RO133338B1 - Fertilizant pe bază de hidrolizat de cheratină şi metodă de obţinere - Google Patents

Description

Invenția se referă la un fertilizant pe bază de hidrolizat de cheratină pentru fertilizarea foliară a plantelor de cereale, floarea soarelui, rapiței și pentru culturi în sistem ecologic, și la metoda de obținere a acestuia, având aplicații în agricultură.

Cererea de brevet US 2015/0208694 A1 descrie o metodă de degradare a cheratinei din diverse materii prime, printre care și lâna, precum și utilizarea hidrolizatului de cheratină la obținerea furajelor pentru animale.

“Producing Keratin Hydrolysates from Sheep Wool” - PAVEL MOKREJS, ONDREJ KREJCI and PETR SVOBODA, ORIENTAL JOURNAL OF CHEMISTRY, Vol. 27, No. (4):Pg. 1303-1309, descrie producerea hidrolizatului de keratină din lână de oaie prin tehnologia în două etape al cărei principiu constă în prelucrarea lânii într-un mediu alcalin în prima etapă și apoi efectuarea hidrolizei în a doua etapă prin acțiunea proteolitică a enzimei.

“ Preparation and Characterization of Keratin Hydrolysates ” - ONDREJ KREJCI, PAVEL MOKREJS, SVATOPLUK SUKOP (Mathematical Methods and Techniques in Engineering and Environmental Science - ISBN: 978-1-61804-046-6308), descrie tratamentul lânii prin hidroliza combinată în doi pași alcalin-enzimatic, în care lâna a fost scindată mai întâi în soluția de hidroxid de calciu și după aceea lâna este hidrolizată de enzima proteolitică Esperase 6.0 T.

“Characterization of Keratin Hydrolyzates Prepared from Sheep Wool” - PAVEL MOKREJS, ONDREJ KREJCI, SVATOPLUK SUKOP and PETR SVOBODA, Asian Journal of Chemistry; Vol. 26, No. 19 (2014), 6523-6527, prezintă un studiu asupra maselor moleculare ale hidrolizatelor de cheratină în următoarele condiții de obținere: în prima etapă a hidrolizei, acționând asupra lânii cu 0,6% KOH la 90°C timp de 48 h; în etapa a 2-a de hidroliză, adăugând 1% (greutate/greutate) enzimă proteolitică Savinase 6 T și agitând la 40°C timp de 24 h. În aceste condiții, eficiența de hidroliză este de 63% și se prepară un hidrolizat care conține 11,5% N, 14,9% cenușă, 2,58% sulf și o porțiune mare de fracțiuni moleculare intermediare. Hidrolizatul de cheratină poate fi utilizat, de exemplu, pentru a produce materiale de ambalare (filme, acoperiri, capsule).

”MODELING TECHNOLOGICAL CONDITIONS FOR BREAKDOWN OF WASTE SHEEP WOOL” - Pavel Mokrejs, Ondrej Krejci, Petr Svoboda and Vladimir Vasek; Vol. 4, No. 4 (2011), 728-735 - RASAYAN J. Chem., se referă la prelucrarea hidrolitică a lânii de oaie în două etape (pre-procesare alcalină și hidroliză enzimatică) în hidrolizat de cheratină. Enzimele proteolitice utilizate au fost Esperase 6.0 T și Everlase 6.0 T. Modelarea condițiilor tehnologice pentru degradare a continuat aplicând metoda testelor factoriale de tip 23, în care factorii studiați au fost dozele de Ca(OH)₂ (3-9%, g/g), temperaturile de 40-80°C, în prima etapă de procesare și temperaturile de 40-60°C în a doua etapă de procesare, care influențează cantitatea de lână descompusă.

Se cunosc procedee de hidroliză a subproduselor de abatorizare, inclusiv pene, copite și coarne [US 4201564 A], care utilizează hidroxid de potasiu sau pepsina pentru realizarea unui fertilizant organic care se aditivează cu compuși anorganici pe bază de azot, fosfor, fier, magneziu, cu compuși organici (acid giberelic, melasă, gumă) și conservanți (borax sau benzoat de sodiu) pentru fertilizarea plantelor.

Alte documente tip brevet se referă la modificarea cheratinei extrase din pene, păr sau lână prin succinilare sau cuaternizare pentru utilizare în industria produselor cosmetice [EP 2215105 A1]. Procedee complexe [US 2591945 A] prevăd pre-tratamente cu acid sulfuric urmate de tratamente de reducere a grupelor sulfidice ale cheratinei prin utilizarea sulfitului de sodiu și sulfurii de sodiu pentru obținerea unei dispersii de proteină cu utilizări în industria farmaceutică, alimentară, ca agent de fixare a coloranților, pigmenților, anticoroziv, emulgator sau agent tampon.

În cererea de brevet WO 2010114938 A1 sunt descriși sase pași pentru hidroliza 1 cheratinei din lână, în care sunt incluse etape de înmuiere, acidifiere, tratare cu sulfat de cupru și hidroxid de sodiu, reducere cu sulfiți, presurizare și tratare enzimatică timp de 20 h 3 pentru a obține o dispersie cu cantitate mare de cisteină pentru uz cosmetic. Cheratina reprezintă pentru produsele cosmetice un aditiv cu afinitate pentru piele și capacitate de a 5 reține apa.

Într-un alt document brevet [US 2004134248 A1] se prezintă cheratina insolubilă sau 7 sub formă de hidrogel, oxidată cu apă oxigenată sau acid peracetic și amestecată cu ioni metalici din grupa macro sau microelementelor, ca amendament de sol valoros. 9

În brevetul US 8500841 B2 este utilizată cheratina din pene care este solubilizată cu hidroxid de potasiu timp de 20 h și aditivată cu macro și microelemente ca un fertilizant 11 valoros, sub formă coloidală în combinație cu acizi humici.

Documentul brevet US 9249061 B2 subliniază necesitatea utilizării fertilizanților13 organici naturali în mediu urban ca urmare a poluării apelor cu nitriți și metale provenind din fertilizanții clasici, cunoscut fiind ca numai 33% din fertilizanți sunt reținuți de plante. Soluția15 propusă este o combinație dintre microbi care stimulează bacteriile și fungii generatoare de azot și un substrat care eliberează azot datorită acestora, acest substrat fiind cheratina din 17 pene.

Problema tehnică pe care își propune să o rezolve invenția, o reprezintă obținerea19 unui fertilizant organic pe bază de hidrolizat de cheratină, aplicat radicular sau foliar în culturile cerealelor, plantelor de floarea soarelui sau rapiței și la o metodă rapidă și simplă21 de realizare a acestuia.

Avantajele pe care le prezintă soluția tehnică propusă de prezenta invenție constau23 în:

- hidrolizatul de cheratină ca fertilizant organic valorifică o resursă regenerabilă, lâna 25 de ovine, care reprezintă în bună parte un deșeu;

- cheratina prezintă o compoziție de aminoacizi în care aminoacizii cu sulf, respectiv27 cisteina poate reprezenta o sursă pe termen lung de sulf organic pentru diverse etape de dezvoltare a plantelor care au un necesar special de sulf: cerealele, floarea soarelui și rapiță;29

- aminoacizii din cheratină pot stimula creșterea plantelor de la faza de germinație, permițând astfel reducerea concentrației de pesticide și insecticide;31

- cheratina poate stimula dezvoltarea microorganismelor generatoare de azot din sol;

- cheratina prin proprietățile de a reține apa în proporție de până la 35% din masa sa33 constituie un rezervor de umiditate care protejează planta împotriva schimbărilor climatice și secetei;35

- cheratina este amfoteră și permite adaptarea mediului la schimbări de p H, acționând ca un tampon;37

- cheratina are proprietăți de a complexa metalele și deci de a reține microelementele;39

- cheratina este miscibilă cu hidrolizat de colagen, cu macroelemente și microelementele putând intra în formulări de fertilizanți de sol sau foliari;41

- procedeul de solubilizare al cheratinei este mult mai simplu și cu consum redus de materiale și energie, comparativ cu procedeele cunoscute în literatura de brevete, permite 43 obținerea de hidrolizate de cheratină cu mase moleculare mari (prin hidroliza alcalină) și cu mase moleculare mici (prin hidroliza chimico-enzimatică), pentru diverse formulări de 45 fertilizanți, în funcție de tipul de plante și etape de fertilizare.

În continuare sunt prezentate 2 exemple de realizare a hidrolizatelor de cheratină cu mase moleculare diferite, care pot asigura eliberarea pe termen mai lung sau mai scurt a azotului organic, aminoacizilor inclusiv a celor care au conținut de sulf (cisteina) cu rol important în metabolismul plantelor de cereale, floarea soarelui sau rapiței. Hidrolizatele de cheratină, ca și cele de colagen au capacitatea de a reține apa, de a tampona variațiile de p H, contribuind astfel la adaptabilitatea plantelor în condiții pedoclimatice diverse.

Exemplul 1

Lâna brută de ovine este degresată într-un butoi automatizat prin spălare în 300% (% de masă) apă la temperatura de 60°C cu 1,5% amoniac 25% concentrație, 1% carbonat de sodiu și 0,8% detergent de tip alcool gras polietoxilat, timp de 3 h cu agitare. Operația se repetă dacă lâna este foarte murdară sau grasă. Apoi lâna se clătește cu 300% apă de 40°C până la pH 7 se scurge, se stoarce și se toacă la o mașina tip La Minerva. Lâna tocată se încarcă într-un vas de reacție prevăzut cu manta, agitator și sistem automat de reglare a temperaturii, se adaugă 300% apa care se încălzește la 80°C, 10% hidroxid de sodiu fulgi și se agită timp de 4 h când se controlează gradul de solubilizare al cheratinei. Se aduce valoarea de p H la 7 cu acid formic diluat 1:10 sau cu acid azotic diluat 1:10 prin agitare. Se descarcă din vasul de reacție hidrolizatul de cheratină care se decantează și se filtrează. Produsul obținut se poate utiliza ca atare sau se poate concentra prin rotaevaporare și reprezintă un hidrolizat de cheratină cu masa moleculară cuprinsa între 25000 Da și 11000 Da, compatibil cu hidrolizat de colagen, macronutrienți anorganici și microelemente în formulări pentru fertilizare radiculară sau foliară. Testările indică o stimulare a creșterii plantelor de cereale în faza de vegetație a plantelor de grâu în cazul utilizării numai a hidrolizatului de cheratină. Fertilizarea foliară cu combinanții de cheratină, colagen, macronutrienți și microelemente anorganice conduce de asemenea la stimularea creșterii plantelor de grâu.

Exemplul 2

Hidrolizatul de cheratină obținut prin hidroliza alcalină cu metoda descrisă în exemplul 1, înainte de reglarea p H-ului, se aduce p H-ul la valoarea 8 cu acid formic 1:10, se reglează temperatura la 60°C și se adaugă 1% Alcalase 2,5 L sau 0,5% Protamex, cu agitare continua timp de 3 h. Hidroliza enzimatică se dezactivează prin încălzire la 90°C, timp de 10 min. Se verifică valoarea de p H și se ajustează la 7 cu acid sulfuric diluat 1:10. Hidrolizatul de cheratină se descarcă din vasul de reacție, se decantează și se filtrează. Produsul obținut se poate utiliza ca atare sau se poate concentra prin rotaevaporare și reprezintă un hidrolizat de cheratină cu masa molecuară cuprinsă între 2000 Da și 6000 Da compatibil cu hidrolizatul de colagen, macronutrienți și microelemente anorganice în formulări pentru fertilizarea radiculară sau foliară a plantelor de cereale, foarea soarelui, răpiță și alte tipuri de plante.

RO 133338 Β1

Revendicări 1

Claims (2)

1. Revendicări 1

   1. Procedeu de obținere a hidrolizatelor de cheratină din lâna de oaie caracterizat 3 prin aceea că, pentru solubilizarea cheratinei din lâna de oaie, aceasta se degresează și se hidrolizează alcalin cu 10% hidroxid de sodiu, timp de 4 h la 80°C, apoi: 5

   - se ajustează valoarea pH-ului la 7 cu acid formic diluat 1:10 sau acid azotic diluat 1:10 prin agitare, se decantează, se filtrează și/sau se concentrază prin evaporare, 7 când se obține un hidrolizat alcalin de cheratină cu masa moleculară cuprinsă între 11000...25000 Da; 9

   - sau se ajustează pH-ul la 8 cu acid formic 1:10, se reglează temperatula la 60°C, se adaugă 1% Alcalase 2,5 L sau 0,5% Protemex, cu agitare continuă timp de 3 h, se 11 dezactivează enzima prin creșterea temperaturii la 90°C timp de 10 min, se ajustează valoarea pH-ului la 7 cu acid sulfuric 1:10, se decantează și se filtrează, obținându-se un 13 hidrolizat alcalino-enzimatic de cheratină cu masa moleculară cuprinsă între 2000...6000 Da, care sunt utilizate ca atare sau în amestec cu hidrolizat de colagen, macro și micronutrienți 15 anorganici, ca fertilizant radicularsau foliarîn cultura plantelor de cereale, floarea soarelui și rapiță. 17
2. 2. Fertilizant radicularsau foliar utilizat în cultura plantelor de cereale, floarea soarelui și rapiță, pe bază de hidrolizate de cheratină având masa moleculară cuprinsă între 19 11000...25000 Da obținut prin hidroliză alcalină, sau cu masa moleculară cuprinsă între 2000...6000 Da obținut prin hidroliză alcalino-enzimatică, obținut conform procedeului descris 21 în revendicarea 1.