(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機廃棄物を分解して酸性の堆肥にすることができる微生物とMeiothermus属に属する微
生物の存在下でケラチン含有材料を分解する、ケラチン含有材料の分解方法であって、Meiothermus属に属する微生物がMeiothermus sp. H328株（受託番号FERM P-20950)であり、有機廃棄物を分解して酸性の堆肥にすることができる前記微生物がコンポスト基材に担持されたアシドロコンポスト基材としてケラチン分解に用いられ、攪拌装置を備えた反応装置内でケラチン分解を行う、ケラチン含有材料の分解方法。
【請求項２】
有機廃棄物を分解して酸性の堆肥にすることができる前記微生物として、好酸性バチルス（Bacillus）属、及びスルフォロバス（Sulfolobus）属、サーモプラズマ（Thermoplasma）属、サーモプロテウス（Thermoproteus）属又はデスルフロコッカス（Desulfurococcus）属のいずれかに属する少なくとも１種の微生物を使用する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
反応温度が３０〜７０℃である、請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記反応装置が生ゴミ処理機である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽毛、毛髪などのケラチン含有材料の分解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
食肉加工業および皮革産業では、ケラチン、コラーゲン、エラスチンなどを含む不溶性タンパク質が大量に排出されており、その多くは再利用されることなく焼却処理されている。しかし、焼却という方法自体エネルギー効率が悪く、二酸化炭素排出の面で問題となっている。そのため、これらの不溶性タンパク質を容易に分解しうる安価・安全な処理法の開発が求められている。ケラチンは不溶性タンパク質で、非常に安定な構造をとっている。ケラチンの機能的安定性と生化学的分解への抵抗性は、α-へリックスやβ-シート構造といったタンパク質鎖の緻密な折りたたみ構造とシステイン同士のジスルフィド結合によるものである(非特許文献1)。極めて分解を受けにくいケラチンであるが、Bacillus licheniformis(非特許文献2)、Streptomyces sp.(非特許文献3)、Lysobacter sp.(非特許文献4)、Aspergillus fumigatus(非特許文献5)などケラチン分解性細菌の報告は数多い。しかしながら、好熱性細菌がケラチンを分解するという報告は少ない。工業的応用への展開には、発酵に伴う熱の冷却コストの削減が必須であり、その点において、高温で安定に生育する細菌または安定な活性を示す酵素は有利である。そこで以前本発明者は、有馬温泉から単離した好熱菌Meiothermus属細菌H328株を用いてケラチン分解への応用を試み、0.1% CaCO３を添加すると、生育と共に羽毛を分解し、3%羽毛を含む培地がこれまで試験管レベルで一番分解活性が高い条件であることを報告した（特許文献1）。
【０００３】
アシドロコンポスト分解方式は、東北大学とスターエンジニアリング株式会社が共同で開発した、有効な生ゴミ処理法である（非特許文献6, 7）。同方法は加熱や攪拌により短時間で生ゴミ処理を達成する高速コンポスト化と同様に、加温・攪拌機構を併せ持つ装置と、好酸性・好熱菌Alicyclobacillus sendaiensis NTAP-1T (AB084128)を組み合わせた
コンポスト化（堆肥化）処理法である（非特許文献8）。他の生ゴミ処理法の場合、コン
ポスト化の効率が低下して腐敗臭が発生し、定期的に微生物基材の追加や交換が必要になるが、アシドロコンポスト化の場合、上記好熱菌と乳酸菌による弱酸性条件下でコンポスト化が進行することから、腐敗臭の原因となる微生物の増殖が起きず、メンテナンス無しで数年間の長期間、連続的に生ゴミ処理が維持される。またコンポスト化の際に問題となる動物性残渣に多く含まれるコラーゲンに対し、Alicyclobacillus sendaiensis NTAP-1Tは高い分解活性を有する利点があるが、他の難分解性動物タンパク質であるケラチンに対しては分解活性が低い。現在、アシドロコンポスト化を利用したバイオ式生ゴミ処理機は、スターエンジニアリング株式会社からバイオクリーンという商品名で販売されている（非特許文献9）。またアシドロコンポスト法については特許文献2〜8が知られている。
【特許文献１】特開2008-29225
【特許文献２】特開2001-220276
【特許文献３】特開2001-054780
【特許文献４】特開2000-317426
【特許文献５】特開2000-042356
【特許文献６】特開平11-309434
【特許文献７】特開平11-033522
【特許文献８】特開平10-263515
【非特許文献１】Yamamura, S., Morita, Y., Hasan, Q., Yokoyama, K., and Tamiya, E. (2002) Keratin degradation: a cooperative action of two enzymes from Stenotrophomonas sp. Biochem Biophys Res Commun. 294, 1138-1143
【非特許文献２】Ramnani, P., Singh, R., and Gupta, R. (2005) Keratinolytic potential of Bacillus licheniformisRG1: structural and biochemical mechanism of feather degradation. Can. J. Microbiol. 51, 191-196
【非特許文献３】Letourneau, F., Soussotte, V., Bressollier, P., Branland, P., and Verneuil, B. (1998) Keratinolytic activity of Streptomyces sp. S.K1-02: a new isolated strain. Lett. Appl. Microbiol. 26, 77-80
【非特許文献４】Allpress JD, Mountain G, Gowland PC. (2002) Production, purification and characterization of an extracellular keratinase from Lysobacter NCIMB 9497. Lett. Appl. Microbiol. 34, 337-342
【非特許文献５】Santos, RMDB., Firmino, AA., de Sa, CM., and Felix, CR.(1996) Keratinolytic activity of Aspergillus fumigatus fresenius. Curr. Microbiol. 33, 364-370
【非特許文献６】Hemmi, H., Shimoyama, T., Nakayama, T., Hoshi, K., and Nishino, T. (2004) Molecular biological analysis of microflora in a garbage treatment process under thermoacidophilic conditions. J. Biosci. Bioeng. 97, 119-126
【非特許文献７】Haruta, S., Nakayama, T., Nakamura, K., Hemmi, H., Ishii, M., Igarashi, Y., and Nishino, T. (2005) Microbial diversity in biodegradation and reutilization processes of garbage. J. Biosci. Bioeng. 99, 1-11
【非特許文献８】Tsuruoka, N., Isono, Y., Shida, O., Hemmi, H., Nakayama, T., and Nishino, T. (2003) Alicyclobacillus sendaiensis sp. nov., a novel acidophilic, slightly thermophilic species isolated from soil in Sendai, Japan. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 53, 1081-1084
【非特許文献９】http://www.stareng.co.jp/kankyo/kankyo.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
毛髪、羽毛の主成分はケラチンであり、コラーゲン、エラスチン等と同様に代表的な難分解性動物タンパク質の一種である。そのため毛髪、羽毛は非常に分解処理しにくく、産業廃棄物として多くは焼却処理されている。国内の養鶏業・鶏肉加工業で発生する羽毛は年間約9万tにも達し、焼却という処理方法自体エネルギー効率が悪く、焼却に伴う二酸化炭素排出の面を考えても、環境に負荷の少ない処理法への移行が望まれる。
【０００５】
本発明は、羽毛、毛髪などのケラチン含有廃棄物を効率的に処理する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】
【０００６】
微生物の分解・浄化能力を使用した処理法は、処理可能物質の多様性、コスト、発生するCO2を軽減できることからも注目されている。特に非病原性の中等度好熱菌の利用は、
微生物が培養時に発する発酵熱を考慮すればエネルギー効率上有利であり、発生するCO2
を劇的に軽減できることからも環境にやさしいシステムとなることが期待できる。
【０００７】
羽毛廃棄物処理の場合、羽毛の主成分は難分解性動物タンパク質の一種であるケラチンであるため、ケラチン分解活性が低いアシドロコンポスト分解方式を利用するだけでは、実用化レベルの分解活性は期待できない。そこで、ケラチン分解活性が高い、好熱菌とアシドロコンポスト分解方式を組み合わせ、実用化レベルの羽毛廃棄物分解法の確立を試みた。
【０００８】
本発明は、下記の方法及び分解処理剤を提供するものである。
項１．  有機廃棄物を分解して酸性の堆肥にすることができる微生物とMeiothermus属に
属する微生物及びカルシウム塩の存在下でケラチン含有材料を分解することを特徴とする、ケラチン含有材料の分解方法。
項２．  有機廃棄物を分解して酸性の堆肥にすることができる前記微生物として、好酸性バチルス（Bacillus）属、及びスルフォロバス（Sulfolobus）属、サーモプラズマ（Thermoplasma）属、サーモプロテウス（Thermoproteus）属又はデスルフロコッカス（Desulfurococcus）属のいずれかに属する少なくとも１種の微生物を使用する項１に記載の方法。項３．  Meiothermus属に属する微生物がMeiothermus sp. H328株である項１または２に
記載の方法。
項４．  前記微生物がコンポスト基材に担持されたアシドロコンポスト基材としてケラチン分解に用いられる、項１〜３のいずれかに記載の方法。
項５．  反応温度が３０〜７０℃である、項１〜４のいずれかに記載の方法。
項６．  攪拌装置を備えた反応装置内でケラチン分解を行う、項１〜５のいずれかに記載の方法。
項７．  前記反応装置が生ゴミ処理機である、項６に記載の方法。
項８．  前記微生物がAlicyclobacillus sendaiensis NTAP-1Tである、項１〜７のいずれかに記載の方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ケラチン、羽毛、獣毛等のケラチン含有材料を容易に分解す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】
【００１０】
本発明は、Meiothermus属に属する微生物と有機廃棄物を分解して酸性の堆肥にするこ
とができる微生物を組み合わせてケラチン含有材料の分解に利用するものである。
【００１１】
本発明のケラチン含有材料を分解する方法は、Meiothermus属に属する微生物と有機廃
棄物を分解して酸性の堆肥にすることができる微生物をCa塩の存在下でケラチン含有材料に作用させることを特徴としている。
【００１２】
Meiothermus属に属する微生物としては、Meiothermus sp. H328株が例示され、この株
は、（独）産業技術総合研究所特許生物寄託センター（IPOD）に平成１８年７月５日に寄託されている（受託番号FERM P-20950）。H328株は50℃程度でも生育可能であり、その菌体内物質及び培養物はケラチン含有材料（毛髪、羽毛、獣毛等）を分解する活性を有する。
【００１３】
本発明において、Meiothermus属に属する微生物と組み合わせて使用される、有機廃棄
物を分解して酸性の堆肥にすることができる微生物としては、例えば好酸性バチルス（Bacillus）属、及びスルフォロバス（Sulfolobus）属、サーモプラズマ（Thermoplasma）属、サーモプロテウス（Thermoproteus）属又はデスルフロコッカス（Desulfurococcus）属の微生物が挙げられ、これらの微生物は１種又は２種以上を組み合わせて使用できる。有機廃棄物を分解して酸性の堆肥にすることができる好ましい微生物は、Alicyclobacillus
sendaiensis NTAP-1Tである。好ましい微生物の具体例は、前記好酸性バチルス（Bacillus）属細菌に属するバチルス アシドカルダリウス（Bacillus acidocaldarius ATCC27009株）、前記スルフォロバス（Sulfolobus）属に属するスルフォロバス アシドカルダリウ
ス（Sulfolobus acidocaldariusATCC49426）が挙げられる。
【００１４】
ケラチン含有材料の分解は、カルシウム塩の存在下に行うことができる。カルシウム塩としては、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウム、硝酸カルシウム、硫酸カルシウム、酢酸カルシウム、クエン酸カルシウム、グルコン酸カルシウムなどが挙げられ、これらのカルシウム塩の存在下でケラチン含有材料を分解することができる。カルシウム塩は、カルシウムを含有する他の材料、例えば生ゴミなどの有機廃棄物などで代替することができる。生ゴミなどのケラチン含有材料を含む有機廃棄物であれ
ば、特にカルシウム塩を加えることなく前記微生物とMeiothermus属に属する微生物を組
み合わせて分解することができる。
【００１５】
Meiothermus属に属する微生物と有機廃棄物を分解して酸性の堆肥にすることができる
微生物は、各々を単独で系中に加えてもよいが、これらの微生物(有機廃棄物を分解して
酸性の堆肥にすることができる微生物ないしMeiothermus属に属する微生物の１種又は２
種以上)は、コンポストなどの適当な基材に担持して反応系中に加えてもよい。なお、本
発明で使用する「有機廃棄物を分解して酸性の堆肥にすることができる微生物」は、生ゴミ処理を行うと生ゴミを酸性の堆肥に変換することができるため、当該微生物を担持した基材(コンポスト)は、本明細書において「アシドロコンポスト」ということがある。
【００１６】
ケラチン含有材料を分解するときの温度は、２０〜７０℃程度、好ましくは３０〜７０℃、より好ましくは５０〜７０℃程度である。反応時間は、特に限定されず、数時間から数ヶ月間(特に数日間)の間で適宜設定される。
【００１７】
ケラチン含有材料は、大きい材料の場合には細断して分解に供するのがよい。
【００１８】
Meiothermus属に属する微生物は、pH6.8〜9.5で好ましく培養されるが、本発明では、
酸性の堆肥を産生する微生物と組み合わせて、効率的にケラチン含有材料を分解できることが明らかにされた。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明を実施例等により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００２０】
なお、特に明記しない限り、「％」は「重量％」を表す。
実施例１
(1)試薬
特記しない限り、試薬はナカライテスク（株）から購入した。地鶏由来の羽毛廃棄物(
ケラチン含有材料)は、かしわの川中（http://www.jidori.net/）から提供して頂いた。
ケラチン含有材料の分解は、生ゴミ処理機を用いて行った。生ゴミ処理機は、スターエンジニアリング（株）バイオ生ゴミ処理機バイオクリーンBC-02（家庭用生ごみ処理機  2Kg用）を使用した。バイオクリーンBC-02（家庭用生ごみ処理機  2Kg用）の仕様は以下の通りである。
・処理方式           土壌菌による分解方式（アシドロコンポスト分解方式）
・脱臭方式           複合微生物脱臭方式
・標準処理能力       1日あたり  定格2kg （最大3kg）
・運転               攪拌8分・停止24分（繰り返し）
・撹拌装置           回転数  約2回転/分（正逆繰り返し）                         
保護装置  ふた開放時自動停止機能付き
異物カミ込み時の自動停止機能付き
・加熱部保護装置            温度ヒューズ・湿度感知装置
・消臭装置           高効率消臭装置内蔵
・電源               AC100V  50／60Hz
・消費電力           最大235W
・外形寸法           幅530mm  奥行450mm  高さ780mm
・重量               44kg
・付属品                    取扱説明書１部、小形スコップ１個、ヘラ１個、
微生物含有コンポスト基材1袋
微生物不含コンポスト基材1袋
(2)H328株の培養
H328株の培養は、YS培地(0.5% yeast extract、0.5% sucrose)で、60℃、24時間振盪培養で行った。集菌後に湿重量を測定し、使用するまで-20℃で凍結保存した。今回は湿重
量15 gの菌体を融解後、蒸留水200 mlに懸濁し、コンポスト基材に直接添加した。
(3)羽毛破棄物の分解反応
羽毛破棄物の分解反応を以下の3つの条件で実施した。
(i)バイオクリーンBC-02（家庭用生ごみ処理機  2kg用）に生ゴミ2kgと微生物含有アシドロコンポスト基材（5000mlビーカー分)を入れ、一晩運転を実施した。生ゴミは完全に分
解し消滅した。その結果、アシドロコンポスト法に関する微生物群の増殖が完了した。その後連続的に、羽毛30gを追加し、0日目、1日目、2日目、7日目、14日目の羽毛残留量を
測定した。羽毛の分解は、約３０℃で行った。
(ii)その後羽毛を10g追加し、Meiothermus属H328株菌体（湿重量で15g）を加え、同様に0日目、1日目、2日目、3日目、7日目、14日目の羽毛残留量を測定した。
(iii)バイオクリーンBC-02（家庭用生ごみ処理機  2Kg用）に、羽毛20g、H328株菌体(湿
重量15g)、微生物不含アシドロコンポスト基材（5000mlビーカー分)を加え、0日目、1日
目、2日目、3日目、7日目、14日目の羽毛残留量を測定した。
羽毛残留量測定は、コンポスト基材をふるいにかけて基材を取り除き、羽毛の重量を測定した。結果を図１に示す。
(i)羽毛+微生物含有アシドロコンポスト基材の場合、14日目でも0日目の80%程度の羽毛が残留していた。
(ii)羽毛+微生物含有アシドロコンポスト基材+H328株菌体の場合、1日目で0日目の80%程
度に、2日目で60%程度、14日目には30%程度にまで羽毛残留量が減少していたことから、
羽毛分解の主原因は、H328株の生育による分解、もしくはH328株の菌体膜プロテアーゼによる分解の可能性が考えられる。
(iii)羽毛+微生物不含アシドロコンポスト基材+H328株菌体の場合、羽毛分解は、2日目までに大きく減少し、その後は横ばいとなった。大まかな傾向は(ii)のアシドロコンポスト分解方式との併用の場合と類似していたが、羽毛分解は前回の約70％に及ばず約40％にとどまった。
【００２１】
全般的に、羽枝の分解は視覚的にも進んでいるように見て取れるが、羽軸に関しては分解がほとんど見られない。羽毛の重量減少は主に分解しやすい羽枝の分解によると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】羽毛の分解結果を示す。
【図１】
0005219130.tif 000002