ワカメ加工業における物質フロー解析とゼロエミッション化技術
藤井 紳一郎*・伊永 隆史*,**摘要本研究では、ワカメ養殖加工業から発生する芽株、茎、根などのワカメ未利用物について、その発生量などを明らかにすると共に、ワカメ加工業における物質収支フローチャートを作成した。物質フロー解析結果から、ワカメ未利用物は微生物分解が可能であると判断し、低環境負荷型生物分解システムを開発した。また、熱水抽出法及び炭酸ナトリウム溶解法を用い、ワカメ未利用物からの有効成分分離利用技術を開発した。特に、熱水抽出法により得られた抽出物の分析を行い、免疫賦活物質（β‑1,3‑グルカン）の含有が確認された。得られた免疫賦活物質について、バキュロウイルス感染クルマエビへの投与試験を行った結果、免疫賦活物質無投与区画では 20 日後に 100%死滅したのに対し、免疫賦活物質投与区画では最高 90%の生存率が確認された。実用化可能な免疫力向上性が確認されたため、クルマエビ養殖用餌への免疫賦活添加剤としての利用を検討した。その他、炭酸ナトリウム溶解法により得られた、粗繊維質成分への酵素（セルラーゼ）処理を行うことで、オリゴ糖生産を行った。
ワカメ未利用物からの有効成分分離及びその利用について検討し、ワカメ養殖加工で全国 3位の実績を誇る、徳島地域における同業種でのゼロエミッション化ネットワークの形成と、その可能性を示した。同時に、熱水抽出法により得られる免疫賦活物質のクルマエビ等養殖用餌添加剤としての利用を前提に、全国的なゼロエミッション化ネットワークの構築についても検討した。
キーワード：ゼロエミッション，ワカメ，物質フロー，生物分解，免疫賦活物質

1. はじめに
ワカメは日本人一人あたり年間約 2kg を消費し、そ物等の物質収支フローを解析し、ワカメ未利用物ののほとんどが養殖で生産されている。ワカメ養殖・低環境負荷型生物分解システムを開発する。また、加工業は全国各地で展開されているが、ワカメは特未利用物からの有効成分分離技術を開発し、利用形に岩手、宮城、徳島の 3 県を中心に生産されている態を検討することにより、徳島地域内における同業

1,2)。全国第 3 位の生産量を誇る徳島県でのワカメ養種でのゼロエミッション化について検討する。さら殖・加工業は、表 1 に示すように徳島県内の重要なに、他地域を含めた徳島地域内外でのゼロエミッシ

地場産業として根付いている 2,3)。ワカメの食用部はョン化のネットワーク構築を試みる。

主に葉部であり、茎や芽株についてはごく一部を生

表 1 全国ならびに徳島県内のワカメ養殖業の状況(1996 年)や佃煮として利用するのみである。根に関しては全く利用されておらず、茎、芽株と同様に未利用物と項目して収穫期に大量発生するので、業者はその処理問

海面漁業・養殖業 (経営体)

題に苦慮している。1980 年のロンドン・ダンピング

海面漁業・養殖業 (人)
海面養殖業
海面養殖業

条約批准に伴い、ワカメ未利用物は陸上での処理を

全国

徳島県

全国比

163,169

2,6741.6%

301,420

4,3301.4%(生産量:t)1,314,551

23,8731.8%(生産額:百万円)

573,936

8,797

1.5%

余儀なくされたが、一部管理区画での埋め立て以外

ワカメ養殖業 (生産量:t)

99,571

12,69812.8%

有効な解決策は講じられていない。

ワカメ養殖業 (生産額:百万円)

16,527

2,15913.1%

ワカメ養殖業 (経営体)9,0665055.6%

本研究ではワカメ養殖加工業から発生するワカメ未利用物について、ワカメ加工工程における未利用

2000 年 月 日受付、2000 年月日受理＊徳島大学大学院工学研究科、〒770‑8506 徳島県徳島市南常三島町 2‑1＊＊徳島大学総合科学部、〒770‑8502 徳島県徳島市南常三島町 1‑1

通しのみ）、塩蔵、乾燥、カット乾燥などされて出荷される。茎部はごく一部分を佃煮などの加工品として出荷されるが、芽株、根へ隣接する比較的太い部
ワカメ養殖は 1965 年頃から開始され、現在では年位は未利用である。芽株は全体の数%が生で出荷され間およそ 10 万ﾄﾝが国内で生産されている。天然ワカるが、多くは未利用か、さらに成長させて次世代のメの生産量は 1965 年当時、5.6 万ﾄﾝであったが年々胞子源として用いられる。根部には小生物や夾雑物減少し、1998 年には 3000 ﾄﾝを下回り、現在ではほと1,2)が多く含まれ、全く利用されていない。ワカメ塩蔵んどが養殖産である 。国内のワカメ消費量は約 20
加工法を例に挙げ、未利用物発生状況及びワカメ部万ﾄﾝであり、不足分は韓国、中国などからの輸入で位ごとの全リン量(T‑P）、全窒素量(T‑N）、全有機炭補っている。また、ワカメ養殖は全国各地で展開さ素量(TOC)について測定を行い、物質収支フローチャれているが、岩手、宮城、徳島が三大生産地であり、ートとしたものを図 1 に示す。未利用物は主にワカ3 県での生産量は全体の 80%以上を占める。これら 3県における生産量順位は過去 10 年間では不動であり、 メ採取後の部位選別時に発生する。芽株、茎、根についてはそのほとんどが利用されず、全体での未利やや減少傾向であるが定常的な生産性を示している
3)
用物発生量を推測すると、国内で年間約 20 万ﾄﾝ以上。
が発生していると試算される。図 1 の物質収支フロ
3. ワカメ加 工 業 における 物 質 フロー 解 析 と未 利
ーより、未利用物は炭素源だけでなく、リンや窒素用 物 の生 分 解 システム源を適度に含むが、塩蔵工程をほとんど経ないため、過剰の塩分は含まれていない。よって、ワカメ未利用物は生物分解条件に対して適度な栄養素を有し、3.1 ワカメ加 工 業 における物 質 フロー解 析分解可能であると見なされる。また、水揚げ直後のワカメ未利用物の大部分は水分で占められており、ワカメは葉、茎、胞子葉（芽株）、根の各部位から固形分としては数％の含有率である。
成り、全長約 2m 程に成長した成葉体が収穫される。
食用として用いられるのは主に葉部であり、生（湯2. ワカメ生 産 量 の変 遷 と主 要 産 地

葉、茎、芽株、
根 0.57t
ワカメ収穫選 別T-P:0.16, T-N:0.60,TOC:2.79

1.0t

葉、茎、芽株、
根 0.56t
未利用部分
T-P:0.15, T-N:0.56,TOC:2.73

0.57t

選 別葉、茎 0.43t
T-P:0.25, T-N:0.69, TOC:3.50
煮沸海水 1.6t

煮 沸煮沸海水
1.6t

冷 却

冷却海水
3.6t

塩 蔵

水 分 0.23t
塩 分 0.13t

調 製

加工くず 0.01t

葉、茎 0.43t
T-P:0.25, T-N:0.69, TOC:3.50
冷却海水 3.6t
葉、茎 0.43t
T-P:0.25, T-N:0.69, TOC:3.50
岩塩 0.2t

葉、茎 0.27t
T-P:0.22, T-N:0.83, TOC:2.09

葉、茎 0.26t
T-P:0.21, T-N:0.80, TOC:2.01
塩蔵ワカメ
0.26t

芽株 0.01t
T-P:0.01, T-N:0.04, TOC:0.06
生メカブ
0.01t

T-P, T-N, TOC：(kg)

図 1 ワカメ養殖・加工業における物質収支フローチャート

Na2CO3

ワカメ投入

100kg/d
洗浄槽

0.5 kg/d
混合槽

0.75m3

汚泥返送

30.1m30.75m

粗繊維分離槽0.65 m3/d
洗浄水

任意選択

嫌気槽

好気槽

二次処理槽

沈殿槽

3.0m3

4.0m3

3.5m3

0.4m3

粗繊維質

酸化処理槽

排 水

図 2 ワカメ未利用物の生物分解システム

3.2 ワカメ未 利 用 物 の生 分 解 処 理 による 分 解 システム
ワカメ未利用物の低環境負荷型処理技術として、微生物利用の分解システムを構築した。パイロットプ
ラントは総容量 13.9m3、滞留時間は約 2 週間であり、その全処理工程を図 2 に示す。洗浄後のワカメは炭酸ナトリウム添加により、溶解部と粗繊維質とに分離される。粗繊維質の回収は任意であるが、溶解することにより生のままでは困難であった粉砕が容易になるため、炭酸ナトリウム添加はワカメ投入ごとに行われた。炭酸ナトリウム添加濃度は投入するワカメに対し、0.5%(w/w)程度とする。溶解・粉砕された投入物は嫌気、好気、二次処理槽へと送られ、凝集沈殿及び酸化処理後排出される。日投入量 100kg
で行った際の処理状況では、投入時に COD:1200ppm、BOD:900ppm、TOC:900ppm、T‑N:120ppm、T‑P:30ppm 程度を示す。投入時高濃度であった各指標値が、凝集沈殿処理前では COD を除いて排水基準値以下となる。
また、COD は凝集沈殿により排水基準値を下回り、さらに、次亜塩素酸処理を施すことで 10ppm 程度まで低減でき、本システムが分解システムとして利用可能と判断した。

4. 実験方法
4.1 炭 酸 ナ ト リ ウ ム 溶 解 法 に よ る ワ カ メ 未 利 用 物の溶 解 成 分 と粗 繊 維 質 の分 離 方 法
ワカメ表皮主成分のアルギン酸は、海水中では不水溶性のカルシウム塩として存在するが、過剰の炭酸ナトリウムを添加することで、水溶性のアルギン酸ナトリウムとなり、工業的なアルギン酸塩の回収法として用いられている 4)。特に、芽株、茎、根の部分は、中心部に粗繊維質を含むため、炭酸ナトリウムの添加により、可溶性の表皮形成部・内部構造体等と不溶性の粗繊維質とに分離することが可能となった。

4.2 熱 水 抽 出 法 に よ る ワ カ メ 未 利 用 物 か ら の 免疫 賦 活 物 質 の分 離 方 法
熱水を用いた抽出により、水溶性多糖類である免疫賦活物質の分離を行う。ワカメ未利用物は芽株、茎部、根部に分割し、温風乾燥器により水分率 10%以下まで乾燥させ粉砕する。粉砕物へ水を添加し、100℃で 2 時間の抽出後、抽出残渣を濾過して上澄を免疫賦活物質とする。免疫賦活物質分離およびウイ
ルス感染クルマエビへの投与試験の一部については、水産大学校の協力を得た 5)。

4.3 熱 水 抽 出 物 中 の免 疫 賦 活 物 質 の分 析 方 法
ワカメ未利用物の熱水抽出により得られる免疫賦活物質として、水溶性多糖であるβ‑1,3‑グルカンに着目し分析を行う。分析サンプルとしては、ワカメ芽株、茎部、根部に分割した各乾燥粉砕物からの熱水抽出で得られた抽出物を用いる。旧来の分析には多段の操作が必用であったため、実用化に有効で簡易な酵素利用分析法を適用する。ここでは、酵素反応により生じるβ‑1,3‑グルカンの酵素反応生成物

をジアゾ化し、545nm にて吸光測定を行う。本反応は質（粗繊維質）に対し、約 8%の含有率でセロビオー
基質特異性が高いが、空気、水中に存在する真菌類
スを生産でき、約 20%の含有率でグルコースを生産すの細胞壁成分の汚染を受けやすく、使用ガラス器具ることが可能となった 11)。
は全て 250℃乾熱滅菌し、希釈には滅菌蒸留水を用い、表 2 炭酸ナトリウム溶解法での分離画分中の多糖類滅菌チップを用いるなどの汚染対策を施して測定を行う。
画分

4.4 免 疫 賦 活 物 質 によるウイルス感 染 クルマエビに対 する免 疫 賦 活 効 果 の評 価 方 法
可溶部

芽株、茎、根の各ワカメ未利用物から熱水抽出により得た免疫賦活物質について、温風乾燥後粉末化させた後、餌と混合してペレット状に成形する。バキュロウイルス感染クルマエビ（15 尾、4 群）に対してペレット状餌の経口投与を行い、20 日後の死滅率を比較する。免疫賦活物質無投与区画を設定し、対照として比較する。また、ワカメ各部位の熱水抽出物中に含まれるβ‑1,3‑グルカン分析結果をもとに、各投与物中免疫賦活物質含有率とウイルス感染クルマエビの死滅率との関係を検証する。

5. 結 果 及 び考 察
5.1 炭 酸 ナトリ ウム 溶 解 法 によるワ カメ 未 利 用 物の溶 解 成 分 と粗 繊 維 質 の分 離
炭酸ナトリウム溶解法においては、過剰の塩化ナトリウムの存在により溶解が阻害されるため、塩蔵加工品については流水による脱塩が必用であった。
また、20℃以下では反応が極端に遅延するため加温が必用である。湯浴（80℃）中にて炭酸ナトリウム0. １ %(w/w) 以 上 の 添 加 に よ り 溶 解 が 進 行 し 、1.0%(w/w)では約 10 分で溶解が完了した。溶解時のpH は 11 程度であり、生物分解可能な範囲であった。
溶解状況には部位差が生じ、葉部は全て溶解し、茎部では溶解部と粗繊維質はほぼ同量得られた。芽株は 8 割程度溶解し、根部は 1 割程度溶解した。溶解
部分の多糖類成分はアルギン酸を主とし、可溶性フ
コイダン、β‑1,3‑グルカン（ラミナラン）である 7)。
粗繊維質については JIS 変法 8‑10)を用い全セルロースについて分析した結果、乾燥粗繊維質中の 70%(w/w)
を占めることが確認された。ワカメ未利用物から得られた溶解部分及び、粗繊維質中の各成分については表 2 に示す。粗繊維質中セルロースについては、得られた粗繊維質を乾燥粉末化し、緩衝液中にてセルラーゼ反応を行うことで、オリゴ糖（セロビオース）生産が確認された。この反応において、反応基画分中多糖不溶部

含有率(%)

粗アルギン酸39.7

粗フコイダン24.9

β-1,3-グルカン

0.47

全セルロース

69.8

5.2 熱 水 抽 出 法 に よ る ワ カ メ 未 利 用 物 か ら の 免
疫 賦 活 物 質 の分 離乾燥したワカメ未利用物からの熱水抽出により、上澄と繊維質を中心とする残渣が得られた。免疫賦活物質は水溶性であるため上澄中に存在する。濾過後の上澄を乾燥させ秤量し、抽出前の乾燥未利用物の重量比で約 10%の免疫賦活物質が得られた。粉末化した免疫賦活物質はウイルス感染による死滅率検証に用いるため、クルマエビ用餌と混合してペレット状に形成された。

5.3 熱 水 抽 出 物 中 の免 疫 賦 活 物 質 の分 析
乾燥ワカメ未利用物の各部位から得た、熱水抽出物中の免疫賦活物質（β‑1,3‑グルカン）について分析を行った。得られた結果を表 3 に示す。芽株、茎、根の各抽出物よりβ‑1,3‑グルカンが検出されたが、芽株からの抽出物に最も多くのβ‑1,3‑グルカンが含まれ、茎、根と比較して８倍程度の含有量が確認された。

表 3 ワカメ熱水抽出物中β-1,3-グルカン部位

β-1,3-グルカン(mg/g)

芽株4.7

茎0.5

根0.7

5.4 免 疫 賦 活 物 質 によるウイルス感 染 クルマエビに対 する免 疫 賦 活 効 果
免疫賦活物質混合餌の経口投与による、バキュロウイルス感染クルマエビへの免疫賦活効果を検証した。投与した餌に含まれる各抽出物中β‑1,3‑グルカ

ン含有率と 20 日後の死滅率との関係を図 3 に示す。
対照として設けた免疫賦活物質無投与区画では、100%死滅したのに対し、各部位の免疫賦活物質投与区画では死滅率が減少した。死滅率はβ‑1,3‑グルカン含有率に依存し、最も高い含有率である芽株抽出物投与区画では 90%が生存し、バキュロウイルスに対する有効な免疫賦活効果が示された。

900.3

死滅率(%)
β‑1,3‑ｸﾞﾙｶﾝ含有率(%)

0.25

80

死滅率(%)

700.2600.1550400.13020

β‑1,3‑グルカン含有率(%)

100

集するが、他の海面養殖業の数は全国比で下位に位置している。前述のモデル例を徳島県内に適用すると、徳島県全体で年間約 32 ﾄﾝの免疫賦活物質が生産されるが、徳島地域内のみでの免疫賦活物質利用ネットワークでは約 1/8 しか消費できない。ワカメ養殖業は東北地域、徳島地域でそのほとんどを生産しており、未利用物発生状況も同様である。しかし、免疫賦活物質を利用する可能性のある養殖業者は全国に点在している。したがって、実際の利用の際には廃棄物処理関連法の規制や、地域外（徳島県外）への移送による輸送コスト等の面で困難な問題が多い。未利用物の地域外移送を進めるには法規制が障害となる。
徳島県内北灘漁協
ワカメ収穫0.05

10

ワカメ原藻

0
芽株抽出物 茎抽出物

根抽出物

選 別無投与図 3 ウイルス感染クルマエビへのワカメ熱水抽出物投与による死滅率とβ-1,3-グルカン含有率の関係

葉、茎、芽株

5600t

0ワカメ
加工製品

1500t

未利用物
水分4100t
乾 燥

5.5 地 域 内 ゼロエミッショ ン化 のネットワーク構 築の試 み

乾燥未利用物

地域内ゼロエミッション化として、徳島地域内のワカメ養殖加工漁協をモデルとし、他産業とのネットワーク構築を試みた。資源化対象として、主にワカメ茎、芽株部分を中心とした未利用物を適用し、熱水抽出法により得られる免疫賦活物質を有価物とした。徳島県は 1998 年当時で全国第３位のワカメ生産県であり、全国の養殖ワカメ生産量約 7.1 万ﾄﾝのうち 1.0 万ﾄﾝで、約 14 %の生産量を占めている。図1 に示す物質収支フローチャートと現地調査から、徳島県におけるワカメ未利用物は年間約 2.5 万ﾄﾝ発生していると推測され、ロンドン条約施行前の 1980 年当時はその大部分が海洋投棄により処分されていたものと思われる。徳島県内における養殖ワカメ生産は約 10 の漁業協同組合(漁協)単位で統括されているが、ここではモデルとして、ワカメ年間生産量約 1500ﾄﾝ、徳島県下最大規模の北灘漁協を対象として検討した。その結果、ワカメ加工工程の選別時に発生する、未利用物（乾燥重量で年産 41 ﾄﾝ）の熱水抽出による免疫賦活物質のクルマエビ養殖用餌添加剤として、地場企業数社を交えたゼロエミッションネットワーク構築の可能性が示唆された（図 4）。しかし、
表 1 に示すように徳島県内にはワカメ養殖業者が密水分4059t

水分

免疫賦活物質41t
熱水抽出4t

免疫賦活物質残渣36t
抽出残渣

ゼロエミッション化モデル：
徳島県北灘漁業協同組合
年間ワカメ生産量：1500t

養殖用餌添加物

クルマエビ養殖
徳島県内養殖業者＜4t

図 4 徳島県地域内ゼロエミッション化ネットワーク
5.6 地 域 外 持 ち出 しを含 むゼロエミッションネット
ワーク構 築 の展 望
ワカメ未利用物から熱水抽出で得られる免疫賦活物質は、クルマエビのみならず、ブリ、ヒラメ、ニジマス、ウナギなどの養殖漁業においても高い免疫賦活効果を示している 5)。一般的に養殖漁業においてはウイルス感染による死滅を防ぐため、通常、養殖餌には抗生物質を多量に添加しているが、この種の免疫賦活物質は抗生物質の代用品としての機能を十分有する。しかし、養殖漁業は全国各地で展開されており、徳島地域内のみでのワカメ未利用物からの免疫賦活物質生産量だけでは、全国的な要求量に応えることは困難である。一方、ワカメ未利用資源が豊富に存在する東北地域でも、地域内のみでは免疫賦活物質を消費しきれず、芽株、茎部、根部から構成されているワカメ未利用物の全国的な集中管理が必要となる。国内のワカメ生産は約 40 %を岩手県が、約 30 %を宮城県が占め、中国四国地域を合わせると全体の約 90%を占める。東北、中国四国地域でのワカメ未利用物の生産管理を行いながら、熱水抽出法の適用により、免疫賦活物質を抗生物質代用品として実用化できる可能性が、本研究により示唆された。
しかしながら、熱水抽出後に凍結乾燥して得られた物質は有価物として輸送制限を受けないが、産業廃棄物については廃棄物処理法によって地域外への輸送が厳しく制限されているため、無価値であるワカメ未利用物自体の生産管理及び輸送システムについては地域外ネットワークを構築することが困難との判断に至った。したがって、地域外へのワカメ未利用物の輸送を容易にするゼロエミッションネットワークを構築可能にするためには、ゼロエミッション化目的に限定した未利用資源の他産業有効利用を可能にする輸送管理システムが必要である。すなわち、ワカメ養殖の主要産地である東北地域及び中国四国地域間で相互移動を容易にするような特例的な政策対応が求められる。

謝辞
本研究の一部は、文部省科学研究費補助金特定領域研究(A)により行われた。また、本研究の一部は、東京大学大学院農学生命科学研究科山崎素直教授、同大久保明助教授、工業技術院四国工業技術研究所廣津孝弘室長、水産大学校高橋幸則教授の協力を得て行われた。ここに記して謝意を表する。

文献

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Wakame (Undaria pinnatifida). Journal of Food
Composition and Analysis, 13(5), 865-871.

Analysis of Material Flow and Design of Zero-emission Technology inProduction Process of Wakame (Undaria pinnatifida)
Shin-ichiro FUJII * and Takashi KORENAGA *, **(*Graduate School of Engineering, University of Tokushima, Minami-josanjima
2-1, Tokushima 770-8506, Japan,**Faculty of Integrated Arts and Sciences, University of Tokushima, Minami
josanjima 1-1, Tokushima 770-8502, Japan)

Abstract
The materials flow in the production process of the Wakame seaweed
cultivation was analyzed. Unused materials, which were decomposed withmicroorganisms, are wasted more than 200000 ton/year in Japan, and the pilot
decomposing system was proposed. Some usable materials found in the unused
parts of Wakame were prepared by two extraction methods. Crude fiber unit,
which included about 70% of total cellulose, was obtained by dissolving methodwith Na 2 CO 3. Then immunopotentiative material was recovered by hot waterextraction method, and β -1,3-glucan was analyzed by a simple analyticalmethod. This material is effective to cultivate the prawns and other fishes. The
zero emission networks in Tokushima area was planed based on theimmunopotentiative material for prawn cultivation. The network was also
expanded to all of Wakame cultivation area in Japan, and a new policy forcreating zero emission networks was suggested.
Key Words: wakame seaweed, unused materials flow, biodegradation,
immunopotentiative material, zeroemission