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家畜糞メタン発酵消化液の稲作における藁腐熟への活用が検討されている。その際、藁の腐熟を担う微生物（例：枯草菌）が、豪雪地帯の冬の田のような嫌気環境で活動できるか、また無機窒素を利用できるかという二点が疑問視された。一般に好気性と思われがちな枯草菌だが、PubMedの論文「Anaerobic growth of a "strict aerobe" (Bacillus subtilis)」によると、枯草菌は硝酸呼吸を行うことで嫌気的環境下でも増殖可能であることが示されている。この硝酸呼吸は無機窒素（硝酸）を利用するため、上記の二点の疑問を解消する。これにより、消化液を利用した藁の腐熟促進に期待が持てる。
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家畜糞のメタン発酵で得られる消化液は、大規模稲作の課題解決に貢献する可能性があります。この消化液はアンモニア態窒素が豊富で、土壌改良材として期待され、特に稲わらの腐熟促進に有効と考えられます。従来の石灰窒素と異なり殺菌作用がないため、微生物の活動を阻害せず、微量要素（鉄や亜鉛など）の補給源としても有望です。これにより、区画整備された水稲の弱点を補強できる可能性があります。しかし、豪雪地域での大規模稲作では、雪の下で微生物（特に枯草菌）が活動し、無機窒素を利用して稲わらの腐熟を進められるかどうかが懸念点として挙げられます。
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家畜糞のメタン発酵消化液は亜鉛や銅などの微量要素、腐植酸様物質、カリウムが豊富で、リン酸は少なめです。アンモニア態窒素が多く高pHなのが難点ですが、汚泥混合がなければ重金属は許容範囲。水稲の収穫後のお礼肥として有効で、冬を挟むことでアンモニアの影響を軽減し、藁の腐熟促進や有機物・微量要素の補給に役立つと考察されています。
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家畜排泄物のメタン発酵消化液中のリン酸が少ないことから、リン酸カルシウムとして沈殿したと推測されていた。しかし生成AI（Gemini）は、腐植質化合物とカルシウムが結合してコロイド状の複合体を形成し、沈殿を防ぐ可能性を指摘した。このことから、通常沈殿しやすいカルシウムなどの金属も、コロイド化によって消化液中に残り得ることが示唆される。消化液中の成分挙動において、腐植質によるコロイド形成が重要な役割を果たす可能性が浮上した。
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家畜排泄物と食品残渣のメタン発酵により生成される消化液は、タンパク質分解で生じるアンモニウムイオン（NH4+）を豊富に含む。リン酸については、家畜糞中の貯蔵性リン酸であるフィチン酸が発酵過程でオルトリン酸に変化し、消化液へ移行する。オルトリン酸は微生物に利用されるが、最終的には水溶性のリン酸アンモニウム（リン安）として消化液中に存在する。これは即効性のリン酸源となる。消化液中にカルシウムイオンが存在すると、難溶性のリン酸カルシウムとして沈殿する可能性もあるが、主要なリン酸の形態はリン酸アンモニウムである。
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スティックランド反応は、嫌気性微生物（特にクロストリジウム属）による特殊なアミノ酸発酵経路です。一方のアミノ酸（電子供与体）が酸化され、もう一方（電子受容体）が還元されることで進行します。この反応では、両アミノ酸からアンモニウム（NH4+）が外れ、最終的に有機酸（短鎖脂肪酸）が生成されます。家畜糞のメタン発酵後の消化液処理や堆肥作りなど、肥料の嫌気発酵において重要なプロセスです。
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家畜排泄物のメタン発酵では、水溶性食物繊維のペクチンに注目。ペクチンは嫌気発酵でガラクツロン酸から酪酸等の短鎖脂肪酸、酢酸へと分解され、最終的にメタン・水素・二酸化炭素に変化する。この過程で生成される有機酸によりpHが低下し、炭酸石灰やリン酸石灰のイオン化を促進。ペクチンは大半が有機酸やガスに変化すると考えられる。
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家畜排泄物と食品残渣を嫌気性発酵させメタンガスを抽出する際に残る液が「消化液」です。この消化液に土壌改良効果があるかという質問に対し、記事では効果の可能性を指摘しています。理由として、難消化性で水溶性のポリフェノール「タンニン」が消化液に移行し、土壌改良に寄与すると考えられるためです。一方で、土壌改良に不向きなリン酸などの成分が消化液に残る懸念もありますが、発酵後の固液分離でリン酸が固形分に除去されれば、消化液の土壌改良剤としての価値は高まると考えられます。今後は、メタン発酵による有機物の変化を詳細に分析する必要があります。
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米ぬか嫌気ボカシ肥作りで米ぬか中のポリフェノールは、酸素不足で縮合せず、腸内細菌と同様に分解されると考えられる。フェルラ酸は分解され、最終的に酢酸等の短鎖脂肪酸になる。これらがアルコールとエステル化し、良い香りに変化する。木質チップを混ぜたボカシ肥で香りが強くなるのは、木材のフェノール性化合物の開裂が原因かも。次はオガクズを加えて、木質成分の分解を試みたい。
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米ぬか嫌気ボカシ肥の土壌改良効果について考察。土壌改良に重要なのは縮合型タンニンであり、米ぬかに含まれるフェルラ酸がその候補となる。しかし、フェルラ酸が縮合型タンニンに変化するには酸化が必要だが、ボカシ肥は嫌気環境である点が課題。今後の展開に期待。
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米ぬか嫌気ボカシ肥作りでは、米ぬかに多く含まれるフィチン酸が微生物のフィターゼによって分解され、リン酸とイノシトールに分離されます。分離されたリン酸は核酸やリン脂質の材料となり、イノシトールは糖と同様に代謝されます。核酸は植物の発根促進に繋がるため、米ぬか嫌気ボカシ肥は植物の生育に有効です。
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保存料として使われるアミノ酸の一種、グリシンについて解説。Geminiによると、グリシンは細菌の細胞壁合成を阻害することで保存効果を発揮する。具体的には、細菌の細胞壁成分であるD-アラニンがグリシンに置き換わることで細胞壁が不安定化し、細菌の増殖を抑制。加熱殺菌が難しい耐熱性芽胞菌にも有効。有用な成分でも増殖抑制効果を発見した研究者や、それを応用した開発者に感銘を受けるとし、添加物を一括りに悪とする風潮に疑問を呈している。
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米ぬか嫌気ボカシ肥作りでは、酸素と水分量の調整が重要。特に、米ぬかのデンプンが有機酸に変化し、pHを下げ炭酸石灰と反応、水が発生する点に注意。水分量を減らす必要がある。生成される有機酸石灰は即効性があり使いやすい。硫酸石灰は硫化水素ガス発生のリスクがあるため注意。
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米ぬか嫌気ボカシ肥の発酵中、表面に白い箇所が出現後、一部が赤色に変化。生成AIによると、カロテノイドを合成する酵母やフザリウム属の菌が原因の可能性。ボカシ肥の良し悪しは香りで判断できるが、確認時の酸素流入を避けるため、現時点では臭いを確認しない。
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食品添加物は、自然毒から身を守るために重要な役割を果たしている。特に、致死レベルのボツリヌス菌の毒素を回避する亜硝酸ナトリウムは、人類の知恵の結晶とも言える。添加物について学ぶため、小学生高学年向けに「食品添加物キャラクター図鑑」を読むのがおすすめ。意外な化合物が添加物として使われていることに驚き、添加物に対する認識が深まるはず。大量の食塩摂取による健康被害を、添加物で回避できるのもメリット。
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米ぬか嫌気ボカシ肥の表面に白い箇所が発生。酵母か放線菌の可能性があり、酵母なら膜状、放線菌なら粉状になる。写真から粉っぽく見えるため放線菌かもしれないが、表面は酸素が残りやすく酵母の可能性も否定できない。今後の変化を観察する。
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米ぬか嫌気ボカシ肥にEFポリマーを加えることで、EFポリマー由来のペクチンからメタノールが生成される可能性がある。このメタノールが酪酸とエステル化し、リンゴやパイナップルの香りの酪酸メチルが合成される可能性がある。酪酸メチルを合成する菌として酵母が考えられる。メタノールは大量摂取で失明の危険性があるが、ボカシ肥作りでは揮発するため過度な心配は不要。
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米ぬか嫌気ボカシ肥作りに、高吸水性樹脂EFポリマー（主成分:ペクチン）を新たに加えました。嫌気環境下でペクチンが分解される際、クロストリジウム属の細菌が関与する可能性があり、その過程でメタノールが生成されることがあります。このメタノールが、カルボン酸と反応して香り化合物を生成するのではないかと考察しています。
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米ぬか嫌気ボカシ肥の発酵が進むと褐色化するのはメイラード反応による。米ぬかのデンプンとタンパク質が分解され、グルコースとアミノ酸が生成。これらが結合しシッフ塩基を経てアマドリ化合物となり、最終的に褐色のメラノイジンが生成される。この反応は腐植酸の形成にも重要である。
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米ぬか嫌気ボカシ肥の失敗サイン、今回はアンモニア。米ぬかのタンパク質が嫌気環境でアミノ酸に分解され、水分が多いと脱アミノ反応でアンモニアが発生。酵母がアンモニアを利用できれば問題ないが、水分管理が悪いと腐敗菌が活発になりアンモニアが蓄積。ただし、この反応で水分は消費される。
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米ぬか嫌気ボカシ肥作り失敗時の悪臭は、アンモニア、硫化水素、酪酸などが原因。特に酪酸は、通常酵母と結合して良い香りの酪酸エチルになるが、水分過多で酪酸菌が優勢になると酪酸が過剰に生成され悪臭となる。水分量の調整が、酪酸菌の活性を抑え、失敗を防ぐ鍵となる。
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米ぬか嫌気ボカシ肥作りは、酵母・乳酸菌・酪酸菌の働きを利用します。成功のサインは、酪酸エチルによる甘い香り。これは、酵母が生成したエタノールと乳酸菌・酪酸菌が生成した酪酸が、酵母のエステル合成酵素によって結合した際に生まれます。この反応では水も生成され、酪酸菌は嫌気性のため密封が重要です。
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シイタケとトリコデルマの競合において、無機窒素（硫安）添加でトリコデルマが優位になるのは、トリコデルマが無機窒素（アンモニウムイオン、硝酸）をアミノ酸合成に利用できるため。生成AIによれば、トリコデルマはアンモニウムイオンをGDH/GS-GOGAT経路でアミノ酸に同化でき、硝酸も利用可能だが、アンモニア還元が必要で効率は低い。他の真菌も無機窒素を利用できるのかを知りたい。
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シイタケ菌が分泌する直鎖アルコールとは、炭素が鎖状に連なり、末端にヒドロキシ基を持つ脂肪族アルコール（H3C-(CH2)n-CH2-OH）のこと。炭素数が増えるほど水に溶けにくくなり、沸点・融点が高くなるなどの特徴がある。シイタケ菌が脂肪酸から直鎖アルコールを合成すると思われるが、硫安の添加によりトリコデルマが優位になる理由は不明。
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シイタケの香り成分「レンチオニン」は硫黄を多く含む特殊な構造を持ち、人体に良い効果がある。記事では、このレンチオニンに注目し、硫黄過剰な土壌の解決策になる可能性に言及。ただし、シイタケ菌が栽培土壌で都合良く作用するかどうかは疑問が残ると指摘している。
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シイタケ栽培において、トリコデルマというカビが天敵。培地に糖が多いとシイタケが優位になるが、硫安が多いとトリコデルマが優位になる。これはシイタケ菌がトリコデルマを阻害する直鎖アルコールを合成するため。糖が多いと直鎖アルコールを多く合成できる。硫安がトリコデルマ優位にする理由は、直鎖アルコールの合成酵素に影響するか、直接無効化するかのどちらかだと推測。
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黒麹菌の一種である*Aspergillus niger*はオクラトキシンを合成する可能性があるが、焼酎製造に使われる*A. awamori*や*A. kawachi*といった黒麹菌は基本的にオクラトキシンを合成しない。ただし、*A. awamori*の一部にはオクラトキシンを合成するものが存在する。黒麹菌の誕生過程においては、オクラトキシンが混入していた可能性も考えられる。
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コウジカビが作るカビ毒、オクラトキシンについて調査。アフラトキシンを作るフラバスとオリゼーの関係から、味噌への混入の可能性を検討した流れで、他のマイコトキシンを調べてみた。オクラトキシンはオクラセウスやニゲル（黒麹菌）が生成し、ニゲルは酢の醸造に使われることから、酢のマイコトキシン問題も深掘りすることでコウジカビへの理解を深めたい。
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アフラトキシンは自然環境下で無毒化される可能性があり、Geminiによると酸化反応（過酸化水素による分解）と生物学的分解（特定の細菌や真菌による分解）が考えられる。特に、微生物が産生するラッカーゼやペルオキシダーゼなどの酵素がアフラトキシンを分解する可能性がある。白色腐朽菌と過酸化水素の関係から、味噌や醤油の発酵過程で過酸化水素が発生し、アフラトキシンが無毒化されるのかが疑問点として挙げられている。
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コウジカビ（オリゼー）は、毒素を出すフラバスを家畜化したもの。フラバスはアフラトキシンという有害なカビ毒を作る。オリゼーをどうやって得たのか？ 元々フラバスで味噌を作っていたのか、自然界にオリゼーがいたのか？ もし発酵過程でアフラトキシンが無毒化されるなら、その反応を知りたい。
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デオキシニバレノールはフザリウム属菌が生成するマイコトキシンで、真核生物の60Sリボソームに結合しタンパク質合成を阻害します。この阻害はリボトキシックストレス応答を引き起こし、セロトニン合成量の低下を招きます。セロトニン低下は食欲不振や体重減少を引き起こし、生活に支障をきたすほど深刻な症状に繋がる可能性があります。コムギのフザリウム感染リスクを減らすために殺菌剤の使用も検討されます。
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フザリウム属のカビが作るマイコトキシンの一種、デオキシニバレノールについて解説。これは作物（コムギ赤さび病の原因）と人体に有害で、セロトニンの合成に影響を及ぼす可能性がある。デオキシニバレノールはグルクロン酸化で無毒化される。
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生成AIが提示したカビ臭物質「2-メチルイソボルネオール」について解説。これは藍藻類が生成する物質で、フザリウム属の糸状菌由来の臭気とは異なる可能性が高い。しかし、カビ臭の一種として知識をストックしておくことに意義があると述べている。
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フザリウム属の糸状菌を培養すると独特の臭いがあるという話を聞き、カビ臭について調査。ゲオスミンという降雨後の地面の匂いを持つ化合物が見つかった。しかし、フザリウムがゲオスミンを合成するかは不明。フザリウムが合成する臭気は別のものと考えられる。
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衣用の薄力粉に卵を混ぜるのは、卵のタンパク質が加熱により凝固し、材料同士を繋ぎ止める役割を期待するから。小麦粉のグルテンも同様の効果があるが、卵白の方がより強く凝固する。パンのクラムの気泡はグルテンが引き伸ばされた特性を示す一方、卵白は加熱でガチガチに固まる。この凝固時の硬さをイメージすることで、衣の中でタンパク質がどのように繋ぎの役割を果たすのかが理解しやすくなる。
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フライドチキンの衣は、片栗粉のみだと揚げたては美味しいが冷めると食感が落ちやすい。一方、薄力粉のみだと冷めても比較的美味しい。これは、片栗粉の衣はデンプンの硬化で多孔質になるのに対し、薄力粉はグルテンが網目状の構造を作り、食感の変化を抑えるため。弁当に入れる場合など、冷めても美味しく食べたいならグルテンを含む薄力粉を多く配合するのが良い。
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揚げ物の衣に使われる薄力粉はタンパク質（グルテン）が少なく、主成分はデンプン。薄力粉に片栗粉を混ぜると、片栗粉のデンプンがグルテンの網目構造を弱め、食感が変化する。薄力粉のデンプンがグルテンを覆うイメージで、デンプンの塊にグルテンが入り込んだ状態と捉えられる。
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揚げ物の衣のサクサク感は、デンプンの糊化と硬化が重要。糊化は、デンプンが加熱で水分を含み膨張する現象。揚げると水分が蒸発して多孔質になる。同時に、デンプン分子が再び結合しようとする力が働き、多孔質でありながら硬い状態になる。この相反する状態が、サクサクとした食感を生み出す。
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揚げ物の衣を理解するには、デンプンの糊化が重要です。デンプンはグルコースが連なった構造で、加熱すると水素結合が切れ、水が入り込んで膨らみます（糊化）。この状態で油で揚げると水分が蒸発し、多孔質の構造ができます。これが衣のサクサク感に関わる一方で、デンプンの硬化も重要な要素であり、詳細は次回の記事で解説されます。
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骨無しフライドチキンの衣の謎を解くため、身近な唐揚げを例に考察を始める。唐揚げの衣は薄力粉と片栗粉が一般的だが、まずは薄力粉について深堀り。薄力粉は小麦粉の一種で、タンパク質（グルテン）含有量が8.5%以下のものを指す。製粉時にどうやってタンパク含量を調整しているのか、小麦の品種や産地が関係するのかなど、農学的な疑問が湧いてきた。
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漫画の影響で「ファミチキ」に興味を持った家族の話。妻がネットで見つけたレシピでファミチキを再現し、その美味しさに驚く。ファミチキが骨無しフライドチキンというジャンルだと知り、ファミリーマートの謳い文句にある「衣」に注目。衣の秘密を探るため、科学的な視点で料理を解説する漫画「ヤンキー君と科学ごはん」を参考にすることにした。
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バイオ炭は炭化温度で性質が変わり、低温炭化ではカルボキシ基やフェノール性水酸基などの酸性官能基が多く、pHが低くなる傾向があります。高温炭化では、酸性官能基が減り、窒素や酸素含有官能基、炭素表面のπ電子といった塩基性官能基が増え、pHが高くなります。特に塩基性官能基は陰イオンを吸着する特性があり、土壌のAECを高める効果が期待できます。
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鶏糞炭化における有機態リン酸の変化に着目。特にフィチン酸の炭化過程を調査。Geminiによると、脱水反応、脱リン酸化反応、開環・縮合反応を経て炭化が進み、リン酸ガスが発生する可能性も。リン酸の気化は資源問題に繋がるため注意が必要だが、鶏糞中の未消化リンカルは残りやすい。
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植物繊維の炭化は、まず脱水反応で水分が放出され、次に分解反応で糖の鎖が切断されて低分子化合物が生成・揮発します。二酸化炭素やギ酸などが放出された後、リグニン等と反応し、タールや炭化水素類などの揮発性有機化合物が大量に放出され、炭素同士の結合が進む過程です。
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タンパク質の炭化は、熱により脱水、分解、揮発を経て、最終的に炭素含有率の高い固体が生成される反応です。タンパク質はアミノ酸に分解され、さらに低分子化。芳香族アミノ酸のベンゼン環が残り、エーテル結合構造の一部となる可能性があります。窒素はアンモニアなどのガス状化合物として放出されます。
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もみ殻燻炭の土作りへの影響を考察。炭化の過程で、もみ殻に含まれるリグニンの構成要素であるモノリグノール同士がラジカルカップリングなどの反応を起こし、重合して巨大化する。保肥力は期待薄だが、保水性はあり、イオン化した金属を保持する可能性。炭素埋没には有効で、メタン発生は起こりにくいと考えられる。ポリフェノールも同様の反応を起こし、より複雑な構造を形成する。
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もみ殻燻炭の土作りへの有効性を検証。栽培者は腐植酸に似た成分を求めており、その基となるリグニンやポリフェノールがもみ殻に含まれているか調査。農研機構の研究で、もみ殻からリグニンとポリフェノールが抽出できることが判明。今後は、炭化によってこれらの成分がどう変化するかを把握する必要がある。
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家畜糞の臭気成分トリメチルアミンは、酸化によりジメチルアミン、メチルアミンを経てアンモニアへと分解される。それぞれの過程でメチル基(-CH3)が外れ、最終的にアンモニア(NH3)となる。アンモニアは硝化され硝酸となり土壌に留まるため、トリメチルアミンは揮発または硝酸に変化することで臭いが消える。
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家畜糞の臭気成分トリメチルアミンは、刺激臭があり肥料利用時に問題となる。切り返しによる自然減に加え、酸化反応を抑制したい。穏やかな酸化剤（過酸化水素）と反応させると、トリメチルアミン-N-オキシド（無臭、揮発性）に変化する。これにより臭気を低減できる。今後は、トリメチルアミンの分解について検討する。
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家畜糞に含まれる臭気成分トリメチルアミンは魚臭が特徴。肥料として使用した場合の植物への影響は不明だが、人体には刺激性がある。刺激性の原因は今後調査予定。