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技術 茶滓含有排水の可溶化方法

出願人 大阪瓦斯株式会社
発明者 松下功坪田潤
出願日 2012年3月7日 (8年9ヶ月経過) 出願番号 2012-050809
公開日 2013年9月19日 (7年3ヶ月経過) 公開番号 2013-184107
状態 拒絶査定
技術分野 汚泥処理
主要キーワード 飲料工場 可溶化性能 ゼロエミッション 再利用化 可溶化能力 コンポスト処理 使用効果 発酵阻害
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年9月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

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課題

茶滓を効率よく可溶化する方法を提供すること。

解決手段

茶滓含有排水ペクチナーゼおよびプロテアーゼを主成分とする酵素処理液を添加する。

概要

背景

飲料工場等から大量の茶粕等のバイオマス廃棄物が発生している。従来このような廃棄物の大部分はコンポスト処理あるいは焼却処理されている。

コンポスト処理においては、毎日大量に発生するバイオマス廃棄物をコンポスト処理するための広大敷地と安定的な受け入れ先の確保が難しい。焼却処理においては、バイオマス廃棄物が水分を含有するため多量の焼却エネルギーが必要であり、さらにその他の廃棄物との混合焼却に伴うダイオキシン発生のおそれがあるため、経済的ではなくまた環境保護の点から好ましくない。このためバイオマス廃棄物の処理には改善が求められている。

そこで、これらバイオマス工場から安定した量が排出されること、他の一般廃棄物別個に排出されることから異物混入がなく品質が安定していること、さらに臭気が少ないといった特徴が着目され、近年のゼロエミッション等の廃棄物の複合有効処理思想の高まりをも受けて、より効率のよい処理方法が模索されてはじめている。たとえば、廃棄物を生ゴミと混合して堆肥化する処理方法や、炭化処理して活性炭として利用する再利用処理方法などの再利用化が研究されている(たとえば特許文献1)。

また、このような廃棄物をメタン発酵してメタンガスを得る試みもなされている(たとえば特許文献2)。

概要

茶滓を効率よく可溶化する方法を提供すること。茶滓含有排水ペクチナーゼおよびプロテアーゼを主成分とする酵素処理液を添加する。なし

目的

本発明は上記実状に鑑み、上記バイオマス廃棄物のうち特に茶滓に焦点絞り、茶滓を効率よく可溶化する方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

茶滓含有排水ペクチナーゼおよびプロテアーゼを主成分とする酵素処理液を添加する茶滓含有排水の可溶化方法

請求項2

前記酵素処理液がさらにセルラーゼを含有する請求項1に記載の茶滓含有排水の可溶化方法。

技術分野

0001

本発明は、飲料工場等から排出される茶滓含有排水可溶化する方法に関する。

背景技術

0002

飲料工場等から大量の茶粕等のバイオマス廃棄物が発生している。従来このような廃棄物の大部分はコンポスト処理あるいは焼却処理されている。

0003

コンポスト処理においては、毎日大量に発生するバイオマス廃棄物をコンポスト処理するための広大敷地と安定的な受け入れ先の確保が難しい。焼却処理においては、バイオマス廃棄物が水分を含有するため多量の焼却エネルギーが必要であり、さらにその他の廃棄物との混合焼却に伴うダイオキシン発生のおそれがあるため、経済的ではなくまた環境保護の点から好ましくない。このためバイオマス廃棄物の処理には改善が求められている。

0004

そこで、これらバイオマス工場から安定した量が排出されること、他の一般廃棄物別個に排出されることから異物混入がなく品質が安定していること、さらに臭気が少ないといった特徴が着目され、近年のゼロエミッション等の廃棄物の複合有効処理思想の高まりをも受けて、より効率のよい処理方法が模索されてはじめている。たとえば、廃棄物を生ゴミと混合して堆肥化する処理方法や、炭化処理して活性炭として利用する再利用処理方法などの再利用化が研究されている(たとえば特許文献1)。

0005

また、このような廃棄物をメタン発酵してメタンガスを得る試みもなされている(たとえば特許文献2)。

先行技術

0006

特開平2003−325044公報
特開平2007−326070公報

発明が解決しようとする課題

0007

このような廃棄物は固形成分が硬質であるとともに、生分解されにくいという特徴があり、このような廃棄物をいかにして可溶化し、メタン発酵可能な状況にさせるかが大きな課題となっていた。

0008

そこで、本発明は上記実状に鑑み、上記バイオマス廃棄物のうち特に茶滓に焦点絞り、茶滓を効率よく可溶化する方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

茶滓を構成する材料の主成分がセルロースであることを踏まえ、茶滓を可溶化する際に、一般的にはセルラーゼを主成分とする酵素処理液を添加して茶滓を構成する材料の成分を分解低分子化することが考えられるが、本発明者らが研究した結果、この方法はあまり有効なものではないことが明らかになった。そこでさらに、本発明者らが鋭意研究した結果、意外にも、ペクチナーゼおよびプロテアーゼを主成分とする酵素処理液が茶滓の可溶化に有効であることを新たに明らかにした。本発明は、この新知見に基づくものである。
〔構成1〕
上記目的を達成するための本発明の特徴構成は、茶滓含有排水にペクチナーゼおよびプロテアーゼを主成分とする酵素処理液を添加する点にある。
作用効果1〕
本発明者等は、前記茶滓の構成材料は、セルロース、リグニンが60%(質量%を示す。以下同じ)以上を占めるのに対して、たんぱく質成分も40%程度含有することがわかり、セルラーゼによる分解低分子化のみならず、プロテアーゼによる分解低分子化が有効である可能性があるものと予測し、さらに、たんぱく質成分に占めるペクチン量も約3.3%程度含まれていることに着目し、ペクチナーゼについても検討し、種々条件下で茶滓の可溶化試験を行ったところ、意外にもペクチナーゼを用いた場合に、セルラーゼを用いるよりも有意に高い可溶化能力を示すことを見出した。

0010

すなわち、茶滓を可溶化する際には、最も優先的に用いるべき酵素はペクチナーゼ、次にプロテアーゼの順であることを明らかにすることができた。そして、これら両成分が主成分として含まれる酵素処理液が、きわめて高い可溶化率を達成するうえで有効であることを明らかにした。換言すると、ペクチナーゼおよびプロテアーゼを主成分とする酵素処理液の添加により、きわめて効率的に茶滓の可溶化をおこなうとともにメタン発酵を実行させることができることがわかった。

0011

なお、本発明において「主成分とする」という場合、他の有効成分を含んでいてもよいが、他の成分に比して可溶化のためによく働く成分として含んでいることを意味し、含有割合によらず、主に機能する成分として含まれていればよいものとする。

0012

〔構成2〕
また、前記酵素処理液がさらにセルラーゼを含有することが好ましい。

0013

〔作用効果2〕
また、追加の実験によると、セルラーゼ、ペクチナーゼ、プロテアーゼを含む酵素処理液によれば、茶滓構成成分の大部分を効率よく分解しうることを明らかにすることができ、このような構成により、きわめて効率的に茶滓の可溶化をおこなうとともにメタン発酵を実行させることができることがわかった。

発明の効果

0014

したがって、きわめて効率的に茶滓の可溶化をおこなうとともにメタン発酵を実行させることができるようになり、従来、茶滓の処理をおこなう場合に、大規模可溶化槽およびメタン発酵槽を用いる必要があったところ、コンパクトにかつ省エネルギーで茶滓を可溶化するとともに、メタン発酵が可能になるので、廃棄物の効率的な処理の観点できわめて有用であるといえる。

実施例

0015

以下に、本発明の茶滓含有排水の可溶化方法を説明する。なお、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。

0016

〔茶滓含有排水の可溶化方法〕
本発明の茶滓含有排水の可溶化方法は、飲料工場等から排出される茶滓含有排水を一時貯留する貯留槽に、ペクチナーゼおよびプロテアーゼを主成分とする酵素処理液を添加する工程をおこなうものである。酵素処理液を添加された茶滓含有排水は、前記貯留槽内で可溶化された後、メタン発酵槽にてメタン発酵に供される。

0017

前記酵素処理液は、ペクチナーゼおよびプロテアーゼを主成分とするとともに、さらに、セルラーゼを含有してもよく、その他成分を含有してもよい。

0018

〔酵素処理液による可溶化試験〕
茶滓含有排水に種々の酵素を添加した反応の効率を調べた。
試験は、茶滓含有排水に種々の酵素を順次添加することにより、CODが上昇する度合いをもとめ、その酵素の可溶化能力として評価した。

0019

乾燥茶滓(水分含量10%)1.5gを50mlの50mMリン酸緩衝液(pH7.0)に添加して、茶滓含有排水とした。この茶滓含有排水に、順次、セルラーゼ、アミラーゼ、プロテアーゼ、ヘミセルラーゼリパーゼ、ペクチナーゼを添加した。

0020

添加する酵素は、市販の酵素液である。可溶化反応は、前記酵素を4.5μl添加して、50℃、150rpmの振とう培養器の中で一夜ずつ行った。反応後、前記培養器註のCODを測定し、順次酵素を追加して可溶化反応をおこなった。酵素液の性状を以下表1に示すとともに、試験結果を表2に示す。

0021

0022

0023

表2中「累積使用」とあるのが、酵素を記載順に順次添加した状態での試験結果、(たとえば、上表中、1204とあるのは、茶滓含有排水にセルラーゼを添加して可溶化試験を一夜行った後、アミラーゼを添加してさらに一夜可溶化試験を行った場合のCOD測定結果を示している。)「追加効果」とあるものは、累積使用された酵素によるCOD量に対して、新たに追加された酵素によって増加したCODを求めた試験結果をさす。(たとえば上表中、+3310とあるのは、4514−1204を求めた数値であって、茶滓含有排水にセルラーゼおよびアミラーゼを添加した可溶化試験で生じたCODに対して、さらにプロテアーゼを添加して可溶化試験を行ったときに、新たに増加したCOD量に該当する。)

0024

セルラーゼをベース酵素として、上記の酵素を順次追加添加して可溶化性能を行った結果、アミラーゼ、リパーゼの添加は、CODの増加にあまり寄与していなかったが、プロテアーゼ、ペクチナーゼの添加は、CODの増加量に大きく寄与していることがわかり、プロテアーゼ、ペクチナーゼの添加が茶滓の可溶化に有効であることが明らかになった。(最終的に78%の可溶化率)

0025

また、上記試験を受け、各酵素単独での酵素活性を調べたところ、表3のようになった。

0026

0027

表3より、ペクチナーゼは単独でもセルラーゼに比べてきわめて高い可溶化能力を発揮することがわかり、表2の結果に対応するものとなっていた。また、プロテアーゼに関しても、セルラーゼよりも高い可溶化能力を発揮することが明らかになるとともに、表2と対比すると、これらの酵素は互いに干渉しあわず、効率よく茶滓を可溶化していることも読み取れる。(アミラーゼとセルラーゼとの間には発酵阻害が発生しており、リパーゼの作用は、セルラーゼ、プロテアーゼと重複しており、追加効果が単独使用効果に比べて低いものと考えられる。)
また、セルラーゼについても、プロテアーゼ、ペクチナーゼの添加についで高い活性を示し、プロテアーゼ、ペクチナーゼと併用することにより、効率の高い可溶化に寄与することが確認できた。

0028

したがって、本願で提案するように、茶滓含有排水にペクチナーゼおよびプロテアーゼを主成分とする酵素処理液を添加することが茶滓の可溶化に大きく寄与し、さらにセルラーゼを含有することが好ましいことがわかった。

0029

本発明によると、コンパクトにかつ省エネルギーで茶滓を可溶化するとともに、メタン発酵が可能になるので、廃棄物の効率的な処理が可能となる。

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