(57)【要約】      （修正有）【課題】  従来のメタン発酵法よりも、海藻から多量のガスが発生させることができるメタン生成法及び装置を提供すること。【解決手段】  海藻を熱処理することにより、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養することにより、メタンを生成させることを含む、メタン生成法、および、海藻を破砕するための手段と、加熱手段と、海藻を熱処理するための槽１２と、熱処理した海藻からメタン生成菌によりメタンを生成させるためのメタン発酵槽１４とを備える、メタン生成装置。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海藻を熱処理することにより、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養することにより、メタンを生成させることを含む、メタン生成法。
【請求項２】
海藻が、アオサ、マコンブ、オゴノリ、スサビノリ、ワカメ、アナアオサ、アマノリ、ツノマタ、ノコギリモク、クロヒトエグサ、ヤブレグサ、リボンアオサ、ボタンアオサ、ナガアオサ、スジアオノリ、ウスバオノリおよびボウアオノリからなる群より選択される少なくとも１種類の海藻である請求項１記載の方法。
【請求項３】
海藻を溶液中で熱処理する請求項１または２のいずれかに記載のメタン生成法。
【請求項４】
海藻を含む溶液を５０℃以上の温度で熱処理する請求項１〜３のいずれかに記載のメタン生成法。
【請求項５】
海藻が破砕した海藻である請求項１〜４のいずれかに記載のメタン生成法。
【請求項６】
海藻を熱処理することにより、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養する前に、熱処理した海藻から微生物により有機酸を生成させる微生物処理を行うことをさらに含む請求項１〜５のいずれかに記載のメタン生成法。
【請求項７】
有機酸を生成させる微生物処理に用いる微生物が、Bacillus属又はLactobacillus属に属する請求項６記載のメタン生成法。
【請求項８】
有機酸を生成させる微生物処理に用いる微生物が、Bacillus cereus OZ-6株（受領番号：FERM AP-20381）、Lactobacillus sp. OZ-7株（受領番号：FERM AP-20382）及びそれらの類縁菌種からなる群より選択される請求項６記載のメタン生成法。
【請求項９】
有機酸が、酢酸、乳酸、蟻酸、酪酸、プロピオン酸、ピルビン酸、グリオキシル酸およびシュウ酸からなる群より選択される少なくとも１種類の酸である請求項６記載のメタン生成法。
【請求項１０】
有機酸が、生化学的に酢酸に変換しうる有機酸からなる群より選択される少なくとも１種類の酸である請求項６または９のいずれかに記載のメタン生成法。
【請求項１１】
熱処理した海藻とともに微生物を培養することにより、有機酸を生成させる請求項１〜１０のいずれかに記載のメタン生成法。
【請求項１２】
海藻を破砕するための手段と、加熱手段と、海藻を熱処理するための槽と、熱処理した海藻からメタン生成菌によりメタンを生成させるためのメタン発酵槽とを備える、メタン生成装置。
【請求項１３】
破砕した海藻を含む溶液を熱処理することにより、海藻の骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養することにより、メタンを生成させることを含む、メタン生成法に用いるための請求項１２記載のメタン生成装置。
【請求項１４】
熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養する前に、熱処理した海藻から微生物により有機酸を生成させる微生物処理を行うことをさらに含む、メタン生成法に用いるための請求項１３記載のメタン生成装置。
【請求項１５】
熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養する前に、熱処理した海藻から微生物により有機酸を生成させるための微生物処理槽をさらに含む請求項１２〜１４のいずれかに記載のメタン生成装置。
【請求項１６】
海藻を熱処理することにより、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養することにより、メタンを生成させることを含む、海藻の処理方法。
【請求項１７】
海藻を熱処理することを含む、海藻の骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させる方法。
【請求項１８】
海藻を熱処理することにより、海藻の骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させることを含む、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化した海藻の製造方法。
【請求項１９】
熱処理により、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた海藻。
【請求項２０】
請求項１６記載の方法により処理された海藻。
【請求項２１】
請求項１２〜１５のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を請求項１〜７のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理に用いることを特徴とするメタン生成法。
【請求項２２】
請求項１２〜１５のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を請求項１〜７のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理のための予熱として用いることを特徴とするメタン生成法。
【請求項２３】
請求項１２〜１５のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を請求項１〜７のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理に用いることを特徴とするメタン生成装置。
【請求項２４】
請求項１２〜１５のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を請求項１〜７のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理のための予熱として用いることを特徴とするメタン生成装置。
【請求項２５】
請求項２１または２２のいずれかに記載のメタン生成法において、メタン発酵槽から排出される海藻残渣。
【請求項２６】
Bacillus cereus OZ-6株（受領番号：FERM AP-20381）。
【請求項２７】
Lactobacillus sp. OZ-7株（受領番号：FERM AP-20382）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタン生成法、海藻処理方法、メタン生成装置及び海藻処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、種々の海域において、アオサ等の海藻が大量発生して問題となっている。アオサ等の海藻が海に生息していると、海の色が変色してしまうため、海水浴客に嫌われる。また、アオサ等の海藻が海岸に打ち上げられると、悪臭を放ち、地元住人や観光客に不快感を与える。大量発生したアオサ等の海藻は捕集され、焼却処分されている。
【０００３】
また、これまで、海域の富栄養化防止のため、各地において海藻の植付けが試みられいるが、植付けた海藻を刈り取った後はゴミとして処分されている。
【０００４】
一方、海藻をエネルギー源として有効利用する報告は数少ないが、Habigらは、ジャイアントケルプからメタンをそのまま基質として生成させる試みについて報告している（非特許文献１）。この報告では、ジャイアントケルプをメタン発酵させており、これは従来行われてきた有機性廃棄物のメタン発酵法のやり方と同じである。
【非特許文献１】Resources and Conservation、 8 (1983) 271-279
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
海藻に含まれる糖質には大きく分けると、骨格多糖類と粘性多糖類とがある（海藻の科学、大石圭一編、朝倉書店（1993） p.21-25）。このうち骨格多糖類は非水溶性の高分子化合物であるため、生分解されにくく、メタン発酵の直接の基質である酢酸に変換されにくい。このため、アオサ等の粘性多糖類が少なく、骨格多糖類を多く含む海藻は、Habigらの方法（従来のメタン発酵法）では得られるメタンガス量は少ない。
【０００６】
従って、本発明は、従来のメタン発酵法よりも、海藻から多量のガスが発生させることができるメタン生成法を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、従来のメタン発酵法よりも、海藻から多量のガスが発生させることができる海藻の処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明の上記の方法を実施することができる装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、海藻を熱処理により加水分解するという前処理を行うことで、海藻の粘性多糖類のみならず骨格多糖類をも低分子化させ、メタン発酵の直接の基質である酢酸への変換量を増加させ、メタン発酵により得られるメタンガス量を増加させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）  海藻を熱処理することにより、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養することにより、メタンを生成させることを含む、メタン生成法。
（２）  海藻が、アオサ、マコンブ、オゴノリ、スサビノリ、ワカメ、アナアオサ、アマノリ、ツノマタ、ノコギリモク、クロヒトエグサ、ヤブレグサ、リボンアオサ、ボタンアオサ、ナガアオサ、スジアオノリ、ウスバオノリおよびボウアオノリからなる群より選択される少なくとも１種類の海藻である（１）記載の方法。
（３）  海藻を溶液中で熱処理する（１）または（２）のいずれかに記載のメタン生成法。
（４）  海藻を含む溶液を５０℃以上の温度で熱処理する（１）〜（３）のいずれかに記載のメタン生成法。
（５）  海藻が破砕した海藻である（１）〜（４）のいずれかに記載のメタン生成法。
（６）  海藻を熱処理することにより、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養する前に、熱処理した海藻から微生物により有機酸を生成させる微生物処理を行うことをさらに含む（１）〜（５）のいずれかに記載のメタン生成法。
（７）  有機酸を生成させる微生物処理に用いる微生物が、Bacillus属又はLactobacillus属に属する（６）記載のメタン生成法。
（８）  有機酸を生成させる微生物処理に用いる微生物が、Bacillus cereus OZ-6株（受領番号：FERM AP-20381）、Lactobacillus sp. OZ-7株（受領番号：FERM AP-20382）及びそれらの類縁菌種からなる群より選択される（６）記載のメタン生成法。
（９）  有機酸が、酢酸、乳酸、蟻酸、酪酸、プロピオン酸、ピルビン酸、グリオキシル酸およびシュウ酸からなる群より選択される少なくとも１種類の酸である（６）記載のメタン生成法。
（１０）  有機酸が、生化学的に酢酸に変換しうる有機酸からなる群より選択される少なくとも１種類の酸である（６）または（９）のいずれかに記載のメタン生成法。
（１１）  熱処理した海藻とともに微生物を培養することにより、有機酸を生成させる（１）〜（１０）のいずれかに記載のメタン生成法。
（１２）  海藻を破砕するための手段と、加熱手段と、海藻を熱処理するための槽と、熱処理した海藻からメタン生成菌によりメタンを生成させるためのメタン発酵槽とを備える、メタン生成装置。
（１３）  破砕した海藻を含む溶液を熱処理することにより、海藻の骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養することにより、メタンを生成させることを含む、メタン生成法に用いるための（１２）記載のメタン生成装置。
（１４）  熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養する前に、熱処理した海藻から微生物により有機酸を生成させる微生物処理を行うことをさらに含む、メタン生成法に用いるための（１３）記載のメタン生成装置。
（１５）  熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養する前に、熱処理した海藻から微生物により有機酸を生成させるための微生物処理槽をさらに含む（１２）〜（１４）のいずれかに記載のメタン生成装置。
（１６）  海藻を熱処理することにより、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養することにより、メタンを生成させることを含む、海藻の処理方法。
（１７）  海藻を熱処理することを含む、海藻の骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させる方法。
（１８）  海藻を熱処理することにより、海藻の骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させることを含む、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化した海藻の製造方法。
（１９）  熱処理により、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた海藻。
（２０）  （１６）記載の方法により処理された海藻。
（２１）  （１２）〜（１５）のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を（１）〜（７）のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理に用いることを特徴とするメタン生成法。
（２２）  （１２）〜（１５）のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を（１）〜（７）のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理のための予熱として用いることを特徴とするメタン生成法。
（２３）  （１２）〜（１５）のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を（１）〜（７）のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理に用いることを特徴とするメタン生成装置。
（２４）  （１２）〜（１５）のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を（１）〜（７）のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理のための予熱として用いることを特徴とするメタン生成装置。
（２５）  （２１）または（２２）のいずれかに記載のメタン生成法において、メタン発酵槽から排出される海藻残渣。
（２６）  Bacillus cereus OZ-6株（受領番号：FERM AP-20381）。
（２７）  Lactobacillus sp. OZ-7株（受領番号：FERM AP-20382）。
【００１１】
本明細書において、「骨格多糖類」には、セルロース、ヘミセルロース等が含まれる。また、「粘性多糖類」には、グルクロノキシロラムナン硫酸、グルクロノキシロラムノガラクタン硫酸、アルギン酸、フコイダン、アガロース、ガラクタン、フノランなどが含まれる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、従来のメタン発酵法よりも、海藻から多量のガスを発生させることができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施態様を説明する。
【００１４】
図１は、本発明のメタン生成法又は海藻処理方法を含む海藻リサイクルのフロー図である。
【００１５】
まず、前処理手段１１により、アオサ、マコンブ、オゴノリ、スサビノリ、ワカメ、アナアオサ、アマノリ、ツノマタ、ノコギリモク、クロヒトエグサ、ヤブレグサ、リボンアオサ、ボタンアオサ、ナガアオサ、スジアオノリ、ウスバオノリ、ボウアオノリなどの海藻１を前処理する。本発明の方法はいかなる海藻に適用してもよいが、特に、骨格多糖類および粘性多糖類（例えば、セルロース、ヘミセルロース、グルクロノキシロラムナン硫酸、グルクロノキシロラムノガラクタン硫酸、アルギン酸、フコイダン、アガロース、ガラクタン、フノランなど）を多く含む海藻に効果的である。海藻は、海、磯、浜辺などに自然に生息しているものであっても、養殖されているものであってもよい。養殖されている海藻については、食用、だし用に養殖されているものであっても、海域の富栄養化対策として養殖されいるものであってもよい。また、海藻は乾燥させたものでも良い。さらに、旨味成分やアルギン酸等の有効成分を抽出した海藻残さでもよい。本発明においては、これらの海藻を採取して、利用することができる。
【００１６】
例えば、前処理として、海藻をミル、カッターなどの破砕手段を用いて破砕もしくは粉砕し、次いで適当な液（例えば、中性水（pH6.5〜7.5）、アルカリ溶液（pH7.5以上）、酸溶液（pH6.5以下）など）で適当な濃度（例えば、海藻を乾燥重量で０．１〜15重量％含む濃度）に希釈する。中性水としては、純水、水道水、工業用水等を挙げることができる。アルカリ溶液としては、ＮａＯＨ溶液、ＫＯＨ溶液、Ｃａ（ＯＨ）２溶液、Ｍｇ（ＯＨ）２溶液、ＮＨ３溶液またはこれらの内少なくとも２種以上を混合した溶液などを挙げることができる。酸溶液としては、ＨＣｌ溶液、ＨＮＯ３溶液、Ｈ２ＳＯ４溶液、Ｈ２ＣＯ３溶液またはこれらの内、少なくとも２種以上を混合した溶液などを挙げることができる。
【００１７】
前処理により得られた海藻溶液を熱処理槽１２にて熱処理する。この熱処理により、海藻の骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化する。熱処理は、海藻を加熱することにより海藻の骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させることができる処理であればよく、望ましくは５０℃以上の温度にて加熱し、所定時間その温度を維持することで行う。なお、本反応は加水分解反応であるから、処理温度を高くすれば、処理時間を短くすることができる。熱処理は、いかなる装置を用いていかなる方法で行ってもよく、例えば、オートクレーブ、恒温槽、水浴、油浴、蒸気添加などを用いて行うことができる。熱処理は、好気的条件または嫌気的条件のいずれの条件下で行ってもよい。海藻をアルカリ溶液中で熱処理する場合には、熱処理開始時の溶液のｐＨは７．５以上とするとよい。海藻を酸溶液中で熱処理する場合には、熱処理開始時の溶液のｐＨは６．５以下とするとよい。溶液を所望のｐＨにするために、酸やアルカリの溶液（例えば、ＮａＯＨ溶液、ＫＯＨ溶液、Ｃａ（ＯＨ）２溶液、Ｍｇ（ＯＨ）２溶液、ＮＨ３溶液、ＨＣｌ溶液、ＨＮＯ３溶液、Ｈ２ＳＯ４溶液、Ｈ２ＣＯ３溶液）を添加するとよい。海藻を中性溶液中で熱処理する場合には、純水、水道水、工業用水などをそのまま用い、熱処理開始時の溶液のｐＨが６．５〜７．５の範囲内のものを使用するとよい。
【００１８】
熱処理後の海藻における骨格多糖類および粘性多糖類の量は特に限定されない。なお、本明細書においては、骨格多糖類および粘性多糖類の低分子化の度合いを推定するのに、溶液中に溶け出した水溶性画分の量を指標としている。水溶性画分の量については、処理前の固形分の重量と処理後の溶液中の固形分の重量の差をとっている。
【００１９】
熱処理した海藻溶液を微生物の生育に適した温度にまで冷却した後、微生物処理槽１３にて微生物処理する。この微生物処理により、海藻から微生物により有機酸２が生成される（この過程を「酸発酵」ともいう）。微生物処理は、微生物により海藻から有機酸を生成させることができる処理であればよく、例えば、熱処理した海藻溶液を微生物の生育に適した温度にまで冷却した後に、その溶液で有機酸生成のための微生物を培養するとよい。なお、微生物の培養を溶液中で行う場合には、溶液はアルカリ性溶液、酸性溶液、中性溶液のいずれであってもよい。微生物をアルカリ性溶液中で培養する場合には、微生物の培養開始時における溶液のｐＨは７．５以上とし、微生物を酸性溶液中で培養する場合には、微生物の培養開始時における溶液のｐＨは６．５以下とし、微生物を中性溶液中で培養する場合には、微生物の培養開始時における溶液のｐＨは６．５〜７．５の範囲内とするとよい。培養開始時のｐＨは、用いる微生物の最適生育ｐＨに合わせるとさらに効果的である。溶液を所望のｐＨにするために、酸やアルカリの溶液（例えば、ＮａＯＨ溶液、ＫＯＨ溶液、Ｃａ（ＯＨ）２溶液、Ｍｇ（ＯＨ）２溶液、ＮＨ３溶液、ＨＣｌ溶液、ＨＮＯ３溶液、Ｈ２ＳＯ４溶液、Ｈ２ＣＯ３溶液）を添加するとよい。培養は静置、振とう、攪拌培養のいずれであってもよく、嫌気的条件又は好気条件のいずれの条件下で行ってもよい。培養条件は用いる微生物に応じて最適化することが望ましい。培養は、１０〜４０℃の温度で、１２時間以上行うとよい。
【００２０】
本培養においては、酢酸、乳酸、蟻酸、酪酸、プロピオン酸、ピルビン酸、グリオキシル酸、シュウ酸などの内少なくとも１種類以上の有機酸が生成する。なお、本培養においては、生化学的に酢酸に変換しうる有機酸が少なくとも１種類生成することが必要である。
【００２１】
微生物は、アオサ、マコンブ、オゴノリ、スサビノリ、ワカメ、アナアオサ、アマノリ、ツノマタ、ノコギリモク、クロヒトエグサ、ヤブレグサ、リボンアオサ、ボタンアオサ、ナガアオサ、スジアオノリ、ウスバオノリ、ボウアオノリからなる群より選択される少なくとも１種類の海藻から有機酸を生成するものであれば、いかなるものであってもよい。微生物の種類としては、乳酸発酵系微生物、土壌系微生物、食品系微生物など、または、海に生息している微生物、例えば、海藻を採取した海域に生息している微生物、採取した海藻に付着している微生物などが挙げられる。具体的には、Bacillus属、Lactobacillus属に属する微生物などが挙げられ、これらの中でも、Bacillus cereus OZ-6株、Lactobacillus sp. OZ-7株、それらの類縁菌種（16S-rDNAの塩基配列が98%以上一致する微生物）が好ましい。微生物はこれら単一な菌種を単独で用いても良いが、これらの微生物種が混在して有効に機能する混合微生物系でも良い。微生物の種母の量は、溶液１ｍｌ当り１０５細胞以上が望ましい。
【００２２】
なお、微生物処理（酸発酵）は随意の工程であり、メタン発酵を行う系内に充分な酸生成細菌が存在する場合には、この工程は省くこともできる。
【００２３】
微生物処理した海藻溶液（あるいは熱処理した海藻溶液）をメタン発酵槽１４にてメタン発酵させる。メタン発酵槽１４で生成した消化ガス３（メタンガス、メタンガスと二酸化炭素との混合ガスなど）は、ガス精製設備１６で硫化水素の除去（脱硫）を行った後、消化ガス９は消化ガス利用設備１５（例えば、ガスエンジン、ガスタービン、燃料電池等これらの設備を含むコージェネレーション設備、ボイラなど）に送られて電気、熱エネルギーとして利用される。なお、図示はしないが、ガス精製設備の後に、ガス貯蔵設備（ガスタンク）を設置することが望ましい。必要に応じて、ガス圧縮機やドレン処理装置を用いる。コージェネレーション設備、ボイラを用いた場合には、得られる熱の全部または一部を熱処理槽の加熱、加温もしくは加熱、加温のための予熱の熱源として用いる。予熱の熱源としては、熱処理槽１２から微生物処理槽１３もしくはメタン発酵槽１４へ熱処理海藻溶液を移す際の、冷却時に発生（回収）する熱も利用することができる。コージェネレーション設備、ボイラから得られる熱の一部を微生物処理槽、メタン発酵槽の加熱、加温に利用してもよい。これらの、熱利用を行うことで更にエネルギーの有効利用が図れる。また、消化ガスの利用法として、自動車、船の燃料に用いることもできる。
【００２４】
メタン発酵が行われた後にメタン発酵槽１４に残った残さ４（メタン発酵が行われた後の海藻）は肥料として利用することができる。海藻はミネラル分を多量に含むので、肥料として有用である。
【００２５】
メタン発酵は、熱処理および微生物処理をした海藻溶液（あるいは、熱処理した海藻溶液）とともに嫌気状態でメタン生成菌を培養することにより行う。なお、メタン発酵法については、一般に行われているメタン発酵法と同様のものでよい。（参照文献：廃棄物のメタン発酵  サイエンティスト社  2000年）
【００２６】
以上、図面を参照しながら本発明を説明したが、当業者にとって自明な変更や改良がなされたものも、本発明の範囲内である。
【００２７】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は、本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。本実施例のメタン発酵法および海藻処理方法を図２に示す装置を一例に用いて説明する。破砕された海藻を含む溶液は熱処理槽１２に挿入され、オートクレーブ２１（加熱手段）で熱処理される。熱処理された海藻溶液は冷却後微生物処理槽１３に流入され、微生物とともに恒温槽（１）２２内で培養され、その結果、有機酸２が生成する。なお、本発明において、微生物処理槽１３における処理は随意の工程であり、この工程は省いてもよい。有機酸２を含有する微生物処理された海藻溶液（あるいは熱処理された海藻溶液）はメタン発酵槽１４に流入され、担体２５に固定されているメタン生成菌とともに恒温槽（２）２３内で培養され、その結果、消化ガス３（メタンガス、メタンガスと二酸化炭素との混合ガスなど）が生成する。生成した消化ガス３はガス捕集器２７（生成したメタンガスを捕集するための手段）に捕集される。メタン生成菌は通常のメタン発酵で用いられている菌種を使用する。メタン生成菌の培養は、スターラー２６で培養液を攪拌しながら行う。培養液のｐＨはｐＨメーター２４で測定した。
【実施例１】
【００２８】
１．熱処理試験
（１）実験条件
原料：アオサ
破砕処理：乾燥アオサをコーヒーミル（SIBATA製  PERSONL  MILL  SCM-40）に入れ１分間処理した。
熱処理：破砕処理したアオサを乾燥重量で１０％含む水溶液、破砕処理したアオサを乾燥重量で１０％含む１NのNaOH溶液、破砕処理したアオサを乾燥重量で１０％含む１NのHCｌ溶液を、それぞれ試験管に入れ、１２１℃、１５分間、オートクレーブで処理した。加熱処理を行うと骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化するので、水溶液に溶け込む成分の量が増加する。そこで、低分子化された量を、水溶性画分の増加量として測定した。水溶性画分の量については、各処理液から固形分を分離し、乾燥重量を測定し、投入前の重量との差から算出した。
また、上記アルカリ熱処理に関してNaOH濃度、処理時間、温度を変えて追加試験を行った。ミルを使わずに、ハサミで裁断した海藻を用いた同様の試験（０．５Ｎ  ＮａＯＨ溶液、１００℃、１時間熱処理）も行った。
（２）実験結果
結果を図３〜６に示す。図３から、各熱処理により水溶性画分が増え、分解が進んでいることがわかる。図４はNaOH濃度をぞれぞれ0.1Ｎ、0.5Ｎおよび1Ｎとし、１２１℃、２０分オートクレーブ処理した結果を示す。図４から、NaOH濃度が高いと水溶性画分は増えるが、０．１Ｎでも分解は起こることがわかる。また、図３のアルカリ性の結果とと図４の１Ｎの結果を比較すると、処理時間を長くすると分解率は向上することがわかる。図５は温度をそれぞれ５０℃、８０℃および１００℃とし、０．５NのNaOH溶液で１時間オートクレーブ処理した結果を示す。図５から、温度が高いほうが、分解が速く進むことがわかる。図６には、海藻のサイズによる分解の違いを示す。ハサミによる裁断（１ｃｍ角、５ｃｍ角）に比べ、ミルで破砕した場合（４ｍｍ以下）の分解率が高いことがわかる。よって、熱処理前に海藻を破砕した方が、表面積が増え分解を促進できるといえる。
【００２９】
２．微生物処理（酸発酵）試験
（１）実験条件
条件１：乾燥アオサ１０％を含む０．５ＮのＮａＯＨ溶液を、１２１℃、１５分間処理を行った後、乾燥アオサ濃度５％になるよう水で希釈した。その後、ＨＣｌ溶液にてｐＨが７．０になるよう調整した。その液に各種微生物源（Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＸ）を微量（約１％）添加し、３０℃で５日間の静置培養を行った。培養液中の有機酸は液体クロマトグラフ（島津製作所製  ＬＣ−１０ＡＤ）にて分析を行った。
なお、微生物源Ａ〜Ｃは乳酸発酵系微生物、微生物源Ｄは土壌系微生物、微生物源Ｘは発酵食品系微生物である。
条件２：(1)乾燥アオサ５％を含む溶液（中性）を、１００℃１時間処理したもの、(2)乾燥アオサ５％を含む０．５ＮのＮａＯＨ溶液を、１００℃１時間処理したもの、(3)乾燥アオサ５％を含む０．５ＮのＮａＯＨ溶液を、１００℃１時間処理した後に、ＨＣｌ溶液でｐＨが６．４になるように調整したものを用意した。熱処理後冷却し、(1)〜(3)それぞれに微生物源Ｘを微量（約１％）添加し、３０℃で５日間の静置培養を行った。培養後の溶液を０．１ＮのＮａＯＨ溶液で適定し、総酸量＊＊を求め、その値を乳酸に換算した。
＊＊−ＣＯＯＨの量
条件３：乾燥コンブ５％を含む溶液（中性）を１００℃、１時間処理した後、微生物源Ｘを微量（約１％）添加し、３０℃で５日間静置培養を行った。コンブ溶液は中性（水）とアルカリ性（０．５Ｎ  ＮａＯＨ）の２条件で行った。培養液中の有機酸は液体クロマトグラフ（島津製作所製  ＬＣ−１０ＡＤ）にて分析を行った。
（２）実験結果
条件１：微生物源Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｘの培養後の代表的な有機酸（酢酸、乳酸）濃度の測定結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2005245443.tif 000003
各微生物源の添加により、有機酸生成が促進されたことがわかる。微生物Ｘによる有機酸生成が最も多い。
条件２：(1)〜(3)にそれぞれに微生物源Ｘを微量添加し、３０℃で５日間の静置培養を行った後の溶液を０．１ＮのＮａＯＨ溶液で適定し、総酸量＊＊を求め、その値を乳酸に換算した結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
2005245443.tif 000004
アオサを原料とした場合は、熱処理時にアルカリ、酸等で処理しなくても、高い有機酸生成が得られることがわかる。
条件３：乾燥コンブをアルカリおよび中性溶液で熱処理した際の、有機酸生成濃度を図７に示す。コンブでは、アルカリで熱処理した場合に、より有機酸生成が促進される。
【００３２】
３．メタン発酵試験
（１）実験条件
方法：容量１Ｌのガラス製リアクタを使用した。微生物の固定化担体として、液中に多孔質の担体（約３０ｃｃ）を設置した。マグネティックスターラーで攪拌（約５０ｒｐｍ）した。本リアクタを恒温槽内に設置し、内部温度を５５℃に制御し．ｐＨメーターの値をもとにｐＨ７になるよう調整を行った。発生したガスは水上置換にて捕集し、ガス量を測定した。ガス組成はガスクロマトグラフ（島津製作所製  ＧＣ−８Ａ）にて測定した。始めに乾燥コンブ重量５％の水溶液１Ｌにメタン生成菌を微量加え、馴養を行った。馴養終了後、ガス発生が無くなったのを確認した後、上記(1)の溶液を微生物処理した後の液（(4)）を投入した。リアクタ中の溶液を１００ｍｌ抜くとともに(4)の溶液を１００ｍｌ投入するという作業を、２〜３日毎に繰り返し、連続培養を行った。そして、発生したガス量の平均値を算出した。比較のため、無処理の乾燥アオサ５％の水溶液および(1)の溶液を用いて、同様の条件でガス発生量を測定した。
（２）実験結果
無処理の場合、乾燥アオサ１ｇあたりのガス（メタン）発生量は０ｍｌであった。(1)（熱処理のみ）の溶液の場合、乾燥アオサ１ｇあたりのガス（メタン）発生量は１５ｍｌであった。(3)（熱処理＋微生物前処理）の溶液の場合、乾燥アオサ１ｇあたりのガス（メタン）発生量は６６ｍｌであった。よって、熱処理を行うことで、バイオガス（メタン）発生量が増加することがわかる。また、熱処理と微生物前処理を組み合わせることで、更にバイオガス（メタン）発生量が増加することがわかる。
【実施例２】
【００３３】
発酵食品よりトリプトソイ寒天培地(pH5.5)、トリプトソイ寒天培地(pH7.3)およびLBS寒天培地(pH5.5)を用いて有機酸生産菌の分離を試みた。培養はCO2/H2雰囲気下で嫌気的に、30℃で7日間の培養を行った。OZ-1からOZ-15までの15菌株を単一コロニーとして得た。
次に分離した15菌株を各々アオサ熱処理液（乾燥アオサ5％を蒸留水に懸濁させ、121℃、15分間のオートクレーブ処理したもの）に接種し、7日間、30℃で静置培養を行った。培養終了後の培養液をHPLCに供し、生産された有機酸を定量した。結果の一部は表３に示した。
【００３４】
【表３】
2005245443.tif 000005
有機酸（乳酸）の生産量が顕著であったOZ-6株とOZ-7株の同定を行った。表４には代表的な菌学的諸性質を示した。
【００３５】
【表４】
2005245443.tif 000006
さらにOZ-6株とOZ-7株の16S-ｒDNAの塩基配列を解読し、結果をデーターベースに照合して分類学的な位置を決定した。その結果OZ-6株の16S-ｒDNAの塩基配列（533bp）はBacillus cereusの16S-ｒDNAの塩基配列と100％一致した。またOZ-7株の16S-ｒDNAの塩基配列（562bp）はLactobacillus fructivoransの16S-ｒDNAの塩基配列と98.9-99.1％一致した。
【００３６】
以上のことから、OZ-6株をBacillus cereusと同定した。また、OZ-7株はLactobacillus 属の細菌と同定した。
OZ-6株の16S-ｒDNAの塩基配列（533bp）を配列番号１に示す。OZ-7株の16S-ｒDNAの塩基配列（562bp）を配列番号２に示す。
また、OZ-6株は、平成１７年１月２８日付けで独立行政法人産業技術総合研究所特許微生物寄託センター（IPOD）（茨城県つくば市東１−１−１）に受領番号FERM AP-20381として寄託されている。OZ-7株は、平成１７年１月２８日付けで独立行政法人産業技術総合研究所特許微生物寄託センター（IPOD）（茨城県つくば市東１−１−１）に受領番号FERM AP-20382として寄託されている。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明により、従来のメタン発酵法よりも、海藻から多量のガスを発生させることができるようになった。本発明のメタン生成法および装置により、海藻をエネルギー源として有効利用することが可能となった。本発明の技術を用いれば、海洋の保全を図りつつエネルギーを確保することができる。さらに、副産物として肥料も得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のメタン生成法を含む海藻リサイクルのフロー図である。
【図２】本発明のメタン生成法の装置の一例を示す。
【図３】破砕処理したアオサを乾燥重量で１０％含む水溶液、破砕処理したアオサを乾燥重量で１０％含む１NのNaOH溶液、破砕処理したアオサを乾燥重量で１０％含む１NのHCｌ溶液を、それぞれ試験管に入れ、１２１℃、１５分間、オートクレーブで処理した後の固形分と水溶性画分の重量比を示すグラフである。
【図４】破砕処理したアオサを乾燥重量で１０％含む0.1Ｎ、0.5Ｎおよび１NのNaOH溶液を、それぞれ試験管に入れ、１２１℃、２０分間、オートクレーブで処理した後の固形分と水溶性画分の重量比を示すグラフである。
【図５】破砕処理したアオサを乾燥重量で１０％含む0.5ＮのNaOH溶液を試験管に入れ、それぞれ、５０℃、８０℃および１００℃で１時間、オートクレーブで処理した後の固形分と水溶性画分の重量比を示すグラフである。
【図６】破砕サイズの違うアオサを乾燥重量で１０％含む0.5ＮのNaOH溶液を試験管に入れ、それぞれ、１００℃で１時間、オートクレーブで処理した後の固形分と水溶性画分の重量比を示すグラフである。
【図７】乾燥コンブ５％を含む溶液（中性およびアルカリ性）を１００℃、１時間処理した後、微生物源Ｘを微量（約１％）添加し、３０℃で５日間静置培養を行った際の有機酸生成濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１．海藻
２．有機酸
３．消化ガス
４．残さ
９．消化ガス
１１．前処理手段
１２．熱処理槽
１３．微生物処理槽
１４．メタン発酵槽
１５．消化ガス利用設備
１６．ガス精製設備
２１．オートクレーブ
２２．恒温槽（１）
２３．恒温槽（２）
２４．ｐＨメーター
２５．担体
２６．スターラー
２７．ガス捕集器
【配列表フリーテキスト】
【００４０】
＜配列番号１＞
配列番号１は、OZ-6株の16S-ｒDNAの塩基配列（533bp）を示す。
＜配列番号２＞
配列番号２は、OZ-7株の16S-ｒDNAの塩基配列（562bp）を示す。
【図１】
2005245443.tif 000007
【図２】
2005245443.tif 000008
【図３】
2005245443.tif 000009
【図４】
2005245443.tif 000010
【図５】
2005245443.tif 000011
【図６】
2005245443.tif 000012
【図７】
2005245443.tif 000013
【配列表】
2005245443000001.app
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月9日(2005.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
有機酸を生成させる微生物処理に用いる微生物が、Bacillus cereus OZ-6株（受託番号：FERM P-20381）、Lactobacillus sp. OZ-7株（受託番号：FERM P-20382）及びそれらの類縁菌種からなる群より選択される請求項６記載のメタン生成法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２６】
Bacillus cereus OZ-6株（受託番号：FERM P-20381）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２７】
Lactobacillus sp. OZ-7株（受託番号：FERM P-20382）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）  海藻を熱処理することにより、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養することにより、メタンを生成させることを含む、メタン生成法。
（２）  海藻が、アオサ、マコンブ、オゴノリ、スサビノリ、ワカメ、アナアオサ、アマノリ、ツノマタ、ノコギリモク、クロヒトエグサ、ヤブレグサ、リボンアオサ、ボタンアオサ、ナガアオサ、スジアオノリ、ウスバオノリおよびボウアオノリからなる群より選択される少なくとも１種類の海藻である（１）記載の方法。
（３）  海藻を溶液中で熱処理する（１）または（２）のいずれかに記載のメタン生成法。
（４）  海藻を含む溶液を５０℃以上の温度で熱処理する（１）〜（３）のいずれかに記載のメタン生成法。
（５）  海藻が破砕した海藻である（１）〜（４）のいずれかに記載のメタン生成法。
（６）  海藻を熱処理することにより、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養する前に、熱処理した海藻から微生物により有機酸を生成させる微生物処理を行うことをさらに含む（１）〜（５）のいずれかに記載のメタン生成法。
（７）  有機酸を生成させる微生物処理に用いる微生物が、Bacillus属又はLactobacillus属に属する（６）記載のメタン生成法。
（８）  有機酸を生成させる微生物処理に用いる微生物が、Bacillus cereus OZ-6株（受託番号：FERM P-20381）、Lactobacillus sp. OZ-7株（受託番号：FERM P-20382）及びそれらの類縁菌種からなる群より選択される（６）記載のメタン生成法。
（９）  有機酸が、酢酸、乳酸、蟻酸、酪酸、プロピオン酸、ピルビン酸、グリオキシル酸およびシュウ酸からなる群より選択される少なくとも１種類の酸である（６）記載のメタン生成法。
（１０）  有機酸が、生化学的に酢酸に変換しうる有機酸からなる群より選択される少なくとも１種類の酸である（６）または（９）のいずれかに記載のメタン生成法。
（１１）  熱処理した海藻とともに微生物を培養することにより、有機酸を生成させる（１）〜（１０）のいずれかに記載のメタン生成法。
（１２）  海藻を破砕するための手段と、加熱手段と、海藻を熱処理するための槽と、熱処理した海藻からメタン生成菌によりメタンを生成させるためのメタン発酵槽とを備える、メタン生成装置。
（１３）  破砕した海藻を含む溶液を熱処理することにより、海藻の骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養することにより、メタンを生成させることを含む、メタン生成法に用いるための（１２）記載のメタン生成装置。
（１４）  熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養する前に、熱処理した海藻から微生物により有機酸を生成させる微生物処理を行うことをさらに含む、メタン生成法に用いるための（１３）記載のメタン生成装置。
（１５）  熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養する前に、熱処理した海藻から微生物により有機酸を生成させるための微生物処理槽をさらに含む（１２）〜（１４）のいずれかに記載のメタン生成装置。
（１６）  海藻を熱処理することにより、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた後、熱処理した海藻を基質としてメタン生成菌を培養することにより、メタンを生成させることを含む、海藻の処理方法。
（１７）  海藻を熱処理することを含む、海藻の骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させる方法。
（１８）  海藻を熱処理することにより、海藻の骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させることを含む、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化した海藻の製造方法。
（１９）  熱処理により、骨格多糖類および粘性多糖類を低分子化させた海藻。
（２０）  （１６）記載の方法により処理された海藻。
（２１）  （１２）〜（１５）のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を（１）〜（７）のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理に用いることを特徴とするメタン生成法。
（２２）  （１２）〜（１５）のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を（１）〜（７）のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理のための予熱として用いることを特徴とするメタン生成法。
（２３）  （１２）〜（１５）のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を（１）〜（７）のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理に用いることを特徴とするメタン生成装置。
（２４）  （１２）〜（１５）のいずれかに記載のメタン生成装置で得られた消化ガスをコージェネレーション設備の燃料として用い、電気および熱エネルギーに変換するとともに、得られた熱を（１）〜（７）のいずれかに記載のメタン生成法における熱処理のための予熱として用いることを特徴とするメタン生成装置。
（２５）  （２１）または（２２）のいずれかに記載のメタン生成法において、メタン発酵槽から排出される海藻残渣。
（２６）  Bacillus cereus OZ-6株（受託番号：FERM P-20381）。
（２７）  Lactobacillus sp. OZ-7株（受託番号：FERM P-20382）。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
以上のことから、OZ-6株をBacillus cereusと同定した。また、OZ-7株はLactobacillus 属の細菌と同定した。
OZ-6株の16S-ｒDNAの塩基配列（533bp）を配列番号１に示す。OZ-7株の16S-ｒDNAの塩基配列（562bp）を配列番号２に示す。
また、OZ-6株は、平成１７年１月２８日付けで独立行政法人産業技術総合研究所特許微生物寄託センター（IPOD）（茨城県つくば市東１−１−１）に受託番号FERM P-20381として寄託されている。OZ-7株は、平成１７年１月２８日付けで独立行政法人産業技術総合研究所特許微生物寄託センター（IPOD）（茨城県つくば市東１−１−１）に受託番号FERM P-20382として寄託されている。