(57)【要約】【課題】  簡易な製造工程から成り、堆肥化の期間を大幅に短縮することができ且つ悪臭低減効果もある新しい堆肥化促進技術を提供する。【解決手段】  生分解性で吸水性のポリマー架橋体の前駆体となる被架橋性ポリマーを含有する培養液に、その被架橋性ポリマーの架橋剤となる物質を直接添加して反応させて生成するポリマー架橋体を含有するブロスをそのまま乾燥して得られるポリマーを用いる堆肥化促進剤による。被架橋性ポリマーとして好ましいのは、ポリアミノ酸（例えばポリグルタミン酸）又は多糖類である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
生分解性で吸水性のポリマー架橋体の前駆体となる被架橋性ポリマーを含有する培養液に、前記被架橋性ポリマーの架橋剤となる物質を直接添加して反応させて生成するポリマー架橋体を含有するブロスをそのまま乾燥して得られるポリマーを用いることを特徴とする堆肥化促進剤。
【請求項２】
培養液に含有されている被架橋性ポリマーがポリアミノ酸であることを特徴とする請求項１に記載の堆肥化促進剤。
【請求項３】
ポリアミノ酸がポリグルタミン酸であることを特徴とする請求項２に記載の堆肥化促進剤。
【請求項４】
被架橋性ポリマーを含有する培養液が、バチラス・ズブチリスまたは納豆菌を培養することによって得られるものであることを特徴とする請求項３に記載の堆肥化促進剤。
【請求項５】
培養液に含有されている被架橋性ポリマーが多糖類であることを特徴とする請求項１に記載の堆肥化促進剤。
【請求項６】
被架橋性ポリマーを含有する培養液が、バチルス・ポリグルタミカムを培養することによって得られたものであることを特徴とする請求項５に記載の堆肥化促進剤。
【請求項７】
架橋剤がポリエポキシ化合物であることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の堆肥化促進剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短期間の堆肥化を可能にするとともに悪臭を低減し得る新しいタイプの堆肥化促進剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
家畜糞尿や生ゴミなどの堆肥化は、化学肥料や農薬の低減を図りながら自然環境の維持や資源の有効利用に資するものとして、近年、その技術開発が盛んに進められている。
【０００３】
堆肥化は、堆肥原料中の有機物を微生物によって分解変化させて有機質肥料である堆肥を製造するものである。堆肥化技術における重要な因子の一つは、水分と空気を適切に管理して微生物を有効に働かせることであり、一般に、堆肥化での含水率は60〜70重量％に調整すべきと言われている。
【０００４】
堆肥化における水分調整のために以前より多用されていたのはオガクズや稲ワラ等であるが、吸水率が低くて使用量が多くなることに因る取扱いの不便さや設備の大型化に加えて、堆肥化に長期間を必要とし、コスト高をもたらすため、最近は、各種の合成の生分解性吸水性樹脂（ポリマー架橋体）を堆肥化における水分調製剤として使用することが提案されている〔例えば、特開２００１−２６１４７５号公報（特許文献１）、特開２００３−１１９０９０号公報（特許文献２）、特開２００３−１８３０９０号公報（特許文献３）、特開２００３−１８３０９１号公報（特許文献４）、特開２００３−１９２４８１号公報（特許文献５）〕。
【０００５】
これらのポリマー架橋体から成る生分解性吸水性樹脂は、吸水性に優れており、少量の施用で堆肥原料に含まれる水分を吸収して流動性を失わせて該原料をゲル化または固化することにより堆肥化を効果的に行なうことができる。また、生分解性であり、環境や人に対して優しい素材でもある。
【０００６】
しかし、堆肥化に用いるものとしてこれまでに提案されている生分解性吸水性樹脂は、いずれも、その前駆体となる被架橋性ポリマーを培養液から単離・精製するか、あるいは、別途合成した後、該被架橋性ポリマーを適当な架橋剤と反応させたり放射線照射などの架橋工程に供するものであり、製造工程が複雑でコスト高になるという問題が残されていた。また、如上の生分解性で吸水性のポリマー架橋体は、少量使用により水分調整を可能にした点において、堆肥化技術を向上させたものではあるが、堆肥化に要する期間を短縮して堆肥化を促進させる点からは、まだ充分なものではなく、事実、その観点からの検討も行なわれていなかった。さらに、家畜糞尿や生ゴミ等に由来する悪臭を低減しながら堆肥化を促進するというような見地からの考慮は払われていなかった。
【０００７】
堆肥化促進剤としては、或る種の微生物を特別に添加することも幾つか提案されているが〔例えば、特許第３４８５３４５号公報（特許文献６）、特開平１１−０５６３４７号公報（特許文献７）〕、当該微生物の培養や単離・精製を行なわなければならず、やはり、余分の工程を要して全体的にコスト高になるという問題を有する。
【特許文献１】特開２００１−２６１４７５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１９０９０号公報
【特許文献３】特開２００３−１８３０９０号公報
【特許文献４】特開２００３−１８３０９１号公報
【特許文献５】特開２００３−１９２４８１号公報
【特許文献６】特許第３４８５３４５号公報
【特許文献７】特開平１１−０５６３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、簡易な製造工程から成り、堆肥化の期間を大幅に短縮することができ且つ悪臭低減効果もある新しい堆肥化促進技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、先に、微生物の培養液から直接的に生分解性吸水性樹脂を製造できる方法を案出したが〔特開２００３−１９２７９４号公報（特許文献８）〕、この方法を応用することにより如上の課題が解決できることを見出し、本発明を導き出した。
【００１０】
かくして、本発明は、生分解性で吸水性のポリマー架橋体の前駆体となる被架橋性ポリマーを含有する培養液に、前記被架橋性ポリマーの架橋剤となる物質を直接添加して反応させて生成するポリマー架橋体を含有するブロスをそのまま乾燥して得られるポリマーを用いることを特徴とする堆肥化促進剤を提供するものである。
【特許文献８】特開２００３−１９２７９４号公報
【発明の効果】
【００１１】
本発明の堆肥化促進剤は、生分解性吸水性樹脂（ポリマー架橋体）の前駆体となる被架橋性ポリマーを含有する培養液に、その架橋剤を直接反応させるというきわめて簡単な工程により製造することができる。そして、堆肥原料に本発明の堆肥化促進剤を添加することにより、無添加の場合に比べて、著しく短期間に有効な堆肥化を達成することができ、しかも悪臭を低減して作業環境を著しく改善することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、ポリマー架橋体を含有するブロス由来のポリマーをそのまま堆肥化促進剤として用いる新しいタイプの堆肥化促進剤である。すなわち、本発明においては、ポリマー架橋体（生分解性吸水性樹脂）の前駆体となる被架橋性ポリマーを含有する培養液に直接、その架橋剤を添加して反応させることによりポリマー架橋体を合成するとともに、反応液（ブロス）を特に精製することなくそのまま乾燥（一般的には凍結乾燥）して堆肥化促進剤として使用に供する。かくすることによって、培養液中の培地由来の各種成分や微生物により産生された代謝産物がポリマー架橋体の内部に包含されることになる。
【００１３】
本発明において用いられる被架橋性ポリマーは、特に制限されるものではなく、従来より生分解性吸水性樹脂として知られた各種のポリマー架橋体の前駆体（原料）となる各種の物質が適用可能である。本発明で用いられる被架橋性ポリマーとして特に好ましい例は、ポリアミノ酸であり、架橋剤との反応によりポリアミノ酸架橋体から成る生分解性吸水性樹脂を生成する。ポリアミノ酸の好ましい例は、ポリグルタミン酸（ポリ−γ−グルタミン酸）であり、この他に、ポリアスパラギン酸またはポリリジンなども使用でき、生分解性吸水性樹脂として、それぞれ、ポリグルタミン酸架橋体、ポリアスパラギン酸架橋体、ポリリジン架橋体を生成する。ポリアミノ酸の他に、本発明において用いられる被架橋性ポリマーとしては、澱粉、アルギン酸、カルボキシメチルセルロースなどの多糖類を挙げることもでき、生分解性吸水性樹脂として、それぞれ、澱粉架橋体、アルギン酸架橋体、カルボキシメチルセルロース架橋体を生成する。
【００１４】
本発明の堆肥化促進剤を得るには、生分解性吸水性樹脂（ポリマー架橋体）の前駆体となる以上のような被架橋性ポリマーを含有する培養液を用い、これにそれぞれの被架橋性ポリマーの架橋剤を直接添加する。ここで、本発明において用いられる培養液は、特に制限されるものではなく、如上の架橋性ポリマーを産生する能力のある微生物の培養液であればよい。
【００１５】
例えば、バチルス・ズブチリスや納豆菌のような微生物は、グルタミン酸を産生する能力があり、それらの微生物の培養液は被架橋性ポリマーであるグルタミン酸を含有する培養液として本発明において用いられるのに特に好ましい培養液の例である。その他、例えば、被架橋性ポリマーとして多糖類を含有する培養の好ましい例としてはバチルス・ポリグルタミカムのような微生物の培養液が挙げられる。
【００１６】
本発明の堆肥化促進剤が堆肥化の達成期間を画期的に短縮することを可能にするのは、既述のように生分解性吸水性樹脂（ポリマー架橋体）を含有するブロスを特に精製することなくそのまま乾燥して得られるポリマーを用いるので、該ポリマー中に包含されている如上の微生物培養用の培地由来の各種の栄養成分や微生物による代謝産物が堆肥化に際して有機物の分解・変化を促進するためと理解される。
【００１７】
さらに、本発明の堆肥化促進剤は、培地成分（特に、ペプトンや酵母エキス）および発酵臭に基づく固有の匂いを有し、また、家畜糞尿等に由来する悪臭物質を吸着する機能を有する（ヘッドスペースガス分析では１／３に低減する）。この結果、本発明の堆肥化促進剤を用いる場合には、堆肥原料の嫌な臭いが大幅に低減され、堆肥舎およびその周辺の環境および作業環境が著しく改善される。
【００１８】
本発明において被架橋性ポリマーを含有する培養液として用いられる培地の組成は特に限定されるものではなく、少なくとも目的の被架橋性ポリマーを産生する微生物に対する最少培地に相当する組成を有するものであればよい。好ましい例として、ポリグルタミン酸を含有する培養液を得るには、0.5％酵母エキス、1.5％ペプトン、0.3％尿素、0.2％Ｋ２ＨＰＯ４、10％グルタミン酸、8％グルコース（ｐＨ6.8）から成る組成の培地を用いてバチルス・ズブチリスを培養するが、これに限定されるものではない。
【００１９】
本発明に従えば、被架橋性ポリマーを含有する如上の培養液に、その被架橋性ポリマーの架橋剤となる物質を直接添加して反応させることによりポリマー架橋体を生成する。架橋剤としては、分子の橋かけ結合を形成し得る各種の物質が適用可能であるが、ポリアミノ酸や多糖類のような被架橋性ポリマーは、一般に、カルボキシル基、水酸基、アルデヒド基、カルボニル基、スルホン基、ニトロ基、またはアミノ基のような官能基を有するので、これらの官能基と反応し得る官能基を同一分子内に2個以上有する化合物が架橋剤として用いられるのに好ましい。
【００２０】
例えば、本発明の好ましい態様に従い被架橋性ポリマーがポリアミノ酸または多糖類である場合、架橋剤としてポリエポキシ化合物を用いるのが好ましい。ポリエポキシ化合物としては分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物であれば特に制限はないが、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリン−１，３−ジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル等が挙げられる。このうち、本発明で用いられるのに特に好ましいポリエポキシ化合物であるエチレングリコールジグリシジルエーテルは、下記の一般式（Ｉ）で表すことができるものである。
【００２１】
【化１】
2005225692.tif 000002
【００２２】
式（Ｉ）においてｎは1〜24の整数を表す。
【００２３】
被架橋性ポリマーを含有する培養液と架橋剤との割合は、それぞれの系に応じて、充分の架橋反応が進行して所望のポリマー架橋体が得られるようにする。例えば、ポリエポキシ化合物によりポリグルタミン酸のようなポリアミノ酸の架橋を行なう場合には、ポリエポキシ化合物は、培養液の100重量部に対し0.1〜10重量部になるように添加するのが好ましく、特に、0.25〜6.0重量部が好ましい。
【００２４】
本発明の堆肥化促進剤は、以上のようにして被架橋ポリマー含有培養液と架橋剤との反応によって生成したポリマー架橋体を含有する反応液（ブロス）をそのまま乾燥（一般的には凍結乾燥）することによって簡単に得られる。かくして、本発明の堆肥化促進剤を使用すれば、改善された作業環境下に、牛、豚、馬、鶏などの家畜糞尿、家庭ゴミ、都市ゴミ、山野草などの生ゴミ、し尿汚泥、下水汚泥などを原料としてきわめて短期間に堆肥化を達成することができる。
以下、本発明の特徴をさらに具体的に示すため実施例を記すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例では、ポリマー架橋体を含有するブロス（反応液）を特に精製することなく乾燥して得られたポリマーを便宜上「ブロスポリマー」と称している。
【実施例１】
【００２５】
堆肥化促進剤の製造及び吸水倍率の測定
0.5％酵母エキス、1.5％ペプトン、0.3％尿素、0.2％Ｋ２ＨＰＯ４、10％グルタミン酸、8％グルコース（ｐＨ6.8）から成る組成の培地300リットルを600リットル容ファーメンターに入れ、バチラス・ズブチリスを37℃で通気攪拌培養を行なった。培養72時間後に培養液を2倍に濃縮し、蓋付き20ml容サンプル瓶に10グラム入れ、ポリエポキシ化合物（和光純薬工業株式会社製：既述の式（Ｉ）においてｎ＝１のもの）200ml添加し、80℃でゆっくりと振とうさせて30分間反応させた。
得られた反応物を凍結乾燥し、架橋体をブロスポリマーとして得た。この架橋体の吸水倍率は25倍であった。吸水倍率は、ブロスポリマーを大過剰の蒸留水に浸漬して十分膨潤させた後、80メッシュの金網で水切りした後の重量（湿重量）を測定し、吸水重量（湿重量から乾燥重量を引いた量）を乾燥重量により割った数値により求めた。
【実施例２】
【００２６】
生分解性試験（１）
実施例１で使用した原料及び製造法を用いて吸水倍率25のブロスポリマーを製造し、このポリマーを用いて生分解性試験を行なった。すなわち、堆肥（八幡物産（株）微生物源）700gに、水洗した海砂（25〜35メッシュのもの）530gと水170gの混合物を加え、さらに水220gを添加して、水分60〜65％に調整した。次に、調整した堆肥組成物400gを取り、この中に吸水倍率25倍のブロスポリマーを10gずつ良くかき混ぜて、一つの反応筒に入れる。試料はブロスポリマーのほかに、比較のためにセルロースも試料とした。試験機器としては「微生物酸化分解測定装置（ＭＯＤＡ）」（発売元：八幡物産（株））を用いた。この装置の反応筒にヒーターを巻いて30℃にセットして反応を行ない、発生する二酸化炭素量の測定を行なった。上記測定装置の常法に準じ、生じる二酸化炭素量からブロスポリマー、セルロースの分解率を測定した。その結果は、次の表１に示すとおりであった（表中の数字は分解率（％）を表す）。本発明の堆肥化促進剤は、セルロースと同等の生分解性を有することが明らかである。
【００２７】
【表１】
2005225692.tif 000003
【実施例３】
【００２８】
生分解性試験（２）
実施例１と同じ方法を用いて吸水倍率25倍のブロスポリマーを製造した。得られたブロスポリマーを実施試料とし、オガクズ及び稲ワラを比較試料とし、これらの三試料を腐葉土中に埋め放置した。放置１ヶ月後に掘り出しを行なったところ、ブロスポリマーは分解して消失していたが、オガクズ及び稲ワラは分解していなかった。
【実施例４】
【００２９】
堆肥化試験
実施例１の方法に従い、スケールアップして、吸水倍率25倍のブロスポリマー60kgを製造した。次に、得られたブロスポリマー（吸水倍率25倍）20kgを肥育肉牛の糞尿2トン（佐賀県東松浦郡肥前町上場地区）に混合し、この混合物を実施試料とし、5℃〜15℃の外気中に放置し、ときどき切り返しを行なった。60日放置した間、１）糞尿混合物の形状、２）尿の流出、３）糞尿混合物の内部温度、４）微生物の増殖状況、及び５）堆肥化の促進について評価を行なった。
上場地区の佐賀牛飼育農家で従来より通常行なわれている堆肥化処理法を比較試料とした。この従来法では畜舎に敷料として大量のオガクズを投入するため、畜舎から排出される糞尿処理に、堆肥化スターターとして市販の微生物資材を投入し、堆肥舎内で堆肥化に最低7ヶ月から10ヶ月の期間を要する。その評価結果は、下記の表２に示す通りである。
【００３０】
【表２】
2005225692.tif 000004
【００３１】
本発明に従うブロスポリマーを用いた試験区では、ブロスポリマー添加直後から糞尿に起因する悪臭の低減が認められ、試験開始2日目から糞尿に起因する悪臭が大幅に低減し、堆肥舎内の作業環境が著しく改善された。また、この試験区では、開始1ヶ月後に堆肥原料は触感がサラサラと乾質になり、糞尿由来の悪臭はなく、堆肥化の進行が十分認められ、本発明に従うブロスポリマーが堆肥化を著しく促進することが示された。
【実施例５】
【００３２】
施肥試験
実施例４で得られた放置2ヶ月後の糞尿混合物2トンを本発明によって得られた堆肥として佐賀県東松浦郡肥前町上場地区のハウストマト栽培農家のビニールハウス（面積6アール）に施肥し、トマト栽培を行なった。比較試験として従来法で10ヶ月間放置して堆肥化した糞尿混合物を用いた。結実数、糖度、酸度、日持ちについて評価した。
本発明に従いブロスポリマーと糞尿混合物を60日間放置して得られた堆肥を施肥して収穫されたトマトの結実数、糖度、酸度、日持ちとも従来10ヶ月を要して生成した堆肥を施肥して栽培したトマトに比べて同じで差が認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上の記述から明らかなように、本発明の堆肥化促進剤は、堆肥化原料に起因する悪臭の著しい低減などの作業環境の大幅な改善をもたらしながら、きわめて短期間に堆肥化を達成することができる優れた堆肥化促進剤として、農業や牧畜業をはじめとする多くの産業分野において利用することができるものである。