JP2011000065A - 家畜排せつ物及び有機廃棄物の堆肥化を促進する菌株及びその菌株を用いた堆肥化促進剤 - Google Patents

Abstract

【課題】動物排泄物の堆肥化を促進し、更にアンモニア等の悪臭の原因となる成分の濃度を減少させる作用を有する菌及びそれを用いた堆肥化促進剤を提供する。
【解決手段】菌株TJ1（受託番号NITE P-722）、菌株TJ3（受託番号NITE P-723）、上記に記載の菌株が混合された堆肥化促進剤。食品加工残渣と、上記に記載された菌株のうちの少なくとも1種とを混合してなる堆肥化促進剤。食品加工残渣と、上記に記載された菌株のうちの少なくとも1種とを混合してなる悪臭抑制用堆肥化促進剤。食品加工残渣と、上記に記載された菌株のうちの少なくとも1種と、家畜排せつ物とを混合して堆肥化させてなる堆肥。
【選択図】なし

Description

本件発明は、家畜排せつ物及び有機廃棄物の堆肥化を促進する菌株に関する。

家畜排せつ物は、そのほとんどが堆肥資源として利用され、堆肥化に利用される家畜排せつ物は、全国で年間約866万tにも達する。
堆肥生産では、その腐熟期間中に大量の悪臭を発生させるため、その悪臭処理に気を払わなければならず、悪臭成分を焼却排出する技術の導入が行われている。しかしながらこれらの技術は必ずしも完全なものではない。このため、最近では、堆肥工場周辺における悪臭問題がマスコミなどでもたびたび取り立たされ、地域公害問題の様相も呈してきている。また具体的な生産現場の問題点として、堆肥工場等で処理される家畜排泄物は、冬季や天候不順時には堆肥の腐熟が遅延し、未完成な堆肥の生産、原料の滞留などの問題がある。

そこで、従来技術における家畜排せつ物の堆肥化を促進させる方法とは、バクテリアによる家畜排せつ物の分解反応を促進させる技術あるいはバクテリアによる分解反応の場の最適化を指す場合が多い。

バクテリアによる家畜排せつ物の分解反応を促進させる技術として、例えば特許文献１に記載されているような、ケイ酸水溶液とキトサンを有効成分とする有機物の消臭・分解促進剤などが開示されている。

また、バクテリアによる分解反応の場の最適化を意図した発明として、鹸化度が、９０モル以上あり、かつ粒径が２〜２０メッシュのポリビニルアルコール共重合体からなる家畜排泄物用処理剤等が開示されている（特許文献２）。

しかしながら、上述したような家畜排泄物の堆肥化副資材としては、様々な資材が販売されているが、いずれも、技術的な問題と高額な資材であるため、堆肥化促進するための多大な時間を要するため、扱いにくいものが多い。また、堆肥生産業者の真の目的は、家畜糞尿処理にあり、堆肥生産の効率化にある。即ち、生産者が望む技術は、1.生産効率を向上させる2.アンモニア等の悪臭発生を抑制する、3.窒素、リン酸、及びカリウム組成に優れた肥料効果の高い堆肥の生産方法4.安価な堆肥化促進剤の開発、である。この中でも、生産効率向上と悪臭発生抑制との両方行う堆肥化促進剤の提供が望まれている。

特開２００６−１２２７３１号公報 特開２００６−１１０５３７号公報

この様な背景の下、本発明者らは、鶏糞等の動物排泄物に生息する所定の細菌を用いることにより、また、これらを高濃度に含む堆肥化促進剤を用いることにより、動物排泄物の堆肥化を促進し、更に、アンモニア等の悪臭の原因となる成分の濃度を減少させる作用を有することを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、動物排泄物の堆肥化を促進し、更にアンモニア等の悪臭の原因となる成分の濃度を減少させる作用を有する菌及びそれを用いた堆肥化促進剤を提供することを目的とする。

本発明を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
１．菌株TJ1（受託番号 NITE P-722）。
２．菌株TJ3（受託番号NITE P-723）。
３．上記1．及び／又は上記2．に記載の菌株が混合された堆肥化促進剤。
４．食品加工残渣と、上記１．及上記２．に記載された菌株のうちの少なくとも1種とを混合してなる堆肥化促進剤。
５．食品加工残渣と、上記１．及び上記2．に記載された菌株のうちの少なくとも1種とを混合してなる悪臭抑制用堆肥化促進剤。
６．食品加工残渣と、上記１．及び上記2．に記載された菌株のうちの少なくとも1種と、家畜排せつ物とを混合して堆肥化させてなる堆肥。

動物排泄物から菌を分離する方法を示すフローチャートである。 菌単離のスキームである。 TJ1及びTJ3の系統を示す説明図である。 堆肥化促進剤を所定の原料と混合した後の堆肥内温を示すグラフである。

以下に本発明について詳細に説明する。
１．本発明の菌株（TJ1 受託番号 NITE P-722）及び（TJ3 受託番号NITE P-723）
熟成した家畜排泄物の堆肥を分離源として、以下のような基準に基づいて微生物の分離、選抜を行った。
（ｉ）家畜排泄物に増殖し得ること（ii）アンモニウム態窒素に高い耐性を示すこと（iii）高いアンモニウム発生抑制作用、即ち、ｐＨが塩基性領域から中性領域へと変化すること)(iv)優れた堆肥化促進作用を有すること

この結果、数株の高温性細菌が得られ、そのうちの菌株２株を選抜し、それぞれTJ1株及びTJ3株と命名した。すなわち、本発明の菌株は、図３に示すようにこれらのBacillus sp. TJ1及びTJ3株であり、それぞれ（TJ1：受託番号 NITE P-722，TJ3：受託番号NITE P-723）として、２００９年３月１７日付けで工業技術院生命工学工業技術研究所（茨城県つくば市東１丁目１番３号）に寄託されている。

選抜した２株について、表現形質の調査、及び16S ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列解析を行った。これらの16S ｒＲＮＡ遺伝子の塩基配列を配列番号１（TJ1株）及び配列番号３（TJ3株）に示す。これにより、本発明の菌株は、新規の品種であることがわかった。

２．本発明の菌株の培養
本発明の菌株を培養するための培地は，特に制限されず、また、天然培地及び人工培地のいずれであってもよい。天然培地としては、豚ふん浸出液培地を用いることが好ましく、これは、例えば、豚ふんと蒸留水を重量比１：４の割合で混合し、２層のガーゼで濾過した後に、オートクレーブ中、120℃で20分間処理することにより調製することができる。また、培地のpHは特に制限されないが、好ましくは5.7〜9.0、より好ましくは約7.5に調整する。このようなpH調整は、当業者であれば適切な試薬を用いて行うことができるが、好ましくはNaＯＨ水溶液を用いて行う。人工培地としては、下記の表１に示す組成を有する培地を用いることが好ましい。

３．本発明の菌株による堆肥化処理
本発明の菌株による堆肥化処理では、動物排泄物に本発明の菌株を混合し、該混合物を通気条件下で処理する。これにより、処理中におけるアンモニアの発生を抑制することができる。上記動物排泄物は、動物の排泄物であればよく、特に制限されないが、好ましくは鳥類又は哺乳類の排泄物、より好ましくは、牛ふん、豚ふん、鶏ふんをはじめとする家畜動物の排泄物、最も好ましくは鶏ふんである。上記菌株の混合量は、堆肥化処理においてアンモニアの発生を効果的に抑制できる量であればよく、特に制限されないが、好ましくは動物排泄物の湿重に対して10^３〜10^４ CFU/gの濃度となるように設定する。

また、上記菌株の他に、水分調整の目的で、必要に応じてオガクズ、籾殻、稲藁等を混合することができる。混合物の含水率は、特に制限されないが、好ましくは６０重量％〜７０重量％、より好ましくは約６５重量％とする。これらの混合量は特に制限されるものではなく、必要に応じて当業者が適宜設定することができる。なお、動物排泄物に上記菌株以外のものを混合する場合には、上記菌株の混合量は、上記菌株を除いた全混合物の湿重に対して上記の濃度となるように設定する。

上記堆肥化処理の温度条件は、上記菌株の生育温度範囲である３０〜６５℃であることが好ましいが、通常の堆肥化処理においてはこの温度範囲を大幅に逸脱することはないため、特に温度調節を行う必要はない。ただし、必要に応じて、温度調節を行ってもよい。上記堆肥化処理のpH条件は、上記菌株の生育pH範囲であるpH5.7〜9.0であることが好ましいが、通常の堆肥化処理においてはこのpH範囲を大幅に逸脱することはないため、特にpH調節を行う必要はない。ただし、必要に応じて、pH調節を行ってもよい。

上記堆肥化処理の期間は、動物排泄物が十分に堆肥化される期間であればよく、処理する排泄物の量、他の添加物の種類、処理の形態等によっても異なるため、特に制限されない。また、このような期間中、必要であれば、堆肥化処理混合物に含まれる菌株の動物排泄物への作用効率を上げるために、適当な時期に切り返しを行って混合してもよい。

なお、上記のような堆肥化処理以外の処理において、アンモニア発生を抑制させるために本発明の菌株培養物を用いる場合には、上記のような方法に準じて使用することができる。具体的な手順は処理の目的によって相違するため、特に制限されないが、当業者であれば、処理の目的に応じて適切に本発明をアンモニア発生抑制剤として使用することができる。

４．本発明の菌株によるアンモニア発生抑制効果及び該菌株の増殖の確認本発明の堆肥化処理によるアンモニア発生抑制効果は、当業者に公知の方法を用いて、堆肥から生ずる気体に含まれるアンモニア濃度を測定することにより評価することができる。例えば、図５に示す小型堆肥化実験装置「かぐやひめ」（富士平工業）を用いて、排気経路にガス検知管、例えば北川式ガス検知管（ガステック社製）を挿入してポンプで吸引することにより、排気中のアンモニア濃度の経時変化を測定することができる。

本発明の堆肥化処理における本発明の菌株の増殖は、当業者に公知の方法を用いて、処理の前後における本発明の菌株の量を比較することにより評価することができる。例えば、本発明の菌株は高温性細菌でありかつ高濃度のアンモニウム態窒素に対する耐性を有するため、塩化アンモニウムを高濃度に含む寒天平板培地上で、処理の前後における堆肥の水懸濁液を高温下で培養し、生じたコロニーを計数することにより上記評価を行うことができる。このような条件下では他の菌株も増殖する可能性があるが、本菌株を添加しない対照実験を行うことにより、そのような他の菌株の影響を排除することができる。上記のような寒天平板培地は、当業者であれば適切に調製することができるため、特定のものに制限されないが、例えば、下記の表２又は表３に示す組成を有する培地を用いることができる。

また、本発明の堆肥化促進剤は、上記菌TJ1及びTJ3と、食品加工残渣と、とを含有することを特徴とする。これにより、堆肥化が更に促進され、臭いの原因となるアンモニアや有機系アミンの発生を更に抑制することができる。

上記「食品加工残渣」は、食品（食用油脂を含む。）を加工したときの残渣のことをいう。食品加工残渣として油脂を用いる場合、たとえば、動植物油とその硬化油、および天然由来のロウ：牛脂、硬化牛脂、豚脂、硬化豚脂、馬油、硬化馬油、ミンク油、オレンジラフィー油、魚油、硬化魚油、卵黄油等の動物油およびその硬化油、アボカド油、アルモンド油、オリーブ油、カカオ脂、キウイ種子油、杏仁油、ククイナッツ油、ゴマ油、小麦胚芽油、コメ胚芽油、コメヌカ油、サフラワー油、シアバター、大豆油、月見草油、シソ油、茶実油、ツバキ油、トウモロコシ油、ナタネ油、硬化ナタネ油、パーム核油、硬化パーム核油、パーム油、硬化パーム油、ピーナッツ油、硬化ピーナッツ油、ヒマシ油、硬化ヒマシ油、ヒマワリ油、ブドウ種子油、ホホバ油、硬化ホホバ油、マカデミアナッツ油、メドホーム油、綿実油、硬化綿実油、ヤシ油、硬化ヤシ油等の植物油およびその硬化油、ミツロウ、高酸価ミツロウ、ラノリン、還元ラノリン、硬化ラノリン、液状ラノリン、カルナバロウ、モンタンロウ等のロウ等の残渣を用いることができる。尚、これらは一例であり、上述したものに限定されない。尚、これらは1種のみの残渣を用いても良いし2種以上の残渣を併用してよい。

また、食品加工残渣としては油脂以外の食品から出る残渣を用いることができる。例えば、菓子類（ガム、キャンディー、キャラメル、チョコレート、クッキー、スナック、ゼリー、グミ、錠菓等）、麺類（そば、うどん、ラーメン等）、乳製品（ミルク、アイスクリーム、ヨーグルト等）、調味料（味噌、醤油等）、スープ類、飲料（ジュース、コーヒー、紅茶、茶、炭酸飲料、スポーツ飲料等）をはじめとする一般食品や、健康食品（錠剤、カプセル等）、栄養補助食品（栄養ドリンク等）等を製造したときの残渣も使用することができる。これらは一例であり、上述したものに限定されない。尚、これらは1種のみの残渣を用いても良いし2種以上の残渣を併用してよい。

更に、食品加工残渣として食品の原料を製造するときの残渣も用いることができる。
例えば、次のものがある。即ち、その種類に応じて種々の成分を配合することができ、例えば、ブドウ糖、果糖、ショ糖、マルトース、ソルビトール、ステビオサイド、コーンシロップ、乳糖、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、コハク酸、乳酸、Ｌ−アスコルビン酸、ｄｌ−α−トコフェロール、エリソルビン酸ナトリウム、グリセリン、プロピレングリコール、グリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、アラビアガム、カラギーナン、カゼイン、ゼラチン、ペクチン、寒天、ビタミンＢ類、ニコチン酸アミド、パントテン酸カルシウム、アミノ酸類、カルシウム塩類、色素、香料、保存剤等の食品素材を使用することができる。さらに、健康維持機能をもった本糖尿病及び／又は肥満の治療・予防剤には、他の抗酸化物質や健康食品素材などの配剤、例えば、抗酸化物質（還元型アスコルビン酸（ビタミンC）、ビタミンE、還元型グルタチン、トコトリエノール、ビタミンＡ誘導体、リコピン、ルテイン、アスタキサンチン、ゼアキサンチン、フコキサンチン、尿酸、ユビキノン、コエンザイムＱ10、葉酸、ニンニクエキス、アリシン、セサミン、リグナン類、カテキン、イソフラボン、カルコン、タンニン類、フラボノイド類、クマリン、イソクマリン類、ブルーベリーエキス）、健康食品素材（V.（ビタミン）A、V.B1、V.B2、V.B6、V.B1２、V.C、V.D、V.E、V.P、コリン、ナイアシン、パントテン酸、葉酸カルシウム、EPA、オリゴ糖、食物繊維、スクアレン、大豆レシチン、タウリン、ドナリエラ、プロテイン、オクタコサノール、DHA、卵黄レシチン、リノール酸、ラクトフェリン、カキ肉エキス、キチンオリゴ糖、コラーゲン、コンドロイチン、ウコン、カンゾウエキス、クコシエキス、ケイヒエキス、サンザシエキス、生姜エキス、霊芝エキス、シジミエキス、スッポンエキス、セイヨウタンポポエキス、ハイビスカスエキス、ハチミツ、ボーレンエキス、ローヤルゼリー、ライムエキス、ラベンダーエキス、ローズヒップエキス、ローズマリーエキス、セージエキス、アガリクスエキス、イチョウ葉エキス、玄米胚芽エキス、、タマネギエキス、DHA、 EPA、 DPA、甜茶、冬虫夏草エキス、ニンニクエキス、蜂の子、パパイヤエキス、プーアルエキス、プロポリス、メグスリの木エキス、ヤブシタケエキス、、ヒアルロン酸、ギャバ、ハープシールオイル、サメ軟骨、グルコサミン、レシチン、ホスファチジルセリン、田七ニンジン、桑葉、大豆抽出物、エキナセア、エゾウコギ、大麦抽出物、オリーブ葉エキス、オリーブ実エキス、ギムネマエキス、バナバエキス、サラシアエキス、ガルシニアエキス、キトサンエキス、セントジョーンズワートエキス、ナツメエキス、ニンジンエキス、パッションフラワーエキス、ブロッコリーエキス、プラセンタエキス、ハトムギエキス、ブドウ種子エキス、ピーナッツ種皮エキス、ビルベリーエキス、ブラックコホシュエキス、マリアアザミエキス、月桂樹エキス、ラフマエキス、黒酢、ゴーヤーエキス、マカエキス、紅花エキス、亜麻エキス、ウーロン茶、花棘エキス、カフェン、カプサイシン、キシロオリゴ糖、グルコサミン、ソバエキス、シトラス、食物繊維、プロテイン、プルーンエキス、スピルリナ、シャンピニオンエキス、オオバコ、エキスアセロラエキス、パイナップルエキス、バナナエキス、モモエキス、アンズエキス、メロンエキス、イチゴエキス、ラズベリーエキス、オレンジエキス、フコイダン、メシマコブエキス、クランベリーエキス、L-システイン、赤ワイン葉エキス、ミレット、ホーステール、ビオチン、センテラアジアティカ、ハスカップ、ピクノジェノール、フキ、ルバーブ、クローブ、ローズマリー、カテキン、プーアル、クエン酸、ビール酵母、メリロート、ブラックジンガー、ショウガ、ガジュツ、ナットウキナーゼ、ベニコウジ、トコトリエノール、ラクトフェリン、シナモン、韃靼ソバエキス、ココア、ユズ種子エキス、シソの実エキス、ライチ種子エキス、月見草エキス、黒米エキス、α−リポ酸、ギャバ、生コーヒー豆エキス、フキエキス、キウイ種子エキス、温州みかんエキス、アスタキサンチン、クルミエキス等を製造したときの残渣を用いることができる。更に、上述したものは、一例であり、これらに限定されない。尚、これらは１種のみ用いても良いし、２種以上併用しても良い。

食品加工残渣の含有量は特に限定されないが、堆肥化促進剤の全質量を１００ｗｔ％とした場合、６０〜９０ｗｔ％、好ましくは７５〜８５ｗｔ％とすることが好ましい。６０％未満の場合、アンモニアや有機系アミンの発生を抑制する作用が不十分であり、９０％を超えると、堆肥化促進作用が不十分となるからである。

以下に実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。ただし、これらの実施例は説明のためのものであり、本発明の技術的範囲を制限するものではない。
〔菌株の単離〕
堆肥サンプル3種を生理食塩水で希釈し，10³，10⁴希釈液をST平板に塗沫後，50℃インキュベーター内で2日間培養した。BTBにより黄色に変色したコロニーを白金耳で釣菌し，ST平板に画線後2日間培養した。
このうち，コロニーが黄色に変色したものを釣菌し,50℃,ST液体培地で15~18時間振とう培養した。この培養液を生理食塩水で10³〜10⁵倍に希釈し，STとST-N平板に塗沫して50℃インキュベーター内で2日間培養した。コロニーの形状からコンタミネーションが確認された場合，再度釣菌，液体培養，塗沫を行い，菌株をある程度純化した。ST液体培養で増殖が確認されなかったものは，ST-N培地で液体培養を行った。
また，平板を青色に変色させたもの，同一の菌種と考えられた株は1つを残し破棄した。
尚，本実施例において，ＳＴ培地及びST-N培地の組成として下記表４のものを使用した。

図2に本実施例の菌単離のスキームを示す。
図2に示されるようにサンプル希釈液塗沫培養では，下記表５の22コロニーの黄変が確認された。この22コロニーを画線培養した。

画線培養の結果16株が黄変し，6株が培地を黄色に変色させた。この6菌株のSTとST-N培地における生えやすさを下記表６の±で示す。

スクリーニングされた上記6菌株をST培地で系代し、コロニーの完全純化を行ったところ、3菌株が増殖しなくなった。残りの株（Aa-2，Ab-1，Eb-1）を（株）ベックスで遺伝子解析し、菌種同定を行った。その結果を配列表の配列番号１〜３に示す。尚，Aa-2の菌をTJ1受託番号 NITE P-722として配列番号１に示し，Ab-1をTJ2として配列番号２に示し，Eb-1をTJ3 受託番号NITE P-723として配列番号３に示した。

〔本実施例の菌株を用いた堆肥化〕
鶏糞（愛知県農業試験場より提供）および籾殻を水分含量65%になるように混合し，小型堆肥化装置（かぐやひめ）を用いて，堆肥化を行なった。このとき，試験区を下記（１）-（６）とし，堆肥化中の温度，重量，水分量，菌数，アンモニア濃度，アミン類濃度およびpH（2N
KClで10倍希釈した溶液）について比較を行なった。また，全ての試験において鶏糞投入量4kg，通気量0.4L/min，切返し2回（3日に1回）とし，12日間行なった。その結果を図４及び表７〜表１３に示す。

試験区
（１）コントロール：鶏糞4kg＋籾殻0.7kg
（２）食品加工残渣添加区：鶏糞4kg＋籾殻0.7kg＋残渣160g[残渣は鶏糞に対して4%とした。]
（３）菌添加区：鶏糞4kg＋籾殻0.7kg＋菌固体培養物 40g（単離した3種の新種菌，TJ1, TJ2, TJ3を水分量50%の滅菌脱脂ぬかで培養したもの）
（４）食品加工残渣＋菌添加区：鶏糞4kg＋籾殻0.7kg＋残渣160g＋菌固体培養物40g
（５）TJ1 0.3%添加区，（６）TJ3 0.3%添加区，（７）TJ1 0.1%添加区

尚，上記菌固体培養物は，次の方法で調整した。即ち，脱脂米糠２５ｇと水とを混合し，この混合物を１２１℃，３０分オートクレーブ滅菌を行ない，滅菌混合物を得た。この滅菌混合物に表４の培地で培養した菌５ｍｌ添加し５０℃，約１２時間静置して，培養し，菌の固体培養物を得た。

〔結果及び実施例の効果〕
図４及び表９〜表１３によれば、（３）〜（７）の試験区では１回目の切り返し以後，温度上昇が早かった。これにより、TJ1、ＴＪ２及びTJ3を用いることにより堆肥化が促進されることが判る。更に最高温度が最も高くなったのは、試験区１回目の（７）の切り返し前だった。これにより、TJ1、ＴＪ２及びTJ3のうち特に菌株TJ1が優れた堆肥化促進作用を有することがわかる。更にアンモニアの発生を最も抑制したのは（４）の試験区であった。これにより、TJ1、ＴＪ２及びTJ3と食品加工残渣との両方を含むことにより、何れか一方のみを含む場合と比較して優れたアンモニア抑制作用を有することが確認された。

図４によれば、TJ10.1%添加区（試験区（７）では40℃〜50℃の温度上昇停滞がなく，切り返し1回目以降の温度上昇も早くなり，堆肥化を早めていると考えられた。
仕込後の温度極小まで20時間，切り返し1回目以降温度極小58時間と早くなったことから，堆肥化終了（温度上昇がなくなるまで）に掛かる時間は130時間（5.4日）であり，コントロールの208時間（8.7日）と比較すると42%の堆肥化時間削減が考えられる。

以上により、本発明の菌株TJ1及びTJ3は並びにこれらを含む堆肥化促進剤は、堆、動物排泄物の堆肥化を促進し、更にアンモニア等の悪臭の原因となる成分の濃度を減少させる作用を有する菌及びそれを用いた堆肥化促進剤を提供することができる。

受託番号 NITE P-722
受託番号 NITE P-723

Claims (6)

1. 菌株TJ1（受託番号 NITE P-722）。
2. 菌株TJ3（受託番号NITE
   P-723）。
3. 請求項1及び／又は請求項2に記載の菌株が混合された堆肥化促進剤。
4. 食品加工残渣と、請求項１及び請求項2に記載された菌株のうちの少なくとも1種とを混合してなる堆肥化促進剤。
5. 食品加工残渣と、請求項１及び請求項2に記載された菌株のうちの少なくとも1種とを混合してなる悪臭抑制用堆肥化促進剤。
6. 食品加工残渣と、請求項１及び請求項2に記載された菌株のうちの少なくとも1種と、家畜排せつ物とを混合して堆肥化させてなる堆肥。
   
   
   

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