JP2017077519A

JP2017077519A - 凝集剤の製造方法及び凝集剤

Info

Publication number: JP2017077519A
Application number: JP2015206001A
Authority: JP
Inventors: 牧子榎; Makiko Enoki
Original assignee: KOSEIKEN KK
Current assignee: KOSEIKEN KK
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-04-27

Abstract

【課題】凝集沈降効果の適用濃度範囲が広く、環境中で広く使用可能な植物由来の凝集剤の製造方法及びその方法を用いて製造される凝集剤を実現する。【解決手段】ペクチンを含有する植物を乾燥・粉末化する第１の工程と、植物粉末を水又は酸性水溶液で洗浄する第２の工程と、洗浄した植物粉末を水又はアルカリ性水溶液中で加熱処理する第３の工程と、上記水又はアルカリ性水溶液を蒸発乾固する第４の工程を備える凝集剤の製造方法。上記製造方法で製造される凝集剤。【選択図】図２

Description

この発明は凝集剤の製造方法及び凝集剤に係り、特に、ペクチンを含有する植物を原料とする凝集剤の製造方法及びその方法を用いて製造される凝集剤に関する。

凝集剤は、懸濁汚水中の懸濁粒子を水中から除去するために使用される薬剤であり、一般には、ポリ塩化アルミニウム（PAC）や、アクリルアミド系の合成高分子が凝集剤として使用されている（例えば、特開平１０−２８８０８号公報、特開２０００−２４６２６５号公報）。

特開平１０−２８８０８号公報特開２０００−２４６２６５号公報

上記ポリ塩化アルミニウム（PAC）系の凝集剤の場合、組成中のアルミニウムがアルツハイマー病の誘引物質となることの懸念が高まっており、また、アクリルアミド系の合成高分子凝集剤の場合、生分解性がないと共に微量に混入する原料モノマーが毒性を有している。

凝集剤は使用後にその大部分が凝集物へ移行するため、有害な凝集剤を含有する凝集物は産業廃棄物として焼却処分する必要が生じる。
また、汚水処理に使用される凝集剤の一部が、浄化水に混入することがあり、この場合、浄化水の放流を通じて水圏環境域へ分散することとなる。
以上のことから、安心・安全な水供給、肥料や飼料等としての凝集物の二次利用、及び水圏環境域への有害物質の拡散抑制を図る観点から、ポリ塩化アルミニウム（PAC）や合成高分子系凝集剤の代替物となり得る環境調和型の凝集剤が望まれている。

一方、農家、青果市場、スーパー等の野菜・果実の取扱現場や、食品工場等における野菜・果実の一次加工の工程においては、出荷基準に満たない野菜・果実や、野菜・果実の非可食部分が植物性廃棄物として大量に発生しており、斯かる植物性廃棄物の有効利用法が待ち望まれている。

ところで、高等植物（根・茎・葉に分化し、維管束をもつ種子植物とシダ植物）である野菜・果実等の組織には多糖類であるペクチンが含まれており、このペクチンはカルシウム等の２価の金属を加えるとゲル化し、水中に懸濁する土壌粒子や藻類等の水中に分散した不溶性物質（懸濁粒子）を凝集して沈殿させる能力を有していることから、高等植物の組織から抽出・分離・精製を経て得られるペクチンを凝集剤として活用することが行われている。

しかしながら、高等植物である野菜・果実等の組織から抽出・分離・精製を経て得られるペクチンは、水中に分散した不溶性物質に対して過剰に添加すると、一旦は凝集された不溶性物質が再分散してしまう、いわゆる「濁り戻り現象」を生じることから、その凝集沈降効果の適用濃度範囲が狭く、慎重に投入量をその都度調整する必要があり、実用的でなかった。

この発明は、従来の上記問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、凝集沈降効果の適用濃度範囲が広く、環境中で広く使用可能な植物由来の凝集剤の製造方法及びその方法を用いて製造される凝集剤を実現することにある。

本発明の請求項１に記載の凝集剤の製造方法は、
ペクチンを含有する植物を乾燥・粉末化する第１の工程と、植物粉末を水又は酸性水溶液で洗浄する第２の工程と、洗浄した植物粉末を水又はアルカリ性水溶液中で加熱処理する第３の工程を備えることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の凝集剤の製造方法は、請求項１に記載の凝集剤の製造方法において、
上記水又はアルカリ性水溶液を蒸発乾固する第４の工程を備えることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の凝集剤の製造方法は、請求項１又は２に記載の凝集剤の製造方法において、
上記第３の工程において、洗浄した植物粉末を６０℃〜８０℃の温度で水又はアルカリ性水溶液中で加熱処理することを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の凝集剤の製造方法は、請求項１〜３の何れかに記載の凝集剤の製造方法において、
上記アルカリ性水溶液が、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウムの何れか１種以上を含有し、ｐＨが７〜１２であることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の凝集剤は、
請求項１〜４の何れかに記載の製造方法で製造されることを特徴とする。

本発明に係る凝集剤の製造方法で製造される凝集剤は、金属イオンを含む灰分以外のペクチンや中性多糖である細胞壁セルロース等の植物成分を含有している。
従って、ペクチンの凝集作用による不溶性物質（懸濁粒子）の凝集時に、細胞壁セルロース等の中性多糖が「錘（おもり）」の役割を果たして凝集物と共に共沈し、その結果、ペクチン単体で凝集処理を行った場合と比較すると、生じる凝集物の密度が高くなると共に沈降性が向上するため、より少ないペクチン量で良好な凝集効果が得られると共に、過剰投与した場合に凝集物が再浮遊する「濁り戻り現象」が生じにくく、適用濃度範囲の広い凝集剤を実現できる。

また、本発明の凝集剤の原料となる野菜・果実等の植物には、凝集効果を奏するグルコマンナンやタンニン等の成分が含まれていることが多く、この場合、ペクチンと相俟って、凝集性能向上効果を得ることができる。

さらに、本発明方法で製造される凝集剤は、ペクチンを含有する植物を原料とする植物由来の凝集剤であることから環境中で広く安全に使用可能であると共に、植物性廃棄物の有効利用を図ることができる。

植物、特に、高等植物（根・茎・葉に分化し、維管束をもつ種子植物とシダ植物）である野菜や果実には多糖類であるペクチンが多量に含まれており、上記の通り、ペクチンは水中に懸濁する土壌粒子や藻類等の水中に分散した不溶性物質（懸濁粒子）を凝集し、沈殿させる能力を有している
本発明の凝集剤の製造方法は、出荷基準に満たない野菜・果実や、野菜・果実の非可食部分等の植物性廃棄物から凝集剤を製造する方法である。

本発明の凝集剤の製造方法は、以下の工程を備える。
（第１の工程）
先ず、ペクチンを含有する植物を乾燥させた後、微細に粉砕して粉末化し、植物粉末と成す。植物粉末の粒径は、例えば５００μｍ以下と成され、この結果、植物細胞が破砕されることとなる。
尚、原料となる植物はペクチンを含有していれば良く、また、ペクチンを含有していれば皮や絞り粕等の植物の一部分であっても良い。

（第２の工程）
次に、上記第１の工程で得られた植物粉末を水又は酸性水溶液で洗浄する。
ペクチンは、主として1,4結合で繋がるD-ガラクツロン酸で構成される多糖であり、D-ガラクツロン酸構成単位上のカルボキシル基の一定量はエステル化されている。また、植物組織中のペクチンの一定量は、そのカルボキル基同士がカルシウムイオンなどの金属イオンと結合することにより、不溶性の塩の状態で存在している。
第２の工程において、植物粉末を水又は酸性水溶液で洗浄することにより、不溶性塩の原因となる金属イオンを含む灰分が除去される。
尚、上記酸性水溶液としては、例えば塩酸が該当する。

（第３の工程）
次に、上記第２の工程で洗浄した植物粉末を、水又はアルカリ性水溶液中で６０℃〜８０℃の温度で加熱処理する。
細胞が破砕された植物粉末を、水中で６０℃〜８０℃の温度で加熱すると、ペクチンの構成単糖を繋ぐ1,4-グルコシド結合、及びペクチン鎖上のエステル基の一部が加水分解され、水に可溶化して溶出する。
また、細胞が破砕された植物粉末を、アルカリ性水溶液で６０℃〜８０℃の温度で加熱すると、ペクチンの主要構成単糖であるガラクツロン酸は酸性糖であることから、アルカリ性水溶液中に容易に溶解する。

尚、第３の工程において、加熱温度が低すぎると植物組織中のペクチンが可溶化せず、一方、加熱温度が高すぎるとポリガラクツロン酸の結合が切れて短くなり、凝集性能を損なう。このため、上記の通り、「６０℃〜８０℃の温度」で加熱処理するのが好適である。

また、第３の工程において、アルカリ性水溶液のアルカリ性が強すぎてもポリガラクツロン酸の結合が切れて短くなり、凝集性能を損なう。このため、アルカリ性水溶液のｐＨは７〜１２の範囲とするのが適当である。
上記アルカリ性水溶液としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウムの何れか１種以上を含有するものが該当する。

上記第１の工程〜第３の工程により、金属イオンを含む灰分以外のペクチンや細胞壁セルロース等の植物成分が含有された液体状の凝集剤が得られる。

尚、液体状の凝集剤の腐敗防止や、保管及び取扱上の便宜から、以下の第４の工程を行って固体状の凝集剤と成すのが好ましい。
（第４の工程）
上記第３の工程で使用した水又はアルカリ性水溶液を、乾燥機等を用いて蒸発乾固することにより、乾固物より成り、金属イオンを含む灰分以外のペクチンや細胞壁セルロース等の植物成分が含有された固体粉末状の凝集剤が得られる。
尚、固体粉末状の凝集剤の含水率を４０％以下にすることにより、さらさらとした状態となり、ハンドリングが良好となる。

上記した第１の工程〜第３の工程で製造される液体状の凝集剤、及び、第１の工程〜第４の工程で製造される固体粉末状の凝集剤は、金属イオンを含む灰分以外のペクチンや中性多糖である細胞壁セルロース等の植物成分を含有している。
従って、ペクチンの凝集作用による不溶性物質（懸濁粒子）の凝集時に、細胞壁セルロース等の中性多糖が「錘（おもり）」の役割を果たして凝集物と共に共沈し、その結果、ペクチン単体で凝集処理を行った場合と比較すると、生じる凝集物の密度が高くなると共に沈降性が向上するため、より少ないペクチン量で良好な凝集効果が得られると共に、過剰投与した場合に凝集物が再浮遊する「濁り戻り現象」が生じにくく、適用濃度範囲の広い凝集剤を実現できる。

以下に本発明を、実施例を挙げて更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

［実施例１］
（凝集試験１）
凝集剤の原料となる植物の試料として、デコポンの皮、オレンジの皮、パインの葉、バナナの皮、リンゴの絞り粕の５種類を準備し、各試料を生の状態でフードプロセッサーにより細かくした後、５０℃に設定したウィンディーオーブン中で２日間乾燥させた。
次に、乾燥させた各試料を石臼又はミルを用いて粉砕し、篩により、５００μｍ×５００μｍ以下の粉末を回収した。
次に、各試料の粉末を水で洗浄後、粉末の固形分量が０．５％になるように水を加え、７５℃の温度で水中で１時間攪拌し、液体状の凝集剤を得た。
その後、１０００ｐｐｍ（ｍｇ／Ｌ）のカオリン懸濁液を試験対象の濁水とし、助剤に５００ｐｐｍの塩化カルシウムを用い、各試料の凝集剤を濃度１．５６２５ｐｐｍ〜５０ｐｐｍの範囲で変えながら上記カオリン懸濁液に添加し、ジャーテスターを用いて凝集試験を行った。
攪拌終了後、５分静置後および６０分静置後に上清を採取し、６００ｎｍの吸光度を測定した。以前にカオリン溶液より作成した吸光度とカオリン濃度との相関を示す検量線（下記）を用い、吸光度の値をＳＳ（浮遊物質濃度：ｍｇ／Ｌ）に変換した。
ＳＳ（ｍｇ／Ｌ）＝［６００ｎｍの吸光度］×５９９．８

試験結果を、図１の図表、及び、図２及び図３のグラフに示す。
図１〜図３に示される通り、５分静置後の上清及び６０分静置後の上清において、何れの植物試料から調製した凝集剤も、凝集剤濃度が上昇するに従って上清のＳＳがほぼ減少していく傾向を示しており、凝集効果のあることが確認された。
尚、５分静置後の上清におけるパインの葉から調製した凝集剤、バナナの皮から調製した凝集剤、６０分静置後の上清におけるでこぽんの皮から調製した凝集剤、パインの葉から調製した凝集剤、リンゴ粕から調製した凝集剤、バナナの皮から調製した凝集剤については、添加する凝集剤濃度が２５ｐｐｍから５０ｐｐｍになるとＳＳが若干上昇しているが、ＳＳ上昇の程度は非常に小さく、過剰投与した場合の「濁り戻り現象」が生じにくいものであることが判る。

［実施例２］
（凝集試験２）
凝集剤の原料となる植物の試料として、パインの皮、オレンジの皮、リンゴ粕、もやし、胡瓜、キャベツ、じゃが芋、玉葱の皮の８種類を準備し、各試料を生の状態でフードプロセッサーにより細かくした後、５０℃に設定したウィンディーオーブン中で２日間乾燥させた。
次に、乾燥させた各試料を石臼又はミルを用いて粉砕し、篩により、５００μｍ×５００μｍ以下の粉末を回収した。
次に、各試料の粉末を水で洗浄後、粉末の固形分量が０．５％になるように水を加えると共に、粉末０．５ｇあたり０．０５ｇの炭酸ナトリウムを添加した炭酸ナトリウム水溶液中において７５℃の温度で１時間攪拌し、液体状の凝集剤を得た。
その後、１０００ｐｐｍ（ｍｇ／Ｌ）のカオリン懸濁液を試験対象の濁水とし、助剤に５００ｐｐｍの塩化カルシウムを用い、各試料の凝集剤を濃度１ｐｐｍ〜５０ｐｐｍの範囲で変えながら上記カオリン懸濁液に添加し、ジャーテスターを用いて凝集試験を行った。
尚、パインの皮、オレンジの皮、リンゴ粕を原料とする凝集剤については、１．５６２５ｐｐｍ、３．１２５ｐｐｍ、６．２５ｐｐｍ、１２．５ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍの濃度で試験を行い、もやし、胡瓜、キャベツ、じゃが芋、玉葱の皮を原料とする凝集剤については、１ｐｐｍ、２．５ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍの濃度で試験を行った（後述の図４参照）。
攪拌終了後、６０分静置後に上清を採取し、６００ｎｍの吸光度を測定した。以前にカオリン溶液より作成した吸光度とカオリン濃度との相関を示す検量線（下記）を用い、吸光度の値をＳＳ（浮遊物質濃度：ｍｇ／Ｌ）に変換した。
ＳＳ（ｍｇ／Ｌ）＝［６００ｎｍの吸光度］×５９９．８

試験結果を、図４の図表、及び、図５のグラフに示す。
図４及び図５に示される通り、６０分静置後の上清において、何れの植物試料から調製した凝集剤も、凝集剤濃度が上昇するに従って上清のＳＳがほぼ減少していく傾向を示しており、凝集効果のあることが確認された。
尚、オレンジの皮から調製した凝集剤、もやしから調製した凝集剤、じゃが芋から調製した凝集剤については、添加する凝集剤濃度が２５ｐｐｍから５０ｐｐｍになるとＳＳが若干上昇しているが、ＳＳ上昇の程度は非常に小さく、過剰投与した場合の「濁り戻り現象」が生じにくいものであることが判る。

本発明に係る凝集剤の凝集試験１の試験結果を示す図表である。本発明に係る凝集剤の凝集試験１の試験結果を示すグラフである。本発明に係る凝集剤の凝集試験１の試験結果を示すグラフである。本発明に係る凝集剤の凝集試験２の試験結果を示す図表である。本発明に係る凝集剤の凝集試験２の試験結果を示すグラフである。

Claims

ペクチンを含有する植物を乾燥・粉末化する第１の工程と、植物粉末を水又は酸性水溶液で洗浄する第２の工程と、洗浄した植物粉末を水又はアルカリ性水溶液中で加熱処理する第３の工程を備えることを特徴とする凝集剤の製造方法。
上記水又はアルカリ性水溶液を蒸発乾固する第４の工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の凝集剤の製造方法。
上記第３の工程において、洗浄した植物粉末を６０℃〜８０℃の温度で水又はアルカリ性水溶液中で加熱処理することを特徴とする請求項１又は２に記載の凝集剤の製造方法。
上記アルカリ性水溶液が、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウムの何れか１種以上を含有し、ｐＨが７〜１２であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の凝集剤の製造方法。
請求項１〜４の何れかに記載の製造方法で製造されることを特徴とする凝集剤。