JP5024848B2 - Method of converting biomass into solidified material and method of using the solidified material - Google Patents

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Description

本発明は、農林水産業、食品産業を中心とした生物系産業において廃棄物として生じる資源(バイオマス)の固形化素材への変換法および該変換法により製造された固形化素材とその利用法に関するものである。   The present invention relates to a method for converting a resource (biomass) generated as waste in a biological industry such as agriculture, forestry and fisheries and food industry into a solidified material, a solidified material produced by the conversion method, and a method for using the solidified material. Is.

持続可能な資源利用を目指したバイオマスのリサイクルの重要性が重視される中で、農林水産業、食品産業を中心とした生物系産業において生成する廃棄物バイオマスの多くは腐敗性の高い有機物を多量に含んでおり、その処理が問題となっている。
これらの廃棄物としては、例えば、農林水産業からは、稲わら、籾殻等の作物の非食部・一次加工残渣や生産調整時の廃棄農作物、家畜糞尿や食肉加工時の畜産系廃棄物、水産物の一次加工残渣等の廃棄物、間伐材、おがくず、廃菌床等の林産廃棄物、食品産業からは、食品製造時の廃棄物、売れ残り品等の流通時の廃棄物等が生産される。また、一般廃棄物としての厨芥ゴミは、有機物を多量に含むが、成分組成が一定でないことから、一部はメタン発酵によるガス化、堆肥化等が実用化されているものの、殆どの資源が直接燃焼されているのが現状である。その他、建築廃材、剪定残渣、古紙、古布等のバイオマスについてもその処理法の開発が望まれている。
While importance is attached to the recycling of biomass aimed at sustainable use of resources, most of the waste biomass produced in biological industries such as agriculture, forestry and fisheries and the food industry is high in perishable organic matter. The processing is a problem.
Examples of these wastes include non-food parts and primary processing residues of crops such as rice straw and rice husks, waste crops during production adjustment, livestock manure and livestock waste during meat processing, Waste from primary processing residue of fishery products, forestry waste such as thinned wood, sawdust, waste fungus bed, etc., and food industry produce waste at the time of food production, unsold goods, etc. . In addition, the garbage as a general waste contains a large amount of organic matter, but the composition of the components is not constant, so some of the resources have been put to practical use, such as gasification and composting by methane fermentation. It is currently being burned directly. In addition, it is desired to develop treatment methods for biomass such as building waste, pruning residue, waste paper, and waste cloth.

これらのバイオマスを適切に加工して用途開発を行うことにより、そのカスケード利用によってリサイクルが促される。例えば、豆腐製造工程において副生されるオカラやトウモロコシ由来のバイオマスであるゼインを用いた射出成形技術によりペレットや生分解性ポット等に変換する技術などが開発されている(特許文献1)。
一方、乳酸発酵等により、農産バイオマスをサイレージ化したり、堆肥化したり、食品廃棄物バイオマスをリキッドフィードに変換したりする技術が開発・利用されてきた。また、廃棄物バイオマスの分解・減容化およびガスエネルギーへの変換については、メタン発酵が古くから用いられてきた。
さらに、家庭ゴミを中心にコンポスト化技術が普及しており、好気的分解による減容化が行われてきた。しかしながら、農林水産業や食品産業に由来する廃棄物バイオマスの多くは、放置すると直ちに腐敗して悪臭を放つ汚泥等となってしまうことから、迅速な腐敗防止処理を行わない限り、資源としての価値は大幅に低下する。
By appropriately processing these biomasses and developing their applications, recycling is promoted by their cascade use. For example, a technology for converting into pellets, biodegradable pots, and the like has been developed by injection molding technology using okara or corn-derived biomass that is by-produced in the tofu production process (Patent Document 1).
On the other hand, technologies have been developed and used for silage fermentation, composting, and converting food waste biomass into liquid feed by lactic acid fermentation or the like. In addition, methane fermentation has been used for a long time for decomposition and volume reduction of waste biomass and conversion to gas energy.
In addition, composting technology has been widely used mainly for household waste, and volume reduction has been performed by aerobic decomposition. However, many waste biomass derived from the agriculture, forestry and fisheries industry and the food industry will rot immediately and become sludge that emits a foul odor. Will drop significantly.

これらのバイオマスの腐敗防止方法として最も重要な処理の一つは、腐敗前の水分活性の低下である。カビ、酵母、細菌などの微生物は、それぞれ水分活性0.7、0.75および0.8程度以下で増殖が止まることが知られている。
したがって、これらのバイオマスを乾燥することにより、その品質の微生物劣化を防ぎつつ貯蔵することが可能となる。これは厨芥ゴミのような、均一性の低いバイオマスについても同様であり、乾燥させることにより貯蔵性が増し、それだけで付加価値が上昇する。
One of the most important treatments for preventing the decay of biomass is a reduction in water activity before the decay. It is known that microorganisms such as mold, yeast, and bacteria stop growing at water activities of about 0.7, 0.75, and 0.8 or less, respectively.
Therefore, by drying these biomasses, it becomes possible to store them while preventing microbial degradation of the quality. This is the same for biomass with low uniformity, such as trash, and drying improves storage properties and increases added value by itself.

バイオマスの乾燥処理の目的は、貯蔵性の向上であるが、さらに、適切な大きさと目的に応じた形状をもつ固形化素材に成形することにより、貯蔵性のみならず、運搬性や使用時の作業性が飛躍的に向上する。もしも乾燥バイオマスが微粉末状であると、粉塵として飛散しまい、散布しにくいだけでなく、作業者が吸引・被曝してしまう危険性があることから、適切な形状、大きさへの成形工程の重要性は大きい。
また、成形を行う際には、ペレット状、フィルム状、あるいは用途に応じた形状に成形された固形化素材へ変換することが望ましい。良質な有機物に富むバイオマスを効率的に固形化素材に変換できれば、生分解性素材の他、飼料、肥料、発酵培地、土壌改質剤などへの利用のほか、炭化原料、熱分解原料等の用途の開拓につながるものと期待できる。
The purpose of the biomass drying process is to improve storage, but by forming it into a solid material with an appropriate size and shape according to the purpose, not only storage but also transportation and use Workability is dramatically improved. If the dry biomass is in the form of fine powder, it will not only be scattered as dust and difficult to disperse, but there is also a risk that the worker will be sucked and exposed. Importance is great.
Moreover, when performing shaping | molding, it is desirable to convert into the solidification raw material shape | molded by the shape according to a pellet form, a film form, or a use. If biomass rich in high-quality organic matter can be efficiently converted into solidified materials, in addition to biodegradable materials, it can be used for feed, fertilizer, fermentation medium, soil modifier, carbonization raw materials, pyrolysis raw materials, etc. It can be expected to lead to the development of applications.

特許第3697234号明細書Patent No. 3697234 Specification

しかしながら、肥料や飼料のペレット化技術に代表されるバイオマスの固形化素材への変換に係る現存技術については、成形性や成形物の運搬・作業過程における安定性を確保するために、副資材としてのバインダーの添加が求められたり、バイオマスの微粉化工程、高温・高圧処理工程などの存在により、成形工程のコストが大きくなったりすることが問題となっている。
このように、腐敗性の高いバイオマス利用に有効な固形化素材への変換工程を効率化することにより、バイオマスの用途は大きく拡大するものと期待されているにもかかわらず、現存技術では限界がある。これまでに、実用化に至っているものは肥料、飼料などのうちの限られた例に留まっている。このような中で、バイオマスの利用性を高めるための、固形化素材への変換工程におけるバインダーの供給やバイオマスの処理特性の向上に関するブレイクスルーが強く求められている。
However, with regard to existing technologies related to the conversion of biomass into solidified materials, such as fertilizer and feed pelletization technology, in order to ensure the formability and stability in the process of transporting and working the molded products, However, there is a problem that the cost of the molding process is increased due to the addition of the binder, the pulverization process of biomass, the high temperature / high pressure treatment process, and the like.
In this way, the use of biomass is expected to greatly expand by streamlining the conversion process to solidified materials that are effective for the use of highly perishable biomass, but there are limits to existing technologies. is there. So far, only a limited number of examples of fertilizer and feed have been put to practical use. Under such circumstances, there is a strong demand for breakthroughs relating to the supply of binders and the improvement of the processing characteristics of biomass in the process of converting to solidified materials in order to increase the availability of biomass.

発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意努力を積み重ねた結果、廃棄物資源であるバイオマスの発酵工程を工夫することによってバインダーの供給やバイオマスの処理特性の向上が可能であることを見いだし、種々の問題を解決しつつ有用性の高い固形化素材を製造する方法の開発に成功した。
本発明では、バイオマスの発酵工程によって、固形化素材への変換のためのバイオマスの成形時あるいはその前処理時の特性および成型物としての固形化素材の特性を向上させることが可能となる。また、バイオマスを発酵させて単独で固形化素材に変換する方法のほかに、他のバイオマスと混合した後に固形化素材に変換する方法も開発し、発酵性の低い難分解性バイオマスや、品質が一定でないバイオマス、汚泥のような処理が困難な水分含量の高いバイオマス等についても、後者の混合法による固形化素材への変換が可能となることを見出した。
さらに、バイオマスの発酵工程の工夫によって腐敗を防ぐことができるほか、飼料特性、肥料特性、発酵培地としての特性、土壌改質特性、さらには炭化特性、熱分解特性等を向上させることも可能となる。
As a result of intensive efforts to solve the above problems, the inventors have found that it is possible to improve binder supply and biomass processing characteristics by devising a fermentation process for biomass, which is a waste resource. The present inventors have succeeded in developing a method for producing a highly useful solidified material while solving various problems.
In the present invention, it is possible to improve the characteristics at the time of molding or pretreatment of biomass for conversion into a solidified material and the characteristics of the solidified material as a molded product by the fermentation process of biomass. In addition to the method of fermenting biomass and converting it into a solidified material alone, we have also developed a method of converting it into a solidified material after mixing with other biomass. It has been found that non-constant biomass and biomass with high water content such as sludge, which are difficult to treat, can be converted to solidified materials by the latter mixing method.
Furthermore, it is possible to prevent spoilage by devising the biomass fermentation process, and it is possible to improve feed characteristics, fertilizer characteristics, characteristics as fermentation media, soil modification characteristics, carbonization characteristics, thermal decomposition characteristics, etc. Become.

本願により提供される発明は以下の通りである。
〔請求項1〕:植物細胞壁成分およびタンパク質成分に属する少なくとも1種以上の成分を含むバイオマス原料に対して、以下(A)及び(B)の工程を行うことを特徴とする、以下(C)の性質を示す成分相互の結着性を有する固形化素材の製造方法。
(A):以下(a)及び(b)の特徴を有する1種以上の微生物を用いて、前記バイオマス原料の発酵を行って、バインダー特性を有する菌体外成分を含む発酵物を得る工程。
(a):ポリグルタミン酸生産菌、ゲランガム生産菌、ポリガラクトサミン生産菌およびカードラン生産菌に属する1種以上の微生物。
(b):前記原料に含まれる植物細胞壁成分およびタンパク質成分に属する少なくとも1種以上の成分に対する分解能を有する微生物。
(B):前記発酵物、又は、前記発酵物を含む組成物、を成形して固形化する工程。
(C):加圧によって崩壊しにくく、且つ、水中で崩壊しやくなる性質。
〔請求項2〕:前記発酵物を含む組成物が、未発酵の前記バイオマス原料を含むものである、請求項1に記載の固形化素材の製造方法。
〔請求項3〕:前記微生物が、Pseudomonas elodea 及び/又は Bacillus subtilisである、請求項1又は2のいずれかに記載の固形化素材の製造方法。
〔請求項4〕:前記バイオマス原料が、作物の非食部、廃棄農作物、;家畜糞尿、食肉加工時の廃棄物、;水産物加工時の廃棄物、;間伐材、おがくず、廃菌床、;食品製造時の廃棄物、食品流通時の廃棄物、;厨芥ゴミ、建築廃材、剪定残渣、古紙、および古布、;のうちの1以上のものである、請求項1〜3のいずれかに記載の固形化素材の製造方法。
The invention provided by the present application is as follows.
[Claim 1]: The following (A) and (B) are performed on a biomass raw material containing at least one or more components belonging to plant cell wall components and protein components. The manufacturing method of the solidification raw material which has the binding property of the components which show the property of.
(A): The process of obtaining the fermented material containing the extracellular component which has a binder characteristic by fermenting the said biomass raw material using the 1 or more types of microorganisms which have the characteristics of (a) and (b) below.
(a): One or more microorganisms belonging to polyglutamic acid-producing bacteria, gellan gum-producing bacteria, polygalactosamine-producing bacteria and curdlan-producing bacteria.
(b): A microorganism having a resolution for at least one component belonging to the plant cell wall component and protein component contained in the raw material.
(B): The process which shape | molds and solidifies the said fermented material or the composition containing the said fermented material.
(C): The property of being difficult to disintegrate under pressure and easily disintegrating in water.
[Claim 2]: The method for producing a solidified material according to claim 1, wherein the composition containing the fermented product contains the unfermented biomass raw material.
[Claim 3] The method for producing a solidified material according to claim 1 or 2, wherein the microorganism is Pseudomonas elodea and / or Bacillus subtilis.
[Claim 4]: The biomass raw material is a non-food part of a crop, a waste crop, a livestock manure, a waste during processing of meat, a waste during processing of marine products, a thinning material, sawdust, a waste fungus bed, The waste at the time of food manufacture, the waste at the time of food distribution, wastes at the time of food distribution, scrap waste, construction waste material, pruning residue, waste paper, and old cloth; Manufacturing method of solidified material.

本発明により、産業廃棄物資源であるバイオマスの有効利用にあたり、当該バイオマスの発酵工程を加えることを特徴とした固形化素材の製造技術が提供される。これにより、バイオマスへ多様な特性を付与することが可能となる。
本発明により、多様なバイオマスの特性に応じた高付加価値化が可能となり、我が国の高度な発酵工学技術を活用した、バイオマスからの様々な有用素材の開発に道が拓けるものと考えられる。
According to the present invention, there is provided a manufacturing technology of a solidified material characterized by adding a fermentation process of the biomass for effective use of biomass which is an industrial waste resource. Thereby, various characteristics can be imparted to the biomass.
According to the present invention, it becomes possible to increase the added value according to the characteristics of various biomass, and it is considered that the development of various useful materials from biomass utilizing the advanced fermentation engineering technology of Japan will be paved.

以下に、本発明について説明する。
固形化素材の製造技術としては、前処理としてバイオマスの乾燥処理、熱処理を行い、最適水分条件に調整した後に一般的な造粒装置等を用いるような固形化法、ガンマ線等の照射や酵素処理による高分子架橋等を伴う固形化法等の他、機械により加温・加圧を伴う固形化法等が考えられる。
機械による成形方法としては、射出、押出、圧縮(ホットプレス)などの広く利用されている技術を用いることができる。また、乾燥工程としては、自然乾燥、風力乾燥、加熱乾燥等が挙げられる。
The present invention will be described below.
The solidification material manufacturing technology includes biomass drying and heat treatment as pre-treatments, adjusting to the optimal moisture conditions, and using a general granulator, etc., irradiation with gamma rays and enzyme treatment In addition to a solidification method involving polymer cross-linking and the like, a solidification method involving heating and pressurization by a machine is conceivable.
As a molding method using a machine, widely used techniques such as injection, extrusion, and compression (hot pressing) can be used. Examples of the drying step include natural drying, wind drying, and heat drying.

バイオマスを固形化素材に成形するまでの前処理段階および加工段階において考慮すべき主な要素としては、バイオマスの保存性、バイオマスの水分量、固体バイオマスからの液体の分離、粒子サイズ、系外からのバインダーの添加量、成形装置への物質移動効率、熱・圧力処理による固形化の際の効率などが挙げられる。
本発明では、成形工程の前にバイオマスを発酵することにより、これらの因子に係るバイオマスの特性を向上させることができる。
バイオマスの発酵に関しては、発酵培地の全てあるいは一部としてバイオマスやこれらの物理的、化学的あるいは生物学的前処理によって分解・修飾した成分等を用いて発酵を行うことになる。その際には、主成分として、澱粉、フラクタン、グルコマンナン等の植物貯蔵多糖、セルロース、ヘミセルロース、ペクチン、リグニン等の植物細胞壁成分、キチン、キトサン、グルカン等の微生物・動物由来の糖質成分、乳製品から副生する乳糖、蛋白質、脂質などの有機成分あるいはこの分解・修飾物を用いることになる。
The main factors to be considered in the pre-treatment stage and processing stage until the biomass is formed into a solidified material are: biomass preservability, biomass moisture content, liquid separation from solid biomass, particle size, from outside the system The amount of binder added, the efficiency of mass transfer to the molding apparatus, the efficiency during solidification by heat / pressure treatment, and the like can be mentioned.
In this invention, the characteristic of the biomass which concerns on these factors can be improved by fermenting biomass before a shaping | molding process.
Regarding fermentation of biomass, fermentation is performed using biomass or components decomposed and modified by physical, chemical or biological pretreatment as all or part of the fermentation medium. In that case, as main components, plant storage polysaccharides such as starch, fructan, glucomannan, plant cell wall components such as cellulose, hemicellulose, pectin, lignin, carbohydrate components derived from microorganisms and animals such as chitin, chitosan, glucan, Organic components such as lactose, proteins, and lipids that are by-produced from dairy products, or their degradation / modification products are used.

本発明において、対象とするバイオマスの発酵条件を決定する際には、種々の能動的調整を行うことがポイントとなる。能動的調整には、バイオマスの組成を解析し、既知の微生物あるいは自然界から適切な微生物を探すためのスクリーニングを行うこと等が含まれる。また、適宜、公知の突然変異導入手法、遺伝子工学的手法、あるいは遺伝子操作技術を用いたタンパク質工学的手法や代謝工学的手法等を用いて微生物の発酵特性を最適化する。
本発明において改良すべき発酵特性としては、例えば、バイオマスの資化特性、生育特性に関する特性、発酵生成物の特性が挙げられる。微生物機能の発酵を促進し、原料となるバイオマスの特性の変化にも適切に対応するため、適宜、pHを調整したり、栄養成分を調整したりするための副成分を添加したりする。これらの能動的調整により、使用菌株、主成分量、副成分組成、水分含量、培養温度・pH、培養時間、撹拌条件等を決定することが可能となり、バイオマスの変換工程が最適化することが可能となる。
In the present invention, when determining the fermentation conditions of the target biomass, it is important to make various active adjustments. Active adjustment includes analyzing the composition of biomass and performing screening for searching for known microorganisms or appropriate microorganisms from nature. In addition, the fermentation characteristics of microorganisms are optimized using a known mutation introduction technique, genetic engineering technique, protein engineering technique using genetic manipulation technique, metabolic engineering technique, or the like.
Examples of the fermentation characteristics to be improved in the present invention include biomass utilization characteristics, characteristics relating to growth characteristics, and characteristics of fermentation products. In order to promote the fermentation of the microbial function and appropriately cope with the change in the characteristics of the biomass as the raw material, a subcomponent for adjusting the pH or adjusting the nutrient component is appropriately added. Through these active adjustments, it is possible to determine the strain to be used, the amount of the main component, the subcomponent composition, the water content, the culture temperature / pH, the culture time, the stirring conditions, etc., and the biomass conversion process can be optimized. It becomes possible.

バイオマスの保存性の問題は、食品廃棄物のような、一般に易分解性の有機物が多く水分活性が高いバイオマスについては、特に重大な問題である。これまでは、保存性を向上させるためバイオマスは殺菌あるいは乾燥による静菌を行う必要があったが、本発明では、発酵処理を行うことにより、混入する腐敗菌による腐敗過程よりも先に発酵工程を進め、腐敗菌の増殖を抑制する。
また、選択性の高い培養条件における耐性や生育能力が高い微生物を発酵菌として用いることにより、腐敗菌が殆ど生育しない培養条件における発酵が可能となることは、アルコール発酵や有機酸発酵などについて知られており、この方法を用いてバイオマスの発酵処理を行うことができる。一般的な選択圧としてpH、温度、湿度、アルコール濃度、塩濃度、抗生物質等があり、その他、難分解性バイオマスの分解能力等が挙げられる。
さらに、スターターとして圧倒的に多量の発酵菌をバイオマスに接種することにより、培養条件が発酵菌にとって有利なものとなる。これらの発酵生産に係る公知の知見をバイオマスの成形における前処理段階で用いることにより、バイオマスの腐敗抑制に係る手間の軽減が可能となるのみならず、再現性の高い発酵を行うことが可能となる。
また、選択圧への耐性を示す微生物のスクリーニングは、選択圧のある環境を再現した培地における生育活性を指標にスクリーニングすることにより、容易に見出すことが可能であり、本発明において利用することができる。
The problem of the storage stability of biomass is a particularly serious problem for biomass that is generally easily degradable and has a high water activity, such as food waste. Until now, in order to improve the storage stability, the biomass had to be bacteriostatic or bacteriostatically dried, but in the present invention, the fermentation process is performed prior to the rot process by the rot bacteria mixed in. To suppress the growth of spoilage bacteria.
In addition, it is known about alcoholic fermentation and organic acid fermentation that fermentation under culture conditions with little growth of spoilage bacteria is possible by using microorganisms with high resistance and growth ability under culture conditions with high selectivity. It is possible to ferment biomass using this method. Common selection pressures include pH, temperature, humidity, alcohol concentration, salt concentration, antibiotics, and the like, and the ability to decompose hardly decomposable biomass.
Furthermore, by inoculating biomass with an overwhelmingly large amount of fermentation bacteria as a starter, the culture conditions become advantageous for the fermentation bacteria. By using these known knowledge related to fermentation production in the pretreatment stage in the formation of biomass, not only is it possible to reduce the labor involved in suppressing the decay of biomass, but it is also possible to perform fermentation with high reproducibility. Become.
Screening for microorganisms exhibiting resistance to selective pressure can be easily found by screening using growth activity in a medium that reproduces an environment with selective pressure as an index, and can be used in the present invention. it can.

成形特性を向上させるためのバイオマスの減容化については、基質の組織構造や粒状構造の崩壊、フロックの形成等による脱水促進等が関係する。例えば、微生物の物質分解能、pH改変能等を活用することにより、固形化素材への変換に先立つ脱水・減容化が可能となる。また、ヨーグルトのように、乳酸菌等を用いてpHを低下させることにより、タンパク質の水和水が脱離するとともにタンパク質同士の凝集が促進され、離水が起こることが古くから知られており、本発明においても活用することが可能となる。
溶液中で電荷をもつ菌体外多糖や細胞壁成分を生産することによりフロック形成能が期待される微生物については、キトサンを生産するMucor属菌、Absidia属菌、Rhizopus属菌等の接合菌類をはじめとして、ポリガラクトサミンを生産するAspergillus属菌、Paecilomyces属菌、Neurospora属菌などが知られており、バイオマスを発酵させることにより、本発明における技術として利用することが可能である。
また、フロック形成を促進する活性をもつ微生物は、菌体培養液と不溶性物質の分散液を混合し、その不溶性物質の沈降速度変化を調べる等の方法によって容易にスクリーニングし、本発明において用いることが可能である。
一方、脱水工程を含むバイオマスの固形化の経済効率を考慮した場合、外部から余分な水分を添加することは必ずしも効率的ではない。可能であれば、水の添加量を抑えたふすま培養等のような固相培養技術を活用することが望ましい。
Regarding the volume reduction of biomass for improving the molding characteristics, the destructive promotion by the collapse of the structure of the matrix and the granular structure, the formation of flocs, etc. is concerned. For example, dehydration and volume reduction prior to conversion to a solidified material can be achieved by utilizing the substance resolution of microorganisms, the ability to modify pH, and the like. In addition, it has been known for a long time that, when yogurt is used to lower the pH using lactic acid bacteria, protein hydration water is released and protein aggregation is promoted, and water separation occurs. It can also be used in the invention.
Microorganisms that are expected to have floc-forming ability by producing extracellular polysaccharides and cell wall components that are charged in solution include zygotes such as Mucor, Absidia, and Rhizopus that produce chitosan. Aspergillus genus, Paecilomyces genus, Neurospora genus, etc. that produce polygalactosamine are known, and can be used as a technique in the present invention by fermenting biomass.
Microorganisms having the activity of promoting floc formation can be easily screened by a method such as mixing a cell culture solution and a dispersion of an insoluble substance and examining changes in the sedimentation rate of the insoluble substance, and used in the present invention. Is possible.
On the other hand, when considering the economic efficiency of biomass solidification including a dehydration step, it is not always efficient to add extra moisture from the outside. If possible, it is desirable to utilize a solid phase culture technique such as bran culture with reduced amount of water.

また、脱水促進以外にも、メタン発酵やコンポスト化のように、バイオマスの量を発酵によって減らす技術が広く知られており、本発明において適宜、活用することが可能である。本発明においては、メタン発酵やコンポスト化のような公知技術を利用する場合でも、バイオマスの成形工程全体の効率を考慮した上での条件の再検討や最適化を行うことが望ましい。例えば、現存の減容化技術を用いた場合の有用物質の損失が最終産物としての固形化素材の付加価値に及ぼす影響を考慮する必要が生じる。   In addition to promoting dehydration, techniques for reducing the amount of biomass by fermentation, such as methane fermentation and composting, are widely known, and can be used as appropriate in the present invention. In the present invention, it is desirable to review and optimize the conditions in consideration of the efficiency of the entire biomass forming process even when using known techniques such as methane fermentation and composting. For example, it is necessary to consider the effect of the loss of useful substances on the added value of the solidified material as the final product when the existing volume reduction technology is used.

バイオマスの発酵によりその一部が分解して、全体の構造が崩壊したり、軟化したりして、粒子が細かくなったり、流動性や成形性が向上するような場合、既存の方法と比較して、少量の動力で輸送、添加、混合等の作業を行うことが可能になり、成形工程にかかるコスト削減に貢献するものと考えられる。
植物細胞壁成分や甲殻類外殻成分などの分解菌の作用により、難分解性成分が会合したこれらのバイオマスの構造をバラバラに解離したり軟化したりする。このような多くの菌類や細菌類は自然界においてバイオマスの分解者の役割を果たしており、単独または複合的な作用により、難分解性成分を分解して微粒子化、可溶化あるいは資化することが知られている。
Compared with existing methods, when a part of the biomass decomposes due to fermentation of the biomass and the entire structure collapses or softens, resulting in finer particles or improved fluidity and moldability. Therefore, it is possible to carry out operations such as transportation, addition, and mixing with a small amount of power, which is considered to contribute to cost reduction in the molding process.
Due to the action of degrading bacteria such as plant cell wall components and crustacean shell components, the structure of these biomasses in which the hardly decomposable components are associated is dissociated and softened. Many of these fungi and bacteria play the role of biomass decomposers in nature, and they are known to decompose, insolubilize, or assimilate finely-degradable components by single or combined action. It has been.

本発明においては、これらの公知の知見をもとに、これらの難分解性成分の分解性を有することを特徴とする微生物を、バイオマスの固形化素材への変換のために有効活用することが特徴となる。植物細胞壁の分解菌としては、例えばAcetobacter属菌、Acetovibrio属菌、Acidobacterium属菌、Aeromonas属菌、Bacillus属菌、Cellulomonas属菌、Celluvibrio属菌、Clostridium属菌、Pseudoalteromonas属菌、Pseudomonas属菌、Streptomyces属菌、Thermomonospora属菌、Ruminococcus属菌、Xanthomonas属菌、 Aspergillus属菌、Penicillium属菌、Fusarium属菌、Humicola属菌、Hypocrea属菌、Macrophomina属菌、Nectria属菌、Neurospora属菌、Robillarda属菌、Trichoderma属菌、Verticikkium属菌、Agricus属菌、Phanerochaete属菌、Schizophyllum属菌、Sclerotium属菌、Coniophora属菌、Cryptococcus属菌、Filobacidiella属菌、Irpex属菌、Trametes属菌、Ustilago属菌、Dictyostelium属菌などを用いることができる。
また、甲殻類外殻成分の分解菌としては、例えばキチナーゼ生産菌であるAeromonas属菌、Alteromonas属菌、Arthrobacter属菌、Aspergillus属菌、Bacillus属菌、Burkholderia属菌、Cellulomonas属菌、Clostridium属菌、Coccidioides属菌、 Cryptococcus属菌、Enterobacter属菌、Hypocrea属菌、Lactococcus属菌、Metarhizium属菌、Saccharophagus属菌、Pseudoalteromonas属菌、Pseudomonas属菌、Pyrococcus属菌、Rhizopus属菌、Serratia属菌、Streptomyces属菌、Thermococcus属菌、 Thermomyces属菌、Xanthomonas属菌、Trichoderma属菌、Vibrio属菌などを用いることができる。
In the present invention, based on these known findings, it is possible to effectively utilize microorganisms characterized by having degradability of these hardly decomposable components for converting biomass into solidified materials. It becomes a feature. Examples of plant cell wall degrading bacteria include, for example, Acetobacter, Acetovibrio, Acidobacterium, Aeromonas, Bacillus, Cellulomonas, Celluvibrio, Clostridium, Pseudoalteromonas, Pseudomonas, Streptomyces Genus, Thermomonospora, Ruminococcus, Xanthomonas, Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Humicola, Hypocrea, Macrophomina, Nectria, Neurospora, Robillarda , Trichoderma, Verticikkium, Agricus, Phanerochaete, Schizophyllum, Sclerotium, Coniophora, Cryptococcus, Filobacidiella, Irpex, Trametes, Ustilago, Dictyostelium A genus or the like can be used.
Examples of the crustacean shell-degrading bacteria include, for example, the chitinase producing bacteria Aeromonas, Alteromonas, Arthrobacter, Aspergillus, Bacillus, Burkholderia, Cellulomonas, Clostridium , Coccidioides spp, Cryptococcus spp, Enterobacter spp, Hypocrea spp, Lactococcus spp, Metarhizium spp, Saccharophagus spp, Pseudoalteromonas spp, Pseudomonas spp, Pyrococcus spp, Rhizopus spp, Serrattomy spp Genus, Thermococcus, Thermomyces, Xanthomonas, Trichoderma, Vibrio, etc. can be used.

また、タンパク質を多く含むバイオマスについては、家畜や魚介類の加工残渣、微生物菌体残渣や植物性残渣等が含まれる。例えば、豆腐の絞りかすであるオカラはタンパク質を豊富に含むバイオマスである。タンパク質分解能力が高い微生物はオカラを含む培地での良好な生育を示し、オカラの粒子を微小化して流動性を高めることができる。強力なプロテアーゼを生産する微生物として、例えば、Aspergillus属菌、Bacillus属菌、Kluyveromyces属菌、Rhizopus属菌、Rhizomucor属菌、Streptomyces属菌等を用いることができる。   Moreover, about biomass containing many proteins, processing residues of livestock and seafood, microbial cell residues, plant residues and the like are included. For example, okara, a tofu residue, is a biomass rich in protein. Microorganisms with high proteolytic ability show good growth in a medium containing okara, and can improve the fluidity by minimizing okara particles. Examples of microorganisms that produce powerful proteases include Aspergillus, Bacillus, Kluyveromyces, Rhizopus, Rhizomucor, and Streptomyces.

これらの植物細胞壁成分、甲殻類外殻成分あるいはタンパク質成分を分解する微生物は、上に例示した以外にも、これらの成分を含む培地において培養した場合に、その成分の分解活性をもつことを指標にして容易にスクリーニングすることができ、当該微生物を本発明において利用することができる。適宜、上記培地における培養条件において生育の際の選択圧をかけることにより、目的とするバイオマスの発酵時環境適性が高く、腐敗を抑える活性が高い分解菌等のスクリーニングを行うことが可能となる。   In addition to those exemplified above, microorganisms that degrade plant cell wall components, crustacean shell components, or protein components have an activity of decomposing those components when cultured in a medium containing these components. Can be easily screened, and the microorganism can be used in the present invention. By appropriately applying selective pressure during growth under the culture conditions in the above medium, it becomes possible to screen for degrading bacteria having high environmental suitability during fermentation of the target biomass and high activity of suppressing spoilage.

バイオマスの多くはセルロース、キチン、リグニン等の難分解性の成分を含む。バイオマスの発酵工程を効率化するためには、発酵段階を必ずしも一段階として設定する必要はない。例えば、麹菌を培養して麹を作った後に、それを酵母でアルコール発酵させるという酒造工程のように、バイオマスや有用菌の資化能力によっては、適切な前発酵を行うことにより、バイオマスの高付加価値化が効率化する。
また、廃棄物中に多量に含まれる他の重要成分として、澱粉等の植物貯蔵多糖成分、乳糖、脂質などが考えられる。これらの成分についても、スクリーニングによって資化性の高い微生物を容易に見出すことが可能であり、本発明において活用することができる。バイオマスから有用物質を生産する微生物に対して、それぞれの成分に対する資化性を付与するには、アミラーゼやマルターゼ等の澱粉分解酵素系をコードする遺伝子、β−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子、リパーゼ遺伝子を導入することにより、その微生物の資化特性が向上する。
Most biomass contains persistent components such as cellulose, chitin, and lignin. In order to make the fermentation process of biomass more efficient, it is not always necessary to set the fermentation stage as one stage. For example, depending on the ability to assimilate biomass and useful bacteria after culturing koji molds to make koji and then fermenting it with yeast, depending on the ability to assimilate biomass and useful bacteria, Added value increases efficiency.
Further, as other important components contained in a large amount in the waste, plant storage polysaccharide components such as starch, lactose, lipids and the like are considered. These components can also easily find a highly assimilating microorganism by screening, and can be utilized in the present invention. In order to confer assimilability for each component to microorganisms that produce useful substances from biomass, genes encoding starch-degrading enzyme systems such as amylase and maltase, genes encoding β-galactosidase, and lipase genes By introducing, the utilization characteristics of the microorganism are improved.

難分解性バイオマスなどの発酵能力をもつ微生物を培養することにより、基質が解離・軟化するのみならず、培養液に菌体外物質や有機物などが蓄積し、菌体が増殖する。微粉化等の前処理を行わない限り、基質となる難分解性バイオマスは体積が大きいために分散性が低く、バインダー活性も小さいが、発酵後に培養液に蓄積した種々の有機物や微小な菌体は分散性が高く、大きいバインダー活性をもつことは明らかである。
また、基質の周辺を発酵菌が覆ったり、バイオフィルムのような高分子を生産したりすることにより、基質自体の固形化特性の向上に寄与すると考えられる。このように、これらの有機物の資化菌を用いて発酵することにより、バイオマスの固形化素材としての成形特性や成形物の特性が向上することは明らかであり、本発明においてバイオマスの発酵を行うことは、固形化素材への変換を行う際の大きい利点になると考えられる。
By culturing microorganisms having fermentation ability such as hardly degradable biomass, not only the substrate is dissociated and softened, but also extracellular substances and organic substances accumulate in the culture solution, and the bacterial cells grow. Unless pretreatment such as pulverization is performed, the persistent biomass that is a substrate is large in volume and has low dispersibility and low binder activity, but various organic substances accumulated in fermentation broth after fermentation and microscopic cells It is clear that is highly dispersible and has a high binder activity.
Moreover, it is thought that it contributes to the improvement of the solidification characteristic of the substrate itself by covering the periphery of the substrate with fermenting bacteria or producing a polymer such as a biofilm. Thus, it is clear that fermentation using these organic assimilating bacteria improves the molding characteristics as a solidified material of biomass and the characteristics of the molded article, and the fermentation of biomass is performed in the present invention. This is considered to be a great advantage when converting to a solidified material.

固形化素材への変換のためのバイオマスの成形特性や成型物の特性の向上については、バイオマスを構成する微粒子を相互に結着させて、もろく崩れて微粒子に戻らないように安定的に存在させるためのバインダー分子を発酵生産させる方法が考えられる。
これまでは、先述したトウモロコシ由来のゼインなどのタンパク質系素材、グリセロールや多糖類等を用いてきたが、バインダーをバイオマスの発酵により意図的に生産させるという方法はこれまでに開発されていない。
発酵生産によるバインダーとしては、微生物細胞壁、菌体外多糖・粘質物、低分子の発酵生産物や、あるいは植物細胞壁成分の部分構造などのような、発酵工程によりバイオマスから副生した成分等が想定される。微生物由来の物質としては、例えば麹菌やケカビをはじめとする子嚢菌の構成成分、食用キノコ類をはじめとする担子菌の構成成分、酵母、乳酸菌、納豆菌などの細菌の構成成分や、それらの処理による加水分解物、自己消化物、菌体外多糖成分や菌体外ポリペプチド等を用いることができる。
Regarding the improvement of the molding characteristics of the biomass and the properties of the molded product for conversion to a solidified material, the particulates that make up the biomass are bound together and stably exist so that they do not crumble and return to the particulates. For this purpose, a method for producing the binder molecules by fermentation can be considered.
So far, protein-based materials such as corn-derived zein, glycerol, polysaccharides and the like have been used so far, but a method of intentionally producing a binder by fermentation of biomass has not been developed so far.
As binders for fermentation production, components such as microbial cell walls, exopolysaccharides and mucilage, low-molecular fermentation products, or partial structures of plant cell wall components that are by-produced from biomass by the fermentation process are assumed. Is done. Substances derived from microorganisms include, for example, constituents of Ascomycetes such as Neisseria gonorrhoeae and fungi, constituents of Basidiomycetes such as edible mushrooms, constituents of bacteria such as yeast, lactic acid bacteria, and Bacillus natto, A hydrolyzate, autolysate, extracellular polysaccharide component, extracellular polypeptide, etc. can be used.

良好なバインダー特性が期待される菌体外成分としては、例えばカードラン、ゲランガム、キサンタンガム、ヒアルロン酸、プルラン、デキストラン、スクシノグリカン、ポリグルタミン酸、ポリヒドロキシアルカン酸、ε−ポリ−L−リジン、ポリガラクトサミン等が挙げられ、これらの高分子物質の生産菌として、例えばAgrobacterium属菌、Alkaligenes属菌、Pseudomonas属菌、 Xanthomonas属菌、Streptococcus属菌、Aureobasidium属菌、Leuconostoc属菌、Bacillus属菌、Ralstonia属菌、Azotobacter属菌、Spirillum属菌、Vibrio属菌、Photobacterium属、Streptomyces属菌、Aspergillus属菌等を用いることができる。
これらの成分の多くは食品用ゲルとしても知られており、公知の方法を活用して、バインダー活性を最大に発揮する方法を開発することが可能である。これらの多くは100℃以下で溶解・分散して、冷やすかまたはカルシウム塩や他のゲルの添加等を行うことによりゲル化する。
Examples of extracellular components expected to have good binder properties include curdlan, gellan gum, xanthan gum, hyaluronic acid, pullulan, dextran, succinoglycan, polyglutamic acid, polyhydroxyalkanoic acid, ε-poly-L-lysine, Polygalactosamine and the like, such as the production of these macromolecular substances, for example, Agrobacterium, Alkaligenes, Pseudomonas, Xanthomonas, Streptococcus, Aureobasidium, Leuconostoc, Bacillus, Ralstonia, Azotobacter, Spirillum, Vibrio, Photobacterium, Streptomyces, Aspergillus, and the like can be used.
Many of these components are also known as food gels, and it is possible to develop methods that maximize the binder activity by utilizing known methods. Most of these are dissolved / dispersed at 100 ° C. or lower and gelled by cooling or adding calcium salts or other gels.

本発明におけるバイオマスを固形化素材へ変換する成形工程においては、熱や圧力によって圧着、乾燥するよりもはるかに低温で固形化することから、熱や圧力によるエネルギーの使用を大幅に減らすことが可能である。さらに、多くのゲルのもつ高い弾力性や安定性は、成形後の固形化素材の物理的安定性や化学的安定性等に大きく貢献する。
固体または液体培地において微生物を生育させ、菌体外多糖を回収して、主成分となるバイオマスの特性に合うようなバインダーを生産する微生物を探すことにより、良質のバインダー活性をもつ菌体外成分の生産菌は容易にスクリーニングすることが可能であり、本発明において活用することができる。
In the molding process of converting biomass into solidified material according to the present invention, it is solidified at a much lower temperature than pressing and drying by heat and pressure, so it is possible to greatly reduce the use of energy by heat and pressure. It is. Furthermore, the high elasticity and stability of many gels greatly contribute to the physical stability and chemical stability of the solidified material after molding.
Extracellular components with good binder activity by growing microorganisms in solid or liquid media, collecting extracellular polysaccharides, and searching for microorganisms that produce binders that match the characteristics of the main biomass Can be easily screened and can be utilized in the present invention.

これまで、廃棄物バイオマスを用いて有用物質である菌体外多糖を製造するための研究が報告されており、オリーブ粉砕廃水(Lopez, M. J.ら、J. Appl. Microbiol., 90, 829-835 (2001))、栗の抽出物(Liakoupoulou-Kyriakiswa, M.ら、Appl. Biochem. Biotechnol., 82, 175-183 (1999))、キャッサババガスの加水分解物(Woiciechowski, A. L.ら、Appl. Biochem. Biotechnol., 118, 305-312 (2004))などを用いて菌体外多糖の製造が試みられてきた。
しかし、これらの研究成果は、バイオマスからの菌体外多糖の抽出を目的としており、使用したバイオマス全体の固形化素材への変換を目的としたものではない。本発明の概念に従って最適化することによって、本発明において利用することが可能である。
So far, research on the production of exopolysaccharide, a useful substance, from waste biomass has been reported, and olive milling wastewater (Lopez, MJ et al., J. Appl. Microbiol., 90, 829-835 (2001)), chestnut extract (Liakoupoulou-Kyriakiswa, M. et al., Appl. Biochem. Biotechnol., 82, 175-183 (1999)), cassava bagasse hydrolyzate (Woiciechowski, AL et al., Appl. Biochem Biotechnol., 118, 305-312 (2004)) and the like have been tried to produce exopolysaccharides.
However, these research results are aimed at the extraction of exopolysaccharides from biomass, and are not aimed at converting the entire biomass used into solidified materials. It can be utilized in the present invention by optimizing according to the inventive concept.

また、公知の突然変異導入手法、遺伝子工学的手法、遺伝子操作技術を用いたタンパク質工学的手法や代謝工学的手法等を用いて微生物の発酵能力を改変することにより、例えば本来、注目すべき菌体外多糖・粘質物の生産能力を欠く微生物に対してその生産能力を付与したり、菌体外多糖・粘質物の生産時に利用できる炭素源等の栄養特性を変換したり、代謝制御機構を制御したり、あるいは酵素の構造を改変することによって生成物の構造を制御したりすること等が可能となる。
発酵微生物の資化性、生育環境特性や生成物の構造・物性等を改変したり、固形化素材の特性改良を可能とする有用物質を生産したりすることが可能となり、本発明の目的を達成するための有効な技術となることは明白である。例えば、Xanthomonas campestris菌のもつキサンタンガムの生合成遺伝子をSphingomonas属菌に導入し、キサンタンガムを生合成させた例(Pollock, T. J.ら、J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 19, 92-97 (1997))や、乳糖資化能を持たないX. campestris菌にβ−ガラクトシダーゼ遺伝子を導入して、乳糖資化性を付与した例(Fu, J-F. and Tseng, Y-H., Appl. Environ. Microbiol. 56, 919-923 (1990))などの技術や考え方は、本発明の概念に従って最適化することによって、本発明において利用することが可能である。
Furthermore, by modifying the fermentation ability of microorganisms using known mutation introduction techniques, genetic engineering techniques, protein engineering techniques using genetic manipulation techniques, metabolic engineering techniques, etc. Giving microorganisms lacking the ability to produce extracorporeal polysaccharides and mucilages, converting nutritional properties such as carbon sources that can be used during the production of extracorporeal polysaccharides and mucilages, and providing metabolic control mechanisms It is possible to control the structure of the product or to control the structure of the product by modifying the structure of the enzyme.
It is possible to modify the assimilation properties of the fermentation microorganisms, the growth environment characteristics, the structure and physical properties of the products, and to produce useful substances that can improve the characteristics of the solidified material. Clearly, it will be an effective technique to achieve. For example, a biosynthetic gene for xanthan gum possessed by Xanthomonas campestris was introduced into the genus Sphingomonas, and xanthan gum was biosynthesized (Pollock, TJ et al., J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 19, 92-97 (1997) ), And an example in which β-galactosidase gene is introduced into X. campestris bacteria that do not have lactose-assimilating ability to impart lactose-assimilating properties (Fu, JF. And Tseng, YH., Appl. Environ. Microbiol. 56 , 919-923 (1990)) can be used in the present invention by optimizing according to the concept of the present invention.

資化特性の向上に関しては、バイオマスを構成する植物細胞壁成分、甲殻類外殻成分、タンパク質成分、植物貯蔵多糖成分、乳糖、脂質等の加水分解や代謝に係る酵素遺伝子、取込みのためのレセプター遺伝子等を導入することにより、バイオマス発酵に用いる微生物に対して新たなバイオマスの資化性を付与することができる。
これらの遺伝子は、各成分に対する分解菌からクローニングすることが可能であるほか、分解活性が不明な微生物からも、遺伝子配列の類似性を利用したPCR法をベースとしたクローニングによって得ることができ、さらに、遺伝子配列の一部または全部を人工的に合成することにより入手することも可能である。これを適切なベクターを用いて、宿主の菌体に導入し、菌体内部で発現させることにより、目的のタンパク質が生合成される。
Regarding the improvement of utilization characteristics, plant cell wall components constituting biomass, crustacean shell components, protein components, plant storage polysaccharide components, enzyme genes related to hydrolysis and metabolism of lactose, lipids, etc., receptor genes for uptake By introducing the above, it is possible to impart new biomass utilization to microorganisms used for biomass fermentation.
These genes can be cloned from degrading bacteria for each component, and can also be obtained from microorganisms whose degradation activity is unknown by cloning based on the PCR method using the similarity of gene sequences, Furthermore, it is also possible to obtain a gene sequence by artificially synthesizing part or all of the gene sequence. The protein of interest is biosynthesized by introducing it into a host cell using an appropriate vector and expressing it inside the cell.

環境耐性に関する遺伝子については、微生物の持つ遺伝子の発現が環境耐性を低下している場合には、その遺伝子の発現を抑えるための突然変異を導入することにより、環境耐性を付与することができる。また、抗生物質の不活性化酵素などのように、環境耐性を向上するための遺伝子を持つ微生物をスクリーニングすることは容易である。この微生物の持つ環境耐性向上遺伝子を耐性のないバイオマス分解菌に導入し、発現させることにより環境耐性が付与される。   As for genes related to environmental resistance, when the expression of a gene possessed by a microorganism is reduced, environmental resistance can be imparted by introducing a mutation for suppressing the expression of the gene. In addition, it is easy to screen for microorganisms having genes for improving environmental resistance, such as antibiotic inactivation enzymes. The environmental resistance is imparted by introducing and expressing the gene for improving environmental resistance of the microorganism into a biomass-degrading bacterium having no resistance.

バイオマス発酵に用いる微生物に対して菌体外成分、可塑性や種々の機能性を提供する低分子有用物質の生合成能力を付与する場合にも、これらの生合成活性を有する微生物から遺伝子や遺伝子群を取得して導入・発現することにより、有用物質の生産が効率化する。その際には、適宜、代謝工学技術、リボゾーム工学技術やタンパク質工学技術等を活用して、目的物質の生合成のために必要な前駆体物質や原料物質の生成量を増やしたり、代謝制御を促進あるいは抑制したり、多くの物質が目的物の生合成のために利用されるように方向付けたりすることにより、バイオマスを資化しながら効率的に有用物質を生産させることが可能となる。   Even when biosynthesis ability of low molecular weight useful substances that provide extracellular components, plasticity and various functionalities is given to microorganisms used for biomass fermentation, genes and gene groups from these microorganisms having biosynthetic activity By acquiring and introducing / expressing, the production of useful substances will be made more efficient. In such cases, use of metabolic engineering technology, ribosome engineering technology, protein engineering technology, etc., as appropriate, increases the amount of precursor and raw material required for biosynthesis of the target substance, and controls metabolism. By promoting or suppressing, or by directing many substances to be used for biosynthesis of the target product, it becomes possible to efficiently produce useful substances while assimilating biomass.

タンパク質工学技術や糖質工学技術等を活用することにより、バイオマス発酵により生産される有用物質の構造を改変することが可能となり、付加価値の高い固形化素材を製造するという本発明の目的に一層適した構造の物質を生産させることが可能となる。
公知の技術を本発明において活用し、バイオマスから新たな構造をもつ有用物質の生産を行うことができる。例えば、キサンタンガム等の高分子の側鎖となる糖残基の糖転移酵素の作用を抑え、セルロースに類似した構造をもつ多糖を合成したり、キチン脱アセチル化酵素によってキチン等の不溶性高分子の側鎖N-アセチル基を脱離して、希酸溶液中で電荷をもちフロック形成能をもつキトサン構造に変換したり、多糖合成に用いられる糖転移酵素の基質認識性を改変することにより、異なる構造の単糖誘導体に作用して高分子構造を改変したりするような試みが考えられる。ここに挙げた例の他にも、公知の先端技術を活用して構造改変された生合成物を本発明において用いることにより、バイオマスを一層付加価値の高い固形化素材へ変換することが可能となる。
By utilizing protein engineering technology, carbohydrate engineering technology, etc., it becomes possible to modify the structure of useful substances produced by biomass fermentation, and further to the object of the present invention to produce a solidified material with high added value. It becomes possible to produce a material having a suitable structure.
A known technique can be utilized in the present invention to produce a useful substance having a new structure from biomass. For example, it suppresses the action of glycosyltransferases on sugar residues that are the side chains of polymers such as xanthan gum, synthesizes polysaccharides having a structure similar to cellulose, or uses chitin deacetylase to inactivate insoluble polymers such as chitin. It differs by eliminating the side chain N-acetyl group and converting it into a chitosan structure that has a charge and a floc-forming ability in dilute acid solution, or by modifying the substrate recognizability of glycosyltransferase used in polysaccharide synthesis Attempts may be made to modify the polymer structure by acting on monosaccharide derivatives having a structure. In addition to the examples given here, it is possible to convert biomass into a solidified material with higher added value by using a biosynthetic material modified by utilizing known advanced technology in the present invention. Become.

発酵されたバイオマスを用いた成形に関しては、そのバイオマス単独で成形する方法と、発酵されたバイオマスを他のバイオマスと混合して成形する方法が考えられる。後者の方法は、均一性が低く腐敗性が高いことから、発酵を行いにくいバイオマスである厨芥ゴミ、野菜等を一次加工した後の残渣、果実等の搾汁残渣などの生鮮食品加工後の残渣、醤油かす等の発酵残渣、骨粉等の動物性廃棄物、家畜糞尿、メタン発酵廃棄物などに適用することができる。このことは、用途開発が極めて困難なバイオマスを混合し、部分的に用いた固形化素材の製造が可能であることを意味する。   Regarding the molding using the fermented biomass, there are a method of molding the biomass alone and a method of molding the fermented biomass by mixing with other biomass. The latter method has low uniformity and high septic properties, so it is a biomass that is difficult to ferment. It can be applied to fermentation residues such as soy sauce residue, animal waste such as bone meal, livestock manure, methane fermentation waste and the like. This means that it is possible to produce a solidified material partially mixed with biomass that is extremely difficult to develop.

成形時には、バインダー活性をもつ物質は試料内に均一に分散していることが望ましい。そのため、適宜、可溶化剤の添加による有効成分の可溶化処理や混合・分散化処理等を行う工程を追加することが考えられる。また、固形化素材の品質を整えたり、その有用性を高めたりするために、適宜、副成分を添加することは容易に想到される。
例えば、肥料の場合は、栄養となる無機成分等の添加、飼料の場合は、嗜好性向上のための調味物質等の添加、有効性の高い発酵培地源とするためには、成分調整する等が例として挙げられる。
At the time of molding, it is desirable that the substance having binder activity is uniformly dispersed in the sample. Therefore, it is conceivable to appropriately add a process for solubilizing the active ingredient by adding a solubilizer, mixing / dispersing, or the like. Moreover, in order to adjust the quality of the solidified material or increase its usefulness, it is easily conceived to add subcomponents as appropriate.
For example, in the case of fertilizers, addition of inorganic components that serve as nutrients, in the case of feeds, addition of seasoning substances for improving palatability, adjustment of ingredients to make a highly effective fermentation medium source, etc. Is given as an example.

固形化素材の物理的あるいは化学的安定性とは、固形化素材の貯蔵、運搬、使用時において、その形状が崩れたり化学的に劣化しない性質を指す。固形化素材の製造時には、振動安定性や衝撃安定性などの物理的安定性を高めるため、弾力・可塑性を付与する成分を適宜発酵生産するか、副成分として添加することが望ましい。
可塑性を付与する成分としては、例えば、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の多価アルコール、乳酸、リンゴ酸等の有機酸、尿素等が考えられる。良質なバインダー活性をもつ物質の発酵生産とともに、可塑性を付与する成分を発酵生産することができれば、副成分の添加を抑えることが可能となる。
The physical or chemical stability of the solidified material refers to the property that the shape of the solidified material does not collapse or chemically deteriorate during storage, transportation and use. During the production of the solidified material, it is desirable to appropriately fermentatively produce a component that imparts elasticity and plasticity or to add it as a subcomponent in order to enhance physical stability such as vibration stability and impact stability.
Examples of the component imparting plasticity include polyhydric alcohols such as glycerin, polyethylene glycol, and polypropylene glycol, organic acids such as lactic acid and malic acid, urea, and the like. If a component that imparts plasticity can be produced by fermentation with the production of a substance having good binder activity, addition of subcomponents can be suppressed.

固形化素材を肥料や土壌改質材として利用する場合、例えば、バイオマス中の有機物分解や脱窒、窒素固定等によるC/N比の制御、遅効性窒素である有機物系窒素分の生産や、土壌の団粒化活性をもつ成分の放出がメリットとなる。また、緩衝能をもつ物質による土壌pHの安定化、微生物由来のキチンやペプチドグリカン等による放線菌等の特定の有用微生物の増殖活性の付与、キチンオリゴ糖などによるエリシター活性の付与等も挙げられる。ポリグルタミン酸は、保水性や粘着性が高く、土壌粒子のバインダー活性が期待されている。また、ポリペプチドとして遅効性窒素としての役割を果たすと考えられる。例えば、ポリグルタミン酸を生産させたバイオマスの発酵物を用いて、穏和な条件で調製した固形化素材は、水に浸すことにより容易にポリグルタミン酸を遊離することから、肥料効果や土壌改良効果が高いと考えられる。   When using the solidified material as a fertilizer or soil modifier, for example, control of the C / N ratio by decomposing or denitrifying organic matter in the biomass, nitrogen fixation, etc., production of organic nitrogen content that is slow acting nitrogen, The release of ingredients with soil aggregating activity is an advantage. In addition, stabilization of soil pH by a substance having a buffering capacity, provision of proliferation activity of specific useful microorganisms such as actinomycetes by chitin and peptidoglycan derived from microorganisms, provision of elicitor activity by chitin oligosaccharides, and the like. Polyglutamic acid has high water retention and stickiness, and is expected to have a binder activity for soil particles. Moreover, it is thought that it plays a role as slow acting nitrogen as a polypeptide. For example, a solidified material prepared under a mild condition using a fermented biomass produced with polyglutamic acid releases polyglutamic acid easily by soaking in water, so it has a high fertilizer effect and soil improvement effect. it is conceivable that.

固形化素材の飼料としての利用や発酵培地源として利用する場合の特性の向上に寄与する発酵工程としては、バイオマスを用いた栄養成分、易消化性成分やビタミン等の発酵合成や食味・食感・風味等の改良等が考えられる。より具体的には、消化性向上のための澱粉や植物細胞壁構成成分等の低分子化、必須アミノ酸、有機酸、アルコール、リボフラビン、ビタミン、ユビキノン等の発酵生産や腸内細菌の栄養源となり得る機能性成分等の発酵生産、さらに、飼料の場合には、プロバイオティクス作用を持つ腸内有用菌の前培養を目的とした発酵変換等を利用することができる。
微生物やビタミン、微量有効成分などの熱に弱い成分を固形化素材に含有させる場合には、低温での乾燥を行う、半乾燥状態にする、乾燥終了直前や終了後に培養液を混合する等、処理方法に工夫をすることが望ましい。また、全ての用途開発において共通であるが、バイオマスを発酵生産する場合には、マイコトキシンやエンドトキシン等、その工程により生成する多様な成分や微生物自身の毒性に注意する必要がある。
Fermentation process that contributes to the improvement of characteristics when using solidified material as feed or as a fermentation medium source includes fermentative synthesis, taste, and texture of nutrient components, digestible components and vitamins using biomass・ Improvement of flavor etc. can be considered. More specifically, it can be a low molecular weight starch and plant cell wall constituents for improving digestibility, fermentative production of essential amino acids, organic acids, alcohol, riboflavin, vitamins, ubiquinones, etc., and a nutrient source for enteric bacteria For fermentation production of functional components and the like, and in the case of feed, fermentation conversion for the purpose of pre-culturing useful intestinal bacteria having a probiotic action can be used.
If the solidified material contains heat-sensitive ingredients such as microorganisms, vitamins, and trace active ingredients, dry at low temperature, put it in a semi-dry state, mix the culture solution immediately before or after completion of drying, etc. It is desirable to devise a processing method. In addition, it is common in all application developments. However, when producing biomass by fermentation, it is necessary to pay attention to various components such as mycotoxins and endotoxins and the toxicity of microorganisms themselves.

固形化素材の肥料、土壌改質剤や飼料としての利用に対して特性の発揮が期待できる微生物としては、例えば、Brevibacterium属菌, Proteus属菌, Rhizopus属菌, Bacillus属菌, Pseudomonas属菌, Alkaligenes属菌, Corynebacterium属菌Arthrobacter属菌, Saccharomyces属菌, Zymomonas属菌, Lactobacillus属菌, Serratia属菌, Aerobacter属菌, Aspergillus属菌, Penicillium属菌, Acetobacter属菌, Gluconobacter属菌, Streptococcus属菌, Leuconostoc属菌, Pediococcus属菌, Methylobacillus属菌, Methylobacterium属菌, Flavobacterium属菌, Pichia属菌, Rhizobium属菌, Streptomyces属菌, Agrobacterium属菌, Erythrobacter属菌, Candida属菌, Eremothecium属菌等が挙げられる。
これらの微生物の代謝経路を直接利用して発酵を行うか、遺伝子工学、代謝工学等の公知の技術を用いた資化性の改変または資化菌への新能力付与を行うことができる。
Examples of microorganisms that can be expected to exhibit properties for use as solidified fertilizer, soil conditioner and feed include Brevibacterium, Proteus, Rhizopus, Bacillus, Pseudomonas, Alkaligenes, Corynebacterium, Arthrobacter, Saccharomyces, Zymomonas, Lactobacillus, Serratia, Aerobacter, Aspergillus, Penicillium, Acetobacter, Gluconobacter, Streptococcus , Leuconostoc, Pediococcus, Methylobacillus, Methylobacterium, Flavobacterium, Pichia, Rhizobium, Streptomyces, Agrobacterium, Erythrobacter, Candida, Eremothecium, etc. Can be mentioned.
Fermentation can be carried out by directly using the metabolic pathways of these microorganisms, or assimilation can be altered using a known technique such as genetic engineering or metabolic engineering, or a new ability can be imparted to the assimilating bacteria.

固形化素材の炭化特性や燃焼特性の利用については、用途に応じたバインダーの発酵生産が重要になるほか、固形化素材の高熱処理時の形状安定性や燃焼効率向上に係る発酵変換や、脱窒菌、脱硫菌などにより副生物となる窒素系化合物や硫黄系化合物の生産を減らすための発酵変換等が重要となる。   For the utilization of carbonization characteristics and combustion characteristics of solidified materials, fermentation production of binders according to the application becomes important, fermentation conversion for improving shape stability and combustion efficiency of solidified materials during high heat treatment, Fermentation conversion to reduce the production of nitrogen-based compounds and sulfur-based compounds that are by-products due to nitrifying bacteria, desulfurizing bacteria, etc. is important.

本発明における発酵工程を中心とした工程の開発により、効率的な固形化素材の製造が可能となる。公知の機械製造技術を用いることにより、本発明におけるバイオマスの変換法を検討した後に決定される発酵条件や、バイオマスの前処理、発酵生成物の物性に応じた貯蔵・輸送条件、他の素材との混合条件、成型処理条件、成型物の貯蔵・輸送条件等に合わせ、製造工程を最適化するための装置の開発が可能となることは明らかである。   Development of a process centering on the fermentation process in the present invention enables efficient production of a solidified material. By using a known machine manufacturing technique, fermentation conditions determined after examining the biomass conversion method in the present invention, pretreatment of biomass, storage and transport conditions according to the physical properties of the fermentation product, other materials and It is clear that it is possible to develop an apparatus for optimizing the manufacturing process in accordance with the mixing conditions, molding process conditions, molding storage / transport conditions, and the like.

以下に実施例を示して本発明をさらに詳しく説明する。ただし、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
LB液体培地(組成:1% Bacto-tryptone, 0.5% Yeast extract, 1% NaCl)に寒天(2%)を加えて調製した寒天培地(LB寒天培地)へ、ゲランガム等のゲルの生産菌であるPseudomonas elodea ATCC 31461株を接種して32℃で増殖させた後、単一コロニーを10 mlのLB液体培地に接種し、32℃において一晩振とう培養した。その後、培養液1 mlを2%(風乾重量)のオカラと0.3%のYeast extract, 0.5%のPeptone, 0.3%のNaClを含む培地に接種し、32℃で180回転/分で振とう培養を行った。菌体の培養液の代わりに、LB液体培地を1 ml接種したものをコントロールとした。3日目の菌体培養物およびコントロールから、1.5 mlを取り出し、木粉(風乾した割り箸を微粉砕したもの(鉛筆削り機使用))0.2 gにかけて、その後スパーテルで混合した。これを手で縦20 mm, 横10 mm, 高さ9 mm程度の団子状に整形し、ホットプレート上に置いて150℃にて30分間加熱乾燥させた。乾燥後、両者を取り出し、室温に冷却した。この団子状のペレットの中央部を、FRUIT HARDNESS TESTERを用いて5 kg/cm2で10秒間加圧(加圧面積約0.20 cm2)する操作を10回行った結果、コントロールのペレットは3つに割れて崩壊したが、菌体培養液の方のペレットは崩壊しなかった。
Example 1
It is a gel producing gel such as gellan gum to an agar medium (LB agar medium) prepared by adding agar (2%) to LB liquid medium (composition: 1% Bacto-tryptone, 0.5% Yeast extract, 1% NaCl) After inoculation with Pseudomonas elodea ATCC 31461 and growing at 32 ° C., a single colony was inoculated into 10 ml of LB liquid medium and cultured overnight at 32 ° C. with shaking. Then inoculate 1 ml of the culture solution into a medium containing 2% (air dry weight) okara, 0.3% Yeast extract, 0.5% Peptone, 0.3% NaCl, and shake culture at 32 ° C at 180 rpm. went. As a control, 1 ml of LB liquid medium was inoculated instead of the bacterial culture. From the cell culture and control on day 3, 1.5 ml was taken out and applied to 0.2 g of wood flour (air-dried chopsticks finely ground (using a pencil sharpener)), and then mixed with a spatula. This was shaped by hand into a dumpling having a length of 20 mm, a width of 10 mm, and a height of about 9 mm, and placed on a hot plate and dried at 150 ° C. for 30 minutes. After drying, both were taken out and cooled to room temperature. As a result of performing the operation of pressurizing the central part of this dumpling-shaped pellet with 5 kg / cm 2 for 10 seconds (pressurized area approximately 0.20 cm 2 ) using FRUIT HARDNESS TESTER 10 times, there were 3 control pellets. However, the cell culture broth pellet did not collapse.

(実施例2)
実施例1と同様に、LB寒天培地へP. elodea ATCC 31461株を接種して32℃で増殖させた後、単一コロニーを10 mlのLB液体培地に接種し、32℃において一晩振とう培養した。その後、培養液1 mlを2%(風乾重量)の植物細胞壁成分であるセルロース微粉末と0.3%のYeast extract, 0.5%のPeptone, 0.3%のNaClを含む培地に接種し、32℃で180回転/分で振とう培養を行った。一方、菌体の培養液の代わりに、LB液体培地を1 ml接種したものをコントロールとした。
3日目の菌体培養物およびコントロールの培養液全体のそれぞれを遠心分離(5,500回転/分、15分間、(株)日立製作所製)した後、沈殿部1.5 mlを残して上澄みを除いた。得られた沈殿部を木粉0.2 gとスパーテルで混合した。次いで、この混合物を手で縦20 mm, 横10 mm, 高さ9 mm程度の団子状に整形し、ホットプレート上に置いて150℃にて30分間加熱乾燥させた。
乾燥後、両者を取り出し、室温に冷却した。この団子状のペレットの中央部を、FRUIT HARDNESS TESTERを用いて9 kg/cm2で10秒間加圧(加圧面積約0.20 cm2)する操作を1回行った結果、コントロールのペレットは徐々に割れてセルロース微粉末が飛び散り崩壊したが、菌体培養液由来のペレットは崩壊が全く起こらなかった。
(Example 2)
As in Example 1, after inoculating P. elodea ATCC 31461 on LB agar medium and growing at 32 ° C, single colonies were inoculated into 10 ml of LB liquid medium and shaken overnight at 32 ° C. Cultured. Then, inoculate 1 ml of the culture solution into a medium containing 2% (air-dried weight) plant cell wall component cellulose fine powder, 0.3% Yeast extract, 0.5% Peptone, 0.3% NaCl, and rotate 180 ° C at 32 ° C. Shaking culture was performed at / min. On the other hand, instead of the bacterial cell culture, 1 ml of LB liquid medium was inoculated as a control.
The cell culture on day 3 and the entire control culture were centrifuged (5,500 rpm, 15 minutes, manufactured by Hitachi, Ltd.), and the supernatant was removed except for 1.5 ml of the precipitate. The obtained precipitate was mixed with 0.2 g of wood flour with a spatula. Next, this mixture was shaped by hand into a dumpling having a length of about 20 mm, a width of 10 mm, and a height of about 9 mm, and placed on a hot plate and dried by heating at 150 ° C. for 30 minutes.
After drying, both were taken out and cooled to room temperature. As a result of one operation of pressurizing the central part of this dumpling-shaped pellet at 9 kg / cm 2 for 10 seconds (pressurized area of about 0.20 cm 2 ) using FRUIT HARDNESS TESTER, the control pellet gradually Although the cellulose fine powder was broken and spattered and disintegrated, the pellet derived from the cell culture broth did not disintegrate at all.

(実施例3)
LB寒天培地へポリグルタミン酸生産菌(納豆菌)であるBacillus subtilis NAFM5株を接種して37℃で増殖させた後、単一コロニーを10 mlのLB液体培地に接種し、37℃において一晩振とう培養した。その後、培養液1 mlを5 g(風乾重量)のオカラに対して15 mlの1%のグルコースと1%のグルタミン酸ナトリウムを含む培地をかけた後にオートクレーブ滅菌した培地に接種し、37℃で静置培養を行った。一方、菌体の培養液の代わりに、LB液体培地を1 ml接種したものをコントロールとした。
6日目の菌体培養物およびコントロールから、培地0.4 gを取り、1.5 mlの水に懸濁したものを、実施例1に記載した0.2 gの木粉にかけた後、これをスパーテルで軽く混合し、混合物を手で縦24 mm, 横14 mm, 高さ7 mm程度の団子状に整形し、ホットプレート上に置いて150℃にて30分間加熱乾燥させた。
その後、両者を取り出し、室温に冷却した。この団子状のペレットの中央部を、FRUIT HARDNESS TESTERを用いて2.5 kg/cm2で1秒間加圧(加圧面積約0.20 cm2)する操作を1回行った結果、コントロールのペレットは崩壊して木粉が飛散したが、菌体培養液由来のペレットは崩壊が起こらなかった。
(Example 3)
After inoculating Bacillus subtilis NAFM5, a polyglutamic acid-producing bacterium (natto), on LB agar medium and growing at 37 ° C, inoculate a single colony into 10 ml LB liquid medium and shake overnight at 37 ° C. Cultured at last. Then, inoculate 5 ml (air dry weight) of okara with 5 ml (air dry weight) of okara in a medium containing 15 ml of 1% glucose and 1% sodium glutamate, and then inoculate into a medium sterilized by autoclaving. Incubation was performed. On the other hand, instead of the bacterial cell culture, 1 ml of LB liquid medium was inoculated as a control.
After taking 0.4 g of the medium from the cell culture and control on the 6th day and suspending it in 1.5 ml of water, it was applied to 0.2 g of wood flour described in Example 1, and this was mixed lightly with a spatula. Then, the mixture was shaped by hand into a dumpling having a length of 24 mm, a width of 14 mm, and a height of about 7 mm, and placed on a hot plate and dried by heating at 150 ° C. for 30 minutes.
Then, both were taken out and cooled to room temperature. The control pellet collapsed as a result of one operation of pressing the central part of this dumpling-shaped pellet with a FRUIT HARDNESS TESTER at 2.5 kg / cm 2 for 1 second (pressurized area approximately 0.20 cm 2 ). Although the wood flour was scattered, the pellet derived from the cell culture broth did not collapse.

(実施例4)
実施例3における菌体培養終了後の菌体培養物およびコントロールの試料をそれぞれ1.0 g取り出し、5 mlプラスチックシリンジ(テルモ株式会社製、針なし、中口)に入れて、先端部に移動させた。このシリンジのプランジャー部分をFRUIT HARDNESS TESTERを用いて押して、先端からスムース(1 mm/秒以上)に試料が排出される時の圧力を測定した結果、菌体培養物では0.17 kg/cm2であったのに対して、コントロールの試料ではその10倍以上の1.9 kg/cm2の圧力を要した。このことから、バイオマスの菌体培養による操作性の向上が認められた。
Example 4
1.0 g of each of the cell culture and the control sample after completion of the cell culture in Example 3 was taken out, put into a 5 ml plastic syringe (manufactured by Terumo Corporation, without needle, middle mouth), and moved to the tip. . The plunger part of this syringe was pushed using a FRUIT HARDNESS TESTER, and the pressure when the sample was discharged smoothly from the tip (1 mm / sec or more) was measured. As a result, the cell culture was 0.17 kg / cm 2 In contrast, the control sample required a pressure of 1.9 kg / cm 2 , which was more than 10 times. From this, improvement in operability by culturing biomass was confirmed.

(実施例5)
実施例3における菌体培養終了後の菌体培養物およびコントロールの試料をそれぞれ0.6 g取り出し、これを実施例1において調製した木粉0.6 gおよび水を0.2 mlとともに混合した。1.0 ml容プラスチックシリンジ(テルモ株式会社製)の先を切り、先端の内径をシリンジの全体の内径と同じ長さにしたものを用意し、これに上記の混合物を詰めた後に押し出し、直径4 mm、長さ12 mm程度のペレット状に成形した。これをホットプレート上、150℃、30分間処理して乾燥させ、乾燥ペレットとした。各々の試料から作った乾燥ペレット3個を50 ml容プラスチックチューブに入れた後、10分間上下に激しく振ったが、双方とも崩れなかった。さらに、各々の試料から作った乾燥ペレット2個を50 ml容プラスチックチューブに入れた後、水を10 ml加えてフタを閉め、これを28℃で120往復/分、12時間振とうした。これを室温で7日間放置した後、ボルテックスミキサーを用いて10秒間撹拌した結果、菌体培養物由来のペレットは完全に崩壊して木粉が分散し、水中での崩壊性が高いことが明らかとなったが、コントロールのペレットは殆ど崩壊しなかった。
(Example 5)
0.6 g of the cell culture and the control sample after completion of the cell culture in Example 3 were taken out, and 0.6 g of the wood flour prepared in Example 1 and water were mixed together with 0.2 ml. Cut the tip of a 1.0 ml plastic syringe (manufactured by Terumo Corporation), prepare a tip with the same inner diameter as the entire inner diameter of the syringe, and after extruding it after filling the above mixture, diameter 4 mm The pellet was formed in a length of about 12 mm. This was processed on a hot plate at 150 ° C. for 30 minutes and dried to obtain dry pellets. Three dry pellets made from each sample were placed in a 50 ml plastic tube and shaken vigorously up and down for 10 minutes, but both did not collapse. Furthermore, after putting 2 dry pellets made from each sample into a 50 ml plastic tube, 10 ml of water was added and the lid was closed, and this was shaken at 28 ° C. for 120 reciprocations / minute for 12 hours. After standing at room temperature for 7 days and stirring for 10 seconds using a vortex mixer, the pellet derived from the cell culture completely disintegrates and the wood flour disperses, and it is clear that the disintegration in water is high. However, the control pellet hardly disintegrated.

(実施例6)
実施例1において調製した木粉1.0 gを100 ml容三角フラスコに入れて、これに2%Peptone、0.1%Yeast Extractおよび0.5%MgSO4・7H2Oを含む水溶液を1 mlと、0.7%K2HPO4および0.3%KH2PO4を含む水溶液1 mlを加えた後、シリコン栓を閉めてオートクレーブ(121℃、20分間)したものを培地とした。この培地にTrichoderma reesei NBRC 31329の生育したPDA培地スラントから菌糸を含む5 mm角の寒天ブロックを接種し、32℃で8日間静置培養した。菌糸の付いた寒天ブロックを接種しない培地をコントロールとした。培養後、各々の培養物を取り出し、これを実施例3の方法にならい、縦24 mm, 横14 mm, 高さ7 mm程度の団子状に整形し、ホットプレート上に置いて150℃にて30分間加熱乾燥させた。
その後、両者を取り出し、室温に冷却した。この団子状のペレットの中央部を、FRUIT HARDNESS TESTERを用いて5 kg/cm2で1秒間加圧(加圧面積約0.20 cm2)する操作を1回行った結果、コントロールのペレットは崩壊して木粉が飛散したが、菌体培養液由来のペレットは崩壊が起こらなかった。
(Example 6)
1.0 g of the wood flour prepared in Example 1 was placed in a 100 ml Erlenmeyer flask, and 1 ml of an aqueous solution containing 2% Peptone, 0.1% Yeast Extract and 0.5% MgSO 4 .7H 2 O was added to 0.7% K. After adding 1 ml of an aqueous solution containing 2 HPO 4 and 0.3% KH 2 PO 4 , the silicon stopper was closed and the mixture was autoclaved (121 ° C., 20 minutes) as the medium. This medium was inoculated with a 5 mm square agar block containing mycelia from a PDA medium slant on which Trichoderma reesei NBRC 31329 was grown, and left to stand at 32 ° C. for 8 days. A medium not inoculated with an agar block with a mycelium was used as a control. After culturing, each culture was taken out and shaped into dumplings of about 24 mm in length, 14 mm in width, and 7 mm in height according to the method of Example 3 and placed on a hot plate at 150 ° C. Heat drying for 30 minutes.
Then, both were taken out and cooled to room temperature. As a result of one operation of pressing the central part of this dumpling-shaped pellet at 5 kg / cm 2 for 1 second using a FRUIT HARDNESS TESTER (pressure area approximately 0.20 cm 2 ), the control pellet collapsed. Although the wood flour was scattered, the pellet derived from the cell culture broth did not collapse.

本発明により、農林水産業、食品産業を中心とした生物系産業において生ずる廃棄物資源であるバイオマスを固形化する技術が提供される。しかも、得られた固形化素材を高付加価値化して肥料、飼料など様々な分野で有効利用することができる。

The present invention provides a technology for solidifying biomass, which is a waste resource generated in biological industries such as agriculture, forestry and fisheries and food industries. Moreover, the obtained solidified material can be added to high value and effectively used in various fields such as fertilizer and feed.

Claims (4)

植物細胞壁成分およびタンパク質成分に属する少なくとも1種以上の成分を含むバイオマス原料に対して、以下(A)及び(B)の工程を行うことを特徴とする、以下(C)の性質を示す成分相互の結着性を有する固形化素材の製造方法。
(A):以下(a)及び(b)の特徴を有する1種以上の微生物を用いて、前記バイオマス原料の発酵を行って、バインダー特性を有する菌体外成分を含む発酵物を得る工程。
(a):ポリグルタミン酸生産菌、ゲランガム生産菌、ポリガラクトサミン生産菌およびカードラン生産菌に属する1種以上の微生物。
(b):前記原料に含まれる植物細胞壁成分およびタンパク質成分に属する少なくとも1種以上の成分に対する分解能を有する微生物。
(B):前記発酵物、又は、前記発酵物を含む組成物、を成形して固形化する工程。
(C):加圧によって崩壊しにくく、且つ、水中で崩壊しやくなる性質。
The following (A) and (B) steps are performed on a biomass raw material containing at least one or more components belonging to plant cell wall components and protein components. For producing a solidified material having a binding property of.
(A): The process of obtaining the fermented material containing the extracellular component which has a binder characteristic by fermenting the said biomass raw material using the 1 or more types of microorganisms which have the characteristics of (a) and (b) below.
(a): One or more microorganisms belonging to polyglutamic acid-producing bacteria, gellan gum-producing bacteria, polygalactosamine-producing bacteria and curdlan-producing bacteria.
(b): A microorganism having a resolution for at least one component belonging to the plant cell wall component and protein component contained in the raw material.
(B): The process which shape | molds and solidifies the said fermented material or the composition containing the said fermented material.
(C): The property of being difficult to disintegrate under pressure and easily disintegrating in water.
前記発酵物を含む組成物が、未発酵の前記バイオマス原料を含むものである、請求項1に記載の固形化素材の製造方法。 The manufacturing method of the solidification raw material of Claim 1 in which the composition containing the said fermented material contains the said unfermented biomass raw material. 前記微生物が、Pseudomonas elodea 及び/又は Bacillus subtilisである、請求項1又は2のいずれかに記載の固形化素材の製造方法。 The method for producing a solidified material according to claim 1, wherein the microorganism is Pseudomonas elodea and / or Bacillus subtilis. 前記バイオマス原料が、作物の非食部、廃棄農作物、;家畜糞尿、食肉加工時の廃棄物、;水産物加工時の廃棄物、;間伐材、おがくず、廃菌床、;食品製造時の廃棄物、食品流通時の廃棄物、;厨芥ゴミ、建築廃材、剪定残渣、古紙、および古布、;のうちの1以上のものである、請求項1〜3のいずれかに記載の固形化素材の製造方法。 Non-food part of crops, waste crops; livestock manure, waste during processing of meat; waste during processing of marine products; thinned wood, sawdust, waste fungus bed; waste during food production A solidified material according to any one of claims 1 to 3, which is one or more of: waste from food distribution; waste from garbage, building waste, pruning residue, waste paper, and waste cloth; Method.
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