JP2002309254A - 土壌改良剤及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭酸カルシウムとゼラチン分解物を含有する
土壌改良剤及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 ゼラチン製造工程で発生するライミング
排液に炭酸ガスを含む排ガスを作用させることを特徴と
する土壌改良剤の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土壌改良剤及びそ
の製造方法に関し、特に炭酸カルシウムとゼラチン分解
物を含有する、土壌の酸性化防止及び土壌のｐＨ安定化
に有用な土壌改良剤及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】人間の種々の活動の基盤である土壌は、
多様な要因により酸性化し、不都合な影響を与えること
が多い。例えば土壌中に重金属が存在する場合に、その
土壌が酸性であると、重金属が少なくとも部分的に溶解
し、流出し、２次汚染を引き起こす恐れがある。このよ
うな場合に、土壌の酸性化の程度を制御することによ
り、そのような問題の発生を防止することができる。ま
た土壌の酸性化が殆どの栽培作物類にとって、好ましく
ないことも周知である。従って、土壌の酸性化を防止
し、あるいは酸性土壌を中性化ないしアルカリ性化し、
適切なｐＨ値を長期にわたり維持できるようにすること
は、望ましいことである。

【０００３】このような目的のために従来から種々の手
段が提案され、実施されてきている。

【０００４】高炉スラグ等のアルカリ資材を土壌改良剤
として土壌に施用する方法はその一つの方法である。し
かし、重金属等の有害物を含まず、適切なｐＨ値を長期
にわたり維持でき、しかも安価な土壌改良剤は少なかっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、炭酸
カルシウムとゼラチン分解物を含有する土壌改良剤及び
その製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、下
記手段により達成される。

【０００７】１．ゼラチン製造工程で発生するライミン
グ排液に炭酸ガスを含む排ガスを作用させることを特徴
とする土壌改良剤の製造方法。

【０００８】２．５０質量％以上の炭酸カルシウムと５
〜３０質量％のゼラチン分解物を含有することを特徴と
する土壌改良剤。

【０００９】以下本発明を詳細に説明する。ゼラチン
は、コラーゲンから誘導されたタンパク質で、食用、医
薬用、写真用、工業用に使用される。

【００１０】ゼラチンの製造法は、使用する原料と製品
の用途により違いがあるが、ゼラチンの製造工程は、大
きく原料工程、製造工程１（抽出前の処理）、製造工程
２（抽出から製品化まで）の３段階に分けられる。代表
的な牛骨を原料とするアルカリ処理ゼラチンの原料工
程、製造工程１、製造工程２のフローを下記に示す。

【００１１】原料工程：原料粉砕・分級 → 脱脂 →
脱灰 → 中和 → 水洗（必要により乾燥） 製造工程１：ライミング（石灰漬） → 中和 → 水
洗 製造工程２：水洗 → 抽出 → ろ過 → 精製 →
濃縮 → ろ過 →冷却 → 成形 → 乾燥 →
粉砕 → 混合 → 計量 → 包装 製造工程１のライミング（石灰漬）でゼラチン原料は石
灰乳（水酸化カルシウムの懸濁水溶液）の中に漬けられ
る。アルカリ剤としてもっぱら消石灰が使用されるので
この工程を石灰漬け（ｌｉｍｉｎｇ）という。消石灰を
懸濁液として使用すると、消費されるに従い懸濁液中の
固体の消石灰が解離し、石灰漬け液のｐＨを１２〜１３
の強いアルカリ性に保持することができる。処理温度は
２０℃以下が好ましい。温度が高いと強いアルカリ性下
であっても原料が腐敗することがある。

【００１２】処理期間は、原料の状態とゼラチンの品質
により決めるが、３０〜１００日、標準的には６０日で
ある。この間弱い撹拌と石灰乳の交換を行う。

【００１３】石灰漬け後は水洗と中和とを行い、原料表
面や内部の石灰を除去する。前処理により原料は抽出さ
れ易くなり、不純物が減少され、製造工程２に移行す
る。

【００１４】ここで発生するライミング排液は、ゼラチ
ン原料の分解物を含む水酸化カルシウムの濃厚懸濁水溶
液であり、ＳＳ、ＢＯＤ、ｐＨが非常に高い。この処理
は、従来、硫酸や塩酸等で中和された後、活性汚泥処理
等でＢＯＤを低下させた後排出されていた。硫酸や塩酸
等で中和される前または後に、石灰漬け後の水洗や中和
により発生する洗浄排液やその他の排液（通常、ゼラチ
ン製造ではライミング排液の５〜２０倍量発生する）と
混合し活性汚泥処理される場合が多い。下水道が完備し
ている地域では工場内で一定のレベルに低下するまで処
理し、最終的には工場外の下水道処理場で集中処理さ
れ、また、一般河川に放流するときは、工場内で完全に
処理した後放流される。

【００１５】本発明者は、土壌改良剤、特に土壌の酸性
化防止及び土壌のｐＨ安定化に有用で、重金属等の有害
物を含まずｐＨ値を長期にわたり維持でき、しかも安価
な土壌改良剤を検討した。

【００１６】その結果、アルカリ剤として重金属等の有
害物を含まない炭酸カルシウムを選択した。しかし、単
独の炭酸カルシウムはｐＨ値を長期にわたり維持できな
いため、その表面にゼラチン分解物を吸着することによ
り炭酸カルシウムの溶出速度を制御することとした。

【００１７】製造コスト面から、カルシウム含量が高く
ゼラチン製造工程で発生するライミング排液の利用を検
討した。ライミング排液は、炭酸カルシウムの原料とな
るカルシウムとゼラチン分解物を含む。また、ライミン
グ排液中のカルシウムは水酸化カルシウムであり、これ
を炭酸カルシウムに変換するために無料の炭酸ガスを含
む排ガスの利用を検討し、土壌の酸性化防止及び土壌の
ｐＨ安定化に有用な土壌改良剤を見出した。炭酸ガスを
含む排ガスの固定化は、地球環境問題（地球温暖化）で
緊急の課題とされる大気中の炭酸ガス濃度の減少に有効
なものである。

【００１８】土壌改良剤中の炭酸カルシウムの濃度は、
土壌と混合して施用する作業面から５０質量％以上が必
要であり、好ましくは５０〜８５％である。溶出速度を
調整するために使用するゼラチン分解物の濃度は５〜３
０質量％が好ましい。

【００１９】土壌改良剤の粒径は、土壌と混合して施用
する作業面及び溶出速度の点から、０．５〜３０ｍｍが
好ましく、整粒して粒径が揃ったものが好ましい。

【００２０】以下、ゼラチン製造工程と本発明のライミ
ング排液の前処理方法について詳述する。

【００２１】〔原料〕コラーゲンは動物の結合組織を作
る主要蛋白質である。従って、動物の種類を問わず原料
として使用できるが、工業的には大量に、容易に入手で
きるという点で家畜、特に牛、豚の骨や皮が利用され
る。骨の主成分はりん酸カルシウム（ヒドロキシアパタ
イト）とコラーゲンであり、その比率や構造は骨の部位
によって異なる。骨膜に接してハードボーン（緻密骨、
硬骨）があり、その内側に空孔の多いソフトボーン（海
綿骨、軟骨）がある。ソフトボーンは有機物が多いが、
ゼラチン原料としてはハードボーンの方が好まれる。原
料の加工段階で、骨は３／８インチまたは５／８インチ
（１インチ＝２．５４ｃｍ）に粉砕・分級される。この
砕骨製品は、ハードボーン、ソフトボーン、両者が結合
した個体の混合物である。日本では食用、写真用、医薬
用を含めたゼラチン原料の６割以上が牛骨であり、写真
用や医薬用では特に需要が大きい。牛骨は、牛皮や豚皮
に比べ、品質ばらつきが少ない、供給が安定している、
一定サイズの粒状に加工でき、製造の自動化・合理化に
適している、物性や純度の点でよいゼラチンが得られ易
い等のメリットがある。

【００２２】〔原料工程〕砕骨から直接ゼラチンを抽出
することは出来ない。砕骨は、およそ有機物（コラーゲ
ン＋脂肪＋糖）２５％、水分１０％、りん酸カルシウム
（ヒドロキシアパタイト）６５％からなり、希塩酸でり
ん酸カルシウムを水溶性の第一りん酸カルシウムにして
除去する。残ったコラーゲンを主体とする有機物をオセ
イン（ｏｓｓｅｉｎ）という。

【００２３】オセイン工場とゼラチン工場が近いとき
は、オセインは乾燥しないでゼラチン工場に移され処理
されるが、遠いとき、またはゼラチン用原料として商品
化するときは乾燥する。乾燥では高温にならぬよう注意
しながら含水率約１０％になるまで乾燥する。乾燥オセ
インの収率は乾燥砕骨の約２５％である。

【００２４】この酸漬工程で発生する廃酸は第一りん酸
カルシウムを溶解しており、これに石灰乳を加えて中和
し第二りん酸カルシウムとして回収する。これは歯磨き
粉、磁器、家畜の飼料に有用な副製品であり、その工程
の改善はオセイン工場にとって重要である。

【００２５】〔製造工程１〕オセインを高温で抽出すれ
ばかなりの収率で抽出液が得られ、この方法はにかわの
製造に一部で使われているが、不純物が多いためゼラチ
ンには向かない。ゼラチン製造のためには、アルカリ処
理（石灰処理、ｌｉｍｅ ｐｒｏｃｅｓｓ）、または酸
処理（ａｃｉｄ ｐｒｏｃｅｓｓ）という前処理を行
う。前者で得られたゼラチンをアルカリ処理ゼラチン
（Ｂタイプゼラチン）、後者で得られたゼラチンを酸処
理ゼラチン（Ａタイプゼラチン）という。本発明で利用
するのはアルカリ処理タイプであり、水酸化カルシウム
とゼラチン分解物を含む多量のライミング排液が発生す
る。

【００２６】前処理は抽出温度を下げる効果があり、ゼ
ラチン物性の向上、不純物含量の低下、高品質品の収量
増をもたらす。

【００２７】前処理の作用は、第一に原料を膨潤しコラ
ーゲン鎖を架橋した共有結合を切ることである。共有結
合の切断はｐＨ、アルカリ剤の種類、温度、期間に依存
し、過度になるとコラーゲン鎖の切断、原料の形の崩
壊、ゼラチンの溶出が起こり、ゼラチン収率の低下をも
たらす。第二にコラーゲンを構成するアミノ酸の内、ア
スパラギンとグルタミンのアミド基を加水分解しカルボ
キシル基に変える。このためゼラチンの等電点はコラー
ゲンより低くなる。

【００２８】第三にコラーゲンと結合した脂肪、非コラ
ーゲン蛋白、ムコ多糖類を切断する。

【００２９】〔製造工程２〕前処理（製造工程１）を経
た原料は抽出されてゼラチンに変わる。製造工程２で
は、抽出、精製、濃縮、乾燥されるが、この工程全てに
渡って微生物（バクテリア）と温度管理が重要である。

【００３０】（抽出）本来水不溶性のコラーゲンは前処
理により線維構造は不安定になっており、コラーゲンは
ヘリックス構造から種々の長さのランダムコイルに分解
され、温水中に溶出してくる。抽出はバッチ式で数回行
う。最初の抽出（１番抽出）を比較的低温度で数時間行
い、抽出液を排除する。残った原料に再び温水を加え最
初の温度より高い温度で２番抽出を行う。以後数回抽出
を行う。

【００３１】 抽出温度が高いとゼリー強度等のゼラチン品質が低下す
るので、できるだけ低い温度で抽出する。また抽出時の
撹拌は原料の形を崩さないよう注意する。抽出時ｐＨ
は、アルカリ処理ゼラチンでは製品ｐＨに近いところで
行う。これより酸またはアルカリ側では、収率は高いが
品質に影響が出る。酸処理ゼラチンではｐＨ４〜５で抽
出する。

【００３２】（精製）抽出したゼラチン液は、遠心型分
離機（スラッジセパレーター）で処理する。この装置は
消耗品がなく、粗粒子及び脂肪を連続して自動除去でき
る。この工程は極めて短時間のためゼラチン物性への悪
影響はない。

【００３３】次に種々の方法でろ過する。ろ剤にはコッ
トンパルプ、ろ紙、ろ布、珪藻土等が用いられる。価格
が安く再利用できるコットンパルプが最も広く使われて
いるが、欠点として再利用のための使用後洗浄が必要
で、また円盤状に成型する手間と労力、殺菌が必要にな
る。珪藻土は多孔性物質で一般にろ過助剤として知られ
ており、ゼラチン液中の粗粒子に対してはコットンパル
プと同等の捕捉力を示すが、粒径の小さい珪藻土を使用
するとコットンパルプでは捕捉出来ない微粒子を除去で
きる。この微粒子はゼラチン溶液の濁度に関係している
ため、濁度の低いゼラチンの製造には重要である。欠点
としては比較的安い材料であるが再利用できないため廃
棄物になる。抽出液の状況により、珪藻土ろ過、コット
ンパルプろ過、ろ紙ろ過の順で３回のろ過を行うことが
ある。また抽出直後のろ過の他に、濃縮後にろ過するこ
ともある。

【００３４】明礬等を加えてゼラチン中の微粒子を凝集
沈降させ、濁度を向上する化学清澄法はコスト面から現
在はほとんど使用されない。

【００３５】ゼラチンの種類によりイオン交換樹脂によ
る脱塩を行う。還元性物質、活性硫黄、チオ硫酸含量は
イオン交換樹脂で減量または除去できるものがある。

【００３６】また、過酸化水素等による酸化処理でもこ
れらの含量は減少する。しかし、酸化処理によりゼラチ
ン物性が低下するので、特定の目的があるときを除きメ
リットは少ない。

【００３７】ゼラチンのｐＨは、抽出時の液ｐＨを製品
ｐＨに近いところで行うが、抽出番号が進むとアルカリ
処理ゼラチンでは原料内部が弱アルカリ性のためｐＨが
上昇し、抽出後に酸またはアルカリを加えて調整する必
要がある。酸としては硫酸、塩酸、硝酸が使用されてお
り、それぞれメリット、デメリットがある。アルカリは
カセイソーダが使用される。製品ｐＨの測定法はＪＩＳ
Ｋ６５０３、ＰＡＧＩ法があるが、ｐＨのスペックは
ないので用途に応じて決めればよい。例えば写真用では
ほとんどｐＨ５．９±０．２程度である。等電点は、ア
ルカリ処理オセインでは４．８〜５．０、酸処理オセイ
ンでは５．５〜８．０、酸処理豚皮では７．５〜９．４
である。

【００３８】（濃縮）乾燥で水分を除去することは効率
が低いため、その前にできるだけ濃縮する。多段式、薄
膜式等エネルギー的に効率のよい装置を使用する。熱劣
化の少ないように減圧下で行う。

【００３９】（冷却、成形、乾燥）ボテーターと呼ばれ
る外壁から冷却された中空のシリンダーにゼラチン溶液
をポンプで圧入し、スクリューで押し出しながらうどん
状のゲルをステンレススチールの金網でできたコンベア
ーベルトの上に層状に置き乾燥する。

【００４０】（粉砕、混合、計量、包装）乾燥したゼラ
チンを粉砕し、ブレンドする。これをＰＡＧＩ法に基づ
いて検査し用途に応じた組成を行う。

【００４１】〔排ガス〕蒸気製造に使用するボイラーや
コジェネレーションシステムの排ガス組成は、ボイラー
やコジェネレーションシステムの形式、重油、灯油、都
市ガス等の燃料の種類と運転条件により異なるが、いず
れの排ガスも本発明に使用できる。都市ガスを燃料とす
る排ガスの組成例は、炭酸ガス：１１．８％、Ｏ₂：
０．６％、Ｎ₂：８７．６％である。

【００４２】〔土壌改良剤の製造〕ボイラーやコジェネ
レーションシステムの排ガスをコンプレッサーにより散
気管を通してライミング排液に通気すると、炭酸カルシ
ウムの白い沈澱が生成する。通気の終点は処理液のｐＨ
をモニターして決める。処理液を静置または遠心分離し
て炭酸カルシウムを分取し、乾燥する。得られた炭酸カ
ルシウムは、ゼラチン分解物及び水分を含有する。

【００４３】炭酸カルシウムの含量は、通気量によって
調整できる。また粒径は、粉砕機にて粉砕し整粒するこ
とが好ましい。

【００４４】ライミング排液を硫酸や塩酸で中和した後
に活性汚泥処理を続けると、担体にカルシウムが沈着し
その比重を高めるため、通気による流動性が著しく阻害
され汚泥活性の低下を引き起こす。本発明のライミング
排液の前処理方法を実施すると、カルシウム沈着による
担体の比重増加を顕著に抑制できる。

【００４５】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されない。

【００４６】実施例１ オセインを２質量％の水酸化カルシウム液で４０日間処
理した後のライミング排液を得た。この排液は、懸濁液
であり、総カルシウム濃度が９２００ｐｐｍ、３０分静
置後の上澄のカルシウム濃度が３７００ｐｐｍ、ｐＨが
１２．７、ＢＯＤが７６００ｐｐｍであった。この排液
８０Ｌに対し、コジェネレーションシステムの排ガス
（ガス組成；炭酸ガス：１１．８％、Ｏ₂：０．６％、
Ｎ₂：８７．６％）をコンプレッサーにより３２Ｌ／分
の供給量で散気管を通して通気した。通気４時間後に
は、ｐＨが９．０となり、炭酸カルシウムを主成分とす
る白色沈澱が増加した。これを遠心分離し乾燥した。乾
燥物の組成は、カルシウム分が７３質量％、タンパク分
１６質量％、水分５質量％であった。これを粉砕機にて
粉砕し、最大粒径が３０ｍｍとなるように整粒した。比
較用の土壌改良剤（アルカリ資材）として、粒径が約３
０ｍｍの粒状炭酸カルシウム及び粒状石灰石を準備し
た。

【００４７】ＢＯＤは、ＪＩＳ Ｋ０１２０−２１、カ
ルシウム濃度はＰＡＧＩ法に準じて測定した。

【００４８】試験用土壌として、東京都八王子市の酸性
土壌（ｐＨ５．５）を採用した。この土壌に対して、作
製した炭酸カルシウムを主成分とする白色沈澱粒子及び
比較用の土壌改良剤を表１に示す質量％で混合して、溶
出試験を５回行い、この混合物のｐＨを測定した。１回
目と５回目の測定結果を表１に示す。本発明の炭酸カル
シウムを主成分とする白色沈澱粒子は、粒状炭酸カルシ
ウムに比べ、土壌の酸性化を防止し、あるいは酸性土壌
を中性化ないしアルカリ性化し、適切なｐＨ値を長期に
わたり維持できる。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【発明の効果】本発明により、炭酸カルシウムとゼラチ
ン分解物を含有する土壌改良剤及びその製造方法を提供
することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 元 兵庫県宝塚市高司５丁目６番１号 コニカ ゼラチン株式会社内 (72)発明者 永井 良人 兵庫県宝塚市高司５丁目６番１号 コニカ ゼラチン株式会社内 (72)発明者 篠原 耕司 兵庫県宝塚市高司５丁目６番１号 コニカ ゼラチン株式会社内 Ｆターム(参考） 4D002 AA09 AC10 BA02 CA06 DA05 DA12 DA66 FA02 4D038 AA08 AB59 4H026 AA04 AA10 AA15 AB04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゼラチン製造工程で発生するライミング
   排液に炭酸ガスを含む排ガスを作用させることを特徴と
   する土壌改良剤の製造方法。
2. 【請求項２】 ５０質量％以上の炭酸カルシウムと５〜
   ３０質量％のゼラチン分解物を含有することを特徴とす
   る土壌改良剤。