JP5138664B2 - もやし育成システム - Google Patents

Description

本発明は、発酵により得られたエタノール（以下、「発酵エタノール」と称することがある）を由来とするエチレンガスを用いてもやしの生育を制御するためのシステムに関する。

従来、もやしの太さを制御する方法としては、石油を原料とする石油精製エチレンで制御する方法が主流であったが、食品であるもやしに石油由来のガスを直接接触させて用いる従来の制御方法は、有機農法志向の消費者を中心に、長期間使用の安全意識上からも抵抗があった。

また、従来は石油精製エチレンをボンベ等に充填した市販品を使用し、微量ではあるがそれをもやし育成室に一定量を継続して放出し続けて使用するのが一般的で、石油精製エチレンを正確に濃度制御することには費用や労力をかけなかったが、近年、消費者の安全意識や購買時の選択識別力の向上に伴って、もやしの太さや形状の制御に関する技術が向上し、ガス濃度に関しても正確な濃度制御を行うようになってきた。

エチレンガス濃度測定装置としては、例えば特開平１１−１４８９０７号公報（引用文献１）がある。このエチレンガス濃度測定装置は、ガスセンサーを収納した測定室と、その上流に配置され、乾燥剤を充填した乾燥筒と、乾燥筒の上流に配置されたメンブレンドライヤーと、更に上流に配置され、過マンガン酸カリウム水溶液を充填した洗気瓶とを備え、洗気瓶の上流に設置されたもやし育成室からの被検ガスを、ガスポンプにより測定室に供給するものである。

特開平１１−１４８９０７号公報

従来のエチレンガス濃度測定装置は、安価な半導体ガスセンサーを用いるため、もやし育成室内の空気サンプル中の気化したエタノールにも反応し検出してしまうという問題があった。有機農法（オーガニック農法）の重要管理項目の一つである「非石油由来性」エチレン（発酵エタノール分解性エチレン）を使用する場合は、発酵により得られたエタノールを由来とするエチレンを使用し、エチレンにエタノールが混入しやすくなるためその問題が顕著になる。そのため、発酵エタノールを由来とするエチレンを使用してもやしの育成を行う場合、精度よく測定し制御するには、未だ改良の余地があった。

発酵エタノールを由来とするエチレンは、熱した素焼きの陶器等に発酵エタノールをタイマー等で適宜注入するなどして、適当量のエチレンガスを発生させる方法はあったが、もやしはその種類によって適切なエチレン濃度が異なり、しかもその差は０．１ｐｐｍオーダーの違いといわれている。しかしながら従来のエチレンガス供給装置は、０．１〜５ｐｐｍ程度の濃度で、精度よく濃度管理する必要がある最近のもやし育成には使用することができなかった。

従って、本発明は、発酵エタノール由来のエチレンを用いる場合でも、０．１〜５ｐｐｍ程度の濃度で精度よくエチレンガスの濃度管理を行い、もやしの生育を制御する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するためになされたものであり、発酵により得られたエタノールを由来とするエチレンを加圧状態で貯蔵するエチレンガス供給部と、もやしを育成するもやし育成室と、前記もやし育成室内のエチレン濃度をガスクロマトグラフを用いて測定し、設定濃度に応じて、前記エチレンガス供給部と前記もやし育成室とのガス圧差を利用して、前記エチレンガス供給部で貯蔵されているエチレンを前記エチレンガス供給部から前記もやし育成室へ供給し、もやし育成室内のエチレン濃度を設定濃度範囲に制御する制御部と、を備えたもやし育成システムを提供するものである。

本発明のもやし育成システムによれば、発酵エタノール由来のエチレンを用いる場合でも、０．１〜５ｐｐｍ程度の濃度で精度よくエチレンガスの濃度管理を行い、もやしの生育を制御することができるため、もやしの太さや形状を任意に制御することが可能となる。

本実施形態のもやし育成システムの全体構成の概要を示す図である。 エチレンガス供給部の概要を示す図である。 制御部の概要を示す図である。 もやし育成部の概要を示す図である。 もやし育成室内の酸素濃度及びエチレン濃度の推移を示す図である。

次に、本発明の実施形態について、図を参照しつつ更に詳細に説明する。図１は本実施形態のもやし育成システムの概要を示す図である。

図１に示すように、本実施形態のもやし育成システムは、発酵エタノールを触媒を用いて接触脱水反応させてエチレンを発生させ、発生したエチレンをステンレスタンク容器等に加圧状態で貯蔵するエチレンガス供給部１０と、もやしを育成するもやし育成室２０と、もやし育成室２０内のエチレン濃度をガスクロマトグラフを用いて測定し、設定濃度に応じて、エチレンガス供給部１０ともやし育成室２０とのガス圧差を利用して、エチレンガスをエチレンガス供給部１０から放出し、もやし育成室２０内のエチレン濃度を設定濃度範囲に制御する制御部３０とを備えている。

図２にエチレンガス供給部１０の構成を示す。図２に示すように、エチレンガス供給部１０は、発酵エタノールを収容するアルコールタンク１２と、触媒を加熱する加熱器１７を備えたエチレンガス生成タンク１４と、生成されたエチレンガスを加圧状態で貯蔵するエチレンガス貯蔵タンク１６とを備えている。

アルコールタンク１２、エチレンガス生成タンク１４、エチレンガス貯蔵タンク１６はそれぞれ導管１００，１０１及び１０２で接続されており、各導管１００，１０１及び１０２には、ガスを搬送するためのポンプ１１０及び１２０と、ガスの逆流を防止するための逆止弁１１１、１１２及び１１３が設けられている。また、エチレンガス生成タンク１４とエチレンガス貯蔵タンク１６にはそれぞれタンク内の圧力を測定する圧力計１３０及び１４０が設けられている。

前記導管１００，１０１及び１０２としては、ステンレス管やポリチューブ等などを挙げることができ、液体やガスを搬送することができればその種類に特に限定はないが、耐熱性を有することが条件となる。

もやし育成システムを初期状態から作動させる場合又はエチレンガス貯蔵タンク１６の圧力計１４０が設定値を下回った場合に、エチレンガス生成タンク１４の加熱器１７のスイッチがＯＮになる。なお、エチレンガス貯蔵タンク１６の圧力計１４０の設定値は後述するもやし育成室内のエチレンガス濃度に応じて任意に設定することができるが、噴出（吐出）ガス圧で０．０１〜０．２Ｍｐａ程度に設定することが好ましい。

加熱器１７のスイッチがＯＮになると、アルコールからエチレンを生成するための触媒１８が加熱される。触媒１８としては、アルコールの脱水反応を触媒できるものであれば特に限定はないが、例えば、酸化アルミニウムなどを使用することができる。触媒１８の量は、２００〜１０００ｇ程度が好ましい。

触媒１８の温度が３００〜３５０℃に達すると、ポンプ１１０のスイッチがＯＮになる。そして、１分間に数ミリリットル（数ｍｌ／ｍｉｎ）の量をポンプ１１０で調整しながら、アルコールタンク１２内の発酵エタノールをエチレンガス生成タンク１４に供給する。発酵エタノールがエチレンガス生成タンク１４に供給されると、発酵エタノールが加熱された接触と反応(触媒作用)してエチレンガスが発生する。

エチレンガスの発生量が多くなるにつれてエチレンガス生成タンク１４内の圧力が上昇するため、この圧力が設定値に達したことを圧力計１３０が計測したときに、ポンプ１１０のスイッチをＯＦＦにするのと同時に、ポンプ１２０のスイッチがＯＮになる。なお、エチレンガス生成タンク１４の圧力計１３０の設定値は後述するもやし育成室２０内のエチレンガス濃度に応じて任意に設定することができるが、噴出（吐出）ガス圧で０．０１〜０．２Ｍｐａ程度に設定することが好ましい。

なお、加熱器１７、触媒１８及び圧力計１３０を含むエチレンガス生成タンク１４を、例えばクラッチドア付圧力容器（図示せず）に収容し、内部を気密状態に保持することが好ましい。これにより、エチレンガスの生成効率を高めるとともに、エチレンガス生成タンク１４内の圧力が上昇したときに生成したエチレンガスが外部へ漏出することを防止することができる。

ポンプ１２０のスイッチがＯＮになると、エチレンガス生成タンク１４からエチレンガス貯蔵タンク１６にエチレンガスが搬送される。

そして、ポンプ１２０によってエチレンガス貯蔵タンク１６内の圧力が徐々に加圧状態になっていき、タンク内の圧力が設定値に達したことを圧力計１４０が計測すると、加熱器１７とポンプ１２０のスイッチがＯＦＦになる。なお、エチレンガス貯蔵タンク１６の圧力計１４０の設定値は後述するもやし育成室２０内のエチレンガス濃度に応じて任意に設定することができるが、噴出（吐出）ガス圧で０．０１〜０．２Ｍｐａ程度に設定することが好ましい。

エチレンガス貯蔵タンク１６内の圧力が設定値に達すれば、エチレンガスをそれ以上生成する必要がなくなるため、エチレンガス供給部１０が停止する。生成されたエチレンガスはエチレンガス貯蔵タンク１６に加圧状態で貯蔵され、その後、後述するもやし育成室２０内のエチレンガス濃度に応じて、制御部３０を介してもやし育成室２０にエチレンガスを供給する。

図３に制御部３０の構成を示す。図３に示すように、制御部３０は、制御盤３２と、酸素濃度計３４と、ガスクロマトグラフ３６と、データ処理機３８と、パソコン４０を備えており、それぞれ電気的に接続されている。

制御盤３２には、弁の開閉により導管１０２と導管１０３との間でエチレンガスの供給を制御するエチレン供給電磁弁３２０が設置されている。また、もやし育成室２０内の空気が導管１０４を介してポンプ１５０で吸引されるようになっており、制御盤に吸引された空気は酸素濃度計３４とガスクロマトグラフ３６に分配される。そして、酸素濃度計３４では吸引された空気の酸素濃度（％）が測定され、そのデータがパソコン４０に送信される。

なお、ポンプ１５０は常時駆動させてもやし育成室２０内の酸素濃度やエチレン濃度を常に監視することもできるが、ポンプ１５０を間欠的に駆動させて定期的にもやし育成室２０内の酸素濃度やエチレン濃度を監視するようにしてもよい。いずれの場合でも、酸素濃度やエチレン濃度を測定できる程度の量の空気を吸引すればよいため、ポンプ１５０の能力は１分間に数リッター程度の吸引力があればよい。

一方、ガスクロマトグラフ３６では吸引された空気のエチレン濃度（ｐｐｍ）が測定され、そのデータがデータ処理機３８に送信され、データ処理機３８は計測されたクロマトグラム３６のデータから測定濃度を算出し、それをデジタル信号化し決められたタイミングでパソコン４０に送信する。このシステムのガスクロマトグラフ３６は、従来の赤外吸収ガスセンサー等に比較して、数百倍以上の高精度を有している。そのため、０．０１ｐｐｍのオーダーで、正確な測定が可能である。本実施形態では、もやしの育成に適した０．１〜５ｐｐｍの範囲でエチレン濃度を制御することが好ましい。

パソコン４０では予め設定された酸素濃度（Ｏ_０）及びエチレン濃度（Ｅ_０）と、データ送信された測定酸素濃度（Ｏ_１）及び測定エチレン濃度（Ｅ_１）が比較計算され、算出された酸素濃度差分（Ｏ＝Ｏ_０−Ｏ_１）をシロッコファンなどの酸素換気ファン２２の換気作動時間に、またエチレン濃度差分（Ｅ＝Ｅ_０−Ｅ_１）をエチレン供給電磁弁３２０の開閉時間に換算する。なお、パソコン４０に設定される酸素濃度及びエチレン濃度はもやしの種類やもやしの育成状況に応じて適宜設定することが可能である。

そして、パソコン４０から送信された酸素換気ファン２２の換気作動時間に関するデータ及びエチレン供給電磁弁３２０の開閉時間に関するデータが制御盤３２に送信される。

データを受信した制御盤３２は、パソコン４０からのデータに基づき、エチレン供給電磁弁３２０の開閉を一定時間行うと共に、後述するもやし育成室２０の酸素換気ファン２２の作動や停止を行う。パソコン４０から送信されるデータと、エチレン供給電磁弁３２０及び酸素換気ファン２２の動作との関係は適宜設定することができるが、例えば、酸素濃度（Ｏ）がマイナスの値を示す場合は酸素換気ファン２２をＯＦＦにし、プラスの値を示す場合はＯＮに制御することができる。また、エチレン濃度（Ｅ）がマイナスの値を示す場合はエチレン供給電磁弁３２０を閉じてエチレンガス貯蔵タンク１６からもやし育成室２０にエチレンが放出しないように制御し、プラスの値を示す場合はエチレン供給電磁弁３２０開いてエチレンガス貯蔵タンク１６からもやし育成室２０にエチレンが放出するように制御することができる。なお、測定酸素濃度が設定酸素濃度より低い時に空気を送入させるため、Ｏ_０−Ｏ_１≦０の時は換気ファンは稼働しない。同じく、エチレンも設定値より測定値が少ない時、エチレンを注入させるため、Ｅ_０−Ｅ_１≦０の時はエチレンは供給されない。

エチレン貯蔵タンク１６から搬送されたエチレンガスは、制御盤３２に設置されているエチレン供給電磁弁３２０の開閉時間に応じてもやし育成室２０に供給される。上述のように、エチレン貯蔵タンク１６は加圧状態になっているため、制御盤３２内のエチレン供給電磁弁３２０がエチレンガス貯蔵タンク１６の導管１０２ともやし育成室の導管１０３を連通させれば、エチレン貯蔵タンク１６ともやし育成室２０とのガス圧差により、エチレンガスをもやし育成室２０に供給することができる。

図４にもやし育成室２０の概要を示す。図４に示すように、もやし育成室２０は、制御部３０に接続され、エチレンガスを搬送するための導管１０３及びもやし育成室２０内の空気を制御部３０に搬送するための導管１０４と、室内に酸素を供給するための酸素換気ファン２２が設置されている。この酸素換気ファンは吸入用と排出用を複数設置することが好ましい。そして、もやし育成床２４にもやし種子が播かれている。もやし育成床２４の数に特に制限はない。本実施例では１つのもやし育成室２０の例を示したが、もやし育成室２０を複数設置してもよい。また、もやし育成室２０のエチレン等のガス濃度を均一にするため、もやし育成室２０内にかき混ぜ用シロッコファンなどの育成室内循環ファン（図示せず）を備えることが好ましい。さらに、空気の循環又は換気を目的として室内に撒水するための撒水装置を備えてもよい。なお、もやし育成室を複数設置する場合、もやし育成室の数に応じて制御盤３２のエチレン供給電磁弁３２０を設ける。

前記導管１０３及び１０４としては、ステンレス管やポリチューブ等などを挙げることができ、液体やガスを搬送することができればその種類に特に限定はない。

なお、もやしの種類は、ブラックマッペ、緑豆、大豆などを挙げることができ、本発明の効果が得られるもやしの種類については特に限定はない。また、エチレンの制御濃度は種子の植物種特有の効果濃度域があるため、種に合わせて濃度を設定することが好ましい。

制御部３０がもやし育成室２０にエチレンガスを供給するために制御盤３２のエチレン供給電磁弁３２０が開いた状態が継続すると、エチレンガス貯蔵タンク１６内の圧力が低下する。エチレンガス貯蔵タンク１６の圧力計１４０が設定値を下回ると、エチレンガス生成タンク１４の加熱器１７のスイッチがＯＮになり、その後、先述したエチレンガスの生成工程が繰り返される。

なお、本実施形態のエチレンガス供給部１０は、アルコールタンク１２とエチレンガス生成タンク１４とエチレンガス貯蔵部１６とから構成された例を示したが、この形態には限定されず、例えば、発酵エタノール由来のエチレンが加圧状態で貯蔵されているガスボンベをエチレンガス供給部として使用することもできる。

図２〜４に示すもやし育成システムを使用して、具体的にもやし（緑豆もやし）の栽培を行った例を説明する。

１．エチレンの製造
ステンレス製のエチレンガス貯蔵タンク１４の圧力計１４０を予め０．０２Ｍｐａに設定した。そして、エチレンガス生成タンク１４の加熱器１７としてのマントルヒーターのスイッチをＯＮにし、触媒１８である酸化アルミニウム球（高純度アルミナボール、イウチ社から購入）５００ｇを３５０℃になるまで加熱した。３５０℃に達したときに、ポンプ１１０のスイッチをＯＮにし、１分間に１２ミリリットル（１２ｍｌ／ｍｉｎ）の量の発酵エタノールをアルコールタンク１２からエチレンガス生成タンク１４に供給した。なお、発酵エタノールはアルコール発酵により得られたエタノール（アルコール濃度９９．５％）を使用した。

発酵エタノールがエチレンガス生成タンク１４に供給されると、発酵エタノールが加熱された酸化アルミニウム球と反応(触媒作用)してエチレンガスを発生した。エチレンガス生成タンク１４内の圧力が０．０５Ｍｐａに達したことを圧力計１３０が計測したときに、ポンプ１１０のスイッチをＯＦＦにするのと同時に、ポンプ１２０のスイッチをＯＮにした。

ポンプ１２０のスイッチがＯＮになると、エチレンガス生成タンク１４から３５リッター容量のステンレス製のエチレンガス貯蔵タンク１６にエチレンガスが搬送され、ポンプ１２０によってエチレンガス貯蔵タンク１６内の圧力が徐々に加圧状態になっていった。

タンク内の圧力が０．２Ｍｐａに達したことを圧力計１４０が計測したときに、マントルヒーターとポンプ１２０のスイッチをＯＦＦにした。そして、生成されたエチレンガスを加圧状態でエチレンガス貯蔵タンク１６に貯蔵した。

なお、エチレンガス貯蔵タンク１６内の圧力が０．０４Ｍｐａ未満になったことを圧力計１４０が計測したときは、上記の工程を繰り返してエチレンガスを製造した。

２．酸素濃度及びエチレン濃度の制御
連続運転で駆動するサンプル吸引ポンプ１５０を用い、もやし育成室２０内の室内ガスを導管１０４を介してｌ／ｍｉｎの流量で３分間吸引し、吸引したもやし育成室２０内のガスを酸素濃度計３４（チノー社製、製品番号ＭＧ６０００−Ａ００型）とガスクロマトグラフ３６（旧ヤナコ『現ラウンドサイエンス』社製型番ＡＧ−１（Ｆ）型）に分配した。

そして、酸素濃度計３４では吸引された室内ガスの酸素濃度（％）を測定し、そのデータがパソコン４０に送信されるようにした。一方、ガスクロマトグラフ３６では吸引された室内ガスのエチレン濃度（ｐｐｍ）を測定し、そのデータをデータ処理機３８（インテグレータークロマトコーダー２１）に送信し、データ処理機３８は計測されたクロマトグラム３６のデータから測定濃度を算出し、それをデジタル信号化しパソコン４０に送信されるようにした。

パソコン４０では酸素濃度（Ｏ_０）及びエチレン濃度（Ｅ_０）を下記の表１のように設定し、データ送信された酸素濃度（Ｏ_１）から、酸素濃度差分（Ｏ＝Ｏ_０−Ｏ_１）を酸素換気ファン２２としてのシロッコファンの換気作動時間（酸素を供給する時間）を換算した。なお、酸素（空気）の供給は測定酸素濃度が設定酸素濃度より低い時に行うため、Ｏ_０−Ｏ_１≦０の時は換気ファンは稼働しない。

また、エチレン濃度（Ｅ_０）を下記の表２のように設定し、データ送信されたエチレン濃度（Ｅ_１）から、エチレン濃度差分（Ｅ＝Ｅ_０−Ｅ_１）をエチレン供給電磁弁３２０（ケイヒン社製型番ＭＳＤ０７２０−８ＷＡＧ）の開放時間（エチレンを放出する時間）に換算した。

エチレンガスは、エチレン貯蔵タンク１６内で加圧状態で貯蔵されているため、制御盤３２内のエチレン供給電磁弁３２０が開いてエチレンガス貯蔵タンク１６の導管１０２ともやし育成室の導管１０３が連通したときに、エチレン貯蔵タンク１６ともやし育成室２０とのガス圧差により、エチレンガスが放出される。なお、エチレンガスの供給は測定エチレン濃度が設定エチレン濃度より低い時に行うため、Ｅ_０−Ｅ_１≦０の時はエチレン供給電磁弁は閉じたままである。

３．もやしの栽培
もやし育成室２０のもやし育成床２４には緑豆が植えられており、上記１及び２の工程により、もやし育成室２０の酸素濃度及びエチレン濃度が図５に示すように制御された。その結果、育成９日目で太くてシャキシャキ感の歯ごたえのあるもやしを収穫することができた。

１０…エチレンガス供給部
１２…アルコールタンク
１４…エチレンガス生成タンク
１６…エチレンガス貯蔵タンク
１７…加熱器
１８…触媒
２０…もやし育成室
２２…酸素換気ファン
２４…もやし育成床
３０…制御部
３２…制御盤
３２０…エチレン供給電磁弁
３４…酸素濃度計
３６…ガスクロマトグラフ
３８…データ処理機
４０…パソコン
１００〜１０４…導管
１１０…ポンプ
１１１〜１１３…逆止弁
１２０…ポンプ
１３０…圧力計
１４０…圧力計
１５０…ポンプ

Claims (5)

1. 発酵により得られたエタノールを由来とするエチレンを加圧状態で貯蔵するエチレンガス供給部と、
   もやしを育成するもやし育成室と、
   前記もやし育成室内のエチレン濃度をガスクロマトグラフを用いて測定し、設定濃度に応じて、前記エチレンガス供給部と前記もやし育成室とのガス圧差を利用して、前記エチレンガス供給部で貯蔵されているエチレンを前記エチレンガス供給部から前記もやし育成室へ供給し、もやし育成室内のエチレン濃度を設定濃度範囲に制御する制御部と、
   を備えたもやし育成システム。
2. 前記もやし育成室が、酸素換気ファンを設けてなる、請求項１に記載のもやし育成システム。
3. 前記エチレンガス供給部が、発酵により得られたエタノールを貯蔵するアルコールタンクと、
   前記アルコールタンクから供給されたエタノールを触媒により脱水反応させてエチレンを発生させるエチレンガス生成タンクと、
   発生したエチレンガスを加圧状態で貯蔵するエチレンガス貯蔵タンクと、
   を備えてなる、請求項１又は２に記載のもやし育成システム。
4. 前記制御部が、前記エチレンガス供給部と前記もやし育成室とを連通する導管の開閉を制御する弁を備え、
   前記ガスクロマトグラフが測定したもやし育成室内のエチレンガス濃度に応じて、前記弁を開閉する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のもやし育成システム。
5. 前記制御部が、前記もやし育成室内の酸素濃度を酸素濃度計を用いて測定し、設定濃度に応じて、前記酸素換気ファンの動作を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のもやし育成システム。