唆された。また、上記のＡＴＰ濃度以上となった微生物担持炭の硝化液の成分（アンモニウムイオン、亜硝酸イオン、硝酸イオン）について見ると、アンモニウムイオン濃度＜硝酸イオン濃度、かつ、亜硝酸イオン濃度＜硝酸イオン濃度、という関係が確認されている（表１）。この点、硝化前の消化液ではアンモニウムイオン濃度が最も大きく、時間経過とともに亜硝酸イオンが増え、硝化が進むにつれ硝酸イオン濃度が最も大きくなるものと考えられる。すなわち、ATP濃度に加え、これらの硝化液中の成分濃度の関係が成立することも微生物担持炭の品質を裏付ける要素となり得る。また、今回用いた炭は木質系バイオマスを炭化処理した後に過熱蒸気処理したものであり、過熱蒸気処理しない炭と比べると硬度が低い（木炭硬度計による硬度が１以下）等の性質を有するものである。過熱蒸気処理した炭は木炭硬度計による硬度１以下の場合は液中や土壌での拡散性が（硬度１を超える炭に比べて）優れている知見が得られており、微生物の担持そのものや硝化において有用であることが示唆される。また、今回、ＡＴＰ濃度が１．９×１０−９以上であった微生物担持炭を常温乾燥（風乾）し、通気性を有する容器に入れて保存しても硝化性能が失われることはなかった。すなわち、ＡＴＰ濃度が１．９×１０−９以上であることは、評価時点での微生物炭の品質に加え、在庫として保管に耐え得るかどうかの指標としても有用であることが示唆された。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
微生物のATP濃度を指標とすることで、微生物炭の品質評価に役立てること、すなわち、微生物担持炭の製造品質、製造後の在庫品質等を簡易に評価することができ、当該評価方法を経て得られた所定品質の微生物担持炭を市場に流通させることができる。
【要約】
【課題】微生物担持炭の製造品質、製造後の在庫品質等を簡易に評価すること
【解決手段】
微生物担持炭を１００倍の重量の水と混合、振盪、ろ過して得たろ液について、ATP濃度が１．９×１０−９ｐｐｍ以上、であるものを硝化機能を備える微生物担持炭であると評価する。
【選択図】なし【図１】
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