説明

高温高圧水を用いた動物用液体飼料の製造方法

【課題】 高温高圧水処理を行うことにより、タンパク質を加水分解して良好な液体飼料を得る方法を提供すること。
【解決手段】 タンパク質(特に、有機系廃棄物)と水分とを共存させた状態で、温度150℃〜260℃、圧力4MPa〜30MPa、固液比1:10〜1:100の条件で、30分間〜180分間保持することにより、良好な液体飼料を得ることができる。本発明の方法によれば、水熱反応を用いることで、飼料原料における対象範囲を拡大できる。また、タンパク質として、有機系廃棄物を用いた場合には、不要な有機物を有効にリサイクル処理することが可能となり、環境に優しいシステムを構築することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タンパク質(特に、有機系廃棄物)から動物用液体飼料、液体肥料を製造する方法等に関する。
【背景技術】
【0002】
日本の畜産業は家畜飼料の大半を海外からの輸入に依存している。その主要原料の一つであるトウモロコシは、エタノール等の原料として世界的な需要が高まっていることから、その価格が上昇している。このため、飼料原料の輸入依存性を下げる必要があり、国内で新たな飼料原料の開拓が求められている。
一方、食品リサイクル法の施行により、これまで利用率の低かった食品系廃棄物のさらなる有効利用が求められている。
以上の背景から、食品系廃棄物を原料とした液体飼料化技術が注目されている。液体飼料を製造するための方法の一つとして、製造工程で乳酸菌を加えることにより、食品系廃棄物の分解、可溶化の促進のみならず共生物質効果も得られる発酵液体飼料化法がある。例えば、特許文献1には、そのような方法が開示されている。現在、この飼料化方法を導入する動きが国内で活発になりつつある。しかし、この方法では、原料の種類に制限があるため、普及に伴い原料不足を起こす可能性が高い。そのため、新たな液体飼料製造技術を開発・導入し、原料の対象範囲を拡大する必要がある。
【0003】
【特許文献1】特開2006−121942号公報
【特許文献2】特公平8−17682号公報
【特許文献3】特開9−268166号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一方、タンパク質を高温高圧下において加水分解を行い、液体「肥料」を得る方法(特許文献2)、飼料を得る方法(特許文献3)が開発されている。しかし、特許文献2については、「液肥」の開示はあるものの、液体飼料としての利用可能性については、検討されていない。また、特許文献3については、加水分解の温度域が高すぎるために、液体飼料として有効なアミノ酸を安定的に得ることが難しい。このように、高温高圧処理に基づく加水分解により液体飼料を得る方法については、未だに良好な条件を備えたものは見あたらなかった。
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、高い加水分解反応場を提供できる水熱反応により、既存方法では飼料化が困難な物質であっても分解・可溶化が行えることを見出した。飼料としては、一般に消化吸収性の高い低分子化合物を多く含むものが望まれている。このため、未利用有機資源の水熱分解挙動を炭素収支及び分子量分布から解明した。また、本発明の摘要により、飼料原料となる対象範囲の拡大を試みた。こうして、本発明は、高温高圧水処理を行うことにより、タンパク質を加水分解して良好な液体飼料または液体肥料を製造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】
【0005】
本発明者らは、鋭意検討の結果、タンパク質と水分とを共存させた状態で、所定の温度域、圧力域、固液比を満足することにより、良好にアミノ酸に加水分解できることを見出し、基本的には本発明を完成するに至った。
こうして上記目的を達成するための発明に係る液体飼料の製造方法は、タンパク質と水分とを共存させた状態で、温度150℃〜260℃、圧力0.4MPa〜30MPa、液固比5:1〜100:1の条件で、5分間〜180分間保持することを特徴とする。
本発明において、タンパク質とは、種類を問われないが、農水産系廃棄物、食品系廃棄物、畜産系廃棄物、未利用農産物のような有機系廃棄物であることが好ましい。本発明の目的の一つは、そのような有機系廃棄物を有効にリサイクルすることである。
【0006】
水分としては、材料を添加する初期時点において、液体の水として添加しておくこともできるし、気体の蒸気として加えることもできる。
高温高圧反応において、温度が150℃未満であると、タンパク質を十分に加水分解することが困難となる。また、温度が300℃よりも高くなると、タンパク質から得られたアミノ酸が分解してしまい、全体としてアミノ酸の収量が減少してしまうため好ましくない。このため、温度域としては、150℃〜260℃であることが好ましい。
圧力が30MPaを越えると、実用上の装置として稼働させることが難しくなるため好ましくない。また、圧力が低いと、反応温度を上昇させることが難しくなる。このため、圧力域としては、0.4MPa〜30MPaであることが好ましい。
【0007】
液固比とは、タンパク質を含有するものとして添加する物(例えば、有機系廃棄物)と水との質量比を意味している。具体的には、水:固体=5:1〜100:1であることが好ましい。
反応時間が短すぎる場合(例えば、数十秒〜数分)には、実用上の装置を制御することが難しくなる。また、反応時間が長すぎると経済的にコストが上昇してしまい、好ましくない。このため、反応時間としては、5分間〜180分間、好ましくは30分間〜180分間、更に好ましくは60分間〜180分間である。
本発明におけるタンパク質としては、食品系廃棄物(具体的には、調理前残渣、オカラ、大豆製品、お菓子くず、でんぷんかす、ビールかす、ウイスキーかす、清酒かす、味噌、味噌かす、廃水処理おいて発生する汚泥、コンビニ弁当残渣(惣菜を含む)、お米、パン類、麺類、動物腸骨、牛乳・豆乳および飲料、焼酎かす、コーヒー豆、お茶がら・お茶かすなど)、農水産系廃棄物(具体的には、チーズホエー、大豆ホエー、カニ・エビの甲羅、魚のあら、野菜、くだものなど)、畜産系廃棄物(例えば、鶏(ひよこ含む)、羽毛、鶉、卵の殻膜、畜産糞など)、その他有機性廃棄物(例えば、人毛など)などを用いることが好ましい。
また、本発明においては、タンパク質と水分に加えて、卵殻を添加しておくことが好ましい。加水分解の際に卵殻が存在すると、炭酸カルシウムが溶解しpHがアルカリ性領域に変化すること、或いは撹拌に伴う物理的接触によることなどの理由により、アミノ酸生成量が増加できる。また、卵の殻としては、タンパク質1質量部あたり、0.001質量部〜0.05質量部であることが好ましい。
【発明の効果】
【0008】
本発明を用いることにより、タンパク質を高温高圧水で処理することにより、良好な液体飼料を得ることができる。この液体飼料は、熱処理されているので、殺菌済みであることから、従来の殺菌処理を行う必要がない。また、生成物の分子量分布を制御できること、及び反応時間の経過に伴い遊離アミノ酸生成量が増加させることができる。また、タンパク質として、有機系廃棄物を用いた場合には、不要な有機物を有効にリサイクル処理することが可能となり、環境に優しいシステムを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
次に、本発明の実施形態について、図表を参照しつつ詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は、下記の実施形態によって限定されるものではなく、その要旨を変更することなく、様々に改変して実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
【0010】
<高温高圧水処理装置>
図1には、タンパク質である有機系廃棄物の処理装置1を示した。この処理装置1には、温度制御可能な溶融塩槽2(例えば、耐圧硝子株式会社製、TSC−B600型を用いることができる。)と、その溶融塩槽2の内部に浸漬される耐熱・耐圧な密閉型の処理容器3(例えば、ステンレス製(SUS316)バッチ式反応管(外径12.7mm、肉厚1.24mm、内径10.2mm、長さ10cm、内容積8.0mL)を用いることができる。)と、圧力センサ4とが設けられている。
【0011】
溶融塩槽2の内部には、ヒータ6と回転翼5が設けられている。ヒータ6の電源を入れた状態で、回転翼5を回転させることによって、溶融塩槽2内の液体(例えば、KHNO(45%)とNaHNO(55%)の混合物を用いることができる)を混合して、均一な温度とすることができる。なお、ヒータ6には、図示しないコンピュータが設けられており、溶融塩槽2内の温度を所定の範囲内に制御することができる。処理装置1では、溶融塩槽2の内部を約150℃〜約450℃の範囲内において所定の温度に制御しながら、タンパク質の高温高圧処理を行えるようになっている。
【0012】
処理容器3は、例えばハステロイやインコネル(Ni、Cr、Moなどを含む合金)から構成することができる。処理容器3の上部には、蓋体が取り付けられるようになっており、処理容器3の内部空間を密閉した状態(バッチ式)で、適度な温度とすることができる。試験時には、処理容器3の内部にタンパク質と適当な割合の水を投入し、上蓋を容器に載せて密閉する。その後、処理容器3と圧力センサ4とを接続する。
処理容器3を密閉した後、予め設定温度に加熱しておいた溶融塩槽2に処理容器3を投入し、この時点を0分として、タンパク質の高温高圧処理を開始する。
【0013】
<各種パラメータの分析>
アミノ酸分析には、高性能送液ユニットLC-10Aポンプを含むLC-10A高速アミノ酸分析HPLCシステムを用いた。その他に、有機酸分析装置、ゲル濾過クロマトグラフィー、全有機炭素計、高周波誘導結合プラズマ分析装置、元素分析装置などを用いて、各パラメータを測定した。
【0014】
<実施例1>
ウシ、ブタなどの家畜に対しては、タンパク質をそのまま飼料として与えるよりも、分解の進んだアミノ酸を飼料として与える方が、飼料の消化・吸収が良いと考えられる。水熱反応によってタンパク質からアミノ酸を生成する反応は加水分解である。この加水分解反応の際には、アミノ酸の熱安定性を考慮して、比較的低温でイオン積が高いような温度・圧力条件下で高温高圧処理を行うことが望ましい。このような考察の下、本発明者らは、200℃〜300℃の亜臨界領域と、450℃の超臨界領域とにおいて、タンパク質を用いて、5分間〜60分間の高温高圧水反応を行った。具体的な条件は、次の通りである。
【0015】
処理容器3内に、タンパク質サンプルとして、カツオの背肉切り身と水とを液固比が50:1となるようにして投入し、200℃〜450℃の所定の温度に加熱した溶融塩槽2で、最長で60分間の高温高圧処理を行った。圧力は、各温度における飽和水蒸気圧とした。反応開始前(0)、反応開始後から、5,15,30,及び60分間の時点において、サンプリングを行い、サンプル中の全アミノ酸量の測定を行った。
結果を図2に示した。200℃、250℃、300℃、及び450℃の温度条件のなかでは、250℃付近でのアミノ酸生成量が最も高いことが分かった。このとき、0分間〜30分間の処理時間では、アミノ酸は一定の生成速度で増加したものの、その後は増加速度が減少することが分かった。なお、450℃では、温度条件が厳しすぎ、生成したアミノ酸が更に分解してしまうものと考えられた。
【0016】
<実施例2>
次に、アミノ酸生成量が最も高かった250℃の温度条件において、アミノ酸の生成量と組成とに対する圧力の影響を調べた。タンパク質と水との液固比を上記実施例1と同じ条件とし、処理容器3への充填体積を変化させて、4MPa(250℃での飽和水蒸気圧)と、27.5MPaとの2点において、60分間の高温高圧反応を行った。反応後、処理容器内のサンプル中のアミノ酸を成分毎に測定した。
結果を図3に示した。圧力を変えた場合であっても、アミノ酸の回収量には大きな変化は見られなかった。しかし、得られたアミノ酸の組成に相違が認められた。すなわち、圧力を上昇させると、全アミノ酸に対するグリシン・アラニンの含有率が高くなることが分かった。なお、データには示さないが、4MPaの反応で得られたアミノ酸組成の経時的変化を見ると、反応初期にはヒスチジンの含有率が最も高くなり、その後に低分子量のアミノ酸であるグリシン・アラニンの生成量が増加していることが分かった。
このことから、圧力などの反応条件を適切に制御すれば、目的とするアミノ酸の収率を向上できる可能性があることが分かった。
【0017】
<実施例3>
次に、タンパク質の種類によって、高温高圧水反応の後に得られるアミノ酸組成がどのように変化するかを調べた。タンパク質として、魚腸骨、牛肉、卵白、及び豆乳を選択し、各タンパク質において、高温高圧水反応の前後のアミノ酸組成を調べた。260℃において、その温度での飽和水蒸気圧(約5MPa)の条件で、タンパク質と水との固液比を1:50とし、30分間の高温高圧反応を行った。反応前のタンパク質構成アミノ酸の組成、及び反応後の処理容器内のサンプル中のアミノ酸を成分毎に測定した。
結果を図3に示した。反応前のタンパク質構成アミノ酸の組成は、各タンパク質のいずれにおいても類似していた。また、高温高圧水反応後のアミノ酸組成は、熱分解を受けにくいグリシン(Gly)とアラニン(Ala)が多いことが分かった。
【0018】
<実施例4>
各種のタンパク質への応用を確認するため、羽毛(養鶏場:鶏)、毛髪、卵殻膜、ウズラ(アギーズ養鶉場)、魚のあら(量販店)、おから、汚泥(平松食品)を試料として用いた。
試料は冷凍させた後、凍結乾燥機により1〜3日乾燥させた。その後、羽毛、毛髪、ウズラ、魚のあらは5mm角程度にカットし、卵膜殻、おから、汚泥は乳鉢を用いてパウダー状に粉砕し、実験に使用した。水はイオン交換水(MILLI-QLabo、MILLIPORE製)を使用した。
【0019】
反応容器に試料と水を入れ密閉し、必要に応じて添加物を加え、反応容器内をアルゴン、窒素ガスにより置換した。ここで添加物とは乳鉢によりパウダー状に粉砕した卵殻である。これは、分解促進のために添加した。
検討した反応条件を下表1および2に示した。
あらかじめ設定温度に加熱したソルトバスへ反応容器を浸漬し、反応を開始させた。ソルトバスに浸漬した時点を反応開始とし、所定時間の経過後、すぐに反応容器を取り出し、冷水で反応容器を冷却することによって、反応を停止させた。冷却後、反応容器内より液相と反応管内部に付着した反応残渣を回収した。
【0020】
【表1】

【0021】
【表2】

【0022】
溶液中の遊離アミノ酸濃度は、メンブレンフィルター(粒径0.45μm)によりろ過し、ろ液を適正濃度まで希釈した後、限外ろ過膜(Millipore製、UFC3LTK00、分画分子量30,000)を用いて、遠心ろ過したものをアミノ酸自動分析装置(島津製作所、 LC-10ADVPシリーズ、 分離カラム:Shim-pack ISC-07/S1504 Na)により測定した。この時、カラムの温度は60℃、移動相の流量は0.4ml/minとした。
【0023】
有機酸濃度は、アミノ酸分析と同様の前処理をしたものを、有機酸分析装置(島津製作所製 LC-VP シリーズ、分離カラム:Shim-pack SCR-102H×2本)により測定した。カラム温度は40℃、移動相はp-トルエンスルホン酸-水和物、緩衝液についてはp-トルエンスルホン酸-水和物、Bis-Tris、4H(EDTA・free acid)を用い、移動相、緩衝液の流量は0.8ml/minとした。
分子量分布についても、アミノ酸分析と同様の前処理をしたものについてゲル濾過クロマトグラフィーを用い測定した。カラムにはTSK-GEL G2000SWXL 7.8×300mm(TOSHO製)を用いた。カラム温度は26℃、移動層は0.1%TFA+45%アセトニトリルを使用し、流量は0.3ml/minとした。検出器には、示差屈折率計としてRID-10A(島津製作所製)と紫外分光光度計としてSPD-10A(島津製作所製)を用いた。標準物質としては和光純薬工業製であるオキトシン(1007Da、)、ロイシン-エンケファリン(555Da,生化学用)、グルタチオン(307Da,還元型,97+%(Ti))、グリシン(75Da)を用いた。
【0024】
炭素量については、未ろ過のものと、メンブレンフィルター(粒径0.45μm,1μm)によりろ過したものを適正濃度まで希釈したのち、全有機炭素濃度計(島津製作所製、TOC-VE)を用いて測定した。未ろ過の試料については、超音波照射もしくは塩酸を添加し、固形物を溶解させた後、測定した。
反応容器からの金属溶出測定については、炭素濃度測定と同様の前処理をしたものを用い、高周波誘導結合プラズマ分析装置(SII製、SPS7700R)により測定した。
元素分析については、各試料を1〜3日凍結乾燥させ、5mm角程度にカットしたものを3〜10mg測りとり、すず箔で包んだ後、元素分析装置(CHNSO製、vario EL III)を用い測定した。
【0025】
試験結果
(1)タンパク質分解における挙動解析
a.炭素収支からの検討
水熱反応により処理した羽毛の反応時間別に炭素形態を検討し、その結果をまとめたものを図5に示した。
図より、水熱反応場においては短時間で羽毛の可溶化が行われていることが確認された。可溶化率(DOC/TC)は反応時間10分においておよそ75%であり、反応時間30分においてはおよそ90%であった。また、反応物の多くがDOC(ここでは溶解態有機炭素から有機酸、アミノ酸を除いたものと定義する)の形態で存在していることが分かった。炭素形態の変化については、POC(懸濁態有機炭素)が減少傾向にあるのに対して、アミノ酸の増加量が確認された。これは、タンパク質の低分子化は行われているが、低温域での水熱反応においてアミノ酸の加水分解反応は促進されていないためだと考えられる。DOC、有機酸量については、顕著な変化は見られなかった。
【0026】
表1及び表2の反応条件により処理した試料の有機酸生成量、アミノ酸生成量、DOC、POC(0.45〜1μm、1μm以上)を検討し、その結果をまとめたものを図6に示した。また個々の結果を、図7〜図11に示した。各試料の含有タンパク質量を図12に示した。羽毛における数値は文献値(石井泰博,白井邦郎:毛と羽毛の科学と利用,化学と工業,74,(2),69-74,(2000))を用いた。
図6より、各試料の炭素形態は、POC(1μm以上)とDOCで構成されていることが明らかになった。その中において、羽毛と毛髪は、主にケラチンタンパク質で構成されていることから、DOCが多いという炭素形態が類似していた。また、動物由来のタンパク質であるウズラ、魚のあら、卵殻膜は、POC(1μm以上)よりも、ややDOCが多い傾向が見られた。おから、汚泥においては、POC(1μm以上)の方が、DOCよりも多い傾向であった。このような傾向は、図12に示すように、含有タンパク質量と相関があり、高タンパク質試料であるほど可溶化が促進されることが分かった。これらにより、溶解性という観点から見た場合、羽毛、毛髪が液体飼料の原料として優れていることが考えられた。なお、含有タンパク質量は、元素分析の窒素の数値と窒素係数:6.25との積により簡易的に算出した。
【0027】
試料別アミノ酸生成量を示す図8と、元素分析により測定した試料別炭素量からアミノ酸生成率を検討し、その結果をまとめたものを図13に示した。図13より、どの試料においてもアミノ酸生成率は6〜10%程度と低い生成率であった。これは、200℃、60分という反応条件では、分解反応は緩やかに進行するため、未反応物が多く存在しているためだと考えられた。
【0028】
b.分子量分布による解析
水熱反応により処理した羽毛の反応時間別に分子量測定を検討し、その結果をまとめたものを図14および図15に示した。これらの図より、反応時間が進むに従い、標準物質から定義した有機酸、アミノ酸域に分子量分布が集中しており低分子化が進行していることが確認された。また、分子量分布の変化は反応時間180分より長い時間では、緩やかに行われていることが確認された。このように本実施形態の水熱反応を用いることにより、生成物の分子量分布を制御できることが分かった。生成物を飼料として用いる場合には、元のタンパク質に比べて、できるだけ分子量の小さいものの割合が多いことが好ましい。このため、本データに基づき、生成物が適当な分子量分布を備えるように、温度・時間を制御することができる。
【0029】
(2)アミノ酸生成量に与える反応条件の影響
a.反応時間、温度の影響
羽毛から生成されたアミノ酸量について反応時間、温度の影響を検討し、その結果をまとめたものを図16に示した。180℃での水熱反応では、最も長く設定した反応時間において、アミノ酸生成量が最大となり、その生成量は146mg/g-dryであった。また、アミノ酸生成速度が3段階で構成されていることが確認された。すなわち、まず加水分解反応によりタンパク質が分解され、次に生成されるアミノ酸量と熱に対し分解されやすいアミノ酸の分解量が等しくなり、最後に熱の影響を受けにくいアミノ酸量が増加、もしくは分解されたアミノ酸が構造の単純なアミノ酸として再結合され総量が増加していったものだと考えられた。
【0030】
200℃の水熱反応では、時間が経過するに従いアミノ酸生成量は増加する傾向を示し、600分においてアミノ酸生成量は最大となった。その生成量は230mg/g-dryであり、羽毛1gあたりに含まれているタンパク質量800mg/g-dryに対し、およそ30%の回収率であることが分かった。アミノ酸組成としては、グリシン、アラニン、プロリンが多く検出された。またアミノ酸生成速度は反応時間の経過に従い、緩やかになることが確認された。
【0031】
b.液固比の影響
羽毛から生成されたアミノ酸量について液固比の影響を検討し、その結果をまとめたものを図17に示した。液固比を5:1〜50:1まで変化させたところ、液固比の増加に従い、アミノ酸生成量は増加する傾向を示し、そのアミノ酸組成に関しては顕著な変化は見られなかった。
以上の結果より、低温域での水熱反応において、反応場中に十分な水が存在しなければ加水分解反応ではなく、熱分解反応が促進されてしまいアミノ酸が分解されてしまうことが示唆された。
【0032】
c.反応場における雰囲気の影響
羽毛から生成されたアミノ酸量について反応場における雰囲気の影響を液固比の影響と関連して検討し、その結果をまとめたものを図18および図19に示した。アルゴン、窒素で反応場を置換した場合においてアミノ酸生成量に顕著な変化は見られず、液固比を変化させた場合も変化は見られなかった。
以上の結果より、反応場におけるガス置換を行い、酸素を除去した反応場においても、水が十分存在しない場合は熱分解反応が促進されてしまうことが示唆された。
【0033】
d.添加剤の影響
羽毛から生成されたアミノ酸量について添加物として卵の殻を加えた影響を検討し、その結果をまとめたものを図20に示した。添加量の増加に従い、アミノ酸生成量は微量ながら増加することが確認された。この理由として、卵殻の主成分である炭酸カルシウムが溶解しpHがアルカリ性領域に変化したことによる影響と、攪拌に伴う物理的接触による影響とが考えられた。羽毛の分解においてpHがアルカリ性領域である影響は大きいとの報告があることから、攪拌に伴う物理的接触による影響のためだと考えられた。
【0034】
e.消化性評価実験
羽毛、および羽毛を高温高圧水(200℃、60分間、液固比50:1)で処理したものについて、ペプシンを用いて消化性評価を行った。各サンプルにペプシン(MERCK社製:Pepsin EC 3.4.23.1)を2g/Lとなるように添加し、40℃、16時間の消化処理を行った。消化後のサンプルを500μmのフィルターで一度ろ過したのち、0.45μmのフィルターでろ過し、その固形残渣の量を測定した。
羽毛、高温高圧水で処理した羽毛、及びフェザーミールの消化率(消化後固形残渣/消化前固形物量)を図21に示した。但し、フェザーミールの消化率は、文献値(日本標準飼料成分表(2001年度版))を用いた。未処理の羽毛の消化率は12%と低かった。一方、高温高圧水で処理した羽毛では、消化率はほぼ96%と、ほぼ100%に近い高値を示した。なお、フェザーミールとして認められるための最低値は、75%であることから、高温高熱処理を行うことにより、タンパク質の消化率を十分に向上させられることがわかった。更に、タンパク質の消化率を向上させることで、家畜の増体促進が期待できる。
【0035】
f.滅菌効果の検討
大腸菌群用ウオーターサンプラー(MILLIPORE社製:製品名Coli-Water Tester)を用い、高温高圧水処理後のサンプル中に含まれる大腸菌の存在の有無を調べた。ウオーターサンプラーに、反応生成物(羽毛を200℃、60分間で処理したもの)を浸透させ、インキュベーターにて、35℃、24時間保持した。
その結果、ウオーターサンプラー中には、大腸菌のコロニーは観察されなかったことから、高温高圧水処理によって、滅菌効果が十分であることがわかった。
【0036】
結論
(1)タンパク質分解における挙動解析
水熱反応を用いて、反応温度200℃における羽毛の分解挙動を炭素収支から検討した結果、30分で可溶化率が90%であった。炭素形態としてはPOCが減少し、アミノ酸量が増加傾向にあることが確認された。これにより、低分子化されるものの、アミノ酸の加水分解反応は促進されていないことが分かった。
各試料別における200℃、60分の炭素形態を検討した結果、主にPOC(1μm以上)とDOCで構成されていた。羽毛、毛髪は水熱反応場において、DOCの値が高いことから、溶解性が高いことが明らかになった。また可溶化率と含有タンパク質量には相関があり、こうタンパク質試料であるほど、可溶化されていることが分かった。
【0037】
(2)アミノ酸生成量に与える反応条件の影響
水熱反応を用いて、羽毛から回収されるアミノ酸量に与える反応条件の影響を検討した結果、アミノ酸生成量は200℃、600分において最大値を示し、その回収率はおよそ3割であった。液固比を小さくした場合、熱分解反応が促進されアミノ酸生成量は減少することが確認された。また今回検討した添加剤、反応場におけるガス置換の条件では、アミノ酸生成量に大きな影響をもたらさないことが確認された。
【0038】
<実施例5>
上記実施例で得られたタンパク質の加水分解物を用いて、液体飼料を調製した。この液体飼料をブタに自由摂取させたところ、良好な体重増加曲線を示した。
このように本実施形態によれば、タンパク質を高温高圧水で処理することにより、良好な液体飼料または液体肥料を得ることができた。この液体飼料または液体肥料は、高温処理されているので従来の殺菌処理を行う必要がない。また、材料であるタンパク質として、有機系廃棄物を用いれば、不要な食物のリサイクルを行うことができるので、環境にも優しい。
このように本実施形態によれば、高温高圧水反応により、従来法では液体飼料化が困難な未利用有機資源を短時間で可溶化できることが示された。また、生成物の分子量分布を制御できること、及び反応時間の経過に伴い遊離アミノ酸生成量が増加することが確認された。また、高温高圧水反応を行うことにより、液体飼料の消化率が非常に高くなり、家畜の増体促進に寄与することがわかった。更に、高温高圧水処理後の反応生成物では、大腸菌のコロニーは観察されなかったことから、滅菌効果に優れることがわかった。また、本法では、反応温度は200℃程度であり、後の殺菌処理や生成物の分離精製工程を必要とすることなく、飼料として用いることができる。
以上のことから、水熱反応を用いることで、飼料原料における対象範囲を拡大できることが分かった。また、タンパク質として、有機系廃棄物を用いた場合には、不要な有機物を有効にリサイクル処理することが可能となり、環境に優しいシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】タンパク質と水を高温高圧処理するための処理装置の構成を示す概要図である。
【図2】カツオ背肉を200℃、250℃、300℃、及び450℃で高温高圧水で処理したときに、経時的に得られた全アミノ酸量を示すグラフである。
【図3】圧力を4MPaまたは27.5MPaとしたときに得られたアミノ酸量を示すグラフである(反応温度は250℃である)。
【図4】魚腸骨、牛肉、卵白、及び豆乳をタンパク質として用いたときの反応前のタンパク質構成アミノ酸組成と、反応後のサンプル中のアミノ酸組成を示すグラフである(但し反応条件は、温度260℃、飽和水蒸気圧、固液比1:50、時間30分間である)。
【図5】羽毛の炭素分解挙動に与える反応時間の影響を確認した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、液固比50:1であった。
【図6】水熱反応による試料別炭素形態を比較した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、液固比50:1であった。
【図7】水熱反応による試料別有機酸生成量を比較した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、時間60分間、液固比50:1であった。
【図8】水熱反応による試料別アミノ酸生成量を比較した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、時間60分間、液固比50:1であった。
【図9】水熱反応による試料別DOC生成量を比較した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、時間60分間、液固比50:1であった。
【図10】水熱反応による試料別POC(0.45μm〜1μm)量を比較した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、時間60分間、液固比50:1であった。
【図11】水熱反応による試料別POC(1μm以上)量を比較した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、時間60分間、液固比50:1であった。
【図12】元素分析からの試料別タンパク質含有量を比較した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、時間60分間、液固比50:1であった。羽毛の数値は、明細書中に記載の文献からの値を用いた。
【図13】元素分析からの試料別アミノ酸生成量を比較した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、時間60分間、液固比50:1であった。羽毛の数値は、明細書中に記載の文献からの値を用いた。
【図14】分子量分布に与える反応時間の影響を確認した結果を示すグラフである。反応には羽毛を用い、温度200℃、圧力1.55MPa、液固比50:1であった。グラフ中の1〜4の番号は、標準品のピーク位置を示す。
【図15】分子量分布に与える反応時間の影響を確認した結果を示すグラフである。反応には羽毛を用い、温度200℃、圧力1.55MPa、液固比50:1であった。標準品のピーク位置には、図14と同じものを用いた。
【図16】アミノ酸生成量に与える温度・時間の影響を確認した結果を示すグラフである。反応には羽毛を用い、液固比50:1であった。
【図17】アミノ酸生成量に与える液固比の影響を確認した結果を示すグラフである。反応には羽毛を用い、温度200℃、圧力1.55MPa、時間60分間であった。
【図18】アミノ酸生成量に与える置換ガスの影響を確認した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、時間60分間、アルゴン置換であった。
【図19】アミノ酸生成量に与える置換ガスの影響を確認した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、時間60分間、窒素置換であった。
【図20】アミノ酸生成量に与える添加剤の影響を確認した結果を示すグラフである。反応条件は、温度200℃、圧力1.55MPa、時間60分間、卵殻添加であった。
【図21】羽毛を高温高圧水で処理したときの消化性評価実験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【0040】
1…処理装置、2…溶融塩槽、3…処理容器、4…圧力センサ、5…回転翼、6…ヒータ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
タンパク質と水分とを共存させた状態で、温度150℃〜260℃、圧力0.4MPa〜30MPa、液固比5:1〜100:1の条件で、5分間〜180分間保持することを特徴とする液体飼料の製造方法。
【請求項2】
前記タンパク質は、農水産系廃棄物、食品系廃棄物、畜産系廃棄物のうちの少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項1に記載の液体飼料の製造方法。
【請求項3】
タンパク質と水分とに加えて、タンパク質1質量部あたり、0.001質量部〜0.05質量部の卵殻を加えることを特徴とする請求項1または2に記載の液体飼料の製造方法。

【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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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【公開番号】特開2008−167748(P2008−167748A)
【公開日】平成20年7月24日(2008.7.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−323185(P2007−323185)
【出願日】平成19年12月14日(2007.12.14)
【新規性喪失の例外の表示】特許法第30条第1項適用申請有り 平成19年8月13日 社団法人 化学工学会発行の「化学工学会 第39回秋季大会(2007、北海道大学)研究発表講演プログラム集」に発表
【出願人】(304027349)国立大学法人豊橋技術科学大学 (391)
【出願人】(500561517)株式会社小桝屋 (5)
【出願人】(505391193)藤村通商株式会社 (3)
【Fターム(参考)】