WO1999057079A1 - Verfahren zur enzymatischen inertisierung lignocellulosehaltiger reststoffe und faserstoffe aus nachwachsenden rohstoffen für die verwendung als torfersatz - Google Patents

Verfahren zur enzymatischen inertisierung lignocellulosehaltiger reststoffe und faserstoffe aus nachwachsenden rohstoffen für die verwendung als torfersatz Download PDF

Info

Publication number
WO1999057079A1
WO1999057079A1 PCT/DE1999/001288 DE9901288W WO9957079A1 WO 1999057079 A1 WO1999057079 A1 WO 1999057079A1 DE 9901288 W DE9901288 W DE 9901288W WO 9957079 A1 WO9957079 A1 WO 9957079A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
treatment
addition
carried out
materials
oxygen
Prior art date
Application number
PCT/DE1999/001288
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Grabbe
Fritz Cotta
Karl-Hermann Steinberg
Original Assignee
Bioprodukte Prof. Steinberg Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bioprodukte Prof. Steinberg Gmbh filed Critical Bioprodukte Prof. Steinberg Gmbh
Priority to AU46018/99A priority Critical patent/AU4601899A/en
Publication of WO1999057079A1 publication Critical patent/WO1999057079A1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F11/00—Other organic fertilisers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F11/00—Other organic fertilisers
    • C05F11/08—Organic fertilisers containing added bacterial cultures, mycelia or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/20—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation using specific microorganisms or substances, e.g. enzymes, for activating or stimulating the treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Definitions

  • the invention relates to the enzymatic treatment of lignocellulose-containing natural products and their secondary products from plant primary and secondary production for the purpose of influencing the microbial metabolism in the presence of biocenoses of aquatic and terrestrial ecosystems.
  • the high-molecular lignocellulose is included in the metabolism by the microfloras of various biocenoses. It is mineralized or involved with fragments and metabolic metabolites in the formation of humic substances. Since the lignocellulose has a very wide C: N ratio, the microbial biomass involved in the degradation extracts the required nitrogen from external sources, since the nitrogenous ingredients of the lignocellulose are far from sufficient. The same applies to the core nutrient phosphorus. Vegetable crops are withdrawn from the added, plant-available mineral nutrient pool, which has repercussions on plant development. Depression of growth occurs due to a lack of nutrients.
  • N-fixation also called N-immobilization
  • This goal was achieved with shredded peeling bark.
  • urea With the addition of urea, it is subjected to a fermentation process which leads to an N-stabilized bark humus.
  • the material turnover is based essentially on easily usable bark ingredients, e.g. B. resins, assimilates and mineral salts.
  • the present invention relates to a biochemical influence on the metabolism of the lignocellulose and on its N-binding behavior in the presence of a microbial biocenosis.
  • Lignocellulose-containing natural products always contain low-molecular building blocks, most of which belong to the class of aromatics and are classed as phenols. They can be isolated as what is known as Braun's lignin. In a monomeric, dimeric or polymeric configuration, they represent a reaction potential that, activated chemically or biologically, develops the effects described on plant growth.
  • the enzymatically undirected process of humic substance formation complicates the later microbial metabolism, since the humic substances, through interactions with the original organic substance, form a penetrating matrix of organic substance that is difficult to access enzymatically.
  • oxidases include a wide variety of peroxidases and phenol oxidases. They occur in plant tissues, but are also formed by the wood-degrading Basidiomycetes. They are cell-bound or are excreted in the substrate. Among other things, they are capable of phenolic aromatics, but also fragments to convert the three-dimensionally cross-linked lignin into high-molecular humic acid systems through condensation and polymerization reactions. In relation to aromatic reaction partners, the enzymes behave so unspecifically that chemically synthesized aromatics (e.g. xenobiotics) are also integrated into the metabolism.
  • the activity of the oxidases which, among other things, generates radicals, leads to a large number of subsequent biochemical and chemical reactions which act in accordance with the invention.
  • humic substances Another important influence on the formation of humic substances comes from soil fungi, which are able to form aromatics from C 2 metabolites in their metabolic activity. These have a high tendency towards autoxidation, taking into account the aromatic potential of lignocellulose, which intensifies the formation of humic substances.
  • Another means of influencing the metabolism during conditioning consists in increasing the oxygen concentration, which promotes oxidative reactions, and / or the carbon dioxide concentration, which is aimed at exploiting different tolerances of the types of microorganisms. This enables a selection pressure in the direction of the desired species to be created in the biocoenosis structure.
  • the invention is based on the fact that the formation and the development of the action of said enzyme systems are mainly linked to the special metabolism of the lignolytic fungal flora in the course of the degradation of the lignocellulose. With natural, i.e. intact material, this process is in harmony with the progress of the rotting. All lignocellulose-containing materials, on the other hand, which have undergone any kind of technical preparation, deliver the original material to a primary microbial metabolism, which leads to the disadvantages described when used as a peat substitute.
  • wood fiber materials that result from a process of mechanical and / or physico-chemical destruction of the natural fiber structure offer a special spectrum of microorganism species selected by the properties of the lignocellulose because of the improved nutrient supply Opportunity for undisturbed metabolic activities.
  • the natural aromatic potential could be used to prevent degradation if appropriate enzyme systems were available.
  • This enzyme solution contains a large number of individual enzymes and enzyme systems which, in the presence of lignocellulose, can interact synergistically, possibly antagonistically, with substrate turnover.
  • a particular advantage of the enzymatic treatment is that the sealing process towards humification is successful both in the absence and in the presence of microbial biocenoses.
  • the enzymatic treatment of the wood fibers has the surprising, highly valued effect that the frequently occurring mold formation is suppressed by the elimination of signal substances which trigger the germination of mold spores. No toxic effects in the form of chlorosis or necrosis were observed in plant experiments.
  • the elimination of mold is also advantageous because the determination of nitrogen in the poorly degradable chitin of the fungal cell walls does not simulate N immobilization, which is loaded on the wood fiber materials and makes quality certification difficult or impossible.
  • the enzyme treatment also involves the inclusion of nitrogen in the seal through humification. This is particularly encouraged in the presence of biocenoses.
  • the sealing of the lignocellulose by treatment with the temperature-tolerant enzymes provides optimal results at temperatures between 40 and 50 C, whereby an upstream phase at temperatures up to 70 ° C can be helpful to promote caramelization processes. In the absence of a biocenosis, the heat treatment served to accelerate the reaction.
  • biocenoses from rotting processes e.g. B. from compost of edible mushroom cultivation or from bark humus supports the sealing by a metabolic activity, into which protein for the biochemically initiated loading of the lignocellulose with nitrogen can also be introduced.
  • Protein e.g. B. yeast
  • suitable, namely easily usable carbon and nitrogen sources eg. B. wheat bran, sugar and ammonium sulfate
  • the fermentative process in the presence of protein leads to a peat-like, deep brown discoloration.
  • the chemical bonding of the nitrogen to the lignocellulose, ligno-protein complex ensures that a later microbial metabolism can be based on a balanced supply of carbon and nitrogen, that is to say it is largely self-sufficient.
  • the activity of the oxidases is linked to the presence of oxygen.
  • the oxygen can be supplied by feeding in fresh air with and without the addition of pure oxygen.
  • Treatment in an oxygen-containing environment can be between the basic values> 0 and 21%, and if the air is enriched with pure oxygen, even above that.
  • gas mixtures eg. B. with nitrogen as a carrier component and / or carbon dioxide as a component influencing the metabolism
  • gas mixtures eg. B. with nitrogen as a carrier component and / or carbon dioxide as a component influencing the metabolism
  • species of bacteria and fungi have different tolerances towards carbon dioxide levels> 0.03% in the air.
  • the optimal water content is around 60%. With a wetting of the material with the enzyme solution that is optimally supported in terms of mixing technology, even lower water contents may be sufficient.
  • the enzyme treatment can also be in material, i.e. Substrate suspensions are made.
  • the sealing of the lignocellulose can be done by mineral additives, e.g. B.
  • Manganese oxides for the purpose of abiotic phenol binding.
  • Organic additives e.g. B. phenols, lignosulfonic acid, be helpful.
  • Acidification to the peat level can be achieved by adding sulfur bloom.
  • Micro nutrients can be integrated into the sealing process.
  • a further advantageous conditioning of the lignocellulose-containing materials can be carried out with the addition of selected types of microorganisms, e.g. B. phenol-forming soil fungus species or species collectives from rottefloren can be achieved.
  • selected types of microorganisms e.g. B. phenol-forming soil fungus species or species collectives from rottefloren can be achieved.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

Es wird ein fermentatives Verfahren beschrieben, das die Herstellung von Torfersatzstoffen erlaubt, die ein torfähnliches Eigenschaftsprofil aufweisen. Durch die Behandlung mit Enzymsystemen lignolytischer Pilze, vorzugsweise Oxidasen, wird eine Versiegelung durch die Förderung humifizierender Prozesse erreicht, welche nachteilige Einflüsse von Inhaltsstoffen originärer Ausgangsmaterialien auf das Pflanzenwachstum eliminiert. Die Schimmelpilzbildung wird unterdrückt und die N-Immobilisierung verringert. Die induzierten Prozesse werden durch diverse Zusätze und die Gegenwart von Biozönosen optimiert.

Description

1
Beschreibung
Verfahren zur enzymatischen Inertisierung lignocellulosehaltiger Reststoffe und Faserstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen für die Verwendung als Torfersatz
Die Erfindung betrifft die enzymatische Behandlung lignocellulosehaltiger Naturstoffe und deren Folgeprodukte aus der pflanzlichen Primär- und Sekundärproduktion zum Zwecke der Beeinflussung des mikrobiellen Stoffumsatzes in Gegenwart von Biozönosen aquatischer und terrestrischer Ökosysteme.
Bisher gibt es keine wirksamen Behandlungsmethoden, um originäre, technisch aufbereitete oder aus Aufbereitungsprozessen anfallende lignozellulosehaltige Naturstoffe so vor dem mikrobiellen Stoffumsatz zu schützen, daß sie ein Eigenschaftsprofil aufweisen, welches dem schwer zersetzbaren Torf vergleichbar ist. Dies bezieht sich auf das Volumengewicht, die Wasserhaltekapazität, die Wiederbenetzbarkeit, den pH-Wert, den Nährstoffgehalt und das inerte Verhalten gegenüber dem Stickstoffumsatz. Letzterer ist von besonderer Bedeutung für das Verhalten von Torfersatzstoffen in Gegenwart pflanzlicher Kulturen.
Im Vergleich mit Torf kommt besonders erschwerend hinzu, daß im unbehandelten Zustand die Inhaltsstoffe technisch aufbereiteter Naturstoffe das Pflanzenwachstum beeinträchtigen können, was sich am Auftreten von Nekrosen und Chlorosen, ferner an Wachstumsanomalien und -einschränkungen bei der Wurzelbildung, sowie bei der Sproß- und Blattentwicklung zu erkennen gibt.
Die hochmolekulare Lignocellulose wird von den Mikrofloren diverser Biozönosen in den Stoffumsatz einbezogen. Sie wird mineralisiert oder mit Bruchstücken sowie Stoffwechselmetaboliten in die Huminstoffbildung involviert. Da die Lignocellulose ein sehr weites C : N - Verhältnis aufweist, entzieht die am Abbau beteiligte mikrobielle Biomasse den benötigten Stickstoff aus externen Quellen, da die stickstoffhaltigen Inhaltsstoffe der Lignocellulose bei weitem nicht ausreichen. Ähnliches gilt auch für den Kernnährstoff Phosphor. Bei pflanzlichen Kulturen kommt es zu einem Entzug aus dem zugesetzten, pflanzenverfügbaren mineralischen Nährstoffpool, was Rückwirkungen auf die pflanzliche Entwicklung hat. Es treten Wachstumsdepressionen wegen Nährstoffmangels auf.
Um lignocellulosehaltige Naturstoffe als Torfersatz tauglich zu machen, müssen die Wirkungen von Hemmstoffen ausgeschaltet und die N-Festiegung, auch N- Immobilisierung genannt, gemindert oder beseitigt werden. Bei geschredderter Schälrinde wurde dieses Ziel erreicht. Sie wird unter Zusatz von Harnstoff einem Fermentationsprozeß unterworfen, der zu einem N-stabilisierten Rindenhumus führt. Der Stoffumsatz stützt sich dabei im wesentlichen auf leicht verwertbare Rindeninhaltsstoffe, z. B. Harze, Assimilate und Mineralsalze.
Niedermolekulare Inhaltsstoffe sind bei Holzfaserstoffen zwar ebenfalls, jedoch in weitaus geringerer Menge vorhanden. Deshalb waren die Ergebnisse aller Bemühungen, auch hier eine ähnlich nachhaltige Inertisierung der hochmolekularen Molekülverbände zu erreichen, bislang unbefriedigend. Eine gezielte Beeinflussung des Stoffumsatzes am Naturstoff Lignocellulose muß angestrebt werden.
Um den Einfluß von Hemmstoffen zu relativieren, wird versucht, bei Produktformulierungen den am Verwendungszweck orientierten volumenprozentualen Zuschlag zu ermitteln, was einer Verdünnung gleichkommt.
Was den Stickstoff betrifft, behilft man sich mit einer kompensativen N-Zugabe beim Herstellungsprozeß oder bei der späteren Verwendung. Eine chemische Einbindung des Stickstoffs in den Lignocellulosekomplex wird dadurch nicht erreicht. Dieser gravierende Mangel provoziert schwer einschätzbare Risiken bei der Verwendung von Holzfaserstoffen im Pflanzenbau, wo die sehr unterschiedlichen Nährstoffversorgungen bei der Kultivierung verschiedener Pflanzenarten beachtet werden müssen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine biochemische Einflußnahme auf den Stoffumsatz an der Lignocellulose und auf ihr N-Bindungsverhalten in Gegenwart einer mikrobiellen Biozönose.
Lignocellulosehaltige Naturstoffe enthalten stets auch niedermolekulare Bausteine, die überwiegend der Klasse der Aromaten angehören und den Phenolen zuzurechnen sind. Sie lassen sich als sogenanntes Braun's Lignin isolieren. In monomerer, dimerer oder polymerer Konfiguration repräsentieren sie ein Reaktionspotential, das, chemisch oder biologisch aktiviert, die beschriebenen Wirkungen auf das Pflanzenwachstum entfaltet.
Das Wachstum vieler Bakterienarten kann wegen der toxischen Eigenschaften diverser Inhaltsstoffe ebenfalls gehemmt werden, während die überwiegend aus niederen und höheren Pilzarten bestehende Mischfloren, die über cellulolytische und lignolytische Enzymsysteme, u. a. Ligninasen, verfügen, die Lignocellulose angreifen, Metaboliten aus dem Abbau des Lignocellulose-Komplexes mineralisieren oder in die Huminstoffbildung einbinden. Letztere ist Bestandteil der Humifizierung, die als Langzeitereignis auch der Torfbildung zugrunde liegt und den raschen Abbau der organischen Substanz verhindert. Dieser Prozeß kann als eine Art Versiegelung gewertet werden, die dem Abbau entgegenwirkt.
Der zwar biologisch induzierte, jedoch überwiegend chemisch katalysierte, d. h. enzymatisch ungerichtete Prozeß der Huminstoffbildung erschwert den späteren mikrobiellen Stoffumsatz, da die Huminstoffe durch Wechselwirkungen mit der originären organischen Substanz eine penetrierende Matrix aus enzymatisch schwer zugänglicher organischer Substanz bilden.
Wichtige Komponenten besagter Enzymsysteme sind u. a. die Oxidasen, zu denen die Peroxidasen und Phenoloxidasen in großer Vielfalt gehören. Sie kommen in pflanzlichen Geweben vor, werden aber auch von den holzabbauenden Basidiomyceten gebildet. Sie sind zellgebunden oder werden in das Substrat ausgeschieden. Sie vermögen u. a. phenolische Aromaten, aber auch Bruchstücke des dreidimensional vernetzten Lignins durch Kondensations- und Polymerisationsreaktionen in hochmolekulare Huminstoffsysteme zu überführen. Gegenüber aromatischen Reaktionspartnern verhalten sich die Enzyme so unspezifisch, daß auch chemisch synthetisierte Aromaten (z. B. Xenobiotika) in den Stoffumsatz integriert werden. Die Tätigkeit der Oxidasen, die u. a. Radikale erzeugt, führt zu einer Vielzahl von biochemischen und chemischen Folgereaktionen, die im Sinne der Erfindung wirken.
Eine weitere wichtige Einflußnahme auf die Huminstoffbildung geht ferner von Bodenpilzen aus, die aus C2-Metaboliten ihrer Stoffwechseltätigkeit Aromaten zu bilden vermögen. Diese neigen im hohen Maße zur Autoxidation unter Einbeziehung des Aromatenpotentials der Lignocellulose, was die Huminstoffbildung intensiviert.
Ein weiteres Mittel der Stoffwechselbeeinflussung während der Konditionierung besteht in einer Erhöhung der Sauerstoffkonzentration, welche oxidative Reaktionen fördert, und / oder der Kohlendioxidkonzentration, die auf die Ausnutzung unterschiedlicher Toleranzen der Mikroorganismenarten abzielt. Dadurch läßt sich im Biozönosengefüge ein Selektionsdruck in Richtung gewünschter Arten erzeugen.
Die Erfindung geht von dem Sachverhalt aus, daß die Bildung und die Wirkungsentfaltung besagter Enzymsysteme überwiegend an den speziellen Stoffwechsel der lignolytischen Pilzflora im Verlauf des Abbaus der Lignocellulose geknüpft sind. Dieser Prozeß steht bei naturbelassenem, also intaktem Material im Einklang mit dem Fortschreiten der Rotte. Alle lignocellulosehaltigen Materialien dagegen, die eine wie auch immer geartete technische Aufbereitung erfahren haben, liefern das originäre Material einem primären mikrobiellen Stoffumsatz aus, der zu den beschriebenen Nachteilen bei der Verwendung als Torfersatz führt.
Vor allem Holzfaserstoffe, die aus einem Prozeß der mechanischen und/oder physikalisch-chemischen Zerstörung der natürlichen Faserstruktur hervorgehen, bieten wegen des verbesserten Nährstoffangebotes einem speziellen, durch die Eigenschaften der Lignocellulose selektiertem Spektrum von Mikroorganismenarten Gelegenheit zu ungestörten Stoffwechselaktivitäten. Die maschinell erzeugte Oberflächenvergrößerung begünstigt den mikrobiellen Abbau. Das natürliche Aromatenpotential könnte zu einer abbauhemmende Versiegelung genutzt werden, wenn entsprechende Enzymsysteme vorhanden wären.
Um den mikrobiellen Stoffumsatz an den Holzfaserstoffen zu beeinflussen, wurden diese mit einer Enzymlösung behandelt. In dieser Enzymlösung sind eine Vielzahl von Einzelenzymen und Enzymsystemen enthalten, die in Gegenwart von Lignocellulose synergistisch, möglicherweise auch antagonistisch in Wechselbeziehung zum Substratumsatz treten können.
Ein besonderer Vorteil der enzymatischen Behandlung ist, daß der Versiegelungsprozeß in Richtung Humifizierung sowohl bei Abwesenheit als auch in Gegenwart mikrobieller Biozönosen erfolgreich verläuft.
Die enzymatische Behandlung der Holzfasern hat neben der beabsichtigten Wirkung den überraschenden, überaus hoch zu bewertenden Effekt, daß die häufig auftretende Schimmelbildung durch die Elimination von Signalstoffen, welche die Keimung von Schimmelpilzsporen auslösen, unterdrückt wird. Es konnten in Pflanzenversuchen keine toxischen Effekte in Gestalt von Chlorosen oder Nekrosen beobachtet werden.
Die Ausschaltung von Schimmelpilzen ist darüberhinaus vorteilhaft, weil die Festlegung von Stickstoff im schwer abbaubaren Chitin der Pilzzellwände keine N- Immobilisierung vortäuscht, die den Holzfaserstoffen angelastet wird und die Gütezertifizierung erschwert oder unmöglich macht.
Die Enzymbehandlung bewirkt auch die Einbeziehung von Stickstoff in die Versiegelung durch Humifizierung. Dies wird in Gegenwart von Biozönosen besonders gefördert. Die Versiegelung der Lignocellulose durch die Behandlung mit den temperaturtoleranten Enzymen liefert optimale Resultate bei Temperaturen zwischen 40 und 50 C, wobei eine vorgeschaltete Phase bei Temperaturen bis 70°C hilfreich sein kann, um Karamelisierungsprozesse zu fördern. In Abwesenheit einer Biozönose diente die Wärmebehandlung der Reaktionsbeschleunigung.
Der Zusatz von Biozönosen aus Rotteprozessen, z. B. aus Komposten des Speisepilzanbaus oder aus Rindenhumus unterstützt die Versiegelung durch eine Stoffwechseltätigkeit, in die sich auch Protein für die biochemisch initierte Beladung der Lignocellulose mit Stickstoff einschleusen läßt. Protein, z. B. Hefe, kann zugesetzt oder durch geeignete, nämlich leicht verwertbare Kohlenstoff- und Stickstoffquellen, z. B. Weizenkleie, Zucker und Ammoniumsulfat, während der Fermentation mikrobiell synthetisiert werden. Der fermentative Prozeß in Gegenwart von Protein führt zu einer torfähnlichen, tiefbraunen Verfärbung. Die chemische Bindung des Stickstoffs an die Lignocellulose, Ligno-Protein-Komplex, gewährleistet, daß sich ein späterer mikrobieller Stoffumsatz auf ein ausgewogenes Kohlenstoff- und Stickstoffangebot stützen kann, also weitestgehend autark verläuft.
Die Tätigkeit der Oxidasen ist an die Anwesenheit von Sauerstoff gebunden. Die Zufuhr des Sauerstoffs kann durch Einspeisung von Frischluft mit und ohne Zusatz von reinem Sauerstoff erfolgen. Die Behandlung in einem sauerstoffhaltigen Milieu kann zwischen den Eckwerten > 0 und 21 % liegen, bei einer Anreicherung der Luft mit reinem Sauerstoff auch darüber.
Bei der Einstellung gewünschter Sauerstoffkonzentrationen in der Gasphase kann anstelle von Luft auch die Herstellung von Gasgemischen, z. B. mit Stickstoff als Trägerkomponente und/oder Kohlendioxid als den Stoffwechsel beeinflussende Komponente, vorteilhaft sein. Bekannt ist, daß Bakterien- und Pilzarten sich gegenüber Kohlendioxidgehalten > 0.03 % in der Luft unterschiedlich tolerant verhalten. Wasserphase der Enzymverteilung und einem ausreichenden Angebot von im Wasser gelöstem Sauerstoff. Letzteres gilt auch für die mikrobielle Stoffwechseltätigkeit während des Fermentationsprozesses. Der optimale Wassergehalt liegt um 60 %. Bei einer mischtechnisch optimal unterstützten Benetzung des Materials mit der Enzymlösung, können auch geringere Wassergehalte ausreichend sein. Die Enzymbehandlung kann auch in Material-, d .h. Substratsuspensionen vorgenommen werden.
Die Versiegelung der Lignocellulose kann durch mineralische Additive, z. B.
Cofaktoren der Enzymsysteme (Mangan- und Kupfersalze), aber auch Eisen- und
Manganoxide zum Zwecke der abiotischen Phenolbindung, unterstützt werden.
Femer können organische Additive, z. B. Phenole, Lignosulfonsäure, hilfreich sein.
Durch Zusatz von Schwefelblüte kann eine Ansäuerung auf das Torfniveau erreicht werden. Außerdem können pflanzenbaurelevante Wirkstoffe, sowie Kern- und
Spurennährstoffe in den Versiegelungsprozeß integriert werden.
Eine weitere vorteilhafte Konditionierung der lignocellulosehaltigen Materialien kann mit dem Zusatz ausgewählter Mikroorganismenarten, z. B. phenolbildende Bodenpilzarten oder Artenkollektiven aus Rottefloren erreicht werden.
Beispiele für die Konditionierung:
1. 1 m3 Holzfaserstoffe; 5 Vol.% Rindenhumus;
40.000 Einheiten eines Enzymgemisches; 0,50 kg Mineral - N; 0,15 kg Mineral - P.
2. 1 m3 Holzfaserstoffe; 5 Vol.% Rindenhumus; 40.000 Einheiten eines Enzymgemisches; 5 Gew.% FM proteinhaltiges Kieselgur.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Behandlung lignocellulosehaltiger Naturstoffe und deren Folgeprodukte aus der Primär- und Sekundärproduktion sowie aus den Ressourcen nachwachsender Rohstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß diese Materialien bei Temperaturen bis + 70 °C und bei beliebigen oder definierten Feuchtegehalten zwischen 20 und 80 % mit cellulolytischen und lignolytischen Enzymkomplexen behandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Enzymkomplexe Hydrolasen, Dehydrogenasen, Phosphatasen und Proteinasen enthalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit Oxidasen, vorzugsweise Phenoloxidasen, erfolgt.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung auf der Basis fester Gemenge oder in flüssigen Medien suspendiert erfolgt.
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung bei Temperaturen zwischen 40 und 50 °C erfolgt.
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung unter Bedingungen der Sauerstoffeinspeisung im
Konzentrationsbereich > 0 - 21 % durch Frischluftgaben erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung unter Bedingungen der Sauerstoffeinspeisung durch Frischluftgaben mit Zugabe von reinem Sauerstoff erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Frischluft der reine Sauerstoff einem Trägergas, z. B. Stickstoff, zugesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffanreicherung im Bereich von 21 - 25 % liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Sauerstoffanreicherung auch Kohlendioxid in variablen Konzentrationen von > 0.03 bis 30 % zugesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung unter Zugabe von Protein und/oder von leicht verwertbaren
Kohlenstoff- und Stickstoffquellen erfolgt.
12. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung unter Zugabe von Phenolen und/oder phenolhaltigen Substanzgemischen, wie beispielsweise Lignosulfonsäuren, erfolgt.
13. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Enzymsystemen Cofaktoren, z. B. Mangan- und/oder Kupfersalze zugesetzt werden.
14. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung unter Zugabe von Schwefelblüte und / oder Mineralsäuren bzw. deren Salzen und/oder ausgewählter Wirk-, Kern- und Spurennährstoffe und/oder unter Zugabe ausgewählter Mikroorganismenarten und/oder Artenkollektiven und/oder in Gegenwart von Oxidantien, z. B. Eisen- und
Manganoxide erfolgt.
15. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in Gegenwart mikrobieller Biozönosen unterschiedlicher Herkunft erfolgt. 10
16. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in Gegenwart mikrobieller Biozönosen aus Rotteprozessen erfolgt.
17. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in einem definierten pH-Bereich stattfindet.
PCT/DE1999/001288 1998-05-04 1999-05-03 Verfahren zur enzymatischen inertisierung lignocellulosehaltiger reststoffe und faserstoffe aus nachwachsenden rohstoffen für die verwendung als torfersatz WO1999057079A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU46018/99A AU4601899A (en) 1998-05-04 1999-05-03 Method for enzymatic immobilization of waste materials and fibrous materials containing lignocellulose from after-growing raw materials for utilization as peat substitutes

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19819805.1 1998-05-04
DE19819805 1998-05-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1999057079A1 true WO1999057079A1 (de) 1999-11-11

Family

ID=7866589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE1999/001288 WO1999057079A1 (de) 1998-05-04 1999-05-03 Verfahren zur enzymatischen inertisierung lignocellulosehaltiger reststoffe und faserstoffe aus nachwachsenden rohstoffen für die verwendung als torfersatz

Country Status (2)

Country Link
AU (1) AU4601899A (de)
WO (1) WO1999057079A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6711850B2 (en) 2001-11-09 2004-03-30 Oms Investments, Inc. Plant growth media and processes for production thereof and compositions for use therein
WO2020047310A1 (en) 2018-08-30 2020-03-05 Oms Investments, Inc. Nutrient sources for plant growth mediums
WO2020106841A1 (en) 2018-11-21 2020-05-28 Oms Investments, Inc. Nutrient compositions

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3561943A (en) * 1968-02-02 1971-02-09 Charles W Gay Jr Process for preparing a soil conditioner from wood wastes materials
FR2571717A1 (fr) * 1984-06-01 1986-04-18 Guillon Genevieve Procede de compostage accelere de dechets contenant des matieres cellulosiques
JPH01199525A (ja) * 1988-02-04 1989-08-10 Koji Miyao 食用茸の人工栽培用培地
JPH02160684A (ja) * 1988-12-14 1990-06-20 Yuukishitsu Hiryo Seibutsu Katsusei Riyou Gijutsu Kenkyu Kumiai コンポストの製造方法
WO1995025707A1 (en) * 1994-03-22 1995-09-28 Biotal Ltd. Enhanced biological degradation of organic waste systems
US5648264A (en) * 1992-10-30 1997-07-15 Gomei Kaisha Nakamura Sangyo Thermocellulolytic bacteria and their uses

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3561943A (en) * 1968-02-02 1971-02-09 Charles W Gay Jr Process for preparing a soil conditioner from wood wastes materials
FR2571717A1 (fr) * 1984-06-01 1986-04-18 Guillon Genevieve Procede de compostage accelere de dechets contenant des matieres cellulosiques
JPH01199525A (ja) * 1988-02-04 1989-08-10 Koji Miyao 食用茸の人工栽培用培地
JPH02160684A (ja) * 1988-12-14 1990-06-20 Yuukishitsu Hiryo Seibutsu Katsusei Riyou Gijutsu Kenkyu Kumiai コンポストの製造方法
US5648264A (en) * 1992-10-30 1997-07-15 Gomei Kaisha Nakamura Sangyo Thermocellulolytic bacteria and their uses
WO1995025707A1 (en) * 1994-03-22 1995-09-28 Biotal Ltd. Enhanced biological degradation of organic waste systems

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BHOYAR R V ET AL: "STUDIES ON EFFECT OF TEMPERATURE ON DEGRADATION OF SOME CONSTITUENTS OF COTTON DUST DURING AEROBIC COMPOSTING", INDIAN J ENVIRON HEALTH OCT 1978, vol. 20, no. 4, October 1978 (1978-10-01), pages 325 - 333, XP002115930 *
DATABASE WPI Section Ch Week 8938, Derwent World Patents Index; Class D16, AN 89-274391, XP002115932 *
DATABASE WPI Section Ch Week 9031, Derwent World Patents Index; Class D16, AN 90-234308, XP002115931 *
TRIPATHI J P ET AL: "Comparative ligninolytic and polysaccharolytic potentials of an alkaliphilic basidiomycete on native ligninocellulose", INT BIODETERIOR;INTERNATIONAL BIODETERIORATION 1991, vol. 27, no. 1, 1991, pages 49 - 59, XP002115929 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6711850B2 (en) 2001-11-09 2004-03-30 Oms Investments, Inc. Plant growth media and processes for production thereof and compositions for use therein
WO2020047310A1 (en) 2018-08-30 2020-03-05 Oms Investments, Inc. Nutrient sources for plant growth mediums
WO2020106841A1 (en) 2018-11-21 2020-05-28 Oms Investments, Inc. Nutrient compositions

Also Published As

Publication number Publication date
AU4601899A (en) 1999-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bohacz Lignocellulose-degrading enzymes, free-radical transformations during composting of lignocellulosic waste and biothermal phases in small-scale reactors
EP1721966A1 (de) Bakterienstamm und Zusammensetzung verwendet zum beschleunigten Kompostieren sowie als Dünger
Shinde et al. Potential of lignocellulose degrading microorganisms for agricultural residue decomposition in soil: A review
Fersi et al. Assessment of organic matter biodegradation and physico-chemical parameters variation during co-composting of lignocellulosic wastes with Trametes trogii inoculation
DE3731816C1 (de) Verfahren zum Abbau schwer abbaubarer Aromaten in kontaminierten Boeden bzw. Deponiestoffen mit Mikroorganismen
Yanti et al. Quality improvement of sugarcane top as animal feed with biodelignification by phanerochaete chrysosporium fungi on in-vitro digestibility of NDF, ADF, Cellulose and hemicellulose
Singh et al. Enhanced vermicomposting of leaf litter by white-rot fungi pretreatment and subsequent feeding by Eisenia fetida under a two-stage process
DE3235452A1 (de) Verfahren zur herstellung eines vollwertigen humustraegers und duengers auf rindenbasis
Sunarya et al. Utilization of baglog waste as bokashi fertilizer with local microorganisms (MOL) activator
WO2018215508A1 (de) Dauerhumus-wasserspeicherhybrid
WO1999057079A1 (de) Verfahren zur enzymatischen inertisierung lignocellulosehaltiger reststoffe und faserstoffe aus nachwachsenden rohstoffen für die verwendung als torfersatz
Singh et al. Microbes in agrowaste management for sustainable agriculture
EP1091917B1 (de) Verfahren zur stickstoffgesättigten inertisierung lignocellulosehaltiger reststoffe und faserstoffe aus nachwachsenden rohstoffen für die verwendung als torfersatz
Setiawati et al. The effectiveness of various compositions lignolytic and cellulolytic microbes in composting empty fruit bunch palm oil and sugar cane biomass
KR101357814B1 (ko) 키토올리고당 발효액비를 이용한 과채류의 재배방법
JPH06505634A (ja) 白色腐敗菌の固相培養
Echezonachi The role of white rot fungi in bioremediation
Elorrieta et al. Composting of different horticultural wastes: effect of fungal inoculation
Etesami et al. Microbial bioconversion of agricultural wastes for rural sanitation and soil carbon enrichment
Kumar et al. Pleurotus florida and nitrogen fixing organism (Azotobacter vinelandii) for the biodegradation of coir pith
Martı́nez-Iñigo et al. Kinetic study of the composting of evergreen oak forestry waste
Gelbrich Bacterial wood degradation: a study of chemical changes in wood and growth conditions of bacteria
Balas et al. The influence of natural aromatic compounds on the development of Lycopersicon esculentum plantlets
EP1129206B1 (de) Gärungsreststoffaufschluss
Goushterova et al. Addition of microbial inoculua as a way for compost improvement by enhancing the activities of hydrolytic enzymes

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AU CA CN HU JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 09744657

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA