(57)【要約】  屠殺廃棄物は通常、大量のいわゆる胃厩肥を含んでいる。その生物工学的処理は廃棄物問題を迅速に解消する。本発明に従った方法及び装置を用い、初めに胃厩肥はマンニトールを生産するプロセスにおいて生体触媒として使用する。その後、同時に屠殺廃棄物として形成される乳酸を、微生物によりプロピオン酸又は他の有用な化合物に変換する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の生物工学的生成物の生産性又は生産レベルを向上させるため、単糖類もしくは二糖類又はそれらの重合体を屠殺動物の胃厩肥もしくはそれによって生産された厩肥、又は精製スラッジに添加することを特徴とする方法。
【請求項２】
使用する特定の糖はスクロース、グルコースもしくはフルクトース、又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記グルコース及びフルクトースはデンプン、セルロース、ヘミセルロース又は他の高分子の分解の結果として酵素により生産できることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
添加する基質液中の前記フルクトース量は酵素量に従って添加することを特徴とする請求項２及び／又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記胃厩肥内に存在するか、他の廃棄物中に天然に存在するか、又はそこに添加された乳酸菌は、前記胃厩肥もしくは他の廃棄物中に存在するか、その中で形成されているか、又はそこに添加された前記フルクトースをマンニトールに変換することを特徴とする請求項１〜４の１項以上に記載の方法。
【請求項６】
前記胃厩肥中で、又はその中に存在するか、その中で形成されているか、もしくはそこに添加され、酢酸発酵や他の有機酸生成反応をする乳酸菌及び他の細菌により乳酸及び他の酸性促進物質に変化するグルコースとしての他の廃棄物中で、ｐＨを低下させ、同時に処理液中に形成されたマンニトールの分解又は代謝を防止することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記フルクトースの全て又はその殆どがマンニトールに変換してある場合、前記ｐＨ値は塩基添加により上昇し始めることを特徴とする請求項５及び／又は６に記載の方法。
【請求項８】
前記ｐＨの上昇に先立って結晶化又は他の方法により前記マンニトールを除去することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
燃焼する生物工学的断片又は他の燃焼反応から形成されたＣＯ及び／又はＣＯ２含有ガス放出を前期処理液に導入し、加熱し、それを更に容易に利用することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
発酵反応を経てプロセス中に形成された乳酸塩をプロピオン酸塩、すなわちプロピオン酸に変換することを特徴とする請求項１〜９の１項又はいくつかの項に記載の方法。
【請求項１１】
例えばクロストリジウム菌により前記プロピオン酸は他の有機酸、アルコール又は他の化合物に更に変換することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記胃厩肥又は他の廃棄物にこのような菌株または異なる菌株の組み合わせを添加し、これにより乳酸塩の大部分をプロピオン酸塩に変え、プロピオン酸塩を例えば飼料もしくは食品又は他の製品中の保存料として燃焼又は化学利用するために回収することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
分離反応槽（Ａ）内でバイオ反応から湿度パーセンテージを調整した後、フルクトース、フルクトース含有糖、副産物断片もしくは廃棄物、又は酵素によりフルクトースに変換されるグルコースを前記胃厩肥に添加することを特徴とする請求項１〜１２に記載の方法を利用する装置。
【請求項１４】
前記マンニトールを除去した後、前記処理液の残留分をプール、容器又は反応槽（Ｂ）に導入し、前記ｐＨ及び温度を前記プロピオン酸の生産に適したものとなるよう調整することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
微生物濃度を調整するための投与ポンプを備える播種発酵槽（Ｃ）から微生物接種材料を播種することを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記プロピオン酸は更に、他の有機酸、アルコール又は他の化合物に変換可能であることを特徴とする請求項１３〜１５の１項又はいくつかの項に記載の装置。
【請求項１７】
タンパク質分解の結果として胃厩肥又は他の廃棄物から形成されたアンモニウム塩は処理液から析出させて肥料とし、処理液残留分と共に、又は分離させて回収可能であることを特徴とする請求項１３〜１６の１項又はいくつかの項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
細菌代謝の結果として形成されるマンニトールは通常、フルクトース由来である。天然には、フルクトースは例えばヘミセルロース（例えば木質材料）、並びに果実など植物の多様な部位において見られる。従ってフルクトースを含む廃棄物及び副産物はマンニトール生産用の原料として非常に好適である。
【背景技術】
【０００２】
フルクトースはグルコースを含む原料（セルロース、デンプン等）からも形成することが可能である。例えば、トウモロコシ、大麦、ジャガイモ又は数種の他の植物由来のデンプンはアミラーゼ及びアミログルコシダーゼ酵素により分解してグルコースにし、その後、グルコースイソメラーゼ酵素により分解してフルクトースにすることが可能である。これは高フルクトースコーンシロップの生産に利用するプロセスである。高フルクトースコーンシロップは工業的に実行可能な製品になるように開発され、重要な甘味料となっている。それに応じて、様々な糖の工業用断片を酵素により加工することが可能になり、それに伴いそれらのフルクトース含有量及び個々の甘味価の増加も可能となる。
【０００３】
近年、ヒトの栄養物における成分及び甘味料としてフルクトースの健康有益性が疑わしくなっていることから、食品中にフルクトースを広範に使用することは控えられている。フルクトースは生体では肝臓においてのみ分解され、その使用が過剰になれば肥満になることが分かっている。
【０００４】
胃厩肥はウシ及び他の反芻動物における第１胃の中に形成される胃の内容物である。屠殺場では、胃厩肥の量はウシ１頭当たり約５０ｋｇである。従って、１日に２００頭の動物を屠殺する屠殺場では、１日に約１０トンの胃厩肥が収集されている。胃厩肥は当然ながら牛以外の屠殺からも生産されている。例えばコンポスト化するか、又はバイオガスを生産することによるこの廃棄物利用にはかなりのスペースが必要であり、よって高額な投資が必要となる。従って、迅速な生物工学的プロセスにより得られる経済的利点及び洗浄力強化が大きな意味を持つ。
【０００５】
胃厩肥微生物は他の屠殺動物の厩肥にも存在する。胃厩肥又は厩肥は異なる廃棄物処理プロセスにおいて他の廃棄物と併用することも可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
微生物を用いてマンニトールを生産する場合、使用する生産生物は通常、乳酸菌である。それらは安全な生産生物として知られているが、効率的にフルクトースをマンニトールに十分変換するために好適な菌株を見つけることは困難になる可能性もある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った方法を利用し、フルクトース又はフルクトースが豊富な廃棄物、副産物又は補足物を屠殺廃棄物に添加する。例えばウシ屠殺場では、実際に屠殺動物の第１胃内容物及び他の胃内容物であるいわゆる胃厩肥が大量にこの材料に含まれている。これは動物１頭当たり約５０ｋｇ形成される。
【０００８】
胃厩肥微生物又は他の微生物をそれらに添加することにより、プロセスに組み入れる他の様々な廃棄物材料を利用することが可能になる。
【０００９】
それらの共通の代謝を利用し、胃厩肥に含まれる第１胃の細菌叢は、廃棄物もしくは副産物内に存在するか又はそれらに添加されたフルクトースをマンニトールに変換することが可能である。同時に、乳酸菌は処理液のｐＨ値を低下させる乳酸塩を形成する。特定の乳酸菌、並びにラクトバチルス・キシローサス（Ｌａｃｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ  ｘｙｌｏｓｕｓ）、プロピオニバクテリウム・シャーマニ（Ｐｒｏｐｉｏｎｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ｓｈｅｒｍａｎｉ）及びプロピオニバクテリウム・アシヂプロピオニシ（Ｐｒｏｐｉｏｎｉｂａｃｔｅｒｉｕｍ  ａｃｉｄｉｐｒｏｐｉｏｎｉｃｉ）などの他の細菌を利用して乳酸塩はプロピオン酸塩、すなわちプロピオン酸に変換することが可能である。クロストリジウム・プロピオニクム（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ  ｐｒｏｐｉｏｎｉｃｕｍ）細菌はＬ‐アラニンからプロピオン酸、アセテート、アンモニア及び二酸化炭素を形成する。プロピオン酸形成のための最適ｐＨは、多くの場合６．５である。上述したこれらの生成物の他、当該プロセスでは数種の他の有機及び無機化合物が形成される。プロセス中に形成されたアンモニウム塩は処理液から析出させて回収し、処理液の残留分と共に肥料として使用するか、あるいは処理液から分離することも可能である。従って本発明に従った方法により、肥料は胃廐肥又は他の廃棄物から取得することも可能である。
【００１０】
第１胃の混合微生物集団又は混合培養液により、廃棄物材料又は副産物又は他の原料に見られるグルコースもマンニトールに変換できる。このことはグルコースが最初に酵素によりフルクトースに変換される必要がある。この場合、フルクトースシロップ（ＨＦＣＳ、高フルクトースコーンシロップ、ＧＦＳ、グルコース‐フルクトースシロップ、高フルクトーストウモロコシシロップ、グルコース／フルクトース）の生産に使用されるものと同じグルコースイソメラーゼ酵素が使用可能である。
【００１１】
実際には、ＨＦＣＳはデンプンが豊富な原料、主にトウモロコシから生産される。また、ジャガイモや穀物などの多くの他の植物は大量の植物デンプンを含む。以下の酵素が反応に関与する：
１．アルファ‐アミラーゼ（デンプンから短鎖オリゴ糖を形成する）
２．グルコアミラーゼ（オリゴ糖をグルコースに分解する）
３．グルコース‐イソメラーゼ（約４２％のフルクトース及び５０〜５２％のグルコース及び数種の他の糖類を混合物に変換する）。
【００１２】
上記に示した工業用酵素、又はグルコースを放出する他の工業用酵素により、必要に応じ、本発明に従った方法を利用してフルクトースを生産する。例えば乳酸菌により、フルクトースからマンニトールが更に得られる。従ってこのプロセスにより、多くのバイオマス、中間留出液及び廃棄物材料の付加価値が高められる。グルコースは、一般的にデンプン、セルロース及びヘミセルロースなどの天然材料に存在する分子構造体である。フルクトースは例えば、砂糖、果実及びベリー産業の廃棄物及び中間留出液において見られる。この場合、微生物細胞もしくは他の細胞、組織、細胞部分、又はそれらの類似物は、酵素又は酵素に取って代わる部位に加えて、あるいはそれらと共に生体触媒として機能する可能性もある。
【００１３】
健康、栄養及び慢性疾患に関連する近年の議論では、フルクトースの広範な使用における潜在的な有害性が提起されていることから生物工学的にフルクトースを更に別の有用な形態に精製することには利点がある。例として挙げたグルコースとは対照的に、フルクトースは身体細胞全体で代謝せず、肝臓でのみ代謝する。過剰量のフルクトースの使用は例えば、肥満及び腹部肥満のリスク、また更に脂肪肝及び他の肝疾患のリスクに関与している。マンニトールのエネルギー量はフルクトース、グルコース及び他の多くの分子と比較して大幅に低いが、例えば、添加物としてトローチ剤、チューイングガム、医薬品、パン菓子類等、並びに風味、清涼味等の製品品質を改善する甘味料中での使用では非常に価値がある。この点でもフルクトース、グルコース及び他の糖類をマンニトールに変換することは正当化されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の方法を実施するための装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
スクロース（グルコース及びフルクトースから成る）を屠殺廃棄物（胃厩肥等）に添加したところ、大量のマンニトールがその中に形成された。生物工学的プロセスで通常有益となる操作とは異なり、ｐＨを調整することも、一定のｐＨレベルに維持することもしなかった場合、収率は理論上最大濃度である約１８ｍｇ／ｍｌにまで近づいた。ｐＨレベルを５〜６．５に調整したところ、対応する生産レベルはわずか３ｍｇ／ｍｌであった。生物工学的プロセス中にｐＨレベルを調整せずに高濃度マンニトールが生成されたことは第１胃の正常な細菌叢の予想外の反応であった。マンニトールの生産プロセスを実施するためのモデルを図１に示す。
【００１６】
上述したように、ｐＨを調整又は安定化させない場合、乳酸塩の量が増加し、すなわち乳酸が処理液中に形成された。これを利用する手段の利点は、乳酸菌により乳酸をプロピオン酸塩へと変換することであり、プロピオン酸塩は高エネルギー量を有し、毛皮用家畜のための貯蔵牧草もしくは飼料として、他の動物用飼料として、又はヒトの栄養のための添加物又は保存料として使用できる。それは材木や構造物の劣化及び道路表面の凍結を防止するためにも使用できる。    
【００１７】
バイオマスをベースとする懸濁液又は液体を処理するための代替的方法には嫌気性アセトン‐ブタノール発酵がある。クロストリジウム菌の増殖はガス液又は処理液に二酸化炭素を導入することによって促進できる。培養物の増殖ではクロストリジウム菌は１００％二酸化炭素含量まで耐性があるため、この菌は反応を迅速に行うために利用できる。クロストリジウム菌を使用して酪酸及び吉草酸などの他の有機酸も生産可能である。
【００１８】
本発明に従った方法を利用する装置は、Ａ．マンニトール反応槽、Ｂ．プロピオン酸形成用の生産プール、及びＣ．種子発酵槽から構成される（図１）。
【図１】
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【国際調査報告】
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