JP6730739B2 - 生物成長材の製造方法 - Google Patents
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Description
培養液を含む培地としては、合成培地;合成培地に酵母抽出物、血清等を配合した半合成培地;動植物の煮出し汁、土壌・腐植質の抽出液等の天然物を用いた天然培地;等が知られており、そこに使用される具体的物質としては、例えば、酵母エキス、トリプシン、ブドウ糖、寒天、肉エキス、ペプトン、D−マンニット、塩化ナトリウム、卵黄、乳糖、ショ糖、乳酸、酒石酸、クエン酸鉄アンモニウム、リン酸一水素カリウム、各種指示薬、動植物の煮出し汁、土壌・腐植質の抽出液等が知られている。
このうち、堆肥・生肥は、有機物を微生物によって分解させたり、植物系残渣を自然に堆積醗酵させたりした有機肥料のことを言い、上記植物の生産に多用されている。
例えば、特許文献1には、植物廃棄物を、加圧しつつ細かく磨り潰し、高温化して細粉化させる細粉化工程と、土壌菌を混ぜ合わせて攪拌させる攪拌工程と、この土壌菌を混ぜ合わせたものを放置して生肥を生成する放置工程と、を具備する植物廃棄物の処理方法が記載され、それによって得られた生肥が有用であることが記載されている。
例えば、特許文献2には、同一魚類の頭部又は骨部から採取した脂質を、該魚類の飼料に混ぜて給餌する技術が記載され、魚類の成長に関しては共喰いが効果的である旨が記載されている。
また、特許文献3には、養殖魚用飼料であって、該養殖魚と同じ属に属する魚類由来の材料を含有する飼料が記載され、該魚類由来の材料を、同じ属に属する魚類の鮮魚加工残渣から得ることも記載されている。
確かに、生産した植物の実等を有用物(例えば食用)として収穫した後に、残った不用な茎・葉・根等をそのまま土に鋤き込み肥料とすることや、所謂緑肥が使用されることも知られている。しかしながら、生物を特定の方法で加工して、扱い易い分離した形での「固体又は液体の生物成長材」を製造することや、該特定の製造方法で得られた生物成長材を含有させて栽培液や培養液等を製造すると、扱い易いに優れるだけでなく、成長・品質的に(性能的に)優れたものができることは知られていなかった。
また、生産された(増殖された)個体若しくは該個体の一部が、食用の場合は美味である、そのサイズが大きい、栄養価が高い等の優れた効果を有する生物成長材を提供することにある。
該容器内に設置された破砕撹拌機によって、少なくとも主たる固液分離中は、該生物の細胞が有する細胞膜を実質的に破壊しないように、該生物を20mm以下に破砕しつつ撹拌し、
該容器に設置された加熱ユニットによって該容器を加熱し、該生物が有する細胞内物質を失活させないように、該固液分離対象物の温度を10℃以上50℃以下の温度範囲に維持し、
内容積が1m3の容器を用いた場合に換算して、常圧体積20m3/時間以上の気体排出能力を有する減圧器を用い、少なくとも主たる固液分離中は、該容器内の圧力を10kPa以下に維持して、細胞水の蒸発熱で該固液分離対象物の温度が50℃を超えないように吸熱して、
該生物の全体若しくは一部を固液分離することを特徴とする生物成長材の製造方法を提供するものである。
少なくとも、破砕撹拌機、加熱ユニット、気体取出口及び固体粉末取出口を有する上記容器;並びに;上記減圧器を具備するものであることを特徴とする固液分離装置を提供するものである。
すなわち、本発明の製造方法で製造された生物成長材を用いれば、「原生生物界、菌界又は植物界に属する生物」の成長、生育、増殖等の速度を速めたり、最終的に大きいものを生産できたりして、生産効率を著しく向上させることが可能である。
具体的には、例えば、野菜、果物、花卉、漢方薬、香辛料、ハーブ、健康食品等を供する(の原料となる)原生生物、菌、又は、植物の生産において、培養液;土壌栽培、水耕栽培等の栽培液;等の中に、本発明の特定の方法で製造された生物成長材を含有させることで、上記した優れたものを得ることができる。
しかしながら、これらの方法は、外部から抽出媒体を追加するものであり、生物由来物以外の物質が残留するものであったり;(生物が死ぬと言うことは細胞内物質に変質が起っていることであるところ)、生物的には高温(例えば50℃より高い温度)を加えたり;分離した一方しか使用できなかったり;等するものであった。
従来公知の固液分離方法では、細胞膜が破壊されるため細胞膜を通過した液は取れないし、固液分離対象物を高温にする従来方法では、酵素等の(未だ分析されていない物質も含む)細胞内物質が分解又は失活する。
また、本発明の生物成長材は、所謂精油、極微量成分、低沸点成分、不安定物質等を、分解・変質・失活させずに含有している。
また、大きな気体排出能力を有する減圧器にしては高い減圧度(容器内の低い圧力)を達成できる減圧器を用いることによって、低い固液分離温度にしては長時間を必要とせず効率的に主たる固液分離を完了させることができる。
「特定の構造・機能を有する破砕撹拌機」を有する固液分離装置を用いれば、少なくとも主たる固液分離中は、細胞膜を実質的に破壊しないで破砕できて、上記効果を奏する液体を獲得できるが、また該固液分離完了後は、固体粉末を、容器の内壁から良好に掻き取ることができ、固体粉末取出口に向けて掻き寄せることができ、固体を歩留まり良く獲得できる。
もし液体の側を用いるときは、もう一方の固体(粉末)を上記と同様に配合して使用できて、前記した効果を得ることができる。
その際、本来の目的に用いられた部分を除いた後の残部を、本発明において固液分離対象物として使用すれば(使用しても)、前記した本発明の効果を奏することができることが確かめられている。本発明によれば、廃棄物も有効利用できて、コストダウンを図ることができる。
原生生物界、菌界又は植物界に属する生物の全体若しくは一部を固液分離対象物とし、該固液分離対象物を容器内において50℃以下で固液分離し、該固液分離された固体又は液体を該生物の成長を促すために使用する、該固体又は該液体を含有する生物成長材の製造方法であって、
該容器内に設置された破砕撹拌機によって、少なくとも主たる固液分離中は、該生物の細胞が有する細胞膜を実質的に破壊しないように、該生物を20mm以下に破砕しつつ撹拌し、
該容器に設置された加熱ユニットによって該容器を加熱し、該生物が有する細胞内物質を失活させないように、該固液分離対象物の温度を10℃以上50℃以下の温度範囲に維持し、
内容積が1m3の容器を用いた場合に換算して、常圧体積20m3/時間以上の気体排出能力を有する減圧器を用い、少なくとも主たる固液分離中は、該容器内の圧力を10kPa以下に維持して、細胞水の蒸発熱で該固液分離対象物の温度が50℃を超えないように吸熱して、
該生物の全体若しくは一部を固液分離することを特徴とする。
上記の生物成長材の製造方法を使用する用途に用いる固液分離装置であって、
少なくとも、破砕撹拌機、加熱ユニット、気体取出口及び固体粉末取出口を有する上記容器;並びに;上記減圧器を具備するものであることを特徴とする固液分離装置である。
また、本発明の生物成長材の製造方法に使用される固液分離装置は、上記の生物成長材の製造方法に用いられ得る能力を有しているものである。
該気体取出口130から取り出された気体を冷却する冷却器200;
該容器100内を減圧する減圧器300;並びに;
該冷却器200で冷却されて液化した液体の生物成長材の方を回収獲得する回収獲得容器400;を具備している。
原生生物界に属する生物としては、例えば、緑藻、褐藻、紅藻、珪藻、ユーグレナ、クリプト植物、渦鞭毛植物等の藻類;繊毛虫、根足虫、胞子虫、鞭毛虫等の原生動物;等が挙げられる。
菌界に属する生物としては、ツボカビ;ケカビ等の接合菌;酵母、アカパンカビ等の子嚢菌;キノコ等の担子菌;地衣植物;等が挙げられる。
植物界に属する生物としては、マツ、スギ、イチョウ、ソテツ等の裸子植物;双子葉類、単子葉類等の被子植物;シダ植物;コケ植物;水草類;等が挙げられる。
藻類、菌類、植物等から、本発明の方法を用いて固体粉末を得て、それらを例えば健康食品等に使用して、他方の液体を栽培液又は培養液に含有させて、該生物の培養・成長に使用することが特に好ましい。
これらの生物は、大量に生産されていることもあり、本来の目的に用いられた後の残部が、本発明における「生物の一部」、すなわち固液分離対象物として有効に使用できる。
例えば、上記生物が植物又はキノコであれば、本来の目的に用いられ有用部分が除かれた残部としては、果物の果皮、種子等の「食用部分以外の部分」;野菜、キノコ等の「食用部分以外の部分」;花卉の茎、根等の「観賞用以外の部分」;漢方薬草、香草若しくはハーブ等の「本来の目的部分以外の部分」;等が挙げられる。
本発明によれば、外部から「固液分離対象物である生物以外のもの」を実質的には投入する必要がなく、従って投入しない(具体的には、固液分離溶媒も固液分離蒸気も実質的に添加しない)ことによって、得られる生物成長材は、固液分離対象物である生物に含有される成分のみからなり、更には、該生物(の細胞)に含有される成分の実質的に全てを含有させることができる。
本発明によって得られる生物成長材は、上記のような成分組成であることが好ましい。
容器100は、生物Aを収容し、破砕撹拌機110で破砕しながら撹拌し、該破砕・撹拌下に、加熱ユニット120によって外部から熱を加えつつ減圧して固液分離する容器である。
容器100は、破砕撹拌機110を収容した下部半円筒部101と、その上に形成された上部角形部102とからなる。少なくとも下部半円筒部101の周囲には、容器100の内部に熱を加える蒸気室121がある。
下部半円筒部101の最下部の中央には、固液分離後の固体を取り出す固体粉末取出口140が設けられている。
上記上部角形部102の上部には、吸引される蒸気の気体取出口130が設けられ、言い換えれば、生物Aから発生する気体を取り出す気体取出口130が設けられ、この気体取出口130には、冷却器200につながる気体配管131が接続されている。
上記破砕・撹拌は、「複数の回転刃113a、113bを有する回転刃体112a、112b」及び「固液分離装置の内面(好ましくは上記下部半円筒部101の下内面)に設けられた複数の凸型固定刃111」を備えた固液分離装置内で行うことが、上記効果を得るために特に好ましい。
本発明の生物成長材の製造方法は、上記破砕撹拌機110が2個以上の回転刃体112a、112bを有し、該回転刃体112a、112bを同方向に回転させることで、上記生物Aを破砕しつつ撹拌し、固液分離完了後には、固体を上記容器100の内壁から掻き取り、上記固体粉末取出口140に向けて掻き寄せることが好ましい。ただし、回転刃体112は1個でも好ましい。
回転速度が小さ過ぎるときは、破砕、撹拌及び/又は固液分離の効率が悪くなる場合、容器100内で破砕されつつある生物Aに温度ムラが生じる場合等があり、一方、回転速度が大き過ぎるときは、破砕撹拌機110に過剰の負荷がかかる場合、細胞膜に障害を与える場合等がある。
なお、図4では、凸型固定刃111と回転刃113a、113bとは、噛み合いが時間をずらして順次行われるように、周方向に位置をずらして配設し、これにより破砕撹拌機110の駆動モータの動力の瞬間的増大が起こらないようにしている。
1個の回転刃体に設けられた回転刃が少な過ぎると、破砕、撹拌及び/又は固液分離の効率が悪くなる場合、蒸発が抑制されて温度が上昇する場合等があり、一方、多過ぎると、過度の破砕と撹拌が行われるために、回転に負荷がかかる場合、細胞水の固液分離速度が上がり過ぎて水の蒸発熱で生物Aの温度が下がる場合等がある。
主たる固液分離中の生物Aのサイズは、好ましくは15mm以下、より好ましくは10mm以下、特に好ましく5mm以下である。
また、元々の生物のサイズが、野菜、果物等(の一部)のように大きい場合には、下限は、好ましくは1mm以上、より好ましくは1.3mm以上、特に好ましくは1.6mm以上である。
上記サイズは、破砕された生物Aの最大差し渡し長さの重量平均値(体積平均値)である。
容器100の中には、図3に示すように、下部半円筒部101の片側上部に、この上に載る生物Aが円滑に落ちるように傾斜面107が設けられている。
本発明においては、加熱ユニット120による加熱水蒸気の蒸気室への流量によって加熱をコントロールし、生物Aからの細胞水の蒸発熱を冷却に利用すべく減圧装置の気体排出量によって冷却をコントロールする。
該生物Aの温度は、少なくとも主たる固液分離中は、20℃以上45℃以下が好ましく、25℃以上42℃以下がより好ましく、30℃以上40℃以下が更に好ましく、33℃以上37℃以下が特に好ましい。
上記温度範囲であると、自然界の生物が有する、成分組成・純度、極微量成分、低沸点成分、不安定物質等を、変質も分解もさせずに得ることができる。
主たる固液分離中の生物Aの温度(範囲)は、本発明の効果を得るために極めて重要であり、たとえ投入する生物Aが個体として死んでいたとしても、通常の生物が正常にその生命を維持できる、又は、細胞が死なない上記温度範囲(特に温度上限)が望ましい。
本発明における容器100内の破砕撹拌機110は、上記した通り、少なくとも主たる固液分離中は、該生物Aの細胞が有する細胞膜を実質的に破壊しないように、前記したサイズの範囲に破砕しつつ撹拌できるようになっているが、固液分離が終了した後は、生物成長材を固体粉末として確保すべく、温度を上記上限温度より高くして、良好に粉末化を図ることも好ましい。また、該生物A中の細胞水が少なくなると、水の蒸発熱による冷却を期待できない場合がある。
ここで、「主たる固液分離」とは、固液分離初期から、容器100に投入した固液分離対象の生物Aの90質量%が固液分離されるまでを言う。
本発明においては、細胞水の蒸発熱によって、該生物Aの温度を前記温度の上限以下に維持するように、該容器100内を減圧しつつ固液分離する。
該質量が小さ過ぎると、バッチを繰り返して固液分離することになるので、コストアップになり商業的に使用できなくなる。また、本発明における前記又は後記した特殊な固液分離条件(容器内圧力、気体排出能力等)や、装置(回転刃体112を有する粉砕撹拌機110、減圧器300等)を適用する意味が薄れる場合がある。すなわち、本発明における「主たる固液分離中の圧力」、減圧器種類、気体排出能力、蒸発熱を冷却に利用すること、等の(好ましい)要件・特徴が生かされない場合がある。本発明は、生物Aの量が上記下限以上の時に特にその効果を奏する。言い換えれば、上記下限は、本発明の固液分離条件が有効に働く(初めて意味を持つ)ようになる点から重要である。
一方、大き過ぎると、本発明の前記効果を発揮できるような減圧器300がそもそも存在しない場合;具体的には、特に、生物Aの昇温を水の蒸発熱で抑制できるだけの気体排出能力と減圧度を有する減圧器300が存在しないか又は極めて高価となる場合;容器100の筐体に減圧負荷がかかり過ぎる場合;等がある。
V[L]/M[kg]の値が小さ過ぎると、破砕、撹拌等を良好に実行できない場合がある。
一方、V[L]/M[kg]の値が大き過ぎると、大きな容器100が無駄になる場合;容器100が大き過ぎて、減圧器300の気体排出能力が十分に発揮できず、その結果、蒸発熱による生物Aの冷却ができず、該生物Aの温度が前記温度範囲の上限を超えてしまう場合;等がある。
破砕撹拌機110を前記したような構造にすることによって、すなわち、図4に示したように、回転刃体112a、112bを「く」の字115a、115bの形にすることによって、固液分離終了後の固体を、容器100の下部中央に集め易くなり、該固体の取出しが容易となるが、そのために、固体粉末取出口140は、容器100の下部中央近傍に設けられることが好ましい。
かかる形状の回転刃体112a、112bは、固体Cを容器100の内壁から良好に掻き取り、容器100の下部中央近傍に設けられた固体粉末取出口140に向けて掻き寄せることによって、歩留まり良く(さらさらの)個体Cが獲得できる。
該冷却器200の冷却媒体としては、「0℃以上であり、上記容器100の気体取出口130から取り出された気体の温度より5℃以上低い(特に好ましくは7℃以上低い)温度」の水を用いることが、冷却して液化する効率の点から好ましい。
冷却媒体である水の温度が高過ぎると、固液分離気体の一部が液化されず収率が落ちる場合がある。このような冷却器200としては、公知のものが用いられ得る。
該減圧器300としては、水の蒸発熱による吸熱で、該生物Aの温度が50℃を超えないように、又は、所定の好ましい温度を超えないように、内容積が1m3の容器を用いた場合に換算して、常圧体積20m3/時間以上の気体排出能力を有する減圧器300を用いる。
具体的には、例えば、内容積が1m3の容器を用いた場合は、常圧体積20m3/時間以上の気体排出能力を有する減圧器300が必須であり、内容積が0.1m3の容器を用いた場合は、常圧体積2m3/時間以上の気体排出能力を有する減圧器300が必須であり、内容積が0.5m3の容器を用いた場合は、常圧体積10m3/時間以上の気体排出能力を有する減圧器300が必須であり、内容積が2m3の容器を用いた場合は、常圧体積40m3/時間以上の気体排出能力を有する減圧器300が必須である。
減圧器300の気体排出能力が小さ過ぎると、固液分離効率が落ちる場合、水の蒸発熱による生物Aの過昇温防止効果が得られ難くなって、該生物Aの温度が上がり過ぎる場合等がある。
減圧器300の気体排出能力が大き過ぎると、そもそも下記する減圧度を達成しつつ、このような大きな気体排出能力を有する減圧器300が存在しない又は極めて高価若しくは極めて大型となる場合がある。
より好ましくは1.3kPa(1気圧に対して、−100kPa)以上9kPa(1気圧に対して、−92.3kPa)以下であり、特に好ましくは2kPa(1気圧に対して、−99.3kPa)以上8.6kPa(1気圧に対して、−92.7kPa)以下であり、更に好ましくは3.3kPa(1気圧に対して、−98kPa)以上8.3kPa(1気圧に対して、−93kPa)以下である。
一方、減圧度が高過ぎると(圧力が低過ぎると)、下記する「該圧力における水の沸点」と「生物の前記温度範囲」との関係で、そこまで低圧力にする必要がない場合があり、また、そもそも前記した気体排出能力を有した上に、そこまで減圧度を上げられる減圧器300が存在しない又は極めて大型で極めて高価になる場合等がある。
10 1.2
20 2.3
30 4.2
40 7.4
50 12.3
容器内圧力が上記下限以上であると、過度の蒸発熱による生物Aや細胞水の冷却がない。一方、容器内圧力が上記上限以下であると、商業的規模で十分な気体排出能力を有することを条件で、そのような圧力を実現できる減圧器が商業的規模で存在可能であり、また、細胞水が穏やかに沸騰して細胞膜を破損しない。
前記した高い気体排出能力の数値は、かかる水エジェクタで達成できるとは言っても汎用的な数値ではない。前記した高い気体排出能力の数値は、(例えば好ましい態様を下記する)水エジェクタを有する減圧器の構造(特に、吸引孔、水位、消音器等);噴射する水の温度;噴射速度;噴射ノズル径;単位時間当たりの噴射量;噴射距離等を調整して得る。
図5と図6に示した「横噴射型の水エジェクタ」は、水を受ける筒形の水入口片1と、該水入口片1の下流側に設けられ、該水入口片1から流入する水と吸引ガスとを混合する主管スロート6と、該主管スロート6の下流側端部に接続して設けられ、内径が末広がり形状をなすパイプからなる出力片7を有している。
更に要すれば、円筒形状をなし、該出力片7の下流側端部に設けられ、水と吸引ガスとの混合物を流す消音器12と、該消音器12に取付けられ、水が流出する際に該消音器12内に空気を取り入れて、該消音器12内の気圧の急変を防止する吸気管11とを備えている。
また、前記水タンク303からの水を吸込んで水入口片1より吐出する水循環ポンプ302、前記水入口片1、前記主管スロート6、前記出力片7、及び、前記消音器12を含む循環路を、前記水タンク302内の水位17より低く設定してあることが好ましい。
該水入口片1よりも直径の太い主管スロート6が入口片1に接続されている。該主管スロート6の形状は単純なパイプ形状である。
該主管スロート6の入口部には、パイプ管壁を貫通する複数個の吸引孔4が開けられており、該吸引孔4は、吸引管3を通じ真空引き(減圧)する際に、吸込みガス(細胞水と酵素の気体)を主管スロート6内に吸引するためのものである。
また、水入口片1、主管スロート6、及び、出口片7を被覆する外被管8が、外側に円筒状に接続されている。これら1〜8で示す部材により、水エジェクタ301が構成される。
12は消音器であり、図5のように、該消音器12の内径は、水エジェクタ301の出力片7の出口の内径より太いパイプ形状を有する。
真空引き機能は、吸引管3だけを通じて行うように、中空円形状の仕切板5が設けられている。該仕切板5の内側部は、主管スロート6の外側部に固着され、該仕切板5の外周部は、外被管8に固着され十分な気密性が保たれるようになっている。
水エジェクタ301は、その終端の出力側フランジ9を使い、該水タンク303の外側より固着されている。
消音器12は、フランジ10で水タンク303の内側より、出力側フランジ9と同位置に固着されている。これにより水タンク303内では、水エジェクタ301と消音器12は、水タンク303の内部で連結されている。
また、水流を作る水循環ポンプ302に接続されている戻り配管14を通じて、水が循環して再利用される構造となっている。
戻り配管14、水循環ポンプ302、吐出配管15、水エジェクタ301、及び、消音器12からなる循環路は、水タンク303内の水位17より低く設定されている。
一方、時間が長過ぎる場合は、時間が無駄でコストアップになる場合;本発明における前記又は後記した特殊な固液分離条件(容器内圧力、気体排出能力等)や、装置(回転刃体112を有する粉砕撹拌機110、減圧器300等)を適用する意味が薄れる場合;等がある。すなわち、本発明における、「主たる固液分離中の圧力」、減圧器種類、気体排出能力、「蒸発熱を冷却に利用すること」等の(好ましい)要件・特徴が生かされない場合がある。
上記冷却器200からの固液分離液を回収獲得容器400に貯めると、下層に水相(水層)401が、上層に油相(油層)402が位置する場合があるので、液体取出しバルブ405を開いて、水相(水層)取出し口404から、下層の水相(水層)401である液体Bのみを最終容器(図示せず)に抜き出すことができる。
本発明の生物成長材の製造方法では、上記回収獲得容器400に回収された液体Bから、比重の差を利用して、下層の水相401と上層の油相402を別々に獲得することも好ましく、その一方だけを生物成長材として用いることもできる。
まず、固液分離作業開始に当り、冷却水供給装置に冷却水を充填し、冷却器200に冷却水を循環させる。次いで、生物Aを生物投入口103から容器100内に投入して生物投入口蓋104を閉じる。
そして、破砕撹拌機110は、図2〜図4の矢印Rの回転方向に回転させ、容器100内の生物Aを撹拌しながら、回転刃113a、113bと凸型固定刃111との間で生物Aを破砕する。
かかる破砕撹拌機110によって破砕することで、細胞膜を殆ど破壊せず、また破砕しながら固液分離することで、細胞水等の細胞内物質の「変性」や「散逸による減量」を防ぐことができる。
その際、蒸気室121内に送り込む加熱用蒸気の温度や量を調整したり、減圧器300である水エジェクタ301に供給する水の量・圧力・噴射速度等を調整して気体排出能力や容器内の圧力を適切に設定したりして、生物Aの温度を10℃以上50℃以下の範囲(更にはより好ましい範囲)に維持する。
容器100内の生物Aに含まれる「揮発成分である細胞内物質の蒸気」及び「細胞水の主成分である水の蒸気」(水蒸気)は、気体配管131を通して吸引され、冷却器200に導入され液化されて、回収液となって回収獲得容器400内に溜まる。
「液体の生物成長材」すなわち液体Bを獲得後、容器100内に残った「固体の生物成長材」すなわち固体Cを、固体粉末取出し口140から回収する。
このうち、水蒸気蒸留法や直接抽出法では、生物Aと媒体を(通常は60℃以上に)加熱するため、酵素を含め細胞内物質(有効成分)が変性・熱分解する、散逸する等で、細胞内物質(有効成分)をそのまま含むものが十分に得られない。なお、生物Aが50℃より高くなると、酵素等の細胞内物質が失活する。
また、水蒸気蒸留法では、抽出に用いた水蒸気が液化した水が細胞水に混合することで、全て天然由来の抽出液ではなくなるし、抽出残渣物にも外部からの水(由来物)が混入することになる。
更に、抽出液の収量も一般には少ない。抽出溶媒として水を用いる場合でも、抽出のために加えた水が残留するので、全て天然由来であるとは言えない。
抽出溶媒を使用しない圧搾法は、採取するときに沸点が100℃より高い油(例えば、ごま油、つばき油等)を通常は用いるが、水性液を採取する場合や揮発性物質を採取する場合は、収率が著しく落ちるため使用できない。
超臨界抽出法では、高圧を要するので高価な設備を必要とする、媒体由来の極微量の不純物が混入する等の問題点がある。
また、フリーズドライ法では、水が氷になるのでその際に細胞膜が破壊される。
また、生物Aを「破砕しつつではなく加熱・減圧」して固液分離する通常の方法では、生物Aの組織や細胞の中に含まれている種々の成分を効率的に獲得し利用できない場合があった。
前記した通り、生物成長に効果を奏する有効成分の具体的な化学構造は不明であり、該有効成分を直接特定することは不可能である。また、該有効成分は極微量である可能性があり、複数物質の相乗効果の可能性もあるので、本発明の生物成長材を、構造やパラメーター等で直接特定することはおよそ実際的でない。
本発明の生物成長材が固体粉末の場合には、土壌に固体のまま撒いてもよいし鋤き込んでもよい。該粉末固体を分散させて栽培液を調製するときは、栽培液全体に対して該固体粉末の生物成長材が、1質量%以上50質量%以下が好ましく、2質量%以上35質量%以下がより好ましく、5質量%以上20質量%以下が特に好ましい。なお、該固体粉末には、比較的蒸気圧が高い水溶性成分が含まれる場合がある。
例えば、上記生物に食用となる部分がある場合、本来の栽培目的に用いられ食用部分が除かれた残部としては、果物の果皮、種子等の「食用部分以外の部分」;野菜、キノコ等の「食用部分以外の部分」;花卉の茎、根等の「観賞用部分以外の部分」;漢方薬草、香草若しくはハーブ等の「本来の目的部分以外の部分」;等が挙げられる。また、本来の目的部分ではあるが、出荷しなかった等の理由で不要となったものを、該「生物の一部」として用いることも好ましい。
現在、不要物として廃棄されている部分にも、その生物の成長に有効な微量成分が存在するが、従来の抽出方法では、該微量物質は分解してしまい、効果が確認できるように抽出できていなかったものと考えられる。
固液分離対象物である生物Aとして長ネギを用いた。まず長ネギを5cmの長さに切って得られた嵩が約100Lの切断長ネギ(約40kg)を、図1〜3に示した容器100(投入容量100L、容器の体積(内容積)0.2m3)に投入し、図2と図4に示したような回転刃体112a、112bを有する破砕撹拌機110によって、回転刃体を4回転/分で回転させ、破砕しながら固液分離した。
その際、該破砕撹拌機110(1.5kW)によって、少なくとも主たる固液分離中は、長ネギの細胞が有する細胞膜を実質的に破壊しないように、該長ネギを撹拌しつつ約2mm〜約6mmに破砕した。
使用した水エジェクタ301は、横噴射型の水エジェクタ(3.7kW)であり、引かれる方がオープンの場合、常圧体積20m3/時間以上の気体排出能力を有する水エジェクタであった。
原料の長ネギと得られた生物成長材は、容器内でも冷却・回収時でも下層上層獲得時でも常に35℃±2℃を保った。
また、得られた長ネギからの「固体の生物成長材」は、着色がなく、さらさらとした粉末であり食することができた。
製造例1の長ネギに代えて、加工していない、バラの木の全体、ミカンの果皮、及び、ラベンダーの全体を用いた以外は、製造例1と同様にして、液体及び固体の生物成長材を得た。
製造例1の長ネギに代えて、トマトの木、及び、シシトウの木から、それぞれ食用となるトマト及びシシトウを収穫した後の「茎と葉の部分」を用いた以外は、製造例1と同様に固液分離して、液体及び固体の生物成長材を得た。
製造例1の長ネギに代えて、原生生物界に属する生物である褐藻を固液分離対象物として用いて、製造例1と同様に固液分離して、フコイダンを含有する固体(粉末)の方を食用とし、液体の方を生物成長材とした。
製造例1の長ネギに代えて、菌界に属する生物である生のシイタケを固液分離対象物として用いて、製造例1と同様に固液分離して、固体(粉末)の方を食用とし、液体の方を生物成長材とした。
製造例1で得た液体及び固体の生物成長材を、それぞれ5倍(質量比)に水で希釈し、それぞれ土壌に撒いて、長ネギを育てたところ、成長速度が速く、収穫した長ネギも大きく、風味も良かった。
製造例2で得た液体及び固体の生物成長材を、それぞれ5倍(質量比)に水で希釈し、それぞれ土壌に撒いて、それぞれ、バラ、ミカン、及び、ラベンダーを育てたところ、何れも成長速度が速く、収穫したものが大きく、味及び/香りも良かった。
図8(b)に示したように、生物成長材からなる栽培液(A2)では、栽培開始から10日目には、バラの枝から若葉が出てきた。一方、精製水からなる栽培液(B2)で栽培したものからは、10日目では若葉が出てこなかった(図示せず)。
図9に示したように、栽培開始から3日目には、生物成長材からなる栽培液(A3)で栽培したもの(図9の右側)は、水道水からなる栽培液(B3)で栽培したもの(図9の左側)より、明らかにその成長速度が速かった。
製造例3で得た液体及び固体の生物成長材を、それぞれ5倍(質量比)に水で希釈し、それぞれ土壌に撒いて、それぞれ、トマト、シシトウを育てたところ、何れも、成長速度が速く、収穫したものも大きく、風味も良かった。
また、別の野菜から得られた生物成長材を用いて上記野菜を育てたところ、成長速度が速く、収穫したトマトやシシトウも大きく、風味も良かった。野菜であれば、異なる野菜を用いても、効果があることが分かった。
10日後に比較したところ、本発明の生物成長材を含有する栽培液(A4)で栽培したシシトウの木(図10(a)の左側)は、精製水よりなる栽培液(B4)で栽培したシシトウの木(図10(a)の右側)より、葉の成長が速かった。
また、根についても、栽培液(A4)で栽培したシシトウの木(図10(b)の左側)は、精製水よりなる栽培液(B4)で栽培したシシトウの木(図10(b)の右側)より著しく成長が速かった。
製造例4で褐藻を固液分離して得られた液体の生物成長材を、褐藻を育てている水槽の中に入れ、そこで褐藻を育てたところ、褐藻の成長速度・増殖速度が速く、早く収穫ができた。
製造例5でシイタケを固液分離して得られた液体の生物成長材を、シイタケを育てている菌床に含ませ、そこでシイタケを育てたところ、成長速度が速く、得られたシイタケは風味も良かった。
従って、それらは、食物を生産する農業や水産業のみならず、一般食品、健康食品、医薬品等の製造分野や、植物工場、飼料工場等においても広く利用されるものである。
2 入口側フランジ
3 吸引管
4 吸引孔
5 仕切板
6 主管スロート
7 出方片
8 外被管
9 出力側フランジ
10 フランジ
11 吸気管
12 消音器
12a 水平部
12b 垂直部
12c 終端
14 戻り配管
15 吐出配管
17 水タンク水位
18 オーバーフロー通風口
100 容器
101 下部半円筒部
102 上部角形部
103 生物投入口
104 生物投入口蓋
105a 端壁
105b 端壁
106a 端板
106b 端板
107 傾斜面
108 真空計
109a 温度計
109b 温度計
110 破砕撹拌機
111 凸型固定刃
112a 回転刃体
112b 回転刃体
113a 回転刃
113b 回転刃
114a 回転刃溝
114b 回転刃溝
115a 「く」の字
115b 「く」の字
120 加熱ユニット
121 蒸気室
122 蒸気供給装置
130 気体取出口
131 気体配管
140 固体粉末取出口
200 冷却器
300 減圧器
301 水エジェクタ
302 水循環ポンプ
303 水タンク
400 回収獲得容器
401 水相(水層)
402 油相(油層)
403 油相(油層)取出し口
404 水相(水層)取出し口
405 液体取出しバルブ
A 生物(生物の全体又は一部)
B 液体
C 固体
D 精油(液体)
R 回転方向
Claims (17)
- 原生生物界、菌界又は植物界に属する生物の全体若しくは一部を固液分離対象物とし、該固液分離対象物を容器内において50℃以下で固液分離し、該固液分離された固体又は液体を該生物の成長を促すために使用する、該固体又は該液体を含有する生物成長材の製造方法であって、
該容器内に設置された破砕撹拌機によって、該生物の細胞が有する細胞膜を実質的に破壊しないように、該生物を20mm以下に破砕しつつ撹拌し、
該容器に設置された加熱ユニットによって該容器を加熱し、該生物が有する細胞内物質を失活させないように、該固液分離対象物の温度を10℃以上50℃以下の温度範囲に維持し、
内容積が1m3の容器を用いた場合に換算して、常圧体積20m3/時間以上の気体排出能力を有する減圧器を用い、該容器内の圧力を10kPa以下に維持して、細胞水の蒸発熱で該固液分離対象物の温度が50℃を超えないように吸熱して、
該生物の全体若しくは一部を固液分離することを特徴とする生物成長材の製造方法。 - 上記減圧器が、水を噴射することによって減圧を達成する水エジェクタである請求項1に記載の生物成長材の製造方法。
- 上記減圧器が、水循環ポンプを有する横噴射型の水エジェクタである請求項1又は請求項2に記載の生物成長材の製造方法。
- 上記容器の体積をV[L]とし、該容器に投入する上記固液分離対象物の質量をM[kg]とするときに、V[L]をM[kg]の2倍以上5倍以下に設定する請求項1ないし請求項3の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法。
- 上記水エジェクタにおいて噴射する水の温度を、0℃以上であり、上記容器の気体取出口から取り出される気体の温度より5℃以上低く設定する請求項2ないし請求項4の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法。
- 上記容器の下部が円筒状になっており、その内壁に複数の凸型固定刃を有すると共に、上記破砕撹拌機は、1個に複数の回転刃を有する回転刃体を有し、該回転刃体を回転させることによって、容器内の上記固液分離対象物を、該凸型固定刃と該回転刃で破砕する請求項1ないし請求項5の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法。
- 上記固液分離対象物を、上記生物の細胞が有する細胞膜を実質的に破壊しないように、10mm以下に破砕する請求項1ないし請求項6の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法。
- 上記容器内の圧力を1kPa以上10kPa以下に維持して固液分離する請求項1ないし請求項7の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法。
- 「上記生物の全体若しくは一部」以外の物質を、上記容器内に実質的に投入しないで固液分離する請求項1ないし請求項8の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法。
- 上記原生生物界に属する生物が藻類であり、上記菌界に属する生物がカビ類又はキノコ類であり、上記植物界に属する生物が裸子植物、被子植物、シダ植物又はコケ植物である請求項1ないし請求項9の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法。
- 上記生物の全体若しくは一部を固液分離対象物として固液分離して得た固体又は液体の一方を該生物特有の有用物として使用し、他方を生物成長材とする請求項1ないし請求項10の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法。
- 上記固液分離対象物である「生物の一部」が、該生物から該生物特有の有用物部分を除いた後の残部である請求項1ないし請求項11の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法。
- 上記生物成長材は、上記生物を成長させるための栽培液又は培養液に含有されて使用されるものである請求項1ないし請求項12の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法。
- 請求項1ないし請求項13の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法を使用して得たものであることを特徴とする生物成長材。
- 請求項1ないし請求項13の何れかの請求項に記載の生物成長材の製造方法を使用して得た固体又は液体の一方を該生物特有の有用物として使用したときの、他方の液体又は固体である請求項14に記載の生物成長材。
- 上記固液分離対象物である「生物の一部」が、該生物から該生物特有の有用物部分を除いた後の残部である請求項14又は請求項15に記載の生物成長材。
- 上記生物を成長させるための栽培液又は培養液に含有されて使用されるものである請求項14ないし請求項16の何れかの請求項に記載の生物成長材。
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