JP4280850B2 - 有機肥料の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、柑橘類からのコンポスト化、及び酵母を用いた柑橘類の迅速な有機肥料の製造方法に関するものである。
廃棄ミカンやミカンジュース製造残渣は、従来、低いｐＨと高い有機酸含量により毒性が強く肥料として用いることができなかった。
果樹栽培における廃棄ミカン、搾汁後のグレープフルーツ残渣などの柑橘類由来農産・食品加工残渣は、ｐＨが低いこと、高濃度の有機酸を含むことなどにより、植物に対する毒性が強く、肥料として用いることができないため、非園芸地に埋設して数年をかけて処理をするか、あるいは、焼却により処分を行っていた。
一方、一般生ゴミなどを対象とするコンポスト化法がある。これは、一般生ゴミを通気・撹拌・加温制御が可能な２室以上に分割された発酵槽からなる生ゴミ処理装置を用いるものであり、最初の発酵槽で通気を高く保ち、適度な撹拌の下で加温することにより中等度で生育するグラム陽性の桿菌群が優勢に増殖し、大腸菌などに近縁の腐敗性グラム陰性細菌群の増殖を押さえ迅速に易分解性物質を消費することで短時間で安定なコンポストが製造可能であった。
しかしながら、この一般生ゴミ対象のコンポスト化法により、廃棄ミカンやミカンジュース製造残渣の処理を試みたが、主流の細菌群は、ミカンの低いｐＨと高含量の有機酸により生育が押さえられ、ミカン廃棄物中ではほとんど増殖せず、処理が進行せず、植物に対する毒性が強く存在し、有機肥料として果樹園や畑地に用いることはできなかった。
果樹栽培における廃棄ミカン、搾汁後のグレープフルーツ残渣などの柑橘類由来農産・食品加工残渣は、ｐＨが低いこと、高濃度の有機酸を含むことなどにより、植物に対する毒性が強く、肥料として用いることができないため、非園芸地に埋設して数年をかけて処理をするか、あるいは、焼却により処分を行っていた。
一方、一般生ゴミなどを対象とするコンポスト化法がある。これは、一般生ゴミを通気・撹拌・加温制御が可能な２室以上に分割された発酵槽からなる生ゴミ処理装置を用いるものであり、最初の発酵槽で通気を高く保ち、適度な撹拌の下で加温することにより中等度で生育するグラム陽性の桿菌群が優勢に増殖し、大腸菌などに近縁の腐敗性グラム陰性細菌群の増殖を押さえ迅速に易分解性物質を消費することで短時間で安定なコンポストが製造可能であった。
しかしながら、この一般生ゴミ対象のコンポスト化法により、廃棄ミカンやミカンジュース製造残渣の処理を試みたが、主流の細菌群は、ミカンの低いｐＨと高含量の有機酸により生育が押さえられ、ミカン廃棄物中ではほとんど増殖せず、処理が進行せず、植物に対する毒性が強く存在し、有機肥料として果樹園や畑地に用いることはできなかった。
前述の如く、低いｐＨと高い有機酸含量により毒性が強く肥料として用いることができなかった廃棄ミカンやミカンジュース製造残渣を、短期間で製品化し、かつ植物に対する発芽阻害を低減させる安定した肥料の製造方法を開発が、生産者側及び生ゴミ処理業者から強く要求されている。
本発明は上記課題を解消したものでありその特徴とするところは、次の(1)の通りである。
(1)．廃棄柑橘類や柑橘類搾汁製造残渣にミカン用酵母種菌を用いて、第一発酵工程にて、温度３５〜４２℃で５〜１０Nl/minの通気攪拌を１８〜２４時間行い、この第一発酵工程を経た発酵残渣を、第二発酵工程にて、５５〜６０℃で１８〜２４時間乾燥させ水分を１０〜２０％に乾燥して該酵母の発酵を抑制すると共に発酵能を健全に潜在させた状態で雑菌を死滅させることを特徴とする有機肥料の製造方法。
(1)．廃棄柑橘類や柑橘類搾汁製造残渣にミカン用酵母種菌を用いて、第一発酵工程にて、温度３５〜４２℃で５〜１０Nl/minの通気攪拌を１８〜２４時間行い、この第一発酵工程を経た発酵残渣を、第二発酵工程にて、５５〜６０℃で１８〜２４時間乾燥させ水分を１０〜２０％に乾燥して該酵母の発酵を抑制すると共に発酵能を健全に潜在させた状態で雑菌を死滅させることを特徴とする有機肥料の製造方法。
即ち本発明は、従来、低いｐＨと高い有機酸含量により毒性が強く肥料として用いることができなかった廃棄ミカンやミカンジュース製造残渣又はこれに類似の組成成分を有しているその他の柑橘類やその食品加工残渣に特化した前記酵母菌種の使用により、常温発酵工程により易分解性炭水化物やクエン酸を分解して炭素及び窒素原子の含有比（C／N比）を低下せしめ、窒素、リン、カリ成分を充分に保有するコンポストとし、又は常温発酵工程と高温乾燥（弱い発酵も含む）工程により、該酵母の発酵を抑制するが発酵能を健全に潜在させた状態で乾燥すると共に雑菌を死滅させて植物に対する発芽阻害の低減した有機肥料を従来よりも格段に短期間で製造するものである。
本発明に於いてミカン用酵母種菌とは、Pichia属や、Shizosaccharomyces属に属する数種の酵母菌あるいは類似の構成からなる酵母菌（群）を含む種菌を言う。
又本発明に於いて、第一発酵工程は、温度３５〜４２℃で５〜１０Nl/minの通気と1〜3 rpmの攪拌を、１８〜２４時間行うことにより、ミカン用酵母種菌を効率よく十分に増殖せしめて、易分解性炭水化物やクエン酸を分解して炭素及び窒素原子の含有比（C／N比）を低下せしめ窒素、リン、カリ成分を充分に保有するものである。
更に本発明に於いて、第一発酵工程を経た発酵残渣は、第二発酵工程にて、５５〜６０℃で１８〜２４時間乾燥させ水分を１０〜２０％にすることにより、該酵母の発酵を抑制するが発酵能を健全に潜在させた状態で乾燥すると共に雑菌を死滅させた有機肥料を確実に得るのである。この得た肥料製品は、窒素、リン、カリ成分が豊富でしかもC／N比が大幅に改善され、且つ雑菌が極小で、酵母がその発酵能を健全に潜在させて土壌に供給することができるので毒性の無い良質安定な肥料効果をもたらすのである。
又本発明に於いて、第一発酵工程は、温度３５〜４２℃で５〜１０Nl/minの通気と1〜3 rpmの攪拌を、１８〜２４時間行うことにより、ミカン用酵母種菌を効率よく十分に増殖せしめて、易分解性炭水化物やクエン酸を分解して炭素及び窒素原子の含有比（C／N比）を低下せしめ窒素、リン、カリ成分を充分に保有するものである。
更に本発明に於いて、第一発酵工程を経た発酵残渣は、第二発酵工程にて、５５〜６０℃で１８〜２４時間乾燥させ水分を１０〜２０％にすることにより、該酵母の発酵を抑制するが発酵能を健全に潜在させた状態で乾燥すると共に雑菌を死滅させた有機肥料を確実に得るのである。この得た肥料製品は、窒素、リン、カリ成分が豊富でしかもC／N比が大幅に改善され、且つ雑菌が極小で、酵母がその発酵能を健全に潜在させて土壌に供給することができるので毒性の無い良質安定な肥料効果をもたらすのである。
前記手段(1)の実施例
80kg/d用生ゴミ処理装置を用いて、３週間以上にわたり日糧約２５kgの廃棄夏みかんを第１槽（第一発酵工程）に半連続的に投入し、40〜50℃で加温と、5〜10Nl/minの通気と1〜3 rpmの撹拌を同時に行った。
２〜3日に一度、内容物の一部を取り出し、発酵製品の性状が安定した後、成分及び微生物分析を行った。
最終製品の水分含量は51.8%、ｐＨ4.03、固形分減量率は16.2％であった。
またコロニー形成法にて計測可能な廃棄ミカン中で２ｘ10２であった大腸菌群を含む常温細菌は皆無、発酵開始時に5.6ｘ106 cfu/ｇ検出された中等度好熱性細菌は2.2 x 103cfu/ｇに減少した。これに対して蛍光顕微鏡にて3-8 x 2.5-3μm程度の酵母様大型細胞が1.2 x 108 個/ｇ観察された。
これらは通常の細菌分離用培地では増殖しなかった。
80kg/d用生ゴミ処理装置を用いて、３週間以上にわたり日糧約２５kgの廃棄夏みかんを第１槽（第一発酵工程）に半連続的に投入し、40〜50℃で加温と、5〜10Nl/minの通気と1〜3 rpmの撹拌を同時に行った。
２〜3日に一度、内容物の一部を取り出し、発酵製品の性状が安定した後、成分及び微生物分析を行った。
最終製品の水分含量は51.8%、ｐＨ4.03、固形分減量率は16.2％であった。
またコロニー形成法にて計測可能な廃棄ミカン中で２ｘ10２であった大腸菌群を含む常温細菌は皆無、発酵開始時に5.6ｘ106 cfu/ｇ検出された中等度好熱性細菌は2.2 x 103cfu/ｇに減少した。これに対して蛍光顕微鏡にて3-8 x 2.5-3μm程度の酵母様大型細胞が1.2 x 108 個/ｇ観察された。
これらは通常の細菌分離用培地では増殖しなかった。
前記手段(2)の実施例
2槽からなる500kg/d用生ゴミ処理装置を用いる。実施例1で得られた最終製品を種菌としこれに第１槽（第一発酵工程）にポンカン、温州ミカン、ネーブル混合物を日糧約500kg半連続的に第１槽に投入し、 37〜42℃制御し、前記同様の加温・通気・撹拌を行った。
平均滞留時間２４時間の後、槽内容物の約半量を第１槽から第２槽（第二発酵工程）に移して、第２槽を55〜60℃に乾燥制御しながら２４時間後に約半量を排出することで２週間運転した。
原料に対して最終製品では固形分が100％から86.7%、水分含量が83.8％から20.6％、C/N比は32.6、から24.7に低下し、乾物あたりカリウム及びリン含量はそれぞれ1.5及び1.4倍に増加した。
また、クエン酸濃度は96.5 mg/gから5.3mg/gに低下した。この際、常温細菌及び中等度好熱性細菌はいずれもコロニー形成法による検出限界以下であった。これに対し、細菌群16S r DNA配列中に保存されているユニバーサル プライマーセットを用いたＰＣＲ反応から、ほぼ純粋に近い増幅物が得られ、配列解析からPseudomonasに属する微生物が極めて少数生存していることがわかった。一方、蛍光染色法から種菌中で観察される大型細胞が0.4〜1.2 x 108 個/ｇ観察された。
2槽からなる500kg/d用生ゴミ処理装置を用いる。実施例1で得られた最終製品を種菌としこれに第１槽（第一発酵工程）にポンカン、温州ミカン、ネーブル混合物を日糧約500kg半連続的に第１槽に投入し、 37〜42℃制御し、前記同様の加温・通気・撹拌を行った。
平均滞留時間２４時間の後、槽内容物の約半量を第１槽から第２槽（第二発酵工程）に移して、第２槽を55〜60℃に乾燥制御しながら２４時間後に約半量を排出することで２週間運転した。
原料に対して最終製品では固形分が100％から86.7%、水分含量が83.8％から20.6％、C/N比は32.6、から24.7に低下し、乾物あたりカリウム及びリン含量はそれぞれ1.5及び1.4倍に増加した。
また、クエン酸濃度は96.5 mg/gから5.3mg/gに低下した。この際、常温細菌及び中等度好熱性細菌はいずれもコロニー形成法による検出限界以下であった。これに対し、細菌群16S r DNA配列中に保存されているユニバーサル プライマーセットを用いたＰＣＲ反応から、ほぼ純粋に近い増幅物が得られ、配列解析からPseudomonasに属する微生物が極めて少数生存していることがわかった。一方、蛍光染色法から種菌中で観察される大型細胞が0.4〜1.2 x 108 個/ｇ観察された。
実施例２と略同様の方法にて１年３ヶ月半連続的に稼働しているミカン廃棄物処理装置の生成物から、ｐＨを種々変えたＹＭ寒天培地を用いて４０℃で平板塗抹培養により数十個のコロニーを得た。
これらはさらにコロニー形態の特徴の違いなどから7種類に粗分類された。
これらについて検鏡下における形態学的特徴、API-20ＣAUX を用いた生理学的性質検定、18S r DNA部分配列解析から、Schizosaccharomyces pombe及び Pichia membranifacience（あるいはPichia manshurica） がほぼ同レベルで生存していると考えられた。
両微生物のイーストエキス-麦芽エキス液体培地（ｐＨ３．５）における生育の上限は、
図２と図３に示すように、それぞれ４３℃及び４２℃であった。 図２は、菌株No１をpH3.5の該YM培地（イーストエキス-麦芽エキス液体培地）において、生育温度を変えて2日間培養したのち吸光度計で濁度測定を行って相対生育度を調べた試験の結果を示すグラフである。また図３は、菌株No３をpH3.5のYM培地において、生育温度を変えて2日間培養したのち吸光度計で濁度測定を行って相対生育度を調べた試験の結果を示すグラフである。
この際、原料ミカン（廃棄ミカン）、及び最終製品のミカン発酵物の成分組成比較を表１に示した。
乾物あたり灰分が約2.4倍に濃縮されていることから乾物あたり減量率はおよそ40％であった。このことは窒素、リン、カリ成分の濃縮率からも妥当であった。即ちクエン酸は約60％が分解されていることになる。また、C/N比は49.４から23.2に改善された。
これらはさらにコロニー形態の特徴の違いなどから7種類に粗分類された。
これらについて検鏡下における形態学的特徴、API-20ＣAUX を用いた生理学的性質検定、18S r DNA部分配列解析から、Schizosaccharomyces pombe及び Pichia membranifacience（あるいはPichia manshurica） がほぼ同レベルで生存していると考えられた。
両微生物のイーストエキス-麦芽エキス液体培地（ｐＨ３．５）における生育の上限は、
図２と図３に示すように、それぞれ４３℃及び４２℃であった。 図２は、菌株No１をpH3.5の該YM培地（イーストエキス-麦芽エキス液体培地）において、生育温度を変えて2日間培養したのち吸光度計で濁度測定を行って相対生育度を調べた試験の結果を示すグラフである。また図３は、菌株No３をpH3.5のYM培地において、生育温度を変えて2日間培養したのち吸光度計で濁度測定を行って相対生育度を調べた試験の結果を示すグラフである。
この際、原料ミカン（廃棄ミカン）、及び最終製品のミカン発酵物の成分組成比較を表１に示した。
乾物あたり灰分が約2.4倍に濃縮されていることから乾物あたり減量率はおよそ40％であった。このことは窒素、リン、カリ成分の濃縮率からも妥当であった。即ちクエン酸は約60％が分解されていることになる。また、C/N比は49.４から23.2に改善された。
但し、表１において、 水分は、105℃にて恒量化した。灰分は、550℃にて恒量化した。
炭素、窒素、水素は、CHN元素分析器（PE2400シリーズII CHNS/Oアナライザ、（株）パーキンエルマージャパン）にてＣ、Ｈ、Ｎについて分析した。
カリ、リン、ナトリウム、マグネシウムは、ICP（ICPS-7000：島津製作所）にてK、Na、Ca、Mg、Cu、Zn、P、Co、Fe、Mn、Ni、Cd、Cr、Pbについて分析し、クエン酸、酢酸、乳酸は、有機酸分析システム（島津製作所、カラムShim-pack SCR-102H）にてクエン酸、リンゴ酸、コハク酸、乳酸、ギ酸、酢酸、ピログルタミン酸について分析した結果を各々示す。
炭素、窒素、水素は、CHN元素分析器（PE2400シリーズII CHNS/Oアナライザ、（株）パーキンエルマージャパン）にてＣ、Ｈ、Ｎについて分析した。
カリ、リン、ナトリウム、マグネシウムは、ICP（ICPS-7000：島津製作所）にてK、Na、Ca、Mg、Cu、Zn、P、Co、Fe、Mn、Ni、Cd、Cr、Pbについて分析し、クエン酸、酢酸、乳酸は、有機酸分析システム（島津製作所、カラムShim-pack SCR-102H）にてクエン酸、リンゴ酸、コハク酸、乳酸、ギ酸、酢酸、ピログルタミン酸について分析した結果を各々示す。
実施例３で得られた未処理の破砕した原料ミカン及び最終製品のミカン発酵物に対して、土壌肥料法に準拠した小松菜を用いる簡易植害試験を実施した。
発芽成績（及び生育成績：現在進行中）を図１に示す。
図１にはこの小松菜の発芽時におけるミカン発酵物の植害試験の結果を原料ミカン等と比較して発芽率で示すグラフである。
図１において、各試験肥料成分中の窒素量を算出し、何も加えない基礎量区に対し、通常量施肥した区をx１、通常量の３倍を施肥したものをx３とした。
この発芽成績では、発芽率が、原料ミカンではｘ１倍区（基準量区）において約70％、ｘ３倍区では15％以下の結果が見られたのに対し、これを本方法によって発酵処理したミカン発酵物ではｘ１倍区で90％及びｘ３倍区で75％以上に各々著しく改善された。これは同時に、市販コンポスト45％を越え、更に化成肥料87％と同等以上の成果を示すものであった。
発芽成績（及び生育成績：現在進行中）を図１に示す。
図１にはこの小松菜の発芽時におけるミカン発酵物の植害試験の結果を原料ミカン等と比較して発芽率で示すグラフである。
図１において、各試験肥料成分中の窒素量を算出し、何も加えない基礎量区に対し、通常量施肥した区をx１、通常量の３倍を施肥したものをx３とした。
この発芽成績では、発芽率が、原料ミカンではｘ１倍区（基準量区）において約70％、ｘ３倍区では15％以下の結果が見られたのに対し、これを本方法によって発酵処理したミカン発酵物ではｘ１倍区で90％及びｘ３倍区で75％以上に各々著しく改善された。これは同時に、市販コンポスト45％を越え、更に化成肥料87％と同等以上の成果を示すものであった。
本発明は、前記効果に記載の通り、低いｐＨと高い有機酸含量により毒性が強く肥料として用いることができなかった廃棄ミカンやミカンジュース製造残渣を簡単で短期間の処理により製品化しかつ植物に対する発芽阻害を低減させる安定した肥料の製造方法であり柑橘類生産者側及び生ゴミ処理業者に広く活用されるものと大いに期待されるものである。
Claims (1)
- 廃棄柑橘類や柑橘類搾汁製造残渣にミカン用酵母種菌を用いて、第一発酵工程にて、温度３５〜４２℃で５〜１０Nl/minの通気攪拌を１８〜２４時間行い、この第一発酵工程を経た発酵残渣を、第二発酵工程にて、５５〜６０℃で１８〜２４時間乾燥させ水分を１０〜２０％に乾燥して該酵母の発酵を抑制すると共に発酵能を健全に潜在させた状態で雑菌を死滅させることを特徴とする有機肥料の製造方法。
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