(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
食品ゴミ中のデンプン類を糖化して糖を含む液を得る糖化工程、及び該糖を含む液を前記食品ゴミから分離する分離工程を有し、該分離工程により得られた残渣を搾汁して得られた液を前記糖化工程での溶媒として用いる食品ゴミの減量方法。
【請求項２】
前記糖化工程において、酸及び／又は糖化酵素を用いて糖化反応を行う請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記酸が硫酸、塩酸及び硝酸からなる群から選択される少なくとも１種であり、前記糖化酵素がグルコアミラーゼ、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、プルラナーゼ及びセルラーゼからなる群から選択される少なくとも１種である請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記糖化工程前又は前記糖化工程中に、水分を加える加水工程を有する請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記糖を含む液を処理する糖処理工程をさらに有する請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記糖処理工程は、蒸発濃縮法、減圧蒸発濃縮法、凍結濃縮法、凍結融解法、膜濃縮法、晶析、イオン交換分離、イオン排除分離、移動層又は擬似移動層を用いる方法、及びクロマト分離法からなる群から選ばれる少なくとも１種を用いる請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食品ゴミの減量方法、特に環境への影響をなくすか又は抑えることができる食品ゴミの減量方法に関する。また、本発明は、該方法により食品ゴミを減量すると共に、食品ゴミから糖を製造する方法にも及ぶ。
【０００２】
【従来の技術】
食品ゴミ又は生ゴミは、水分が多く、その取り扱いが難しく、特に焼却処理に問題が生じる。現在、食品ゴミは、紙などの可燃性ゴミと共に焼却処理されているが、焼却炉内温度を低下させる原因となっている。そのため、ダイオキシンの発生を誘発する可能性を有している。
【０００３】
食品ゴミ又は生ゴミを、肥料又は飼料などとして資源化する試みがなされているが、該肥料又は飼料などは単価が低く、リサイクルの経済効率が低いという問題があった。また、これらの肥料又は飼料などは、大きな需要、特に都市部における需要が見込めないという問題もあった。
【０００４】
一方、大きな需要が見込める方法として、本発明者は、食品ゴミ又は生ゴミを発酵させて、工業原料としての精製乳酸を製造する方法を提案した（特願2000−240963号）。これによって得られた乳酸は高単価であるが、多くのプロセス、設備及び／又は人員を要するため、総合した場合のリサイクル経済効率が低くなる可能性を有していた。
【０００５】
また、本発明者は、上記の他に、食品ゴミから糖を製造する方法を提案した（特願2000−311373号）。この方法は、高いリサイクル経済効率を有し、且つ簡便な設備によって行うことができる方法であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来より用いられている食品ゴミを焼却する方法を行う前に、水分を除去する方法が考えられる。この方法は、処理すべきゴミの量を削減することができ、且つ焼却炉内温度を低下させてダイオキシン発生を誘発する原因となる水を除去できる点で有効である。しかしながら、水分除去に際して圧搾などの方法を用いる場合、粘稠な糊状の物質によって、その分離を阻害することがある。また、上記の本発明者の方法などは、その中に、固液分離する工程を有している。固液分離を行う際、粘稠な糊状の物質が有している場合があり、固液分離工程を阻害していることがわかった。これらの粘稠な糊状の物質は、食品ゴミ又は生ゴミに含まれるデンプン類、例えば、ご飯、麺類、菓子等であることもわかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の目的は、固液分離工程が促進されたゴミの減量方法を提供することにある。
具体的には、本発明の目的は、固液分離が困難であるデンプン類を、ゴミ処理の初期段階で除去する、ゴミの減量方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的に加えて、固液分離工程を促進させ、ひいてはリサイクル効率を向上させた食品ゴミからの糖の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下のことを見出した。即ち、食品ゴミ又は生ゴミの処理における初期段階で、該ゴミに含まれるデンプン類を糖化し且つ液化する。この液化分には、デンプン類由来の糖を含むことになる。また、液化したもの（即ちデンプン類由来の液体）は、比較的容易に固液分離することができる。したがって、デンプン類由来の糖を含む液をリサイクルとして用いることができる。
【０００９】
具体的には、以下の発明を見出した。
＜１＞  食品ゴミ中のデンプン類を糖化して糖を含む液を得る工程、及び該糖を含む液を前記食品ゴミから分離する工程を有する食品ゴミの減量方法。
＜２＞  上記＜１＞において、分離工程により得られた残渣を搾汁して得られた液を糖化工程での溶媒として用いるのがよい。
【００１０】
＜３＞  上記＜１＞又は＜２＞の糖化工程において、酸及び／又は糖化酵素を用いて糖化反応を行うのがよい。
＜４＞  上記＜３＞において、酸が硫酸、塩酸及び硝酸からなる群から選択される少なくとも１種であり、前記糖化酵素がグルコアミラーゼ、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、プルラナーゼ及びセルラーゼからなる群から選択される少なくとも１種であるのがよい。
【００１１】
＜５＞  上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、糖化工程前又は糖化工程中に、水分を加える加水工程を有するのがよい。
＜６＞  上記＜１＞〜＜５＞のいずれかにおいて、糖を含む液を処理する糖処理工程をさらに有するのがよい。
＜７＞  上記＜６＞において、糖処理工程は、蒸発濃縮法、減圧蒸発濃縮法、凍結濃縮法、凍結融解法、膜濃縮法、晶析、イオン交換分離、イオン排除分離、移動層又は擬似移動層を用いる方法、及びクロマト分離法からなる群から選ばれる少なくとも１種を用いるのがよい。
【００１２】
＜８＞  集荷した食品ゴミを防腐する防腐工程を任意に設け、集荷後又は該後すぐに、食品ゴミ中のデンプン類を糖化して糖を含む液を得る工程、及び該糖を含む液を食品ゴミから分離する工程を有する食品ゴミの減量方法。
＜９＞  上記＜８＞の方法において、上記＜２＞〜＜７＞の特徴を有するのがよい。
【００１３】
＜１０＞  集荷した食品ゴミを該ゴミの物理的状況を変化させる前処理工程なしに、食品ゴミ中のデンプン類を糖化して糖を含む液を得る工程、及び該糖を含む液を食品ゴミから分離する工程を有する食品ゴミの減量方法。
＜１１＞  上記＜１０＞の方法において、上記＜２＞〜＜７＞の特徴を有するのがよい。
【００１４】
＜１２＞  食品ゴミを集荷する集荷工程、集荷工程後任意に設ける食品ゴミを防腐する防腐工程、及び食品ゴミ中のデンプン類を糖化して糖を含む液を得る糖化工程のみからなる第１の段階；及び該糖を含む液を食品ゴミから分離する工程を有する第２の段階；を有する食品ゴミの減量方法。
＜１３＞  上記＜１２＞の方法において、上記＜２＞〜＜７＞の特徴を有するのがよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のゴミの減量方法について説明する。
本発明の方法は、食品ゴミ中のデンプン類を糖化して糖を含む液を得る工程（糖化工程）、及び該糖を含む液を食品ゴミから分離する工程（分離工程）を有する。なお、本明細書において、「食品ゴミ」又は「生ゴミ」とは、通常、家庭、レストラン等から廃棄される食物を含むゴミをいう。食物には、加熱等による加熱前後のものが含まれ、いわゆる残飯も含まれる。また、紙、プラスチック、木片などの「燃えるゴミ」として通常廃棄されるものが混入されていてもよい。
【００１６】
本発明の方法において、糖化工程は、集荷されたゴミ（食品ゴミを含む）に特別な前処理をすることなく行われる。即ち、本発明の方法は、ゴミ（例えば食品ゴミ）に含まれる水分を圧搾して除去する工程などの前処理工程を行うことなく、糖化工程を行う。なお、ここでいう「前処理」とは、ゴミの物理的状況を変化させる処理をいう。例えば、「前処理」には、食品ゴミの圧搾、並びに粉砕及び混練などの粒子を微細にする処理などの物理的状況を変化させる処理が含まれる一方、食品ゴミの化学的変化又は微生物的変化を抑える防腐処理は「前処理」には含まれない。即ち、水蒸気添加や加熱による食品ゴミの処理は、食品ゴミの化学的変化を抑える処理であって、ここでいう「前処理」には含まれない。したがって、糖化工程前に、水蒸気添加や加熱により食品ゴミの腐敗を防ぐ防腐工程を設けることができる。
【００１７】
防腐工程には、食品ゴミの温度を高く、例えば８０〜１２０℃に維持する方法、食品ゴミのｐＨを微生物の生育に適さない範囲、例えばｐＨ３以下又はｐＨ１１以上に設定する方法、イオン性防腐剤を添加する方法などが挙げられる。なお、イオン性防腐剤を用いる場合、該イオン性防腐剤は、その後の糖化工程等の種々の処理において悪影響を及ぼさないものを用いるのがよい。
【００１８】
糖化工程は、その前又は糖化工程中に、水分を加えることができる。糖化反応、即ち加水分解反応の環境を整えるためである。また、この水分は、分離工程によって得られた残渣をさらに搾汁して得られた液を用いてもよい。なお、集荷されたゴミが浸出液を有する場合、該浸出液を水分として用いることもできる。即ち、糖化工程は、浸出液からの水分のみで外部からの水分等を別途加えることなく行ってもよく、水道水又は蒸留水などの外部からさらに添加する水分を加えるか又は搾汁して得られた液を加えるか、もしくはその双方を、糖化工程前又は糖化工程中に加えてもよい。
【００１９】
糖化工程において、酸及び／又は糖化酵素を用いて糖化反応を行うのがよい。この工程により、食品ゴミに含まれるデンプン類及びセルロースなどの高分子糖類を加水分解して、単糖類、二糖類、オリゴ糖類にすることができる。
【００２０】
酸として、硫酸、塩酸及び硝酸を挙げることができる。これらを１種又は２種以上用いることができる。
また、糖化酵素として、グルコアミラーゼ、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、プルラナーゼ及びセルラーゼを挙げることができる。これらを１種又は２種以上用いることができる。なお、酸及び／又は糖化酵素を用いる場合、その反応温度及び時間を用いる物質の最適条件にするのが好ましい。
【００２１】
糖化工程において、酸又は糖化酵素を、１段階で用いても、複数段階で用いてもよい。１段階で用いる場合、酸又は糖化酵素のいずれか一方のみを用いるのがよい。また、複数段階で用いる場合、第１の段階で酸のみを用いて、第２の段階で糖化酵素のみを用いてもよい。
【００２２】
糖化酵素を用いて糖化反応を行う場合、上述のいずれか１種又は２種以上の酵素を食品ゴミに添加し、所定の時間、例えば６〜４８時間、糖化反応を続ける。なお、防腐工程を行い且つ該防腐工程が化学的な方法で殺菌した場合、酵素添加前に酵素反応に適した反応条件下とするのがよい。
【００２３】
酸により糖化反応を行う場合として、例えば硫酸を用いるとき、食品ゴミ中の硫酸の量が体積比で１〜３％となるように、硫酸を食品ゴミに添加し、密閉系で１５０℃以上の温度で処理する。このようにして糖を含む液を得ることができる。
【００２４】
糖化工程後、本発明の方法は、分離工程を行う。分離工程は、固形分と液分とを分離する方法であれば、従来より公知の分離方法など、いかなる方法によっても行うことができる。例えば、スクリーン濾過、フィルタープレス、加圧圧搾濾過、膜分離、遠心分離及び／又は遠心沈降法、回転ドラム等の固液分離などを挙げることができる。これらの分離方法を単一の段階、及び複数段階で行うことができる。なお、この分離工程において、糖化工程後の食品ゴミは分離を阻害するデンプン類をほぼ有していないため、固液分離を容易に行うことができる。また、糖化工程前に、粉砕及び／又は混練などのゴミ粒子を微細にする前処理を行っていないので、糖を含む液の分離を容易に行うことができる。
【００２５】
分離工程により、糖を含む液と残渣とに分離することができる。残渣は、さらに生ゴミと、割り箸などの木、紙コップなどの紙及び金属などの生ゴミ以外とに分離することが好ましい。この分離には、人力、スクリーン分離、篩分けなどの手法を用いるのがよい。
【００２６】
残渣からさらに分離された生ゴミを搾汁するのがよい。この搾汁工程により得られた液は、上述のように、糖化工程に用いることができる。また、搾汁して得られた液は、糖を含む可能性もあるので、糖を含む液として用いることもできる。残渣を搾汁して得られた最終残渣は、焼却処分するか、又はさらに有用成分をリサイクルするための原料として用いることができる。例えば、食品ゴミの塩分は主に「糖を含む液」に含まれ、残渣には比較的塩分がふくまれていないため、減塩肥飼料原料として用いることができる。なお、焼却処分する場合、最終残渣は水分が著しく少ないため、焼却炉内温度を低下させる可能性が低く、ダイオキシン等の発生も抑制することができる。
【００２７】
分離工程により得られた糖を含む液は、糖処理工程に付される。
糖処理工程は、上述で得られた糖を含む液を濃縮する工程、及び／又は精製する工程を含む。精製する工程には、糖と糖以外とを分離する工程も含まれる。なお、濃縮工程を設けることにより、糖を含む液についてのさらなる減量を図ることができる。また、該糖を含む液の防腐効果をもたらすことができる。
【００２８】
例えば、濃縮工程及び／又は精製工程として、蒸発濃縮法、減圧蒸発濃縮法、凍結濃縮法、凍結融解法、膜濃縮法、晶析、イオン交換分離、イオン排除分離、移動層又は擬似移動層を用いる方法、クロマト分離法などを挙げることができる。これらの方法を、単独又は組み合わせて用いることができる。なお、移動層又は擬似移動層を用いる方法は、特願2000-311373号の段落番号［0028］〜［0033］及び［図１］に詳細に記載されており、この内容は本願に含まれる。
【００２９】
糖処理工程により得られた液は、糖資源として種々利用することができる。例えば、乳酸及び酢酸などの有機酸；エタノール及びメタノールなどのアルコール；抗生物質；アミノ酸；核酸；色素；並びにアセトンなどの化学工業原料として利用することができる。
【００３０】
なお、本発明の方法は、次のような効果を奏することもできる。即ち、１）処理に通気が必須ではないため、本発明の方法を行う装置を密閉系で設計することができ、ゴミの臭気問題を予防することができる。２）最終残渣を焼却する場合であってもダイオキシンの発生を抑えることができる。３）本発明の方法を行う装置は、高温に耐える焼却炉と比較すると、極めて廉価な設備費で足りる。４）本発明の方法により得られる糖を含む液は、種々の化学工業原料、例えばポリ乳酸製造、エタノール発酵などの原料として利用することができる。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例を用いて、本発明を具体的に説明する。但し、本実施例は単に例示であって、本発明を限定するものと解釈してはならない。
試料として、北九州市のスーパーマーケット等から収集した食品ゴミを用いた。その平均組成は、野菜ゴミ３５重量％、肉魚ゴミ１５重量％、ご飯、パン及び麺類ゴミ４０重量％、その他夾雑物１０重量％であった。
【００３２】
試料を、図１に示すように処理した。以降、図１を用いて詳細に説明する。なお、図１中「生ゴミ  ８０ｔ／日」などとあるのは、１日において処理した量であり、以降、その量に対しての量を示している。
【００３３】
（２）において、試料である生ゴミ１を糖化した。糖化反応前に、水分を添加した。水分は、後述する（３）固液分離工程において順次得られた残渣を圧搾することにより得た搾汁液８を用いた。添加する水分は、その量が生ゴミ：水分＝８：５となる量であった。
また、（２）糖化反応において、酵素９としてグルコアミラーゼを用いた。酵素９の量は、生ゴミ：酵素の重量比が８：３×１０−３となるように酵素９を添加した。この反応を、８時間行った。
【００３４】
糖化反応後、糖を含む液を有してなる生ゴミを（３）固液分離工程に付した。（３）固液分離工程は、ステンレス篩で容易に行うことができた。この固液分離工程により、糖を含む液４と残渣５を得た。糖を含む液４の重量は、用いた生ゴミの３／４であった。また、残渣５の重量は、用いた生ゴミの量とほぼ同等であった。
【００３５】
（３）固液分離工程で得られた残渣５を発明者自作の圧搾機により圧搾した。これにより、最終残渣７と搾汁液８とを得た。最終残渣７の量は、用いた生ゴミの１／４であった。なお、最終残渣７を最高温度１０００℃で焼却したところ、ダイオキシンの発生がほとんど観察されなかった。
【００３６】
（３）固液分離工程で得られた、糖を含む液４の糖濃度を調べたところ、平均で１０５ｇ／Ｌであった。
【００３７】
上記固液分離工程で得られた糖を含む液４を常圧で加熱し液量が１／５、即ち１２ｔになるまで濃縮し濃縮粗糖液１１を得た。濃縮粗糖液１１の糖濃度は４９５ｇ／Ｌであった。この濃縮工程で糖の変質はほとんど観察されなかった。このことは、液量が１／５となった一方、糖濃度がほぼ５倍に濃縮されていることからもわかる。
【００３８】
次いで、濃縮粗糖液１１を擬似移動層型クロマト分離装置で分離した。即ち、強酸性イオン交換樹脂（Ｎａ型）を充填した擬似移動層型クロマト分離装置に濃縮粗糖液１１を入れ、イオン排除機構により濃縮粗糖液中に含まれるイオン性成分を排除した。擬似移動層の操作方法については、文献（Preparative and Production Scale Chromatography, G. Ganetsos and P. E. Barker編、Dekker社、1993年、第３章Ｂ第13節、Operation and Design of Stimulated Moving Bed Adsorbers）を参照した。また、操作条件については特願2000-311373号に記載したものと同様な操作を行った。なお、用いた水の量は、濃縮粗糖液１２ｔ（糖濃度４９．５％）に対して合計で１６ｔであった。その結果、糖類を含む精製糖液１６を１４ｔと糖類以外の成分を含む廃液１５を１４ｔ得た。このとき、精製糖液１６の濃度は４２．４％であった。擬似移動層型クロマト分離装置を用いることにより、分離前の濃度の８５％以上で糖類を含む精製糖液１６を得た。また、糖の純度は９８％以上であり、高い純度であることを確認した。
【００３９】
【発明の効果】
本発明により、固液分離工程が促進されたゴミの減量方法を提供することができる。
また、本発明により、固液分離が困難であるデンプン類を、ゴミ処理の初期段階で除去する、ゴミの減量方法を提供することができる。
さらに、本発明により、上記効果に加えて、固液分離工程を促進させ、ひいてはリサイクル効率を向上させた食品ゴミからの糖の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を模式的に説明する工程図である。
【図１】
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