(57)【要約】      （修正有）【課題】電解還元水を用いた有用物質の微生物生産。【解決手段】廃食用油脂を電解還元水で乳化して油脂分解酵母あるいは好アルカリ性菌を培養し、微生物が油脂を利用するために体外に分泌するリパーゼを分離生産する。更に油脂分解微生物を分離して飼料、肥料とする。培養液残さを直接あるいは油脂を分離して電解還元水で再乳化し廃サンゴ粉末を添加混合して研磨剤を生産する。一方、有機性廃棄物を用いてメタン発酵を行い、生成したバイオガスを電解還元水で洗浄して二酸化炭素を吸収させ、残ったメタンを改質して水素と二酸化炭素を得る。二酸化炭素を吸収した電解還元水を培養液として、水素、二酸化炭素および酸素を通気することによって水素細菌を培養する。この水素細菌を回収して精製することにより蛋白質が得られる。【効果】還元電解水と廃棄物を利用して微生物を培養して、リパーゼ、飼料、肥料、研磨剤、菌体蛋白質等の有用物質を提供できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リパーゼを生産することを目的として廃食用油脂と電解還元水を用いた培養液を用いて油脂分解酵母あるいは好アルカリ性細菌を培養して、これらの微生物が油脂を利用するために体外に分泌するリパーゼを分離精製して生産することを特徴とする微生物生産方法。
【請求項２】
請求項１において油脂分解酵母あるいは好アルカリ性細菌の培養液よりこれらの菌体を分離して飼料あるいは肥料を生産する方法。
【請求項３】
請求項１において油脂分解酵母あるいは好アルカリ性細菌の培養液より菌体を分離後、油水分離する。その後、水層からはリパーゼを分離精製する一方、油層とリパーゼを分離した残さを混合し、サンゴ粉末のような研磨材を添加、混合して研磨剤を生産する方法。
【請求項４】
蛋白質を生産することを目的として有機性廃棄物のメタン発酵を行い、生成するメタンガスを水素とニ酸化炭素に改質して、これらのガスと電解還元水を用いた培養液を用いて水素細菌を培養して、この細菌を分離回収する。それによって得られる菌体を蛋白質として利用すること特徴とする微生物生産方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電解還元水と廃棄物を利用して微生物を培養して有用物質を生産することを目的とした微生物生産方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油脂の分解酵素であるリパーゼは現在は豚や牛の膵臓から抽出されており、分離精製が困難であるために１ｋｇ当たり２０万円と高価である。そのため、医薬品として利用する以外に大きな需要がないのが現状である。一方、蛋白質の分解酵素であるプロテアーゼやデンプンを分解するアミラーゼなどは微生物を用いた生産方法が確立されて安価に生産できるようになったために広範囲に利用されるようになっている。例えばプロテアーゼは洗剤の中に入っており、頑固な汚れを落とすのに役立っている。
【０００３】
一方、近年、世界人口の増加に対して食料生産が追いつかない傾向が続いており、将来の蛋白質生産の手段として農業生産以外の方法が検討されている。その一つの手段として微生物を用いる方法は有望であり、石油を原料とした石油蛋白が一時期脚光を浴びたことがある。しかし、原料の石油に有害な成分が含まれており、製品の中に入る危険性を除外できないことから開発は頓挫したようである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
微生物を用いた有用物質生産は植物や動物に比較して微生物の成長速度が速く、必要な土地や労力が少ないので低コストで生産できる可能性が高いという利点がある。しかし、微生物生産以外の方法と競合する場合にはできるだけ生産コストを低くする必要があり、そのためには廃棄物を原料として利用するのが良いと考えられる。しかしながら、微生物により廃棄物を原料としてリパーゼや蛋白質を生産する方法はまだ実用化されていないようである。
【０００５】
廃食用油脂は従来、石鹸、飼料、肥料、塗料などにリサイクルされてきたが、コストや品質などに問題があり、回収・再利用率は５０〜６０％台にとどまっている。余剰分は燃焼処分されてきたが、近年は食材からの塩分混入によるダイオキシン発生が問題とされるようになった。そのため、廃食用油脂を安易に燃焼処分することが困難になってきた。併せて、食品廃棄物リサイクル法（食品循環資限の再生利用等の促進に関する法律）が施行されたことから何らかの形でリサイクル率を高めるように努力することが必要になった。
【０００６】
廃棄物をリサイクルする目的は資源を循環的に利用して天然資源の消費を抑制することであり、新しい資源の投入と環境への負荷をできる限り低減する必要がある。一方、リサイクルを事業として成功させるためには製造コストが安い反面、付加価値が高く、かつ製品が有効に利用されることが必要である。
【０００７】
近年、廃食用油脂をリサイクルする方法としてアルコールと反応させてエステル化して軽油代替燃料とするが開発され関心を集めている。この方法は採算を度外視して公共事業的に行うのであればそれなりに意義がある。しかしながら、事業として収益が上がるかどうかは疑問である。安価とは言えないエタノールやメタノールは脂肪酸エステルの製造原料にするよりもむしろガソリンに混入した方が得策であろう。
【０００８】
当社は廃食用油脂を電解還元水で乳化して廃サンゴ粉末を添加混合して研磨剤を生産する方法を開発して特許出願した（特開２００３−０１３０４５号）。この方法によれば付加価値が高い製品を低コストで得られるので事業化できる可能性が高いと考えられる。
この方法により研磨剤を製造する場合に乳化した廃食用油脂を加熱して加水分解を進行させると、品質の安定性に関係する解乳化による油水分離が起こりにくくなることが経験的に知られるようになった。しかし、加熱にエネルギーが必要であり製品コストを下げるためにはより省エネルギー的な加工方法が求められる。
【０００９】
微生物を利用して食品関連の製品を生産する場合、たとえ、その製品を人間が直接口に入れなくても食物連鎖を通じて間接的に口に入ることがあるので、微量であっても、有害な成分の混入を避けなければならない。水素細菌は成長速度が速く、水素、ニ酸化炭素、酸素を原料として蛋白質を生産することから将来の蛋白質生産方法として注目されている。ニ酸化炭素として燃焼排ガスを使用する方策が考えられるが、排ガス中にダイオキシンのような毒性の強い物質が例え微量であっても混入している可能性が予見されるので、この方策は採用することは困難であろう。
【００１０】
本発明の目的は前に述べた諸課題を解決して、廃食用油脂や畜産廃棄物のような廃棄物原料から微生物を用いて有用物質、たとえばリパーゼ、飼料、肥料、研磨剤および蛋白質などを事業化可能な手段により生産する方法を提供することである。
【００１１】
【問題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、まず請求項１によりリパーゼ生産を目的として廃食用油脂と電解還元水を用いた培養液を用いて油脂分解酵母あるいは好アルカリ性細菌を培養する。そしてこれらの微生物が油脂を利用するために体外に分泌するリパーゼを分離精製する。
【００１２】
電解還元水は流水型電解水生成器において食塩などを補充して電気分解を行い、陰極側に生成したアルカリ性の水である。同時に陽極側からは強酸性水が生成する。電解還元水（強還元水）はｐＨ  １１〜１２．５（１１以上）、ＯＲＰ  −０．５〜−１．２Ｖ（−０．６Ｖ以下）の物性をもつ強アルカリ性で還元力が強い水であり、そのｐＨから換算すると０．０２〜０．００１Ｎ，ＮａＯＨ溶液に相当する。電解還元水には分子状水素、水素ラジカル（水素原子）が溶解しているほかに、過飽和のコロイド状水素が水中に浮遊している。強酸性水はその主成分は次亜塩素酸であり、顕著な殺菌作用があるので近年は消毒などによく用いられるようになった。電解還元水は強酸性水とほぼ同量生成するのであるが、従来は強酸性水ほどの用途がなく捨てられることが多かった。
【００１３】
電解還元水は油脂乳化作用があり、電解還元水と廃食用油脂を混合すると乳化する。新油よりも劣化が進行した廃食用油脂ほどこの傾向が顕著である。これは劣化した油脂に含まれる遊離脂肪酸が電解還元水中のＮａＯＨで中和されて脂肪酸ナトリウム即ち石鹸を生成してその界面活性作用により油脂が乳化するためである。
【００１４】
この乳化液に微生物培養に必要なミネラル分および酵母抽出物などを添加して培養液を調製し、油脂分解酵母あるいは好アルカリ性菌を接種して、温度やｐＨなどを調節して培養する。これらの微生物は油脂を分解、資化する作用があり、菌体外にリパーゼを分泌する。
【００１５】
油脂分解酵母は樹液、食品加工工場、排水溝などから分離される。油脂分解酵母としてはＣａｎｄｉｄａ  ｒｕｇｏｓａ，Ｔｏｒｕｌｏｐｓｉｓ  ｂｏｎｂｉｃｏｌａ，Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ  ｓｐ．，Ｈａｎｓｅｎｕｌａ  ｓｐ．などが知られている。油脂分解酵母の培養液は報告されている方法によれば、例えば、Ｗｉｃｋｅｒｈａｍ合成培地にパーム油を１％添加、乳化剤としてツイーン８０を加えることによって調製されている。それに対して、電解還元水と混合すれば乳化剤を添加しなくても油脂は乳化される。油脂分解酵母は油脂を含む廃水の処理の研究に用いられてＣＯＤ低下作用があることが報告されている。しかしながら、油脂分解酵母のリパーゼを分離精製して工業的に利用する段階には達していないようである。
【００１６】
好アルカリ性細菌はアルカリ性の土壌や水域、尿素分解の起こる昔の汲み取り式の便所の周辺、藍染めに使う藍の発酵槽などから分離される。好アルカリ性細菌はｐＨ１０〜１１で最も良く増殖し、中性付近では増殖できないのがその特徴である。好アルカリ性細菌にはＢａｃｉｌｌｕｓ属が多く、バシラス・アルカロフィラスやバシラス・アルカロフィラス・ハロデュランスなどが知られている。
【００１７】
好アルカリ性細菌は細胞の増殖や運動、胞子の形成、発芽にナトリウムイオンを必要とする。好アルカリ性細菌が分泌する菌体外酵素として、プロテアーゼ、アミラーゼ、セルラーゼ、リパーゼなどがあり、これらはアルカリ性で高い活性を示し、また、温度に対しても比較的安定である。アルカリプロテアーゼは洗浄力を高めるために洗剤に加えて実用化されている。また、アルカリセルラーゼはセルロース系衣料の汚れを取り除くのに極めて効果的で洗剤に加えて使用されている。アルカリアミラーゼは高収率でデンプンからサイクロデキストリンを生成することから、すでに工業的に利用されている。
【００１８】
請求項２により廃食用油脂を乳化して油脂分解酵母および好アルカリ性細菌を培養した培養液から、遠心分離や真空脱水などの菌体分離手段により菌体を分離して、必要ならば乾燥することにより得られた菌体は飼料あるいは肥料として用いられる。
【００１９】
請求項３により菌体を分離した培養液残さに直接あるいは油水分離した油層に再度電解還元水を添加して乳化した後、廃サンゴ粉末のような研磨材と混合することにより研磨剤が製造される。
【００２０】
請求項１により菌体を分離した培養液残さを油水分離した水層から硫安塩析およびクロマトグラフィー操作などのリパーゼ分離精製手段によりリパーゼが得られる。
【００２１】
請求項４により、蛋白質を生産することを目的として有機性廃棄物のメタン発酵を行い、生成するメタンガスを水素と二酸化炭素に改質する。これらの混合ガスと電解還元水を用いて水素細菌を培養して、増殖したこの細菌を分離回収する。それによって得られる菌体を蛋白質として利用する。
【００２２】
有機性廃棄物、例えば、家畜糞尿、下水汚泥、食品工場廃棄物などを用いてメタン発酵を行い、生成したバイオガスを電解還元水で洗浄すると二酸化炭素は電解還元水に吸収されて、メタンが残る。このメタンに対して水蒸気改質などの改質操作を行うと水素と二酸化炭素が得られる。二酸化炭素を吸収した電解還元水に少量の栄養分、例えば、窒素、リン、ミネラルなどを添加して溶解させて水素細菌培養槽に入れる。この槽に水素、二酸化炭素、酸素あるいは空気を通気させる。
【００２３】
水素細菌は水素ガスをエネルギー源，二酸化炭素を炭素源として無機栄養素のみで生育する独立栄養生物の一種であり、現在では多くの種の菌株が知られている。水素細菌は独立栄養細菌としては増殖速度がきわめて大きく、菌体収量が多いことなどから将来の食糧供給源として有望と考えられている。現在、知られている水素細菌としてはＡｌｃａｌｉｇｅｎｅｓ，Ｐａｒｒｃｏｃｃｕｓ，Ｐｓｅｕｄｍｏｎａｓ，Ｘａｎｔｏｂａｃｔｅｒ，Ｂａｃｉｌｌｕｓ，Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ，Ｎｏｒｃａｄｉａなどの属の菌が知られている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下本発明にかかる電解還元水を用いた微生物による有用物質生産方法の具体的な実施例を図を用いて説明する。
【００２５】
請求項１，２，３によるリパーゼ、飼料、肥料、研磨剤などの微生物生産システムを図１に示す。図１において、原料の廃食用油脂１は油脂分解酵母または好アルカリ性細菌培養槽（以下培養槽と略称する）２に入る。一方、水道水３を原水として軟水器４により硬度成分が除去された水は食塩５が補充されて流水型電気分解器６により電気分解される。陰極側から生成する水、即ち、電解還元水７は培養槽２に流入して同時に流入した廃食用油脂１は乳化される。
【００２６】
培養槽２には油脂分解酵母または好アルカリ性細菌（以下菌体と略称する）８が入っており、さらにミネラルなどの栄養成分９が添加され、攪拌手段１０により攪拌される。また、温度の計測および調整手段１１により一定の温度範囲内に調整される。培養槽２をオーバーフローした液から菌体分離手段１２により菌体８が分離される。菌体８から脱水・乾燥などの手段１３により飼料１４あるいは肥料１５が生産される。
【００２７】
さらに菌体分離の際に発生する培養液残さ１６を油水分離槽１７に入れる。流水型電気分解器６の陽極側から生成する水、即ち、強酸性水１８を油水分離槽１７に入れ、混合すると解乳化が起きて油水分離する。あるいは遠心分離手段１９により油水分離を行う。油層は再度微生物培養の原料として使用する。あるいは再度電解還元水を添加して乳化して廃サンゴ粉末２０を添加して混合することにより研磨剤２１が得られる。培養液残さ１６に直接、廃サンゴ粉末２０を添加して混合することによっても研磨剤２１が得られる。
【００２８】
油水分離した際の水層からは硫安塩析やクロマトグラフィーなどのリパーゼ濃縮精製手段２２によりリパーゼ２３が得られる。濃縮精製の際に発生する廃液２４は廃水処理手段２５により処理されて処理水２６が排出される。
【００２９】
請求項目２による蛋白質の微生物生産システムを図２に示す。図２において、原料の有機性廃棄物２７はメタン発酵槽２８に入り、必要な時間だけ滞留する。メタン発酵により発生したバイオガス（メタンとニ酸化炭素の混合ガス）２９はガスホルダー３０に一時的に貯留される。一方、水道水３１を原水として軟水器３２により硬度成分を除去された水は食塩３３が補充されて流水型電気分解器３４により電気分解される。陰極側から生成する水、即ち、電解還元水３５はバイオガス洗浄器３６に流入して、ガスホルダー３０から出たバイオガス２９と接触する。バイオガス中の二酸化炭素は電解還元水３５に吸収されるが、メタンは吸収されないままでメタン改質器３７に流入して水素、ニ酸化炭素、一酸化炭素などの混合ガス３８に改質される。
【００３０】
つぎに混合ガス３８は水素細菌培養槽３９に通気される。バイオガス洗浄器３６を出た電解還元水３５は流水型電気分解器３４の陽極側から生成する水、即ち、強酸性水４０を活性炭吸着塔４１に通過させて次亜塩素酸を除去した水と混合されて中和され、ミネラルなどの栄養成分４２が補給されて水素細菌培養槽３９に流入する。水素細菌培養槽３９には水素細菌４３が入っており、水素、ニ酸化炭素、酸素などを原料として増殖する。酸素は強酸性水４０に溶解している分および、電気分解の陽極側から発生する分が充当されるが、不足する場合は空気中から酸素分離手段４４により生産して水素細菌培養槽３９に通気される。
【００３１】
水素細菌培養槽からオーバーフローした液は菌体分離手段４５により分離され、乾燥手段４６により乾燥されて、製品となる乾燥菌体４７が得られる。菌体分離手段４５により分離された廃水は廃水処理手段４８により処理されて排出される。水素細菌培養槽３９において流入したガスのうち水素細菌４３に消費されずに排出される余剰廃ガス４９は余剰廃ガスホルダー５０に一時貯留され燃焼処理などの余剰廃ガス処理手段５１により無害化されて排出される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明にかかる電解還元水を用いた有用微生物培養方法のうち請求項１によるリパーゼの微生物生産システムにおいては廃食用油脂を原料として製品としての付加価値が高いリパーゼの生産が可能である。リパーゼは菌体外に分泌され、水に溶解するが、不純物が少ないので比較的容易に精製できる。したがって、動物の膵臓から抽出した従来の生産方法よりも低コストで生産することが可能である。好アルカリ性細菌を用いた場合は工業的利用の需要が大きいアルカリ領域で活性が高い特異的なリパーゼを生産できる。また、アルカリ性領域で生育できる菌は少ないので雑菌汚染の心配が少なく、無菌操作なしでも生産できる利点がある。
【００３３】
請求項２による飼料、肥料の生産システムにおいてはリパーゼ生産の副産物として廃食用油脂から飼料や肥料が生産できる。飼料や肥料のみを単独生産するのでは採算が取れないが、より付加価値が高いリパーゼ生産の副産物とすることにより全体として採算性が高いシステムとする事が出来る。また、リパーゼ生産に伴う廃棄物の有効利用と見ることもできる。
【００３４】
請求項３による研磨剤生産システムにおいては加熱しなくても加水分解が進行するので研磨剤の解乳化が起きにくくなる。したがって、省エネルギー的に品質が安定した研磨剤を生産できる効果がある。研磨剤には粘性が高いものと低いものに大別されるが、比較的水分が多く、粘性が低い研磨剤を生産するには好都合である。
【００３５】
請求項４による蛋白質の微生物生産システムにおいては有機性廃棄物を原料として、有害不純物が混入する可能性が低い食料生産が可能である。水素細菌は独立栄養細菌としては例外的に増殖速度が大きいので工業生産が可能であり、有害な廃棄物が発生しないという特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】リパーゼ、飼料、肥料、研磨剤の微生物生産システム
【図２】蛋白質の微生物生産システム
【符号の説明】
１…廃食用油脂
２…油脂分解酵母または好アルカリ性細菌培養槽（培養槽）
３…水道水
４…軟水器
５…食塩
６…流水型電気分解器
７…電解還元水
８…油脂分解酵母または好アルカリ性細菌（菌体）
９…ミネラルおよび栄養成分
１０…攪拌手段
１１…温度の計測および調整手段
１２…菌体分離手段
１３…脱水・乾燥などの手段
１４…飼料
１５…肥料
１６…培養液残さ
１７…油水分離槽
１８…強酸性水
１９…遠心分離手段
２０…廃サンゴ粉末
２１…研磨剤
２２…リパーゼ濃縮精製手段
２３…リパーゼ
２４…廃液
２５…廃水処理手段
２６…処理水
２７…有機性廃棄物
２８…メタン発酵槽
２９…バイオガス
３０…ガスホルダー
３１…水道水
３２…軟水器
３３…食塩
３４…流水型電気分解器
３５…電解還元水
３６…バイオガス洗浄器
３７…メタン改質器
３８…水素、二酸化炭素、一酸化炭素などの混合ガス
３９…水素細菌培養槽
４０…強酸性水
４１…活性炭吸着塔
４２…ミネラル
４３…水素細菌
４４…酸素分離手段
４５…菌体分離手段
４６…乾燥手段
４７…乾燥菌体
４８…廃水処理手段
４９…余剰廃ガス
５０…余剰廃ガスホルダー
５１…余剰廃ガス処理手段
【図１】
2004329184.tif 000003
【図２】
2004329184.tif 000004