JP4613262B2

JP4613262B2 - NOVEL MICROORGANISM DECOMPOSING POLYPHENOL AND METHOD OF TREATING POLYPHENOL-CONTAINING WASTEWATER USING THE MICROBIOLOGY

Info

Publication number: JP4613262B2
Application number: JP2001045631A
Authority: JP
Inventors: 淳丹羽; 誠之片桐
Original assignee: CITY OF NAGOYA; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: CITY OF NAGOYA; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: JP2002238547A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ポリフェノールを分解する新規微生物、及びその微生物を用いたポリフェノール含有廃水の処理方法等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般家庭廃水や食品加工廃水等の廃水処理については、微生物を利用したいわゆる活性汚泥法による曝気処理方法が広く行われている。また、この方法の改良として、微生物を保持する担体に微生物を保持し、これを曝気槽内に多数投入するか、あるいは処理槽に充填して廃水を通過させ、廃水の生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）を下げる方法も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、廃水中に含まれるポリフェノールは、難生物分解性であるため、上記の処理方法によっては、十分な除去を行うことは困難であった。このため、これらのポリフェノールを活性炭等の吸着剤によって吸着させる方法も考えられるが、この方法では廃水処理コストの高騰化を招来することとなる。別法として、塩素や過酸化水素、あるいはオゾンなどの酸化剤を用いて、ポリフェノールを酸化分解するという化学的処理方法も考えられるが、廃水処理コストの高騰化を招来すると共に、安全性についても問題を生ずる。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、廃水中のポリフェノールを生物的に処理するために好適な新規微生物及び、その微生物を用いた廃水の処理方法を提供することを課題とする。また、廃水中のポリフェノールを生物的に処理するために好適な微生物固定化担体を提供することを課題とする。さらに、廃水中のポリフェノールを生物的に処理するために好適なバイオリアクター及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段、発明の作用および、発明の効果】
上記の課題を解決するために第１の発明は、ペニシリウム（Penicillium）属に属し、ポリフェノールを分解する新規微生物である。また、その新規微生物は、ペニシリウム・ゲアストリボルス（Penicillium geastrivorus）ＮＭ１０ｂ（ＦＥＲＭＰ−１８１６６）であることが好ましい。第１の発明によれば、ポリフェノールを分解できる新規な微生物が提供される。本願明細書において、「ポリフェノール」とは、多価フェノールとも呼ばれるもののことであり、芳香族炭化水素の二個以上の水素がヒドロキシル基で置換された化合物、あるいはそれらの混合物の総称のことを意味する。例えば、カテコールやその誘導体（カテキンを含む）、タンニン酸、アントシアニンを含む。また、「分解」とは、新規微生物がポリフェノールを栄養素として取り込み、完全に代謝してしまう（つまり、二酸化炭素と水とに変化させる）ことの他に、元のポリフェノールの一部を化学的に変化させて他の化合物とすることにより（例えば、脱色させることにより）、その後の廃水処理を行いやすくする場合を含む。
【０００６】
なお、ポリフェノールの分解能力が、約１５℃〜約３０℃の温度域（実水温域）において可能であることが好ましい。なぜなら、一般家庭廃水を処理する場合には、廃水処理場の廃水の温度が、一年を通してほとんどの場合、上記の実水温域内に入っているからである。そのため、現在の廃水処理場について、新たに温度調節手段を設けることなく、ポリフェノールの処理を行うことができるので、廃水処理コストが必要以上に高価とならないからである。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の新規微生物を用いて行う廃水の処理方法である。第２の発明によれば、新規微生物を用いて廃水を処理することにより、廃水中のポリフェノールを分解することができる。本発明において、廃水とは、一般家庭廃水、食品加工廃水、皮革工業廃水、ディスポーザー廃水等のように、ポリフェノールを含有しうる廃水のことを意味している。なお、廃水を処理する場合には、新規微生物と廃水とを接触させることが必要であるが、その接触時の方法としては、新規微生物がポリフェノールを処理可能な条件であれば良く、例えば廃水中に微生物を分散させて処理する場合の他に、微生物を所定の区域内にフィルターで封入した状態でその区域内に廃水を通過させるようにしてもよい。更に、微生物を担体に固定化させて、その担体を廃水と接触させてもよい。さらに、その廃水中には、必ずしもポリフェノールが含有されている必要はなく、ポリフェノールが含有される可能性があればよい。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明の新規微生物を担体に固定化したことを特徴とする微生物固定化担体である。第３の発明によれば、微生物を固定化された担体として取り扱うことが可能となるので、取扱いが容易となる。本発明において「担体」とは、微生物を固定化するための物体であれば如何なるものでも使用可能であるが、機械的強度が大きく、物理的・化学的に安定である、無害なものであると共に、通気性、微生物の保持能力に優れているようなものであることが好ましい。そのような担体としては、例えば、活性炭、ガラスビーズ、シリカゲル、アルミナ、ゼオライト、セラミックス等の無機物製担体、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、セルロース等の高分子製担体、でんぷん、ゼラチン、コラーゲン、カラーギナン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール等のゲル状担体等を用いることができる。担体として用いられる物体のうち、好ましくはポリプロピレンまたは、セルロース発泡体から構成される担体であり、更に好ましくは、セルロース発泡体の担体である。
【０００９】
また、第４の発明は、第３の発明の微生物固定化担体を処理槽に充填したことを特徴とするポリフェノール処理用バイオリアクターである。第４の発明のバイオリアクターを利用すれば、廃水中のポリフェノールを処理することが容易に行える。「処理槽」とは、その内部でポリフェノールを含有する廃水と、担体に固定された微生物とが接触する空間を提供する物体を意味する。その形状には、拘らず、円柱状、角中状、箱状等のいずれのものでもよい。
【００１０】
また、「充填」するとは、意図しない状態において、微生物固定化担体が処理槽から外部に漏れ出てしまうことがないようにした状態のことを意味し、例えば処理槽を風呂桶状として、その内部に注ぎ込まれた廃水があふれ出ない状態で、微生物と廃水（中のポリフェノール）との反応を行わせた後、その内部の廃水を担体が外部に漏れないようにする（例えば、所定のフィルターを使用する）場合の他に、処理槽に廃水の流入用および流出用の少なくとも２ヶ所の通り道を設けておき、少なくとも流出用通り道を（廃水の通過を許容する一方、担体の通過を規制する）所定のフィルターで覆うようにする場合を含む。但し、第４の発明を利用して、廃水処理を行う場合には、廃水の連続的な処理を行うために、バイオリアクターについて、廃水の流入用と流出用との２ヶ所の通り道を設けることが好ましい。
【００１１】
なお、第４の発明において、処理槽には、微生物が必要とする気体（例えば空気）を廃水中に導入する気体導入口を設けることが好ましい。さらに、処理槽には、反応中の温度を適度の領域内に保持するために、温度調節手段を設けることができる。
【００１２】
また、第５の発明は、第１の発明の新規微生物を担体に固定化して微生物固定化担体を作製する第１工程と、前記微生物固定化担体を処理槽に充填する第２工程とを備えることによって、バイオリアクターを製造する方法である。この方法によれば、ポリフェノール処理用のバイオリアクターを提供できる。
【００１３】
本発明により提供される新規微生物（Penicillium geastrivorus ＮＭ１０ｂ）によって、ポリフェノール含有廃水を実水温域（約１５℃〜約３０℃）において、長期間安定して連続的に処理することが可能である。また、本発明によれば、ポリフェノールを含有する食品工業廃水、皮革工業廃水、一般家庭廃水、ディスポーザー廃水等の廃水の処理を安全かつ効率的に行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明するが、本発明の技術的範囲は、下記の実施形態によって限定されるものではない。その他、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
＜実施例１＞ポリフェノールの分解能力を有する新規微生物のスクリーニング図１には、ポリフェノールの分解能力を有する新規微生物のスクリーニング方法について示した。まず、多種類の微生物を含むと考えられる試料（例えば、土壌、水（海水、淡水、廃液等）など）を採取し、その試料を所定量の水中によく分散させた。その上澄み液を適当な三角フラスコに添加し、約３０℃で培養した。なお、培地としては、ポリフェノールの一つであるタンニン酸のみを炭素源として添加した培地（培地の具体的な組成は、タンニン酸5.0g、MgSO₄・7H₂O 0.2g、K₂HPO₄ 1.0g、(NH₄)₂SO₄ 1.0g、 NaCl 0.1g、蒸留水 1000ml、pH7.0であった。なお、以後この組成の培地を「タンニン酸培地」と言う。）を使用した。このことから、実施例１において獲得された新規微生物は、炭素源としてタンニン酸を利用可能なものであると言える。
【００１５】
三角フラスコ中に菌の生育が確認された後に、その菌体を集めて、新たなタンニン酸培地を添加した三角フラスコ中に移した。この操作（集積培養）を４〜５回、繰り返した後に、菌体が増加した培地の一部をプレート上に播いて菌毎にコロニーを生成させた。この方法により、発明者らは、複数種の新規微生物を分離した。
【００１６】
＜実施例２＞新規微生物の同定
上記実施例によって分離された新規微生物のうちの一種類（ペニシリウム・ゲアストリボルス（Penicillium geastrivorus）ＮＭ１０ｂ（ＦＥＲＭＰ−１８１６６））について、菌学的性質を確認し、その同定を行った。この新規微生物は、ツァペックイーストエキス寒天培地（具体的な組成は、K₂HPO₄ 1.0g, Czapek concentrate 10ml, Yeast extract 5g, スクロース 30g,寒天 15g,蒸留水 1Lである。また、Czapek concentrateの組成は、NaNO₃ 30g, KCl 5g, MgSO₄・7H₂O 5g, FeSO₄・7H₂O 0.1g, ZnSO₄・7H₂O 0.1g, CuSO₄・5H₂O 0.05g, 蒸留水 100.00mlである。）での生育状態は、２５℃、７日間の培養でコロニー直径は、３２〜３８ｍｍに達した。また黄色の可溶性色素の産生が確認された。
【００１７】
また、マルトエキス寒天培地（Malt extract 20g, ペプトン 1.0g, グルコース 20g,寒天 20g,蒸留水 1L）での生育状態は、２５℃、７日間の培養でコロニー直径は、約５５ｍｍに達した。また培養開始後４日でコロニーは灰緑色を呈した。
この新規微生物をツァペックイーストエキス寒天培地で培養し、光学顕微鏡によりその形態を観察した結果、ペニシルス様分生子形成構造が確認された。この分生子は、１細胞性で鎖状に連なるものの、明瞭な接続部は認められなかった。分生子形成細胞は、フィアロ型でメトレから輪生し、典型的なアンプル形であった。また、分生子は、亜球形ないしは楕円形で表面は粗く、直径は最大で４μｍを超えなかった。
【００１８】
以上の結果より、この新規微生物は、ペニシリウム属に属することが判明した。
また、最近では、菌の新たな分類指標として、28S rRNA遺伝子（28SｒDNA）の塩基配列を比較することが注目されている。このため、この新規微生物の28S ｒDNAを判読し、解析用ソフトウエアのBLASTによって相同性の検索を行ったところ、比較可能な範囲において、新規微生物の28SｒDNAは、ゲアストリボルス（geastrivorus）の28SｒDNAと同一の塩基配列を有していた。このため、本発明者らは、この新規微生物をペニシリウム・ゲアストリボルス（Penicillium geastrivorus）NM10bと命名した。
【００１９】
Penicillium geastrivorus NM10bは、この菌株が資化可能な窒素源、無機塩類を含む培地中で培養されることにより、炭素源の一つとしてのタンニン酸、カテキン、アントシアニンなどのポリフェノールを処理することができる。特に、炭素源として、タンニン酸のみを添加した場合には、タンニン酸を分解してエネルギーとして使用することができる。なお、培地中の炭素源としては、ポリフェノールのみでも良いが、他の資化可能な炭素源を含んでいても良い。また、ポリフェノールを処理可能な培養条件としては、温度が、約１５℃〜約４５℃の範囲、培地の初期pHが、約２〜約８の範囲である。また、培養は、好気的条件下において行うことが可能であり、培地としては、液体培地でも固体培地でも可能である。
【００２０】
＜実施例３＞微生物固定化担体の作製
図２に示すように、500ml容三角フラスコに、タンニン酸培地を100mlと担体としてのセルロース発泡体（約4mmの立方体形状のもの）とを入れ、新規微生物（Penicillium geastrivorus NM10b）を接種し、３０℃で３日間、振盪培養することによって、微生物固定化担体を得た（本発明における「第１工程」に該当する）。
【００２１】
＜実施例４＞微生物固定化担体によるタンニン酸の処理試験
次に、ポリフェノール処理用バイオリアクター１の構成について、図３を参照しつつ説明する。バイオリアクター１には、処理槽２が設けられている。この処理槽２は、その内部に注ぎ込まれた廃水３の内部に、下端のフィルター１０を通して通気を行うことによって、内部の担体４を浮遊・循環させるタイプのエアーリフト型処理槽（直径９０ｍｍ、容積１．５リットル、実容量１リットル）である。この処理槽２には、廃水３の流入用チューブ（通り道）５と流出用チューブ（通り道）６とが設けられており、それぞれに設けられたポンプ７，８によって流量を調整することによって、培地３が処理槽２内に滞留する時間（滞留時間）を調節することができる。ここで、滞留時間とは、処理槽の実容量を培地の流入速度および流出速度（通常には、両速度はほぼ同一とされており、処理槽内には常に一定量の廃水が存在する状態となっている。）で除した数値のことであり、廃水が処理槽内に滞留すると考えられる計算上の時間のことを意味している。
また、処理槽２の下部表面には、温度調節手段としての温水９が接触しながら流されるようになっており、処理槽２内の廃水３が所定の温度域内に保持される。
【００２２】
この処理槽の内部に、上記の微生物固定化担体（充填量として５％）を充填し（本発明における「第２工程」に該当する）、25ppmのタンニン酸を含む培地（タンニン酸25mg、MgSO₄・7H₂O 0.2g、K₂HPO₄ 1.0g、(NH₄)₂SO₄ 1.0g、 NaCl 0.1g、蒸留水 1000ml、pH7.0）（以下、「タンニン酸含有合成廃水」と言う）を125ml/h（滞留時間８時間）の速度で流入（及び、流出）させながら、タンニン酸含有合成廃水に関する連続処理試験を行った。なお、通気量は、１ｌ／minとし、処理温度は、１５℃、２０℃、２５℃または３０℃のそれぞれの条件にて行った。流出口から流出してくる処理水を採取し、その処理水のタンニン酸濃度を一日ごとに全有機炭素計（ＴＯＣ）により測定した。その測定結果を表１および図４に示した。
【００２３】
【表１】

これらより明らかなように、処理温度が２５℃または３０℃の場合には、処理開始から１日後には、タンニン酸の分解率は９０％以上となり、それ以後の７日後までは、安定した連続処理が可能であった。また、処理温度が１５℃または２０℃の場合には、処理開始から２日後には、タンニン酸の分解率は約８０％となり、それ以後は安定した連続処理が可能であった。なお、いずれの処理温度においても、SS（suspended solid；浮遊固形物。流出された処理水中の菌体に関連する。）濃度は、１リットルあたり1mg以下であった。このことから、新規微生物は担体に固定化されると、脱落が少なく、極めて安定した状態であることが判明した。
【００２４】
＜実施例５＞微生物固定化担体による（＋）−カテキンの処理試験
上記の実施例４と同様のエアーリフト型処理槽に、実施例３の微生物固定化担体（充填量として５％）を入れ、25ppmの（＋）−カテキン（東京化成製）を含有する培地（（＋）−カテキン25mg、MgSO₄・7H₂O 0.2g、K₂HPO₄ 1.0g、(NH₄)₂SO₄ 1.0g、 NaCl 0.1g、蒸留水 1000ml、pH7.0）（以下、「（＋）−カテキン含有合成廃水」と言う）を125ml/ｈ（滞留時間８時間）で流入（及び、流出）させながら、（＋）−カテキン含有合成廃水に関する連続処理試験を行った。なお、その他の試験条件は、実施例４と同様である。流出口から流出してくる処理水の（＋）−カテキン濃度を一日ごとに全有機炭素計（ＴＯＣ）により測定した結果を表２および図５に示した。
【００２５】
【表２】

これらより明らかなように、処理温度が２５℃または３０℃の場合には、処理開始から１日後には、（＋）−カテキンの分解率は８０％以上となり、それ以後の７日後までは、安定した連続処理が可能であった。また、処理温度が１５℃または２０℃の場合には、処理開始から２日後には、（＋）−カテキンの分解率は約８０％となり、それ以後は安定した連続処理が可能であった。
【００２６】
また、処理温度を３０℃として、（＋）−カテキン含有合成廃液の処理試験を３０日間に渡って連続的に行った結果を表３および図６に示した。
【表３】

この結果より、新規微生物固定化担体は、処理温度が３０℃の場合には、処理開始から１日目以降、３０日以上の間、安定した（＋）−カテキン分解能力を有していることが明らかとなった。
【００２７】
＜実施例６＞微生物固定化担体によるアントシアニンの処理試験
上記の実施例４と同様のエアーリフト型処理槽に、実施例３の微生物固定化担体（充填量として１０％）を入れ、ブドウ果皮色素（アントシアニン）を含有する培地（ブドウ果皮色素 100mg、MgSO₄・7H₂O 0.2g、K₂HPO₄ 1.0g、(NH₄)₂SO₄ 1.0g、 NaCl 0.1g、蒸留水 1000ml、pH7.0）（以下、「アントシアニン含有合成廃水」と言う）を125ml/ｈ（滞留時間８時間）で流入（及び、流出）させながら、アントシアニン含有合成廃水に関する連続処理試験を３０℃で行った。なお、その他の試験条件は、実施例４と同様である。流出口から流出してくる処理水の吸光度（５７０nm）の変化を測定した。結果を表４、表５、図７および図８に示した。
【００２８】
【表４】

【表５】

【００２９】
表４および図７に示すように、処理水の吸光度は、処理開始から速やかに減少し、５時間後には吸光度は、０．２１３から０．０１４にまで減少し、以降一定となった。また、表５および図８に示すように、処理開始から１日後には、処理水の脱色率は８０％以上となり、それ以後の７日後までは、安定した連続処理が可能であった。この結果より、新規微生物固定化担体は、処理温度が３０℃の場合には、安定したアントシアニン分解能力を有していることが明らかとなった。
【００３０】
＜実施例７＞微生物固定化担体の比較試験
図２に示すセルロース製担体に代えて、ポロプロピレン製担体（円筒形状のもの）を使用して、微生物固定化担体（ＰＰ）を作製した。微生物固定化担体（ＰＰ）の作製方法は、実施例３において、セルロース発泡体とポリプロピレン製担体とを代えたほかは、同様の条件によって行った。こうして得られた微生物固定化担体（ＰＰ）の性能について、タンニン酸含有合成廃水のＴＯＣ減少を指標として、微生物固定化担体（セルロース製）の性能と比較した。なお、実験条件は、実施例４に記載した条件に基づいて行った。その結果を表６および図９に示した。
【００３１】
【表６】

これらの結果から明らかなように、ポリプロピレン製担体を使用して微生物固定化担体を作製した場合にも、セルロース製担体を使用した場合と同様に、タンニン酸を効率よく（処理開始後、１日目以後から約９０％の分解率）、かつ安定して（処理開始後、７日目以上は約９０％以上の分解率を維持した）処理することができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリフェノールの分解能力を有する新規微生物のスクリーニング方法の概要を示す図面である。
【図２】微生物固定化担体の作製方法の概要を示す図面である。
【図３】ポリフェノール処理用バイオリアクターの構成図である。
【図４】微生物固定化担体によるタンニン酸の処理結果を示す図面（グラフを含む）である。
【図５】微生物固定化担体によるカテキンの処理結果を示す図面（グラフを含む）である。
【図６】微生物固定化担体によるカテキンの処理結果を示す図面（グラフを含む）である。
【図７】微生物固定化担体によるアントシアニンの処理結果を示す図面（グラフを含む）である。
【図８】微生物固定化担体によるアントシアニンの処理結果を示すグラフである。
【図９】ポリプロピレン製担体を使用したときのタンニン酸の処理結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ポリフェノール処理用バイオリアクター
２…処理槽
３…廃水
４…微生物固定化担体
５…流入用通り道
６…流出用通り道[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a novel microorganism that degrades polyphenol, a method for treating polyphenol-containing wastewater using the microorganism, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as for wastewater treatment such as general household wastewater and food processing wastewater, an aeration treatment method using a so-called activated sludge method using microorganisms has been widely performed. In addition, as an improvement of this method, microorganisms are held on a carrier that holds microorganisms, and a large number of these are put into an aeration tank, or a treatment tank is filled and wastewater is passed through, and the biochemical oxygen demand of wastewater A method of reducing (BOD) is also known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the polyphenol contained in the wastewater is hardly biodegradable, it has been difficult to remove it sufficiently depending on the above treatment method. For this reason, although the method of making these polyphenols adsorb | suck with adsorption agents, such as activated carbon, can also be considered, this method will raise the cost of wastewater treatment. As another method, a chemical treatment method in which polyphenols are oxidatively decomposed using an oxidizing agent such as chlorine, hydrogen peroxide, or ozone can be considered, but this leads to an increase in wastewater treatment costs and safety. Cause problems.
[0004]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a novel microorganism suitable for biologically treating polyphenols in wastewater and a method for treating wastewater using the microorganism. . Another object of the present invention is to provide a carrier for immobilizing microorganisms suitable for biological treatment of polyphenols in wastewater. It is another object of the present invention to provide a bioreactor suitable for biological treatment of polyphenols in wastewater and a method for producing the same.
[0005]
Means for Solving the Problems, Effects of the Invention, and Effects of the Invention
In order to solve the above problems, the first invention is a novel microorganism belonging to the genus Penicillium and degrading polyphenol. The novel microorganism is preferably Penicillium geastrivorus NM10b (FERM P-18166). According to 1st invention, the novel microorganisms which can decompose | disassemble polyphenol are provided. In the present specification, “polyphenol” is also called polyhydric phenol and means a general term for a compound in which two or more hydrogen atoms of an aromatic hydrocarbon are substituted with hydroxyl groups, or a mixture thereof. To do. For example, catechol and derivatives thereof (including catechin), tannic acid, and anthocyanin are included. “Decomposition” means that a new microorganism takes up polyphenols as nutrients and metabolizes them completely (that is, changes them into carbon dioxide and water). It includes the case of making it easy to perform subsequent wastewater treatment by changing to other compounds (for example, by decolorizing).
[0006]
In addition, it is preferable that the decomposition ability of polyphenol is possible in a temperature range (actual water temperature range) of about 15 ° C to about 30 ° C. This is because when treating general household wastewater, the temperature of the wastewater at the wastewater treatment plant is almost always within the actual water temperature range throughout the year. Therefore, the current wastewater treatment plant can treat polyphenol without newly providing temperature control means, and therefore, the wastewater treatment cost does not become higher than necessary.
[0007]
Moreover, 2nd invention is the processing method of the wastewater performed using 1st novel microorganisms. According to 2nd invention, the polyphenol in wastewater can be decomposed | disassembled by processing wastewater using a novel microorganism. In the present invention, waste water means waste water that can contain polyphenols, such as general household waste water, food processing waste water, leather industry waste water, and disposer waste water. In the case of treating wastewater, it is necessary to contact the new microorganism with the wastewater. As a method at the time of contact, it is sufficient that the new microorganism can treat polyphenol, for example, wastewater. In addition to the case where the microorganisms are dispersed and treated, the waste water may be passed through the area in a state where the microorganisms are sealed in a predetermined area with a filter. Further, the microorganism may be immobilized on a carrier, and the carrier may be brought into contact with waste water. Furthermore, the wastewater does not necessarily need to contain polyphenols, and may contain polyphenols.
[0008]
The third invention is a microorganism-immobilized carrier in which the novel microorganism of the first invention is immobilized on a carrier. According to the third invention, it becomes possible to handle the microorganism as an immobilized carrier, so that the handling becomes easy. In the present invention, the “carrier” may be any object for immobilizing microorganisms, but has a high mechanical strength and is physically and chemically stable and harmless. At the same time, it is preferable that the material has excellent air permeability and ability to retain microorganisms. Examples of such a carrier include inorganic carriers such as activated carbon, glass beads, silica gel, alumina, zeolite, and ceramics, polymeric carriers such as polyethylene, polyurethane, polypropylene, polystyrene, nylon, and cellulose, starch, gelatin, and collagen. Gelatin carriers such as color ginnan, polyacrylamide, and polyvinyl alcohol can be used. Of the objects used as the carrier, a carrier composed of polypropylene or cellulose foam is preferable, and a carrier of cellulose foam is more preferable.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a bioreactor for treating polyphenol characterized by filling a treatment tank with the microorganism-immobilized carrier of the third aspect of the present invention. If the bioreactor of 4th invention is utilized, the polyphenol in wastewater can be processed easily. “Treatment tank” means an object that provides a space in which wastewater containing polyphenols and microorganisms fixed to a carrier come into contact. Regardless of its shape, it may be any of a cylindrical shape, a square shape, a box shape, and the like.
[0010]
Further, “filling” means a state in which the microorganism-immobilized carrier is prevented from leaking outside from the treatment tank in an unintended state. After the reaction between microorganisms and wastewater (polyphenols in it) in a state where the wastewater poured into the interior does not overflow, the carrier is prevented from leaking the wastewater inside (for example, a predetermined filter) In addition, in the treatment tank, at least two passages for inflow and outflow of wastewater are provided in the treatment tank, and at least the passage for outflow (allows passage of wastewater while restricting passage of the carrier) ) Including the case of covering with a predetermined filter. However, when wastewater treatment is performed using the fourth invention, two passages for inflow and outflow of wastewater shall be provided for the bioreactor in order to perform continuous treatment of wastewater. Is preferred.
[0011]
In the fourth invention, the treatment tank is preferably provided with a gas inlet for introducing a gas (for example, air) required by the microorganism into the wastewater. Furthermore, the treatment tank can be provided with a temperature adjusting means in order to keep the temperature during the reaction in an appropriate region.
[0012]
The fifth invention includes a first step of preparing the microorganism-immobilized carrier by immobilizing the novel microorganism of the first invention on a carrier, and a second step of filling the treatment tank with the microorganism-immobilized carrier. This is a method for producing a bioreactor. According to this method, a bioreactor for treating polyphenol can be provided.
[0013]
With the novel microorganism ( Penicillium geastrivorus NM10b) provided by the present invention, it is possible to treat polyphenol-containing wastewater stably and continuously for a long time in the actual water temperature range (about 15 ° C. to about 30 ° C.). Furthermore, according to the present invention, it is possible to safely and efficiently treat wastewater such as food industry wastewater, leather industry wastewater, general household wastewater, and disposer wastewater containing polyphenols.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described, but the technical scope of the present invention is not limited by the following embodiments. In addition, the technical scope of the present invention extends to an equivalent range.
Example 1 Screening for New Microorganisms Capable of Degrading Polyphenol FIG. 1 shows a screening method for new microorganisms capable of degrading polyphenols. First, samples (for example, soil, water (seawater, fresh water, waste liquid, etc.) considered to contain many kinds of microorganisms were collected, and the samples were well dispersed in a predetermined amount of water. The supernatant was added to a suitable Erlenmeyer flask and cultured at about 30 ° C. As a medium, a medium in which only tannic acid, which is one of polyphenols, is added as a carbon source (the specific composition of the medium is tannic acid 5.0 g, MgSO ₄ .7H ₂ O 0.2 g, K ₂ HPO ₄ 1.0 g, (NH ₄ ) ₂ SO ₄ 1.0 g, NaCl 0.1 g, distilled water 1000 ml, pH 7.0 (hereinafter, a medium having this composition is referred to as “tannic acid medium”) was used. From this, it can be said that the novel microorganism obtained in Example 1 can use tannic acid as a carbon source.
[0015]
After confirming the growth of the bacteria in the Erlenmeyer flask, the cells were collected and transferred into an Erlenmeyer flask to which a new tannic acid medium was added. After this operation (accumulation culture) was repeated 4 to 5 times, a part of the medium in which the bacterial cells increased was seeded on a plate to generate colonies for each microorganism. By this method, the inventors separated a plurality of kinds of novel microorganisms.
[0016]
<Example 2> Identification of novel microorganisms One type of novel microorganisms (Penicillium geastrivorus NM10b (FERM P-18166)) isolated by the above example was confirmed for mycological properties, and Identification was performed. This new microorganism is Czapek yeast extract agar medium (specific composition is K ₂ HPO ₄ 1.0g, Czapek concentrate 10ml, Yeast extract 5g, sucrose 30g, agar 15g, distilled water 1L. Composition is NaNO ₃ 30g, KCl 5g, MgSO ₄・ 7H ₂ O 5g, FeSO ₄・ 7H ₂ O 0.1g, ZnSO ₄・ 7H ₂ O 0.1g, CuSO ₄・ 5H ₂ O 0.05g, distilled water 100.00ml As for the growth state, the colony diameter reached 32 to 38 mm after culturing at 25 ° C. for 7 days. The production of yellow soluble pigment was also confirmed.
[0017]
The growth state on malt extract agar medium (Malt extract 20 g, peptone 1.0 g, glucose 20 g, agar 20 g, distilled water 1 L) reached a colony diameter of about 55 mm after culturing at 25 ° C. for 7 days. In addition, 4 days after the start of the culture, the colony was grayish green.
As a result of culturing the novel microorganism on a Czapek yeast extract agar medium and observing its morphology with an optical microscope, a penicillus-like conidia formation structure was confirmed. The conidia are unicellular and chain-like, but no clear connection was observed. The conidia-forming cells were fiaro-type and rotated from metre and had a typical ampoule shape. In addition, the conidia were sub-spherical or elliptical, and the surface was rough, and the maximum diameter did not exceed 4 μm.
[0018]
From the above results, it was found that this new microorganism belongs to the genus Penicillium.
Recently, attention has been focused on comparing the base sequence of 28S rRNA gene (28S rDNA) as a new classification index of bacteria. For this reason, when 28S rDNA of this new microorganism was read and homology was searched by BLAST of the analysis software, the 28S rDNA of the new microorganism was identical to the 28S rDNA of geastrivorus within a comparable range. It had a base sequence. For this reason, the present inventors named this new microorganism Penicillium geastrivorus NM10b.
[0019]
Penicillium geastrivorus NM10b can treat polyphenols such as tannic acid, catechin, and anthocyanin as one of carbon sources by culturing this strain in a medium containing nitrogen sources and inorganic salts that can be assimilated. . In particular, when only tannic acid is added as a carbon source, tannic acid can be decomposed and used as energy. In addition, as a carbon source in a culture medium, only a polyphenol may be sufficient, but the other carbon source which can be utilized may be included. Moreover, as culture conditions which can process polyphenol, the temperature is in the range of about 15 ° C. to about 45 ° C., and the initial pH of the medium is in the range of about 2 to about 8. The culture can be performed under aerobic conditions, and the medium can be a liquid medium or a solid medium.
[0020]
<Example 3> Production of microorganism-immobilized carrier As shown in Fig. 2, a 500 ml Erlenmeyer flask was charged with 100 ml of tannic acid medium and a cellulose foam (about 4 mm cube shape) as a carrier. Microorganisms ( Penicillium geastrivorus NM10b) were inoculated and cultured with shaking at 30 ° C. for 3 days to obtain a microorganism-immobilized carrier (corresponding to “first step” in the present invention).
[0021]
<Example 4> Treatment test of tannic acid with microorganism-immobilized carrier Next, the configuration of the bioreactor 1 for polyphenol treatment will be described with reference to FIG. The bioreactor 1 is provided with a treatment tank 2. This treatment tank 2 is an air lift type treatment tank (90 mm in diameter, volume) that floats and circulates the internal carrier 4 by aerating the waste water 3 poured into the treatment tank 2 through a filter 10 at the lower end. 1.5 liters, actual capacity 1 liter). The treatment tank 2 is provided with an inflow tube (passage) 5 and an outflow tube (passage) 6 for the waste water 3, and the medium is adjusted by adjusting the flow rate with

pumps

7 and 8 provided respectively. The time (residence time) during which 3 stays in the treatment tank 2 can be adjusted. Here, the residence time is the state in which the actual volume of the treatment tank is the inflow rate and the outflow rate of the culture medium (normally, both speeds are substantially the same, and there is always a certain amount of wastewater in the treatment tank. It is the numerical value divided by) and means the calculated time when the wastewater is considered to stay in the treatment tank.
Moreover, the hot water 9 as a temperature control means is made to flow on the lower surface of the processing tank 2, and the waste water 3 in the processing tank 2 is hold | maintained in a predetermined temperature range.
[0022]
The inside of this treatment tank is filled with the above-mentioned microorganism-immobilized carrier (filling amount: 5%) (corresponding to “second step” in the present invention), and a medium containing 25 ppm tannic acid (tannic acid 25 mg, MgSO 4 ₄ · 7H ₂ O 0.2 g, K ₂ HPO ₄ 1.0 g, (NH ₄ ) ₂ SO ₄ 1.0 g, NaCl 0.1 g, distilled water 1000 ml, pH 7.0) (hereinafter referred to as “tannic acid-containing synthetic wastewater”) Was inflow (and outflow) at a rate of 125 ml / h (residence time 8 hours), and a continuous treatment test on synthetic wastewater containing tannic acid was conducted. The air flow rate was 1 l / min, and the treatment temperature was 15 ° C., 20 ° C., 25 ° C., or 30 ° C., respectively. The treated water flowing out from the outlet was collected, and the tannic acid concentration of the treated water was measured every day with a total organic carbon meter (TOC). The measurement results are shown in Table 1 and FIG.
[0023]
[Table 1]

As apparent from these, when the treatment temperature is 25 ° C. or 30 ° C., the degradation rate of tannic acid is 90% or more after 1 day from the start of the treatment, and stable continuous until 7 days after that. Processing was possible. When the treatment temperature was 15 ° C. or 20 ° C., the decomposition rate of tannic acid was about 80% after 2 days from the start of the treatment, and stable continuous treatment was possible thereafter. At any treatment temperature, the concentration of SS (suspended solid) was 1 mg or less per liter. From this, it was found that when the new microorganism was immobilized on the carrier, it was in a very stable state with little dropout.
[0024]
<Example 5> Treatment test of (+)-catechin with a microorganism-immobilized carrier The microorganism-immobilized carrier of Example 3 (5% as a filling amount) is placed in the same air lift type treatment tank as in Example 4 above. , Medium containing 25 ppm (+)-catechin (manufactured by Tokyo Chemical Industry) ((+)-catechin 25 mg, MgSO ₄ .7H ₂ O 0.2 g, K ₂ HPO ₄ 1.0 g, (NH ₄ ) ₂ SO ₄ 1.0 g , NaCl 0.1 g, distilled water 1000 ml, pH 7.0) (hereinafter referred to as “(+)-catechin-containing synthetic wastewater”) while flowing in (and outflowing) at 125 ml / h (residence time 8 hours) A continuous treatment test on +)-catechin-containing synthetic wastewater was conducted. Other test conditions are the same as in Example 4. Table 2 and FIG. 5 show the results of measuring the (+)-catechin concentration of the treated water flowing out from the outlet by a total organic carbon meter (TOC) every day.
[0025]
[Table 2]

As is clear from these, when the treatment temperature is 25 ° C. or 30 ° C., the degradation rate of (+)-catechin becomes 80% or more after 1 day from the start of the treatment, and until 7 days thereafter, Stable continuous processing was possible. Further, when the treatment temperature was 15 ° C. or 20 ° C., the decomposition rate of (+)-catechin was about 80% after 2 days from the start of the treatment, and stable continuous treatment was possible thereafter.
[0026]
In addition, Table 3 and FIG. 6 show the results of performing the treatment test of the (+)-catechin-containing synthetic waste liquid continuously for 30 days at a treatment temperature of 30 ° C.
[Table 3]

From this result, when the treatment temperature is 30 ° C., the novel microorganism-immobilized carrier has a stable (+)-catechin degradation ability for 30 days or more from the first day after the start of the treatment. Became clear.
[0027]
<Example 6> Anthocyanin treatment test with microorganism-immobilized carrier The microorganism-immobilized carrier of Example 3 (10% filling amount) was placed in the same airlift treatment tank as in Example 4 above, and grape skin pigment was added. (Anthocyanin) -containing medium (grape skin pigment 100 mg, MgSO ₄ · 7H ₂ O 0.2 g, K ₂ HPO ₄ 1.0 g, (NH ₄ ) ₂ SO ₄ 1.0 g, NaCl 0.1 g, distilled water 1000 ml, pH 7.0 ) (Hereinafter referred to as “anthocyanin-containing synthetic wastewater”) was allowed to flow in (and outflow) at 125 ml / h (retention time 8 hours), and a continuous treatment test on the anthocyanin-containing synthetic wastewater was performed at 30 ° C. Other test conditions are the same as in Example 4. The change in the absorbance (570 nm) of the treated water flowing out from the outlet was measured. The results are shown in Table 4, Table 5, FIG. 7 and FIG.
[0028]
[Table 4]

[Table 5]

[0029]
As shown in Table 4 and FIG. 7, the absorbance of the treated water decreased rapidly from the start of the treatment, and after 5 hours, the absorbance decreased from 0.213 to 0.014 and became constant thereafter. Further, as shown in Table 5 and FIG. 8, the decolorization rate of the treated water became 80% or more after 1 day from the start of the treatment, and stable continuous treatment was possible until 7 days thereafter. From this result, it was revealed that the novel microorganism-immobilized carrier has a stable anthocyanin decomposition ability when the treatment temperature is 30 ° C.
[0030]
<Example 7> Comparative test of microorganism-immobilized carrier A microorganism-immobilized carrier (PP) was produced by using a propylene propylene carrier (cylindrical shape) instead of the cellulose carrier shown in FIG. The production method of the microorganism-immobilized carrier (PP) was performed under the same conditions as in Example 3 except that the cellulose foam and the polypropylene carrier were replaced. The performance of the microorganism-immobilized carrier (PP) thus obtained was compared with the performance of the microorganism-immobilized carrier (made of cellulose) using the TOC reduction of tannic acid-containing synthetic wastewater as an index. The experimental conditions were based on the conditions described in Example 4. The results are shown in Table 6 and FIG.
[0031]
[Table 6]

As is clear from these results, even when a microorganism-immobilized carrier was prepared using a polypropylene carrier, tannic acid was efficiently removed (one day after the start of treatment), as in the case of using a cellulose carrier. It was confirmed that the decomposition rate was about 90% after the first) and could be stably performed (the degradation rate of about 90% or more was maintained after 7 days from the start of the treatment).
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a drawing showing an outline of a screening method for novel microorganisms having the ability to degrade polyphenols.
FIG. 2 is a drawing showing an outline of a method for producing a microorganism-immobilized carrier.
FIG. 3 is a configuration diagram of a bioreactor for polyphenol treatment.
FIG. 4 is a drawing (including graph) showing the result of treatment of tannic acid with a microorganism-immobilized carrier.
FIG. 5 is a drawing (including graphs) showing the results of treatment of catechin with a microorganism-immobilized carrier.
FIG. 6 is a drawing (including graphs) showing the results of treatment of catechin with a microorganism-immobilized carrier.
FIG. 7 is a drawing (including a graph) showing the results of anthocyanin treatment with a microorganism-immobilized carrier.
FIG. 8 is a graph showing the result of anthocyanin treatment with a microorganism-immobilized carrier.
FIG. 9 is a graph showing the treatment results of tannic acid when a polypropylene carrier is used.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Bioreactor for polyphenol processing 2 ... Treatment tank 3 ... Waste water 4 ... Microorganism | immobilization support | carrier 5 ... Inflow path 6 ... Outflow path

Claims

A novel microorganism belonging to the genus Penicillium and degrading polyphenol , wherein the microorganism is Penicillium geastrivorus NM10b (FERM P-18166).

A method for treating polyphenol-containing wastewater using the novel microorganism according to claim 1 .

A microorganism-immobilized carrier, wherein the novel microorganism according to claim 1 is immobilized on a carrier.

The microorganism-immobilized carrier according to claim 3, wherein the carrier is a cellulose foam.

A bioreactor for polyphenol treatment, wherein the microorganism-immobilized carrier according to claim 4 is filled in a treatment tank.

A bioreactor comprising: a first step of preparing a microorganism-immobilized carrier by immobilizing the novel microorganism according to claim 1 on a carrier; and a second step of filling a treatment tank with the microorganism-immobilized carrier. Manufacturing method.