JP2023166063A - ポリ乳酸の製造方法、ポリ乳酸の製造装置、生分解性プラスチックの製造方法および生分解性プラスチックの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】均一な品質のポリ乳酸を得ることができ、製造期間を短縮することができるポリ乳酸の製造方法、ポリ乳酸の製造装置、生分解性プラスチックの製造方法および生分解性プラスチックの製造装置を提供する。【解決手段】１次発酵タンク１２が、植物系原料を密閉して乳酸発酵させる。第１分離手段１３が、１次発酵タンク１２で発酵した発酵物を、液体部と固体部とに分離する。２次発酵タンク１５が、第１分離手段１３で分離された発酵物の液体部を密閉して再発酵させる。第２分離手段１６が、２次発酵タンク１５で再発酵した再発酵物を、液体部と固体部とに分離する。除湿手段１７が、第２分離手段１６で分離された再発酵物の液体部から水を蒸発させて乳酸を抽出する。重合手段１８が、除湿手段１７で抽出された乳酸を加熱し、重合させてポリ乳酸２を得る。【選択図】図１

Description

本発明は、ポリ乳酸の製造方法、ポリ乳酸の製造装置、生分解性プラスチックの製造方法および生分解性プラスチックの製造装置に関する。

従来の植物系原料からポリ乳酸を製造する方法は、所定期間、植物系原料を乳酸発酵させ、得られた乳酸を原料としてポリ乳酸を製造している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６－２６２７７０号公報

特許文献１に記載のような従来のポリ乳酸の製造方法は、乳酸発酵を所定期間の１段階で行うため、発酵後のｐＨが安定せず、製造されるポリ乳酸の品質が不均一になるという課題があった。また、ポリ乳酸の製造に最短でも１ヶ月程度かかるため、製造期間の短縮が望まれている。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、均一な品質のポリ乳酸を得ることができ、製造期間を短縮することができるポリ乳酸の製造方法、ポリ乳酸の製造装置、生分解性プラスチックの製造方法および生分解性プラスチックの製造装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係るポリ乳酸の製造方法は、植物系原料を密閉して乳酸発酵させる第１発酵工程と、前記第１発酵工程での発酵物を液体部と固体部とに分離する第１分離工程と、前記第１分離工程で分離された前記発酵物の液体部を密閉して再発酵させる第２発酵工程と、前記第２発酵工程での再発酵物を液体部と固体部とに分離する第２分離工程と、前記第２分離工程で分離された前記再発酵物の液体部から水を蒸発させて乳酸を抽出する除湿工程と、前記除湿工程で抽出された前記乳酸を加熱して重合させ、ポリ乳酸を得る重合工程とを、有することを特徴とする。

本発明に係るポリ乳酸の製造装置は、植物系原料を密閉して乳酸発酵させる１次発酵タンクと、前記１次発酵タンクで発酵した発酵物を液体部と固体部とに分離する第１分離手段と、前記第１分離手段で分離された前記発酵物の液体部を密閉して再発酵させる２次発酵タンクと、前記２次発酵タンクで再発酵した再発酵物を液体部と固体部とに分離する第２分離手段と、前記第２分離手段で分離された前記再発酵物の液体部から水を蒸発させて乳酸を抽出する除湿手段と、前記除湿手段で抽出された前記乳酸を加熱して重合させ、ポリ乳酸を得る重合手段とを、有することを特徴とする。

本発明に係るポリ乳酸の製造装置によれば、本発明に係るポリ乳酸の製造方法を容易に実施することができる。本発明に係るポリ乳酸の製造方法およびポリ乳酸の製造装置は、第１発酵工程または第１発酵タンクで乳酸発酵された発酵物の液体部を、第２発酵工程または第２発酵タンクにより再発酵させることにより、再発酵後のｐＨを安定化させることができる。ｐＨが安定した再発酵物の液体部を使用することにより、均一な品質のポリ乳酸を得ることができる。また、植物系原料の発酵を、第１発酵工程または第１発酵タンク、および第２発酵工程または第２発酵タンクの２段階で行うことにより、１段階で発酵を行う場合よりも発酵期間を短くすることができ、ポリ乳酸の製造期間を短縮することができる。

本発明に係るポリ乳酸の製造方法およびポリ乳酸の製造装置で、植物系原料は、原料の植物に前処理が施されたものから成ることが好ましい。植物系原料は、例えば、原料の植物を粉砕したものまたは原料の植物に水を加えて加熱撹拌し、どろどろの状態にしたものや、原料の植物を細かく切断したものなどから成っている。また、必要に応じて、２～１０重量％程度の糖分が加えられてもよい。第１発酵工程または第１発酵タンクは、植物系原料に乳酸類や他の原料を添加して乳酸発酵させてもよい。

本発明に係るポリ乳酸の製造方法およびポリ乳酸の製造装置は、それぞれ、第１発酵工程または第１発酵タンク、および第２発酵工程または第２発酵タンクで発生する二酸化炭素などのガスを、例えば炭素水の原料として再利用化する工程またはタンクを有していてもよい。また、第１分離工程または第１発酵タンクでの発酵物の固体部、および第２分離工程または第２発酵タンクでの再発酵物の固体部から、肥料を製造する工程または肥料化手段を有していてもよい。

本発明に係るポリ乳酸の製造方法で、前記第１発酵工程は前記植物系原料を５～２５日間密閉して発酵させ、前記第２発酵工程は前記発酵物の液体部のｐＨが２．２～２．６になるよう、２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度で密閉して再発酵させ、前記除湿工程は、前記第２分離工程で分離された前記再発酵物の液体部に対して、超音波振動により水を霧化させて蒸発させ、前記重合工程は前記乳酸を１９０～２３０℃の温度で１０分～１時間加熱して重合させることが好ましい。この場合、よりｐＨおよび品質が安定したポリ乳酸を得ることができる。また、２～４週間程度の短期間で、効率よくポリ乳酸を得ることもできる。さらにポリ乳酸の品質を安定化させるため、除湿工程を、２５～５０℃の温度で５～６時間行うことが好ましい。

本発明に係るポリ乳酸の製造方法で、前記植物系原料は、白米、玄米、籾米、発芽米、昆布、ワカメ、ホンダワラ、卵の殻、ソテツの実、貝の殻またはコンニャク芋のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。植物系原料が白米、玄米、籾米または発芽米を含む場合、米由来のポリ乳酸を得ることができる。また、植物系原料が昆布、ワカメまたはホンダワラなどの褐藻海草類を含む場合、フコイダンやアルギン酸を含むポリ乳酸を得ることができる。植物系原料が卵の殻、ソテツの実または貝の殻を含む場合、カルシウムを含むポリ乳酸を得ることができる。植物系原料がコンニャク芋を含む場合、粘り気のあるコンニャク由来のポリ乳酸を得ることができる。

本発明に係る米由来ポリ乳酸の製造方法は、発酵物のｐＨが４以下になるよう、白米、玄米、籾米または発芽米のうち少なくとも１つを含む植物系原料を２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度で５～１０日間密閉して乳酸発酵させる第１発酵工程と、前記第１発酵工程での発酵物を液体部と固体部とに分離する第１分離工程と、前記第１分離工程で分離された前記発酵物の液体部を、６０～１００℃の温度で２０分～１時間加熱して雑菌処理する加熱工程と、前記加熱工程で雑菌処理された前記発酵物の液体部のｐＨが２．２～２．６になるよう、前記発酵物の液体部を２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度で密閉して再発酵させる第２発酵工程と、前記第２発酵工程での再発酵物を液体部と固体部とに分離する第２分離工程と、前記第２分離工程で分離された前記再発酵物の液体部から水を蒸発させて乳酸を抽出する除湿工程と、前記除湿工程で抽出された前記乳酸を１９０～２３０℃の温度で１０分～１時間加熱して重合させ、ポリ乳酸を得る重合工程とを、有することを特徴とする。

本発明に係る米由来ポリ乳酸の製造方法は、本発明に係るポリ乳酸の製造方法に加熱工程を付加したものであり、ｐＨが安定した、均一な品質の米由来のポリ乳酸を得ることができる。また、２週間程度の短期間で、効率よく米由来のポリ乳酸を得ることができる。加熱工程で雑菌処理を行うため、衛生的である。なお、除湿工程は、第２分離工程で分離された再発酵物の液体部に対して、超音波振動により水を霧化させて蒸発させてもよい。

また、本発明に係るポリ乳酸の製造装置は、前記第１分離手段で分離された前記発酵物の液体部を加熱して雑菌処理する加熱手段を有し、前記植物系原料は、白米、玄米、籾米または発芽米のうち少なくとも１つを含み、前記２次発酵タンクは前記加熱手段で雑菌処理された前記発酵物の液体部を密閉して再発酵させるよう構成されていてもよい。この場合、本発明に係るポリ乳酸の製造装置により、本発明に係る米由来ポリ乳酸の製造方法を容易に実施することができる。

本発明に係るバインダー用ポリ乳酸の製造方法は、昆布、ワカメ、ホンダワラ、卵の殻、ソテツの実、貝の殻またはコンニャク芋のうち少なくとも１つを含む植物系原料に、本発明に係る米由来ポリ乳酸の製造方法で製造された前記米由来のポリ乳酸を添加して１０～２５日間密閉し、乳酸発酵させる第１発酵工程と、前記第１発酵工程での発酵物を液体部と固体部とに分離する第１分離工程と、前記第１分離工程で分離された前記発酵物の液体部のｐＨが２．２～２．６になるよう、前記発酵物の液体部を２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度で密閉して再発酵させる第２発酵工程と、前記第２発酵工程での再発酵物を液体部と固体部とに分離する第２分離工程と、前記第２分離工程で分離された前記再発酵物の液体部から水を蒸発させて乳酸を抽出する除湿工程と、前記除湿工程で抽出された前記乳酸を１９０～２３０℃の温度で１０分～１時間加熱して重合させ、ポリ乳酸を得る重合工程とを、有することを特徴とする。

本発明に係るバインダー用ポリ乳酸の製造方法は、本発明に係るポリ乳酸の製造方法を利用したものであり、ｐＨが安定した、均一な品質のバインダー用のポリ乳酸を得ることができる。植物系原料が昆布、ワカメまたはホンダワラなどの褐藻海草類を含む場合、フコイダンやアルギン酸を含むバインダー用のポリ乳酸を得ることができる。植物系原料が卵の殻、ソテツの実または貝の殻を含む場合、カルシウムを含むバインダー用のポリ乳酸を得ることができる。植物系原料がコンニャク芋を含む場合、粘り気のあるコンニャク由来のバインダー用のポリ乳酸を得ることができる。なお、除湿工程は、第２分離工程で分離された再発酵物の液体部に対して、超音波振動により水を霧化させて蒸発させてもよい。

本発明に係る生分解性プラスチックの製造方法は、本発明に係る米由来ポリ乳酸の製造方法により得られた米由来のポリ乳酸と、本発明に係るバインダー用ポリ乳酸の製造方法により得られたバインダー用のポリ乳酸とを加熱しつつ混合撹拌する撹拌工程と、混合撹拌の後、水を除去して、その混合物をポリ乳酸化させる原料製造工程と、ポリ乳酸化した前記混合物を冷却し、固化させて生分解性プラスチックを得る固化工程とを、有することを特徴とする。

本発明に係る生分解性プラスチックの製造装置は、本発明に係るポリ乳酸の製造装置と、前記ポリ乳酸の製造装置により得られた複数種類のポリ乳酸を加熱しつつ混合撹拌する撹拌手段と、前記撹拌手段で混合撹拌の後、水を除去して、その混合物をポリ乳酸化させる原料製造手段と、前記原料製造手段でポリ乳酸化した前記混合物を冷却し、固化させて生分解性プラスチックを得る固化手段とを、有することを特徴とする。

本発明に係る生分解性プラスチックの製造装置によれば、本発明に係る生分解性プラスチックの製造方法を容易に実施することができる。本発明に係る生分解性プラスチックの製造方法および生分解性プラスチックの製造装置では、米などの植物系原料から得られたポリ乳酸を利用するため、生分解性を有するプラスチックを製造することができる。撹拌工程でカルシウムを含むバインダー用のポリ乳酸を混合することにより、得られる生分解性プラスチックをより固くすることができる。撹拌工程でアルギン酸を含むバインダー用のポリ乳酸を混合することにより、粘着性が増し、ペレット状などの任意の形状に整えやすくすることができる。また、得られる生分解性プラスチックに柔軟性を付加することができ、生分解性プラスチックを割れにくくすることができる。撹拌工程でコンニャク芋由来のバインダー用のポリ乳酸を混合することにより、粘度の高い生分解性プラスチックを得ることができる。

本発明に係る生分解性プラスチックの製造方法で、前記撹拌工程は前記米由来のポリ乳酸と前記バインダー用のポリ乳酸とを、１９０～２３０℃の温度で３０分～１時間加熱しつつ混合撹拌し、前記原料製造工程は７０～９０℃の温度で、水を除去して、前記混合物をポリ乳酸化させることが好ましい。この場合、より優れた性能を有する生分解性プラスチックを得ることができる。

本発明に係る生分解性プラスチックの製造方法で、前記撹拌工程は前記米由来のポリ乳酸に対して、前記バインダー用のポリ乳酸を５～３０重量％の割合で混合撹拌することが好ましい。この場合、特に粘度が高い生分解性プラスチックを得ることができる。

本発明によれば、均一な品質のポリ乳酸を得ることができ、製造期間を短縮することができるポリ乳酸の製造方法、ポリ乳酸の製造装置、生分解性プラスチックの製造方法および生分解性プラスチックの製造装置を提供することができる。

本発明の実施の形態のポリ乳酸の製造装置および製造方法を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の生分解性プラスチックの製造装置および製造方法の、プラスチック化装置を示すブロック図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２は、本発明の実施の形態のポリ乳酸の製造方法、ポリ乳酸の製造装置、生分解性プラスチックの製造方法および生分解性プラスチックの製造装置を示している。
本発明の実施の形態の生分解性プラスチックの製造装置は、図１に示す本発明の実施の形態のポリ乳酸の製造装置と、図２に示すプラスチック化装置とを有している。

図１に示すように、本発明の実施の形態のポリ乳酸の製造装置は、前処理手段１１と１次発酵タンク１２と第１分離手段１３と加熱手段１４と２次発酵タンク１５と第２分離手段１６と除湿手段１７と重合手段１８とガス処理タンク１９と肥料化手段２０とを有している。
図１に示すように、前処理手段１１は、原料の植物１に前処理を施して、植物系原料を形成するよう構成されている。具体的には、前処理手段１１は、原料の植物１が白米、玄米、籾米または発芽米を含むとき、原料の植物１を粉砕したものや原料の植物１に水を加えて加熱撹拌し、どろどろの状態にして、植物系原料を形成するようになっている。また、前処理手段１１は、原料の植物１が昆布、ワカメ、ホンダワラ、卵の殻、ソテツの実、貝の殻またはコンニャク芋を含むとき、原料の植物１を細かく切断して植物系原料を形成するようになっている。前処理手段１１は、処理した植物系原料を１次発酵タンク１２に送るようになっている。

１次発酵タンク１２は、撹拌装置が付いた密閉式のタンクから成っている。１次発酵タンク１２は、前処理手段１１で処理された植物系原料や乳酸等の添加物を収納して密閉し、撹拌しながら乳酸発酵させるよう構成されている。１次発酵タンク１２は、発酵した発酵物を第１分離手段１３に送り、発酵時に発生した二酸化炭素などのガス成分をガス処理タンク１９に送るようになっている。

第１分離手段１３は、ろ過装置から成っている。第１分離手段１３は、１次発酵タンク１２で発酵した発酵物をろ過して、液体部と固体部とに分離するよう構成されている。第１分離手段１３は、分離した発酵物の液体部を加熱手段１４または２次発酵タンク１５に送り、発酵物の固体部を肥料化手段２０に送るようになっている。

図１に示すように、加熱手段１４は、加熱装置から成り、第１分離手段１３で分離された発酵物の液体部を加熱可能に構成されている。これにより、加熱手段１４は、発酵物の液体部を雑菌処理するようになっている。加熱手段１４は、加熱後の発酵物の液体部を２次発酵タンク１５に送るようになっている。

２次発酵タンク１５は、撹拌装置が付いた密閉式のタンクから成っている。２次発酵タンク１５は、加熱手段１４による加熱後の発酵物の液体部または第１分離手段１３で分離された発酵物の液体部を収納して密閉し、撹拌しながら再発酵させるよう構成されている。２次発酵タンク１５は、再発酵した再発酵物を第２分離手段１６に送り、再発酵時に発生した二酸化炭素などのガス成分をガス処理タンク１９に送るようになっている。

第２分離手段１６は、ろ過装置から成っている。第２分離手段１６は、２次発酵タンク１５で再発酵した再発酵物をろ過して、液体部と固体部とに分離するよう構成されている。第２分離手段１６は、分離した再発酵物の液体部を除湿手段１７に送り、再発酵物の固体部を肥料化手段２０に送るようになっている。

図１に示すように、除湿手段１７は、超音波振動子付きのタンク１７ａを有している。除湿手段１７は、第２分離手段１６で分離された再発酵物の液体部に対して、超音波振動子で発生させた超音波振動により水を霧化させ、除湿機能でその水分を蒸発させるよう構成されている。これにより、除湿手段１７は、再発酵物の液体部から乳酸を抽出可能になっている。除湿手段１７は、抽出した乳酸を重合手段１８に送るようになっている。

重合手段１８は、加熱装置から成り、除湿手段１７で抽出された乳酸を加熱可能に構成されている。これにより、重合手段１８は、乳酸を重合させてポリ乳酸２を得るようになっている。重合手段１８は、得られたポリ乳酸２を排出可能になっている。

図１に示すように、ガス処理タンク１９は、１次発酵タンク１２および２次発酵タンク１５で発生した二酸化炭素などのガスを集めて収納可能に構成されている。ガス処理タンク１９は、例えば、集められたガスを無害化して排出処理したり、集められた二酸化炭素を炭素水の原料として再利用化処理したりするようになっている。

肥料化手段２０は、第１分離手段１３で分離された発酵物の固体部および第２分離手段１６で分離された再発酵物の固体部から、肥料を製造可能に構成されている。

図２に示すように、プラスチック化装置は、撹拌手段２１と原料製造手段２２と固化手段２３とを有している。撹拌手段２１は、超音波撹拌機能が付いたタンクから成っている。撹拌手段２１は、重合手段１８から排出された複数種類のポリ乳酸２を収納し、それらを超音波撹拌機能により加熱しつつ混合撹拌するよう構成されている。撹拌手段２１は、混合撹拌後の混合物を原料製造手段２２に送るようになっている。

原料製造手段２２は、加熱装置から成り、撹拌手段２１で混合撹拌された混合物を加熱して水を除去し、その混合物をポリ乳酸化させるよう構成されている。原料製造手段２２は、ポリ乳酸化した混合物を固化手段２３に送るようになっている。

固化手段２３は、シリコン製または粘土製の容器を有し、原料製造手段２２でポリ乳酸化した混合物をその容器に収納して冷却し、固化させるよう構成されている。これにより、固化手段２３は、生分解性プラスチック３を得るようになっている。固化手段２３は、得られた生分解性プラスチック３を排出可能になっている。なお、容器は、製造する生分解性プラスチック３の形状に合わせて、任意の所望の形状を成している。

本発明の実施の形態のポリ乳酸の製造装置によれば、本発明の実施の形態のポリ乳酸の製造方法を容易に実施することができる。また、本発明の実施の形態の生分解性プラスチックの製造装置によれば、本発明の実施の形態の生分解性プラスチックの製造方法を容易に実施することができる。

［米由来のポリ乳酸の製造］
本発明の実施の形態のポリ乳酸の製造方法では、原料の植物１が白米、玄米、籾米または発芽米を含む場合、まず、前処理手段１１により、これら原料の植物１を粉砕したものや原料の植物に水を加えて加熱撹拌し、どろどろの状態にして、植物系原料を形成する。このとき、必要に応じて、２～１０重量％程度の糖分が加えられてもよい。

次に、前処理した植物系原料を、１次発酵タンク１２に収納して密閉し、２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度に保った状態で乳酸発酵させる。このとき、植物１の持つデンプン質が糖分で分解されるため、乳酸菌の増殖を促すことができる。発酵中、１次発酵タンク１２内に二酸化炭素ガスが発生して充満するため、随時、適量のガス成分をガス処理タンク１９に排出し、ガス排出後、再び密閉して発酵を続ける。また、発酵中、ｐＨ計で発酵物のｐＨを測定し、発酵物のｐＨが４以下に低下するまで、発酵を継続させる。具体的には、１週間程度発酵させることにより、ｐＨが４以下に低下する。

ｐＨが４以下に低下したならば、第１分離手段１３により、発酵物を液体部と固体部とに分離する。分離した発酵物の液体部を、加熱手段１４により、６０～１００℃の温度で３０分程度加熱して雑菌処理を行う。なお、分離した発酵物の固体部は、肥料化手段２０に送られて肥料として再利用される。加熱手段１４による加熱後の発酵物の液体部を、２次発酵タンク１５に収納して密閉し、２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度に保った状態で、発酵物のｐＨが２．２～２．６になるまで、再発酵させる。

再発酵した再発酵物から、沈殿したデンプン質を沈殿分離する。これにより、再発酵物の水分が透明化する。この再発酵物を、第２分離手段１６により、液体部と固体部とに分離する。除湿手段１７により、２５～５０℃の温度で５～６時間、分離した再発酵物の液体部に対して、２．４ＭＨｚの超音波振動により水を霧化させ、除湿機能でその水分を蒸発させる。これにより、乳酸を抽出することができる。抽出された乳酸をアルミ容器に入れ、１９０～２３０℃の温度で１０分～１時間加熱して乳酸を重合させる。これにより、米由来のポリ乳酸２ａを得ることができる。なお、得られた米由来のポリ乳酸２ａの乳酸菌数を、ＢＣＰ寒天培地法により計測した結果、3,000,000以上／ml（検出上限値以上）であった。

［アルギン酸を含むバインダー用のポリ乳酸の製造］
本発明の実施の形態のポリ乳酸の製造方法では、原料の植物１が昆布、ワカメ、ホンダワラ等の褐藻海草類を含む場合、まず、前処理手段１１により、これら原料の植物１を細かく切断して粉末状にして、植物系原料を形成する。

次に、前処理した植物系原料と米由来のポリ乳酸２ａとを、１次発酵タンク１２に収納して密閉し、２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度に保った状態で２週間程度、乳酸発酵させる。このとき、海草類が乳酸により分解され、海草類に含まれるアルギン酸が乳酸上に溶け出すため、アルギン酸を含んだ乳酸が形成される。また、発酵中、１次発酵タンク１２内に二酸化炭素ガスが発生して充満するため、随時、適量のガス成分をガス処理タンク１９に排出し、ガス排出後、再び密閉して発酵を続ける。

発酵後、第１分離手段１３により、発酵物を液体部と固体部とに分離する。分離した発酵物の液体部を、２次発酵タンク１５に収納して密閉し、２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度に保った状態で、発酵物のｐＨが２．２～２．６になるまで、再発酵させる。このとき、アルギン酸を多く含む海草デンプン質が糖分で分解されるため、アルギン酸を多く含んだ乳酸菌の再発酵化を促すことができる。なお、分離した発酵物の固体部は、肥料化手段２０に送られて肥料として再利用される。

再発酵した再発酵物から、沈殿したデンプン質を沈殿分離し、再発酵物の水分の安定化を図る。安定化した再発酵物を、第２分離手段１６により、液体部と固体部とに分離する。除湿手段１７により、２５～５０℃の温度で５～６時間、分離した再発酵物の液体部に対して、２．４ＭＨｚの超音波振動により水を霧化させ、除湿機能でその水分を蒸発させる。これにより、乳酸を抽出することができる。抽出された乳酸をアルミ容器に入れ、１９０～２３０℃の温度で１０分～１時間加熱して乳酸を重合させる。重合させた乳酸を、シリコン製または粘土製の容器に入れて冷却し、固化させる。これにより、アルギン酸を含むバインダー用のポリ乳酸２ｂを得ることができる。また、アルギン酸を含むバインダー用のポリ乳酸２ｂは、フコイダンも多く含んでいる。

［カルシウムを含むバインダー用のポリ乳酸の製造］
本発明の実施の形態のポリ乳酸の製造方法では、原料の植物１が卵の殻、ソテツの実または貝の殻を含む場合、まず、前処理手段１１により、これら原料の植物１を細かく切断して粉末状にして、植物系原料を形成する。

次に、前処理した植物系原料と米由来のポリ乳酸２ａとを、１次発酵タンク１２に収納して密閉し、２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度に保った状態で２～３週間程度、乳酸発酵させる。このとき、卵の殻等が乳酸により分解され、卵の殻等に含まれるカルシウム分が乳酸上に溶け出すため、カルシウムを含んだ乳酸が形成される。また、発酵中、１次発酵タンク１２内に二酸化炭素ガスが発生して充満するため、随時、適量のガス成分をガス処理タンク１９に排出し、ガス排出後、再び密閉して発酵を続ける。

発酵後、第１分離手段１３により、発酵物を液体部と固体部とに分離する。分離した発酵物の液体部を、２次発酵タンク１５に収納して密閉し、２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度に保った状態で、発酵物のｐＨが２．２～２．６になるまで、再発酵させる。このとき、カルシウムを多く含む植物性のデンプン質が糖分で分解されるため、カルシウムを多く含んだ乳酸菌の再発酵化を促すことができる。なお、分離した発酵物の固体部は、肥料化手段２０に送られて肥料として再利用される。

再発酵した再発酵物から、沈殿したデンプン質を沈殿分離し、再発酵物の水分の安定化を図る。安定化した再発酵物を、第２分離手段１６により、液体部と固体部とに分離する。除湿手段１７により、２５～５０℃の温度で５～６時間、分離した再発酵物の液体部に対して、２．４ＭＨｚの超音波振動により水を霧化させ、除湿機能でその水分を蒸発させる。これにより、乳酸を抽出することができる。抽出された乳酸をアルミ容器に入れ、１９０～２３０℃の温度で１０分～１時間加熱して乳酸を重合させる。重合させた乳酸を、シリコン製または粘土製の容器に入れて冷却し、固化させる。これにより、カルシウムを含むバインダー用のポリ乳酸２ｃを得ることができる。

［コンニャク由来のバインダー用のポリ乳酸の製造］
本発明の実施の形態のポリ乳酸の製造方法では、原料の植物１がコンニャク芋を含む場合、まず、前処理手段１１により、コンニャク芋を細かく切断して粉末状にして、植物系原料を形成する。

次に、前処理した植物系原料と糖分または米由来のポリ乳酸２ａとを、１次発酵タンク１２に収納して密閉し、２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度に保った状態で２～３週間程度、乳酸発酵させる。このとき、コンニャク芋のデンプンが乳酸により分解されて、コンニャク由来の乳酸が形成される。また、発酵中、１次発酵タンク１２内に二酸化炭素ガスが発生して充満するため、随時、適量のガス成分をガス処理タンク１９に排出し、ガス排出後、再び密閉して発酵を続ける。

発酵後、第１分離手段１３により、発酵物を液体部と固体部とに分離する。分離した発酵物の液体部を、２次発酵タンク１５に収納して密閉し、２５～６０℃、好ましくは３５～４５℃の温度に保った状態で、発酵物のｐＨが２．２～２．６になるまで、再発酵させる。これにより、再発酵物に粘り気が出る。なお、分離した発酵物の固体部は、肥料化手段２０に送られて肥料として再利用される。

再発酵した再発酵物から、沈殿したデンプン質を沈殿分離し、再発酵物の水分の安定化を図る。安定化した再発酵物を、第２分離手段１６により、液体部と固体部とに分離する。除湿手段１７により、２５～５０℃の温度で５～６時間、分離した再発酵物の液体部に対して、２．４ＭＨｚの超音波振動により水を霧化させ、除湿機能でその水分を蒸発させる。これにより、乳酸を抽出することができる。抽出された乳酸をアルミ容器に入れ、１９０～２３０℃の温度で１０分～１時間加熱して乳酸を重合させる。重合させた乳酸を、シリコン製または粘土製の容器に入れて冷却し、固化させる。これにより、粘り気のあるコンニャク由来のバインダー用のポリ乳酸２ｄを得ることができる。

このように、本発明の実施の形態のポリ乳酸の製造方法およびポリ乳酸の製造装置は、１次発酵タンク１２で乳酸発酵された発酵物の液体部を、２次発酵タンク１５で再発酵させることにより、再発酵後のｐＨを安定化させることができる。ｐＨが安定した再発酵物の液体部を使用することにより、均一な品質のポリ乳酸２を得ることができる。また、植物系原料の発酵を、１次発酵タンク１２および２次発酵タンク１５の２段階で行うことにより、１段階で発酵を行う場合よりも発酵期間を短くすることができ、ポリ乳酸２の製造期間を短縮することができる。例えば、米由来のポリ乳酸２ａの場合には２週間程度、バインダー用のポリ乳酸２ｂ，２ｃ，２ｄの場合には、あらかじめ米由来のポリ乳酸２ａを準備しておくことにより、２～４週間程度の短期間で、効率よくポリ乳酸２を得ることができる。

［生分解性プラスチックの製造］
本発明の実施の形態の生分解性プラスチックの製造方法は、まず、撹拌手段２１により、米由来のポリ乳酸２ａとバインダー用のポリ乳酸２ｂ，２ｃ，２ｄとを、１９０～２３０℃の温度で３０分～１時間加熱しつつ混合撹拌する。このとき、米由来のポリ乳酸２ａに対して、バインダー用のポリ乳酸２ｂ，２ｃ，２ｄを５～３０重量％の割合で混合撹拌する。混合するバインダー用のポリ乳酸としては、製造する生分解性プラスチック３に付与する性能に応じて、アルギン酸を含むバインダー用のポリ乳酸２ｂ、カルシウムを含むバインダー用のポリ乳酸２ｃ、およびコンニャク由来のバインダー用のポリ乳酸２ｄのうち、１種類～複数種類を使用するのが好ましい。

次に、混合撹拌した後の混合物を、原料製造手段２２により、８０℃の温度で加熱して水を除去し、その混合物をポリ乳酸化させる。ポリ乳酸化した混合物を、固化手段２３の容器に収納して冷却し、固化させる。これにより、生分解性プラスチック３を得ることができる。

本発明の実施の形態の生分解性プラスチックの製造方法および生分解性プラスチックの製造装置では、米由来のポリ乳酸２ａを利用するため、生分解性を有する生分解性プラスチック３を製造することができる。また、米由来のポリ乳酸２ａにカルシウムを含むバインダー用のポリ乳酸２ｃを混合することにより、得られる生分解性プラスチック３をより固くすることができる。米由来のポリ乳酸２ａにアルギン酸を含むバインダー用のポリ乳酸２ｂを混合することにより、粘着性が増し、ペレット状などの任意の形状に整えやすくすることができる。また、得られる生分解性プラスチック３に柔軟性を付加することができ、生分解性プラスチック３を割れにくくすることができる。米由来のポリ乳酸２ａにコンニャク由来のバインダー用のポリ乳酸２ｄを混合することにより、粘度の高い生分解性プラスチックを得ることができる。このように、本発明の実施の形態の生分解性プラスチックの製造方法および生分解性プラスチックの製造装置によれば、より優れた性能を有する生分解性プラスチックを得ることができる。

１ 原料の植物
２ ポリ乳酸
２ａ 米由来のポリ乳酸
２ｂ アルギン酸を含むバインダー用のポリ乳酸
２ｃ カルシウムを含むバインダー用のポリ乳酸
２ｄ コンニャク由来のバインダー用のポリ乳酸
３ 生分解性プラスチック
１１ 前処理手段
１２ １次発酵タンク
１３ 第１分離手段
１４ 加熱手段
１５ ２次発酵タンク
１６ 第２分離手段
１７ 除湿手段
１８ 重合手段
１９ ガス処理タンク
２０ 肥料化手段
２１ 撹拌手段
２２ 原料製造手段
２３ 固化手段

Claims (11)

1. 植物系原料を密閉して乳酸発酵させる第１発酵工程と、
   前記第１発酵工程での発酵物を液体部と固体部とに分離する第１分離工程と、
   前記第１分離工程で分離された前記発酵物の液体部を密閉して再発酵させる第２発酵工程と、
   前記第２発酵工程での再発酵物を液体部と固体部とに分離する第２分離工程と、
   前記第２分離工程で分離された前記再発酵物の液体部から水を蒸発させて乳酸を抽出する除湿工程と、
   前記除湿工程で抽出された前記乳酸を加熱して重合させ、ポリ乳酸を得る重合工程とを、
   有することを特徴とするポリ乳酸の製造方法。
2. 前記第１発酵工程は前記植物系原料を５～２５日間密閉して発酵させ、
   前記第２発酵工程は前記発酵物の液体部のｐＨが２．２～２．６になるよう、２５～６０℃の温度で密閉して再発酵させ、
   前記除湿工程は、前記第２分離工程で分離された前記再発酵物の液体部に対して、超音波振動により水を霧化させて蒸発させ、
   前記重合工程は前記乳酸を１９０～２３０℃の温度で１０分～１時間加熱して重合させることを、
   特徴とする請求項１記載のポリ乳酸の製造方法。
3. 前記植物系原料は、白米、玄米、籾米、発芽米、昆布、ワカメ、ホンダワラ、卵の殻、ソテツの実、貝の殻またはコンニャク芋のうち少なくとも１つを含むことを、特徴とする請求項１または２記載のポリ乳酸の製造方法。
4. 発酵物のｐＨが４以下に低下するよう、白米、玄米、籾米または発芽米のうち少なくとも１つを含む植物系原料を２５～６０℃の温度で５～１０日間密閉して乳酸発酵させる第１発酵工程と、
   前記第１発酵工程での発酵物を液体部と固体部とに分離する第１分離工程と、
   前記第１分離工程で分離された前記発酵物の液体部を、６０～１００℃の温度で２０分～１時間加熱して雑菌処理する加熱工程と、
   前記加熱工程で雑菌処理された前記発酵物の液体部のｐＨが２．２～２．６になるよう、前記発酵物の液体部を２５～６０℃の温度で密閉して再発酵させる第２発酵工程と、
   前記第２発酵工程での再発酵物を液体部と固体部とに分離する第２分離工程と、
   前記第２分離工程で分離された前記再発酵物の液体部から水を蒸発させて乳酸を抽出する除湿工程と、
   前記除湿工程で抽出された前記乳酸を１９０～２３０℃の温度で１０分～１時間加熱して重合させ、ポリ乳酸を得る重合工程とを、
   有することを特徴とする米由来ポリ乳酸の製造方法。
5. 昆布、ワカメ、ホンダワラ、卵の殻、ソテツの実、貝の殻またはコンニャク芋のうち少なくとも１つを含む植物系原料に、請求項４記載の米由来ポリ乳酸の製造方法で製造された前記米由来のポリ乳酸を添加して１０～２５日間密閉し、乳酸発酵させる第１発酵工程と、
   前記第１発酵工程での発酵物を液体部と固体部とに分離する第１分離工程と、
   前記第１分離工程で分離された前記発酵物の液体部のｐＨが２．２～２．６になるよう、前記発酵物の液体部を２５～６０℃の温度で密閉して再発酵させる第２発酵工程と、
   前記第２発酵工程での再発酵物を液体部と固体部とに分離する第２分離工程と、
   前記第２分離工程で分離された前記再発酵物の液体部から水を蒸発させて乳酸を抽出する除湿工程と、
   前記除湿工程で抽出された前記乳酸を１９０～２３０℃の温度で１０分～１時間加熱して重合させ、ポリ乳酸を得る重合工程とを、
   有することを特徴とするバインダー用ポリ乳酸の製造方法。
6. 植物系原料を密閉して乳酸発酵させる１次発酵タンクと、
   前記１次発酵タンクで発酵した発酵物を液体部と固体部とに分離する第１分離手段と、
   前記第１分離手段で分離された前記発酵物の液体部を密閉して再発酵させる２次発酵タンクと、
   前記２次発酵タンクで再発酵した再発酵物を液体部と固体部とに分離する第２分離手段と、
   前記第２分離手段で分離された前記再発酵物の液体部から水を蒸発させて乳酸を抽出する除湿手段と、
   前記除湿手段で抽出された前記乳酸を加熱して重合させ、ポリ乳酸を得る重合手段とを、
   有することを特徴とするポリ乳酸の製造装置。
7. 前記第１分離手段で分離された前記発酵物の液体部を加熱して雑菌処理する加熱手段を有し、
   前記植物系原料は、白米、玄米、籾米または発芽米のうち少なくとも１つを含み、
   前記２次発酵タンクは前記加熱手段で雑菌処理された前記発酵物の液体部を密閉して再発酵させるよう構成されていることを、
   特徴とする請求項６記載のポリ乳酸の製造装置。
8. 請求項４記載の米由来ポリ乳酸の製造方法により得られた米由来のポリ乳酸と、請求項５記載のバインダー用ポリ乳酸の製造方法により得られたバインダー用のポリ乳酸とを加熱しつつ混合撹拌する撹拌工程と、
   混合撹拌の後、水を除去して、その混合物をポリ乳酸化させる原料製造工程と、
   ポリ乳酸化した前記混合物を冷却し、固化させて生分解性プラスチックを得る固化工程とを、
   有することを特徴とする生分解性プラスチックの製造方法。
9. 前記撹拌工程は前記米由来のポリ乳酸と前記バインダー用のポリ乳酸とを、１９０～２３０℃の温度で３０分～１時間加熱しつつ混合撹拌し、
   前記原料製造工程は７０～９０℃の温度で、水を除去して、前記混合物をポリ乳酸化させることを、
   特徴とする請求項８記載の生分解性プラスチックの製造方法。
10. 前記撹拌工程は前記米由来のポリ乳酸に対して、前記バインダー用のポリ乳酸を５～３０重量％の割合で混合撹拌することを、特徴とする請求項８または９記載の生分解性プラスチックの製造方法。
11. 請求項６または７記載のポリ乳酸の製造装置と、
    前記ポリ乳酸の製造装置により得られた複数種類のポリ乳酸を加熱しつつ混合撹拌する撹拌手段と、
    前記撹拌手段で混合撹拌の後、水を除去して、その混合物をポリ乳酸化させる原料製造手段と、
    前記原料製造手段でポリ乳酸化した前記混合物を冷却し、固化させて生分解性プラスチックを得る固化手段とを、
    有することを特徴とする生分解性プラスチックの製造装置。

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