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高級脂肪酸検出センサー UPDATE

国内特許コード P180015121
整理番号 177
掲載日 2018年6月22日
出願番号 特願2016-170737
公開番号 特開2018-036182
出願日 平成28年9月1日(2016.9.1)
公開日 平成30年3月8日(2018.3.8)
発明者
  • 小林 拓朗
  • 倉持 秀敏
  • 徐 開欽
出願人
  • 国立研究開発法人国立環境研究所
発明の名称 高級脂肪酸検出センサー UPDATE
発明の概要 【課題】迅速に高級脂肪酸を検出でき、さらに有機性廃棄物のメタン発酵処理において、油脂の分解過程で生じる高級脂肪酸の阻害が連続運転の障害となるので、発酵処理液中の高級脂肪酸を迅速に検出し、濃度モニタリング可能な高級脂肪酸検出センサーを提供する。
【解決手段】有機性廃棄物発酵液中の高級脂肪酸を吸着・検出するために、水晶振動子の表面に絶縁を目的とした第一膜と高級脂肪酸吸着を目的とした第二膜からなる二重の被膜が形成された高級脂肪酸検出センサーを使用することで、メタン発酵液中の高級脂肪酸濃度を短時間で定量的に測定する。絶縁を目的とした第一膜としては例えば高分子のポリビニルブチラールなど、高級脂肪酸吸着を目的とした第二膜としては例えば高分子のスチレン-ジビニルベンゼン共重合体などが使用できる。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要


油脂を含む有機性廃棄物は、単位重量あたりエネルギー密度の高さや発生量の大きさの点で、バイオ燃料生産にとって魅力的な原料である。油脂性の廃棄物から生産される燃料の形態は、主にバイオディーゼルかバイオガスである。



その中でも、油脂の純度が低く、油分の抽出が難しい食品廃棄物やグリーストラップ汚泥等はメタン発酵によるバイオガスへの変換に適している。乾燥重量1gあたりのメタン発生ポテンシャルは、炭水化物が375mL、タンパク質が525mLであるのに対して、脂質は1,019mLであり、高いメタン収率が期待できる。



最近では、メタン収率を向上させるための取り組みとして、油脂高含有廃棄物と他のバイオマスとの混合発酵が世界的に検討されている(特許文献1)。



メタン発酵において、油脂すなわちトリグリセリドは、まず微生物群が分泌するリパーゼに触媒されてグリセリンと脂肪酸とに加水分解される。一般的に、発酵原料に含まれるトリグリセリドは炭素数12以上の高級脂肪酸で構成されている。加水分解によって生成する高級脂肪酸は、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、リノール酸であることが多い。これらの高級脂肪酸は、β酸化と呼ばれる多段階の逐次反応を経て、酢酸と水素へと分解される。酢酸と水素は、メタン生成菌により最終的にメタンへと変換される。有機性廃棄物の発酵処理の上で最も問題となりやすいのは、高級脂肪酸がメタン生成菌に対して強い阻害をもたらすことである。



高級脂肪酸は、わずか数mMの濃度でメタン生成菌を失活させ、メタン発酵槽の連続運転を破綻させるのに十分である。通常、上で述べたβ酸化反応が滞りなく進行していれば、高級脂肪酸が蓄積することはない。しかしながら、β酸化は率速段階となりやすく、過剰な油脂の負荷、即ち高い油脂濃度の有機性廃棄物の発酵処理は高級脂肪酸に由来する阻害を引き起こす可能性が高まる。



このような問題に対して、カルシウムやベントナイト、ゼオライト添加等、阻害を低減するための対策も研究されてきた。Kosterは、カルシウム添加による高級脂肪酸無害化までの暴露時間の、メタン生成菌への阻害に対する影響を調査しており、7.5mMのラウリン酸への約90分の暴露によってメタン生成菌の活性が70%以上も低下したと報告している(特許文献2)。



つまり、上述のような対策によってメタン生成菌の活性の低下を抑制しつつ安定したメタン発酵を行うためには、発酵液の高級脂肪酸濃度をリアルタイムで把握し、阻害が危惧される水準に至った際には、対策のための意思決定を迅速に行うことが理想的である。



しかしながら、従来メタン発酵における発酵液中の高級脂肪酸の測定は、ガスクロマトグラフや高速液体クロマトグラフによるものであり、測定場所が制限されるうえに長い測定時間が必要である。さらに、抽出や誘導体化等の複雑な前処理を必要とする。一般に、即日に発酵液中の高級脂肪酸の濃度を特定することは困難である。短時間で、メタン発酵における発酵液中の高級脂肪酸を測定する手法は知られていない。

産業上の利用分野


本発明は、迅速に高級脂肪酸を検出でき、有機性廃棄物の発酵処理液中に発酵途中で生成される高級脂肪酸の濃度をモニタリングすることも可能な高級脂肪酸検出センサー、さらにその利用に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
水晶板に金属電極を備える水晶振動子と、少なくとも前記金属電極を覆い絶縁する第一膜と、前記第一膜の表面をコーティングし高級脂肪酸を吸着するための第二膜と、からなることを特徴とする高級脂肪酸検出センサー。

【請求項2】
前記第一膜が、絶縁の機能を有する高分子または無機物であることを特徴とする請求項1に記載の高級脂肪酸検出センサー。

【請求項3】
前記絶縁の機能を有する高分子が、ポリビニルブチラール(PVB)であることを特徴とする請求項2に記載の高級脂肪酸検出センサー。

【請求項4】
前記第二膜が、高級脂肪酸の吸着もしくは収着性能を有する高分子であることを特徴とする請求項1に記載の高級脂肪酸検出センサー。

【請求項5】
前記高級脂肪酸の吸着もしくは収着性能を有する高分子が、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体(PSDVB)であることを特徴とする請求項4に記載の高級脂肪酸検出センサー。

【請求項6】
有機性廃棄物の発酵液中での使用であって、
前記第一膜及び第二膜の前記水晶振動子表面への被膜量さらに有機性廃棄物発酵液濃度を調節して、測定中の前記水晶振動子の直列共振抵抗を制御し、十分な発振余裕度を保持することを特徴とする請求項1~請求項5の何れか1項に記載の高級脂肪酸検出センサーの利用方法。

【請求項7】
前記有機性廃棄物発酵液のpHを調節して、検出対象である高級脂肪酸の解離を促すことでトリグリセリドとの混合物中において高級脂肪酸の選択的な検出を行うことを特徴とする請求項1~請求項5の何れか1項に記載の高級脂肪酸検出センサーの利用方法。

【請求項8】
請求項1~請求項5の何れか1項に記載の高級脂肪酸検出センサーを用いて、有機性廃棄物の発酵液中の高級脂肪酸の濃度を把握し、前記高級脂肪酸の濃度を抑制制御することを特徴とする有機性廃棄物発酵槽の運転管理方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016170737thum.jpg
出願権利状態 公開


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