JP5470614B2 - 弱酸性条件で増殖・油脂分解可能なリパーゼ分泌微生物による油脂含有排水の処理方法とグリーストラップ浄化方法及び油脂分解剤 - Google Patents

Description

本発明は弱酸性条件で増殖・油脂分解可能なリパーゼ分泌微生物による油脂含有排水の処理方法とグリーストラップ浄化方法及び油脂分解剤に関するものである。

外食産業の厨房排水に含まれる油分を固液分離により除く処理設備であるグリーストラップでは、悪臭や害虫の発生源であること、分離した油の回収や運搬、清掃等のメンテナンスにかかる労苦やコストなどを考慮すると、グリーストラップ内の油を消滅させるような画期的な技術の確立が、外食産業を中心とする産業界から切望されている。そこで、微生物による油脂分解技術の適用が試みられてきた。そのような試みの多くは、油脂分解能力の優れた微生物を単離し、油脂分解能力を調べたり実際にグリーストラップに適用してみたりというものである（例えば特許文献1から６）。実際、油脂分解菌を含むグリーストラップ用微生物製剤が多数、市販されている。
しかしながら、外食産業の厨房排水は通常１ｇ／Ｌ以上、高いときは１０ｇ／Ｌ以上もの高濃度の油脂を含んでいるだけでなく、多くのグリーストラップ内の排水の滞留時間は１０分程度と極めて短い。そのため、グリーストラップ内だけで油を処理することは困難であり、これまでのところ、多くの自治体が設定している排出目標であるノルマルヘキサン値３０ｍｇ/Ｌを、グリーストラップ内の処理だけで常時達成できる油脂分解微生物は報告されていない。
実際に先に例示した特許文献３から５は、フラスコまたは水槽を用いた実証例しか示していない。また、特許文献２および６では、グリーストラップの外に油脂分解槽を設けており、その中で分解処理している。さらにこれらの実施例においては、３０から３００ｍｇ／Ｌという、通常の排水よりずっと低濃度の油脂を分解した実施例しか示されていない。特許文献１では、グリーストラップ内で処理した実施例が示されているが、連続運転の結果が示されておらず、また、前述の排出目標値よりも一桁高い値までしか処理されていない結果が示されている。したがって、グリーストラップ内だけで油を処理するには、微生物による分解効率をさらに向上させる必要がある。
また、市販微生物製剤の多くは、実験室レベルの培養では油脂分解に効果的であるが、グリーストラップ槽内に投入しても期待した油脂分解効果を示さない。よって、実際のグリーストラップ内においても高い増殖能力と油脂分解能力を示す微生物を開発する必要がある。

特開平１１−７５８３２号公報 特開２００３−２４０５１号公報 特開２００３−３８１６９号公報 特開２００４−２４２５５３号公報 特開２００８−１４２０４２号公報 特開２００８−２２０２０１号公報

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、弱酸性条件で増殖・油脂分解可能なリパーゼ分泌微生物によって油脂含有排水を効果的に処理するための方法と油脂分解剤を提供することを第一の目的とし、それよって厨房排水のような高濃度油脂含有排水を効果的に処理することを第二の目的とする。

油脂含有排水は、内在する微生物等の働きにより油脂の一部が加水分解され、ｐＨ５．５からｐＨ６．０ぐらいの弱酸性となっている場合が多い。そこで本発明者は、弱酸性条件でも増殖・油脂分解可能なリパーゼ分泌微生物ならば、実際の油脂含有排水中の油を効果的に除去し、グリーストラップの浄化効果も高いと考えた。
そのために、本発明は、弱酸性の条件でも油脂を分解して増殖可能なリパーゼ分泌微生物により油脂を分解する油脂含有排水処理方法を特徴とする（請求項１）。さらに、請求項１に記載の油脂含有排水処理方法において、リパーゼ分泌微生物がバークホルデリア アルボリス（Burkholderia arboris）であることを特徴とする（請求項２）。さらに、バークホルデリアアルボリス（Burkholderia arboris）ＳＬ１Ｂ１株（受託番号NITE P-724）により油脂を分解する油脂含有排水処理方法を特徴とする（請求項３）。また、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の油脂含有排水の処理方法により、グリーストラップに蓄積した油分をトラップ槽内で除去し、グリーストラップを浄化する方法を特徴とする（請求項４）。
また、弱酸性の条件でも油脂を分解して増殖可能なリパーゼ分泌微生物を含む油脂分解剤を特徴とする（請求項５）。さらに、請求項５に記載の油脂分解剤において、リパーゼ分泌微生物がバークホルデリア アルボリスであることを特徴とする（請求項６）。さらに、バークホルデリアアルボリス（Burkholderia arboris）ＳＬ１Ｂ１株（受託番号NITE P-724）を含む油脂分解剤を特徴とする（請求項７）。
本発明による上記の方法と油脂除去剤を利用すれば、高濃度の油脂を含む厨房排水を処理する施設であるグリーストラップ内で油を分解処理して浄化することも可能である。

比較例１における市販の微生物製剤を、ｐＨ７（丸印）またはｐＨ６（四角印）の油脂含有培地にて培養した時の培地濁度の変化を示すグラフである。 実施例１におけるバークホルデリア アルボリスＳＬ１Ｂ１株を、ｐＨ７（丸印）またはｐＨ６（四角印）の油脂含有培地にて培養した時の培地の濁度の変化を示すグラフである。 実施例２におけるバークホルデリア アルボリスＳＬ１Ｂ１株のＣＦＵ、リパーゼ活性、全脂肪酸濃度、アンモニウムイオン濃度の経時的変化を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態について説明するが、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。また、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。
本発明で用いる微生物は、弱酸性の条件でも増殖・油脂分解可能なリパーゼ分泌微生物である。そのような微生物は、油脂を唯一の炭素源として含みかつｐＨを６に調整した無機塩寒天培地上で単離可能である。また、リパーゼ分泌微生物は、上記寒天培地上に生じたコロニー周辺にクリアゾーン（ハロー）を形成するので判別可能である。実際にこれらの方法により、弱酸性の条件下でもリパーゼを分泌して油脂を分解し増殖する能力が高い微生物としてＳＬ１Ｂ１株を単離した。１６ＳリボゾームＤＮＡの塩基配列の決定及び系統解析によって、この微生物はバークホルデリア アルボリスと同定され、平成２１年３月１７日に独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに受領された。受領番号はNITE AP-724である。
弱酸性の条件でもリパーゼを分泌して油脂を分解し増殖する微生物としては、真性細菌、酵母、糸状真菌類が例示される。これらのうち好ましくは真性細菌と酵母、さらに好ましくはグラム陽性細菌、プロテオバクテリアがよい。またグラム陽性細菌の中ではバチルス属細菌が特によい。プロテオバクテリアの中ではアルファバクテリア、ベータバクテリア、ガンマバクテリアがさらに好ましい。さらにこの中でも、バークホルデリア属細菌、アシネトバクター（Acinetobacter）属細菌、シュードモナス（Pseudomonas）属細菌、アルカリゲネス（Alcaligenes）属細菌、ロドバクター（Rhodobacter）属細菌、ラルストニア（Ralstonia）属細菌、アシドボラックス（Acidovorax）属細菌は、前述のグラム陽性細菌に属するバチルス属細菌と並んで、特に好ましい。さらにこれら真性細菌の属の中ではバークホルデリア属細菌が最も好ましい。バークホルデリア属細菌の中では、バークホルデリア アルボリスが最も好ましい。その実例として、前述のバークホルデリア アルボリスＳＬ１Ｂ１株を挙げることができる。
微生物のリパーゼ分泌能力については、微生物培養液の遠心分離によって得られる培養上清のリパーゼ活性を測定することにより評価することができる。リパーゼ活性は、パルミチン酸と４−ニトロフェノールとのエステルである４−ニトロフェニルパルミテート（４−ＮＰＰ）を基質として用いて酵素反応を行い、エステルの加水分解により生じたｐ−ニトロフェノールの量を４１０ｎｍの吸光度を測定することによって決定できる。まず、４−ＮＰＰ（１８．９ｍｇ）を３％（ｖ／ｖ）トリトンＸ―１００（１２ｍｌ）に加え、７０℃で溶解して基質溶液とする。基質溶液１ｍＬ、イオン交換水０．９ｍＬおよび１５０ｍＭ ＧＴＡ緩衝液（１５０ｍＭ ３，３−ｄｉｍｅｔｈｙｌｇｌｕｔａｒｉｃ ａｃｉｄ，１５０ｍＭ Ｔｒｉｓ，および１５０ｍＭ ２−ａｍｉｎｏ−２−ｍｅｔｈｙｌ−１，３−ｐｒｏｐａｎｅｄｉｏｌにＮａＯＨまたはＨＣｌを加えてｐＨ６に調製）１ｍＬをセルに入れ、２８℃で５分間保温する。これに培養上清を０．１ｍＬ添加して、攪拌しながら４１０ｎｍの値を測定する。リパーゼ活性は、１μモルの４−ニトロフェノールを生産する酵素量を１ユニット（Ｕ）と定義して活性測定を行い、培養上清１ｍＬ当たりのユニットを算出する。
微生物の油脂と脂肪酸の分解・消費能力は、培地中に残存する油脂に含まれる脂肪酸および加水分解により生じた遊離脂肪酸をガスクロマトグラフィーで定量することにより評価できる。具体的な定量手順を示すと、まず、培養上清１ｍＬを塩酸により酸性にし、２ｍＬのクロロホルムを加える。２分間攪拌後遠心し、クロロホルム層１ｍＬを別容器に移して溶媒を蒸発させて濃縮する。メタノリシス溶液（メタノール：硫酸＝１７：３）を２ｍＬ加えて１００℃で２時間加熱し、油脂および遊離脂肪酸をメチルエステル化させる。その後、クロロホルム２ｍＬ、純水１ｍＬを加えて攪拌の後、クロロホルム層をガスクロマトグラフィーで分析し、脂肪酸のメチルエステルを定量する。
微生物の増殖能力を調べる方法としては、菌体の光学密度として６６０ｎｍの吸光度（濁度）（ＯＤ６６０）を測定する方法や、コロニーフォーミングユニット（ＣＦＵ）を測定する方法などがある。後者では、寒天培地上に培養液の原液および希釈液を一定量塗り拡げ、静置培養により形成されたコロニーを計数する。
微生物および油脂分解剤としては、液体の形状でも固体の形状でもよい。液体形状のものとしては、微生物の培養液そのもの、微生物を遠心分離などにより集菌したものを水などに再度分散させたものなどが例示される。固体形状のものは、例えば培養菌体を凍結乾燥することによって得ることができ、粉末、顆粒、錠剤などにできる。また、微生物を各種担体に固定化してもよい。
油脂分解剤は、例えばバークホルデリア アルボリスＳＬ１Ｂ１株のような弱酸性条件で増殖・油脂分解可能なリパーゼ分泌微生物を少なくとも一種類含んでいれば、それ以上の種類の微生物や、微生物の活性を高めたり、長期間維持したりするための物質を含んでいても構わない。
本発明による油脂の分解技術および油脂分解剤は、グリーストラップはもちろん、油脂を含有するあらゆる排水の処理に適用可能である。また、グリーストラップに適用する際は、別に分解処理槽を設けてもよいが、油脂分解剤や微生物を直接グリーストラップに投入してグリーストラップ内で分解処理することもできる。

実施例１として、ｐＨ７またはｐＨ６に調製した無機塩培地（２０ｍＬ）に、１０ｇ／Ｌのキャノーラ油を添加し、これにバークホルデリア アルボリスＳＬ１Ｂ１株を植菌し、２８℃にて振とう培養した。経時的に培地を採取し、ＯＤ６６０を測定することで、両ｐＨにおける菌体の増殖能力を調べた。また比較例１として、市販の微生物製剤を同条件で培養し、ＯＤ６６０を測定した。
ＯＤ６６０の測定結果を、図１（比較例１）および図２（実施例１）に記載した。比較例１の市販微生物は、ｐＨ７では増殖できるがｐＨ６では増殖できないことがわかる。それに対し、実施例１に示したバークホルデリア アルボリスＳＬ１Ｂ１株は、ｐＨ７ではもちろんｐＨ６でも良好に増殖できることが明らかである。
実施例２として、５Ｌファーメンターを用いて、１０ｇ／Ｌのキャノーラ油を含む無機塩培地（３Ｌ）にリパーゼ分泌細菌バークホルデリア アルボリスＳＬ１Ｂ１株を植菌し、２８℃、ｐＨ６に制御して攪拌培養した。経時的に培地を採取し、ＣＦＵ、油脂に含まれる脂肪酸と遊離の脂肪酸を合わせた全脂肪酸量、アンモニウムイオン濃度、およびリパーゼ活性を測定した。その結果を図３に示す。ｐＨ６の条件でもバークホルデリア アルボリスＳＬ１Ｂ１株は窒素源であるアンモニウムイオン（三角印）を消費し、ＣＦＵ（ダイヤモンド印）の増加に示されるとおり、盛んに増殖することが改めて示された。また、ｐＨ６でもリパーゼを分泌することがリパーゼ活性（白丸印）の測定によって明確に示され、実際に全脂肪酸量（黒丸印）は低下し、４０時間以内に完全に分解された。すなわち、１０ｇ／Ｌ分の油が完全に除去された。
バークホルデリア アルボリスＳＬ１Ｂ１株を含む油脂除去剤を実際にグリーストラップに投与する実験を実施した。グリーストラップは大学生協の設備を使用し、その構成については従来公知のものと同様なので詳しい説明は省略するが、概略を述べると、板で仕切った３槽から成り、各槽間は下部でつながっている。排水は第１槽へ流入し、下部の開放部を通じて第２槽、さらには第３槽へと流れ、最終的に第３槽から流出する。内容量は２００Ｌであり、排水の平均滞留時間は１２分である。油脂除去剤の投与は、生協食堂厨房からの排水の流入・流出が夜間に止まった直後に実施し、ノルマルヘキサン値測定のための採水は、油脂除去剤の添加前と、翌朝に排水の流入・流出が再び始まる直前に行った。４００ｍＬの油脂除去剤を毎晩、第１槽に投入した。

油脂除去剤を添加してグリーストラップ内で油の分解処理をした結果を表１に示す。油脂除去剤を使用していないとき、油脂除去剤の投与を開始した初日、連続投与一週間後、三週間後のノルマルヘキサン値（ｍｇ／Ｌ）を、それぞれ比較例２、実施例３、実施例４、実施例５として示す。表１に記した結果から明らかにように、本発明品である油脂除去剤は、グリーストラップ内においても顕著な油分の低減効果がありグリーストラップの浄化に有効であることがわかった。

Claims (3)

1. バークホルデリアアルボリス（Burkholderia arboris）ＳＬ１Ｂ１株（受託番号NITE P-724）により油脂を分解することを特徴とする油脂含有排水処理方法。
2. 請求項１に記載の油脂含有排水の処理方法により、グリーストラップに蓄積した油分をトラップ槽内で除去することを特徴とするグリーストラップ浄化方法。
3. バークホルデリアアルボリス（Burkholderia arboris）ＳＬ１Ｂ１株（受託番号NITE P-724）を含む油脂分解剤。