JP2018050518A

JP2018050518A - バクテリアブロック

Info

Publication number: JP2018050518A
Application number: JP2016189550A
Authority: JP
Inventors: 恵史郎吉田; Keishiro Yoshida; 忠幸阪本; Tadayuki Sakamoto
Original assignee: BIG BIO KK; Gex Corp Japan
Current assignee: BIG BIO KK; Gex Corp Japan
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2018-04-05

Abstract

【課題】有機物の分解から硝化までを一貫して行え、かつ取り扱いが形態のバクテリアを提供する。【解決手段】バクテリアブロック１は、バチルス属バクテリアと、バチルス属以外のバクテリアとして、ブラジリゾビウム属バクテリア、スフィンゴモナス属バクテリア、シュードモナス属バクテリアのうちの１種以上とを基材に担持させた粒状のバクテリア担持体１１が、無機粒子１２とともに、結合材１３によって塊状に成形されている。【選択図】図１

Description

本発明は、水棲生物を飼育する水槽の水を浄化するバクテリアを担持させたブロックに関する。

水棲生物を飼育する水槽では水質悪化の原因となる排泄物や残餌の有機物の分解にバクテリアが利用される。水槽にバクテリアを供給する方法としては、バクテリアを付着させた濾過材を水槽に投入したり、水槽外にバクテリアを付着させた濾過装置を設置して水を循環させる方法がある（特許文献１，２参照）。また、機材を使用しない簡単な供給方法として、粉末または液状のバクテリアを水中に直接投与する方法があり、一般消費者向に様々な粉末または液状バクテリアが市販されている（非特許文献１，２）。

バクテリアは、主として有機物をアンモニアに分解する有機物分解バクテリアと、酸化還元作用を有しアンモニアを亜硝酸に酸化しさらに硝酸に酸化する硝化バクテリアに大別できる。硝化バクテリアによって生成された硝酸は最終的に窒素ガスとなって水中から大気中に放出される。

前記有機物分解バクテリアとしてはバチルス属バクテリアが知られており、硝化バクテリアとしてはニトロソモナス属バクテリアやニトロバクター属バクテリアが知られている。これらのバクテリアは作用が異なるために速やかに水質浄化を行うために２種類の使用が推奨される

特開２００９−１４２２１１号公報特開平５−１３１１９８号公報

商品名「すごいんですバクテリア」、寿工芸株式会社製、２０１６年６月３０日検索、インターネット〈URL：http://www.kotobuki-kogei.co.jp/product/?cid=68〉商品名「SUPER BICOM78」、株式会社バイコム製、２０１６年６月３０日検索、インターネット〈URL：http://www.bicom.co.jp/%E3%82%B9%E3%83%BC%E3%83%91%E3%83%BC%E3%83%90%E3%82%A4%E3%82%B3%E3%83%A078/〉

有機物分解バクテリアであるバチルス属バクテリアは芽胞を形成するので耐久性が高く、バクテリアの品質維持は比較的容易である。しかし、硝化バクテリアであるニトロソモナス属およびニトロバクター属のバクテリアは芽胞を形成しないので保管中にバクテリアの活性が低下して硝化能力が低下するという問題があった。また、２種類のバクテリアを併用するのはバクテリアの保存や投与の管理が面倒である。

本発明は上述した背景技術に鑑み、有機物の分解から硝化までを一貫して行え、かつ取り扱いが容易な形態のバクテリアの提供を目的とする。

即ち、本発明は下記［１］〜［５］に記載の構成を有する。

［１］バチルス属バクテリアと、バチルス属以外のバクテリアとして、ブラジリゾビウム属バクテリア、スフィンゴモナス属バクテリア、シュードモナス属バクテリアのうちの１種以上とを基材に担持させた粒状のバクテリア担持体が、塊状に成形されていることを特徴とするバクテリアブロック。

［２］前記バチルス属バクテリアが、Bacillus sp.、Bacillus amyloliquefaciens 、Bacillus methylotrophicusのうちの１種以上である前項１に記載のバクテリアブロック。

［３］バチルス属以外のバクテリアが、Bradyrhizobium sp.と、Sphingomonas sp.と、Pseudomonas sp.および／またはPseudomonas saponiphilaと、Pseudomonas sp.および／またはPseudomonas resinovoransとである前項１または２に記載のバクテリアブロック。

［４］前記基材が木材チップである前項１〜３のうちのいずれか１項に記載のバクテリアブロック。

［５］前記バクテリア担持体に無機粒子および結合材を配合して塊状に成形されている前項１〜４のうちのいずれか１項に記載のバクテリアブロック。

上記［１］に記載のバクテリアブロックは、バチルス属を含む複数のバクテリアによる有機物分解能力と硝化能力を有しているので、有機物の分解と硝化を一貫して行える。また、バチルス属バクテリアは芽胞を形成するので保存性が高い。さらに塊状に成形したブロックであるから取り扱いが容易である。

上記［２］に記載のバクテリアブロックは有機物分解能力が特に優れている。

上記［３］に記載のバクテリアブロックは硝化能力が特に優れている。

上記［４］に記載のバクテリアブロックは、バクテリアを木材チップに担持させているので長期保存に適し、かつより多くのバクテリアを担持させることができる。

上記［５］に記載のバクテリアブロックは、無機粒子および結合材の配合によってハンドリングに適した大きさのブロックを容易に成形できる。

本発明のバクテリアブロックの一実施形態の断面図である。

本発明のバクテリアブロックは、基材にバチルス属バクテリアを含む複数種のバクテリアを担持させた粒状のバクテリア担持体、要すればさらに無機粒子および結合材を配合して塊状に成形したものである。なお、本発明において、「粒状」の語は粒子、細片、粉、チップ等の総称である。

図１は本発明のバクテリアブロックの一実施形態を示している。本図に示すように、バクテリアブロック１は、多数の粒状のバクテリア担持体１１と多数の無機粒子１２とが結合材１３によって互いに接合されて塊状に成形されている。

以下に、本発明に用いるバクテリアについて詳述するとともに、粒状のバクテリア担持体を塊状に成形する工程の一例について説明する。

（バクテリア）
複数種のバクテリアは、バチルス属バクテリアを含み、さらにバチルス属以外のバクテリアとして、ブラジリゾビウム属バクテリア、スフィンゴモナス属バクテリア、シュードモナス属バクテリアのうちの１種以上を含んでいる。

バチルス属バクテリアは主として有機物を分解する能力を有し、芽胞を形成する耐久性の高いバクテリアであり、保存性のバクテリアとなし得る。バチルス属バクテリアの中でも、有機物分解能力が高いBacillus sp.、Bacillus amyloliquefaciens 、Bacillus methylotrophicusが好ましく、これらうちの１種以上を含んでいることが好ましい。

有機物はバチルス属バクテリアによって分解されてアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、バチルス属以外の上記のバクテリアの硝化作用によって亜硝酸となり、亜硝酸は硝酸となる。ブラジリゾビウム属バクテリアとしてBradyrhizobium sp.を例示でき、スフィンゴモナス属バクテリアとしてSphingomonas sp.を例示でき、シュードモナス属バクテリアとしてPseudomonas sp.、Pseudomonas saponiphila、Pseudomonas resinovoransを例示できる。これらのバクテリアは芽胞を形成しないが、生命力が強く保存性のバクテリアとなし得る。バチルス属以外のバクテリアは１種以上含有することが必要であり、以下のＡ〜Ｄの４つの群の全てのバクテリアを含有していることが特に好ましい。Ｃ、Ｄの群はいずれもシュードモナス属であるが、Pseudomonas saponiphilaおよびPseudomonas resinovoransはそれぞれ単独で存在するよりも、両者が併存するか、あるいはPseudomonas sp.と併存することが好ましい。このため、シュードモナス属バクテリアをＣ、Ｄの２つの群に分類している。

また、バチルス属バクテリアは必須であるから、Ａ〜Ｅの５つの群の全てのバクテリアを含む組み合わせが最も好ましい。
Ａ：Bradyrhizobium sp.
Ｂ：Sphingomonas sp.
Ｃ：Pseudomonas sp.および／またはPseudomonas saponiphila
Ｄ：Pseudomonas sp.および／またはPseudomonas resinovorans
Ｅ：Bacillus sp.、Bacillus amyloliquefaciens、Bacillus methylotrophicusのうちの１種以上

（基材）
前記バクテリアを担持させる基材の種類は限定されないが、バクテリアの担持性が良好であり、バクテリアを十分に担持させるために表面積が大きいことが好ましく、形態は粒子、細片、粉、チップ等が好ましい。これらの点で基材として木材を細かく砕いた木材チップまたは砂利などの骨材と称する多孔質個体を推奨できる。木材はバクテリアの住処に適した環境であり、バクテリアブロックの長期保存に適している。また、チップにすることでより多くのバクテリアを担持させることができる。木材チップの粒子径は０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲が好ましく、樹種はブナ、コナラ、クヌギなどの広葉樹またはその堆肥が適しているが針葉樹も用いることもできる。木材以外の基材としては、軽石、シラス、炭、炭素繊維、ゼオライト、砂、珪藻土、炭酸カルシウム、シリカゲル、そば殻、糠、藁、モミ殻、ヤシの実などの植物繊維等、その種別は問わず多孔質素材全般を用いることができる。

（バクテリア担持体）
前記バクテリアは基材と混合して攪拌することで基材に担持させる。粒状の基材にバクテリアを担持させたバクテリア担持体の形態は粒状である。

バクテリア担持体において、上記のＡ〜Ｅの全ての群のバクテリアの好適な菌数は以下のとおりである。
Ａ： 1,000ＣＦＵ／ｇ〜 500,000ＣＦＵ／ｇ
Ｂ： 1,000ＣＦＵ／ｇ〜 500,000ＣＦＵ／ｇ
Ｃ： 1,000ＣＦＵ／ｇ〜 500,000ＣＦＵ／ｇ
Ｄ： 1,000ＣＦＵ／ｇ〜 500,000ＣＦＵ／ｇ
Ｅ： 10,000ＣＦＵ／ｇ〜 10,000,000,000ＣＦＵ／ｇ

（バクテリアブロック）
前記バクテリア担持体を塊状に固形化する。上述したようにバクテリア担持体は粒状であってハンドリングに適さない形態であるから、塊状に成形して取り扱いの容易なブロックとする。成形に際しては、バクテリア担持体のみを押し固める等の方法で塊状に成形することも可能であるが、無機粒子を配合し、かつ結合材を配合することによって成形することが好ましい。無機粒子を配合すると、無機粒子が増量材となってハンドリングに適した大きさの塊に成形できる。無機粒子としては、石、ガラス、セラミックス、軽石、ゼオライト、炭、砂、珪藻土、フライアッシュ等が好ましく、特に種別を問わず多孔質体が好ましく、例えば軽石やゼオライトが好ましい。前記無機粒子の粒子径は１０ｍｍ以下が好ましい。また、結合材によって多数の粒子が接合すると任意形状の塊に成形することが容易である。結合材としては、ポルトランドセメント、高炉セメント、エコセメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、マグネシアセメント、バインダー、石膏等、その他固形化できる素材が好ましいが、結合剤として固化する際にバチルス属バクテリアの活動に影響しない物であればこの限りではない。

前記バクテリアブロック中のバクテリア担持体、無機粒子、結合材の比率は規定されないが、好ましい重量比率は、バクテリア担持体が０．１％〜１０％、無機粒子が５０％〜９４．９％、結合材が５％〜４０％である。

［バクテリアブロックの製造方法］
以下に、バクテリアの培養から成形までのバクテリアブロックの製造方法の一例について説明する。なお、本発明はバクテリアの培養方法やバクテリアブロックの製造方法を限定するものではなく、以下の方法や条件以外で製造されたバクテリアブロックも本発明に含まれる。

以下のバクテリアブロックの製造に用いたバチルス属バクテリアはBacillus firmus、Bacillus pumilus、Bacillus subtilis/amyloliquefaciensの３種であり、バチルス属以外のバクテリアとしてBradyrhizobium sp.、Pseudomonas sp、Sphingomonas sp.の３種である。また、基材は木材チップであり、無機粒子は軽石およびゼオライトであり、結合材はポルトランドセメントである。

（１）バクテリアの培養
基材に担持させるバクテリアを元菌と称する。元菌は前回の元菌の一部を次の培養の種菌として用いる。このサイクルを繰り返すことによって、継続的に元菌を培養することができる。前記種菌には全ての種類のバクテリアが含まれているが、一部の種類のバクテリアまたは全種類のバクテリアを小規模に培養し、これらを種菌に加えて元菌を培養してもよい。

培養の培地には、家畜糞の発酵物が適している。家畜糞発酵物は糖、アミノ酸、ケイ酸を含んでおり、糖およびアミノ酸はバクテリアの栄養成分であり、ケイ酸はバチルス属バクテリアが芽胞を形成する際に体内に取り込んで芽胞形成を促すと考えられる。糖としてグルコース、ガラクトース、麦芽糖、乳糖等を例示でき、アミノ酸としてアスパラギン酸、グルタミン酸、グリシン等を例示できる。家畜糞は上記三成分の他に多様なミネラル分も含んでいるのでバクテリアの繁殖環境として好ましい。家畜糞としては、牛糞、豚糞、鶏糞あるいはこれらの混合物が好ましい。家畜糞の発酵条件は常温〜９０℃で１０日〜８０日が好ましい。

以下は、種菌に別途培養した３種のバチルス属バクテリアを加えて元菌を培養する工程例である。

培養装置にバクテリア、培地、水、３種類のバチルス属以外のバクテリアを含む前回の元菌を投入して、４５℃〜６０℃で９０時間〜１３０時間攪拌しながら培養する。水分量は培地を湿らせる程度とし、蒸発により乾燥すれば、失われた水分を補充する。前記条件下で湿潤状態と乾燥状態を繰り返して培養する。バチルス属バクテリアは、湿潤によって栄養素を分解して増殖し、乾燥によって保存性の高い芽胞を形成し、３種類のバチルス属バクテリアと３種類のバチルス属以外のバクテリアを含む元菌が作成される。

（２）バクテリア担持体の作製
基材として用いる木材チップは乾燥熟成させて使用する。木材チップは栄養源を少なくし熟成させることで雑菌の増殖を抑制することができる。この熟成環境は雑菌が増殖し難い環境であり、熟成させて雑菌を減少させることによって所期するバクテリアの生育環境を良好なものとし、バクテリアによる水質浄化作用を高めることができる。

作製した元菌と乾燥させた木材チップを混合し、付着しやすいように水を加え３０分〜３時間攪拌させる。

前記元菌と木片チップの好ましい重量比率は、元菌が１％〜５０％、木材チップが５０％〜９９％である。

（３）成形
図１に示すように、前記バクテリア担持体１１、無機粒子１２、結合材１３を混合して塊状に成形してバクテリアブロック１を作製する。結合材として水硬性のポルトランドセメントを使用する場合は、上記の材料に水を加えて混練し、任意形状の型枠に流し込む等の方法で硬化させて成形する。

本発明のバクテリアブロックはバチルス属を含む複数のバクテリアによる有機物分解能力と硝化能力を有しているので、有機物の分解と硝化を一貫して行える。また、バクテリアブロックは水中に投入するまでは乾燥状態であるから保存性が高い。また、ブロックであるから取り扱いが容易である。

実施例として、下記のバクテリアを含有するバクテリアブロックを上記の工程で作製した。
バチルス属バクテリア：Bacillus firmus、
Bacillus pumilus、
Bacillus subtilis/amyloliquefaciens
バチルス属以外のバクテリア：Bradyrhizobium sp.、
Pseudomonas sp、
Sphingomonas sp.

（元菌の作製）
追加用バクテリアとして、発酵鶏糞を用いて３種のバチルス属バクテリアを培養した。

攪拌発酵装置に、発酵鶏糞４５０ｋｇと、種菌５０ｋｇ、別途培養したバチルス属バクテリア２リットルを混合し、この混合物が湿る程度の水を投入し、５５℃で１４日間攪拌しながら培養した。培養期間中は３日に１回水を補充して湿った状態を維持した。これにより元菌を作製した。

（バクテリア担持体）
熟成させ乾燥させた粒子径０．１ｍｍ〜１０ｍｍのクヌギ、コナラ、ブナチップ堆肥を基材とし、基材２．５ｋｇと元菌１．８ｋｇを混合し、３時間攪拌してバクテリア担持体を作製した。

前記バクテリア担持体における各バクテリア量は以下のとおりである。
Bacillus firmus：100,000ＣＦＵ／ｇ
Bacillus pumilus：100,000ＣＦＵ／ｇ
Bacillus subtilis/amyloliquefaciens：100,000ＣＦＵ／ｇ
Bradyrhizobium sp.：1,000ＣＦＵ／ｇ
Pseudomonas sp：1,000ＣＦＵ／ｇ
Sphingomonas sp.：1,000ＣＦＵ／ｇ

（３）ブロック成形
バクテリア担持体０．３ｋｇ、粒子径３ｍｍ〜８ｍｍの軽石粒１．６ｋｇ、粒子径３ｍｍ〜６ｍｍのゼオライト粒０．２３ｋｇ、ポルトランドセメント１ｋｇ、水０．３４リットルを混練し、型枠に流し込んで硬化させて１５ｃｍ×３９ｃｍ×５ｃｍの長方体のバクテリアブロックを作製し切断加工し、５ｃｍ×５ｃｍ×５ｃｍの正方体のバクテリアブロックを得た。

（バクテリアブロックの性能）
作製したバクテリアブロックを実施例とし、下記の市販のバクテリアブロックを比較例として、金魚飼育水槽でバクテリアの性能試験を行った。また、ブランクとしてバクテリアブロックを使用しせずに金魚の飼育を行った。

比較例：エコイクル九州製、商品名「エコバイオボール」
飼育条件は共通であり以下のとおりである。

水槽：水量８リットル、ヤシ殻活性炭とポリエステルで構成された濾材を使用したエアーリフト式のフィルターを設置して、物理的濾過を行い、水温を２６℃に保持した。

魚種：体重約３ｇのコアカ５尾
給餌：一日あたり０．２５ｇ
試験期間：３５日
試験開始時に、実施例の水槽に水洗いしたバクテリアブロック、比較例の水槽に水洗いした他社バクテリアブロックをそれぞれ投入した。ブランクの水槽には試験期間を通じてバクテリアブロックを使用しなかった。

14日間の試験期間中、試験開始時、３日目、７日目、１４日目、２１日目、２８日目、３５日目に、ｐＨ、アンモニア濃度、亜硝酸濃度、硝酸濃度を測定した。測定結果を表１に示す。

ブランク、実施例および比較例は、いずれもコアカの排泄物と給餌によって一定量の有機物が発生している。

ブランクはバクテリアブロックを使用していないので有機物の分解速度が極めて遅く、経時的にアンモニア濃度が上昇している。また、亜硝酸濃度が高く硝酸濃度が低いことが硝化反応も極めて遅いことを示している。

実施例、比較例は、３日目に急速にアンモニア濃度が高くなっていることからバクテリアによる有機物の分解が速やかに行われていることを示している。

実施例は７日目にアンモニア濃度のピークを迎えており、１４日目には０になっているのに対し、比較例はアンモニア濃度が０になるのに、２１日を要していることから実施例のアンモニアの硝化速度が速いことを示している。

実施例は、７日目に亜硝酸濃度が高くなっているが２８日目には低下し、硝酸濃度は１４日目から高くなっていることから、有機物の分解と硝化とが一貫して速やかに行われていることを示している。一方、比較例は、亜硝酸濃度が低下するのに３５日を要し、硝酸濃度の上昇も２１日目から始めっていることから、実施例に比べ硝化が遅いことを示している。

本発明の液状バクテリアは水棲生物飼育用水槽の水質浄化に利用できる。

１…バクテリアブロック
１１…バクテリア担持体
１２…無機粒子
１３…結合材

Claims

バチルス属バクテリアと、バチルス属以外のバクテリアとしてブラジリゾビウム属バクテリア、スフィンゴモナス属バクテリア、シュードモナス属バクテリアのうちの１種以上とを基材に担持させた粒状のバクテリア担持体が、塊状に成形されていることを特徴とするバクテリアブロック。
前記バチルス属バクテリアが、Bacillus sp.、Bacillus amyloliquefaciens 、Bacillus methylotrophicusのうちの１種以上である請求項１に記載のバクテリアブロック。
バチルス属以外のバクテリアが、Bradyrhizobium sp.と、Sphingomonas sp.と、Pseudomonas sp.および／またはPseudomonas saponiphilaと、Pseudomonas sp.および／またはPseudomonas resinovoransとである請求項１または２に記載のバクテリアブロック。
前記基材が木材チップである請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のバクテリアブロック。
前記バクテリア担持体に無機粒子および結合材を配合して塊状に成形されている請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のバクテリアブロック。