JP2008279315A

JP2008279315A - 植物性有機物の乾燥処理方法

Info

Publication number: JP2008279315A
Application number: JP2007123330A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Yamaguchi; 和也山口; Masami Kigoshi; 雅美木越
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2007-05-08
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2008-11-20

Abstract

【課題】植物性有機物の細胞壁を、余分な手間をかけず、小さなエネルギで満遍なく破壊し、植物性有機物を効率よく粉砕して乾燥処理できるようにすることである。
【解決手段】撹拌羽根２とヒータ３を備えた乾燥処理槽１に植物性有機物と一緒に水分保持材を投入するようにし、投入された植物性有機物と水分保持材を撹拌しながら自然排気だけで昇温する昇温工程と、水分保持材の水分を３０質量％以上に保ちながら、昇温された植物性有機物を撹拌により粉砕する粉砕工程と、粉砕された植物性有機物を所定の水分以下に強制乾燥する乾燥工程とを設けることにより、植物性有機物の細胞壁を、余分な手間をかけず、小さなエネルギで満遍なく破壊し、植物性有機物を効率よく粉砕して乾燥処理できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、野菜や果物等の植物性有機物を粉砕して乾燥する植物性有機物の乾燥処理方法に関する。

生ごみ等の有機廃棄物を肥料、土壌改良剤、飼料等の原料として利用するための処理方法としては、微生物による発酵処理、加熱乾燥による乾燥処理、およびこれらを組み合わせた複合処理が知られているが、乾燥処理は、有機廃棄物を比較的短時間で処理でき、得られた原料を長期間保存できる利点がある（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載されたものは、有機廃棄物を収容する処理槽の有機廃棄物が接触する壁面の外周面にヒータを配置し、有機廃棄物を破砕しながら撹拌するとともに、処理槽軸方向に往復搬送する複数個の撹拌羽根を有する撹拌ロータを処理槽内に配置して、有機廃棄物を破砕しながら乾燥することにより、より短時間で有機廃棄物を乾燥するようにしている。また、特許文献２に記載されたものは、伝導伝熱乾燥機にごみと一緒に砂や金属粒等の充填材を投入し、ごみへの熱伝導性を向上させて、乾燥効率を高めるようにしている。

なお、有機廃棄物を乾燥処理するものではなく、発酵処理の前処理として、有機廃棄物を乾燥処理を含まない加熱処理で加熱して、有機廃棄物の細胞内結合水を解離またはその結合を弱化させた後、有機廃棄物を機械的に脱水するようにしたものもある（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−１７６３９９号公報特開平９−３１８０２９号公報特開平１０−９４７７９号公報

上述した乾燥処理される有機廃棄物が、野菜や果物等の植物性有機物である場合は、その植物細胞がセルロース、ヘミセルロース、ペクチンを主成分とする固い細胞壁で覆われているので、植物性有機物を十分に乾燥するためには、この細胞壁を破壊して、細胞内の水分を排出する必要がある。なお、植物細胞は、加熱すると細胞を結合する働きのあるペクチンが分解されて、細胞と細胞が離れやすくなる。また、澱粉質の多いものは煮る、すなわち水分がある状態で加熱すると、澱粉質が糊化して膨らむので、細胞が分離しやすくなる。

特許文献１に記載されたものは、ヒータで加熱される処理槽の壁面と接触する部位の植物性有機物は、撹拌羽根による破砕によって細胞壁がある程度破壊されるが、処理槽の壁面から離れた加熱され難い植物性有機物は細胞壁がほとんど破壊されず、処理槽内の植物性有機物の細胞壁を十分に破壊するためには、撹拌羽根を大きな出力で長時間駆動する必要があり、大きなエネルギを必要とする問題がある。

また、特許文献２に記載されたものは、充填材による熱伝導性向上効果によって、伝導伝熱乾燥機に投入される植物性有機物を満遍なく加熱することができるが、植物性有機物の細胞壁を破壊するためには、砂や金属粒等の硬い充填材と一緒に植物性有機物を撹拌羽根等によって粉砕する必要があり、撹拌羽根等が損傷しやすい問題がある。また、粉砕後に植物性有機物と充填材を分離する必要もあり、余分な手間がかかる問題もある。なお、特許文献２に記載されたものは、澱粉質の多い植物性有機物に対して、煮ることにより細胞を分離し易くする効果はない。

一方、特許文献３に記載されたものは、乾燥処理を含まない加熱処理によって、植物性有機物の細胞内結合水を排出し易くすることができるが、加圧脱水、真空脱水、遠心分離脱水等の大がかりな機械的脱水手段を必要とする問題がある。また、肥料や飼料等の原料は粉砕して使用されるので、機械的脱水手段で脱水したものを別途に粉砕する必要もある。

そこで、本発明の課題は、植物性有機物の細胞壁を、余分な手間をかけず、小さなエネルギで満遍なく破壊し、植物性有機物を効率よく粉砕して乾燥処理できるようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明の植物性有機物の乾燥処理方法は、撹拌手段と加熱手段を備えた乾燥処理槽に植物性有機物と一緒に水分保持材を投入するようにし、これらの投入された植物性有機物と水分保持材を撹拌しながら自然排気だけで昇温する昇温工程と、前記水分保持材の水分を３０質量％以上に保ちながら、前記昇温された植物性有機物を撹拌により粉砕する粉砕工程と、粉砕された植物性有機物を所定の水分以下に強制乾燥する乾燥工程とを設けた方法を採用した。

すなわち、撹拌手段と加熱手段を備えた乾燥処理槽に植物性有機物と一緒に水分保持材を投入するようにし、以下に説明する各工程での作用により、植物性有機物の細胞壁を、余分な手間をかけず、小さなエネルギで満遍なく破壊し、植物性有機物を効率よく粉砕して乾燥処理できるようにした。

まず、昇温工程では、投入された植物性有機物と水分保持材を撹拌しながら自然排気だけで昇温することにより、外表面近傍の植物細胞の細胞壁が破壊されやすくなり、細胞内の水分が細胞外へ排出されて、撹拌により水分保持材に満遍なく吸収される。つぎに、粉砕工程では、細胞内の水分を吸収した水分保持材の水分を３０質量％以上に保ちながら、昇温された植物性有機物を撹拌により粉砕することにより、熱伝達性の優れた水や水蒸気に覆われた植物性有機物は、その内部まで効率よく加熱され、細胞壁が破壊されて柔らかくなり、小さなエネルギによる撹拌で粉砕される。最後に、乾燥工程で粉砕された植物性有機物を所定の水分以下に強制乾燥することにより、植物性有機物が効率よく乾燥される。

前記水分保持材の水分を３０質量％以上、好ましくは３０〜５０質量％に保つようにしたのは、水分保持材の水分が３０質量％未満では、植物性有機物が十分に水や水蒸気に覆われずに内部まで効率よく加熱されず、破壊されない細胞壁が残るため、後の図２に示すように、十分に粉砕されていない植物性有機物の量が多くなる。なお、水分保持材の水分が５０質量％を超えると、乾燥で排除すべき水分が多くなるとともに、処理物が団子状となって水分が排出され難くなり、乾燥工程での乾燥時間が長くなって、余分な熱エネルギを必要とする。

前記乾燥処理槽に投入される植物性有機物と水分保持材の容量比率は、植物性有機物１００容量部に対して水分保持材１００〜２５０容量部とするのが好ましい。水分保持材が１００容量部未満では、昇温工程で植物性有機物の細胞内の水分を十分に吸収できず、水分保持材が２５０容量部を超えると、粉砕工程での水分保持材の水分を３０質量％以上にできなくなるからである。

前記水分保持材を穀物の糠とすることにより、乾燥処理後に水分保持材を除去することなく、そのまま肥料等の原料として利用することができる。

本発明の植物性有機物の乾燥処理方法は、撹拌手段と加熱手段を備えた乾燥処理槽に植物性有機物と一緒に水分保持材を投入するようにし、これらの投入された植物性有機物と水分保持材を撹拌しながら自然排気だけで昇温する昇温工程と、水分保持材の水分を３０質量％以上に保ちながら、昇温された植物性有機物を撹拌により粉砕する粉砕工程と、粉砕された植物性有機物を所定の水分以下に強制乾燥する乾燥工程とを設けたので、植物性有機物の細胞壁を、余分な手間をかけず、小さなエネルギで満遍なく破壊し、植物性有機物を効率よく粉砕して乾燥処理することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る植物性有機物の乾燥処理方法を採用した乾燥処理装置を示す。この乾燥処理装置は、横型の乾燥処理槽１の内部に、撹拌手段としてのリボン式撹拌羽根２を横架し、乾燥処理槽１の外側に、内部を間接加熱する加熱手段としてのヒータ３を配設したものであり、上部に植物性有機物と水分保持材が投入される投入口１ａが設けられ、下部に乾燥処理された植物性有機物が水分保持材と一緒に排出される排出口１ｂが設けられている。

前記乾燥処理槽１には、給気口４と排気口５が設けられ、排気口５は排風機６に接続されており、排風機６を作動することにより、乾燥処理槽１内の蒸気が排気口５から強制的に排出され、乾燥した空気が給気口４から導入されるようになっている。また、乾燥処理槽１には、内部の温度と水分を測定する温度計７と水分計８が取り付けられている。

以下に、本発明に係る植物性有機物の乾燥処理方法の工程を説明する。前記乾燥処理槽１に投入された植物性有機物と水分保持材は、まず、昇温工程で、撹拌羽根２によって撹拌されながら、排風機６を止めて自然排気だけで、ヒータ３によって昇温される。このとき、植物性有機物の外表面近傍の植物細胞が分離しやすくなって、その細胞壁が撹拌により破壊され、細胞内の水分が水分保持材に吸収される。昇温工程では、温度計７の出力に基づいて、約８０℃まで昇温される。

つぎに、粉砕工程で、細胞内の水分を吸収して湿潤した水分保持材の水分を３０〜５０質量％に保って加熱を続けながら、昇温された植物性有機物を撹拌羽根２の撹拌により粉砕することにより、熱伝達性の優れた水や水蒸気に覆われた植物性有機物は、その内部まで効率よく加熱され、細胞壁が破壊されて柔らかくなり、小さなエネルギによる撹拌で粉砕される。粉砕工程では、温度計７の出力に基づいて昇温温度が約８０℃に保たれるとともに、水分計８の出力に基づいて排風機６が作動され、水分保持材の水分が３０〜５０質量％に保たれる。

最後に、乾燥工程では、排風機６がフルに作動され、粉砕されて粉末状となった植物性有機物が、効率よく所定の水分以下に強制乾燥される。この乾燥工程では、乾燥時間を短縮するために、ヒータ３の加熱温度を高くしてもよい。乾燥処理が終わった植物性有機物は、水分保持材と一緒に排出口１ｂから排出される。

上述した乾燥処理装置を使用し、植物性有機物として葉部を切り落とした水分が約９０質量％の生ニンジンを、水分保持材として水分が約１０質量％の米糠を用いて、乾燥処理試験を行った。生ニンジンの嵩密度は０．６ｋｇ／リットル、米糠の嵩密度は０．３２ｋｇ／リットルとし、生ニンジンの容量部Ａと米糠の容量部Ｂとの容量比率Ａ／Ｂ（体積割合）を６段階に変えて、両者の合計容量が約７５リットルとなるように乾燥処理槽１に投入した。昇温工程での昇温温度は８０℃、粉砕工程での粉砕時間は２時間とし、乾燥処理終了後の乾燥品を５ｍｍメッシュの篩にかけて、篩上に残る塊状乾燥品（粉砕不足の乾燥ニンジン）の原料（生ニンジン）１ｋｇ当たりの重量を測定し、この篩上の塊状乾燥品の重量によって、乾燥処理の効率を評価した。すなわち、塊状乾燥品の重量が少ないほど、細かく粉砕された粉末状の乾燥品（乾燥ニンジン）が得られる乾燥処理効率が高いと評価した。

表１は、前記容量比率Ａ／Ｂを変えた各乾燥処理試験の試験結果を示す。表１には、各容量比率Ａ／Ｂにおける生ニンジンの投入重量、昇温工程で要した昇温時間、昇温完了時の米糠の水分、および乾燥工程で要した乾燥時間も併記した。水分が９０質量％の生ニンジン１ｋｇ当たりからは乾燥ニンジン１００ｇが得られるが、容量比率Ａ／Ｂをそれぞれ１００／９４０、１００／４７０と米糠の容量部を多くした試験１、２は、約半分の乾燥ニンジンが塊状となって篩上に残り、粉末状の乾燥品が得られる乾燥処理効率が低くなっている。これに対して、容量比率Ａ／Ｂを１００／２５０〜１００／７５とした試験３〜６は、篩上に残った塊状の乾燥ニンジンが少なく、８５％以上の粉末状の乾燥ニンジンが効率よく得られ、特に、容量比率Ａ／Ｂをそれぞれ１００／１５０、１００／１１０とした試験４、５は、９７％以上の粉末状の乾燥ニンジンが得られている。ただし、容量比率Ａ／Ｂを１００／７５と米糠の容量部を少なくした試験６は、９７％以上の粉末状の乾燥ニンジンが得られているが、乾燥工程での乾燥時間が長くなっている。なお、昇温工程の昇温時間は、米糠の容量が少なくなるほど長くなっているが、米糠の容量が少なくなるほど生ニンジンの投入重量は多くなっているので、生ニンジンの投入単位重量に対する実質的な昇温効率は、米糠の容量が少なくなるほど向上している。

図２は、表１の試験結果における昇温完了時の米糠の水分と、篩上に残った塊状の乾燥ニンジンの重量との関係を示すグラフである。このグラフより、昇温完了時の米糠の水分を多くするほど、篩上の塊状の乾燥ニンジンが少なくなって、粉末状の乾燥ニンジンが多くなり、米糠の水分が３０質量％以上になると、効率よく粉末状の乾燥ニンジンが得られることが分かる。この結果は、昇温完了時の米糠の水分が３０質量％未満では、粉砕工程で乾燥処理槽に蒸気が十分に充満せず、生ニンジンの内部の細胞が加熱不足で細胞壁が破壊されずに、粉砕不足になったものと考えられる。なお、昇温完了時の米糠の水分が５０質量％を超えた試験６で乾燥時間が長くなったのは、乾燥工程で排除すべき水分が多くなるとともに、処理物が団子状となって水分が排出され難くなったためと考えられる。

上述した実施例では、水分保持材に米糠を用いたが、水分保持材には他の穀物の糠や、本発明に係る乾燥処理方法で得られる粉末状の乾燥品を用いることもできる。

ａは本発明に係る植物性有機物の乾燥処理方法を適用した乾燥処理装置を示す縦断面図、ｂはａのIb−Ib線に沿った断面図実施例の乾燥処理試験における昇温完了時の米糠の水分と生ニンジン１ｋｇ当たりの篩上の塊状の乾燥ニンジンの重量の関係を示すグラフ

符号の説明

１乾燥処理槽
１ａ投入口
１ｂ排出口
２撹拌羽根
３ヒータ
４給気口
５排気口
６排風機
７温度計
８水分計

Claims

撹拌手段と加熱手段を備えた乾燥処理槽に植物性有機物と一緒に水分保持材を投入するようにし、これらの投入された植物性有機物と水分保持材を撹拌しながら自然排気だけで昇温する昇温工程と、前記水分保持材の水分を３０質量％以上に保ちながら、前記昇温された植物性有機物を撹拌により粉砕する粉砕工程と、粉砕された植物性有機物を所定の水分以下に強制乾燥する乾燥工程とを設けた植物性有機物の乾燥処理方法。
前記乾燥処理槽に投入される植物性有機物と水分保持材の容量比率を、植物性有機物１００容量部に対して水分保持材１００〜２５０容量部とした請求項１に記載の植物性有機物の乾燥処理方法。
前記水分保持材を穀物の糠とした請求項１または２に記載の植物性有機物の乾燥処理方法。