JP2004262899A - アミノ酸の回収方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛋白質含有液に調整剤等の薬品を添加することなく、安全かつ効率的に蛋白質を回収し、更に、回収した蛋白質からアミノ酸を回収する方法及び装置を提供することを目的とする。
【解決手段】蛋白質１１もしく蛋白質１１を含有する液体１０からアミノ酸１７を回収するアミノ酸１７の回収方法において、蛋白質１１もしくは液体１０を水熱処理してアミノ酸１７に分解する工程を有するようにした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛋白質を含有する廃液の有効利用に関する。さらに詳しくは、蛋白質を含有する廃液からアミノ酸を回収する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酒または焼酎製造工場或いは澱粉製造工場等から排出される廃液中には、蛋白質などの栄養分が多く含有されている。そして、このような蛋白質含有液の排水量は、工場によっては、一日当たり１０００トン程度と非常に多く、廃液の有効利用が求められている。
このため、蛋白質含有液にＳＯ_２等の調整剤を添加してｐＨ（ペーハー）を５程度に調整した後に約９０℃で熱処理することにより、蛋白質を析出分離させている。そして、回収された蛋白質は、食材原料として利用されたり、肥料として農地に還元したりしている。更に、蛋白質を回収（分離）して残った液体（廃液）をリアクタで処理することによりメタンガス等のバイオガスを回収して燃料として利用している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１４５８６０号公報（第２頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、蛋白質含有液を堆肥として利用する場合には、液中の栄養分が腐敗して悪臭を放ち、悪臭公害の要因となるという問題がある。更に、液中に含まれる大量のカリウムが土壌を汚染してしまうという問題がある。また、蛋白質含有液から蛋白質を回収する際に添加されるｐＨ調整剤が、後のリアクタ処理工程において、リアクタの効率を低下させる原因となるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、蛋白質含有液にｐＨ調整剤等の薬品を添加することなく、安全かつ効率的に蛋白質を回収し、更に、回収した蛋白質からアミノ酸を回収する方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアミノ酸の回収方法及び装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、蛋白質（１１）もしくは蛋白質（１１）を含有する液体（１０）からアミノ酸（１７）を回収する方法であって、蛋白質（１１）を水熱処理してアミノ酸（１７）に分解する工程を有するようにした。これにより、蛋白質もしくは蛋白質含有液を水熱処理することにより加水分解させて、容易にアミノ酸を得ることができる。
【０００７】
また、蛋白質（１１）が、蛋白質（１１）を含有する液体（１０）から回収された蛋白質（１１）であるものでは、例えば、工場から排出される蛋白質含有液から大量の蛋白質を回収することができるので、資源の有効利用を促進することができる。
また、液体（１０）から蛋白質（１１）を回収する際に、液体（１０）を加熱処理するものでは、蛋白質含有液から蛋白質を回収する際に、ｐＨ調整剤等の薬品を添加することがないので、回収された蛋白質を食品や堆肥として有効に利用することができ、また、この蛋白質から得られるアミノ酸も安心して食品等に利用することができる。
【０００８】
第２の発明は、蛋白質（１１）もしくは蛋白質（１１）を含有する液体（１０）からアミノ酸（１７）を回収する装置（１）であって、蛋白質（１１）を水熱処理してアミノ酸（１７）に分解する水熱処理装置（８０）を備えるようにした。これにより、水熱処理装置において蛋白質を水熱処理することにより加水分解させて、容易にアミノ酸を得ることができる。また、蛋白質含有液を水熱処理することにより、蛋白質含有液から蛋白質を分離する工程を介することなく、容易にアミノ酸を得ることができる。すなわち、蛋白質もしくは蛋白質含有液を水熱処理することにより、容易にアミノ酸を得ることができる。
【０００９】
また、回収装置（１）が、蛋白質（１１）を含有する液体（１０）から蛋白質（１１）を回収する蛋白質回収装置（３０）を備えるものでは、蛋白質回収装置により蛋白質含有液から確実に蛋白質を回収することができるので、資源の有効利用を促進することができる。
また、蛋白質回収装置（３０）が、液体（１０）を加熱処理して液体（１０）に含有する蛋白質（１１）を析出させる加熱処理装置（３０）を備えるものでは、蛋白質含有液から蛋白質を回収する際に、加熱処理装置により加熱するだけであって、ｐＨ調整剤等の薬品を添加することがないので、回収された蛋白質を食品や堆肥として有効に利用することができ、また、この蛋白質から得られるアミノ酸も安心して食品等に利用することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明のアミノ酸の回収方法の実施の形態に用いる装置の一例を示す概念図である。
回収装置１は、加熱処理装置３０、リアクタ５０、ガス回収装置６０、排水処理装置７０、水熱処理装置８０、及びこれら各装置を連結するライン２０から構成される。
【００１１】
加熱処理装置（蛋白質回収装置）３０は、蛋白質１１を含有する液体１０を加熱することにより蛋白質１１を回収する装置であって、加熱処理容器３１とヒータ３２とを備え、ヒータ３２により加熱処理容器３１内に収容された液体を加熱する。加熱処理容器３１の上部には、加熱処理容器３１内に液体を供給する供給ライン２１が連結される。供給ライン２１は、不図示の蛋白質含有液供給部から導かれて蛋白質含有液１０を加熱処理容器３１内に供給する。
【００１２】
加熱処理装置３０の下流側には、リアクタ５０及び水熱処理装置８０が設けられる。加熱処理装置３０とリアクタ５０とは、移送ライン２２を介し接続される。また、加熱処理装置３０と水熱処理装置８０とは、移送ライン２７を介し接続される。移送ライン２７は、加熱処理装置３０で回収された蛋白質１１を移送するラインであり、一方、移送ライン２２は、蛋白質１１が回収された残液１２を移送するラインである。
【００１３】
加熱処理装置３０とリアクタ５０とを連結する移送ライン２２には、クーラ４０及び圧力調整弁２３が設けられる。クーラ４０は、移送ライン２２を介して加熱処理装置３０から移送される残液１２を冷却媒体４１と熱交換させることにより冷却する。また、圧力調整弁２３は、加熱処理装置３０から移送される残液１２の圧力を調整するものであり、例えば、大気圧に減圧させたりする。
【００１４】
リアクタ５０は、有機物を含む液体を微生物５４や酵素を利用して発酵（分解）させることにより、バイオガスと呼ばれるガス１４を生成する処理槽である。なお、リアクタ５０が嫌気性リアクタ５０の場合には、ガス１４としてメタンガス１４が生成される。リアクタ５０は、加熱処理装置３０から移送された残液１２を収容する容器５１、残液１２を攪拌するプロペラ５２、プロペラを回転させるモータ５３、残液１２を発酵させる微生物５４とを備える。また、容器５１には、上部にガス取出口５５が設けられ、また、下端部には排水口５６が設けられる。
【００１５】
ガス取出口５５には、圧力調整弁２５を備えたガス回収ライン２４を介してガス回収装置６０が接続される。ガス回収装置６０は、リアクタ５０より取り出される水蒸気１３とガス１４を分離するとともに、不純物を取り除いたガス１４を回収するものである。
【００１６】
排水口５６の下流には、移送ライン２６を介して排水処理装置７０が連結される。排水処理装置７０は、リアクタ５０から移送された廃液１５を河川等に放流できる程度まで浄化処理し、排水口７１から排水１６を外部に放出する。
【００１７】
水熱処理装置８０は、圧力容器からなる水熱処理容器８１とヒータ８２とを備え、水熱処理容器８１内に収容された液体を水熱処理する。水熱処理容器８１の上部には、加熱処理装置３０内で析出した蛋白質１１を移送する移送ライン２７が連結され、移送ライン２７には、開閉弁２８が設けられる。そして、水熱処理容器８１の下部には排出口８３が設けられ、水熱処理容器８１内で水熱処理された液体を排出する。
【００１８】
上記装置を用いて蛋白質含有液１０から蛋白質１１、メタンガス１４及びアミノ酸１７を回収する処理は、以下のように行われる。
先ず、供給ライン２１を介して不図示の蛋白質含有液供給部から蛋白質含有液１０が加熱処理容器３１内に供給される。蛋白質含有液１０は、蛋白質１１等の有機物を含む水溶液である。そして、ヒータ３２により加熱処理容器３１内に収容された蛋白質含有液１０を加熱する。加熱温度は、蛋白質含有液１０に含まれる蛋白質１１が液状化しない程度の温度であり、好ましくは、８０〜１２０℃程度である。なお、加熱時間は、約５〜１０分程度が好ましい。
【００１９】
このように、加熱処理容器３１内で蛋白質含有液１０を加熱することにより、蛋白質１１を効率的に析出させることができる。すなわち、蛋白質１１が水溶性から難溶性に変性することにより、液中に析出する。また、蛋白質含有液１０にｐＨ調整剤等の薬品を添加することなく、安全かつ効率的に蛋白質１１を回収することができるので、回収した蛋白質１１を食品や堆肥として有効利用することができる。
【００２０】
次に、蛋白質含有液１０から蛋白質１１を回収される。蛋白質１１の回収には、ろ過や遠心分離等の処理が用いられる。そして、蛋白質１１が回収されて残った残液１２を移送ライン２２を介してリアクタ５０に移送する。残液１２の移送の際、移送ライン２７に設けた開閉弁２８を閉鎖しておく。そして、リアクタ５０への残液１２の移送が完了した後に、開閉弁２８を開放して、加熱処理容器３１内で回収された蛋白質１１を移送ライン２７を介して水熱処理装置８０に移送する。なお、水熱処理装置８０の作用については後述する。
【００２１】
残液１２が移送ライン２２を通過する際、クーラ４０及び圧力調整弁２３により、残液１２の温度と圧力とをリアクタ５０における消化処理に適した温度、圧力にする。例えば、残液１２の温度を５０℃、圧力を大気圧にする。これにより、リアクタ５０の容器５１内に存在する微生物５４の活動を妨げないので、リアクタ５０の効率を低下させることがない。そして、残液１２をリアクタ５０に移送後、即座に消化処理に移行できる。
【００２２】
残液１２がリアクタ５０の容器５１に収容されると、微生物５４が残液１２内に含有する有機物を発酵させる消化処理が行われる。有機物の発酵を活発化、均等化させるために、容器５１内に設けたプロペラ５２をモータ５３で回転させて残液１２を攪拌させる。消化処理には、嫌気性消化処理や好気性消化処理があり、いずれの方法も発酵を利用した有機物の分解による処理方式である。嫌気性消化法は、主に、高濃度、大容量の処理に用いられ、嫌気性リアクタ５０を用いることにより、メタンガス１４が生成される。また、好気性消化処理では、二酸化炭素等のガス１４が生成される。そして、消化処理によりメタンガス１４等のガス１４が生成されると、容器５１の上部には発酵の際の温度上昇に伴う水蒸気１３やメタンガス１４が充満する。そして、圧力調整弁２５を開放して、ガス取出口５５からガス回収ラインを介してガス回収装置６０に水蒸気１３及びメタンガス１４を移送させる。
【００２３】
このように、従来、蛋白質含有液１０から蛋白質１１を回収する際に使用されたｐＨ調整剤が廃止され、蛋白質含有液１０に熱を加えただけなので、後工程であるリアクタ５０における消化処理に与える影響が軽減され、ガス１４の生成効率を向上させることができる。特に、嫌気性消化処理の場合では、メタンガス１４の回収効率を約２倍程度に向上させることが可能である。
【００２４】
そして、ガス回収装置６０では、移送された水蒸気１３とメタンガス１４とを分離するとともに、不純物を取り除いて高純度のメタンガス１４が回収される。そして、回収されたメタンガス１４は、燃料として利用することができる。なお、水蒸気１３は、大気中に放出される。また、ガス１４として二酸化炭素ガスが回収される場合には、大気中に放出してもよい。
【００２５】
一方、リアクタ５０の容器５１の下部に残留した廃液１５は、排水口５６から移送ライン２６を介して排水処理装置７０に送られる。そして、排水処理装置７０において、廃液１５を浄化処理して排水口７１から排水１６を外部に放出する。これにより、河川などへの有機物汚染が防止される。浄化処理の方法は、従来からある浄化処理と同様である。
【００２６】
一方、移送ライン２７を介して蛋白質１１が移送された水熱処理装置８０では、水熱処理容器８１に収容された蛋白質１１をヒータ８２により連続的に加熱処理する。ここで、図２は、回収した蛋白質１１の水熱処理による液状化率を表すグラフである。そして、加熱温度を１００℃程度以上に上昇させることにより、蛋白質１１に含まれる水分が蒸発して水熱処理容器８１内の圧力も上昇して飽和蒸気圧となり、いわゆる水熱処理が行われる。なお、水熱処理に必要な水分として、残液１２の一部を移送ライン２７を介して水熱処理装置８０内に導入してもよく、或いは、外部から水熱処理装置８０内に水分を導入してもよい。そして、図２に示すように、蛋白質１１をアミノ酸１７に分解（液状化）させることができる。なお、約２５０℃程度以上に温度を上昇させると、アミノ酸１７等が変質等してしまう場合がある。また、加熱時間は、約１０分程度が好ましい。そして、蛋白質１１からは、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、メチオニン、トリプトファン、フェニルアラニン、プロリン、グリシン、セリン、スレオニン、システイン、チロシン、アスパラギン、グルタミン、リジン、ヒスチジン、アルギニン、アルパラギン酸、グルタミン酸等の複数のアミノ酸１７のなかから少なくとも１種類以上のアミノ酸１７が得られる。このように蛋白質１１を水熱処理することにより、蛋白質１１を分解（液状化）させてアミノ酸１７を生成することができる。そして、得られたアミノ酸１７は排出口８３から回収される。
【００２７】
以上のようして、蛋白質含有液１０から蛋白質１１、ガス１４及びアミノ酸１７を安全かつ効率的に回収することができる。また、蛋白質含有液１０から蛋白質１１及びアミノ酸１７を回収する際に、ｐＨ調整剤等の薬品を添加することがないので、回収された蛋白質１１及びアミノ酸１７を食品や堆肥として有効に利用することができる。さらに、蛋白質含有液１０にｐＨ調整剤を添加していないため、後工程である消化処理に与える影響が軽減され、特に、嫌気性消化処理の場合では、メタンガス１４の回収効率を大幅に向上させることができる。また、回収された蛋白質１１を水熱処理することにより、容易にアミノ酸１７を得ることができる。
【００２８】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。本発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。
【００２９】
加熱処理装置３０に連結されるリアクタ５０は、１台に限らず、複数台であってもよい。加熱処理装置３０における加熱処理に比べて、リアクタ５０における消化処理は時間を要するため、複数台のリアクタ５０を設けた方が円滑に上述した処理を進めることができる。この場合、嫌気性リアクタ５０と好気性リアクタとを混在させてもよい。
同様に、加熱処理装置３０に連結される水熱処理装置８０は、１台に限らず、複数台であってもよい。そして、連結された水熱処理装置８０毎に加熱温度を変えることにより、水熱処理装置８０毎に得られるアミノ酸１７の種類を変えることが可能となる。
【００３０】
また、加熱処理装置３０を水熱処理装置８０として兼用させてもよい。すなわち、加熱処理装置３０で蛋白質１１を析出させ、残液１２を排出した後に、更に加熱処理装置３０を加熱させて、加熱処理容器３１に残った蛋白質１１を水熱処理してもよい。また、蛋白質含有液１０を加熱処理装置３０内で直接、水熱処理しアミノ酸１７を回収してもよい。これにより、装置を簡易化でき、設備コストを抑えることができる。
【００３１】
また、移送ライン２２、２６、２７の途中に残液１２、１５、蛋白質１１を貯蔵する貯蔵槽を設けてもよい。また、移送ライン２２にクーラ４０及び圧力調整弁２３を設けずに、残液１２を直接、リアクタ５０に移送してもよい。また、リアクタ５０を設けずに、廃液１５を排水処理装置７０に移送して、排水処理を行ってもよい。
【００３２】
水熱処理装置８０の下流に生成されたアミノ酸１７から特定のアミノ酸１７を抽出したり、アミノ酸１７を種類毎に分類したりする装置を設けてもよい。これにより、例えば、うまみ成分を持つアミノ酸１７だけを回収することができる。
【００３３】
回収装置１に収容される蛋白質１１は、蛋白質含有液１０から回収されたものに限らず、他の装置や手段、方法によって得られる蛋白質であってもよい。したがって、ｐＨ調整剤を用いて蛋白質１１を析出させたものであってもよく、また、植物性あるいは動物性であってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば以下の効果を得ることができる。
第１の発明は、蛋白質からアミノ酸を回収する方法であって、蛋白質を水熱処理してアミノ酸に分解する工程を有するようにした。このため、蛋白質を水熱処理することにより加水分解させて、容易にアミノ酸を得ることができる。
【００３５】
また、蛋白質が、蛋白質を含有する液体から回収された蛋白質であるようにしたので、例えば、工場から排出される蛋白質含有液から大量の蛋白質を回収することができるので、資源の有効利用を促進することができる。
また、液体から蛋白質を回収する際に、液体を加熱処理するようにしたので、蛋白質含有液から蛋白質を回収する際に、ｐＨ調整剤等の薬品を添加することがないので、回収された蛋白質を食品や堆肥として有効に利用することができ、また、この蛋白質から得られるアミノ酸も安心して食品等に利用することができる。
【００３６】
第２の発明は、蛋白質からアミノ酸を回収する装置であって、蛋白質を水熱処理してアミノ酸に分解する水熱処理装置を備えるようにした。このため、水熱処理装置において蛋白質を水熱処理することにより加水分解させて、容易にアミノ酸を得ることができる。また、蛋白質含有液を水熱処理することにより、蛋白質含有液から蛋白質を分離する工程を介することなく、容易にアミノ酸を得ることができる。すなわち、蛋白質もしくは蛋白質含有液を水熱処理することにより、容易にアミノ酸を得ることができる。
【００３７】
また、回収装置が、蛋白質を含有する液体から蛋白質を回収する蛋白質回収装置を備えるようにしたので、蛋白質回収装置により蛋白質含有液から確実に蛋白質を回収することができるので、資源の有効利用を促進することができる。
また、蛋白質回収装置が、液体を加熱処理して液体に含有する蛋白質を析出させる加熱処理装置を備えるようにしたので、蛋白質含有液から蛋白質を回収する際に、加熱処理装置により加熱するだけであって、ｐＨ調整剤等の薬品を添加することがないので、回収された蛋白質を食品や堆肥として有効に利用することができ、また、この蛋白質から得られるアミノ酸も安心して食品等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】アミノ酸の回収装置を示す概念図である。
【図２】蛋白質の水熱処理による液状化率を表すグラフである。
【符号の説明】
１ 回収装置
１０ 蛋白質含有液（液体）
１１ 蛋白質
１２ 残液
１７ アミノ酸
２０ ライン
３０ 加熱処理装置（蛋白質回収装置）
４０ クーラ
５０ リアクタ
６０ ガス回収装置
７０ 排水処理装置
８０ 水熱処理装置

Claims (6)

1. 蛋白質もしくは蛋白質を含有する液体からアミノ酸を回収する方法であって、
   蛋白質もしくは蛋白質を含有する液体を水熱処理してアミノ酸に分解する工程を有することを特徴とするアミノ酸の回収方法。
2. 前記蛋白質は、蛋白質を含有する液体から回収された蛋白質であることを特徴とする請求項１に記載のアミノ酸の回収方法。
3. 前記液体から蛋白質を回収する際に、前記液体を加熱処理することを特徴とする請求項２に記載のアミノ酸の回収方法。
4. 蛋白質もしくは蛋白質を含有する液体からアミノ酸を回収する装置であって、
   蛋白質もしくは蛋白質を含有する液体を水熱処理してアミノ酸に分解する水熱処理装置を備えることを特徴とするアミノ酸の回収装置。
5. 前記回収装置は、蛋白質を含有する液体から蛋白質を回収する蛋白質回収装置を備えることを特徴とする請求項４に記載のアミノ酸の回収装置。
6. 前記蛋白質回収装置は、前記液体を加熱処理して該液体に含有する蛋白質を析出させる加熱処理装置を備えることを特徴とする請求項５に記載のアミノ酸の回収装置。

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