(57)【要約】 【課題】  天然原料を低分子化および無害化できることはもとより、処理後の天然素材が酸化するのを防止するとともに微生物汚染を防止して、天然素材が有する機能性を保持したまま無菌状態で回収することができ、微生物製剤の担体として使用するのに適した天然素材を得ることができる低分子化天然素材、低分子化天然素材の製造方法およびこれらを用いた微生物製剤を提供する。 【解決手段】  処理容器２内において天然原料を水熱反応させて低分子化処理し、所定の温度まで冷却した後に、処理容器２内に不活性ガスを注入して陽圧の不活性ガス雰囲気下に保持しながら回収する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内において天然原料を水熱反応させて低分子化処理し、所定の温度まで冷却した後に、前記処理容器内に不活性ガスを注入して陽圧の不活性ガス雰囲気下に保持しながら回収したことを特徴とする低分子化天然素材。
【請求項２】
請求項１において、前記水熱反応は、処理容器内の圧力を１．９６ＭＰａ以下、温度を２１０℃以下の高圧水蒸気下で処理することを特徴とする低分子化天然素材。
【請求項３】
処理容器内で天然原料を所定の温度および圧力によって水熱反応させ、所定の温度まで冷却した後に、前記処理容器内に不活性ガスを注入して陽圧の不活性ガス雰囲気下で回収することを特徴とする低分子化天然素材の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、前記水熱反応は、前記天然原料を１．９６ＭＰａ以下の圧力、かつ２１０℃以下の温度の高圧水蒸気下で低分子化することを特徴とする低分子化天然素材の製造方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の低分子化天然素材に無菌条件下で所定の微生物を接種してなることを特徴とする微生物製剤。
【請求項６】
処理容器内において天然原料を水熱反応させて低分子化処理し、所定の温度まで冷却した後に、前記処理容器内に浄化空気を注入して陽圧の浄化空気下に保持しながら回収したことを特徴とする低分子化天然素材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土壌、粘度鉱物、動植物原料等の天然素材を低分子化する技術に関し、特に、低分子化された天然素材の酸化や微生物汚染を防止して有効に回収することが可能な低分子化天然素材、低分子化天然素材の製造方法およびこれらを用いた微生物製剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、食品残渣等の廃棄物を再利用可能に処理したり無害化するための技術が提案されている。例えば、特開２００３−２４５６２８号には、大豆蛋白あるいはでんぷんの少なくともどちらか一方を含む食材又は双方の成分を含有する食材の加工過程で生じる廃棄物を処理する技術が開示されている（特許文献１）。この発明は、大豆蛋白またはでんぷんの少なくとも一方を含む食材の加工過程で生じる廃棄物を、亜臨界水条件あるいは超臨界水条件下の水熱反応により分解処理し、この水熱反応処理物を固液分離して固形分を回収するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４５６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された発明を含め、従来の廃棄物処理技術においては、廃棄物を無害化することを主目的としている。このため、再利用できる用途としては肥料や飼料等に限られており、これら以外の目的で利用するための処理条件は考慮されていない。そもそも、廃棄物を再利用するには単に無害化するだけでは足りず、より高付加価値のある性状に処理することが好ましい。しかも再利用に要するコストを考慮すれば、できる限り利用目的に適した性状に処理することが実施化のために要求される。
【０００５】
一方、近年、排水や廃棄物に含有される有害物質を分解処理する技術として、微生物製剤を用いた生分解技術が注目されている。この微生物製剤は、粉末や液体等の担体に有用な微生物群が多量に含有されるものであり、低コストで環境に優しいという利点を有している。そこで、廃棄物処理により無害化された天然素材を微生物の担体として再利用することが考えられる。しかしながら、従来の処理では、天然素材に雑菌が混入してしまう可能性が高いため、微生物製剤の分解性能が低下してしまうという問題がある。また、処理後の天然素材は、冷却途中で空気に触れることにより簡単に酸化したり酸化重合してしまうため、微生物の栄養源が減少し、微生物を十分に培養させることができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、天然原料を低分子化および無害化できることはもとより、処理後の天然素材が酸化するのを防止するとともに微生物汚染を防止して、天然素材が有する機能性を保持したまま無菌状態で回収することができ、微生物製剤の担体として使用するのに適した天然素材を得ることができる低分子化天然素材、低分子化天然素材の製造方法およびこれらを用いた微生物製剤を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る低分子化天然素材の特徴は、処理容器内において天然原料を水熱反応させて低分子化処理し、所定の温度まで冷却した後に、前記処理容器内に不活性ガスを注入して陽圧の不活性ガス雰囲気下に保持しながら回収した点にある。
【０００８】
また、本発明において、前記水熱反応は、処理容器内の圧力を１．９６ＭＰａ以下、温度を２１０℃以下の高圧水蒸気下で処理することが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る低分子化天然素材の製造方法の特徴は、処理容器内で天然原料を所定の温度および圧力によって水熱反応させ、所定の温度まで冷却した後に、前記処理容器内に不活性ガスを注入して陽圧の不活性ガス雰囲気下で回収する点にある。
【００１０】
また、本発明において、前記水熱反応は、前記天然原料を１．９６ＭＰａ以下の圧力、かつ２１０℃以下の温度の高圧水蒸気下で低分子化することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る微生物製剤の特徴は、請求項１または請求項２に記載の低分子化天然素材に無菌条件下で所定の微生物を接種してなる点にある。
【００１２】
また、本発明において、不活性ガスに代えて浄化空気を使用してもよく、つまり、天然原料を水熱反応させて低分子化処理した後、所定の温度まで冷却し、処理容器内に浄化空気を注入して陽圧の浄化空気下に保持しながら回収するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、天然原料を低分子化および無害化できることはもとより、処理後の天然素材が酸化するのを防止するとともに微生物汚染を防止して、天然素材が有する機能性を保持したまま無菌状態で回収することができ、微生物製剤の担体として使用するのに適した天然素材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る低分子化天然素材、低分子化天然素材の製造方法およびこれらを用いた微生物製剤の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る低分子化天然素材の製造システム１を示す全体模式図である。本実施形態の低分子化天然素材製造システム１は、主として、各種の天然原料を収容して低分子化処理するための処理容器２と、この処理容器２に投入された天然原料を攪拌するための攪拌手段３と、処理容器２内の天然原料に対して水蒸気を注入するための水蒸気注入手段４と、処理容器２内の圧力を調節するための圧力調節手段５と、処理容器２内に不活性ガスを注入するための不活性ガス注入手段６と、前記攪拌手段３、前記水蒸気注入手段４、前記圧力調節手段５および不活性ガス注入手段６を制御するための制御手段７とから構成されている。
【００１６】
なお、本実施形態で処理する天然原料は、広く自然界に普遍的に存在する各種の天然原料を対象としており、土壌や粘度鉱物の他、動植物原料や有機性廃棄物をも対象としている。例えば、動植物原料としては、海産物、農産物および植物体（薬草およびアレロパシー物質産生植物）等を使用することができ、有機性廃棄物としては、乾燥鶏糞や焼成鶏糞等の畜産廃棄物、カニ殻・エビ殻・鱗等の水産廃棄物、稲藁や籾殻等の農産廃棄物および伐採樹木チップ等を使用することができる。
【００１７】
本実施形態の各構成部についてより詳細に説明すると、処理容器２は、耐圧性を備えた第一種圧力容器により構成されており、その内部で天然原料を水熱反応させるようになっている。本実施形態において、水熱反応とは、高温高圧の水蒸気を利用した反応であり、各種の天然原料を無害化および低分子化させる作用を有している。水熱反応させる圧力および温度の大きさは、その目的が単に無害化するだけでなく利用価値のある低分子天然素材を残すことであるため、この目的が達成可能な範囲に設定される。後述するように基本的には、圧力が１．９６ＭＰａ以下、温度が２１０℃以下に設定するのが好ましい。
【００１８】
また、処理容器２の上部には天然原料の投入口２１が設けられるとともに、下部には排出口２２が設けられている。排出口２２には無菌室２５が連結されており、滅菌処理された天然素材を無菌状態で所望の菌を摂取したり、包装等行えるようになっている。前記排出口２２には殺菌用紫外線ランプ等を取り付けてもよい。また、投入口２１および排出口２２は、天然原料を処理する際に処理容器２内の高温高圧条件に耐えられるパッキンが使用された密閉構造を備えている。投入口２１および排出口２２は、安全性を考慮して、処理容器２内の圧力が０．０１５ＭＰａ以下にまで減圧されない限り、開閉操作が反応しない制御システムを備えている。
【００１９】
なお、処理容器２内の上方には上部温度センサ２３ａが設けられ、下方には下部温度センサ２３ｂが設けられている。本実施形態では、上部温度センサ２３ａおよび下部温度センサ２３ｂは処理容器２の鉛直方向から約３０°傾斜された処理容器２の内面に配置されている。また、処理容器２内の上方には、圧力を検出する圧力センサ２４が備えられている。
【００２０】
つぎに、攪拌手段３は、投入された天然原料を一様に加圧および加温するためのものである。この撹拌手段３は、処理容器２内の長手方向に水平回動軸３１を軸支しており、この水平回動軸３１の垂直面に対して前方に傾斜された撹拌羽根３２を取り付けている。水平回動軸３１には、これを正逆回動可能な駆動モータ３３が連結されている。撹拌手段３は、投入された天然原料を攪拌しつつ徐々に移送するようになっており、投入口２１から排出口２２まで延在している。一方、駆動モータ３３はインバータ制御により回転数および回転方向が制御自在なモータであり、天然原料が水熱反応により無害化および低分子化されるまで必要に応じて処理容器２内で往復動させる。
【００２１】
つぎに、水蒸気注入手段４は、高温高圧の水蒸気を発生させるボイラー４１と、このボイラー４１から発生した水蒸気を処理容器２内に供給するための送気管４２とを有している。ボイラー４１で発生する水蒸気の圧力およびその圧力に付随する温度は一定値に保持されており、処理容器２内の圧力および温度は、水蒸気の注入量で調節するようになっている。また、送気管４２は、処理容器２に対して水平回動軸３１よりも上方位置であって略水平方向に連結されている。これは、処理容器２内の天然原料が堆積して圧力を受けていない状態のときに高温高圧水蒸気を当てたい、つまり、天然原料が撹拌されて中空に浮き、他の天然原料に覆い被さる直前に高温高圧水蒸気を当てるのが最適であり、高い処理効率が得られるからである。
【００２２】
つぎに、圧力調節手段５は、処理容器２内の圧力および温度を調節するものであり、開閉自在に電気制御されるドレンバルブ５１と、このドレンバルブ５１を介して処理容器２内の水蒸気を排気するための排気管５２とから構成されている。そして、処理容器２内の圧力または温度が所定値を越えるとドレンバルブ５１を開放し、処理容器２内の水蒸気を抜いて所定の圧力または温度以下に保持するようになっている。また、本実施形態では、ドレンバルブ５１にコールドトラップ８が着脱自在に設けられており、天然原料に応じて気化された各種の有効成分を回収し得るようになっている。なお、排気管５２にはサイレンサー９を経由して冷却装置１０が連結されており、処理容器２からの水蒸気を冷却して液化し、排水処理設備１１に供給するようになっている。さらに、サイレンサー９により、騒音防止条例の規制値をクリアして市街地などに設置できるよう設計されている。
【００２３】
不活性ガス注入手段６は、処理容器２内に不活性ガスを注入するものであり、不活性ガスが封入された不活性ガスボンベ６１と、この不活性ガスボンベ６１を処理容器２に連結する注入口６２と、この注入口６２に設けられた注入バルブ６３とから構成されている。本実施形態では、不活性ガスとして窒素を使用しているが、これに限られるものではなく、アルゴン等、処理後の天然素材を酸化あるいは酸化重合させないものであればよい。また、酸化防止を必要とせず、単に無菌状態の天然素材を取得したい場合には、浄化処理を施した無菌空気を使用してもよい。
【００２４】
つぎに、制御手段７は、上部温度センサ２３ａ、下部温度センサ２３ｂおよび圧力センサ２４に接続されており、これらセンサからの検出信号や所定の制御プログラムに基づいて、攪拌手段３、水蒸気注入手段４、圧力調節手段５および不活性ガス注入手段６を制御するものである。制御手段７は、駆動モータ３３の回転方向や回転速度を制御して、処理容器２内における天然原料の撹拌移送時間を制御する。また、制御手段７には、予め各種の天然原料を低分子化処理するのに最適な温度および圧力に関する処理条件が設定されており、この処理条件を保持するように水蒸気注入手段４および圧力調節手段５をフィードバック制御している。すなわち、制御手段７は、上部温度センサ２３ａ、下部温度センサ２３ｂおよび圧力センサ２４の検出結果に基づき、処理容器２内の温度および圧力が処理条件に満たない場合には、水蒸気注入手段４を制御して水蒸気を注入するし、逆に処理条件を越えそうな場合には、圧力調節手段５を制御して水蒸気を排気し、温度および圧力を低下させるようになっている。
【００２５】
なお、処理対象となる天然原料の種類によっては、水熱反応処理によってテルペンやフラボン、フェノールのような揮発成分として気化状態で処理容器２内に存在したり、オリゴ糖やアミノ糖として水蒸気中に含有する場合がある。このような有用成分は、処理温度の範囲によって抽出可能な状態に処理できたり、分解によって消滅してしまう。そこで、本実施形態では、各天然原料や抽出対象に応じて回収すべき揮発成分や水溶液成分の温度範囲を予め設定している。そして、制御手段７は、処理を開始後、容器内温度が所定の温度範囲に到達したとき、ドレンバルブ５１にコールドトラップ８を接続してドレンバルブ５１を開放し、上記温度範囲を超えたとき、再びコールドトラップ８を離脱させてドレンバルブ５１を閉じるように設定されている。なお、回収対象によっては完全に水熱反応処理を終えた後に処理物を冷却する途中においてコールドトラップ８を接続し、所望の低分子化天然素材を水溶液成分として抽出してもよい。
【００２６】
また、本実施形態の制御手段７は、上記攪拌移送時間が経過して低分子化処理が完了すると、ドレンバルブ５１を開放して処理容器２内の水蒸気を排気し、容器内温度を徐々に低下させるように設定されている。そして、容器内温度が所定の温度まで低下したとき、ドレンバルブ５１を一旦閉じ、不活性ガス注入手段６の注入バルブ６３を開放して処理容器２内に不活性ガスを流入し、処理容器２内に外部から空気や雑菌が流入しない程度の陽圧、すなわち大気圧よりわずかに高い程度の微陽圧に保持しつつ処理物を室温程度まで冷却する。
【００２７】
上記のように不活性ガスを注入して微陽圧を維持しながら冷却するのは、外部から酸素が流入して処理後の低分子化天然素材が酸化してしまうのを防止するためである。また、不活性ガスを注入するタイミングは、容器内圧力が負圧に至らないタイミングであればいつでもよい。その後、不活性ガス雰囲気の微陽圧下で排出口２２が開放され、処理後の天然素材が無菌室２５に排出される。
【００２８】
つぎに、本実施形態の低分子化天然素材製造システム１による低分子化天然素材の製造方法について説明する。
【００２９】
まず、処理対象となる天然原料の種類ごとに、処理容器２内における処理時の圧力および温度条件、さらにはコールドトラップ８で回収すべき温度範囲等を予め制御手段７に対して設定しておく。この場合、設定される容器内圧力および容器内温度は、各種の天然原料が低分子化されるとともに、十分な滅菌作用が発揮される程度に設定されており、本実施形態では、容器内圧力を約１．９６ＭＰａ以下、容器内温度を約２１０℃以下の範囲内に設定する。通常、この設定値を超える温度及び圧力に達すると、天然原料の炭化が進行し、微生物の栄養源となるミネラル等の各種成分の滅失量が大きくなってしまう。
【００３０】
つぎに、投入口２１から所定の天然原料を処理容器２内に投入する。つづいて、ボイラー４１から高温高圧の水蒸気の注入を開始するとともに、撹拌羽根３２によって天然原料を大きく攪拌し、徐々に排出口２２方向へ移送する。処理量によっては駆動モータ３３を逆方向に反転させて天然原料を往復させながら攪拌移送を行う。これにより小さい処理容器２であっても充分な処理時間が得られる。
【００３１】
この攪拌移動している間、水平回動軸３１よりも上方に取り付けられた送気管４２から高温高圧の水蒸気が注入される。このため、天然原料は撹拌手段３の攪拌によって水平回動軸３１の上方にばらばらに飛散されたときに、高温高圧の水蒸気が効果的に吹き付けられる。したがって、水蒸気圧力に付随する加熱および水蒸気による加水分解が効果的に進められ、低分子化が進行する。このとき、本実施形態では、圧力が１．９６ＭＰａ以下、温度が２１０℃以下の処理条件で処理するため、天然原料を低分子化および無害化するのに十分な加水分解作用を発揮することが可能である。
【００３２】
また、本実施形態では、処理を開始後、容器内温度が天然原料の種類に応じた所定の温度範囲になったとき、自動または手動によってドレンバルブ５１にコールドトラップ８を接続してドレンバルブ５１を開放する。これにより、排気される水蒸気から有用な成分が回収される。そして、容器内温度が所定の温度範囲を越えたとき、ドレンバルブ５１を閉じるとともにコールドトラップ８を外し、再び、処理容器２内の低分子化処理を進行させる。
【００３３】
なお、処理容器２内に高温高圧の水蒸気が注入されている間、制御手段７は、上部温度センサ２３ａ、下部温度センサ２３ｂおよび圧力センサ２４の検出結果を常に監視し、処理容器２内の温度や圧力が予め設定した処理条件を満たすように水蒸気注入手段４および圧力調整手段５を制御している。
【００３４】
つづいて、設定した攪拌移送時間が経過すると、制御手段７は水蒸気注入手段４を制御して水蒸気の注入を停止し、ドレンバルブ５１を開放する。これにより、処理容器２内の水蒸気が排気管５２を通じて排気され、処理容器２内の温度および圧力が急激に低下するため、天然原料が低分子化される。これは、水蒸気の排気により、減圧蒸留、水蒸気蒸留あるいは昇華に類似した現象が発生したためと考えられる。なお、本実施形態では、注入停止後、直ちに水蒸気を排気しているが、低分子化処理の確実性・安定性を想定して数分程度保持してもよい。
【００３５】
その後、制御手段７は、処理容器２内が微陽圧になるまで自然冷却した後、徐々に不活性ガスを注入する。これにより、処理容器２内に不活性ガスを充満させる。そして、処理後の天然素材は不活性ガス雰囲気の微陽圧下において無菌状態のまま無菌室２５へ排出される。
【００３６】
以上のような圧力および温度による水熱処理によって天然原料は結合分子の分離と分解が起こって低分子化され、加圧蒸気によって滅菌される。そして、不活性ガスを注入して処理容器２内を微陽圧に保持しながら、性状変化させた天然素材を無菌室２５へと移送して回収するため、処理後の天然素材が酸化したり酸化重合してしまうことがなく、微生物汚染してしまうのを防止する。
【００３７】
また、以上の処理により製造された天然素材に、無菌条件下で所定の微生物を接種することにより、微生物製剤が製造される。なお、本実施形態において使用する微生物は、安全性が担保された農薬微生物や、常在性微生物である乳酸菌等の食品微生物、脱窒細菌等の環境微生物、根粒菌・窒素固定菌・枯草菌等の農業関連微生物等を使用することが安全上好ましい。
【００３８】
つぎに、本実施形態の具体的な実施例について説明する。以下の各実施例では、実用化を想定し、天然原料から、微生物製剤の担体やＪＡＳ（日本農林規格）に適合する肥料等として使用するのに適した天然素材を製造する実験を行った。
【００３９】
本実施例の実験では、容積が３０００リットルの処理容器２を使用し、この処理容器２に対して充填率が６５％〜９５％となるように天然原料を投入した。また、処理条件としては、容器内圧力が約１．９６ＭＰａ以下、容器内温度が約２１０℃以下の範囲内で天然原料の種類・性質を考慮して適宜選択して設定した。不活性ガスとしては、経済性を考慮して窒素ガスを使用した。
【実施例１】
【００４０】
『真コンブの調理くずから天然素材を製造する実験』
実施例１では、天然原料として家庭や店舗等から出る真コンブの調理くずを使用して天然素材を製造する実験を行った。まず、処理容器２内に真コンブの調理くず１ｔを投入し、攪拌条件下において容器内圧力を約１．９６ＭＰａ、容器内温度を約２００℃に保持して処理を行った。水熱反応させた後、ドレンバルブ５１から水蒸気を排出して容器内温度を１０１℃まで低下させ、ドレンバルブ５１を閉じて処理後の天然素材を室温以下になるまで冷却した。そして、処理容器２内が微陽圧になった時点で窒素ガスの注入バルブ６３を開放するとともにドレンバルブ５１を徐々に開放して窒素ガスを注入し、殺菌用紫外線ランプを照射しながら滅菌容器に処理後の天然素材を排出させたところ、オリゴ糖を含有する液状物が回収された。一方、比較例１では、実施例１と同様の処理を行った後、窒素ガスを注入せずに処理物を回収した。
【００４１】
そして、実施例１および比較例１で回収した処理物を２０℃で２週間保管した後、無菌的に分析用サンプルを採取し、細菌数およびその他の微生物数を測定した。その結果を図２に示す。なお、細菌数はブイヨン寒天培地を使用し、その他の微生物数については、ポテト・デキストロース寒天培地を使用して平板への塗沫法により測定した。図２に示すように、比較例１の処理物では、細菌が１０６ＣＦＵ／ｍｌ検出され、その他の微生物が１０３ＣＦＵ／ｍｌ検出されたのに対し、実施例１の天然素材では検出限界以下の値であり、窒素ガス雰囲気の陽圧下における回収処理による滅菌効果の持続性について有効な結果が認められた。
【００４２】
また、オリゴ糖の含む液状物が回収されたことを確認するための実験を行った。上記各サンプルを０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過して不溶物を除去した後、ゲルろ過クロマトグラフィー用試料とした。このゲルろ過クロマトグラフィーでは、ゲル担体としてＳｅｐｈａｄｅｘ  Ｇ−２５（Ｐｈａｒｍａｃｉａ社製）を使用し、室温条件下で移動相にイオン交換水を用いて０．５ｍｌ／ｍｉｎで行った。標準物質としては、グルコースとマルトトリオースマルトペンタオースを供試し、検出には示差屈折計を使用した。そして、４分ごとに溶出液を回収し、展開開始からの溶出量と全糖量の測定結果を図３に示す。図３に示すように、各溶出量に対し、本発明および比較例においてグルコース換算糖量が検出され、本実施形態によって真コンブを処理した後の液状物にはオリゴ糖類が含有されていることが確認され、これを抽出可能であることが認められた。
【００４３】
以上の測定結果より、比較例１の処理物には、細菌およびその他の微生物が含有されているのに対し、実施例１による天然素材には、細菌およびその他の微生物がほとんど存在していないことが示され、その処理後の液状物にはオリゴ糖が含有されていることがわかる。実施例１による処理物は、ＪＡＳに適合した単肥や土壌改良資材として使用するのに好適な天然素材であることがわかる。
【実施例２】
【００４４】
『乾燥鶏糞から天然素材を製造する実験』
実施例２では、天然原料として乾燥鶏糞を使用して天然素材を製造する実験を行った。処理容器２内に乾燥鶏糞５ｔを投入し、攪拌条件下において容器内圧力を約１．９６ＭＰａ、容器内温度を約２００℃に保持して処理を行った。水熱反応させた後、ドレンバルブ５１から水蒸気を排出して容器内温度を１０１℃まで低下させた。この際、ドレンバルブ５１にコールドトラップ８を取り付け蒸気成分を回収した。また、ドレンバルブ５１を閉じて天然素材を室温以下になるまで冷却させた後、処理容器２内が微陽圧になった時点で注入バルブ６３を開放するとともにドレンバルブ５１を徐々に開放して窒素ガスを注入した。そして、殺菌用紫外線ランプを照射しながら滅菌容器に処理後の天然素材を排出させたところ、リン酸、カリウム、カルシウム、マグネシウムおよび含窒素化合物を含有する液状物が回収された。一方、比較例２では、窒素ガスを注入させる点以外は、実施例２と同様の実験を行い、処理物を回収した。
【００４５】
実施例２および比較例２で回収した処理物を２０℃で２週間保管した後、無菌的に分析用サンプルを採取し、実施例１と同様の測定法により、細菌数およびその他の微生物数を測定した。その結果を図４に示す。図４に示すように、比較例２の処理物では、細菌が１０７ＣＦＵ／ｍｌ検出され、その他の微生物が１０５ＣＦＵ／ｍｌ検出されたのに対し、実施例２の天然素材では検出限界以下の値であった。
【００４６】
また、メイラード反応および酸化重合の状況を把握するため、上記各サンプルを０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過して不溶物を除去した後、可視（４３８ｎｍ）の吸光度を測定することにより、メイラード反応生成物の外径を測定した。その結果を図５に示す。なお、吸光度は、上記各サンプルを窒素ガス気流中で１．０以下になるまで希釈し、この希釈倍率で窒素ガス気流中で測定した。図５に示すように、比較例２の処理物に含有されるメイラード反応生成物の外径は０．４７１ｎｍであり、実施例２の天然素材に含有されるメイラード反応生成物の外径は０．１２０ｎｍであり、低分子化されていることがわかる。
【００４７】
以上の測定結果より、比較例２の処理物には、細菌およびその他の微生物が含有されているのに対し、実施例２による天然素材には、細菌およびその他の微生物がほとんど存在していないことが示された。また、メイラード反応生成物の外径は、水熱反応による水素結合の切断によって低分子化されていることが示され、実施例２の処理物は比較例に比べても４分の１程度まで低分子化されており、酸化重合の影響が極力抑制されていると考えられる。以上、実施例２の実験結果によれば、実施例２による処理物は、日本農林規格に適合した単肥として使用するのに好適な天然素材であることがわかる。
【実施例３】
【００４８】
『ピートモス、赤玉土およびバーミキュライトから微生物製剤を製造する実験』
実施例３では、ピートモス、赤玉土およびバーミキュライトを重量比で５：１０：１に混合した天然原料を担体原料として使用し、微生物製剤を製造する実験を行った。処理容器２内に上記担体原料を７００リットル投入し、攪拌条件下において容器内圧力を約１．５ＭＰａ、容器内温度を約１３０℃で１０分間保持して処理を行った。水熱反応させた後、ドレンバルブ５１から水蒸気を排出して容器内温度を１０１℃まで低下させ、ドレンバルブ５１を閉じて処理後の天然素材を３０℃以下になるまで冷却した。そして、担体原料を攪拌しながら、注入バルブ６３を開放するとともに、ドレンバルブ５１を徐々に開放して窒素ガスを注入するとともに、細菌懸濁液を１０リットル添加した。処理容器２内が微陽圧になった時点で、殺菌用紫外線ランプを照射しながら滅菌容器に処理後の天然素材を排出した。一方、比較例３では、１／１００のスケールで実験室用の蒸気滅菌器を使用して１３０℃で１０分間、担体原料の滅菌操作を行い、以後はクリーンベンチを使用して細菌の接種作業を行った。
【００４９】
なお、本実施例３では、細菌懸濁液として、ホウレンソウを栽培している圃場の表面土壌から硝酸態窒素の脱窒能を有するＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ｓｐ.（シュードモナス）属細菌を分離した後、ポテト・シュークロース寒天培地に画線し、２５℃で１０日間培養したものを滅菌水で１０６ＣＦＵ／ｍｌに調整したものを使用した。また、細菌懸濁液の添加作業は、窒素ボンベ６１の注入口６２に細菌懸濁液を収容した耐圧容器の入口部を連結することにより行った。
【００５０】
実施例３および比較例３で回収した処理物を２５℃で１０日間、静置培養した後、無菌的に菌数測定用サンプルを採取し、接種菌数および雑菌数を測定した。その結果を図６に示す。なお、細菌数は、ポテト・シュークロース寒天平板とクリスタルバイオレットを含有する同培地を使用して測定した。図６に示すように、比較例３の処理物中には、シュードモナス属細菌が１０７ＣＦＵ／ｇ検出された他、グラム陽性細菌および糸状菌がそれぞれ１０２ＣＦＵ／ｇ、１０３ＣＦＵ／ｇ検出された。一方、実施例３による微生物製剤では、接種したシュードモナス属細菌が１０８ＣＦＵ／ｇ検出されたが、グラム陽性細菌、糸状菌およびその他の微生物は検出限界以下であった。
【００５１】
以上の測定結果より、比較例３の処理物は、蒸気滅菌器を使用して滅菌したにもかかわらず、雑菌が含有されてしまうのに対し、実施例３による微生物製剤は、接種したシュードモナス属細菌以外の雑菌は存在していないことが示され、純度が高く生分解性能の高い微生物製剤になり得ることがわかる。また、実施例３の処理物は合成化合物ではなく天然素材を使用した担体として日本農林規格にも適合する。
【実施例４】
【００５２】
『赤玉土、籾殻および乾燥鶏糞から微生物製剤を製造する実験』
実施例４では、赤玉土、籾殻および乾燥鶏糞を重量比で１：２：１に混合した天然原料を担体原料として使用し、微生物製剤を製造する実験を行った。処理容器２内に上記担体原料を７００リットル投入し、攪拌条件下において容器内圧力を約１．９６ＭＰａ、容器内温度を約２００℃に保持して処理を行った。水熱反応させた後、ドレンバルブ５１から水蒸気を排出して容器内温度を１０１℃まで低下させ、ドレンバルブ５１を閉じて処理後の天然素材を３０℃以下になるまで冷却した。そして、再びドレンバルブ５１を開放するとともに、担体原料を攪拌しながら注入バルブ６３を徐々に開放して窒素ガスを注入し、細菌懸濁液を添加した。処理容器２内が微陽圧になるまで窒素ガスを注入した後、殺菌用紫外線ランプを照射しながら滅菌容器に処理後の微生物製剤を排出した。
【００５３】
一方、比較例４Ａでは、実施例４における窒素ガスの代わりに無菌フィルターで浄化した圧縮空気を使用して製造した微生物製剤を使用した。さらに、比較例４Ｂでは、窒素ガスや浄化空気を使用せずに製造した微生物製剤を使用した。
【００５４】
なお、本実施例４では、細菌懸濁液として、市販の納豆から分離したＢａｃｉｌｌｕｓ  ｓｕｂｔｉｌｉｓ（バチルス・ズブチリス）細菌をポテト・デキストロース寒天平板に画線し、３０℃で３日間培養したものを滅菌水で１０７ＣＦＵ／ｍｌに調整したものを使用した。また、細菌懸濁液の添加作業は、実施例３と同様の方法により行った。
【００５５】
実施例４および比較例４Ａ，４Ｂで回収した処理物を２８℃で１４日間、静置培養した後、無菌的に菌数測定用サンプルを５点採取し、接種菌数および雑菌数を測定した。その結果を図７に示す。なお、細菌数は、ポテト・デキストロース寒天平板を使用して実施例３と同様の操作により測定した。図７に示すように、比較例４Ｂの処理物中には、納豆菌が１０５〜１０６ＣＦＵ／ｇ検出された他、グラム陰性細菌、糸状菌およびその他の微生物がそれぞれ１０７〜１０８ＣＦＵ／ｇ、１０５〜１０６ＣＦＵ／ｇおよび１０８〜１０９ＣＦＵ／ｇ検出された。一方、実施例４および比較例４Ａによる微生物製剤では、納豆菌がそれぞれ１０８〜１０９ＣＦＵ／ｇおよび１０７〜１０８ＣＦＵ／ｇ検出されたが、グラム陰性細菌、糸状菌およびその他の微生物はほとんど検出されなかった。
【００５６】
以上の測定結果より、比較例４Ｂの処理物は、滅菌処理をせずに回収したため各種の雑菌が混入してしまったのに対し、実施例４および比較例４Ａによる微生物製剤は、滅菌条件下でかつ不活性ガス雰囲気または浄化空気下で回収したため接種した納豆菌以外の雑菌はほとんど存在していないことが示された。ただし、比較例４Ａによる微生物製剤は、肥料等として使用するには問題ないが、空気気流下で回収しているため、酸化や酸化重合が進行しており、その点で微生物製剤としての性状が低下する。本実施例４の実験結果によれば、実施例４による微生物製剤は、純度が高く、生分解性能が高い微生物製剤になり得ることがわかり、また、合成化合物ではなく天然素材を使用するため担体として日本農林規格にも適合する。
【実施例５】
【００５７】
『大根から天然素材を製造する実験』
実施例５では、天然原料として大根を使用して天然素材を製造する実験を行った。処理容器２内に大根６００ｋｇを投入し、攪拌条件下において容器内圧力を約１．９６ＭＰａ、容器内温度を約２００℃に保持して処理を行った。水熱反応させた後、ドレンバルブ５１から水蒸気を排出して容器内温度を１０２℃まで低下させてドレンバルブ５１を閉じた。そして、注入バルブ６３を開放するとともに、ドレンバルブ５１を徐々に開放して窒素ガスを注入して処理容器２内を微陽圧に保持しながら天然素材を室温以下になるまで冷却した。窒素気流下で滅菌容器に処理後の天然素材を排出したところ、液状物が回収された。一方、比較例５では、窒素ガスを注入させる点以外は、実施例５と同様の実験を行い、処理物を回収した。
【００５８】
また、メイラード反応および酸化重合の状況を把握すべく、実施例５および比較例５で回収した処理物から分析用サンプルを採取し、この分析用サンプル中のメイラード反応生成物の外径を、分光光度計を使用し４３０ｎｍの吸光度で測定した。その結果を図８に示す。なお、吸光度の測定は、実施例２と同様の方法により測定した。図８に示すように、比較例５の処理物に含有されるメイラード反応生成物の外径は０．５１１ｎｍであるのに対し、実施例５の天然素材に含有されるメイラード反応生成物の外径は０．２２０ｎｍであり、約半分以下にまで低分子化されていることがわかる。
【００５９】
以上の測定結果より、実施例５による天然素材に含有されるメイラード反応生成物の外径は、比較例５に比較して、半分以下にまで低減されることが示され、水熱反応によりダイコンを構成する分子結合を効果的に切断して低分子化できるとともに、酸化重合が極力抑制されていることがわかる。
【実施例６】
【００６０】
『セイタカアワダチソウから天然素材を製造する実験』
実施例６では、天然原料として自然発生のセイタカアワダチソウの根部を水洗いし、約５ｃｍ程度に裁断したものを使用して天然素材を製造する実験を行った。処理容器２内にセイタカアワダチソウ５００リットルを投入し、攪拌条件下において容器内圧力を約１．９６ＭＰａ、容器内温度を約２００℃に保持して処理を行った。この際、ドレンバルブ５１にコールドトラップ８を取り付け、蒸気成分を回収しつつ容器内温度を１０２℃まで低下させてドレンバルブ５１を閉じた。このコールドトラップ８では、テルペン類やフェノール類が回収された。そして、注入バルブ６３を開放するとともに、ドレンバルブ５１を徐々に開放して窒素ガスを注入して処理容器２内を微陽圧に保持しながら天然素材を室温以下になるまで冷却した。窒素気流下で滅菌容器に処理後の天然素材を排出したところ、液状物が回収された。一方、比較例６では、窒素ガスを注入させる点以外は、実施例６と同様の実験を行い、処理物を回収した。
【００６１】
実施例６および比較例６で回収した処理物のうち、コールドトラップ８から取得した凝縮物を除いて分析用サンプルを採取し、この分析用サンプル中のメイラード反応生成物の外径を、実施例５と同様の方法により測定した。図９に示すように、比較例６の処理物に含有されるメイラード反応生成物の外径は０．３１８ｎｍであるのに対し、実施例６の天然素材に含有されるメイラード反応生成物の外径は０．１１４ｎｍであり、約３分の１程度にまで低分子化されていることがわかる。
【００６２】
以上の測定結果より、実施例６による天然素材に含有されるメイラード反応生成物の外径は、比較例６に比較して、半分以下にまで低減されることが示された。
【実施例７】
【００６３】
『アルファルファおよび真コンブの調理くずから微生物製剤を製造する実験』
実施例７では、天然原料として、アルファルファおよび真コンブの調理くずを使用して微生物製剤を製造する実験を行った。処理容器２内にアルファルファ１００ｋｇおよび真コンブの調理くずを１０ｋｇ投入し、攪拌条件下において容器内圧力を約１．９６ＭＰａ、容器内温度を約２００℃に保持して処理を行った。水熱反応させた後、ドレンバルブ５１から水蒸気を排出して容器内温度を１０１℃まで低下させ、ドレンバルブ５１を閉じて処理後の天然素材を３０℃以下になるまで冷却した。そして、天然原料を攪拌しながら、注入バルブ６３を開放するとともに、ドレンバルブ５１を徐々に開放して窒素ガスを注入し、乳酸菌懸濁液を添加した。処理容器２内が微陽圧になるまで窒素ガスを注入した後、殺菌用紫外線ランプを照射しながら滅菌容器に処理後の微生物製剤を排出した。
【００６４】
一方、比較例７Ａでは、実施例７における窒素ガスの代わりに無菌フィルターで浄化した圧縮空気を使用して製造した微生物製剤を使用した。さらに、比較例７Ｂでは、窒素ガスや浄化空気を使用せずに製造した微生物製剤を使用した。
【００６５】
なお、本実施例７では、市販のヨーグルトから乳酸菌を分離し、これをＶ８液体培地を使用して嫌気性条件下において３０℃で５日間培養させた培養液５リットルを乳酸菌懸濁液として使用した。また、乳酸菌懸濁液の添加作業は、実施例３と同様の方法により行った。
【００６６】
実施例７および比較例７Ａ，７Ｂで回収した微生物製剤を２８℃で３日間、静置培養した後、無菌的に菌数測定用サンプルを採取し、接種菌数および雑菌数を測定した。その結果を図１０に示す。なお、接種菌数は、Ｖ８寒天培地と炭酸カルシウムとの重層培地を使用し、雑菌数は、ポテト・デキストロース寒天平板を使用して測定した。図１０に示すように、比較例７Ｂの処理物中には、雑菌である細菌、糸状菌およびその他の微生物がそれぞれ１０−８ＣＦＵ／ｇ、１０４ＣＦＵ／ｇおよび１０６ＣＦＵ／ｇ検出されたにも関わらず、乳酸菌は検出されなかった。一方、実施例７および比較例７Ａによる微生物製剤では、接種した乳酸菌がそれぞれ１０６ＣＦＵ／ｇおよび１０４ＣＦＵ／ｇ検出されたが、細菌、糸状菌およびその他の微生物はほとんど検出されなかった。
【００６７】
以上の測定結果より、比較例７Ｂの処理物は、無菌処理を施していないため各種の雑菌が混入してしまい乳酸菌が消滅しているのに対し、実施例７および比較例７Ａによる微生物製剤には、水熱処理後に接種した乳酸菌以外の雑菌はほとんど存在せず、滅菌および無菌処理の効果が維持されていることが示された。ただし、比較例７Ａによる微生物製剤は、肥料等として使用するには問題ないが、空気気流下で回収しているため酸化や酸化重合しており、微生物製剤の適性は低いと考えられる。
【００６８】
なお、上述した各実施例の他、天然原料として甲殻類およびそれらの殻を使用した場合、アンモニア、アミン類、アミノ糖、オリゴ糖、カルシウム化合物等が天然素材として回収し得る。また、天然原料として魚の鱗を使用した場合、コラーゲンやカルシウム化合物等が天然素材として回収し得る。さらに、天然原料として薬草類、海藻類、剪定葉、伐採木材チップ、アレロパシー物質産生植物を使用した場合、テルペン類、フラボノール類、フェノール類、オリゴ糖、マグネシウム化合物、ミネラル類等が天然素材として回収し得る。また、稲藁や籾殻等の有機性廃棄物を天然原料とした場合には、オリゴ糖やケイ酸化合物等が天然素材として回収し得る。さらに、乾燥鶏糞や焼成鶏糞を天然原料とした場合には、含窒素化合物、リン酸化合物、カルシウム化合物、カリ化合物等が天然素材として回収し得る。
【００６９】
以上のような本実施形態によれば、
１．天然原料を低分子化および無害化できることはもとより、処理後の天然素材が酸化するのを防止するとともに微生物汚染を防止することができる。
２．天然素材が有する機能性を保持したまま無菌状態で回収することができ、微生物製剤の担体として使用するのに適した天然素材を得ることができる。
３．天然原料から製造される天然素材を固形成分、液状成分および揮発性成分として分別抽出することができる。
４．担体として合成化合物を使用しない微生物製剤を製造できるため、畜産、農業、環境等の各種分野に供給することができる
等の効果を奏する。
【００７０】
なお、本発明に係る低分子化天然素材、低分子化天然素材の製造方法およびこれらを用いた微生物製剤は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００７１】
例えば、上述した実施形態では、高温高圧の水蒸気下で処理しているが、水熱反応させ得るものであれば、これに限られるものではない。例えば、処理容器２内に予め天然原料と水道水を投入し、この処理容器２内を攪拌しながら高温高圧に保持して水熱反応させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る低分子化天然素材の製造システムの実施形態を示す図である。
【図２】本実施例１および比較例１における微生物数の測定結果を示す表である。
【図３】本実施例１および比較例１における全糖量の測定結果を示す表である。
【図４】本実施例２および比較例２における微生物数の測定結果を示す表である。
【図５】本実施例２および比較例２におけるメイラード反応生成物の外径の測定結果を示す表である。
【図６】本実施例３および比較例３における微生物数の測定結果を示す表である。
【図７】本実施例４および比較例４Ａ，４Ｂにおける微生物数の測定結果を示す表である。
【図８】本実施例５および比較例５におけるメイラード反応生成物の外径の測定結果を示す表である。
【図９】本実施例６および比較例６におけるメイラード反応生成物の外径の測定結果を示す表である。
【図１０】本実施例７および比較例７Ａ，７Ｂにおける微生物数の測定結果を示す表である。
【符号の説明】
【００７３】
１  低分子化天然素材製造システム
２  処理容器
３  攪拌手段
４  水蒸気注入手段
５  圧力調節手段
６  不活性ガス注入手段
７  制御手段
８  コールドトラップ
９  サイレンサー
１０  冷却装置
１１  排水処理設備
２１  投入口
２２  排出口
２３ａ  上部温度センサ
２３ｂ  下部温度センサ
２４  圧力センサ
２５  無菌室
３１  水平回動軸
３２  攪拌羽根
３３  駆動モータ
４１  ボイラー
４２  送気管
５１  ドレンバルブ
５２  排気管
６１  不活性ガスボンベ
６２  注入口
６３  注入バルブ
【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】
2007098367.tif 000009
【図８】
2007098367.tif 000010
【図９】
2007098367.tif 000011
【図１０】
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