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技術 茶滓ボードの製造方法および茶滓ボード

出願人 大阪瓦斯株式会社
発明者 松下功坪田潤木内龍彦角田惇長田剛和
出願日 2015年3月20日 (5年9ヶ月経過) 出願番号 2015-058175
公開日 2016年10月6日 (4年2ヶ月経過) 公開番号 2016-175325
状態 拒絶査定
技術分野 繊維板等の乾式成形
主要キーワード ポリプロピレン系接着剤 植物系廃棄物 ポリエチレン系接着剤 繊維質成分 成形強度 ユリア樹脂系接着剤 残渣成分 はく離強さ
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(2016年10月6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

図面 (3)

課題

がらを効率的に有効利用できる技術を提供することを目的とし、より具体的には、茶がらを用いて成形強度の高い木質ボードを製造する方法を提供する。

解決手段

茶がらを主成分とする植物系廃棄物を、少なくともプロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤による可溶化処理を行い、不溶残渣成分を乾燥処理後、加熱加圧成形処理する。

概要

背景

日本で年間8万トン上生産される茶葉の一部は、茶系飲料の製造に供され、飲料製造工場から抽出残渣として大量のがらが発生する。ところが、飲料製造工場から大量に排出される茶がらは、かなりの部分が堆肥化或いは焼却等によって廃棄処理されている現状である。

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用エネルギーが必要なため、経済的ではなく好ましくない。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1参照)。

これに対して、本願出願人は、たとえば茶がらのような植物系廃棄物を主成分とするバイオマスから効率よくバイオガス生産する技術を提供する目的で、バイオマス含有排水受け入れる受け入れ部を設けるとともに、バイオマス含有排水を可溶化する可溶化槽を備えるとともに、可溶化されたバイオマス含有排水をメタン発酵するメタン発酵槽を備えたメタン発酵装置を提案している(たとえば特許文献2、3参照)。

また、茶がらそのものをボード等の成形品として再利用することも検討されており、廃棄処理される茶がらの減容化が試みられている(たとえば特許文献4、5参照)。

概要

茶がらを効率的に有効利用できる技術を提供することを目的とし、より具体的には、茶がらを用いて成形強度の高い木質ボードを製造する方法を提供する。茶がらを主成分とする植物系廃棄物を、少なくともプロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤による可溶化処理を行い、不溶残渣成分を乾燥処理後、加熱加圧成形処理する。

目的

これに対して、本願出願人は、たとえば茶がらのような植物系廃棄物を主成分とするバイオマスから効率よくバイオガスを生産する技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

がらを主成分とする植物系廃棄物を、少なくともプロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤による可溶化処理を行い、不溶残渣成分を乾燥処理後、加熱加圧成形処理する茶滓ボードの製造方法。

請求項2

前記不溶残渣成分に接着剤成分を添加して加熱加圧成形処理を行う請求項1に記載の茶滓ボードの製造方法。

請求項3

前記酵素剤がセルラーゼを含有する請求項1または2に記載の茶滓ボードの製造方法。

請求項4

前記不溶残渣成分に木質材料質量比で5%〜50%配合して加熱加圧成形処理する請求項1〜3のいずれか一項に記載の茶滓ボードの製造方法。

請求項5

請求項1〜4のいずれか一項に記載の茶滓ボードの製造方法により製造された茶滓ボード。

技術分野

0001

本発明は、がらを酵素処理した後に得られる茶滓を利用した茶滓ボードの製造方法および茶滓ボードに関する。

背景技術

0002

日本で年間8万トン上生産される茶葉の一部は、茶系飲料の製造に供され、飲料製造工場から抽出残渣として大量の茶がらが発生する。ところが、飲料製造工場から大量に排出される茶がらは、かなりの部分が堆肥化或いは焼却等によって廃棄処理されている現状である。

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用エネルギーが必要なため、経済的ではなく好ましくない。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1参照)。

0005

これに対して、本願出願人は、たとえば茶がらのような植物系廃棄物を主成分とするバイオマスから効率よくバイオガス生産する技術を提供する目的で、バイオマス含有排水受け入れる受け入れ部を設けるとともに、バイオマス含有排水を可溶化する可溶化槽を備えるとともに、可溶化されたバイオマス含有排水をメタン発酵するメタン発酵槽を備えたメタン発酵装置を提案している(たとえば特許文献2、3参照)。

0006

また、茶がらそのものをボード等の成形品として再利用することも検討されており、廃棄処理される茶がらの減容化が試みられている(たとえば特許文献4、5参照)。

先行技術

0007

特開2007−326070号公報
特開2012−179546号公報
特開2013−184107号公報
特開2002−321205号公報
特開2009−226629号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかし、茶がらをメタン発酵に供した場合、微生物は可溶化された茶がらを資化できるものの、可溶化しなかった茶がらは結局残渣として残る(以下ではこの残渣を茶滓と称す)。そのため、このような不溶性の茶滓についても、有効利用を図る必要がある。一方、茶がらそのものを工業製品として利用する場合、その茶がらに対して木材チップを混合したり(特許文献4)、他の薬剤を添加したり(特許文献5)して茶がらの成形性を改善する工程を行わなければ、ボード等の成形品として十分な成形強度が得られないという実情がある。

0009

したがって、本発明は上記実状に鑑み、茶がらを効率的に有効利用できる技術を提供することを目的とし、より具体的には、茶がらを用いて成形強度の高いボードを製造する方法を提供する点にある。

課題を解決するための手段

0010

〔構成1〕
上記目的を達成するための本発明の茶滓ボードの製造方法の特徴構成は、茶がらを主成分とする植物系廃棄物を、少なくともプロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤による可溶化処理を行い、不溶残渣成分を乾燥処理後、加熱加圧成形処理する点にある。

0011

作用効果1〕
本発明者らは、少なくともプロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤により茶がらを可溶化処理した後に得られる不溶残渣成分としての茶滓を用いて茶滓ボードを製造すると、酵素による可溶化処理を行わなかった茶がら(たとえば単に煮出しただけの茶がら抽出残渣)の不溶残渣成分を用いた場合に比べて、有意に強度の高い茶滓ボードが得られることを実験的に明らかにした。

0012

上記構成によると、茶滓を主成分とする植物系廃棄物は、加熱加圧成形処理を行う前に、少なくともプロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤に接触し、可溶化しないまでも半可溶化している状態といえる。この状態において、茶滓は、プロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤により、細胞間を接着する物質タンパクペクチン等)が分解されて除かれ、分解されなかった繊維質セルロースリグニンなどの疎水性比率が高い)のみが搾りかす(茶滓の不溶残渣成分)として残る。そのため、植物系廃棄物の繊維質成分が相対的に濃縮され、成型時に高い強度を発揮できるものとなっていると考えられる。また、この搾りかすは、細かい繊維が主体となっているものと予想されるため、素材として水に対する分散性が高く、成形時に均一に分散しやすいことも強度の向上に寄与するものと考えられる。

0013

なお、酵素剤による茶がらの可溶化処理は、茶がらのメタン発酵プロセスにおいて茶がらを高効率にバイオガス化するのにきわめて有利であることが、明らかになっており、このようなプロセスにおいて、なおも発生する茶滓の不溶残渣成分として定常的に得ることができ、このような茶がらのメタン発酵プロセスにおいて得られた茶滓を効率的に有効利用できるようになった。

0014

その結果、さらに茶滓の有効利用を図ることができるようになり、廃棄処理される茶滓の減容化がより一層図られるようになった。

0015

〔構成2〕
上記構成において、前記不溶残渣成分に接着剤成分を添加して加熱加圧成形処理を行ってもよい。

0016

〔作用効果2〕
接着剤成分を添加して加熱加圧成形処理を行うと、さらに茶滓の一体化が図られ、より一層機械的強度に優れた茶滓ボードを製造することができるようになる。なお、上記構成により得られた茶滓の不溶残渣成分は、細かい繊維が主体となった水に分散しやすいものであるから、接着剤成分との混合性も高く、成形後の強度の向上に貴やしやすいものとなっている。

0017

〔構成3〕
また、前記酵素剤がセルラーゼを含有してもよい。

0018

〔作用効果3〕
先の説明の通り、プロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤により、細胞間を接着する物質(タンパク、ペクチン等)が分解されて除かれるものと考えられる。ここで茶滓の不溶残渣成分には、繊維質が多く含まれることになる。この繊維質は、茶滓由来リグノセルロースを主成分とするものとなっているものと考えられるが、リグノセルロース自体が適度な繊維長で適度に解砕されたものとなるには、比較的長期を要するものと考えられる。そこで、酵素剤がさらにセルラーゼを含有していることにより、リグのセルロースの低分子化を促進し、適度な繊維長で分散性高く解砕された状態を短期に実現するのに寄与するものと考えられる。

0019

〔構成4〕
また、前記不溶残渣成分に木質材料質量比で5%〜50%配合して加熱加圧成形処理してもよい。

0020

〔作用効果4〕
茶滓の不溶残渣成分のみであっても加熱加圧成形処理により茶滓ボードが得られるが、さらに木質材料を添加してあると、さらに茶滓ボードの強度を強化することができるとともに、茶滓の不溶残渣成分の有する水分率を低下させて、より取り扱い容易にする効果を発揮する。この際、少なすぎると効果の確認が困難であるから質量比で5%以上程度配合することが好ましい。また、加えすぎると、茶滓の再利用を図る趣旨を没却することになるので、50%以下配合することが好ましい。

発明の効果

0021

したがって、茶殻をバイオガス発生のために酵素処理した後の茶滓を有効利用して、成形強度の高い茶滓ボードを製造することができるようになり、茶滓の再利用および茶滓廃棄物の減容化をはかることができ、得られた茶滓ボードは建築仕上げ材家具建具等の素材として利用できるようになった。

図面の簡単な説明

0022

茶滓ボードの曲げ強度測定結果を示す図
茶滓ボードの剥離強度測定結果を示す図

実施例

0023

以下に、本発明の実施形態にかかる茶滓ボードの製造方法を説明する。尚、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。

0024

本発明の実施形態にかかる茶滓ボードの製造方法は、茶がらを主成分とする植物系廃棄物を、少なくともプロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤による可溶化処理を行い、不溶残渣成分を乾燥処理後、加熱加圧成形処理するものである。

0025

まず、茶滓のメタン発酵プロセスにおける可溶化処理工程で、酵素により茶がらを可溶化する可溶化処理を行い、不溶残渣成分を濾過して回収する。可溶化処理工程においては、少なくともプロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤により茶がらを主成分とする植物系廃棄物を常温〜70℃程度の温度域滞留時間約2日程度酵素処理して可溶化する。なお、酵素剤にセルラーゼを含有させることにより、茶がらに含まれるリグノセルロースを適度に分解し、水に対する分散性を高めるとともに、加熱加圧成形処理の際の結合強度を高めることができる。酵素は、茶滓90gあたり市販のプロテアーゼ、ペクチナーゼ、セルラーゼ(いずれも例えば長産業社より入手可能)を、各250〜300μL使用する。ちなみに、可溶化された茶滓は、メタン発酵槽に供給された後バイオガス化される。

0026

これにより得られた不溶残渣成分は、酵素処理を行っていない不溶残渣成分に比べて、きわめて水に対する分散性が高く、スラリー状で容易に流動させられる形態に変換されている。

0027

得られた茶滓の残渣成分は、均一に乾燥され、細かな繊維状となる。乾燥は、茶滓量が多い場合、ロータリーキルン撹拌混合しながら均一乾燥を図ることが好ましいが、小規模の場合、ホットプレートのような加熱装置加熱乾燥したり凍結乾燥することもできる。スラリー状の茶滓の不溶残渣成分は、乾燥により長さ10mm程度以下の細かな繊維状の茶滓となる。

0028

得られた乾燥状態の繊維状の茶滓は、必要により接着剤、他の木質材料と混合された後、加熱加圧条件下で圧縮成型する加熱加圧成形処理に供される。加熱加圧成形処理では、たとえば、圧力10〜40kg/cm2、温度100〜180℃、(時間は厚さによりますので未記入とします)分間の条件で板状の成形物に成形することができる。加熱加圧成形処理された成形物は、裁断後表面を研磨して茶滓ボード製品とされる。

0030

また、他の木質材料を混合する場合、ヒノキ等の間伐材等の木材をチップ化したものが好適に用いられ、加熱加圧処理前の不溶残渣成分に木質材料を質量比で5%〜50%配合することができる。

0031

〔実施例〕
上記茶滓ボードの製造方法により製造された茶滓ボードの強度試験を行った。茶滓の性状および加熱加圧成形処理条件を以下に示す。

0032

(茶がらの可溶化)
煮出した茶がら(乾燥重量450g)に15Lの水を添加して、更にアルカリでpH7.5に調整し、セルラーゼ、プロテアーゼ、ペクチナーゼの各種酵素(それぞれ1.35ml)を添加して、60℃で2日間培養し可溶化した。

0033

(乾燥)
可溶化処理後の茶滓を濾して、茶滓の不溶残渣成分がだまにならないようにホットプレート上において均一乾燥させた。茶滓の不溶残渣成分は、乾燥により長さ10mm程度以下の細かな繊維状の茶滓となる。

0034

(加熱加圧成形処理)
加熱加圧成形処理は、定法に従って種々の方法を適用することができるが、たとえば下記の様に行うことができる。

0035

茶滓粒をヒノキチップとともに(質量比で茶滓:ヒノキチップ=95:5)加熱加圧成形処理すると、たとえば、圧力10〜40kg/cm2、温度100〜180℃で板状の成形物に成形することができる。

0036

(強度試験)
得られた成形物(実施例)について、JIS A 5908パーティクルボードに準じて、曲げ強さ試験およびはく離強さ試験を実施した。また、比較として、可溶化後の不溶性の茶滓に代えて、酵素剤を加えず煮出しただけの茶がらをそのまま乾燥後、加熱加圧成形処理に供して得られた成形物(比較例)についても同様に強度試験を行った。

0037

(結果)
図1に、得られた成形物の曲げ強度を示し、図2に、得られた成形物の剥離強さの試験結果を示す。図1より、実施例の成形品は、比較例の成形品に比べて、1.5倍程度の曲げ強度を有しており、きわめて実用的な強度を備えた茶滓ボードとして利用できることが分かった。また、剥離強さについても、実施例では比較例に比べて強度が高くなっていた。

0038

成分比較)
煮出したままの茶がら(比較例)と、煮出した後、上述の可溶化処理を経た不溶残渣の茶滓(実施例)とで、含まれる成分にどのような違いがあるのかを調べたところ、表1のようになった。

0039

0040

表より、茶がらを酵素処理すると、ヘミセルロース粗タンパク、ペクチン(多糖)の減少が見られ、セルロースやリグニン成分の比率が高くなることが明らかになった。
したがって、酵素処理した茶滓のボードの強度が最も高かった要因としては、酵素処理により、細胞間を接着する物質(タンパク、ペクチン等)が分解されて除かれ、分解されなかった繊維質(セルロースやリグニンなどの疎水性の比率が高い)のみが搾りかすとして残り、素材としての強度が高くなったことが考えられる。また、ほかに、繊維質が酵素処理で細かく分解して分散性が良くなり、接着剤がより均一に混ざり易くなったことも強度の向上に寄与したと考えられる。

0041

〔別実施形態〕
上記実施形態では、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セルラーゼを含有する物を用いた例を示しているが、本発明者らは別途、少なくともプロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤であれば同様に可溶化が進行し、得られる不溶茶滓成分も類似した物性となることを実験的に明らかにしており、少なくともプロテアーゼもしくはペクチナーゼを含有する酵素剤を用いることで同様の効果を発揮することがわかっている。

0042

また、上記実施例では酵素処理を60℃で2時間行ったが、これに限らず任意の時間設定が可能である。というのも酵素の活性は酵素の由来によっても変化するため、酵素ごとに適した温度域が存在するためである。なお、高温で活性の高い酵素を用いた場合、低温で活性の高い酵素を用いた場合に比べ可溶化速度が速く、また可溶化の度合いが高くなる傾向にあるので好ましいと考えられる。また、茶滓の不溶残渣あるいは茶滓の不溶残渣液に対する酵素の使用量についても上記実情より入手可能な酵素の活性に応じて適宜設定することができる。

0043

本発明の茶滓ボードの製造方法によると、茶殻をバイオガス発生のために酵素処理した後の茶滓を有効利用して、成形強度の高い茶滓ボードを製造でき、茶滓の再利用および茶がら廃棄物の減容化に利用することができ、得られた茶滓ボードは建築仕上げ材や家具・建具等の素材として利用することができる。

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