JP6064572B2 - 飼料用添加物の原料の生産方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機性排水を用いて畜産、水産等に使用する飼料添加物を効率的に生産する方法に関する。
世界的な天然資源の枯渇に伴い、養殖の飼料原料となる魚粉などの動物性たんぱく質が減少し、その価格も高騰している。植物性の代替たんぱく質が利用されつつあるが、消化性や嗜好性が低く、そのため飼料効率が低いなど問題があり、安価な動物性たんぱく質が求められている。
海産魚の種菌等の生産用の動物性飼料としてワムシが広く用いられている。ワムシの培養方法として、特許文献１（特開昭５７−６５１３７）には、食品加工排水などの有機性排水の生物処理汚泥を流下させてワムシを培養することが記載されている。特許文献２（特公昭６３−３７６１１）にはワムシを培養してプランクトンネットで分離濃縮することが記載されている。
特許文献３（特開２０１０−１８７６１２）には、アミノ酸を含有させた成長性の優れた養魚用飼料が記載されている。
上記特許文献１，２の方法は、ワムシを培養、濃縮するものであるが、いずれもワムシを養魚用の飼料そのものとして使用するものであり、また嗜好性を高めるという観点はない。また、特許文献３の飼料では、飼料に添加するアミノ酸として合成されたアミノ酸を用いるため製造コストが高くなるという問題がある。
本発明は、飼料の嗜好性を高めるための飼料添加物として用いられる、アミノ酸を多く含む微小動物を安定して培養して飼料添加物の原料として得ることができる飼料用添加物の原料の生産方法を提供することを目的とする。
第１発明の飼料用添加物の原料の生産方法は、たんぱく質を４０ｗｔ％以上含む有機性排水を、第１生物処理槽に導入して細菌により好気性生物処理して分散性細菌を含む第１生物処理液を得る第１生物処理工程と、第１生物処理液を第２生物処理槽に導入して活性汚泥処理して第２生物処理液を得る第２生物処理工程と、第２生物処理槽の槽内汚泥の一部を取り出して飼料用添加物の原料として得る汚泥分離工程とを有するものである。
第２発明の飼料用添加物の原料の生産方法は、たんぱく質を４０ｗｔ％以上含む有機性排水を、第１生物処理槽に導入して細菌により好気性生物処理して分散性細菌を含む第１生物処理液を得る第１生物処理工程と、第１生物処理液を第２生物処理槽に導入して活性汚泥処理して第２生物処理液を得る第２生物処理工程と、第２生物処理液を分離汚泥と分離水とに固液分離する固液分離工程と、第２生物処理槽の槽内汚泥の一部及び／又は該分離汚泥の少なくとも一部を取り出して飼料用添加物の原料として得る汚泥分離工程とを有するものである。
第２発明の飼料用添加物の原料の生産方法は、たんぱく質を４０ｗｔ％以上含む有機性排水を、第１生物処理槽に導入して細菌により好気性生物処理して分散性細菌を含む第１生物処理液を得る第１生物処理工程と、第１生物処理液を第２生物処理槽に導入して活性汚泥処理して第２生物処理液を得る第２生物処理工程と、第２生物処理液を分離汚泥と分離水とに固液分離する固液分離工程と、第２生物処理槽の槽内汚泥の一部及び／又は該分離汚泥の少なくとも一部を取り出して飼料用添加物の原料として得る汚泥分離工程とを有するものである。
第１及び第２発明の飼料用添加物の原料の生産方法の第２生物処理工程では、第１生物処理液を第２生物処理槽に導入して活性汚泥処理して第２生物処理液を得ると共に第１生物処理液に含まれる分散性細菌を微小動物によって捕食させることにより微小動物を培養することが好ましい。
第１及び第２発明において、汚泥分離工程は、目合い５００〜２０００μｍの第１濾過材によって濾過する第１濾過工程と、第１濾過工程後に目合い２０〜５０μｍの第２濾過材によって濾過する第２濾過工程とを行い、第１濾過材を通過し、第２濾過材を通過しないものを飼料用添加物として得るものであることが好ましい。この場合、第１濾過材不通過の汚泥と、第２濾過材の通過液とを第２生物処理槽に返送することが好ましい。
第１及び第２発明において、第１生物処理槽のＢＯＤ汚泥負荷が２〜１２ｋｇ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄであることが好ましい。
第１及び第２発明において、第１生物処理工程における第１生物処理槽のＤＯは１ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましい。また、第１生物処理槽の滞留時間は２〜１２時間であることが好ましい。
第１及び第２発明において、前記有機性排水に糖質および／または粗脂肪が含まれていることが好ましい。
本発明で製造された飼料添加物の原料はアミノ酸を豊富に含有し、魚等の嗜好性を向上する効果を有する。即ち、本発明では、第１生物処理槽に導入する有機性排水がたんぱく質を４０ｗｔ％以上含むため、嗜好性を向上させるアミノ酸に富んだワムシ等の微小動物を含む固形物を連続的にきわめて効率的に生産することが可能となり、安価な飼料製造が可能となる。
本発明において、飼料添加物の原料としてのワムシ等の微小動物を、食品工場から出る煮汁など副生成物を用いて培養することにより、資源保全かつ循環社会的に貢献するだけでなく、安全で安価な原料を提供することができる。
本発明では、図１のように、たんぱく質を４０ｗｔ％以上例えば４０〜６０ｗｔ％含む有機性排水を第１の好気性反応槽（生物処理槽）１にて好気的に処理して細菌を培養し、この第１の生物処理槽１からの第１処理水を第２の好気性反応槽（生物処理槽）２に導入して第１処理水に含まれる分散菌を微小動物（原生動物、後生動物）に捕食させることにより微小動物を培養する。図１では、この第２の好気性反応槽２からの第２処理水を沈殿槽３に導入し、固液分離し、処理水を系外に取り出す。
第２の好気性反応槽２内の汚泥の一部と、この沈殿槽３で沈降した汚泥を濃縮槽４に導入する。濃縮槽４内には目合いの大きい第１の濾過材４ａと目合いの小さい第２の濾過材４ｂとが設けられており、第１の濾過材４ａを通過し、第２の濾過材４ｂを通過しない大きさの後生動物と汚泥を飼料用添加物又はその原料として収穫する。
たんぱく質を４０ｗｔ％以上含む有機性排水としては、食品場排水（例えば食品工場からの煮汁）、魚粉分散水、畜産排水、血液排水、米とぎ排水等の穀物粉末分散水、生ごみ破砕物の分散水、廃牛乳、廃飲料などが例示される。この有機性排水は、糖質および／または粗脂肪を合わせて１０ｗｔ％以上、例えば２０〜４０ｗｔ％含むことが好ましい。この理由は、これら成分は微小動物の増殖に必要な成分であるからである。
この有機性排水を第１の好気性反応槽１に好ましくは滞留時間２〜１２時間となるよう連続的に通水し、細菌によりＢＯＤ成分（有機成分）を菌体に変換（菌体培養）する。
この第１の好気性反応槽１では、ワムシ等の微小動物の餌となる細菌を培養する。ワムシ等の微小動物の餌となる細菌は、３〜２０μｍ程度、特に５〜１０μｍの微小フロックを形成しており、かつたんぱく質、糖質が豊富なものが好適である。
このような微小フロックの分散性細菌は、たんぱく質及び糖質を含む基質、望ましくは可溶性の高分子化合物を基質として、滞留時間２〜１２時間程度で好気性条件下、連続培養することにより得られる。第１の好気性反応槽１のＤＯ濃度は、好ましくは１ｍｇ／Ｌ以上、特に２〜１０ｍｇ／Ｌである。図１のように、第１の好気性反応槽１に攪拌機１ａを設けて強攪拌することが望ましい。
本発明は、微小動物を用いた有機性排水の生物処理（例えば特開２００６−２４７４９４）とは異なり、微小動物の安定した大量培養を目的とするので、第１の好気性反応槽のＢＯＤ汚泥負荷を２ｋｇ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以上、例えば２〜１２ｋｇ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄのように非常に高くし、かつＤＯ（溶存酸素）濃度を１ｍｇ／Ｌ以上例えば２〜１０ｍｇ／Ｌに高くする。さらにこのとき、攪拌強度Ｇ値５〜１００ｓ−１という強攪拌でＤＯを槽内全体にまんべんなく供給することによって、分散性細菌が粗大フロック化することを抑制することが望ましい。
第１の好気性反応槽１のｐＨは５〜９が好ましく、基質に油を含む場合は、やや高め、具体的には８〜９程度が好ましい。
第１の好気性反応槽１の滞留時間は、前述の通り２〜１２時間が好ましいが、有機性排水として溶解性の可溶性でんぷん、魚肉エキス等を使用する場合は２〜８時間程度、魚粉や穀物粉末等固形性のものを用いる場合は６〜１２時間程度が好ましい。
第１の好気性反応槽１の温度は３０〜３５℃が好ましいが、１０〜４０℃の範囲であればよい。
このような条件で細菌を培養することにより、投入した有機性排水中の有機物重量の４０〜７０％例えばほぼ５０％の、栄養価の高い、微小動物の捕食に好適な分散菌が連続的に生産される。この有機性排水中のたんぱく質含有量が多いため、細菌はアミノ酸を豊富に含んだものとなり、その結果、この細菌を捕食した微小動物もアミノ酸を多く含むものとなる。
第２の好気性反応槽２では、微小動物を連続的に培養する。培養開始時は、好ましくは微小動物を少量添加すると共に、場合によっては、食品工場等の活性汚泥等を添加し、散気管２ａ等の曝気手段により曝気してＤＯを好ましくは１ｍｇ／Ｌ以上例えば２〜１０ｍｇ／Ｌに維持しながら、第１の好気性反応槽１からの第１処理水を添加する。この添加は連続式とすることが好ましいが、初期は回分式の添加でもよい。第２の好気性反応槽２は、ｐＨを７〜８に維持することが望ましい。第２の好気性反応槽２の温度を２５〜３０℃に維持すると、一日あたり後生動物の重量とほぼ同量の細菌を食するので、これを目安に第１処理水を添加するのが好ましい。
この操作を継続すると、第２の好気性反応槽２の微小動物を含む固形物は、乾燥重量で３〜１０ｇ／Ｌ程度の濃度で安定する。槽内の微小動物種は、後生動物であるワムシ類を主体とし、ゾウリムシ、アルテミア類、ミジンコ類等を少量含むものとなる。
この第２の好気性反応槽２からの第２処理水を沈殿槽３に導入し、固液分離し、処理水を系外に取り出す。
後生動物を収穫するには、濃縮槽４内の上段側に第１の濾過材４ａを張設し、下段側に第２の濾過材４ｂを張設し、第１の濾過材４ａの上側に第２の好気性反応槽２の沈降汚泥と、沈殿槽３の沈降汚泥とを導入する。第１の濾過材４ａを通過するが、第２の濾過材４ｂを通過しない大きさの後生動物と汚泥を濃縮槽４から取り出し、後生動物含有汚泥を飼料用添加物の原料として収穫する。
第１の濾過材４ａの目合いは５００〜２０００μｍ特に１０００〜１５００μｍが好適であり、第２の濾過材４ｂの目合いは２０〜５０μｍ特に２０〜３０μｍが好適である。これにより、粒径２０〜２０００μｍ特に５０〜５００μｍの後生動物含有汚泥が飼料用添加物として濃縮槽４から収穫される。
第１の濾過材４ａ不通過の粒径の大きい汚泥と、第２の濾過材４ｂを通過した微細汚泥、分散菌、原生動物及び溶解性有機成分等を含む液分とを第２の好気性反応槽２に返送することが好ましい。
なお、沈殿槽３からの汚泥のみを濃縮槽４に導入してもよい。
後生動物の収穫に当たっては、全量ではなく一部の後生動物を残すように収穫することが望ましい。毎日１回、前日に増えた分のみ収穫するようにしてもよい。後生動物の増える量（重量）は、与えた細菌の重量の３０〜４０％である。前述の通り、第１の好気性反応槽１では、投入した糖類、たんぱく質の約５０％が細菌に変換されるので、第１の好気性反応槽１に投入した糖類及びたんぱく質の１５〜２０ｗｔ％程度の後生動物が生産される。
収穫した後生動物を含む汚泥は、そのまま飼料用添加物とされてもよく、脱水されて飼料用添加物とされてもよく、乾燥されてから飼料用添加物とされてもよい。また、その他の添加物が添加されてもよい。その他の添加物としては、ビタミン、ミネラル、抗生物質、食品添加物などが例示される。
本発明では、製造された飼料用添加物は、遊離アミノ酸を、乾燥状態において０．０１〜１０ｗｔ％以上、特に１〜１０ｗｔ％含むことが好ましい。このように遊離アミノ酸を多く含む後生動物は、接餌促進作用に優れる。遊離アミノ酸としては、アルギニン、リジン、ロイシン、イソロイシン、バリン、アラニン、グリシン、プロリン、グルタミン酸が好適である。この乾燥状態における遊離アミノ酸含有率とは、アミノ酸自動分析での遊離アミノ酸含有率を表わす。
本発明方法によって製造された飼料用添加物を、魚粉などの飼料と混合することにより混合飼料が製造される。混合飼料中の飼料用添加物の好ましい配合量は、混合飼料を１０５℃で恒量になるまで乾燥した状態において０．５〜２０ｗｔ％特に１〜１０ｗｔ％である。
飼料としては、魚粉、穀物類、大豆類、グルテンミール、小麦粉、飼料用酵母、油脂類などの１種又は２種以上を用いることができる。
＜実施例１＞
図１のフローに従って下記条件で微小動物を培養し、後生動物含有汚泥を収穫した。なお、第１の濾過材４ａの目合いは１０００μｍ、第２の濾過材４ｂの目合いは２０μｍである。第１の濾過材４ａ不通過の汚泥と第２の濾過材４ｂ通過液との全量を第２の好気性反応槽２に返送した。
図１のフローに従って下記条件で微小動物を培養し、後生動物含有汚泥を収穫した。なお、第１の濾過材４ａの目合いは１０００μｍ、第２の濾過材４ｂの目合いは２０μｍである。第１の濾過材４ａ不通過の汚泥と第２の濾過材４ｂ通過液との全量を第２の好気性反応槽２に返送した。
原水：たんぱく質５０ｗｔ％、糖質３０ｗｔ％、粗脂肪５ｗｔ％を含む魚加工排水
第１の好気性反応槽
ＢＯＤ汚泥負荷：５ｋｇ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ
攪拌強度Ｇ値：５ｓ−１
ＤＯ：２ｍｇ／Ｌ
ｐＨ：７．０
温度：２７℃
第２の好気性反応槽
ＳＲＴ：２５日
ＤＯ：２ｍｇ／Ｌ
ｐＨ：７．０
温度：２７℃
第１の好気性反応槽
ＢＯＤ汚泥負荷：５ｋｇ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ
攪拌強度Ｇ値：５ｓ−１
ＤＯ：２ｍｇ／Ｌ
ｐＨ：７．０
温度：２７℃
第２の好気性反応槽
ＳＲＴ：２５日
ＤＯ：２ｍｇ／Ｌ
ｐＨ：７．０
温度：２７℃
得られた後生動物含有汚泥を脱水し、１０５℃で恒量になるまで乾燥させた。この乾燥汚泥の一部を分取し、後生動物を取り出して後生動物含有率を測定したところ、乾燥汚泥に対し１０ｗｔ％であった。
また、この乾燥汚泥についてアミノ酸自動分析法によってアミノ酸量を分析したところ、主な遊離アミノ酸量は、
遊離アラニン：０．９５ｗｔ％、
遊離グリシン：０．３９ｗｔ％、
遊離プロリン：０．３９ｗｔ％
遊離グルタミン酸：０．９３ｗｔ％
（合計２．６６ｗｔ％）であるから、アミノ酸が多いことが認められた。
遊離アラニン：０．９５ｗｔ％、
遊離グリシン：０．３９ｗｔ％、
遊離プロリン：０．３９ｗｔ％
遊離グルタミン酸：０．９３ｗｔ％
（合計２．６６ｗｔ％）であるから、アミノ酸が多いことが認められた。
上記の後生動物含有汚泥を脱水及び乾燥して水分含有率６ｗｔ％の飼料用添加物を製造した。市販の養魚用配合飼料（日本水産株式会社、ニッスイ初期飼料Ｄ−２、主な遊離アミノ酸濃度合計１．２ｗｔ％程度）９０重量部と、この飼料用添加物１０重量部とを混合して混合飼料を調製した。
この混合飼料を用いてタイ稚魚２０匹（平均体重３３．０ｇ）を６週間飼育し、平均体重を測定したところ、５６．５ｇであった。
＜比較例１＞
飼料として上記養魚用配合飼料のみを用い、実施例１と同様にしてタイ稚魚２０匹を６週間飼育して平均体重を測定したところ、５０．７ｇであった。この結果より、アミノ酸を多く含む実施例１の飼料用添加物は嗜好性を向上させる効果があることが示された。
飼料として上記養魚用配合飼料のみを用い、実施例１と同様にしてタイ稚魚２０匹を６週間飼育して平均体重を測定したところ、５０．７ｇであった。この結果より、アミノ酸を多く含む実施例１の飼料用添加物は嗜好性を向上させる効果があることが示された。
＜比較例２＞
実施例１において原水水質を下記条件に変えて培養した。
原水：たんぱく質２０ｗｔ％、糖質１０ｗｔ％、粗脂肪５ｗｔ％を含む飼料製造工程排水
実施例１において原水水質を下記条件に変えて培養した。
原水：たんぱく質２０ｗｔ％、糖質１０ｗｔ％、粗脂肪５ｗｔ％を含む飼料製造工程排水
この後生動物含有汚泥を実施例１と同様に脱水及び乾燥し、後生動物含有率を測定したところ１０ｗｔ％であり、またアミノ酸分析の結果、乾燥状態の主な遊離アミノ酸量は、
遊離アラニン：０．０１ｗｔ％、
遊離グリシン：０．０４ｗｔ％、
遊離プロリン：検出されず
遊離グルタミン酸：０．０７ｗｔ％
（合計０．１２ｗｔ％）であり、実施例１に比べてアミノ酸量が著しく少なく、さらに比較例１で用いた市販飼料と比較してもアミノ酸量は少なかった。
遊離アラニン：０．０１ｗｔ％、
遊離グリシン：０．０４ｗｔ％、
遊離プロリン：検出されず
遊離グルタミン酸：０．０７ｗｔ％
（合計０．１２ｗｔ％）であり、実施例１に比べてアミノ酸量が著しく少なく、さらに比較例１で用いた市販飼料と比較してもアミノ酸量は少なかった。
この後生動物含有汚泥を脱水及び乾燥して製造した水分含有率６ｗｔ％の飼料用添加物を用いたこと以外は実施例１と同様にして混合飼料を調製し、同様に、タイ稚魚２０匹を６週間飼育して平均体重を測定したところ、４４．５ｇであった。
１ 第１の好気性反応槽
２ 第２の好気性反応槽
３ 沈殿槽
４ 濃縮槽
４ａ 第１の濾過材
４ｂ 第２の濾過材
２ 第２の好気性反応槽
３ 沈殿槽
４ 濃縮槽
４ａ 第１の濾過材
４ｂ 第２の濾過材
Claims (8)
- たんぱく質を４０ｗｔ％以上含む有機性排水を、第１生物処理槽に導入して細菌により好気性生物処理して分散性細菌を含む第１生物処理液を得る第１生物処理工程と、
第１生物処理液を第２生物処理槽に導入して活性汚泥処理して第２生物処理液を得る第２生物処理工程と、
第２生物処理槽の槽内汚泥の一部を取り出して飼料用添加物の原料として得る汚泥分離工程と
を有する飼料用添加物の原料の生産方法。 - たんぱく質を４０ｗｔ％以上含む有機性排水を、第１生物処理槽に導入して細菌により好気性生物処理して分散性細菌を含む第１生物処理液を得る第１生物処理工程と、
第１生物処理液を第２生物処理槽に導入して活性汚泥処理して第２生物処理液を得る第２生物処理工程と、
第２生物処理液を分離汚泥と分離水とに固液分離する固液分離工程と、
第２生物処理槽の槽内汚泥の一部及び／又は該分離汚泥の少なくとも一部を取り出して飼料用添加物の原料として得る汚泥分離工程と
を有する飼料用添加物の原料の生産方法。 - 請求項１又は２において、汚泥分離工程が、
目合い５００〜２０００μｍの第１濾過材によって濾過する第１濾過工程と、
第１濾過工程後に目合い２０〜５０μｍの第２濾過材によって濾過する第２濾過工程と
を行い、第１濾過材を通過し、第２濾過材を通過しないものを飼料用添加物の原料として得るものであることを特徴とする飼料用添加物の原料の生産方法。 - 請求項３において、第１濾過材不通過の汚泥と、第２濾過材の通過液とを第２生物処理槽に返送することを特徴とする飼料用添加物の原料の生産方法。
- 請求項１ないし４のいずれか１項において、第１生物処理工程における第１生物処理槽のＢＯＤ汚泥負荷が２ｋｇ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以上であることを特徴とする飼料用添加物の原料の生産方法。
- 請求項１ないし５のいずれか１項において、第１生物処理工程における第１生物処理槽のＤＯが１ｍｇ／Ｌ以上であることを特徴とする飼料用添加物の原料の生産方法。
- 請求項１ないし６のいずれか１項において、第１生物処理工程における第１生物処理槽の滞留時間が２〜１２時間であることを特徴とする飼料用添加物の原料の生産方法。
- 請求項１ないし７のいずれか１項において、前記有機性排水に糖質および／または粗脂肪が含まれていることを特徴とする飼料用添加物の原料の生産方法。
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