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光触媒は農業に貢献する!安全で強力な浄化力と有用糖生成のしくみ2021.04.10

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光触媒の酸化分解力超親水性作用は、私たちの暮らしを清潔で美しいものにしてくれます。光触媒は化粧品や食品添加物にも使用される酸化チタンと、自然の恵みである太陽光などの光が織りなす安全な触媒作用です。空気や水の浄化、抗菌や防汚、消臭などの効果は、さまざまな分野に応用の領域を広げています。

農業分野もその一つです。光触媒が農業に貢献するしくみについて解説します。


光触媒が農業分野で応用されている理由 

光触媒が農業に応用される理由は、有機物を分解する機能を持つからです。

光触媒は、作物の収穫にとって有害な微生物やバクテリアなどの有機物は分解除去しますが、植物の重要な栄養分である窒素やリン、カリウムなどの無機物は分解しません。これは農業にとって大きなメリットになるのです。

光触媒の安全で強力な浄化力に注目 

酸化チタンは、光に当たると触媒作用により活性酸素を生成し、その酸化力で有機物を水と二酸化炭素に分解します。

活性酸素は大気中に存在し、体内でも休みなく生成されていますが、一気に大量に体内に取り込まれると人体に影響があるとされています。しかし、光触媒作用による活性酸素は寿命が非常に短く、空中に浮遊することも体内に取り込まれることもありません。

例えば、消毒薬として使用されているオキシドールは、過酸化水素水を含んでいます。過酸化水素は、活性酸素の一種です。活性酸素=悪者ではなく、私たちの日常生活に役立つものでもあるのです。光触媒により生成される活性酸素の分解力は、塩素、過酸化水素、オゾンを凌ぐ力があるとされています

安全で安心な光触媒作用により生成される活性酸素を、光や水、空気や土を利用する農業に応用することは、環境に配慮することが求められる現在において非常に有効な手段だといえるでしょう。

光触媒の酸化分解力は有用糖を生成 

光触媒による酸化分解力を応用して、さまざまな研究が行われていますが、その一つが有用糖の生成です。例えば、二糖であるセロビオースを分解して、グルコースや希少糖を生産する技術が確立されました。また、糖質系バイオマスを分解してブドウ糖や希少糖などの有用糖を生成する研究も行われています。

糖は、食料としてだけでなく、発電やバイオエタノール、ポリ乳酸の原料としても期待されています。また、植物が光合成で造りだす栄養分は糖であることもよく知られたことです。

希少糖(レアシュガー)は、太古の昔から自然界に存在しますが、その総量が糖全体の1%にも満たないとされています。希少糖は、人体の活性酸素の抑制やがん細胞抑制などの生理活性が報告されている期待の成分です。農業分野での、光触媒の酸化分解力を応用した有用糖生成の実用化が期待されます。 

※セロビオースとはグルコース2分子が結合した二糖です。人体では消化吸収されませんが大腸で善玉菌を活性化させ、善玉菌は免疫力を高める短鎖脂肪酸を産生します。
※糖質系バイオマスとは、生物由来のバイオマスのなかでも、サトウキビやトウモロコシなど糖質・でんぷん系作物由来のものを意味しています。
※ポリ乳酸はプラスチックの一種で、使用後土中などで生分解し、最終的には二酸化炭素と水に完全分解されます。

光触媒はエチレン分解で鮮度を保持 

農産物の鮮度が落ちるのは、エチレンと呼ばれる老化物質の生成がおもな原因です。その他には空気中のカビ菌などが影響するとされています。

エチレンは植物ホルモンの一種で、植物自体が生成し、自体の成熟や老化を促します。傷みや病気でも大量に生成され、周囲の植物の成熟や老化も誘導するのが特徴です。光触媒は、このエチレンやカビ菌を分解します。ここでも光触媒の酸化分解力が活かされるのです。

農作物を包装するフィルムに光触媒をコーティングしたり、フィルムの製造過程で混入させたりすることで、植物自体が生成するエチレンを分解します。光触媒が、エチレンやカビ菌を分解することで、農作物の鮮度は格段に伸びるようになるのです。

光触媒は養液栽培の問題点を解決する

近年、農業分野で急速な拡大をみせているのが、養液栽培です。光触媒はこの養液栽培で指摘されていた問題点を解決しました。養液栽培とは、土の代替えとして固形の培地や水に根を張らせ、必要な栄養成分を含んだ培養液で植物を栽培する方法です。気候や土壌の条件に左右されることなく栽培できるという利点があります。

ただ、養液栽培には問題点もありました。

・培地が無機質(ロックウールなど)だと自然還元されず産業廃棄物として処分が必要
・自然還元できる有機物(ヤシがらなど)培地は培養液中に有機汚染物を溶出する


この問題を解決するために、培養液中の有機物分解の目的で、光触媒が利用されました。これにより、産廃処理が必要ない天然の有機物培地を使用することができるようになったのです。また、植物を栽培させるのに必要な大量の水を無駄使いすることなく、循環させて使用することが可能になりました。


光触媒は切り花の品質保持に効果あり 

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私たちの暮らしを彩る切り花を、できるだけ長持ちさせたいとは誰もが思うことでしょう。光触媒は切り花の品質保持にも貢献することが報告されています。切り花の鮮度を保つには、前述のエチレンなど植物ホルモンによる老化促進を抑制すること、水分状態を保つこと、開花に必要なエネルギーを供給することなどが必要です。

切り花に水を供給しながら流通させる方法を湿式輸送といいます。この湿式輸送の過程で、切り花に糖を吸収させると開花に必要なエネルギーを供給することになり、品質保持期間が延びることが分っています。ただ、切り花の浸け水に糖を混入させると、水中の微生物が繁殖し、切り花の吸水を妨げて逆に品質保持期間が短くなってしまうという難点がありました。

この難点を解消するために、光触媒を応用した小型溶液浄化装置を湿式輸送に用いる試験が行われました。そして、切り花の浸け水をこの装置に循環させることで、溶液中の菌や微生物を分解することに成功したのです。

まとめ

農業の分野で光触媒の安全で強力な酸化分解力が貢献する様子を見てきました。それぞれの状況下で、さまざまな工夫や試行が行われた成果です。農業は、私たちの生命を支える大切な産業です。同時に、私たちの体に取り入れたり、触れたりするものであるため安全性には気をつけて過ぎるということはありません。

その点、光触媒の安全性はしっかり担保されていますから、農業分野での応用拡大も安心して期待することができます。

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