КОМПЛЕКСНАЯ МИКРОЭЛЕМЕНТНАЯ ДОБАВКА ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА БИОФЕРМЕНТАЦИИ Российский патент 2000 года по МПК C05F11/08 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к области переработки органических отходов.

Одним из распространенных способов утилизации органических отходов является использование процесса биоферментации, заключающегося в активизации жизнедеятельности микроорганизмов, изначально присутствующих в отходах (навоз, кал, помет в смеси с торфом, опилками и т.п.).

Известны различные средства для оптимизации процесса ферментации органических отходов - добавление питательных веществ, добавление веществ для изменения pH среды, добавление различных стимуляторов /М.Н. Лебедева, Микробиология. Изд. "Медицина", М., 1969, с. 392. Стимуляция жизнедеятельности микроорганизмов и вирусов. Под ред. М.Х. Шигаевой. Алма-Ата, "Наука", 1986, с. 275/. Наиболее распространены среди них различного рода стимуляторы биогенной природы: органические стимуляторы, витамины, биошроты, биомассы микроорганизмов. Менее распространены добавки микроэлементов, хотя их стимулирующая роль хорошо известна.

Недостатком добавления в исходную смесь органических отходов указанных препаратов является односторонность или узкая избирательность их деятельности. Полезность применения той или иной добавки проявляется лишь при подходящих биохимических условиях исходной смеси органических отходов, т.е. они не универсальны.

Наиболее близким к заявляемому составу является никель азотнокислый, который усиливал распирацию углекислоты микроорганизмами на 4-ю неделю после внесения до 449% от исходной /Doelman P., Hanstra L. Shortterm and Longterm Effect of Ca, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn on Soil Microbial Respiration to Abiotic Soil Factor. Plant abd Soil. 1984. vol. 79. N 3. P. 317 - 327.

Недостатком указанной добавки является узкая направленность, связанная с компенсацией недостатка указанного микроэлемента, а не на оптимизацию и синхронизацию физиологических процессов в целом в микроорганизмах.

Целью изобретения является интенсификация процесса биоферментации и улучшение качества конечного продукта.

Указанная цель достигается тем, что в ферментируемый субстрат, представляющий собой смесь навоза и торфа, пищевых отходов, соломы и т.д. и в котором изначально присутствуют микроорганизмы, вводится комплексная микроэлементная добавка, которая включает следующие компоненты из расчета, мг/кг сухого вещества смеси органических отходов:
никель азотнокислый - 0,3 - 0,5
железо сернокислое - 70 - 90
марганец сернокислый - 25 - 50
кобальт сернокислый - 5,0 - 6,2
цинк сернокислый - 55 - 70
медь сернокислая - 15 - 20
йодистый калий - 2,5 - 3,0
ванадиевокислый аммоний - 0,2 - 0,4
двухромовокислый калий - 2,5 - 3,0
молибеденовокислый аммоний - 1,0 - 3,0
сернокислый магний - 100 - 140
мышьяковистокислый натрий - 0,1 - 0,2
селенистокислый натрий - 0,1 - 0,2
бромистый калий - 10 - 14
рубидий азотнокислый - 1,0 - 1,8
борная кислота - 15,5 - 23,0
цезий азотнокислый - 0,60 - 0,90
Предлагаемая добавка отличается от прототипа широким набором биологически активных микроэлементов, причем помимо традиционно применяемых для стимуляции микробиологической деятельности микроэлементов - Ni, Fe, Zn, Mn, Co, Cu, - микроэлементная добавка содержит другие биологически активные элементы - хром, ванадий, молибден, селен, мышьяк, рубидий, цезий и др., являющихся активаторами многих ферментов.

Доза внесения и пропорции включения в состав указанных микроэлементов, удовлетворяя потребности микроорганизмов в биологически активных микроэлементах, обеспечивают интенсификацию процесса биоферментации независимо от состава исходной смеси, в результате чего улучшается качество продукции, в ней повышается содержание протеина, жиров, биологически активных ферментов, микроэлементов.

Пример использования.

Проверка эффективности действия комплексной микроэлементной добавки проводилась на смеси 50% навоза и 50% торфа. В один из ферменторов в смесь добавлялся никель азотнокислый в соответствии с прототипом, в другие - комплексная микроэлементная добавка для интенсификации процесса биоферментации, приготовленная из химически чистых реактивов. Для приготовления комплексной микроэлементной добавки последовательно растворяют в заданном объеме воды навески реактивов необходимой массы. Так, для оптимального состава комплексной микроэлементной добавки берут навески реактивов, мг/кг сухой массы пищевых отходов:
железо сернокислое - 80
никель азотнокислый - 0,4
марганец сернокислый - 38
кобальт сернокислый - 5,6
цинк сернокислый - 62,5
медь сернокислая - 17,5
йодистый калий - 3,0
ванадиевокислый аммоний - 0,3
двухромовокислый калий - 2,8
молибденовокислый аммоний - 2,0
сернокислый магний - 120
мышьяковистокислый натрий - 0,15
селенистокислый натрий - 0,15
бромистый калий - 12
рубидий азотнокислый - 1,4
борная кислота - 19,2
цезий азотнокислый - 0,75
Максимальные и минимальные содержания реактивов приведены выше.

Полученным раствором равномерно орошают субстрат.

В таблице приведены сравнительные данные влияния микроэлементных добавок на содержание биологически активных веществ в конечном продукте после 5 суток ферментации. В таблице указаны значения измеренных параметров, соответствующие минимальным, оптимальным и максимальным концентрациям реактивов в соответствии с допустимым диапазоном концентраций.

Процесс ферментации контролировался каждые сутки измерением многих биологических показателей. Так, в первые сутки инкубации каталазная активность микроорганизмов в 2,47 раз выше при добавлении комплексной микроэлементной добавки, чем в прототипе, во вторые сутки уреазная активность при заболевании заявляемого состава в 1,84 раза выше, чем при добавлении микроэлементной добавки, используемой в прототипе.

При введении в смесь органических отходов комплексной микроэлементной добавки оптимального состава усиливается деструкция исходных веществ, при этом количество N_лг в конечном продукте увеличивается в 2,6 раз (с 42,6 до 111 мг/кг), тогда как существенного роста содержания N_лг при использовании добавки из прототипа не наблюдается. Численность микроорганизмов, преобразующих органомассу в биоферментере, при введении комплексной микроэлементной добавки в 2-25 раз выше по отдельным физиологическим группам, чем при использовании прототипа. Наиболее важным признаком доброкачественности конечного продукта является развитие аминокислотосинтетиков. Анализы показали, что при введении в исходную смесь органических отходов комплексной микроэлементной добавки оптимального состава численность аминокислотосинтезирующих микроорганизмов достигала максимальной величины 133 млг/г субстрата, тогда как при использовании прототипа только 6 млн/г, в связи с чем в конечном продукте наблюдается увеличение доли сырого протеина в 1,25 раза. Помимо протеина в конечном продукте увеличивается содержание жира на 12%, а также жизненно необходимых макро- и микроэлементов - фосфора, калия, селена, брома, рубидия, йода на 10-90%.

Таким образом, добавление комплексной микроэлементной добавки в смесь органических отходов интенсифицирует процесс биоферментации, способствует бурному развитию микрофлоры, улучшает качество полученного продукта.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при переработке органических отходов. Комплексная микроэлементная добавка содержит следующие компоненты, мг/кг сухой массы исходной массы органических отходов: никель азотнокислый 0,3-0,5; железо сернокислое 70-90; марганец сернокислый 25-50; кобальт сернокислый 5,0-6,2; цинк сернокислый 55-70; медь сернокислая 15-20; йодистый калий 2,5-3,0; ванадиевокислый аммоний 0,2-0,4; двухромовокислый калий 2,5-3,0; молибденовокислый аммоний 1,0-3,0; сернокислый магний 100-14; мышьяковисто-кислый натрий 0,1-0,2; селенистокислый натрий 0,1-0,2; бромистый калий 10-14; рубидий азотнокислый 1,0-1,8; борная кислота 15,5-23,0; цезий азотнокислый 0,6-0,9; вода 1500-2500. Применение добавки позволяет ускорить процессы ферментации и обогатить конечный продукт протеином, биологически активными макро- и микроэлементами. 1 табл.

Комплексная микроэлементная добавка для интенсификации процесса биоферментации, содержащая никель азотнокислый, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит железо сернокислое, марганец сернокислый, кобальт сернокислый, цинк сернокислый, медь сернокислую, йодистый калий, ванадиевокислый аммоний, двухромовокислый калий, молибденовокислый аммоний, сернокислый магний, мышьяковистокислый натрий, селенистокислый натрий, бромистый калий, рубидий азотнокислый, борную кислоту, цезий азотнокислый при следующем соотношении компонентов, мг/кг сухой массы исходной массы органических отходов:
Никель азотнокислый - 0,3 - 0,5
Железо сернокислое - 70 - 90
Марганец сернокислый - 25 - 50
Кобальт сернокислый - 5,0 - 6,2
Цинк сернокислый - 55 - 70
Медь сернокислая - 15 - 20
Йодистый калий - 2,5 - 3,0
Ванадиевокислый аммоний - 0,2 - 0,4
Двухромовокислый калий - 2,5 - 3,0
Молибденовокислый аммоний - 1,0 - 3,0
Сернокислый магний - 100 - 140
Мышьяковистокислый натрий - 0,1 - 0,2
Селенистокислый натрий - 0,1 - 0,2
Бромистый калий - 10 - 14
Рубидий азотнокислый - 1,0 - 1,8
Борная кислота - 15,5 - 23,0
Цезий азотнокислый - 0,6 - 0,9
Вода - 1500 - 2500