JP2010285333A - 籾殻発酵分解堆肥の製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱穀過程で排出される籾殻は、優良な有機質素材でありながら、珪酸分に富んだ構造を持つため微生物分解が難しく、有効に活用されていない。稲の籾殻だけでも年間３００万トンに及び、効率よく堆肥化を行うことができれば資源循環に貢献し、かつ、耕地土壌改善に寄与する。そのため簡便な籾殻堆肥化技術の開発が求められている。
【解決手段】籾殻または磨砕した籾殻に発酵助剤としてデンプン質を含有する糠やフスマ、水分を加え、あらかじめ増殖させたＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属、酵母類、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属菌材を加えて堆積し、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属によるデンプンの糖化、次いで、生成した糖を利用する酵母類の増殖、更に糖や酵母分泌物を利用するＴｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属の増殖を続かせる。適宜切り返しを行うことにより菌分布や水分の均一化、酸素の供給を行うことにより微生物生態系を形成させ、好気性発酵による籾殻の分解を行う。
【選択図】図３

Description

この発明は、籾殻（もみがら）を微生物分解させて堆肥を製造する方法に関する。

脱穀過程で排出される籾殻は、優良な有機質素材でありながら、珪酸分に富んだ構造を持つため微生物分解が難しく、屋外に堆積・放置しても分解のためには３年以上を要する。

籾殻を分解して堆肥にする方法として、畜糞や石灰窒素などの窒素含量の多い素材と混合して堆積させて発酵分解する方法やセルラーゼ、ヘミセルラーゼなどの植物性高分子物質を分解する酵素を作用させて、籾殻堆肥を製造する方法などがある。

有機物が自然環境中で分解する過程ではさまざまな性質を持った微生物群が順次作用していることが知られている。通常の堆肥製造過程においても、易分解性の有機物を分解する微生物群が発育する初期過程、生成された分泌物を餌にして難分解性の有機物の分解を行う微生物群の増殖する過程、分解の役割を果たした微生物群を食する細菌群などの繁殖する過程がある。

これらの微生物群は必ずしも経時的に現れるだけでなく、分解過程で相互の分泌物を利用しあう微生物生態系が構成される。

微生物生態系の例として、清酒製造工程においては、麹菌（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｏｒｙｚａｅ）の分泌する酵素によりデンプンが分解されて糖が生成し、その糖を清酒酵母（Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）が栄養源として摂取してアルコール生産を行う。
また、酵母の分泌物が麹菌の発育を促進するなど相互作用による微生物生態系がかたちづくられることが知られている。

本発明は、異なる分解代謝特性を持つ微生物群を意図的に複合的に作用させることにより難分解性である籾殻の急速な分解を行わせる。

本発明は、籾殻にぬかなどの補助資材を混合しながら、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属等の菌、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ属などの酵母、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属等の菌を順次または同時に投与することにより、５０度Ｃから６０度Ｃでの中温発酵を維持させて籾殻の急速な分解を可能にする。
堆肥化にあたって、各種の種菌を用いる例、あるいは成り行き的に菌の発生をみる例は多くあるが、本発明のように、意図的にこれら性格のことなる３群の菌を同時に投与して用いる方法は先例がない。

Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属の菌の一部は麹菌として知られ、α−アミラーゼ、α−グルコシダーゼ、グルコアミラーゼなど数種類のアミラーゼを菌体外に大量に分泌し、穀物中のデンプンを分解して糖に変換する。
また、プロテアーゼ、リパーゼなどのたんばく質や脂肪を分解する酵素、セルラーゼなどのセルロースを分解する酵素も分泌する。これらの特性を利用して我が国では日本酒、焼酎、味噌、醤油、鰹節など多くの食品製造に使用されている。

酵母類は、デンプンの加水分解によって生じるブドウ糖や麦芽糖をアルコール、タンパク質をアミノ酸などに変換する。また、酵母抽出物を微生物培地に使用する例があるように酵母類の分泌物は他の菌類の増殖にも寄与する。

Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属はセルロース分解能力の高い菌であり、わらや木材チップなどの堆肥化の菌剤として使用されたり、工業用セルラーゼ酵素の生産に用いられたりしている。

Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属の中には発ガン性物質を産生したり、植物に対する病原性を示すものもあるが、わが国において食品製造用に使用されている種は安全な菌とされている。
また、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属のＴ．ｈａｒｚｉａｎｕｍ、Ｔ．ｖｉｒｉｄｅ、Ｔ．ｈａｍａｔｕｍ、Ｔ．ｖｉｒｅｎｓなどは、その抗菌スペクトルを活用して農薬としても使用されている。

本発明では、食用菌として安全性の確認されているＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属菌類、自然環境中に存在する野生酵母類や食品用酵母類、市販のＴｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属菌類を混合して用いる事により生産過程や生成堆肥の安全性を配慮した堆肥発酵法を行う。

籾殻または磨砕した籾殻に発酵助剤としてデンプン質を含有する糠やフスマ、水分を加え、あらかじめ増殖させた菌剤を加えて堆積し、まずＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属によるデンプンの糖化を行わせる。次いで、生成した糖を利用する酵母類の増殖を図り、更に糖や酵母分泌物を利用するＴｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属の増殖を続かせる。適宜切り返しを行うことにより菌分布や水分の均一化、酸素の供給を行うことにより微生物共生系を形成させ、好気性発酵を促進による籾殻の分解を行う。

本発明で用いる菌は、種菌に糠、もしくはフスマ、あるいは屑米を用いて増殖させたものを一定量使用し、当該発酵系における使用菌の増殖を確実なものにする。

Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属の事前増殖には、日本酒の醸造に用いる蒸し米を使用した固体発酵法の他、糠もしくは麹に約４分の１重量の２％木酢水を添加し、市販の種菌を混合撹拌して好気性下で固体発酵増殖させる方法を用いる。菌の増殖後、乾燥して使用時まで保存する。

酵母の増殖は、液層での増殖もしくは固体発酵法のいずれを用いても良い。液層発酵法は酒造りの酒母づくりと同様にＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属を用いた甘酒をつくり、そこに種酵母を入れてエアレーション下、撹拌しながら約２週間から３週間かけて酵母液を調整する。酵母の増殖を増進する目的で糖を添加しても良い。
この酵母液を、堆肥原料を調整する際の水に加えて発酵させることができる。

また、この酵母液〔００１７〕を重量比３倍量の糠に加え、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓの種菌を加えて、水分が均等に行き渡るように撹拌し、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ麹発酵とそれによって生じる糖を利用する酵母発酵を常温下固体発酵で進行させる。撹拌を繰り返して好気性を保ち酵母の増殖を図る。酵母の十分な増殖を得るため、使用可能になるまで１月程度の増殖期間をとる。

Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属の事前増殖は、糠もしくは米飯を用いる。酸性条件を保つため、糠に対して重量比３分の１量の１％木酢水を加え、市販のＴｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属種菌を振りかけて撹拌し、好気性条件下菌糸の増殖を図る。十分な胞子の生産は得られなくても菌糸が充満すれば堆肥発酵にはさしつかえない。

Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属の事前増殖に米飯を用いる場合は、炊飯あるいは蒸した米（くず米）に食酢を噴霧し系を酸性にした後にＴｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属種菌を振りかけて撹拌混合してビニールで被覆して乾燥を防ぎながら好気性条件下で放置する。菌糸の成長に続いて緑色の胞子が一面に覆うので、そのまま堆肥の菌材として使用する。

籾殻２０ｋｇ、糠２０ｋｇ、あらかじめＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒ（市販品）を固体発酵で増殖させた糠麹５００ｇ〔００１６〕、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ ｎｉｇｅｒで調整した甘酒に、籾殻堆積物中から見出した天然酵母を加え、エアレーションで培養した酵母液５００ｍＬ〔００１７〕、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｈａｒｚｉａｎｕｍ（市販品：ハルジン−Ｌ）を増殖させた糠３００ｇ〔００１９〕、木酢液１００ｍＬ、水９．４Ｌを混合堆積し、週１回の切り返し、混合撹拌、水分の補充を行う。

堆積物の内部温度は６０〜８０℃程度まで上昇し、菌糸の増殖が進み、３週間程度の堆積で表面や底面で籾殻の暗色化が起きる。引き続き発酵を経過させることで籾殻の分解を進行させる。
幼植物試験でチェックした結果、約２ヶ月の堆積で実用に供することができる程度まで籾殻堆肥化が進行したことが確認できた。

湿潤状態にした破砕籾殻４０Ｌ、糠１０Ｌ、あらかじめＴｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ ｈａｒｚｉａｎｕｍ（市販品）を増殖させた糠トリコデルマ粉末５００ｍＬ〔００１９〕、固体発酵法で酵母を増殖させ、乾燥させた糠酵母粉末５００ｍＬ〔００２０〕、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｎｉｇｅｒ種菌（市販品）２０ｇを混合撹拌した後、蓋付きのプラスチック容器に充填、週２回程度撹拌混合を行った。

堆積後数時間で温度が上昇し始め、３日目には、白化した部分が現れるなど、順調に発酵が進み、堆積２０日目には発芽試験で障害を示さない程度まで分解が進んだ。

約１ヶ月の堆積終了後、操作性の改善のために、体積比２分の１量のピートモスを加えて乾燥した後、市販向け堆肥製品とした。

〔００２５〕の製品堆肥１０ｇを採り、熱湯１００ｍＬを加えて抽出、抽出液を用いてシャーレでコマツナの発芽試験を行った。対照の水に比較して、発芽率は同等（９８％）、茎長で１１２％、根長で１４２％、双葉の広がりで１１０％と明らかな生育促進、根の伸長促進効果がみられた。
図１ 本発明の堆肥抽出液及び対照（水）を用いた幼植物試験
同様の効果はコスモスやアスターを用いた発芽・育苗試験でも確認されている。
図２ 本発明の堆肥混入バーミキュライト及び無添加バーミキュライトでの発芽試験

また、窒素、リン酸、カリウムなどの肥料成分を調整した畑土に製品堆肥〔００２５〕を容積比１割量混合して行った栽培試験においても、コスモスやアスターなどで、本発明による堆肥に生育促進効果がみられた。特にコスモスにおいて顕著に観察され、同等の生育状況の苗を移植して４週間後の生育状況は、双葉より上の草丈で１１８％、双葉位置での茎直径で１３３％、茎葉部長（葉の広がり）で１４７％と対照に比べて著しい成長を観察できた。
図３ 本発明の堆肥混入用土及び無添加用土での生育比較試験（移植後４週間）

発明の効果

籾殻は年間３００万トンほど発生し、堆肥化が難しいことから処理の困難な農業廃棄物となっているが、本発明を用いれば、屋根のついた堆積場のみで容易に珪酸分に富んだ良質な籾殻堆肥を生産することができる。
使用菌は、食用菌、自然環境中に存在する酵母、米国ＥＰＡで安全性の確認された菌を用いているので環境に配慮して製造法である。
また、発酵に使用した菌類、あるいはそれらの分泌物が作物の生育に良好な働きを示す。

Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属の菌類は、病原微生物に対する拮抗作用を示すことが古くから知られ、胞子や厚膜胞子などからなる微生物農薬製剤としても市販されている。
さらに、作物の根に菌類が付着して生育することにより、根の伸長が促進され、作物自体の病害抵抗性を高めることなどから農薬に依存しない病害コントロールとして急速に関心が高まっている。
本発明で生産される堆肥抽出液にはＴｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属の菌類が残存が確認でき、本堆肥を使用することにより、根張りの良い良好な苗に育つなど作物の生育状況の改善に寄与させることができた。
人の腸内環境を整えることで健康を保つように、植物の根系環境を整える、言わば、堆肥を用いた植物のマクロビオティックスともいえる効果を期待することができる。

Claims (4)

1. 籾殻等難分解性有機物残渣に糠などの発酵助剤とともに、Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属菌類、酵母類、Ｔｒｉｃｈｏｄｅｒｍａ属菌類などを添加混合・堆積して、微生物共生系を形成させることにより発酵させる堆肥製造方法
2. 請求項１に示す方法において、あらかじめＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ属菌類、酵母類、Ｔｒｉｃｈｏ−ｄｅｒｍａ属菌類を糠などのデンプン質資材で増殖させた菌材を添加する堆肥製造方法
3. 請求項１および請求項２に示す方法により籾殻等から製造した堆肥
4. 請求項１および請求項２に示す方法により製造した籾殻等の堆肥にピートモス、肥料成分等を添加して調整した堆肥及び栽培用培養土