(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
χ-プロテオバクテリア  エスピ−ＭＢ８（寄託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１６９４８）又はブルクホルデリア  エスピーＭＢ１１（寄託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１６９４９）から選択される耐酸性のタンパク質資化性微生物からなる有機性廃棄物の分解促進剤であって、該有機性廃棄物が厨芥である、該分解促進剤。
【請求項２】
請求項１に記載の分解促進剤を使用する、有機性廃棄物の分解処理方法であって、該有機廃棄物が厨芥である、該分解処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載の分解促進剤を使用する、有機性廃棄物の発酵処理過程におけるｐＨ調整方法であって、該有機廃棄物が厨芥である、該ｐＨ調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レストラン、ホテル、飲食店、結婚式場、給食施設等の外食産業から排出される生ごみや、食品工場より排出される有機性廃棄物等を好気的発酵処理する際に使用される分解促進剤及び分解促進方法、並びに好気的発酵処理過程におけるｐＨ調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微生物を利用した好気的発酵処理による有機性廃棄物の堆肥化は、農業の現場において古くより行われてきた技術である。この原理を工学的に応用した、高速堆肥化施設やバイオ式生ゴミ処理装置は、現在広く普及している。特に、バイオ式生ゴミ処理装置は、従来の大規模な回収一括集中処理に代わり、有機性廃棄物をその発生場所において速やかに処理するといった個別分散処理を可能にした。この個別分散処理は、有機性廃棄物の回収までの保管場所の衛生改善、回収運搬コストの削減、他の資源ゴミの回収効率の向上に大きく貢献している。このような微生物を利用した好気的発酵処理は、ランニングコストが低廉で、エネルギー消費量の少ない省資源的な方法であるばかりでなく、発酵処理物を堆肥として土壌に還元することができ、有機性廃棄物の再利用を可能にした。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、微生物を利用した好気的発酵処理法は、有機物の分解反応の主体である微生物が活発に生育可能な環境条件下でのみ機能し得る。従って、不適当な環境条件下においては、環境条件の調整が必要になる。発酵処理過程で関与する微生物の多くは、中性から弱アルカリ性に生育の至適ｐＨを持つため、酸性環境下ではその増殖活性が低下し、ｐＨ４〜５以下では、全く増殖を示さなくなるものが多い。このため発酵処理過程でｐＨの低下が生じると分解反応速度が低下し、処理過程の大幅な遅延や停止を引き起こすことがある。
【０００４】
こうした発酵処理過程におけるｐＨの低下は、主として有機性廃棄物に由来する有機酸等の酸性物質の生成とその蓄積に起因する。この有機酸生成は、有機性廃棄物の急速な分解反応時に、酸素の濃度が低下して嫌気的な状態になると起こりやすく、停電等の不慮の事故により攪拌や切り返し等の操作が停止し、酸素の供給が不足した場合にも同様の現象が起こる。
こうした酸性物質を中和してｐＨを調整するために、有機物処理装置に測定器を用いて発酵物質のｐＨを測定する機構や、ｐＨ値が適正範囲を外れた場合に消石灰等のアルカリ剤を投入する機構を搭載させていた（特開昭５５−１１３６８８号公報、特開平１−１４５３８８号公報）。しかし、処理装置にｐＨを測定する機構やアルカリ剤を投入する機構を搭載すると、装置が複雑になりコストも高くなり、ことに装置が小規模であるバイオ式生ゴミ処理装置による個別分散処理に適用することは難しい。又、固相反応系である発酵処理物の正確なｐＨ測定は困難であり、アルカリ剤の供給が不足すれば効果が得られないばかりか、過剰のアルカリ剤の供給によりｐＨが上昇し過ぎて逆に微生物の活性低下を引き起こす等の問題があった。
【０００５】
又、有機物処理装置の発酵槽内に、水素イオン濃度を中性から弱アルカリ性に保つｐＨ調整剤及び有機物を分解する微生物を固定した水分調整剤を充填することで、有機物を高速発酵させる方法が提案された（特開平７−３０３８７１号公報）。しかしこの水分調節剤は作成に１週間以上の日数を要し、製造コストが高くなるという問題があった。
有機性廃棄物の発酵処理過程で、ｐHを低下させる要因は、有機酸の蓄積であるが、逆にｐＨを高める要因はアンモニアの発生である。良好な発酵処理が進行すると、タンパク質の分解によって生じたアンモニアは、水に溶解し水酸化アンモニウムとなりｐＨを上昇させる。ある程度ｐＨが上昇すると、アンモニアがアンモニアガスとして揮散するため、発酵に障害を与えるほどｐＨが上昇することはない。本発明では、こうした有機性廃棄物に含まれるタンパク質の分解にともなうｐＨの改善効果に着目し、酸性環境下においても十分な増殖活性を有する耐酸性微生物を利用することで本発明を完成させた。
【０００６】
即ち本発明は、（１）χ-プロテオバクテリア  エスピ−ＭＢ８（寄託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１６９４８）又はブルクホルデリア  エスピーＭＢ１１（寄託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１６９４９）から選択される耐酸性のタンパク質資化性微生物からなる有機性廃棄物の分解促進剤であって、該有機性廃棄物が厨芥である、該分解促進剤、（２）（１）に記載の分解促進剤を使用する、有機性廃棄物の分解処理方法であって、該有機廃棄物が厨芥である、該分解処理方法、および（３）（１）に記載の分解促進剤を使用する、有機性廃棄物の発酵処理過程におけるｐＨ調整方法であって、該有機廃棄物が厨芥である、該ｐＨ調整方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、耐酸性を有する微生物を分解促進剤として使用することによって、酸性化した有機性廃棄物を好気的に発酵処理することができる。
本発明で使用する耐酸性を有する微生物は、ｐＨ２〜５の酸性範囲において良好に増殖する好酸性微生物、或いはｐＨ２〜７の酸性から中性付近まで増殖可能な耐酸性微生物の何れでも良い。例えば、Bacillus属、Pseudomonas属等のバクテリア、Actinomyces属、Streptomyces属等の放線菌、Saccharomyces属、Hansenula属、Candida属等の酵母、及びAspergillus属、Penicillium属、Mucor属等の糸状菌等にこのような耐酸性を有する微生物の存在が知られている。又、本発明の耐酸性微生物の産生する酵素（好ましくはプロテアーゼ）の至適ｐＨが２．０〜４．０、好ましくは３．０〜４．０、より好ましくは３．０〜３．５であるような微生物が好ましい。
【０００８】
本発明においては、このような耐酸性の微生物を使用することによりｐＨの低い酸性領域で有機性廃棄物の処理を行うことができるが、耐酸性微生物としてタンパク質資化性微生物を使用することが特に好ましい。このタンパク質資化性微生物を使用した場合は、有機物の分解反応を行わせるとともに、同時にタンパク質の分解によりアンモニアが発生することによって酸性化した有機性廃棄物のｐＨを上昇させることができ、その結果多くの好気的発酵が活発に行われる中性又は弱アルカリ性の環境条件を整えることができるので特に好ましい。このような耐酸性のタンパク質資化性微生物は、χ‐Proteobacteria属、Burkholderia属、Bacillus属、Xanthomonas属、Pseudomonas属等に存する。これらの中で最も好ましい菌株は、それぞれχ‐プロテオバクテリア  エスピ−（χ‐Proteobacteria sp.）ＭＢ８（寄託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１６９４８）及びブルクホルデリア  エスピー（Burkholderia sp.）ＭＢ１１（寄託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１６９４９）であり、それぞれ前記の寄託番号にて工業技術院生命工学工業技術研究所に寄託した。
【０００９】
又、本発明の分解促進剤或いは分解方法では、好気的発酵処理に関与する他の微生物の添加を排除するものではない。このような微生物は中性から弱アルカリ性に生育の至適ｐＨを持つものが多く、本発明の分解促進剤の効果によりｐＨが酸性から中性側にシフトするとともにその活性を回復し、活発な分解反応を行うようになる。併用することができる微生物としては、Bacillus属等の中温性及び好熱性微生物製剤が挙げられる。
本発明の分解処理の対象である有機性廃棄物とは、微生物の好気的発酵により分解される廃棄物であれば特に限定されないが、例えば厨房から排出される生ごみのような厨芥の他、コーヒー粕、酒粕、汚泥、更には食品工場から排出される食品残渣等が挙げられる。
【００１０】
本発明の分解促進剤の使用時期、使用量は特に限定されない。一般的には、何らかの理由で、発酵処理物のｐＨが低下した時に速やかに適当量添加すればよい。しかし、タンパク質資化性の耐酸性微生物を使用した場合は、発酵処理開始時より、本発明の分解促進剤を他の耐酸性を持たない微生物と共存させることにより、発酵処理物のｐＨ低下を防止し、発酵処理を安定したものとすることも可能である。一般に、外食産業から排出される有機性廃棄物は弱酸性であることが多い。又、酸性を呈する有機性廃棄物は、これまでは中和処理を施さなければ円滑な発酵処理を行うことは困難であったが、本発明の分解促進剤を利用して、このような酸性の有機性廃棄物に対するｐＨ調整を行うことにより速やかにｐＨが改善され、引き続く発酵処理における発酵が促進される。
【００１１】
又、本発明の分解促進剤は、有機性廃棄物の分解を促進するために添加される他の化合物との併用を妨げるものではない。本発明の分解促進剤は、有機性廃棄物のｐＨを弱酸性から弱アルカリ性に維持する緩衝作用を有する塩類、窒素を含有する粉体上の物質等と併用することができる。例えば、リン酸ナトリウム塩類、リン酸カリウム塩類、硫酸アンモニウム、尿素等が挙げられる。
本発明においては、処理物の性状によっては（Ｎ源が不足しているような場合）、Ｎ源の添加が必要となる。そこで有機性廃棄物のＣ／Ｎ比を改善する目的で添加されるアンモニウム塩、尿素等の添加が必要になることもあるが、可能であれば、窒素源に富む他の有機性廃棄物と混合して処理されることが最も望ましい。
【００１２】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。尚、以下の実施例中、部及び％は特に記載が無い限り重量基準である。
（実施例１）
まず、本発明に好適に使用することができる微生物であるχ‐プロテオバクテリア  エスピ−ＭＢ８（寄託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１６９４８）及びブルクホルデリア  エスピーＭＢ１１（寄託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１６９４９）が、タンパク質の分解にともなって、ｐＨを上昇させる効果について実証した。下記の組成のＡＣＳ培地（Soil Biol． Biochem． ７巻、３４５頁、１９７５年をもとに改変）により標記菌株を３０℃で５日間培養し、菌体の生育、培地のｐＨ、及びタンパク質分解の指標として、反応の第１段階で働くキーエンザイムであるプロテアーゼ活性を測定した。
【００１３】
［ＡＣＳ培地の組成］
スターチ：１％、カゼイン：０．３％、  ＮａＣｌ：０．２％、
ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：０．００５％、  ＣａＣＯ３：０．００２％、
ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ：０．００１％、  ＫＨ２ＰＯ４：０．３％、
尚、培地のｐＨは４．５であった。
【００１４】
［菌体の生育測定法］
菌体の生育は、アデノシン３リン酸濃度（ＡＴＰ濃度）を測定しその指標とした。ＡＴＰ濃度の測定は、ＡＴＰ測定用試薬キット  ルシフェールＬＵ（キッコーマン（株）社製）を使用し、ルミノメーター（ルミテスター  Ｋ−１００、キッコーマン（株）社製）により測定した発光計測値をもとに相対値を算出した。
【００１５】
［酵素活性測定法］
Muraoらの方法（J． Biol． Chem． ２６８巻、３４９頁、１９９３年）により、ヘモグロビンを基質として、ｐＨ：３．０、３７℃の条件で酵素反応を行った。反応液１ｍｌあたり毎分１マイクログラムのチロシン相当量の酸可溶性ペプチドを生成する酵素量を１単位（１Ｕ）とした。
【００１６】
以上の条件及び測定方法によって得られた、菌体の生育、培地中に分泌されたプロテアーゼ活性、及び培地のｐＨ値の経時変化を図１〜図３に示した。以上の結果によれば、菌体の生育によってプロテアーゼが産生されるとともに培地のｐＨ値が中性付近にまで上昇していることが分かった。培地中のプロテアーゼ活性とｐＨ値の関係をプロットたものを図４に示す。この結果から、産生したプロテアーゼによるタンパク質の分解が起こるとｐＨ値が明らかに中性側にシフトしていることが示された。
【００１７】
（実施例２）
次に、実際に外食産業より排出された厨芥を用いて本発明による分解反応促進効果について検証を行った。ここで用いた厨芥は、含水率７７．６％、ｐＨ４．７６、Ｃ／Ｎ比１２．４とごく一般的な性状を示しているものである。容量３リットルの発酵槽内に、通気性改良材、水分調整材として機能する１５０ｇ（乾重量）の反応媒体（スギオガクズ）を充填後、食堂の厨房より排出された厨芥２００ｇ（湿重量）にそれぞれχ‐プロテオバクテリア  エスピ−ＭＢ８株又はブルクホルデリア  エスピーＭＢ１１株のいづれかを接種した二つの試験区を設け、これを媒体と攪拌しながら発酵処理を行った。発酵槽内の初期水分含有率は５５％に調節した。厨芥を投入した後、発酵槽下部より０．５リットル／分の速度で空気を通気した。発酵処理過程における、発酵槽内温度、及び排気ガス中の二酸化炭素濃度を連続的にモニタリングし、発酵処理状況を解析した。又、比較例として、バシルスサブチリス（Bacillus subtilis）ＢＮ１００１（明治製菓社製、寄託番号ＦＥＲＭ  Ｐ−１１１３２）を接種した試験区を同様にして設けた。この菌株は、有機物の発酵過程に関与する一般的な種であるが、耐酸性は有していない。これを比較例１とする。
【００１８】
発酵処理過程における排気ガス中の二酸化炭素濃度、及び発酵槽内温度の経時変化を図５〜図６に示す。χ‐プロテオバクテリア  エスピ−ＭＢ８株又はブルクホルデリア  エスピーＭＢ１１株を接種した試験区では、これらを接種していない比較例１と比べ明らかな分解促進効果が現れており、有機物の分解により発生する二酸化炭素濃度、分解熱ともに高い値を示していることが分かる。
【００１９】
【発明の効果】
厨房から発生する生ごみのような酸性化した有機性廃棄物の分解処理に当たり、耐酸性の微生物、特に耐酸性のタンパク質資化性微生物からなる本発明の分解促進剤によって特別な手段を用いずに効率的に分解処理することができる。本発明によれば、単に酸性状態で活性があるだけでなく、タンパク質の分解により自動的にｐＨが中性から欠くアルカリ性に調整され、その他の微生物の作用も活発化し、効率的な処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】χ‐プロテオバクテリア  エスピ−ＭＢ８株とブルクホルデリア  エスピーＭＢ１１株について、培養時間とＡＴＰ濃度の関係を示すグラフである。
【図２】ＭＢ８株とＭＢ１１株について、培養時間とプロテアーゼ活性の関係を示すグラフである。
【図３】ＭＢ８株とＭＢ１１株について、培養時間とｐＨの関係を示すグラフである。
【図４】ＭＢ８株とＭＢ１１株について、培地ｐＨとプロテアーゼ活性の関係を示すグラフである。
【図５】ＭＢ８株、ＭＢ１１株及びバシルスサブチリスＢＮ１００１株について、発酵時間と二酸化炭素濃度の関係を示すグラフである。
【図６】ＭＢ８株、ＭＢ１１株及びバシルスサブチリスＢＮ１００１株について、発酵時間と発酵槽内温度の関係を示すグラフである。
【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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