專利名稱：利用食品垃圾制造乳酸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用食品垃圾制造乳酸的方法。
更詳細地說，本發(fā)明涉及如下述利用食品垃圾制造乳酸的方法，即，在發(fā)酵罐內(nèi)將食品垃圾維持在殺菌溫度后，利用微生物的發(fā)酵減少食品垃圾中所含的乳酸量。接著，通過將反應(yīng)生成物供乳酸發(fā)酵使用而制得乳酸，在回收此乳酸的同時將回收后的反應(yīng)槽再次調(diào)至殺菌溫度，供存放食品垃圾循環(huán)使用，如上述循環(huán)至少2個并行進行。
背景技術(shù)：
從食品垃圾的資源化來說，以食品垃圾作為原料的乳酸發(fā)酵法為有效的資源化方法。以利用乳酸發(fā)酵法生成的乳酸作為原料，合成聚乳酸，即一種可生物降解的塑料，將其加工成聚乳酸袋。利用這種聚乳酸袋收集食品垃圾，可使食品垃圾得到再利用。如上述由食品垃圾制造乳酸，將其作為可生物降解的塑料，即聚乳酸的原料進行利用的情況下，要求提供大量且廉價的乳酸。另外，乳酸最好為高光學(xué)純度。
以食品垃圾為原料進行乳酸發(fā)酵從而制造乳酸的方法中，由于生成的乳酸其立體結(jié)構(gòu)決定于所使用的乳酸菌的種類，所以，從原理上說，制造高光學(xué)純度的乳酸是可能的，但實際上，以社區(qū)等回收的食品垃圾為原料進行乳酸發(fā)酵的情況下，例如即使是乳酸發(fā)酵的條件得到嚴格控制，但最終制造高光學(xué)純度的乳酸還是困難的。社區(qū)等所實施的垃圾處理工序中，食品垃圾是在家庭、工作場所等經(jīng)過一定時間存放后被回收，運送到垃圾處理設(shè)施中的，食品垃圾在這樣的存放、輸送過程中，由于食品垃圾中所含細菌及周圍空氣中所存在的細菌的作用，就會自然地生成光學(xué)純度低的乳酸。另外，將食品垃圾運入乳酸發(fā)酵工廠的過程中，由于運入的時間和頻率是不定期的，工廠內(nèi)，在食品垃圾被運入后到乳酸發(fā)酵開始的這段存放時間，也會由于腐敗而產(chǎn)生純度低的乳酸，因而最終導(dǎo)致光學(xué)純度降低。另外還有存放期間產(chǎn)生惡臭的問題。
而另一方面，處理如食品垃圾這樣的易腐敗物質(zhì)的設(shè)施內(nèi)，要求對用于乳酸發(fā)酵的產(chǎn)生純凈的高光學(xué)純度乳酸的菌進行嚴格管理，因此要求專業(yè)知識和技術(shù)，這就出現(xiàn)了成本上升的問題，從菌的管理方面考慮，則一般不用連續(xù)發(fā)酵法而采用分回發(fā)酵，從而避免雜菌污染帶來的恐懼。但，這種情況下，也要將不定期的且每天不斷地被運來的食品垃圾，不被耽擱地供給高光學(xué)純度發(fā)酵使用，這就必需設(shè)置極多的發(fā)酵罐。從空間及成本等方面考慮，難于實用化。
迄今為止，為了解決上述問題，制造高光學(xué)純度的乳酸，需要在垃圾回收的各個階段徹底進行雜菌的管理，在食品垃圾的來源處，即，家庭和工作場所采取殺菌和阻止微生物活動的措施。另外，例如，即使以上述方式經(jīng)過殺菌處理，但因為是易腐敗的食品垃圾，所以有必要采取下述措施通過安排迅速的回收、在低溫條件下的存放和運送等，防止產(chǎn)生自然的乳酸。但是，做上述工作、實施上述措施，從成本、能源方面考慮，難于在實際中實行。
發(fā)明的公開本發(fā)明所要解決的課題為提供一種適合利用食品垃圾，穩(wěn)定地、且低成本地制造高光學(xué)純度乳酸的方法，該方法可解決上述問題，特別適用于不定期且經(jīng)過多日運來的食品垃圾。
為了解決上述課題，本發(fā)明者進行了深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于食品垃圾在家庭和工作場所存放期間以及往進行乳酸發(fā)酵的設(shè)施輸送期間所產(chǎn)生的乳酸，通過微生物的作用將其有選擇地消耗，在將食品垃圾供乳酸發(fā)酵之前，將其中的乳酸除去，能夠最終提高產(chǎn)生的乳酸的光學(xué)純度。并且，還發(fā)現(xiàn)，對于連日地、不定期且連續(xù)地運來的食品垃圾在存放過程中所出現(xiàn)的腐敗和防臭問題，可通過下述方式解決，即，食品垃圾運來后，立即放入發(fā)酵罐中，在將此發(fā)酵罐密閉的同時，進行加熱處理。另外還發(fā)現(xiàn)，為了使連日地運來的食品垃圾能不耽擱地提供給乳酸分批發(fā)酵利用，需要準備多個發(fā)酵罐，但發(fā)酵罐可以通過下述方法控制到最小數(shù)量，即，適當(dāng)錯開在各發(fā)酵罐進行的反應(yīng)工序的開始時間。此外，將發(fā)酵罐中使用的純菌經(jīng)密閉的將各發(fā)酵罐連接的導(dǎo)管移動。即，在第1發(fā)酵罐中的發(fā)酵結(jié)束時，將該發(fā)酵罐中的食品垃圾發(fā)酵液的一部分移到第2發(fā)酵罐中，開始發(fā)酵，從而在環(huán)境污染方面，也可做到在沒有雜菌污染的條件下使乳酸發(fā)酵繼續(xù)進行。
即，本發(fā)明提供下述利用食品垃圾制造乳酸的方法。
本發(fā)明的第一個方面是，提供一種利用食品垃圾制造乳酸的方法，其特征在于，它包括第1循環(huán)和第2循環(huán)，第1循環(huán)包括工序a-1～工序f-1，第2循環(huán)包括與上述第1循環(huán)的各工序相對應(yīng)的實質(zhì)上相同的工序a-2～工序f-2。上述第1循環(huán)所包括的各工序為(a-1)將食品垃圾收集到第1發(fā)酵罐的工序、(b-1)將上述收集了食品垃圾的第1發(fā)酵罐內(nèi)的溫度維持在可殺菌溫度的工序、(c-1)在經(jīng)過了工序b-1的發(fā)酵罐內(nèi)，利用微生物的發(fā)酵減少上述發(fā)酵罐內(nèi)的乳酸量的工序、(d-1)在經(jīng)過了工序c-1的發(fā)酵罐內(nèi)進行乳酸發(fā)酵的工序、(e-1)將通過工序d-1的乳酸發(fā)酵而生成的乳酸從發(fā)酵罐回收的工序、及(f-1)在經(jīng)過了工序e-1后的第1發(fā)酵罐中收集其它食品垃圾的工序、至此構(gòu)成返回上述工序a-1的循環(huán)；上述第2循環(huán)所包括的各工序為(a-2)將食品垃圾收集到第2發(fā)酵罐的工序、(b-2)將上述收集了食品垃圾的第2發(fā)酵罐內(nèi)的溫度維持在可殺菌溫度的工序、(c-2)在經(jīng)過了工序b-2的發(fā)酵罐內(nèi)，利用微生物的發(fā)酵減少上述發(fā)酵罐內(nèi)的乳酸量的工序、(d-2)在經(jīng)過了工序c-2的發(fā)酵罐內(nèi)進行乳酸發(fā)酵的工序、(e-2)將通過工序d-2的乳酸發(fā)酵而生成的乳酸從發(fā)酵罐回收的工序、及(f-2)在經(jīng)過工序e-2后的第2發(fā)酵罐中收集其它食品垃圾的工序、至此構(gòu)成返回上述工序a-2的循環(huán)；上述第2循環(huán)中的工序a-2的開始時間比上述第1循環(huán)中的工序a-1的開始時間晚；上述工序c-2中用于進行發(fā)酵的微生物來自于上述工序c-1中利用微生物發(fā)酵的發(fā)酵液；且上述工序d-2中用于進行乳酸發(fā)酵的微生物來自于上述工序d-1中進行乳酸發(fā)酵的發(fā)酵液。
本發(fā)明的第二個方面是，提供具有下述特征的本發(fā)明的第1方面所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法上述工序c-1及工序c-2中的乳酸量的減少是通過丙酸發(fā)酵來實現(xiàn)的。
本發(fā)明的第三個方面是，提供具有下述特征的本發(fā)明的第1或第2方面所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法上述工序b-1及工序b-2的可殺菌溫度為60℃以上，不滿95℃。
本發(fā)明的第四個方面是，提供具有下述特征的本發(fā)明的第3方面所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法上述溫度為75℃～85℃。
本發(fā)明的第五個方面是，提供具有下述特征的本發(fā)明的第1至4方面中任一方面所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法上述食品垃圾為不定期地、間斷地并且經(jīng)多日運入的食品垃圾。
本發(fā)明的第六個方面是，提供具有下述特征的本發(fā)明的第5方面所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法上述工序a-2的第2發(fā)酵罐中所收集的食品垃圾為上述工序c-1開始后運入的食品垃圾。
本發(fā)明的第七個方面是，提供具有下述特征的本發(fā)明的第1至6方面中任一方面所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法；上述工序b-1及工序b-2的溫度維持的是利用焚燒垃圾所放出的廢熱。
附圖的簡單說明

圖1表示構(gòu)成本發(fā)明方法的一種方式的各工序。
圖2表示為實施本發(fā)明的方法所使用裝置的一例的示意圖。
實施發(fā)明的最佳方式以下對本發(fā)明的利用食品垃圾制造乳酸的方法(以下簡稱「本發(fā)明的方法」)進行詳細說明。
本發(fā)明的方法包括第1循環(huán)和第2循環(huán)，第1循環(huán)包括工序a-1～工序f-1，第2循環(huán)包括與上述第1循環(huán)的各工序相對應(yīng)的實質(zhì)上相同的工序a-2～工序f-2。
本發(fā)明的第1循環(huán)包括(a-1)將食品垃圾收集到第1發(fā)酵罐的工序；(b-1)將上述收集了食品垃圾的第1發(fā)酵罐內(nèi)的溫度維持在可殺菌溫度的工序；(c-1)在經(jīng)過了工序b-1的發(fā)酵罐內(nèi)，通過微生物的發(fā)酵減少上述發(fā)酵罐內(nèi)的乳酸量的工序；(d-1)在經(jīng)過了工序c-1的發(fā)酵罐內(nèi)進行乳酸發(fā)酵的工序；(e-1)將通過工序d-1的由乳酸發(fā)酵而生成的乳酸從發(fā)酵罐回收的工序；及(f-1)經(jīng)過工序e-1后的第1發(fā)酵罐中收集其它食品垃圾的工序；至此構(gòu)成返回上述工序a-1的循環(huán)。
以下，對第1循環(huán)的各工序進行詳細說明。
在本發(fā)明的方法中的第1循環(huán)其工序a-1是將食品垃圾收集到第1發(fā)酵罐。
在本發(fā)明的方法中所使用的食品垃圾一般是指含有家庭及餐廳等廢棄食物的垃圾。食物包括加熱加工前的物質(zhì)及加熱后的物質(zhì)，即，也含有剩飯。在不使裝置發(fā)生堵塞等故障或不對添加的微生物產(chǎn)生毒性的范圍內(nèi)，所述食品垃圾可混入紙、塑料、木片之類的通常作為「可燃垃圾」被廢棄的物質(zhì)中所含的物質(zhì)。
通常，本發(fā)明的方法中所使用的食品垃圾的構(gòu)成材料有，蔬菜、水果、肉、魚等海產(chǎn)品、飯、面包、茶葉渣等，但不僅限于此，例如，白酒蒸餾糟及啤酒麥汁糟、豆腐渣、糖蜜、廢棄淀粉、或經(jīng)生產(chǎn)調(diào)整的農(nóng)產(chǎn)品、魚骨頭等漁業(yè)廢棄物等進行合適的組合也可以。
食品垃圾以運來后立即收集到發(fā)酵罐為好。
為了能防止外部的雜菌混入，發(fā)酵罐以能密封的為好。這樣，還可以取得防臭的效果。發(fā)酵罐的容量可以根據(jù)作為原料所使用的食品垃圾的量進行適當(dāng)設(shè)定，但本發(fā)明的方法實施于利用從家庭等回收的食品垃圾的情況下(運來的食品垃圾每天為100噸的程度)，例如，可使用大小約為500m3的發(fā)酵罐。
本發(fā)明的方法的第1循環(huán)中，下一個工序為將上述工序a-1中收集了食品垃圾的第1發(fā)酵罐內(nèi)的溫度維持在可殺菌溫度的工序(工序b-1)。
通過實施上述工序b-1，可防止由于運來的食品垃圾的腐敗而導(dǎo)致光學(xué)純度的降低。
工序b-1中所述的可殺菌的溫度，是指對發(fā)酵罐內(nèi)的食品垃圾中所含的細菌有殺菌作用的溫度，對該溫度不做特別限定，但一般可設(shè)定為60～不滿95℃，較好的可設(shè)定為75～85℃。
可殺菌的溫度所要維持的期間，是指對發(fā)酵罐內(nèi)的細菌有殺菌作用的期間，該期間不做特別限定，在工序b-1的期間中，可經(jīng)常維持，也可只在一段時間一次或間斷性地多次維持。
工序b-1所要維持的期間可根據(jù)適合于供發(fā)酵使用的食品垃圾供給的頻率、食品垃圾的種類、數(shù)量等做適當(dāng)設(shè)定。一般情況下，食品垃圾多為白天間斷性地運入的，但只在間斷性地運入這些垃圾的白天維持可殺菌的溫度，這之后的晚上，也可不加熱進行放置。
工序b-1的結(jié)束時間可根據(jù)與第2循環(huán)中向第2發(fā)酵罐收集食品垃圾的工序其開始時間的關(guān)系來決定。即，如下述，第1循環(huán)的工序b-1結(jié)束后、開始工序c-1，此后以迅速開始第2循環(huán)為好。其目的是使第1循環(huán)的工序c-1開始后運來的食品垃圾不受耽擱地收集到第2發(fā)酵罐中。因此，較好的是將第1循環(huán)的工序b-1結(jié)束的時間作為開始第2循環(huán)的準備完畢的時間。
用于加熱的能源不做特別限定，但如果考慮能量成本等，則較好的為例如，在垃圾焚燒處理場之類的有熱量排出設(shè)施的近旁設(shè)置發(fā)酵設(shè)施，從而可利用垃圾焚燒的廢熱。
本發(fā)明的方法的第1循環(huán)中，下一步為在經(jīng)過上述工序b-1的發(fā)酵罐內(nèi)利用微生物的發(fā)酵減少發(fā)酵罐內(nèi)的乳酸量。
食品垃圾在存放、運送的過程中，由于自然的乳酸發(fā)酵，生成D-乳酸、L-乳酸及其鹽(例如，鈉鹽、鉀鹽之類的堿金屬鹽)中的1種以上物質(zhì)的情況較多，本發(fā)明的方法通過實施上述工序c-1，可減少適合于供乳酸發(fā)酵使用的食品垃圾中原來含有的低光學(xué)純度的乳酸量，最終可提高所生成的乳酸的光學(xué)純度。
乳酸的減少量越大，對取得本發(fā)明的效果越好，最好的是使乳酸量為零。
工序c-1中所使用的微生物不做特別限定，但較好的為下述微生物，即，其產(chǎn)生的發(fā)酵生成物對在下一個工序d-1所進行的乳酸發(fā)酵不發(fā)生壞影響。另外，較好的是，此微生物自身不能分解下一個工序d-1中的作為乳酸發(fā)酵基質(zhì)的物質(zhì)(具體來說，糖類等)，或通過適當(dāng)設(shè)定培養(yǎng)條件，使下一個工序d-1中的作為乳酸發(fā)酵基質(zhì)的物質(zhì)，其分解速度能調(diào)節(jié)為慢于乳酸的分解速度。
工序c-1中可以使用的微生物有，丙酸菌(產(chǎn)丙酸丙酸桿菌、費氏丙酸桿菌等)，產(chǎn)生維生素B12的菌等。這些菌在市場上可以購買到。
利用微生物發(fā)酵的條件可根據(jù)所利用的微生物的種類、量、食品垃圾中的乳酸量、糖量等進行適當(dāng)設(shè)定。微生物發(fā)酵的條件至少可根據(jù)乳酸分解速度不慢于乳酸發(fā)酵基質(zhì)的分解速度這樣的條件進行設(shè)定。較好的是可根據(jù)乳酸分解而乳酸發(fā)酵的基質(zhì)不分解這樣的條件進行設(shè)定。
提供微生物發(fā)酵的食品垃圾如果是干燥狀態(tài)，則以使其具有流動性為好。使食品垃圾具有流動性的方法為添加水等。水的添加量不做特別限制，但一般可將固體成分和水分以等量程度設(shè)定。使食品垃圾具有流動性后，將微生物加入其中。使用的微生物如果是產(chǎn)丙酸丙酸桿菌，則發(fā)酵溫度一般可設(shè)定為15～45℃，較好的為24～40℃。
發(fā)酵pH值一般在3～7的范圍，較好的可設(shè)定為4～7的范圍。pH值太高，則食品垃圾中所含的糖類被分解，因此效果不好。另外，pH值在發(fā)酵中可保持一定，但也可在上述范圍內(nèi)變化。通過改變pH值，可調(diào)節(jié)乳酸分解所需要的時間和糖的消費量。
發(fā)酵的氣氛可為密封狀態(tài)，或可為將發(fā)酵罐上部空間用氮氣、二氧化碳氣置換成嫌氣性狀態(tài)。停留時間可根據(jù)食品垃圾的量、所使用的丙酸菌的量等進行適當(dāng)設(shè)定，但相對于含有5g/L程度乳酸的食品垃圾，使用104～106CFU/mL程度丙酸菌的情況下，一般可設(shè)定為24～72小時。
工序c-1結(jié)束的時間可將乳酸消耗之后糖被消耗，從而引起pH值降低作為標示。
在第1循環(huán)中，下一個工序d-1開始之前，較好的是除去工序c-1所使用的微生物或使其失活。但，本發(fā)明的方法是第1循環(huán)的工序c-1所得到的發(fā)酵液中的微生物作為第2循環(huán)的工序c-2的發(fā)酵用微生物使用。因此，即使是在工序d-1開始之前使微生物失活的情況下，也還是至少將一部分的發(fā)酵液從第1循環(huán)的工序c-1回收后，再使微生物失活，這一點是不用說的。
對于微生物的除去或失活方法不做特別限制，可采用適應(yīng)于所使用的微生物的方法。例如，可使用蒸汽等進行高溫殺菌，另外，可在強酸或強堿的條件下使微生物失活。
本發(fā)明的方法中的第1循環(huán)中，下一步是，在經(jīng)過上述工序c-1的發(fā)酵罐內(nèi)進行乳酸發(fā)酵(d-1)。
對于在工序d-1進行的乳酸發(fā)酵所使用的微生物不做特別限制，只要是與工序c-1的生成物發(fā)生作用能生成D-乳酸或L-乳酸中的任何一種所希望的物質(zhì)，則不做特別限制。作為微生物的一例可列舉出，乳酸菌、乳酸桿菌屬、鏈球菌屬、足球菌屬、明串珠菌屬。其中，從工業(yè)生產(chǎn)的觀點來看，乳酸菌中只產(chǎn)生乳酸的均質(zhì)乳酸菌能較好地被使用。生成D-乳酸的乳酸菌有德氏乳桿菌等，生成L-乳酸的乳酸菌有鼠李糖乳桿菌等。這些乳酸菌可使用例如，在ATCC、IFO等產(chǎn)品樣本中記載的乳酸菌。
乳酸發(fā)酵的條件可根據(jù)食品垃圾供給的頻率、使用微生物的種類、其最合適的pH值、最合適的溫度、糖消耗速度、乳酸生成速度、工序c-1所得到的混合物的量、使用的發(fā)酵罐的大小等進行適當(dāng)設(shè)定。
具體來說，發(fā)酵時間一般可設(shè)定為0.5～7日的范圍，較好的為1日～4日的范圍。
發(fā)酵罐中的微生物的濃度，最終可設(shè)定為109～1010CFU/mL的范圍。
發(fā)酵罐中的pH值可設(shè)定為4～9的范圍，較好的為4.5～6的范圍，溫度可設(shè)定為20～80℃的范圍，較好的為30～70℃的范圍。pH值的調(diào)整，例如可采取添加氫氧化鈉之類的堿性物質(zhì)的水溶液的方法。根據(jù)所使用的微生物的種類，發(fā)酵罐中的氣氛可以是嫌氣的，也可以是好氣的。微生物在發(fā)酵罐中可以處于游離狀態(tài)，例如，也可以如載在如聚氨酯泡沫塑料之類的載體上。
工序d-1結(jié)束的時間可將調(diào)整pH用的堿添加量的變化作為標示來決定。即，發(fā)酵結(jié)束時，乳酸幾乎不再生成，因此，堿的添加停止。
本發(fā)明的方法中的第1循環(huán)中，下一步是將上述工序d-1的乳酸發(fā)酵所生成的乳酸從發(fā)酵罐回收(工序e-1)。
上述工序d-1的乳酸發(fā)酵所生成的乳酸主要在發(fā)酵液中。因此，工序e-1的乳酸回收可以下述方式進行，例如可利用離心分離方法將發(fā)酵液從固層中分離?；厥盏陌l(fā)酵液，例如通過在減壓條件下放置而被濃縮后，可作為合成聚乳酸的原料使用，這從由乳酸制造聚乳酸的成本等觀點考慮是比較好的。
如上述方法制得的發(fā)酵濃縮液中，含有乳酸及其他如醋酸、甲酸、丙酸等可形成醇和酯的酸。因此，較好的是，將得到的濃縮液經(jīng)過精制工序的進一步處理后，再作為聚乳酸的原料使用。
精制工序是使工序d-1得到的發(fā)酵液或發(fā)酵液的濃縮液與例如丁醇之類的醇進行酯化反應(yīng)，將乳酸酯化。之后，將含有存在有乳酸酯形態(tài)的乳酸這樣的生成物經(jīng)過如蒸溜處理，從而可以只使乳酸酯得到回收。
在本發(fā)明方法的第1循環(huán)中，下一步是在上述工序e-1的乳酸回收后的發(fā)酵罐中收集其他食品垃圾(工序f-1)，從而返回到上述工序a-1，第1循環(huán)完成。
經(jīng)過上述工序e-1的發(fā)酵罐中，因為殘留有發(fā)酵殘渣等，所以較好的是，從發(fā)酵罐中除去這些發(fā)酵殘渣后再收集新運入的食品垃圾。
本發(fā)明的方法的特征是，此方法包括第1循環(huán)和第2循環(huán)，第1循環(huán)包括工序a-1～工序f-1，第2循環(huán)包括與上述第1循環(huán)的各工序相對應(yīng)的實質(zhì)上相同的工序a-2～工序f-2。
這里，實質(zhì)上相同的意思是各對應(yīng)的工序所發(fā)揮的作用相同。具體來說，工序a-1和工序a-2中，運來的食品垃圾只要是分別收集到第1及第2發(fā)酵罐的，則例如工序a-1和工序a-2所使用的食品垃圾可在種類和數(shù)量上有所不同。
工序b-1和工序b-2中，只要符合發(fā)酵罐內(nèi)可殺菌的溫度均能維持的條件，則例如實際中設(shè)定的溫度、其溫度維持的期間可有所不同。
工序c-1和工序c-2中，只要符合第1發(fā)酵罐及第2發(fā)酵罐內(nèi)使用相同微生物的條件，則例如發(fā)酵時間、溫度、pH值等發(fā)酵條件可以不相同?？筛鶕?jù)各發(fā)酵罐中所含食品垃圾的種類及數(shù)量進行最合適的設(shè)定。
工序d-1和工序d-2中，只要符合第1發(fā)酵罐及第2發(fā)酵罐內(nèi)使用相同微生物的條件，則例如發(fā)酵時間、溫度、pH值等發(fā)酵條件可以不相同?？筛鶕?jù)各發(fā)酵罐中所含食品垃圾的種類及數(shù)量進行最合適的設(shè)定。
工序e-1和工序e-2中，只要可回收各工序d-1和工序d-2中生成的乳酸，則例如具體的回收方法可以不相同。
本發(fā)明的方法的其他特征中的一個是，上述第2循環(huán)中的工序a-2(將食品垃圾收集到第2發(fā)酵罐的工序)的開始時間設(shè)定為晚于上述第1循環(huán)中的工序a-1(將食品垃圾收集到第1發(fā)酵罐的工序)的開始時間。
如上述錯開兩個循環(huán)開始時間，從而使本發(fā)明的方法特別適合于處理不定期且連續(xù)運來的食品垃圾。即，將第1循環(huán)開始后運來的食品垃圾不耽擱地收集到第2的發(fā)酵罐中，由于第2循環(huán)的開始，抑制了第1循環(huán)開始后運入的食品垃圾的光學(xué)純度的降低，最終可達到提高乳酸的光學(xué)純度的目的。
第2循環(huán)的開始時間較好的是，第1循環(huán)的工序c-1(利用微生物減少乳酸量的工序)開始后第2循環(huán)能較快開始。更好的是工序c-1開始后第2循環(huán)能馬上開始。
本發(fā)明的方法還有下述(a)及(b)兩個特征。即，(a)第2循環(huán)的工序c-2中用于進行發(fā)酵的微生物來自于上述第1循環(huán)的工序c-1中利用微生物進行發(fā)酵的發(fā)酵液；及(b)第2循環(huán)的工序d-2中用于進行乳酸發(fā)酵的微生物來自于上述第1循環(huán)的工序d-1中進行乳酸發(fā)酵的發(fā)酵液。
工序c-1結(jié)束之后，從第1循環(huán)的發(fā)酵罐中提供給第2循環(huán)的發(fā)酵液的量，如果是足以滿足第2循環(huán)的工序c-2正常實施的量，則不做特別限制，但為了能使發(fā)酵迅速進行，最理想的是將工序c-1的發(fā)酵液的10％到20％供給工序c-2。因此，菌體濃度在工序c-1結(jié)束時減少為1/10～1/5，但如果有此程度的高濃度則發(fā)酵可迅速進行。從利用本發(fā)明的方法而得到的乳酸最終的收率這一觀點來看，較好的是由工序c-1供給工序c-2的發(fā)酵液量少。
同樣，工序d-1結(jié)束之后，從第1循環(huán)的發(fā)酵罐中提供給第2循環(huán)的發(fā)酵液的量，如果是足以滿足第2循環(huán)的工序d-2正常實施的量，則不做特別限制，但為了能使發(fā)酵迅速進行，最理想的是將工序d-1的發(fā)酵液的1％到20％供給工序d-2。因此，菌體濃度在工序d-1結(jié)束時減少到1/100～1/5，但如果有此程度的高濃度則發(fā)酵可迅速進行。從利用本發(fā)明的方法而得到的乳酸最終的收率這一觀點來看，較好的是由工序d-1供給工序d-2的發(fā)酵液量少，另外，從工序d-1供給工序d-2的發(fā)酵液的量可以少于由工序c-1供給工序c-2的發(fā)酵液的量，這是因為工序d-1及工序d-2的乳酸發(fā)醇中所使用的乳酸菌等菌體的增值速度一般比為了減少工序c-1及工序c-2的乳酸量所使用的丙酸菌等菌體的增值速度要快得多。
在設(shè)置于沒有實施殺菌等處理的一般垃圾焚燒場近旁的設(shè)施中使用本發(fā)明的方法時，上述(a)及(b)中的兩個循環(huán)間的微生物的移動，以在滅菌狀態(tài)下進行為好。滅菌狀態(tài)下所使用的方法不做特別限制，例如使微生物經(jīng)過封閉的連接導(dǎo)管在各循環(huán)所使用的發(fā)酵罐之間移動。
上述第1發(fā)酵罐和第2發(fā)酵罐的連接導(dǎo)管，系將兩個發(fā)酵罐封閉式地連接，并使發(fā)酵液能夠在其中移動，對該導(dǎo)管不做特別限制。但是，例如，從第1發(fā)酵罐中回收的發(fā)酵液不能立即導(dǎo)入第2發(fā)酵罐的情況下，則在連接此發(fā)酵罐的導(dǎo)管的一部分設(shè)置可暫時收集微生物并能維持其活性狀態(tài)的槽(以下稱「待機槽」)，此待機槽也可使菌體暫時處于等待的狀態(tài)。從第1發(fā)酵罐中回收的發(fā)酵液不能很快導(dǎo)入第2發(fā)酵罐的情況有，例如，沒有將第1循環(huán)和第2循環(huán)在時間上配合好的情況。具體來說有，第1循環(huán)的工序c-1結(jié)束后，第2循環(huán)的工序c-2不能立即開始，以及第1循環(huán)的工序d-1結(jié)束后，第2循環(huán)的工序d-2不能立即開始。
根據(jù)需要，待機槽以能夠給微生物提供糖之類的微生物的營養(yǎng)源為好。其目的是防止在乳酸發(fā)酵工序(工序d-1、d-2)結(jié)束時，由于發(fā)酵液中糖之類的微生物的營養(yǎng)源被乳酸菌等微生物消耗盡從而導(dǎo)致待機槽中微生物的死減。
本發(fā)明的方法由于符合上述(a)及(b)的必要條件，可大大減少為避免雜菌污染而進行的嚴密管理方面所要下的工夫。如果第1循環(huán)開始，則此第1循環(huán)所使用的微生物可在下一個的第2循環(huán)使用，因此，第2循環(huán)的各工序所使用的微生物不需要來自其它途徑。
另外，本發(fā)明的方法為了能更有效地符合上述(a)及(b)的必要條件，各在下述兩個時間，即，(a’)第1循環(huán)的工序c-1結(jié)束后到第2循環(huán)的工序c-2開始的時間，及(b’)第1循環(huán)的工序d-1結(jié)束后到第2循環(huán)的工序d-2開始的時間以盡可能短為好。具體來說，較好的為，使上述(a’)及(b’)的期間為一天以內(nèi)，更好的為近于0。
另外，第1循環(huán)中工序f-1開始的時間，即，新的工序a-1開始的時間可根據(jù)第2循環(huán)的進行狀況做適當(dāng)設(shè)定。第2循環(huán)中，一旦工序c-2開始，則之后運來的食品垃圾已經(jīng)不能收集到第2發(fā)酵罐中。因此，第1循環(huán)中新的工序a-1開始的時間，例如可設(shè)定在第2循環(huán)的工序c-2開始之后。
以上對包括第1循環(huán)及第2循環(huán)的本發(fā)明的方法進行了說明，本發(fā)明的方法根據(jù)運入的食品垃圾的量、頻率等還可以設(shè)置第3或第3以上的循環(huán)。這種情況下，第3循環(huán)與第2的工序相同，包括工序a-3～工序f-3。這些工序a-3～工序f-3與第1循環(huán)的工序a-1～工序f-1相對應(yīng)，實質(zhì)上是相同的。
另外，第3循環(huán)和第2循環(huán)在時間上的相互關(guān)系可設(shè)定為與上述第2循環(huán)和第1循環(huán)在時間上的相互關(guān)系相同。具體來說，第3循環(huán)中的工序a-2的開始時間可設(shè)定為晚于第2循環(huán)中的工序a-3的開始時間。另外，較好的為，第2循環(huán)的工序c-2結(jié)束后，第3循環(huán)的工序c-3很快開始。而且，第2循環(huán)的工序d-2結(jié)束后，第3循環(huán)的工序d-3很快開始。
實施例參照圖示對本發(fā)明的實施例進行說明，但本發(fā)明不僅限于此。
圖1為構(gòu)成本發(fā)明的方法的一例，其各工序以時間的推移表示的圖。本發(fā)明的方法是由相互在實質(zhì)上相同的各工序所組成的第1、第2及第3循環(huán)構(gòu)成。
圖2表示為了實施圖1所示的本發(fā)明的方法的一例，所使用裝置的簡圖。
如圖2所示，本發(fā)明的裝置包括第1發(fā)酵罐111、第2發(fā)酵罐211及第3發(fā)酵罐311。各發(fā)酵罐的容量約為15m3。
為了能使第1發(fā)酵罐111維持密封狀態(tài)，在第1發(fā)酵罐111上設(shè)置了蓋115。為了使食品垃圾投入到發(fā)酵罐中，此蓋115設(shè)置為開閉自由的形式，圖2中，第1發(fā)酵罐111的蓋115處于打開的狀態(tài)，從開口部113可投入食品垃圾。第1發(fā)酵罐111上部的側(cè)面連接著為發(fā)酵罐內(nèi)注入熱水的熱水導(dǎo)管117，下部的側(cè)面連接著將注入的熱水從發(fā)酵罐排出的導(dǎo)管119。第1發(fā)酵罐111的底部，設(shè)置著投入丙酸菌用的入口123，利用泵121，通過打開閥127可將丙酸菌從丙酸菌暫時存放槽129經(jīng)過丙酸菌專用導(dǎo)管125投入第1發(fā)酵罐111內(nèi)。第1發(fā)酵罐111的底部，還設(shè)置了乳酸菌用入口133，利用泵131，通過閥137的啟閉可將乳酸菌從乳酸菌暫時存放槽139經(jīng)過乳酸菌專用導(dǎo)管135投入第1發(fā)酵罐111內(nèi)。乳酸菌用暫時存放槽139通過培養(yǎng)基供給閥141與用于維持乳酸菌的培養(yǎng)基槽相連結(jié)。另外，發(fā)酵罐111還與乳酸發(fā)酵時用于調(diào)節(jié)發(fā)酵罐內(nèi)pH的pH調(diào)節(jié)槽147相連結(jié)。通過打開用于注入pH調(diào)整液的電磁閥149，可將pH調(diào)整液(氨水)注入。第1發(fā)酵罐111下部的側(cè)面設(shè)有乳酸發(fā)酵液的取出口145。
第2發(fā)酵罐211及第3發(fā)酵罐311也與第1發(fā)酵罐111相同，為了能使上述發(fā)酵罐維持密封狀態(tài)，在發(fā)酵罐上各設(shè)置了蓋215及315。第2及第3發(fā)酵罐211及311，它們的蓋215及315處于關(guān)閉狀態(tài)。第2及第3發(fā)酵罐211及311各自上部的側(cè)面分別連接著為發(fā)酵罐內(nèi)注入熱水的熱水導(dǎo)管217及317，發(fā)酵罐下部的側(cè)面分別連接著將注入的熱水從發(fā)酵罐排出的導(dǎo)管219及319。第1及第2發(fā)酵罐211及311的底部，分別設(shè)置著投入丙酸菌用的入口223及323，利用泵221及321，通過打開閥227及327可將丙酸菌從丙酸菌暫時存放槽129經(jīng)過丙酸菌專用導(dǎo)管225及325分別投入發(fā)酵罐211及311內(nèi)。第1及第2發(fā)酵罐211及311的底部，還分別設(shè)置了乳酸菌用入口233及333，利用泵231及331，通過打開閥237及337可將乳酸菌從乳酸菌暫時存放槽139經(jīng)過乳酸菌專用導(dǎo)管235及325，分別投入第1及第2發(fā)酵罐211及311。另外，第1及第2發(fā)酵罐211及311還與乳酸發(fā)酵時用于調(diào)節(jié)發(fā)酵罐內(nèi)pH的pH調(diào)節(jié)槽147相連結(jié)。通過打開用于注入pH調(diào)整液的電磁閥249、349，可將pH調(diào)整液(氨水)注入。第1及第2發(fā)酵罐211及311下部的側(cè)面，分別設(shè)有乳酸發(fā)酵液的取出口245及345。
(實施例1)使用上述圖2所示裝置，經(jīng)過圖1所示的由3個循環(huán)組成的工序，將食品垃圾按照下述制造程序制得乳酸。本實施例設(shè)想為本發(fā)明的方法在下述情況下使用，即，食品垃圾每天有2噸程度，白天約7個小時的期間中斷斷續(xù)續(xù)地運到設(shè)在垃圾焚燒場近旁的發(fā)酵處理設(shè)施。
首先說明第1發(fā)酵罐所進行的第1循環(huán)。
將間斷性地運到發(fā)酵處理設(shè)施的食品垃圾中隨時加入適量的水后，立即從第1發(fā)酵罐(容量為15m3)111的開口部113投入，關(guān)閉蓋115。最初將食品垃圾投入第1發(fā)酵罐111后，從熱水導(dǎo)管117向第1發(fā)酵罐111經(jīng)?；蜻m當(dāng)注入蒸汽或蒸汽凝聚后的熱水，對食品垃圾進行殺菌。在食品垃圾間斷性地運到發(fā)酵處理設(shè)施的白天(約7小時)，第1發(fā)酵罐111內(nèi)的溫度常維持在80℃以上90℃以下，之后存放一個晚上。注入的熱水及發(fā)酵罐內(nèi)溫度的維持是利用垃圾焚燒場(圖中未表示)排出的垃圾焚燒熱。
發(fā)酵罐內(nèi)的溫度維持在高溫狀態(tài)，可使運到發(fā)酵設(shè)施后的食品垃圾不受耽擱地進行殺菌處理，從而可防止腐敗，抑制低光學(xué)純度的乳酸的生成。
第二天，將間斷性地運到發(fā)酵處理設(shè)施的食品垃圾投入第1發(fā)酵罐111中，通過注入蒸汽或蒸汽凝聚后的熱水，維持白天的溫度(80℃以上90℃以下)，之后是夜間的存放，上述處理重復(fù)3天。
上述食品垃圾的投入、殺菌溫度的維持及存放經(jīng)過3天重復(fù)之后。在第1發(fā)酵罐111進行丙酸發(fā)酵。即打開閥127，通過使用泵121，將在丙酸菌暫時存放槽129中事先準備好的丙酸菌(費氏丙酸桿菌)106CFU/mL的懸濁液，經(jīng)過丙酸菌用導(dǎo)管125注入到第1發(fā)酵罐111中。第1發(fā)酵罐111中的丙酸菌發(fā)酵大約持續(xù)2天。
由于pH維持在5左右，因此可使丙酸發(fā)酵不消耗糖而只消耗乳酸。通過此丙酸發(fā)酵，可使食品垃圾中所含的低光學(xué)純度的乳酸消失。
在第1發(fā)酵罐111的丙酸發(fā)酵之后。使泵121反送，將發(fā)酵液的一部分(約1m3)經(jīng)過丙酸菌用導(dǎo)管125送回到丙酸菌暫時存放槽129。
第1發(fā)酵罐下一步進行L-乳酸發(fā)酵。即，打開閥137，使用泵131，將事先在乳酸菌暫時存放槽139中準備好的L-乳酸菌(鼠李糖乳桿菌)106CFU/mL的懸濁液，經(jīng)過乳酸菌用導(dǎo)管135注入到第1發(fā)酵罐111中。乳酸發(fā)酵持續(xù)3天。
乳酸發(fā)酵之后。使泵131反送，將發(fā)酵液的一部分(約0.1m3)經(jīng)過乳酸菌用導(dǎo)管135送回到乳酸菌暫時存放槽139。
第1發(fā)酵罐中的乳酸發(fā)酵液的一部分回收到乳酸菌暫時存放槽139后，將第1發(fā)酵罐中的發(fā)酵液從乳酸發(fā)酵液取出口回收?；厥盏娜樗岚l(fā)酵液經(jīng)固液分離之后，通過濃縮得到濃縮乳酸液。
除去乳酸發(fā)酵液回收后的第1發(fā)酵罐111中的發(fā)酵殘渣后，重新收集運到乳酸發(fā)酵設(shè)施的食品垃圾，開始在第1發(fā)酵罐的第二次循環(huán)。此食品垃圾為下述說明的第3發(fā)酵罐311中的丙酸菌發(fā)酵開始后運到發(fā)酵處理設(shè)施的食品垃圾。
下面，對第2發(fā)酵罐中進行的第2循環(huán)進行說明。
在第1發(fā)酵罐111中的丙酸菌發(fā)酵開始之后間斷性地運到發(fā)酵處理設(shè)施的食品垃圾中，隨時加入適量的水后，立即將其投入第2發(fā)酵罐211，關(guān)閉蓋215。最初將食品垃圾投入第2發(fā)酵罐211后，從熱水導(dǎo)管217向第2發(fā)酵罐注入蒸汽或蒸汽凝聚后的熱水，對食品垃圾進行殺菌。第2發(fā)酵罐211內(nèi)的溫度，在食品垃圾間斷性地運到發(fā)酵處理設(shè)施的白天(約7小時)，常維持在80℃以上90℃以下，這之后存放一個晚上。注入的熱水及發(fā)酵罐內(nèi)溫度的維持是利用垃圾焚燒場(圖中未表示)排出的垃圾焚燒熱。
如上述，第1發(fā)酵罐中的丙酸菌發(fā)酵開始后，新運來的食品垃圾將被投入第2發(fā)酵罐，由于發(fā)酵罐內(nèi)的溫度維持在高溫狀態(tài)，可使第1發(fā)酵罐中的丙酸菌發(fā)酵開始后運來的食品垃圾不受耽擱地進行殺菌處理，因此可防止腐敗，抑制低光學(xué)純度的乳酸的生成。
第二天，將間斷性地運到發(fā)酵處理設(shè)施的食品垃圾投入第2發(fā)酵罐211中，通過注入蒸汽或蒸汽凝聚后的熱水，維持白天的溫度(80℃以上90℃以下)，以及夜間的存放，這樣重復(fù)3天。
上述食品垃圾的投入、殺菌溫度的維持及存放經(jīng)過3天重復(fù)之后。在第2發(fā)酵罐211進行丙酸發(fā)酵。即，打開閥227，通過使用泵221，將上述從第1發(fā)酵罐一部分回收的，存放在丙酸菌暫時存放槽129中備用的丙酸發(fā)酵液經(jīng)過丙酸菌用導(dǎo)管225，從丙酸菌用入口223注入到第1發(fā)酵罐211中。第2發(fā)酵罐211中的丙酸發(fā)酵持續(xù)2天。
由于pH維持在5左右，因此可使丙酸發(fā)酵不消耗糖而只消耗乳酸。通過此丙酸發(fā)酵，可使食品垃圾中所含的低光學(xué)純度的乳酸消失。另外，第2發(fā)酵罐所使用的丙酸菌是在與周圍氣氛相隔絕地連接著發(fā)酵罐的丙酸菌暫時存放槽129中存放的丙酸菌，因此，可不用擔(dān)心雜菌的污染，使種菌的播種成為可能。
在第2發(fā)酵罐211的丙酸發(fā)酵之后。使泵121反送，將發(fā)酵液的一部分(約1m3)經(jīng)過丙酸菌用導(dǎo)管225送回到丙酸菌暫時存放槽129。
在第2發(fā)酵罐211，丙酸發(fā)酵結(jié)束后，立即進行L-乳酸發(fā)酵。
在第2發(fā)酵罐211的乳酸發(fā)酵是立即使用從上述第1發(fā)酵罐回收的一部分、返回到乳酸菌暫時存放槽139的乳酸發(fā)酵液。即，打開閥237，使用泵231，將乳酸菌從乳酸菌暫時存放槽139經(jīng)過丙酸菌用導(dǎo)管235注入到第2發(fā)酵罐211中。乳酸發(fā)酵持續(xù)3天。
如上述，第2發(fā)酵罐所使用的乳酸菌也是在與周圍氣氛相隔絕地連接著發(fā)酵罐的乳酸菌暫時存放槽129中存放的乳酸菌，因此，可不用擔(dān)心雜菌的污染，使種菌的播種成為可能。
乳酸發(fā)酵結(jié)束后。將泵231反送，將發(fā)酵液的一部分(約0.1m3)經(jīng)過乳酸菌用導(dǎo)管235送回到乳酸菌暫時存放槽139。
第2發(fā)酵罐中的乳酸發(fā)酵液的一部分回收到乳酸菌暫時存放槽139后，將第2發(fā)酵罐中的發(fā)酵液從乳酸發(fā)酵液取出口245回收?；厥盏娜樗岚l(fā)酵液經(jīng)固液分離之后，通過濃縮得到濃縮乳酸液。得到的濃縮乳酸液與從第1發(fā)酵罐得到的濃縮乳酸液合起來，可作為聚乳酸袋的原料使用。
乳酸發(fā)酵液回收后的第2發(fā)酵罐211，除去其中的發(fā)酵殘渣后，再次收集新運到乳酸發(fā)酵設(shè)施的食品垃圾，開始在第2發(fā)酵罐的第二次循環(huán)。此食品垃圾為在上述第1發(fā)酵罐111中的第二次循環(huán)的丙酸菌發(fā)酵開始后運到發(fā)酵處理設(shè)施的食品垃圾。
如上述，由于在第1循環(huán)的丙酸菌發(fā)酵開始后，第2循環(huán)的垃圾收集工序開始，因此，在第1發(fā)酵罐的丙酸發(fā)酵開始后，運到乳酸發(fā)酵設(shè)施的食品垃圾可不受耽擱地收集到第2的發(fā)酵罐中進行殺菌處理，因此，可防止運入乳酸發(fā)酵設(shè)施后的食品垃圾的腐敗，抑制低光學(xué)純度的乳酸的生成。
下面，對在第3發(fā)酵罐311進行的第3循環(huán)進行說明。
在第2發(fā)酵罐211中的丙酸菌發(fā)酵開始之后，間斷性地運到發(fā)酵處理設(shè)施的食品垃圾中，隨時加入適量的水之后，立即將其投入第3發(fā)酵罐311，關(guān)閉蓋315。最初將食品垃圾投入第3發(fā)酵罐311后，從熱水導(dǎo)管317向第3發(fā)酵罐注入蒸汽或蒸汽凝聚后的熱水，對食品垃圾進行殺菌。第3發(fā)酵罐311內(nèi)的溫度，在食品垃圾間斷性地運到發(fā)酵處理設(shè)施的白天(約7小時)，常維持在80℃以上90℃以下，這之后存放一個晚上。注入的熱水及發(fā)酵罐內(nèi)溫度的維持是利用垃圾焚燒場(圖中未表示)排出的垃圾焚燒熱。
如上述，運來的食品垃圾立即被投入第3發(fā)酵罐，由于發(fā)酵罐內(nèi)的溫度維持在高溫狀態(tài)，可使第2發(fā)酵罐中的丙酸發(fā)酵開始后運來的食品垃圾不受耽擱地進行殺菌處理，因此可防止腐敗，抑制低光學(xué)純度的乳酸的生成。
第二天，將間斷性地運到發(fā)酵處理設(shè)施的食品垃圾投入第3發(fā)酵罐311中，通過注入蒸汽或蒸汽凝聚后的熱水，維持白天的溫度(80℃以上90℃以下)，之后是夜間的存放，上述這樣重復(fù)3天。
上述食品垃圾的投入、殺菌溫度的維持及存放經(jīng)過3天重復(fù)之后。在第3發(fā)酵罐311進行丙酸發(fā)酵。即，打開閥327，通過使用泵321，將上述從第2發(fā)酵罐一部分回收的，存放在丙酸菌暫時存放槽129中備用的丙酸發(fā)酵液從丙酸菌用入口323，經(jīng)過丙酸菌用導(dǎo)管325，注入到第3發(fā)酵罐311中。在第3發(fā)酵罐311的丙酸發(fā)酵持續(xù)2天。
由于pH維持在5左右，因此可使丙酸發(fā)酵不消耗糖而只消耗乳酸。通過此丙酸發(fā)酵，可使食品垃圾中所含的低光學(xué)純度的乳酸消失。另外，第3發(fā)酵罐所使用的丙酸菌是在與周圍氣氛相隔絕地連接著發(fā)酵罐的丙酸菌暫時存放槽129中存放的丙酸菌，因此，可不用擔(dān)心雜菌的污染，使種菌的播種成為可能。
在第3發(fā)酵罐311的丙酸發(fā)酵之后。使泵321反送，將發(fā)酵液的一部分(約1m3)經(jīng)過丙酸菌用導(dǎo)管325送回到丙酸菌暫時存放槽129。此丙酸菌用于第1循環(huán)的第二次丙酸發(fā)酵。
在第3發(fā)酵罐311，丙酸發(fā)酵結(jié)束后，立即進行L-乳酸發(fā)酵。
在第3發(fā)酵罐311的乳酸發(fā)酵立即使用上述從第2發(fā)酵罐一部分回收的、返回到乳酸菌暫時存放槽139的乳酸發(fā)酵液。即，打開閥337，使用泵331，將乳酸菌從乳酸菌暫時存放槽139經(jīng)過乳酸菌用導(dǎo)管335注入到第3發(fā)酵罐311中。乳酸發(fā)酵持續(xù)3天。
如上述，第3發(fā)酵罐所使用的乳酸菌是在與周圍氣氛相隔絕地連接著發(fā)酵罐的乳酸菌暫時存放槽139中存放的乳酸菌，因此，可不用擔(dān)心雜菌的污染，使種菌的播種成為可能。
乳酸發(fā)酵結(jié)束后。使泵331反送，將發(fā)酵液的一部分(約0.1m3)經(jīng)過乳酸菌用導(dǎo)管335送回到乳酸菌暫時存放槽139。此乳酸菌用于第1循環(huán)中的第二次乳酸發(fā)酵。
第3發(fā)酵罐中的乳酸發(fā)酵液的一部分回收到乳酸菌暫時存放槽139后，將第3發(fā)酵罐中的發(fā)酵液從乳酸發(fā)酵液取出口345回收?；厥盏娜樗岚l(fā)酵液經(jīng)固液分離之后，通過濃縮得到濃縮乳酸液。得到的濃縮乳酸液與從第1發(fā)酵罐及第2發(fā)酵罐得到的濃縮乳酸液合起來，可作為聚乳酸袋的原料使用。
將上述第1～第2循環(huán)各進行1次所得到的乳酸濃縮液合并起來，則可制得約6.6噸乳酸濃度約為30％的濃縮液。
除去乳酸發(fā)酵液回收后的第3發(fā)酵罐內(nèi)的發(fā)酵殘渣后，再次收集新運到乳酸發(fā)酵設(shè)施的食品垃圾，開始在第3發(fā)酵罐的第二次循環(huán)。此食品垃圾為在上述第2發(fā)酵罐211中的第二次循環(huán)的丙酸菌發(fā)酵開始后，運到發(fā)酵處理設(shè)施的食品垃圾。
如上述，由于在第2循環(huán)的丙酸發(fā)酵開始后，第3循環(huán)的食品垃圾收集工序開始，因此，在第2發(fā)酵罐的丙酸發(fā)酵開始后，運到乳酸發(fā)酵設(shè)施的食品垃圾可不受耽擱地收集到第3的發(fā)酵罐中進行殺菌處理，因此，可防止運入乳酸發(fā)酵設(shè)施后的食品垃圾的腐敗，抑制低光學(xué)純度的乳酸的生成。
如上述本發(fā)明的方法，通過在上述第1～第3循環(huán)中，調(diào)整相互之間的各工序的開始時間并進行重復(fù)循環(huán)，使連日、不定期地運入乳酸發(fā)酵設(shè)施的食品垃圾能夠不受耽擱地得到處理。另外，經(jīng)過高溫殺菌處理，可防止存放過程中的腐敗，從而可抑制低光學(xué)純度的食品垃圾的生成。加之，通過丙酸發(fā)酵，可除去原來食品垃圾中含有的低光學(xué)純度的乳酸。另外還有，可使用只產(chǎn)生L-乳酸或D-乳酸的細菌進行發(fā)酵，因此可顯著提高最終選定的乳酸的光學(xué)純度。
上述實施例為使用3個發(fā)酵罐，通過3個循環(huán)，利用食品垃圾制造乳酸，但本發(fā)明的方法通過適當(dāng)調(diào)整多個循環(huán)的各工序的開始時間，可以是2個循環(huán)(2個發(fā)酵罐)，也可以是4個以上的循環(huán)(4個發(fā)酵罐)進行實施。
另外，上述實施例中，發(fā)酵罐間的乳酸菌的移動方式為，不在乳酸菌暫時存放槽139長時間存放，立即進行移動。但，根據(jù)各循環(huán)的工序其開始時間的不同，有乳酸發(fā)酵液長時間在乳酸菌暫時存放槽139存放的情況，這種情況下，向與乳酸菌暫時存放槽139相連接的乳酸菌維持用槽143中添加營養(yǎng)培養(yǎng)基，打開培養(yǎng)基供給閥141，則可向乳酸菌暫時存放槽139中添加營養(yǎng)培養(yǎng)基，從而可使乳酸菌維持在活性狀態(tài)，另外，在丙酸菌暫時存放槽129中，可以不添加維持丙酸菌活性狀態(tài)的營養(yǎng)物質(zhì)。因為發(fā)酵液中含有維持丙酸菌的活性狀態(tài)所必要的營養(yǎng)。
權(quán)利要求
1.一種利用食品垃圾制造乳酸的方法，它包括第1循環(huán)和第2循環(huán)，第1循環(huán)包括下述工序a-1～工序f-1，第2循環(huán)包括與所述第1循環(huán)的各工序相對應(yīng)的實質(zhì)上相同的工序a-2～工序f-2，其特征在于，所述第1循環(huán)包括的各工序為(a-1)將食品垃圾收集到第1發(fā)酵罐的工序、(b-1)將所述收集了食品垃圾的第1發(fā)酵罐內(nèi)的溫度維持在可殺菌溫度的工序、(c-1)在經(jīng)過了工序b-1的發(fā)酵罐內(nèi)，利用微生物的發(fā)酵降低所述發(fā)酵罐內(nèi)乳酸量的工序、(d-1)在經(jīng)過了工序c-1的發(fā)酵罐內(nèi)進行乳酸發(fā)酵的工序、(e-1)將通過工序d-1的乳酸發(fā)酵而生成的乳酸從發(fā)酵罐回收的工序、及(f-1)在經(jīng)過了工序e-1后的第1發(fā)酵罐中收集其它食品垃圾的工序、至此構(gòu)成返回所述工序a-1的循環(huán)；所述第2循環(huán)所包括的各工序為(a-2)將食品垃圾收集到第2發(fā)酵罐的工序、(b-2)將所述收集了食品垃圾的第2發(fā)酵罐內(nèi)的溫度維持在可殺菌溫度的工序、(c-2)在經(jīng)過了工序b-2的發(fā)酵罐內(nèi)，利用微生物的發(fā)酵降低所述發(fā)酵罐內(nèi)的乳酸量的工序、(d-2)在經(jīng)過了工序c-2的發(fā)酵罐內(nèi)進行乳酸發(fā)酵的工序、(e-2)將通過工序d-2的乳酸發(fā)酵而生成的乳酸從發(fā)酵罐回收的工序、及(f-2)在經(jīng)過工序e-2后的第2發(fā)酵罐中收集其它食品垃圾的工序、至此構(gòu)成返回所述工序a-2的循環(huán)；所述第2循環(huán)中的工序a-2的開始時間比所述第1循環(huán)中的工序a-1的開始時間晚；所述工序c-2中用于進行發(fā)酵的微生物來自于所述工序c-1中用微生物發(fā)酵的發(fā)酵液；且所述工序d-2中用于進行乳酸發(fā)酵的微生物來自于所述工序d-1中進行乳酸發(fā)酵的發(fā)酵液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法，其特征在于，所述工序c-1及工序c-2中的乳酸量的降低是通過丙酸發(fā)酵來實現(xiàn)的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2項所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法，其特征在于，所述工序b-1及工序b-2的可殺菌溫度為60℃以上，不滿95℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法，其特征在于，所述溫度為75℃～85℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法，其特征在于，所述食品垃圾為不定期地、間斷地并且經(jīng)多日運入的食品垃圾。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法，其特征在于，所述工序a-2的第2發(fā)酵罐中收集的食品垃圾為所述工序c-1開始后運入的食品垃圾。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用食品垃圾制造乳酸的方法其特征在于，所述工序b-1及工序b-2的溫度維持利用的是焚燒垃圾所放出的廢熱。
全文摘要
一種利用食品垃圾制造乳酸的方法，它包括第1循環(huán)和第2循環(huán)，第1循環(huán)包括{(a－1)將食品垃圾收集到第1發(fā)酵罐；(b－1)將上述收集了食品垃圾的第1發(fā)酵罐內(nèi)的溫度維持在可殺菌溫度；(c－1)在經(jīng)過了工序b－1的發(fā)酵罐內(nèi)，利用微生物的發(fā)酵降低上述發(fā)酵罐內(nèi)的乳酸量；(d－1)在經(jīng)過了工序c－1的發(fā)酵罐內(nèi)進行乳酸發(fā)酵；(e－1)將通過工序d－1的乳酸發(fā)酵而生成的乳酸從發(fā)酵罐回收；(f－1)在經(jīng)過了工序e－1后的第1發(fā)酵罐中收集其它食品垃圾，返回工序a－1}；第2循環(huán)包括與上述第1循環(huán)的各工序相對應(yīng)的實質(zhì)上相同的工序a－2～工序f－2；第2循環(huán)中的工序a－2的開始時間比第1循環(huán)中的工序a－1的開始時間晚；工序c－2中用于進行發(fā)酵的微生物來自于上述工序c－1中利用微生物發(fā)酵的發(fā)酵液；工序d－2中用于進行乳酸發(fā)酵的微生物來自于上述工序d－1中進行乳酸發(fā)酵的發(fā)酵液。
文檔編號C12P7/56GK1446263SQ01813906
公開日2003年10月1日 申請日期2001年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月9日
發(fā)明者白井義人 申請人:白井義人