EA011611B1 - Биологическое удобрение, содержащее сыворотку, и способы его получения и применения - Google Patents

Abstract

Настоящее изобретение относится к способу получения биологического удобрения, включающего обработку сыворотки на первой стадии ферментации и добавление материала-носителя к ферментированной сыворотке и биологическому удобрению, которое может быть получено данным способом. Биологическое удобрение может быть использовано вместо используемых в настоящее время искусственных удобрений, тем самым устраняя многие из проблем окружающей среды, связанных с такими искусственными удобрениями. Кроме того, биологическое удобрение согласно настоящему изобретению может быть использовано в области «биологического» сельского хозяйства, для которого до разработки данного биологического удобрения удобрений не существовало.

Description

Настоящее изобретение относится к способам получения биологического удобрения и к биологическому удобрению, которое может быть получено упомянутым способом. Настоящее изобретение также относится к композиции для удобрения почвы, включающей упомянутое биологическое удобрение, и к использованию упомянутого биологического удобрения или упомянутой композиции для удобрения субстрата для роста растений. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу удобрения почвы.

Поддержка вида агрокультуры, т.е. культуры, которая не просто эксплуатирует унаследованное плодородие сельскохозяйственных почв, основана на предпосылке, что питательные вещества для растений, удаляемые при сборке урожая, будут замещены.

Именно регулярное внесение достаточных количеств питательных веществ для растений в течение последних 100 лет поддерживало и даже улучшило плодородность фермерских полей в Европе. В сочетании с достижениями растениеводства и животноводства, защитой растений, механизацией ферм и использованием земель, питательные вещества для растений внесли свой вклад в производительность европейских ферм в последние годы, несмотря на сокращение общих сельскохозяйственных площадей.

Имеется четыре источника питательных веществ для растений: 1) сама почва, 2) домашний скот, муниципальные и промышленные отходы, 3) биологическая фиксация азота и 4) минеральные удобрения, также называемые искусственными удобрениями.

Минеральные удобрения позволяют фермерам дополнять питательные вещества для растений, такие как микроэлементы, минералы, азот, углерод и т.д., приводя таким образом введение питательных веществ в соответствие с потребностями урожая. Фактически, они являются единственными питательными веществами, которые могут быть рассчитаны для удовлетворения точных потребностей урожая. Обеспечивая гарантированные количества и возможность введения в нужном виде и в нужное время, минеральные удобрения представляют собой экономически выгодное средство обеспечения непрерывного получения урожая и улучшения качества пищевых продуктов и корма для скота. В настоящее время не существует альтернативы минеральным удобрениям в региональном или всемирном масштабе для осуществления гарантированного производства пищевых продуктов.

Основным недостатком минеральных удобрений является неэффективное использование удобрения из-за характера высвобождения питательных веществ для растений из минерального удобрения в почву. После внесения в почву питательные вещества, присутствующие в минеральных удобрениях, обычно высвобождаются в виде взрыва, т.е. все питательные вещества попадают в почву в течение относительно короткого периода времени. Поскольку во время роста растений, которое обычно занимает несколько месяцев, концентрация питательных веществ быстро снижается, например, из-за вымывания или распада, необходимо использовать относительно большое количество питательных веществ, для того чтобы обеспечить достаточную концентрацию питательных веществ для растений во время всего периода роста. Таким образом, требуется относительно большая дополнительная часть минерального удобрения, чтобы компенсировать потери во время периода роста, а не для необходимого восполнения питательных веществ в растущих растениях.

Кроме того, относительно большая часть питательных веществ для растений не используется растущими растениями. Из-за этого, в конце концов, неиспользованные питательные вещества для растений поступают в окружающую среду, например, в результате вымывания. Вымывание представляет собой смывание или размывание питательных веществ в почве, например, дождем, паводком и т. д. Такое вымывание питательных веществ для растений может вызвать серьезные нарушения окружающей среды, такие как снижение содержания кислорода в воде в результате роста водорослей, разрушение эпитопов в результате неестественного поступления питательных веществ, нарушение природного баланса между видами, такое как аномальный гнездовой рост, а также общее снижение количества видов, как растительных, так и животных, присутствующих в эпитопе.

Поэтому целью настоящего изобретения является разработка экономически выгодного удобрения, более эффективно обеспечивающего растущие растения питательными веществами, и таким образом снижающего нужное количество удобрения, и, кроме того, снижающего количество питательных веществ для растений, поступающих в окружающую среду, с целью сведения к минимуму или даже предотвращения нарушений окружающей среды, связанных с таким поступлением. По этой причине такие удобрения считаются биологически благоприятными или биологическими удобрениями, в отличие от используемых в настоящее время минеральных (искусственных) удобрений.

Согласно настоящему изобретению такая цель может быть достигнута путем разработки способа получения биологического удобрения, включающего ферментацию сыворотки и добавление материаланосителя к ферментированной сыворотке.

Сыворотка представляет собой водянистую часть молока, отделяемую от коагулируемой части свернувшегося молока, особенно в процессе изготовления сыра, и богатую лактозой, минералами и витаминами, и содержащую лактальбумин и следы жира. В настоящее время сыворотка считается отходом сыроваренной промышленности и обычно выбрасывается, несмотря на то что она представляет собой экономически выгодный исходный материал для удобрения.

Кроме того, поскольку сыворотка является натуральным продуктом, подвергнутым минимальной обработке и не содержащим консервантов или искусственных добавок, то в том случае, когда материал

- 1 011611 носитель также представляет собой натуральный продукт, удобрение на основе сыворотки в качестве исходного материала не переносит такие возможные токсичные или вредные консерванты и/или добавки в окружающую среду, в отличие от химически синтезированных, минеральных (искусственных) удобрений.

Это позволяет использовать биологическое удобрение согласно данному изобретению биологическим фермерам, т.е. фермерам, которые с принципиальной точки зрения не используют никакие ненатуральные продукты, такие как минеральные удобрения, гербициды или пестициды. До настоящего времени такие фермеры не могли использовать иные удобрения, что сильно ограничивало размеры урожаев.

Согласно данному изобретению сыворотку ферментируют на первой стадии ферментации, например, в течение 2 дней при комнатной температуре при перемешивании, хотя может быть использован любой протокол ферментации, например ферментация при повышенных температурах, ферментация в автоматическом ферментере и т.д.

Материал-носитель согласно данному изобретению, предпочтительно полученный из натурального источника и, кроме того, в твердом виде, может быть использован для: 1) получения возможного дополнительного источника углерода, 2) обеспечения улучшенных характеристик биологического удобрения при его транспортировке и обработке и 3) предотвращения вымывания ферментированной сыворотки после ее применения.

Ферментированная сыворотка в сочетании с материалом-носителем обеспечивает получение удобрения, доставляющего питательные вещества в почву в виде пролонгированного или длительного высвобождения, т.е. относительно постоянного высвобождения питательных веществ в течение относительно длительного периода времени, возможно, благодаря последующей ферментации удобрения микроорганизмами почвы после его введения.

Пролонгированное высвобождение требует меньше удобрения по сравнению с высвобождением в виде взрыва (искусственных) минеральных удобрений для получения желаемой концентрации питательных веществ в почве, поскольку требуется меньшая компенсация неизбежного снижения концентрации питательных веществ, тем самым, обеспечивающая более эффективное использование биологического удобрения согласно данному изобретению по сравнению с (искусственными) минеральными удобрениями.

Кроме того, поскольку для компенсации требуется меньшее количество удобрения, также меньшее количество удобрения попадает в окружающую среду, предотвращая или уменьшая нарушения окружающей среды, связанные с таким попаданием.

Соотношение между ферментированной сывороткой и материалом-носителем в биологическом удобрении согласно данному изобретению предпочтительно составляет от 10 до 15, например 10, 11, 12, 13, 14 или 15 (сыворотка: носитель). При таких соотношениях материал-носитель обеспечивает достаточную структуру, оптимально сохраняя преимущества ферментированной сыворотки.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения сыворотку до ферментации и/или во время ферментации инокулируют культурой микроорганизмов, включающей либо один микроорганизм, либо смесь организмов. В результате добавления специфической культуры микроорганизма первый процесс ферментации может быть осуществлен быстрее и/или может быть обеспечен лучший контроль над процессом. Кроме того, на характеристики ферментированной сыворотки может повлиять выбор микроорганизма, такой как содержание азота и/или углерода.

Ферментацию сыворотки предпочтительно осуществляют при рН, равном от 5 до 7, например рН 5, 5,5, 6, 6,5 или 7, более предпочтительно при рН от 4 до 4,5, например рН 4, 4,1, 4,2, 4,3, 4,4 или 4,5, поскольку такие значения рН обеспечивают оптимальную ферментацию.

Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения перед добавлением материаланосителя ферментированную сыворотку фильтруют для отделения микробной биомассы. Предпочтительно используется принцип гравитационной подачи в течение большей части времени. Это обеспечивает низкую стоимость стадии фильтрации.

Согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения после добавления материаланосителя осуществляют вторую ферментацию полученного продукта. Такая вторая ферментация дополнительно улучшает доступность питательных веществ в биологическом носителе.

Согласно следующему варианту осуществления настоящего изобретения к биологическому удобрению добавляют известь. Помимо улучшения структуры биологического удобрения, известь обеспечивает дополнительный источник кальция для биологического удобрения.

Из-за отрицательного влияния природной смолы на необязательную вторую стадию ферментации и на возможный последующий процесс ферментации материал-носитель согласно данному изобретению предпочтительно представляет собой материал-носитель, обедненный смолой. Кроме того, накопление биомассы в процессе (процессах) ферментации может быть дополнительно оптимизировано путем использования богатого целлюлозой материала-носителя. Конкретные примеры материала-носителя согласно данному изобретению включают древесные опилки, буковые опилки, дубовые опилки, высушенную крапиву и т. д.

Для удовлетворения конкретных требований и в зависимости от предполагаемого использования к биологическому удобрению могут быть добавлены добавки, такие как микроэлементы, питательные ве

- 2 011611 щества, минералы, гормоны роста, стабилизаторы, органические соединения, антибиотики и т.д.

Биологическое удобрение согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет вид порошка, гранул, суспензии, дисперсии, волокнистого материала, раствора, смеси или их сочетаний.

Биологическое удобрение может быть использовано в композиции, включающей биологическое удобрение и любые вещества, обычно используемые в данной области техники.

Как уже упомянуто выше, биологическое удобрение согласно настоящему изобретению особенно подходит для удобрения субстрата для роста растений благодаря модели пролонгированного высвобождения. Примеры подходящих субстратов включают почву, вермикулит, стекловолокна, минеральную вату и/или аквакультуру.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изюбретения биологическое удобрение используют в способе удобрения почвы, включающем нанесение биологического удобрения согласно настоящему изобретению на почву и/или в нее.

К удивлению, было обнаружено, что питательные вещества могут быть не только эффективно внесены в почву, но и что они также улучшают состав почвы и/или ее структуру. Один из возможных механизмов наблюдаемого улучшения может включать добавление микроорганизмов в почву. Микроорганизмы улучшают флору и фауну, что приводит к повышению сопротивляемости к заболеваниям, большему количеству червей, улучшению разложения других органических материалов и т.д.

Далее настоящее изобретение проиллюстрировано следующими примерами. Приведенные примеры не должны рассматриваться как ограничивающие.

Пример. Получение биологического удобрения согласно настоящему изобретению.

Биологическое удобрение согласно настоящему изобретению получают, подвергая сыворотку, полученную из установки для производства сыра, обработке на первой стадии ферментации. Сыворотку перемешивают при комнатной температуре в течение 2 дней с целью введения содержащихся в ней питательных веществ, таких как Са, К, Ν, С и т.д., в образующуюся биомассу. Через 2 дня продукт, полученный в результате первой стадии ферментации, фильтруют при помощи гравитационной фильтрации с целью повышения содержания сухого материала в составе. После сливания жидкой фазы к материалу, оставшемуся на фильтре, добавляют деревянную пыль и объединенному материалу дают возможность ферментироваться на второй стадии ферментации при комнатной температуре.

Процентное содержание элементов измеряют и полученные результаты вносят в следующую таблицу.

Элементный анализ биологического удобрения согласно настоящего изобретения

Элемент	с	О	Н	N	Р	К	Са	3	Другие минералы
Процентное содержание	34	31	5	8	2	1	3	3	180

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Claims (15)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ получения биологического удобрения, включающий ферментацию молочной сыворотки и добавление материала-носителя к ферментированной сыворотке, в котором соотношение ферментированная сыворотка: материал-носитель составляет от 10 до 15, где ферментацию осуществляют при рН, составляющем от 5 до 7, и материал-носитель представляет собой материал-носитель, обогащенный целлюлозой.
2. 2. Способ по п.1, дополнительно включающий до и/или во время ферментации сыворотки инокуляцию сыворотки культурой микроорганизмов.
3. 3. Способ по любому из пп.1 и 2, дополнительно включающий фильтрацию ферментированной сыворотки перед добавлением материала-носителя.
4. 4. Способ по любому из пп.1-3, дополнительно включающий вторую стадию ферментации после добавления материала-носителя.
5. 5. Способ по любому из пп.1-4, дополнительно включающий добавление извести.
6. 6. Способ по любому из пп.1-5, в котором материал-носитель выбран из группы, включающей древесные опилки, буковые опилки, дубовые опилки, высушенную крапиву и их сочетания.
7. 7. Способ по любому из пп.1-6, дополнительно включающий добавление микроэлементов, питательных веществ, минералов, гормонов роста, стабилизаторов, органических соединений и/или антибиотиков.
8. 8. Способ по любому из пп.1-7, в котором биологическое удобрение имеет вид, выбранный из группы, состоящей из порошка, гранул, суспензии, дисперсии, волокнистого материала, раствора, смеси и их сочетаний.
9. 9. Биологическое удобрение, полученное способом по любому из пп.1-8.
10. 10. Ферментированная сыворотка, применяемая для получения биологического удобрения по п.9.
11. 11. Композиция для биологического удобрения почвы, включающая биологическое удобрение по п.9.
12. 12. Применение биологического удобрения по п.9 или композиции по п.11 для удобрения субстрата

    - 3 011611 для роста растений.
13. 13. Применение по п.12, в котором субстрат для роста растений выбран из группы, состоящей из почвы, вермикулита, стекловолокна, минеральной ваты и аквакультуры.
14. 14. Применение биологического удобрения по п.9 или композиции по п.11 для улучшения состава и/или структуры почвы.
15. 15. Способ удобрения почвы, включающий нанесение биологического удобрения по п.9 или композиции по п.11 на почву и/или в нее.