Способ получения ферментированной композиции сельскохозяйственного назначения

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к биотехнологическим способам переработки растительных остатков и навоза, и может быть использовано для получения кормовых средств и удобрений. Способ включает микробиологическое разложение растительных остатков в условиях принудительной аэрации воздухом, обогащенным кислородом, выделенным в результате культивирования Chlorella Vulgaris, при этом выделенный углекислый газ в результате разложения растительных остатков улавливают и используют для культивирования водоросли. Способ предусматривает дезодорирование навоза окисью кальция или гидроокисью кальция. Дезодорированный навоз смешивают с массой, полученной в результате разложения растительных остатков, ферментирование смеси 4-5 суток и смешивание с твердой фракцией Chlorella Vulgaris. Твердую фракцию Chlorella Vulgaris получают путем двукратного замораживания и размораживания биомассы водоросли и отделения клеточного сока. Способ проводят в замкнутом цикле, что снижает загрязнение атмосферного воздуха. Полученная композиция может быть использована как удобрение, так и как кормовая добавка. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к биотехнологическим способам переработки растительных остатков и навоза, и может быть использовано для получения кормовых средств и удобрений.

Известен способ аэробного разложения растительных остатков почвенными микроорганизмами, приводящий к получению органических удобрений [1].

Известен способ переработки соломы в почве для пополнения минеральных и органических веществ, заключающийся в том, что солому пшеницы, ржи, ячменя, овса, риса осенью заделывают в почву на глубину 10-30 см в дозе 4-16 т/га [2].

Недостатком известных способов является ограниченное их применение в качестве удобрений.

Известен способ биоферментации смеси торфа и навоза при периодическом продувании ее воздухом [3].

Технический результат - разработка способа получения кормовой добавки и удобрения.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем ферментацию смеси навоза и органоминеральной массы при периодическом продувании смеси воздухом, согласно изобретению в качестве органоминеральной массы используют растительные остатки, в которые предварительно добавляют воду в объемном соотношении 1,5-2,0:1 и подвергают микробиологическому разложению почвенными микроорганизмами в виде почвенной вытяжки, которую вносят в количестве из расчета 2 мл на 1 литр воды, разложение проводят в условиях принудительной аэрации воздухом, обогащенным кислородом, полученным в результате культивирования одноклеточной водоросли Chlorella Vulgaris при дыхательном коэффициенте, равном 1, а выделение углекислого газа (СО₂) при разложении растительных остатков поддерживают на уровне 0,10-0,15 г/час, который улавливают и используют для культивирования водорослей.

Кроме того, для достижения технического результата навоз перед ферментацией дезодорируют окисью кальция или гидроокисью кальция, которые вносят в количестве 0,7-0,9% от содержания сухого вещества твердой фракции навоза, причем ферментацию смеси, содержащей 60% органоминеральной массы и 40% навоза, проводят в течение 4-5 суток, а продукт ферментации смеси смешивают с твердой фракцией Chlorella Vulgaris, полученной двукратным замораживанием и размораживанием биомассы водоросли и отделением клеточного сока.

Микробиологическое разложение растительных остатков проводят в течение не менее 3-х суток.

Замораживание биомассы водоросли проводят сначала при температуре минус 13 - минус 15 в течение 40-60 мин, повторно - при температуре минус 4°С в течение 5 часов.

Продукт ферментации смеси смешивают с твердой фракцией Chlorella Vulgaris в массовом соотношении 3,5-4,5:1.

Способ осуществляют следующим образом.

Солому злаков, обрушенные початки кукурузы и др. растительные остатки измельчают до размера частиц 6-8 см, заливают водой из расчета 1:1,5-2,0, (объемное соотношение), затем вносят почвенную вытяжку в количестве 2 мл на 1 литр воды. При этом через отверстие в днище емкости проводят непрерывную аэрацию воздухом, обогащенным кислородом. Расход воздуха составляет 0,5-1,0 л/мин.

Разложение растительных остатков проводят в интервале физиологических температур, не нарушающих нормальную жизнедеятельность микроорганизмов в течение не менее 3-х суток.

При этом в растительных остатках под действием почвенного биокомплекса происходят аэробные процессы, связанные с активным развитием сапрофитных форм бактерий и дрожжей, разлагающих органические вещества с образованием соединений, дальнейшее окисление которых приводит к разрушению лигниноцеллюлозного комплекса.

В процессе разложения растительных остатков ведут контроль за количеством выделенного углекислого газа, который улавливают и используют для культивирования одноклеточной водоросли Chlorella Vulgaris.

Для получения 1 кг биомассы Chlorella Vulgaris требуется 2 кг СО₂ при дыхательном коэффициенте, равном 1. Это означает, что отношение объема поглощенного углекислого газа к объему выделенного кислорода равно единице. Это отношение называется дыхательным коэффициентом. Процесс при ДК, равном 1, идет до образования конечных продуктов расщепления дыхательного субстрата. Если же процесс не идет до конца, а идет накопление соединений промежуточного характера, то ДК снижается. Снижение это тем сильнее, чем большая часть дыхательного субстрата остается в недоокисленном состоянии и, следовательно, тем меньше выделяется О₂. Поскольку выделенный О₂ в результате культивирования водоросли улавливают и направляют на обогащение воздуха для принудительной аэрации при разложении растительных остатков, то для получения наибольшей производительности по биомассе водоросли и максимальной эффективности разложения растительных остатков выделение углекислого газа поддерживают на уровне 0,10-0,15 г/час.

В качестве водоросли используют, например, штамм С 111-планктонная форма Chlorella Vulgaris. Оптимальная температура культивирования 28-30°С, рН среды 6-8. Среднечасовой прирост водоросли составляет 50-60 мг/л.

При выделении углекислого газа менее 0,10 г/час снижается производительность биомассы Chlorella Vulgaris.

При выделении углекислого газа более 0,15 г/час в технологическом процессе происходит накопление неутилизируемого углекислого газа.

Твердую фракцию навоза жвачных после механического фракционирования загружают в смеситель. Влажность такого навоза составляет 75%, что соответствует содержанию сухого остатка в количестве 250 кг на 1 т исходной массы. В смеситель вносят тонкоизмельченную окись кальция в виде жженой извести или гидроокись кальция в виде гашеной извести в количестве 1,75-2,25 кг на тонну исходной массы навоза, что составляет 0,7-0,9% от содержания сухого остатка, периодически перемешивая.

Сущность дезодорирования навоза заключается в следующем.

Неприятный запах навоза обусловлен образованием меркаптанов и сероводорода в результате разложения кишечной микрофлорой серосодержащих аминокислот: цистина и метионина.

Соединения кальция (окись или гидроокись) при взаимодействии с анионами угольной кислоты, содержание которых в навозе составляет 3-5 г/кг, образуют бикарбонат кальция. Последний связывает меркаптаны и сероводород в соединения, не имеющие запаха.

Дезодорирование навоза перед ферментацией обогащает полученную кормовую добавку и удобрение важнейшим микроэлементом - кальцием и устраняет неприятный запах в течение всего периода ферментации смеси.

Затем органоминеральную массу из растительных остатков в количестве 60% смешивают с 40% дезодорированного навоза и продувают смесь воздухом. Температура воздуха 58-60°С. Наличие воздуха и температуры обеспечивает активное развитие термофильных микроорганизмов. Микробная масса быстро увеличивается в объеме за счет ассимиляции углеводов, соединений азота и фосфора. Процесс длится в течение 4-5 суток. В процессе ферментации происходит гибель патогенной микрофлоры.

Продукт, полученный в результате ферментации смеси, содержит сырого протеина 17-21% и непатогенных термофильных микроорганизмов более 30 тыс., которые могут служить источником полноценного бактериального белка для жвачных животных. Наличие большого числа термофильных аэробных микроорганизмов обеспечивает благоприятные условия для рубцового пищеварения.

Повышение активности микрофлоры рубца способствует образованию летучих жирных кислот, которые являются предшественниками молочного жира. Причем введение в основной рацион продукта ферментации навоза и органоминеральной массы из растительных остатков в количестве 150-180 г на 100 кг живой массы увеличивает содержание летучих жирных кислот на 29-31%. Это, с одной стороны, не выходит за пределы физиологической нормы. С другой стороны, позволяет полнее использовать генетический потенциал животных по показателю жирномолочности.

Затем биомассу водоросли Chlorella Vulgaris, полученную в результате культивирования, отделяют от культуральной жидкости и подвергают двукратному замораживанию, сначала при температуре минус 13 - минус 15°С в течение 40-60 мин, повторно - при температуре минус 4°С в течение 5 часов.

После размораживания легко отделяется клеточный сок, который соединяют с культуральной жидкостью.

Полученный биологически активный комплекс (жидкая фракция) может быть использован в кормлении (выпаивании) сельскохозяйственных животных и птицы. А твердую фракцию - оболочки клеточных стенок водоросли вносят в продукт ферментации органоминеральной массы и навоза, перемешивают. Соотношение компонентов составляет 1:3,5-4,5 соответственно.

В кормлении сельскохозяйственных животных кормовую добавку добавляли к основному рациону в количестве 140-160 г на 100 кг живой массы.

Эффективность удобрения в качестве продуктивной подкормки была изучена при выращивании гибрида кукурузы РОСС 331 MB на зерно. Уход за растениями осуществляли по фазам развития.

В конце первого этапа органогенеза на стадии 4-7 листьев начинается интенсивный рост кукурузы. В этот период проводили первую подкормку из расчета 60-80 кг/га, которую запахивали на глубину 10 см.

Вторую продуктивную подкормку проводили перед началом выбрасывания метелки из расчета 50-60 кг/га.

Подкормку вносили посредине междурядий, запахивая на глубину 12 см. Это способствовало развитию максимального количества зачаточных початков.

Применение удобрения позволило максимально использовать биологический потенциал гибрида и получить урожайность зерна на орошении 9,8 т/га.

Первый компонент кормовой добавки и удобрения - продукт ферментации дезодорированного навоза и органоминеральной массы из растительных остатков является вполне самодостаточным и эффективным средством как с точки зрения кормовой добавки, так и с точки зрения удобрения.

Второй компонент - твердая фракция водоросли Chlorella Vulgaris - представлена на 77% хитином. Это полисахарид (биополимер), который содержится в организме животных и растений и обладающий целым рядом важных свойств. Так, например, он активно связывает органические и неорганические молекулы токсических веществ как в организме животных, так и в почве. Кроме того, возбудители вирусных, грибковых и бактериальных болезней вызывают коагуляцию - слипание частиц в коллоидных растворах с образованием крупных агломератов при выпадении коагулирующих веществ в осадок. Поскольку чаще всего коагуляция происходит в растворах, содержащих белки, это приводит к потере протеина (неусвоенный белок). Хитин обладает антикоагулянтным и бактерицидным свойствами и потому повышает устойчивость организма к вирусным, грибковым и бактериальным инфекциям.

Продукты расщепления хитина являются естественными и безвредными, не вызывают побочных явлений.

Соединение компонентов обеспечивает более выраженный эффект и разностороннее действие.

Микробиологическое разложение растительных остатков и культивирование Chlorella Vulgaris, проводимые в замкнутом цикле (выделенный кислород от культивирования водоросли улавливают и используют для разложения растительных остатков, а выделенный при этом углекислый газ улавливают и используют для культивирования Chlorella Vulgaris) позволяет снизить загрязнение атмосферного воздуха.

Источники информации

1. Г.Кольбе, Г.Штумпе. Солома как удобрение. М.: Колос, 1972.

2. Известия ТСХА, Вып.3, 1978, с.25-33.

3. RU №2192757, A23К 1/16, опубл. 20.11.2002.

1. Способ получения кормовой добавки и удобрения, включающий ферментацию смеси навоза и органоминеральной массы при периодическом продувании смеси воздухом, отличающийся тем, что в качестве органоминеральной массы используют растительные остатки, в которые предварительно добавляют воду в соотношении 1:1,5-2,0 и подвергают микробиологическому разложению почвенными микроорганизмами в виде почвенной вытяжки, которую вносят в количестве из расчета 2 мл на 1 л воды, разложение проводят в условиях принудительной аэрации воздухом, обогащенным кислородом, полученным в результате культивирования одноклеточной водоросли Chlorella Vulgaris при дыхательном коэффициенте, равном 1, а выделение углекислого газа (СО₂) при разложении растительных остатков поддерживают на уровне 0,10-0,15 г/ч, который улавливают и используют для культивирования водоросли, навоз перед ферментацией дезодорируют окисью кальция или гидроокисью кальция, которые вносят в количестве 0,7-0,9% от содержания сухого вещества твердой фракции навоза, причем ферментацию смеси, содержащей 60% органоминеральной массы и 40% навоза, проводят в течение 4-5 суток, а продукт ферментации смеси смешивают с твердой фракцией Chlorella Vulgaris, полученной двукратным замораживанием и размораживанием биомассы водоросли и отделением клеточного сока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что микробиологическое разложение растительных остатков проводят в течение не менее 3 суток.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что замораживание биомассы водоросли проводят сначала при температуре минус 13 - минус 15°С в течение 40-60 мин, повторно - при температуре минус 4°С в течение 5 ч.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что продукт ферментации смеси смешивают с твердой фракцией Chlorella Vulgaris в массовом соотношении 3,5-4,5:1.