(57)【要約】【課題】  毒性物質および/又は病原性物質であるタンパク質を含む被処理物のより実用的な処理方法を提供する。【解決手段】  前記目的を達成するために、本発明の処理方法は、毒性および/又は病原性を有するタンパク質を含む被処理物の処理方法であって、所定の分子量のタンパク質を亜臨界水分解することにより、前記被処理物中の有害なタンパク質を無害化する。具体的には、例えば、温度４７３Ｋ以上５６７Ｋ未満、圧力１．５ＭＰａ以上２８ＭＰａ以下の条件下で被処理物を亜臨界水分解処理し、被処理物中のタンパク質を分子量が２５ｋＤａ未満に分解して無害化する。本発明の処理方法は、より低温で実施でき、連続運転も可能な、安全性、設備コスト、ランニングコストに優れる、より実用的な処理方法である。【選択図】  図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
毒性および/又は病原性を有するタンパク質を含む被処理物の処理方法であって、前記被処理物を、温度４７３Ｋ以上５６３Ｋ未満、圧力１．５ＭＰａ以上２８ＭＰａ以下の条件下で亜臨界水分解処理することにより前記被処理物に含まれるタンパク質を分子量２５ｋＤａ未満に分解して無害化することを特徴とする処理方法。
【請求項２】
前記病原性を有するタンパク質が、異常型プリオンタンパク質を含む請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記被処理物が、動物の特定危険部位又は肉骨粉を含む請求項１又は２に記載の処理方法。
【請求項４】
前記被処理物を、請求項１から３のいずれかに記載の処理方法を用いて分解することにより、有機酸、リン酸、アミノ酸、ペプチド、脂肪酸、糖および粉化骨成分からなる群から選択される少なくとも一種類の利用可能な有用物に変換する有用物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、毒性および/又は病原性を有するタンパク質の処理方法を含む被処理物の処理方法及び同方法を用いて被処理物を分解して得られる有用物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
牛海綿状脳症（bovine spongiform encephalopathy；BSE）は1985年2月に英国で初めて報告され、以後発生頭数が急増している。1999年初頭の統計では17万3千頭が確認されている。さまざまな研究が行われているが、その原因や感染経路は確定していない。現段階ではＢＳＥの原因が肉骨粉（食肉処理の過程で得られる肉、皮、骨等の残渣から製造される飼料原料）ではないかという推測が最も支持されている。また、ヒトへの感染は不明であるが、牛にＢＳＥを引き起こす異常型プリオンと、ヒトで痴呆症などを起こす新変異型クロイツフェルト・ヤコブ病の病原体とが同一ではないかとされ、牛からヒトに感染する可能性もあるといわれている。日本で初めてＢＳＥ感染牛が発見されたのは2001年9月で、2003年2月までに7頭が確認されている(例えば、非特許文献1参照)。
【０００３】
ＢＳＥに関してはまだまだ未知の部分が多いが、その原因の一つとして肉骨粉が有力視されている今、肉骨粉は全て焼却処分されている。また、肉骨粉の他、食肉牛の特定危険部位（ＳＲＭ：脳、目、脊椎、回腸遠位端部）や頭部、さらに、食肉牛以外の死亡牛も焼却処分されている。しかしながら、前記焼却処分は、コストがかかり、極めて不経済であり、また、環境に対しても悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００４】
病原性を有する異常型プリオンタンパク質（以下、異常型プリオンと呼ぶ）等の無害化の方法として、本発明者は、肉骨粉を、例えば、５６３Ｋ、１〜２分で亜臨界水分解処理することで、２７ｋＤａ〜３０ｋＤａのタンパク質をアミノ酸に分解し、前記肉骨粉に含まれるおそれのある異常型プリオンを無害化する処理方法を開示している（非特許文献２参照）。
【０００５】
ところで、従来、異常型プリオンの分子量は、２７ｋＤａ〜３０ｋＤａであるとされていたが、最近、異常型プリオンのコアの分子量が、２５ｋＤａ〜３０ｋＤａであることが示されている（例えば、非特許文献３参照）。
【非特許文献１】厚生労働省ホームページ、"牛海綿状脳症(BSE)に関する厚生労働省の対応状況について"、[online]、平成13年9月25日掲載以後更新、厚生労働省、[平成15年5月7日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.mhlw.go.jp/topics/0103/tp0308-1.html＞
【非特許文献２】吉田弘之ら、『亜臨界水処理による肉骨粉の無害化と資源化』、化学工学会第３６回秋季大会研究発表要旨集（CD-ROM）、社団法人  化学工学会、2003年8月12日、I1A02
【非特許文献３】村山祐一、「自然免疫、第４章、免疫系とプリオン」、Innate Immunity研究会著、Innate Immunity研究会出版、2004年4月20日、p.63-87
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、亜臨界水分解処理方法で病原性を示す異常型プリオンの無害化を連続的に行おうとすると、連続型亜臨界水分解処理反応装置に用いる耐圧シールが問題となる。すなわち、従来の方法のように300℃（５７３Ｋ）に近い反応温度では通常のシール材料では耐熱強度が足りず、また、該温度において耐久性のあるシールは非常に高価であって、連続型装置の構築が非常に困難である。このため、シールに耐久性を期待できる温度、例えば、５６３Ｋ未満、好ましくは、５３３Ｋ以下、より好ましくは４９３Ｋ以下で処理でき、連続運転が可能となる処理方法が求められている。
【０００７】
他方、家畜やその他の動物の死体等の動物由来廃棄物の処理も問題となっている。特に、該動物が、例えば、ＢＳＥ等の病毒性疫病源に感染死したおそれのある場合一層その処理が問題となり、これらを安全かつ効率的に無害化処理できる有効な方法が求められている。
【０００８】
そこで、本発明は、毒性および/又は病原性を有するタンパク質、特に異常型プリオンを含む被処理物を無害化する処理方法であって、より低温で行え、安全性、設備コスト、ランニングコストに優れる、より実用的な処理方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、前記処理方法による処理工程を含む有用物の製造方法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】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の処理方法は、毒性および/又は病原性を有するタンパク質を含む被処理物の処理方法であって、前記被処理物を、温度４７３Ｋ以上５６３Ｋ未満、圧力１．５ＭＰａ以上２８ＭＰａ以下の条件下で亜臨界水分解処理することにより前記被処理物に含まれるタンパク質を、分子量が２５ｋＤａ未満に分解して無害化することを特徴とする。
【００１０】
本発明者は、例えば、異常型プリオン等の毒性および/又は病原性を有するタンパク質（以下、有害タンパク質とも呼ぶ）が少量含まれることにより大量に焼却処分されることとなる肉骨粉や動物の特定危険部位等の動物由来廃棄物を、連続反応装置等においても処理でき、より有効利用できる実用的な処理方法について、鋭意研究を重ねた。しかしながら、研究当初、装置の耐久シールの強度に好ましい反応条件、例えば、５３３Ｋ以下の反応条件では、後述のように、異常型プリオンの無害化は不可能であると思われた。すなわち、例えば、５６３Ｋ以上の反応温度で肉骨粉等を亜臨界水分解すると、亜臨界水分解後の分解処理物（以下、単に分解処理物とも呼ぶ）中のタンパク質濃度が１〜２分で急速に減少しタンパク質が分解されるのに対して、５３３Ｋ以下の反応温度では、長時間反応しても処理物中のタンパク質濃度が５６３Ｋの処理後のレベルに達しない（例えば、図１１参照）。そのため、当業者であれば、５３３Ｋ以下の反応温度では、分解処理物中に分解されずに無害化されない異常型プリオンが残存することが当然に予想されたからである。
【００１１】
このような状況下であっても本発明者はさらに研究を進め、その結果、温度４７３Ｋ以上５６３Ｋ未満の亜臨界水分解処理であって、処理物中に一定濃度のタンパク質が検出される反応条件であっても、少なくとも被処理物中の２５ｋＤａ〜３０ｋＤａのタンパク質を選択的に分解でき、亜臨界水分解後の分解処理物中に該大きさのタンパク質が存在しない反応条件を見出した。そして、この条件を用いる処理方法であれば、装置のシールの耐久性が十分である低温領域においても、異常型プリオン等の有害タンパク質を無害化できることを見出し本発明に到達した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の処理方法は、被処理物中の有害タンパク質を従来よりも低温の亜臨界水で分解し無害化するため、装置のシールが十分な耐久性を発揮でき、有害タンパク質を含むおそれのある動物由来廃棄物等の被処理物を工業的に連続処理することが可能となる。したがって、本発明によれば、前記動物由来廃棄物等の処理を、安全性、信頼性に優れ、設備コストやランニングコストが抑えられた、より実用性の高い方法で行うことができる。さらに、本発明によれば、例えば、莫大な費用がかかり、環境への影響も危惧される焼却処分により処理されている肉骨粉等を含む動物由来廃棄物から有用物を取り出すことで、逆に資源化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明における被処理物は、例えば、動物由来廃棄物であって、例えば、食用家畜の食肉処理過程で得られる肉骨粉や特定危険部位、および、食用に適さない家畜やその他の動物の死体およびその一部が含まれる。前記家畜としては、例えば、ウシ、シカ、水牛、ヒツジ、ヤギ、ブタ、鶏、ウマ等があげられる。また、その他の動物としては、野生動物、野生鳥等があげられる。また、前記肉骨粉とは、食肉処理の過程で得られる肉、皮、骨等の残渣から製造される飼料原材料のことであり、前記特定危険部位とは、例えば、国際獣疫事務局が指定した特定危険部位(SRM)である脳、目、脊椎、回腸遠位端部であって、さらに、異常型プリオンの蓄積が予想される頭部全体や内臓を含めても良い。
【００１４】
本発明において、毒性および/又は病原性を有するタンパク質（有害タンパク質）としては、例えば、異常型プリオン、トウゴマに含まれるリシン(ricin)、各種蛇毒等があげられる。また、前記有害タンパク質は、例えば、糖タンパク質等のように、修飾されたタンパク質を含む。
【００１５】
本発明における被処理物中の有害タンパク質の無害化とは、前記有害タンパク質をアミノ酸や有機酸などへ完全分解することに加え、例えば、分子量２５ｋＤａ未満に断片化させることを含む。より具体的には、被処理物中に異常型プリオンが含まれる場合、前記異常型プリオンの無害化とは、被処理物中の２５ｋＤａ〜３０ｋＤａのタンパク質を分解して２５ｋＤａ未満のタンパク質（ペプチド）、アミノ酸、有機酸などとし、反応後に、前記範囲のタンパク質を存在させないことである。本発明において、タンパク質の分子量は、例えば、SDS-PAGEにより推定される分子量であってもよく、ゲルろ過カラム等で測定される分子量であってもよい。
【００１６】
亜臨界水とは、臨界点（６４７.４Ｋ、２２.１ＭＰａ）より低い温度、圧力である水である。なお、一般に、亜臨界水の温度、圧力の下限値は定義されていないが、本発明者は加水分解がある程度起こりうる水と定義しており、亜臨界水の温度、圧力の下限値は、例えば、４００Ｋ、０．２７ＭＰａである。超臨界水は、液体と蒸気との区別がつかなくなり、気液の境界面が消失する状態であって、気体分子と同様の大きな運動エネルギーと、液体に匹敵する高い分子密度を備える。一方、前記亜臨界水では、蒸発と凝縮が繰り返される。なお、必要に応じて、例えば、酸、アルカリ、アルコール等を加えた亜臨界水としてもよい。
【００１７】
本発明の処理方法において亜臨界水を用いる利点としては、例えば、亜臨界水は、超臨界水に比べて分解力が緩和であるので、一気に無機物まで分解してしまうことなく、有用物を取り出すことができること、前記加水分解反応の多くは発熱反応であるため、この発熱を利用すれば、亜臨界水処理のランニングコストも十分に安価とすることが可能であること、亜臨界水の条件は、超臨界水の条件よりも温和であるため、安全であり、処理装置も安価とすることが可能であること、亜臨界水は、水でありながら油や脂肪の抽出力が強く、原材料からそれらをほぼ１００％抽出することが可能であること等があげられる。
【００１８】
本発明の処理方法は、被処理物質に含まれる又はそのおそれがある有害タンパク質を無害化する温度、圧力および時間の条件とすることが好ましい。例えば、異常型プリオンタンパク質を含む肉骨粉を処理する場合、例えば、反応温度は４７３Ｋ以上５６３Ｋ未満であって、反応圧力は、例えば、１．５ＭＰａ以上２８ＭＰａ以下、好ましくは、１．５ＭＰａ以上１５ＭＰａ以下であり、より好ましくは、１．５ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。反応時間は、例えば、１分〜１８０分であって、反応温度・圧力に応じて調整できる。
【００１９】
具体的には、反応温度４７３Ｋの場合、反応圧力は、例えば、１．５ＭＰａ以上３ＭＰａ以下であって、好ましくは、１．５ＭＰａ以上２．３ＭＰａ以下であり、より好ましくは、１．５ＭＰａ以上１．８ＭＰａ以下であり、反応時間は、例えば、１８０分以上であって、好ましくは１８０分〜３００分であり、より好ましくは、１８０分〜２４０分である。また、反応温度５０３Ｋ〜５３３Ｋの場合、反応圧力は、例えば、２．８ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であって、好ましくは、２．８ＭＰａ以上７ＭＰａ以下であり、より好ましくは、２．８ＭＰａ以上５．６ＭＰａ以下であり、反応時間は、例えば、２０分〜１８０分であって、好ましくは、２０分〜６０分であり、より好ましくは、２０分〜３０分である。
【００２０】
上記の条件で亜臨界水分解された後の処理物の水相中のタンパク濃度は、例えば、５６３Ｋで反応した後のタンパク濃度よりも有意に高い（例えば、図１１参照）。それにもかかわらず、上記条件であれば、少なくとも、２５ｋＤａ〜３０ｋＤａの範囲のタンパク質を選択的に分解し、分解処理物中から排除できる。このような知見は、従来知られておらず、本発明者が初めて見出したものである。
【００２１】
本発明における亜臨界水分解処理の工程は、例えば、バッチ式で行ってもよく、連続式で行っても良い。前記バッチ式で行う場合、例えば、ステンレス鋼等の材質から形成された耐圧耐熱反応器に、前記被処理物と水を入れて密閉し、この反応器を所定の温度に加熱して前記反応器内を高温高圧とすれば、前記反応器内部の水が亜臨界水となり、本発明の分解処理工程を行うことができる。なお、必要に応じて、反応器内部に加える水に、例えば、酸やアルカリ、アルコール等を加えて亜臨界水としてもよい。また、工業的観点、および、同じ反応温度であっても閉式反応器よりも高い圧力で反応できる点などから、連続式処理が好ましい。
【００２２】
本発明の処理方法を連続式で行う連続式亜臨界水分解処理装置の構成の一例を図１に示す。図示のように、この装置は、被処理物タンク１、加熱器３、亜臨界水反応容器４、分解処理物回収タンク６を主要構成要素とする。これらは、この順序でパイプにより連結されている。被処理物タンク１は、攪拌器を備え、被処理物タンク１と加熱器３とを連結するパイプには、高圧ポンプ２が配置されている。また、亜臨界水反応容器４の導出口から導出されたパイプは、背圧弁５を介して分解処理物回収タンク６に連結されている。そして、装置の要素である管と管の接合部には耐圧シール材が用いられている。
【００２３】
この装置による被処理物の分解処理は、例えば、次のようにして実施される。まず、被処理物タンク１に被処理物をいれる。このとき必要に応じ、水、酸、アルカリ、アルコール等を加えることができる。この被処理物は攪拌器で攪拌しても良い。この被処理物を、高圧ポンプ２より加熱器３に導入して所定の温度に過熱し、この状態で亜臨界水反応容器４へと導入してここで有害タンパク質の分解を行う。分解処理物は、回収タンク６に送られ、ここに貯蔵される。この分解処理物は無害化されており、後述するように、前記分解処理物を冷却後固液分離するなどして、各種有用物を製造することができる。
【００２４】
本発明における連続式亜臨界水分解処理装置に用いる被処理物の大きさは、前記装置の反応管に入り、詰まりの原因にならない程度であれば、特に制限されないが、処理時間を短くでき、管の詰まりを抑制できる等の点より、直径１ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、１ｍｍで、より好ましくは、粉状である。
【００２５】
本発明の処理方法で前記被処理物を分解処理後、冷却して得られる分解処理物は、固相、水相、油相の組成物を含む混合物である。前記被処理物によっては、前記混合物に、さらに油脂相の組成物が含まれてもよい。
【００２６】
前記分解処理物中に含まれる前記水相、固相および油相は、その密度差から、それぞれの層を形成することができる。例えば、遠心分離器を用いれば、前記混合物を、液体の油である油相が最上層に、水相がその下層に、そして固相が最下層に、それぞれ分離された多層体を得ることができる。また、固体の油脂である油脂相が含まれる場合、前記油脂相の層は、前記油相の層と前記水相の層との間に形成される。
【００２７】
前記混合物中の水相、固相および油相をそれぞれ分離して得る方法としては、特に制限されず、前記遠心分離器を用いる方法のほか、例えば、ろ過して固形分を除去した後、静置して油水分離する方法や、単に静置下の後、固・水・油の３相をそれぞれ分離する方法等があげられる。
【００２８】
前記水相に含まれる組成物としては、例えば、有機酸、リン酸、アミノ酸、ペプチド、アンモニア、タウリンおよび糖等があげられる。前記有機酸としては、好ましくは、低級脂肪酸（カルボキシル基を持つもの）であって、例えば、ピログルタミン酸、乳酸、酢酸、ギ酸、コハク酸、ピルビン酸、プロピオン酸等があげられる。前記ピログルタミン酸は、タンパク質が加水分解され生成されるアミノ酸の一種類であるグルタミン酸が、さらに分子内脱水することで、生成すると考えられる。また、前記アミノ酸としては、例えば、ヒスチジン、グリシン、アラニン、グルタミン酸、アスパラギン酸、ロイシン、イソロイシン、フェニルアラニン、バリン等があげられる。前記糖としては、例えば、グルコース、フルクトース等があげられる。
【００２９】
これらの中でも、前記被処理物が肉骨粉である場合、収率が大きな有機酸としては、ピログルタミン酸、乳酸、酢酸等があげられる。また、前記被処理物に木材等の植物由来廃棄物を含む場合、セロトリオース、セロビオース、グルコース、フルクトース、およびエリトロース等も水相中に確認できる。
【００３０】
前記水相中のタンパク質は、本発明の分解処理の時間が長いほど、また、その温度が高いほど、アミノ酸等に分解することができる。プリオンタンパク質の分子量は、２５〜３０ｋＤａとされているところ、例えば、前記被処理物が肉骨粉である場合、前述の反応条件で亜臨界水分解すれば、肉骨粉に含まれるタンパク質を、２５ｋＤａ未満に分解し、少なくとも分解処理物中に２５ｋＤａ〜３０ｋＤａのタンパク質を存在させないことができる。したがって、本発明の処理方法によれば、例えば、異常型プリオンも無害化することができる。
【００３１】
前記水相に含まれる、有機酸、リン酸、アミノ酸、ペプチド、アンモニアおよび糖等を、それぞれについて分離精製する方法としては、特に限定されず、従来公知の方法により行うことができる。具体的には、例えば、イオン交換法、膜分離法、晶析法、およびこれらの複合プロセス等があげられ、これらの中でも、イオン交換法が好ましい。このイオン交換法を用いた前記水相の有機酸、リン酸、アミノ酸の分離は、例えば、カニやえびから抽出されるキトサンから作製した超多孔性ＰＥＩキトサンビーズ等を用いて次のようにして行うことができる。まず、ポリエチレンイミンを導入した超多孔性キトサンビーズを充填したカラムを通し、有機酸のみを吸着させ、その他を素通りさせる。次に、前記素通りした液のｐＨを３以下に調整し、新たなポリエチレンイミンを導入した超多孔性キトサンビーズを充填したカラムに通し、リン酸のみを吸着させ、アミノ酸を素通りさせる。そして、前記素通りした溶液から、アミノ酸を強酸性陽イオン交換樹脂カラムを用いて分離する。
【００３２】
前記油相に含まれる組成物としては、例えば、脂肪酸等があげられ、前記脂肪酸としては、例えば、オレイン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、パルミトレイン酸等があげられる。また、前記被処理物に、例えば、各種軟体動物、貝類の加工残滓（イカやホタテのゴロ）等の軟体動物由来廃棄物を含む場合、前記油相には、エイコサペンタエン酸（ＥＰＡ）、ドコサヘキサエン酸（ＤＨＡ）等が含まれる。前記油相に含まれる脂肪酸を、それぞれ分離精製する方法としては、特に限定されず、従来公知の方法により行うことができる。具体的には、例えば、真空蒸留等があげられる。
【００３３】
前記固相に含まれる組成物としては、例えば、前記被処理物が肉骨粉である場合、有機物が分解され、水分が抜けて粉化した骨成分があげられる。骨成分は、分解処理の温度が高いほど、また、その時間が長いほど容積は減る傾向にあるが、ほとんどが粉化して固相として残る傾向にある。また、前記被処理物が死亡牛等である場合、骨以外の有機物量が肉骨粉の場合に比べて多くなるが、前記有機物は全て前述のように分解され骨（リン酸カルシウム）のみが固相として残ることとなる。前記粉化した骨は、例えば、亜臨界水処理を充分に行えば、純粋なリン酸カルシウムとすることができる。すなわち、本発明の亜臨界水処理方法によれば、高度な骨の精製も可能となる。前記粉化した骨成分は、例えば、リン酸製造プロセス、ボーンチャイナ、電子材料、無機固体膜、肥料、健康食品等への利用が可能である。前記乳酸は、例えば、生分解性プラスチックの原材料として有用である。前記精製アミノ酸やペプチドは、例えば、医薬品や食品添加剤等に使用できる。
【００３４】
本発明は、以上のような方法により、被処理物から前述の組成物を有用物として製造する方法を提供できる。その生成量は、例えば、処理温度、処理圧力、処理時間等により変化し、適宜その調整が可能であるから、条件設定により、各相から、様々な組合せで種々の有用物を得ることができる。
【００３５】
また、前記有用物としては、例えば、前記の固相、水相、油相等があげられる。例えば、本発明の処理方法により得られる前記水相は、酢酸等の有機酸を含むから、メタン発酵を利用したメタンガスの製造方法に使用でき、回収されるそのメタンガスは、例えば、ガスボイラーによる熱への変換、ガス発電による電力への変換、燃料電池の水素の供給源等、多方面に利用できる。さらに、前記水相に含まれるタンパク質断片は、例えば、飼料添加栄養剤等に使用できる。また、前記油相や油脂相は、例えば、超臨界メタノール等によりメチルエステル化すれば、グリセリンと脂肪酸メチルエステルが得られ、これらのメチルエステル化物は、例えば、バイオディーゼル燃料や、ボイラー燃料の代替燃料として使用できる。
【実施例１】
【００３６】
以下に、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３７】
以下に示すように、亜臨界水を用いた肉骨粉の分解処理をバッチ法にて行い、得られた混合物から、油相、水相および固相を分離回収し、各相に含まれる組成物等の分析を行った。
【００３８】
（肉骨粉）
試料として用いた肉骨粉は、下記表１の物性値を示す、大阪府下の地方自治体から提供された肉骨粉を使用した。真密度は、前記肉骨粉を３３３Ｋで３日間乾燥し、ピクノメーターを用いて測定し、見かけ密度は、肉骨粉を十分な量の超純水に一晩浸して浸透させてピクノメーターを用いて測定した。肉骨粉中の骨の重量％は、肉骨粉１ｇと骨のみ１ｇのＣａ濃度を、それぞれ炎光分光分析を用いて測定し、比例計算から求めた。含水率は、前記肉骨粉を３３３Ｋで３日間乾燥して、その重量変化から求めた。
【００３９】
（表１）                            
真密度 [kg/m3]      １.５３５×１０3
見かけ密度 [kg/m3]  １.２４３×１０3
重量％    骨        ４５.１
骨以外    ５４.９
含水率              ３％以下          
【００４０】
（反応器）
亜臨界水処理に使用したバッチ式反応器の概略を図２に示す。この反応器は、パイプ７の両端にキャップ８がそれぞれ取り付けられた構造である。図２において、ｄ1は、前記パイプ７の外径を示し、ｄ2は、前記パイプ７の内径を示し、ｄ3は、前記キャップ８の内接円の直径を示す。また、長さＬ1が前記キャップ８間の最短距離を表し、長さＬ2が前記反応器の全長を表す。
【００４１】
前記反応器は、外経ｄ1が９.５ｍｍ、内径ｄ2が７.５ｍｍのステンレス鋼（材質：ＳＵＳ３１６製）のパイプを旋盤を用いて約１５０ｍｍの長さに切りそろえたパイプ７を用いて作製した。亜臨界処理中の反応器内容物の漏れを防ぎ、密閉性を高めるため、前記パイプ７の切り口は、なめらかになるように削り、その切り口の外側と内側の面取りを行った。その後、切り出した前記パイプ７を洗浄し、そのパイプ７の先端それぞれにキャップ８（SWAGELOK社製、商品名SS-600-C）を取り付けた。前記キャップ８の取り付けは、まず、手締めで閉めて、そして、モンキーレンチを用いて1周と90度回転させて行った。このように前記キャップ８を前記パイプ７に固定し、反応器を作製したところ、全長Ｌ2は、１６５ｍｍであり、前記キャップ８間の最短距離Ｌ1は、１２０ｍｍであった。前記反応器の内容積は、その反応器内に、２９８Ｋに設定した空気恒温装置（SANYO社製、商品名INCUBATOR MIR-251）内に１日放置した２９８Ｋの脱気水を入れ、質量を測り、水の密度（ρ＝996.95 kg/m3）を用いて算出しところ、約８.５×１０-6ｍ3であった。
【００４２】
（圧力および水の仕込み量の推算）
亜臨界領域での前記反応器内の圧力は、水の飽和蒸気圧に等しいと考え、下記表２の飽和蒸気圧表から各温度における飽和蒸気圧を参照した。ここで、亜臨界状態において、前記反応器内は、図３のようになっていると仮定する。すなわち、前記反応器容積Ｖ[m3]と、前記反応器内での水相部分の占める体積Ｖ1[m3]、気相部分の占める体積Ｖ2[m3]および試料の占める体積ＶZ[m3]との関係は、Ｖ＝Ｖ1＋Ｖ2＋ＶZとなると仮定する。そうすると、水の仕込み量ｍW[kg]は、下記式（１）を用いて推算できる。
ｍW＋ｍ・ｗ＝Ｖ1/ν1＋Ｖ2/ν2      ・・（１）
上記式（１）において、ν1は、水相での水の比容積[m3/kg]であり、ν2は、気相での水の比容積[m3/kg]であり、ｍは、試料の仕込み量[kg-wet]であり、ｗは、含水率である。
【００４３】
（表２）  飽和蒸気圧表
温度   温度   飽和蒸気圧  飽和蒸気圧   比容積(水)   比容積(水蒸気)
[℃]    [K]    [Kg/cm2]       [MPa]     [m3/kg]         [m3/kg]    
170   443.15    8.076      0.7920243   0.00111445   0.24255300
180   453.15   10.224      1.0026319   0.00112752   0.19380000
190   463.15   12.799      1.2551531   0.00114150   0.15631600
200   473.15   15.855      1.5548444   0.00115649   0.12716000
210   483.15   19.454      1.9077857   0.00117260   0.10423900
220   493.15   23.656      2.3198611   0.00118995   0.08603780
230   503.15   28.528      2.7976411   0.00120872   0.07144980
240   513.15   34.138      3.3477942   0.00122908   0.05965440
250   523.15   40.560      3.9775772   0.00125129   0.05003740
260   533.15   47.869      4.6943453   0.00127563   0.04213380
270   543.15   56.144      5.5058456   0.00130250   0.03558800
280   553.15   65.468      6.4202176   0.00133239   0.03012600
290   563.15   75.929      7.4460913   0.00136594   0.02553510
300   573.15   87.621      8.5926848   0.00140406   0.02164870
310   583.15  100.650      9.8703932   0.00144797   0.01833390
320   593.15  115.120     11.2894155   0.00149950   0.01547980
330   603.15  131.160     12.8624021   0.00156147   0.01298940
340   613.15  148.930     14.6050438   0.00163871   0.01078040
350   623.15  168.610     16.5349926   0.00174112   0.00879910
360   633.15  190.430     18.6748036   0.00189590   0.00693980
370   643.15  214.690     21.0538969   0.00221360   0.00497270
374.2 647.3   225.560     22.1198797   0.00317000   0.00317000    
【００４４】
（ソルトバス）
亜臨界水処理中、前記反応器を高温の一定温度に保つための恒温槽として、ソルトバス（Thomas Kagaku Co.Ltd.製）を使用した。前記ソルトバス内の熱媒体として、硝酸カリウムと亜硝酸ナトリウムを1：1の割合で混ぜた配合塩（融点４１３Ｋ）を使用した。使用した塩の量は、０.０１８ｍ3であった。このソルトバスの温度範囲は４５３Ｋから７７３Ｋであり、温度安定度は±０.５Ｋである。温度調節は、ＰＩＤ制御方式のデジタル温度指示調節器で行った。
【００４５】
（反応器内の脱酸素）
亜臨界水処理をする試料および水を反応器に充填する前に、この反応器内を、あらかじめ、Ａｒで置換した。その後、試料および水を充填し、前記反応器を密閉する前に、再びＡｒを約３０秒流して脱酸素を行い、この反応器を密閉した。
【００４６】
（亜臨界水処理）
亜臨界水処理の概略を、図４に示す。前述のように試料を充填し、密閉した反応器９を、矢印Ａの下方向に移動させて、所定温度（４７３〜５６３Ｋ）で安定しているソルトバス１０に投入した。所定時間の後、前記反応器９を、矢印Ａの上方向に移動させて、前記ソルトバス１０からすみやかに取り出し、さらに、矢印ＢおよびＣの方向にすみやかに移動させ、大量の冷却水１１中に投入して急冷した。なお、この亜臨界水処理においては、前記ソルトバス１０の温度を反応温度、前記反応器９が前記ソルトバス１０内にある時間を反応時間とした。
【００４７】
（油相、水相および固相の分離回収）
前述のように亜臨界水処理後に得られる、固相、水相、油相を含む混合物から、それぞれの相を、以下のようにして分離回収した。
【００４８】
まず、前記反応器の混合物を、内容積８.０×１０-6ｍ3の試験管Ｄに取り出し、その試験管Ｄを、遠心分離器（KUBOTA社製、商品名KN-70）にセットし、回転数２５００ｒｐｍで１０分間遠心分離を行った。その結果、前記試験管Ｄ内の混合物は、その密度差から、最上層に、液体の油（油相）の層が形成され、その下に水（水相）の層が形成され、最下層に固形（固相）の層が形成された。
【００４９】
油相の分離のため、約２.０×１０-6ｍ3のヘキサンを、前記反応器に加えてよく振り、前記反応器内壁に残った混合物を取り出し、前記試験管Ｄに加えた。前記試験管Ｄを、前記遠心分離器で、回転数２５００ｒｐｍ、１０分間の遠心分離を行い、油相が溶解して色づいたヘキサン相を得た。前記ヘキサン相を、パスツールピペットで取り出し、試験管Ｅに移した。この操作を２、３回繰り返し、試験管Ｄ内の油相を、ヘキサンに溶解した状態で、試験管Ｅに分離回収した。
【００５０】
次に、水相の分離のため、約２.０×１０-6ｍ3の超純水を、前記反応器に加えてよく振り、前記反応器内壁に残った混合物を取り出し、前記試験管Ｄに加えた。前記試験管Ｄを、前記遠心分離器で、回転数２５００ｒｐｍ、１０分間の遠心分離を行い、層状に形成された水相を、パスツールピペットを使用して取り出し、内容積２５０×１０-6ｍ3のメスフラスコＧに移した。この操作を２、３回繰り返し、試験管Ｄ内の水相を、メスフラスコＧに分離回収した。そして、前記試験管Ｄには、前記固相が、分離回収された。
【００５１】
分離回収した前記水相に、前記遠心分離操作では分離できない、浮遊する油脂物（油脂相）が存在する場合、この水相中に混在する油脂相を、ろ過により除去した。前記メスフラスコＧに分離回収された水相に、超純水を加え、２５×１０-6ｍ3にメスアップし、ポア径約０.２２μｍのメンブレンフィルターでろ過した。前記メンブレンフィルターを、ろ過後約２５×１０-6ｍ3の超純水で洗浄し、水相をこのメンブレンフィルターから取り除いた後、残った油脂相を、室温２５℃で３日間乾燥させた。なお、油相には、前記固形残渣は含まれなかった。前記試験管Ｄ内の固相は、３３３Ｋで３日間乾燥させた後、前記油脂相と併せて質量を測定した。また、前記試験管Ｅ内のヘキサンに溶解した油相は、風乾によりヘキサンを蒸発させた後、質量を測定した。
【００５２】
（各相の収率）
前記固相、油相、水相の収率を、下記式（２）〜（５）で定義する、固相残存率ＹS[kg/kg-乾燥試料]、油相収率Ｙoil[kg/kg-乾燥試料]、水相中の全有機炭素量(ＴＯＣ)収率ＹTOCw[kg/kg-乾燥試料]および水相中の全無機炭素量(ＩＣ)収率ＹICw[kg/kg-乾燥試料]として求めた。ここで、前記無機炭素には、例えば、ＣＯ，ＣＯ2，ＣＳ2，ＣＣｌ4，ＭI2ＣＯ3，ＫＣＮ，ＫＮＣＯ，ＫＮＣＳ等が含まれる。
ＹS   ＝固相乾燥質量/仕込み試料乾燥質量＝ｍS /ｍ(１-ｗ)      （２）
Ｙoil ＝油相乾燥重量/仕込み試料乾燥質量＝ｍoil/(１-ｗ)       （３）
ＹTOCw＝全有機炭素量/仕込み試料乾燥重量＝ＴＯＣｗ/ｍ(１-ｗ)   （４）
ＹICw ＝全無機炭素量/仕込み試料乾燥重量＝ＩＣｗ/ｍ(１-ｗ)     （５）
上記式（２）〜（５）中、ｍSは、固相乾燥質量であり、ｍは、試料仕込み量であり、ｍoilは、油相乾燥質量であり、ｗは、含水率である。また、ＴＯＣｗおよびＩＣｗは、下記式（６）および（７）を用いて算出した。
ＴＯＣｗ＝ＴＯＣW-M・ＶL・ρ・ｄT      ・・（６）
ＩＣｗ  ＝ＩＣW-M  ・ＶL・ρ・ｄT      ・・（７）
上記式（６）および（７）において、ＴＯＣW-Mは、水溶液中の全有機炭素割合の測定値[kg/kg-liquid]であり、ＩＣW-Mは、水溶液中の全無機炭素割合の測定値[kg/ｍ3]であり、ＶLは、水溶液の体積[kg]であり、ρは、水溶液の密度[kg/ｍ3]（１０００として計算した。）であり、ｄTは、測定時の希釈倍率である。
【００５３】
前記ＴＯＣW-MおよびＩＣW-Mは、ＴＯＣ分析器（Shimadzu社製、商品名TOC-500）により測定した。ＴＯＣ分析器は、ＴＣ（全炭素量）とＩＣとの差からＴＯＣを求める装置である。測定は、高純度空気ボンベからのキャリアーガスの流量を２.５×１０-6ｍ3で流し、RANGEを×10に設定して行った。ＴＣの標準溶液として、約２５０ppmのフタル酸水素カリウム、ＩＣの標準溶液として、約２５０ppmの炭酸水素ナトリウムと炭酸ナトリウムの混合溶液を使用した。検量範囲内にするため、試料溶液は２０倍に希釈して測定した。固相残存率、水相中のＴＯＣ収率、油相収率および水相中のＩＣ収率を、反応温度４７３Ｋ、５０３Ｋ、５３３Ｋおよび５６３Ｋで経時測定した結果、反応温度４７３Ｋでは１０分、５０３〜５６３Ｋでは５分で、各相の収率変化が平衡に達した。
【００５４】
（水相に含まれる有機酸およびリン酸の収率）
水相に含まれる有機酸およびリン酸の収率Ｙα[kg/kg-乾燥試料]を、下記式（８）のように定義してその値を求めた。
Ｙα＝水相中の酸αの質量/仕込み試料乾燥質量
＝Ｍα・Ｃα-M・ＶL/ｍ(１-ｗ)              ・・（８）
上記式（８）において、Ｍαは、酸αの分子量[kg/mol]であり、Ｃα-Mは、酸αの濃度の測定値[mol/m3]であり、ＶLは、希釈後の水相の全体積[m3]であり、ｍは、試料仕込み量[kg-wet]であり、ｗは、含水率である。
【００５５】
前記有機酸およびリン酸の濃度（Ｃα-M）は、高速液体クロマトグラフ有機酸分析システム(HPLC：Shimadzu社製、商品名LC-10A、分離法：イオン排除クロマトグラフィー、検出法：ポストカラムpH緩衝化電気伝導度検出法)を用いて定量分析した。
【００５６】
水相に含まれる有機酸およびリン酸の収率について、反応温度４７３Ｋ、５０３Ｋおよび５３３Ｋで経時測定した結果（０〜２０分）を、それぞれ、図５〜７に示す。図５〜７に示すとおり、主にピログルタミン酸、乳酸、酢酸の３種類が生成した。ピログルタミン酸および酢酸は、反応温度が高く、反応時間が長いほど生成量が増した。一方、乳酸は反応温度および反応時間に関わらずほぼ一定の収率０.０１６[kg/kg-乾燥試料]を示した。
【００５７】
（水相に含まれるアミノ酸およびアンモニアの収率）
水相に含まれるアミノ酸およびアンモニアの収率Ｙβ[kg/kg-乾燥試料]を、下記式（９）のように定義してその値を求めた。
Ｙβ＝水相中のアミノ酸等βの質量/仕込み試料乾燥質量
＝Ｍβ・Ｃβ-M・ＶL/ｍ(１-ｗ)                      ・・（９）
上記式（９）において、Ｍβは、アミノ酸等βの分子量[kg/mol]であり、Ｃβ-Mは、アミノ酸等βの濃度の測定値[mol/m3]であり、ＶLは、希釈後の水相の全体積で[m3]あり、ｍは、試料仕込み量[kg-wet]であり、ｗは、含水率である。
【００５８】
前記アミノ酸等の濃度（Ｃβ-M）は、高速液体クロマトグラフアミノ酸分析システム(HPLC：Shimadzu社製、商品名LC-10A、分離法：ポストカラム誘導体化法、検出法：蛍光検出法)を用いて定量分析した。
【００５９】
水相に含まれるアミノ酸およびアンモニアの収率について、反応温度４７３Ｋ、５０３Ｋおよび５３３Ｋで経時で測定した結果（０〜２０分）を、それぞれ、図８〜１０に示す。図８〜１０に示すとおり、主にヒスチジン、アンモニア、グリシン、アラニンが生成した。ヒスチジンおよびアンモニアは、反応温度が高く、反応時間が長いほど生成量が増した。一方、グリシンおよびアラニンは５３３Ｋ、２０分でそれぞれ最大収率０.１２０[kg/kg-乾燥試料]、０.０８０[kg/kg-乾燥試料]を示した。
【００６０】
（水相に含まれるタンパク質の分解）
水相に含まれるタンパク質の濃度を、Bradford法により測定した。前記Bradford法は、ＢＳＡを標準物質として、吸光度計（Shimadzu社製、商品名UV-160）を用いて、５９５ｎｍ波長の吸光度を測定した。反応時間が０〜２０分であり、反応温度が４７３〜５６３Ｋである範囲で反応した水相について測定した結果を図１１に示す。同図に示すように、４７３Ｋ〜５３３Ｋの範囲では、５６３Ｋの場合に比べて多量のタンパク質の存在が示された。
【００６１】
また、水相に含まれるタンパク質の分子量分布を、１０％SDS-PAGEと銀染色（BioRad社製、商品名SilverStainKit）により確認した。まず、反応時間１〜５分での分子量分布を調べた。その結果の一例を、図１２に示す。同図の各レーンの反応条件は、下記表３のとおりであって、直線は、分子量が２５ｋＤａに相当するタンパク質バンドの位置を示す。同図に示すとおり、反応温度が５６３Ｋ以上、反応時間が１分以上で、２５ｋＤａ以上の分子量のタンパク質を効率よく分解されることが確認できた。
【００６２】
（表３）
レーン  温度  時間    レーン  温度  時間    レーン  温度  時間
１    473K  1min      ５    503K  1min      ９    533K  2min
２    473K  2min      ６    503K  2min      １０  563K  1min
３    473K  5min      ７    503K  5min      １１  563K  2min
４    473K  20min     ８    533K  1min                        
【００６３】
次に、反応時間を２０分〜３時間とした場合の水相のタンパク質の分子量分布を調べた。その結果の一例を図１３〜１５に示す。これらの図の各レーンの反応条件は、下記表４のとおりであって、図中の破線は、分子量が２５ｋＤａに相当するタンパク質バンドの位置を示す。ある。また、同様の分子量分布の測定を、５〜２０％のグラディエントゲルを用いたSDS-PAGEのネガティブ染色により行ったが、同様の結果が得られた。これらの測定から得られた、肉骨粉中の分子量２５ｋＤａ〜３０ｋＤａのタンパク質の分解最短時間と反応温度との関係を図１６に示す。図１３〜１６に示すとおり、４７３Ｋ〜５３３Ｋ、２０分〜３時間の条件反応時間では水相のタンパク質濃度は５６３Ｋに比べて優位に高いにもかかわらず、４７３Ｋで３時間以上、５０３Ｋで３０分以上、５３３Ｋで２０分以上であれば、少なくとも、異常型プリオンの分子量であるとされる２５ｋ〜３０ｋＤａのタンパク質が存在しないように分解できることが示された。
【００６４】
（表４）
図１３            図１４            図１５
列  温度  時間    列  温度  時間    列  温度  時間    
１  473K  20min   １  503K  20min   １  533K  20min 
２  473K  30min   ２  503K  30min   ２  533K  30min 
３  473K  60min   ３  503K  60min   ３  533K  60min 
４  473K  3h      ４  503K  3h      ４  533K  3h      
【００６５】
（油相に含まれる脂肪酸の収率）
油相に含まれる脂肪酸の収率Ｙγ[kg/kg-乾燥試料]を、下記式（１０）のように定義してその値を求めた。
Ｙγ＝油相中の脂肪酸γの質量/仕込み試料乾燥質量
＝Ｍγ・Ｃγ-M・ＶL/ｍ(１-ｗ)                  ・・（１０）
上記式（１０）において、Ｍγは、脂肪酸γの分子量[kg/mol]であり、Ｃγ-Mは、脂肪酸γの濃度の測定値[mol/m3]であり、ＶLは、希釈後の水相の全体積で[m3]あり、ｍは、試料仕込み量[kg-wet]であり、ｗは、含水率である。
【００６６】
前記脂肪酸の濃度（Ｃγ-M）は、油相をトリメチルシリル誘導体（ＴＭＳ体）化し、それらをガスクロマトグラフ質量分析器(Shimadzu社製、商品名：GCMS-QP5050)により分析した。
【００６７】
油相に含まれる脂肪酸の収率について、反応温度４７３Ｋ、５０３Ｋおよび５３３Ｋで経時測定した結果（０〜２０分）を、それぞれ、図１７〜１９に示す。図１７〜１９に示すとおり、主にパルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸が生成した。パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸は、ともに、反応温度が高く、反応時間が長いほど生成量が増した。
【００６８】
（固相の元素成分割合）
固相に含まれる骨の各元素成分の割合を、ＣＨＮＳ/Ｏアナライザ（PerkinElmerJapan製、商品名：ＰＥ２４００SeriesII、キャリアガス：ヘリウム）を用いて測定した。試料中から骨のみを取り出して、４７３Ｋで１、５，１０および２０分間反応した。この場合の固相中の元素成分割合の経時変化を、固相残存率と併せて、図２０に示す。同図に示すとおり、骨成分は、ほとんど分解せず、固相として残るものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明の処理方法によれば、より低温の亜臨界水分解反応を用いて、例えば、有害タンパク質を含む肉骨粉等の動物由来廃棄物の無害化ができ、さらに、その分解処理物を資源化できるから、本発明によれば、例えば、環境資源化、ゼロエミッション技術の確立、環境浄化等を、より安全性、信頼性に優れ、設備コストやランニングコストがより抑えられた実用的な方法で実現できる。さらに、本発明によれば、例えば、莫大な処理費用がかかる肉骨粉等の動物由来廃棄物を、逆に、資源化し、さらにメタン発酵装置を後流に設置することにより資源化した後の低価値の分解物をエネルギーとしても再利用することが可能となり、きわめて経済性の高いプロセスを提供することができる。また、本発明によれば、例えば、新規産業群の発生が雇用の促進につながり、地域産業の活性化を促すこととなる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、本発明に使用できる連続式反応装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例で使用したバッチ式反応器の概略図である。
【図３】図３は、亜臨界状態にある反応器内の状態を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の亜臨界水処理の工程の一例を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例における水相中の有機酸およびリン酸の収率の経時変化の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の一実施例における水相中の有機酸およびリン酸の収率の経時変化のその他の例を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の一実施例における水相中の有機酸およびリン酸の収率の経時変化のさらにその他の例を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の一実施例における水相中のアミノ酸およびアンモニアの収率の経時変化の一例を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の一実施例における水相中のアミノ酸およびアンモニアの収率の経時変化のその他の例を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例における水相中のアミノ酸およびアンモニアの収率の経時変化のさらにその他の例を示すグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例における水相中のタンパク質濃度の経時変化の一例を示すグラフである。
【図１２】図１２は、水相中のタンパク質の分子量分布を示す銀染色後のSDS-PAGEゲル写真の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施例における水相中のタンパク質の分子量分布を示す銀染色後のSDS-PAGEゲル写真の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施例における水相中のタンパク質の分子量分布を示す銀染色後のSDS-PAGEゲル写真のその他の例を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の一実施例における水相中のタンパク質の分子量分布を示す銀染色後のSDS-PAGEゲル写真のさらにその他の例を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の一実施例における所定の大きさのタンパク質の分解時間と反応温度との関係の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の一実施例における油相中の脂肪酸の収率の経時変化の一例を示すグラフである。
【図１８】図１８は、本発明の一実施例における油相中の脂肪酸の収率の経時変化のその他の例を示すグラフである。
【図１９】図１９は、本発明の一実施例における油相中の脂肪酸の収率の経時変化のさらにその他の例を示すグラフである。
【図２０】図２０は、本発明の一実施例における骨の固相残存率の経時変化の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１．  被処理物タンク
２．  高圧ポンプ
３．  加熱器
４．  亜臨界水反応容器
５．  背圧弁
６．  分解処理物回収タンク
７．  反応器のパイプ
８．  反応器のキャップ
９．  反応器
１０．  ソルトバス
１１．  冷却水
ｄ1   パイプの外径
ｄ2   パイプの内径
ｄ3   ボルトの内接円の直径
Ｌ1   反応器のキャップ間の最短の長さ
Ｌ2   反応器の全長                                                                       
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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