JP5527677B2 - 乾燥粉体および乾燥粉体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば介護やペットの飼育上で発生する水様性の排泄物などの処理を簡便にできる乾燥粉体および乾燥粉体の製造方法に関する。

一般に介護・看護の現場では、日常的に排泄ケアが行われており、便の排泄後の処理に多大な労力と時間を要することになる。そのため介護を要する人、介護する人双方の身体的・精神的負担の軽減のための手段として、排泄物の処理に紙おむつやポ−タブルトイレ等が使用されている。特に、排泄物の性状が水様性（液状）の場合、紙おむつ使用においては、臀部を著しく汚染し、本人の苦痛のみならず介護者への負担も大きい。また、ポ−タブルトイレ使用においては、ポリ容器に付着した便の洗浄が介護者の負担要因となっている。

紙おむつは、介護者の負担軽減のために使用しているにも関わらず、横漏れ等による衣服の汚染や、廃棄の際に便を取り除くよう自治体から指示されるなど、介護者の身体的・精神的負担の要因になっている。特に近年において改良された紙おむつは、高分子吸収材の使用により、吸水性能がよく、２〜３回の排尿に対応でき、水様性（液状）便に対しても便の水分を多少吸収できるように改良されてきているものの、紙おむつの表面に残る汚物処理の課題は解決されていない。さらに、使用済み紙おむつは、外側が大腸菌群に汚染されているにも関わらず、多くが他の家庭ごみと一緒に家庭内に保管されており、感染拡大の危険性があるとともに、大量のごみ廃棄は環境への影響も無視できないものとなっている。更に紙おむつには原材料となる高分子吸収材が多量に使用され、あるいは紙パルプの使用量増加も、環境面から好ましくない。

このような観点から、水様性（液状）便を、扱いの容易さに加えて下水管などに直接流せる状態の固形化を可能とすることにより、人為的な負担を軽減できるとともに、高分子吸収材や紙パルプを使用することにより生じるごみ廃棄を無くすことが望まれるところである。

従来、便を固形化した後に下水管などに流す技術に関して、ペットの便を茶殻などを用いて処理する技術が、例えば特許文献１に示されているが、この例に拠れば、便を固形化した後に下水管などを詰まらせない水溶性のバインダーとして、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）、ＭＣ（メチルセルロース）、アルファー化した澱粉、プルラン、ゼラチンなどが挙げられており、更にアルコール溶液に溶解して使用するバインダーとして、ＨＥＣ（ヒドロキシエチルセルロース）、ＨＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）、ＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）などが挙げられている。

特開２００４−０３３０８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の固形化の処理材にあっては、便に含まれた水分を多少脱水させる機能は認められるものの、液状化している便を簡易に取り扱える程度に固形化するまでの能力は備えていない、すなわち所定量の水分を含む便を一体化するバインダーに関する技術に過ぎないのである。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、便等扱いにくい水様性（液状）物質を、扱いの容易さに加えて下水管などに直接流せる状態の固形化を可能とする乾燥粉体および乾燥粉体の製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の水様性物質の固形化用乾燥粉体は、さつま芋などの発酵材料に由来するデンプン、糖類、繊維、有機酸を始めとする有機化合物と、醸造過程で用いられる麹菌や酵母菌の菌体と、を含み、全体に占める炭化割合（全体に占める炭化部分の重量割合）が０〜５０％の範囲内にある乾燥状態であり、粒子径が０．５ｍｍ以下に粉砕された焼酎糟を主成分としている。
この特徴によれば、さつま芋などの発酵材料に由来するデンプン、糖類、繊維、有機酸を始めとする有機化合物と、醸造過程で用いられる麹菌や酵母菌の菌体と、を含む焼酎糟は、細菌ならびに食物由来成分からなる動物の便と成分的に類似性が高く、このことから、焼酎糟を主成分とする乾燥粉体に水様性（液状）の便等を吸収させた場合でも動物の便と成分的に類似した状態を保てることになり、固形化した水様性便用処理材を下水管などに直接流しても環境への問題は一切発生しない。特に、焼酎糟を主成分とする乾燥粉体は、水分を奪う浸透圧吸水、微細構造・繊維等により生じる毛細管現象、さらに異なった粒子形がもたらす団粒吸水が相互に作用して他に類を見ない吸水力があり、粘調性を有する下痢便など扱いにくい物質の固形化等に効果が確認されている。

また、本発明の特徴によれば、焼酎糟は炭化点の異なる混合物の水溶液であるから、例えば１６０℃程度の加熱であっても一部炭化が始まるため、乾燥工程上において炭化を無視することは出来ないものの、炭化が５０％を超えた場合には著しく吸水能が低下することが確認されている。

また、本発明の特徴によれば、粒子径が0.5ｍｍ以下であるため、水様性便用処理材の利用時において、水様性（液状）便等を粒子のあらゆる方向から効果的に吸収する吸収表面積が増すとともに、粒子形がもたらす団粒吸水が効果的に働き吸水力を増大させることができる。

本発明の乾燥粉体の製造方法は、１６０℃近傍の温度に加熱された平板上に、個体成分４〜５％程度のわずかな粘調性を有する水溶液である焼酎糟を広範囲に瞬時に、かつ、約３ｍｍ以下の厚さに展開し、全体に占める炭化割合が５０％以下の範囲内で、かつ、全体が沸騰する状態から水分量が約３０％以下に変化する状態まで加熱し、乾燥した薄い箔状の焼酎糟展開膜を剥離して粉体状に加工処理することを特徴としている。
この特徴によれば、内部が十分に乾燥した薄い箔状の焼酎糟展開膜を瞬時に得ることができ、この剥離した焼酎糟展開膜を粉体状に加工して乾燥粉体を容易に製造できることになる。

また、本発明の特徴によれば、１６０℃近傍の温度に維持されている平板に対して、連続的に焼酎糟を広範囲に展開できるため、乾燥粉体の連続加工が可能となる。

また、本発明の特徴によれば、内部が十分に乾燥した乾燥粉体を容易にかつ瞬時に得ることができる。焼酎糟を3ｍｍ以上の厚さで加熱すると、表面が硬く、内部が硬化しない餅状の物質となる。この餅状に硬化した物質は、内部が十分な乾燥状態になっておらず、さらに粉体化などの二次加工も困難となる。

本発明の乾燥粉体の製造方法は、乾燥した薄い箔状の焼酎糟展開膜を剥離して粉体状に加工処理した後、再度前記粉体を、全体に占める炭化割合が５０％以下の範囲内で、かつ、含有水分量が２０％以下になるまで乾燥処理することを特徴としている。
この特徴によれば、粉体を含有水分量が２０％以下になるまで乾燥処理することにより、毛細管現象を助長すると見られる粉体の小孔が乾燥し、吸水力が増幅される。

本発明の固形化用乾燥粉体は、排便用容器に、前記請求項１の乾燥粉体を敷き詰め、そこに泥状便を投入する、もしくは、排便用容器に投入された泥状便に前記請求項１の乾燥粉体を投入することにより、泥状便を固形化することを特徴としている。
本発明の固形化用乾燥粉体は、排便用容器に、前記請求項２または３によって得られた乾燥粉体を敷き詰め、そこに泥状便を投入する、もしくは排便用容器に投入された泥状便に前記請求項２または３によって得られた乾燥粉体を投入することにより、泥状便を固形化することを特徴としている。

本発明の実施例における水様性便用処理材の製造装置を示す斜視図である。 水様性便用処理材製造時における製造装置の作動状態を示す図である。 水様性便用処理材製造時における製造装置の作動状態を示す図である。 水様性便用処理材製造時における製造装置の作動状態を示す図である。 処理材の炭化割合により吸水量が変化する様子を示すグラフである。 プレート上で乾燥された箔状の物質の走査電子顕微鏡写真（上３５０倍、下１０００倍）である。 最終乾燥を行った粒子径0.5ｍｍ以下に粉砕した物質の走査電子顕微鏡写真（上５００倍、下１８００倍）であり、矢印Ａは小粒子、矢印Ｂは加熱工程で発生したと見られる小孔を示している。

本発明に係る水様性便用処理材の製造工程について、最良の形態を実施例に基づいて説明する。図１乃至図４は、本発明の実施例における水様性便用処理材の製造装置であり、この製造装置によって図１から図４に示される工程に従って順次粉末状の水様性便用処理材が製造されることになる。

先ず図１に基づいて水様性便用処理材の製造装置の概要を説明すると、平板状のプレート１の両側縁にはそれぞれ側壁２、２がほぼ平行に立設され、これら側壁２により後述するような上方から供給される粘調性を有する水溶液の落下が防止されることになる。この平板状のプレート１は充分な熱容量を持った表面がテフロン（登録商標）加工された金属板であり、前方（図向かって左）と後方（図向かって右）は図に示されるように開放されている。基本的に平板状のプレート１はその表面がほぼ水平状態になるように設置されており、水平状態のプレート１は後述するような上方から供給される粘調性を有する水溶液の均一な展開を可能にする。プレート１の裏面に位置する金属板には、電気ヒーター１１が配されており、温度センサー１２と制御装置１３により、プレート１の表面温度が常時120〜180℃に加熱維持されている。

そして平板状のプレート１の前方側には、図示されるように均し装置３が、また後方側には、掻取り装置４が配置されている。均し装置３は、シリンダー５と、そこから延びるピストン６を有し、ピストン６の先端には均し板７が固定されており、この均し板７はピストン６の動きに連動して両側壁２、２に当接しながら前後に往復移動できるようになっている。なお平板状のプレート１と均し板７の下端部とは、１．５ｍｍ程度の間隔が設けられている。ただし、間隔は３ｍｍを越えない範囲となっている。なお、この実施例ではシリンダー５を用いており、流体圧によってピストン６の摺動を行っているが、ステッピングモータ等を用いて均し板７を直接往復動させてもよいことは明らかである。

掻取り装置４は、シリンダー８と、そこから延びるピストン９を有し、ピストン９の先端には掻取り板１０が固定されており、この掻取り板１０はピストン９の動きに連動して、両側壁２、２、および平板状のプレート１に当接しながら前後に往復移動できるようになっている。なお、この実施例ではシリンダー８を用いており、流体圧によってピストン９の摺動を行っているが、ステッピングモータ等を用いて掻取り板１０を直接往復動させてもよいことは明らかである。

プレート１の適宜上方位置には粘調性を有する水溶液である焼酎糟を排出するノズル１５が配され、その上流位置には一回に排出する焼酎糟の分量を計測し排出する分量制御装置１４が設けられている。利用される焼酎糟１６は、さつま芋などの発酵材料に由来するデンプン、糖類、繊維、有機酸を始めとする有機化合物と、醸造過程で用いられる麹菌や酵母菌の菌体と、を含み、細菌ならびに食物由来成分からなる動物の便と成分的に類似性が高いものである。

このように構成された水様性便用処理材の製造装置によって、図１から図４に示される工程に従い順次粉末状の水様性便用処理材が製造される。以下、その工程について説明する。

図１に示されるように、分量制御装置１４によって計量された粘調性を有する水溶液である焼酎糟１６が、ノズル１５から表面温度が常時120〜180℃に加熱維持されているプレート１上に供給される。その時、図１に示されるように均し装置３の均し板７は平板状のプレート１の前方側に位置し、掻取り装置４の掻取り板１０も後方側に位置している。

次に図２に示されるように、掻取り板１０を停止させた状態で、シリンダー５内の流体圧でピストン６を後方へ移動させ、均し板７を両側壁２、２に当接させながら後方に移動させる。さらに図３に示されるように、シリンダー５内の流体圧でピストン６を前方へ移動させ、均し板７を両側壁２、２に当接させながら前方に移動させ、この往復移動を複数回行った後、図１の状態に復帰させる。この場合、平板状のプレート１と均し板７の下端部とは、１．５ｍｍ程度の間隔が設けられており、均し板７が少なくとも一往復（実施例では複数回の往復動）することにより、１．５ｍｍ程度の厚さ（深度）の水溶液である焼酎糟１６が、表面がテフロン（登録商標）加工された平板状のプレート１上に展開されることになる。

ここで、分量制御装置１４によって計量された一回に排出する焼酎糟１６の分量は、本実施例の場合、図３に示される状態において、両側壁２、２、均し板７、そして掻取り板１０で区画される矩形の領域に、例えば１．５ｍｍ程度の厚さ（深度）の水溶液である焼酎糟１６が形成される分量になるように計測され、排出される。ただし、焼酎糟１６の厚さ（深度）は３ｍｍを越えない範囲となっている。

この状態で焼酎糟１６は120〜180℃に維持されたプレート１上で加熱され、この展開した焼酎糟は全体が沸騰する状態に保たれ、次第に薄い箔状に乾燥されて行く。液体である焼酎糟の水分量は、およそ95〜96％、比重の平均0.951であるが、プレート１上で薄い箔状に乾燥され、その水分量がおよそ27〜30％に達し、かつ炭化の進行しない状態で直ちに剥離される。特に炭化の割合に関しては、５０％以下に抑えることが非常に重要である。

剥離工程においては、これは図４に示されるように、シリンダー８内の流体圧でピストン９を後方へ移動させ、掻取り板１０を両側壁２、２に当接させながら後方に移動させ、同時に均し板７を更に後方へ移動させることにより、乾燥した粉体もしくは箔状焼酎糟１６１をホッパー１７に落下させて抜き取ることが出来る。

ホッパー１７には電気ヒーター１８が配されており、さらにここで水分量がおよそ19〜20％になるまで乾燥され、続いて圧接ローラ１９，１９によって粒子径0.5ｍｍ以下に粉砕され、水様性便用処理材１６２が生成される。なお、焼酎糟１６１は十分に乾燥しており、この実施例に代えて、圧接ローラ１９，１９によって粒子径0.5ｍｍ以下に粉砕した後に水分量がおよそ19〜20％になるまで乾燥することも可能である。

粒子径が0.5ｍｍ以下であると、乾燥粉体の利用時において、水様性（液状）便を粒子のあらゆる方向から効果的に吸収する吸収表面積が増すとともに、粒子形がもたらす団粒吸水が効果的に働き吸水力を増大させることができる。また、水様性便用処理材１６２である乾燥粉体が、含有水分量が２０％以下になるまで乾燥処理された場合、毛細管現象を助長すると見られる粉体の小孔が乾燥し、吸水力が増幅されることになる。これは、図６,７に示されるSEM写真からその状態が確認される。

水様性便用処理材１６２は、全体に占める炭化割合が０〜５０％の範囲内にある乾燥状態である焼酎糟を主成分とする乾燥粉体であることが重要であり、焼酎糟は炭化点の異なる混合物の水溶液であるから、例えば160℃程度の加熱であっても一部炭化が始まるため、乾燥工程上において炭化を無視することは出来ないものの、炭化が５０％を超えた場合には著しく吸水能が低下することが図５に示されるように明らかである。
ここで、図５に示す吸水比（重量比）は、単位重量あたりの乾燥粉体で吸水する水分量を、炭化割合０の乾燥粉体の吸水量を１００としたときの割合で表したものである。

前記したように、加熱された水平に配置されたプレート１上に展開される焼酎糟１６は、厚さ約３ｍｍ以下の水溶液に設定されているため、内部が十分に乾燥した粉体焼酎糟１６１（水様性便用処理材１６２の前加工段階）を容易にかつ瞬時に得ることができるばかりか、更なる粉体化などの二次加工がきわめて容易となる。なお、焼酎糟を3ｍｍ以上の厚さで加熱すると、表面が硬く、内部が硬化しない餅状の物質となる。この餅状に硬化した物質は、内部が十分な乾燥状態になっておらず、さらに粉体化などの二次加工も困難となる。

このように、さつま芋などの発酵材料に由来するデンプン、糖類、繊維、有機酸を始めとする有機化合物と、醸造過程で用いられる麹菌や酵母菌の菌体と、を含む焼酎糟は、細菌ならびに食物由来成分からなる動物の便と成分的に類似性が高く、このことから、焼酎糟１６を主成分とする乾燥粉体に水様性（液状）便を吸収させた場合でも動物の便と成分的に類似した状態を保てることになり、固形化した水様性便用処理材１６２を下水管などに直接流しても環境への問題は一切発生しない。特に、焼酎糟を主成分とする乾燥粉体である水様性便用処理材１６２は、水分を奪う浸透圧吸水、微細構造・繊維等により生じる毛細管現象、さらに異なった粒子形がもたらす団粒吸水が相互に作用して他に類を見ない吸水力があり、粘調性を有する下痢便の固形化等に効果が確認されている。

・検証と結果
１．材料加工に関する検証
液体である焼酎糟の水分量は、およそ95〜96％、比重の平均0.951、薄い箔状に乾燥させた時の水分量は、およそ27〜30％、さらに乾燥させ粉体化した時の水分量は、およそ19〜20％であり、70〜80％程度水分量をとばして乾燥させる。この工程において、焼酎糟のpHは４〜6.5を示し、乾燥が進むにつれて高くなった。焼酎糟の液体500ｇからは、およそ40ｇの箔状の材料が生成された。

２．吸水能に関する検証
加工された水様性便用処理材１６２の粉体５ｇに対し、模擬的泥状便（水分量81％）20ｇを固形化する能力を有し、さらに10mlの水を加えても、固形は維持された。実際に排便用容器に、前記した水様性便用処理材１６２の粉体２０ｇを敷き詰め、そこに泥状便（水分量約8０％）を投入した場合において、泥状便８０〜１００ｇを固形化できることが確認された。

３．SEM写真からの推察
本製品のプレート上で乾燥された箔状の物質（図６の上部写真は３５０倍、下部写真は１０００倍の倍率である）と、最終乾燥を行った粒子径0.5ｍｍ以下に粉砕した物質（図７の上部写真は５００倍、下部写真は１８００倍の倍率である）の、走査電子顕微鏡写真を作成した。図６に示される箔状の物質では、長く伸びる繊維状の構造、全体を纏めている糊状の物質、球形小粒子が主に観察された。焼酎の製造工程から、これらについて類推すると、原料（サツマイモ）由来の繊維、固化したデンプン・糖類および酵母菌体の構造が観察されたと考えられる。酵母は水分存在下に繁殖することは周知であり、親水性を有する。また、図７に示される物質である小粒子Ａからは、加熱工程で発生したと見られる小孔Ｂが観察され、この小孔が毛細管現象を助長すると見られる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

１ プレート
２ 側壁
３ 均し装置
４ 掻取り装置
５ シリンダー
６ ピストン
７ 均し板
８ シリンダー
９ ピストン
１０ 掻取り板
１１ 電気ヒーター
１２ 温度センサー
１３ 制御装置
１４ 分量制御装置
１５ ノズル
１６ 焼酎糟
１７ ホッパー
１８ 電気ヒーター
１９ 圧接ローラ
１６１ 粉体もしくは箔状焼酎糟
１６２ 水様性便用処理材（最終製品）

Claims (5)

1. さつま芋などの発酵材料に由来するデンプン、糖類、繊維、有機酸を始めとする有機化合物と、醸造過程で用いられる麹菌や酵母菌の菌体と、を含み、
   全体に占める炭化割合が０〜５０％の範囲内にある乾燥状態であり、
   粒子径が０．５ｍｍ以下に粉砕された
   焼酎糟を主成分とする水様性物質の固形化用乾燥粉体。
2. １６０℃近傍の温度に加熱された平板上に、個体成分４〜５％程度のわずかな粘調性を有する水溶液である焼酎糟を広範囲に瞬時に、かつ、約３ｍｍ以下の厚さに展開し、
   全体に占める炭化割合が５０％以下の範囲内で、かつ、全体が沸騰する状態から水分量が約３０％以下に変化する状態まで加熱し、乾燥した薄い箔状の焼酎糟展開膜を剥離して粉体状に加工処理することを特徴とする乾燥粉体の製造方法。
3. 乾燥した薄い箔状の焼酎糟展開膜を剥離して粉体状に加工処理した後、再度前記粉体を、全体に占める炭化割合が５０％以下の範囲内で、かつ、含有水分量が２０％以下になるまで乾燥処理する請求項２に記載の乾燥粉体の製造方法。
4. 排便用容器に、前記請求項１の乾燥粉体を敷き詰め、そこに泥状便を投入する、もしくは排便用容器に投入された泥状便に前記請求項１の乾燥粉体を投入することにより、泥状便を固形化することを特徴とする固形化用乾燥粉体。
5. 排便用容器に、前記請求項２または３によって得られた乾燥粉体を敷き詰め、そこに泥状便を投入する、もしくは排便用容器に投入された泥状便に前記請求項２または３によって得られた乾燥粉体を投入することにより、泥状便を固形化することを特徴とする固形化用乾燥粉体。