PL B1. Biopreparat do konserwowania surowców odnawialnych przeznaczonych do produkcji biogazu

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. C12N 1/20 ( ) C12R 1/225 ( ) C12P 1/04 ( ) C12P 5/02 ( ) C02F 11/04 ( ) (54) Biopreparat do konserwowania surowców odnawialnych przeznaczonych do produkcji biogazu (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 13/16 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/17 (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT BIOTECHNOLOGII PRZEMYSŁU ROLNO-SPOŻYWCZEGO IM. PROF. WACŁAWA DĄBROWSKIEGO, Warszawa, PL (72) Twórca(y) wynalazku: KRYSTYNA ZIELIŃSKA, Warszawa, PL AGATA FABISZEWSKA, Warszawa, PL MARTA KUPRYŚ-CARUK, Warszawa, PL ANTONI MIECZNIKOWSKI, Warszawa, PL KRYSTYNA STECKA, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Anna Grzelak

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest biopreparat do konserwowania surowców odnawialnych, całych roślin zbożowych, szczególnie całych roślin kukurydzy, traw, w tym miejskich oraz innych surowców pochodzenia rolniczego, przeznaczonych do produkcji biogazu. Obecnie istnieje duże zapotrzebowanie na preparaty bakteryjne poprawiające jakość i st a- bilność tlenową kiszonek przeznaczonych do produkcji biogazu, jak również na preparaty popr a- wiające efektywność produkcji metanu. Jest to dziedzina ważna w wymiarze gospodarczym i społecznym, ponieważ zgodnie z Dyrektywami Parlamentu Europejskiego i Rady Europy promowana jest produkcja energii ze źródeł odnawialnych, a kryteria zrównoważonego rozwoju rolnictwa, w zakresie zwiększenia wykorzystania energii pochodzącej z biopaliw wytworzonych ze źródeł odnawialnych, zakładają, że do roku 2020 emisja gazów cieplarnianych do środowiska będzie ograniczona o 45%. Ze względu na prawidłowy przebieg procesu fermentacji metanowej w zakiszonych surowcach odnawialnych stosunek kwasu mlekowego do sumy kwasów octowego i propionowego powinien kształtować się jak 1:1. W kiszonkach niewskazana jest wysoka zawartość kwasu mlekowego, ponieważ bakterie metanowe nie wykorzystują go w pełni, natomiast we wstępnym procesie produkcji biogazu zwanym octanogenezą istnieje zapotrzebowanie na kwas octowy. Preparaty bakteryjne przeznaczone do kiszenia surowców kierowanych do produkcji biogazu, powinny zawierać kultury starterowe złożone z heterofermentatywnych gatunk ów bakterii fermentacji mlekowej o zdolności syntezy kwasu octowego i jego metabolizmu do 1,2-propanodiolu, a następnie do kwasu propionowego. Wynika to z faktu, że przemiany biochemiczne zachodzące pod wpływem działania bakterii powinny być ukierunkowane głównie na syntezę kwasu octowego, który jest prekursorem 1,2-propanodiolu oraz 1-propanolu i kwasu propionowego, związków wykorzystywanych w procesie fermentacji metanowej do produkcji biogazu. Dla prawidłowej organizacji pracy biogazowni istotna jest też stała dostępność surowców bez zmian ich jakości. Ponadto gwarancją efektywnego przebiegu wszystkich etapów produkcji biogazu jest także jakość, w tym mikrobiol o- giczna, zakiszonych surowców. Szczególnie niebezpieczne jest zakażenie kiszonek bakteriami z rodzaju Clostridium sp., ponieważ obecność kwasu masłowego hamuje proces fermentacji metanowej. Znane preparaty bakteryjne, z dokumentów: WO A1, WO A1 i WO A1, przeznaczone do konserwowania surowców odnawialnych do produkcji biogazu, zawierają szczepy bakterii z gatunku Lactobacillus buchneri, odpowiedzialne za poprawę stabilności tlenowej kiszonek. Kultury starterowe zawierają również szczepy bakterii z rodzaju Bacillus, a szczególnie z gatunków Bacillus licheniformis i Bacillus subtilis, które poprawiają efektywność produkcji biogazu. Żadna z opisanych wyżej kombinacji szczepów bakterii nie gwarantuje uzyskania wysokiej zawartości kwasu propionowego w zakiszonych surowcach, a co za tym idzie nie dają one gwarancji zachowania wysokiej jakości i stabilności kiszonek, w czasie ich długotrwałego co najmniej rocznego przechowywania. W dokumencie US 2005/ A1 opisano działanie preparatów, w skład których wchodzą szczepy bakterii: Lactobacillus buchneri, Pediococcus pentosaceus i Lactobacillus diolivorans z dodatkiem 1,2-propanodiolu, przeznaczonych do kiszenia ziarna kukurydzy na cele paszowe. W kiszonym z dodatkiem preparatów ziarnie kukurydzy, wykryto niewielkie ilości 1,2-propanodiolu i śladowe ilości kwasu propionowego. Ziarno to charakteryzowało się wysoką stabilnością tlenową, wysoką zawartością kwasu mlekowego, przy stosunku kwasu mlekowego do kwasu octowego średnio jak 2:1, czyli niekorzystnym dla surowców przeznaczonych do produkcji biogazu. Na podstawie danych literaturowych wiadomo, że bakterie z gatunku Lactobacillus buchneri charakteryzują się zdolnością do metabolizowania kwasu octowego do 1,2-propanodiolu, a efektywność i dynamika syntezy 1,2-propanodiolu jest zależna od badanego szczepu i warunków śr o- dowiska. Ostatnio scharakteryzowano wyizolowany z kiszonego ziarna kukurydzy szczep Lactobacillus buchneri KKP 2047 p, wykazujący zdolności zarówno do efektywnej syntezy 1,2-propanodiolu, jak również do niespotykanej dla tego gatunku zdolności metabolizowania tego związku do kwasu propionowego publikacja WO A1. Nieoczekiwanie okazało się, że połączenie kilku heterofermentatywnych gatunków bakterii z rodzaju Lactobacillus w procesie kofermentacji stwarza możliwość stymulowania syntezy kwasu octo-

3 PL B1 3 wego i kwasu propionowego, związków pożądanych w procesie fermentacji metanowej. Działanie różnych gatunków i szczepów bakterii w procesie kofermentacji opiera się na zjawisku syntrofii, gdzie produkty końcowe jednych reakcji fermentacji są substratami dla innych prowadzonych równocześnie. W badaniach własnych Twórców porównano efekty kofermentacji znanych szczepów: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p (zdeponowanego w dniu 7 listopada 2012 w Kolekcji Kultur Drobnoustrojów Przemysłowych IBPRS w Warszawie, Polska) i Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p (zdeponowanego w dniu 7 listopada 2012 w Kolekcji Kultur Drobnoustrojów Przemysłowych IBPRS w Warszawie, Polska) z wynikami uzyskanymi w procesie kofermentacji z włączeniem nowo wyizolowanego szczepu Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p (zdeponowanego w dniu 8 września 2014 roku w Kolekcji Kultur Drobnoustrojów Przemysłowych IBPRS w Warszawie, Polska), w czasie prowadzenia łącznej hodowli w warunkach modelowych i zaobserwowano nieoczekiwane efekty synergicznego działania bakterii badanych szczepów w kierunku syntezy kwasu propionowego. Nieoczekiwanie okazało się, że uzyskano w ten sposób biopreparat do kiszenia surowców odnawialnych przeznaczonych do produkcji biogazu o synergicznym działaniu, którego stosowanie zwiększa znacznie wydajność uzyskiwanego końcowo biogazu, w tym metanu. Biopreparat do kiszenia surowców odnawialnych przeznaczonych do produkcji biogazu, a szczególnie całych roślin kukurydzy, roślin zbożowych oraz traw według wynalazku zawiera więc kulturę starterową heterofermentatywnych gatunków bakterii: nowy szczep Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p, o zdolności przemiany 1,2-propanodiolu do kwasu propionowego, szczep Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p o zdolności syntezy i metabolizmu 1,2-propanodiolu, szczep Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p o zdolności syntezy kobalaminy i 1,3-propanodiolu. Szczególnie dobre rezultaty otrzymuje się gdy procentowy skład kultury bakteryjnej jest następujący: Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p 40 50%, Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p 30 40%, Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p 20 30%. Dla biopreparatu, w którym zastosowano dodatek kofaktorów reakcji syntezy kwasu propionowego: kobalaminę w ilości 0,2 0,4% oraz niacynę w ilości 0,3 0,5% zaobserwowano zwiększenie działania synergicznego tych szczepów. Stąd korzystny jest biopreparat, w którym pod wpływem synergicznego działania kultury starterowej bakterii, uzupełnionej dodatkiem biostymulatorów takich jak: kobalamina i niacyna, w procesie kiszenia surowców roślinnych następują równocześnie reakcje syntezy i przemiany kwasu octowego, 1,2-propanodiolu i syntezy kwasu propionowego, związków wykorzystywanych przez bakterie metanowe do produkcji biogazu. Dla biopreparatu według wynalazku uzyskuje się wydajność biogazu, w tym metanu, z kiszonek wytworzonych z jego dodatkiem wyższą o około 10%, w stosunku do uzyskanej z kiszonek standardowych, bez jego udziału. Wynalazek dotyczy więc nowej kultury starterowej przeznaczonej do kiszenia surowców odnawialnych przeznaczonych do produkcji biogazu która zawiera: nowo wyizolowany szczep należący do gatunku Lactobacillus diolivorans K zdeponowany jako KKP 2057 p, który charakteryzuje się zdolnością przemiany 1,2-propanodiolu do 1-propanolu i kwasu propionowego oraz wyselekcjonowane kolekcyjne szczepy Lactobacillus reuteri M zdeponowany jako KKP 2048 p i Lactobacillus buchneri A zdeponowany jako KKP 2047 p. Wynalazek dotyczy również biopreparatu do kiszenia surowców odnawialnych przeznaczonych do produkcji biogazu zawierającego kulturę starterową która zawiera: nowo wyizolowany z kiszonki z całych roślin kukurydzy szczep należący do gatunku Lactobacillus diolivorans K zdeponowany jako KKP 2057 p, który charakteryzuje się zdolnością przemiany 1,2-propanodiolu do 1-propanolu i kwasu propionowego oraz wyselekcjonowane kolekcyjne szczepy Lactobacillus reuteri M KKP zdeponowany jako 2048 p i Lactobacillus buchneri A zdeponowany jako KKP 2047 p. W czasie kofermentacji szczepów wchodzących w skład biopreparatu dochodzi do nieoczekiwanej synergii ich działania, mianowicie, szczep Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p syntetyzuje kwas octowy, a następnie 1,2-propanodiol i w wyniku dalszych przemian również kwas propionowy. Szczep z gatunku Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p charakteryzuje się zdolnością do syntezy kobalaminy, kofaktora enzymów: dehydratazy glicerolowej i dehydratazy propanodiolowej katalizujących reakcje syntezy kwasu propionowego. Natomiast 1,2-propanodiol jest wykorzystywany jako substrat w reakcjach syntezy 1-propanolu i kwasu propionowego przez bakterie nowo wyizolowanego szczepu Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p. Preparaty poszczególnych szczepów bakterii w kulturze starterowej według wynalazku są korzystnie wymieszane w proporcjach mieszczących się w następujących zakresach: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p 30 40%, Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p 20 30% i Lactobacillus dio-

4 4 PL B1 livorans KKP 2057 p 40 50%. Liczba jednostek tworzących kolonie bakterii zawarta w 1 g biopreparatu korzystnie wynosi około 1 x W korzystnym przykładzie wykonania, biopreparat według wynalazku zawiera dodatkowo substancje dodatkowe biostymulatory opisanych wyżej przemian biochemicznych czyli kofaktory reakcji syntezy kwasu propionowego: kobalaminę koenzym dehydratazy propanodiolowej, enzymu uczestniczącego w przemianie 1,2-propanodiolu do kwasu propionowego oraz niacynę, która jest składnikiem dinukleotydu nikotynaminoadeninowego (NAD) związku wysokoenergetycznego, który uczestniczy we wszystkich reakcjach przemian od kwasu mlekowego do kwasu propionowego. K o- rzystnie, kobalamina (witamina B 12 ) jest obecna w ilości 0,2 0,4%, a niacyna (witamina B 3 ) w ilości 0,3 0,5%. Biopreparat według wynalazku może też obejmować inne znane w dziedzinie substancje pomocnicze, na przykład nośniki, takie jak skrobia rozpuszczalna, sacharoza, glukoza, oraz emulgatory, takie jak lecytyna. Korzystnie, biopreparat według wynalazku zawiera nośniki: skrobię rozpuszczalną, sacharozę, glukozę i emulgator lecytynę stanowiące około 88% suchej masy. Biopreparat według wynalazku można wytwarzać dowolnym z odpowiednich znanych w dziedzinie sposobów. W przykładzie wykonania, stosowana jest technologia opisana w polskim patencie PL Przy wykorzystywaniu tego sposobu wytwarzania, preparat dla każdego ze szczepów bakteryjnych można przygotowywać oddzielnie przez namnażanie inokulum bakterii, hodowlę wgłębną, wydzielanie biomasy, mieszanie biomasy z ewentualnymi nośnikami, emulgatorem, granulowanie i suszenie fluidyzacyjne. Otrzymane preparaty poszczególnych szczepów bakterii są n a- stępnie mieszane, korzystnie w następujących proporcjach: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p 30 40%, Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p 20 30% i Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p 40 50%. Korzystnie, biopreparat według wynalazku jest granulowany i zawiera ok. 94% suchej masy. Biopreparat według wynalazku można stosować bezpośrednio na materiał przeznaczony do produkcji biogazu. W przykładzie wykonania, biopreparat według wynalazku można stosować w postaci oprysku, po rozpuszczeniu w wodzie, na pocięte rośliny, korzystnie w czasie ich zwijania w bele. Dawka preparatu będzie zależała od ilości materiału i warunków procesu kiszenia, a korzystnie wynosi ok. 5 g na 1 tonę zakiszanej masy zielonej. Wynalazek dotyczy też sposobu konserwowania surowców odnawialnych przeznaczonych do produkcji biogazu szczególnie całych rośliny kukurydzy, roślin zbożowych czy traw, który obejmuje stosowanie kultury starterowej według wynalazku albo biopreparatu według wynalazku. W korzystnym przykładzie wykonania, kultura starterowa lub biopreparat stosowane są bezpośrednio na materiał odnawialny przeznaczony do produkcji biogazu. Korzystniej kultura starterowa lub biopreparat stosowane są w formie oprysku po rozpuszczeniu w wodzie. Korzystnie kultura starterowa lub biopreparat stosowane są na pocięte rośliny, najkorzystniej w czasie ich zawijania w bele. W korzystnym przykładzie wykonania dawka kultury starterowej lub biopreparatu wynosi ok. 5 g na 1 tonę zakiszanej masy zielonej. Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie kultury starterowej według wynalazku albo biopreparatu według wynalazku do konserwowania surowców odnawialnych przeznaczonych do produkcji biogazu, szczególnie całych roślin kukurydzy, roślin zbożowych oraz traw. W korzystnym przykładzie wykonania, kultura starterowa lub biopreparat stosowane są bezpośrednio na materiał odnawialny przeznaczony do produkcji biogazu. Korzystniej kultura starterowa lub biopreparat stosowane są w formie oprysku po rozpuszczeniu w wodzie. Korzystnie kultura starterowa lub biopreparat stosowane są na pocięte rośliny, najkorzystniej w czasie ich zawijania w bele. W korzystnym przykładzie wykonania dawka kultury starterowej lub biopreparatu wynosi ok. 5 g na 1 tonę zakiszanej masy zielonej. Wyniki analizy genetycznej odcinka kodującego 16 S rrna dla nowego szczepu Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p przedstawione są na SEQ ID No 1. Niniejszy wynalazek zostanie poniżej zilustrowany z pomocą następujących przykładów. Przykłady te podano jedynie w drodze ilustracji przedmiotu wynalazku, dla którego w żaden sposób nie stanowią ograniczenia.

5 PL B1 5 Krótki opis figury rysunku Fig. 1 to wykres kumulowany uzysku biogazu metodą spfm badanego substratu (linia nr 1). Dla porównania podano wykres próby kontrolnej (linia nr 3) inokulat bakterii fermentacji metanowej oraz wykres standardu kiszonki z kukurydzy bez dodatku biopreparatu (linia nr 2). Przykłady P r z y k ł a d 1 Kofermentacja szczepów bakteryjnych. Porównano efekty kofermentacji znanych szczepów: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p i Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p z wynikami uzyskanymi w procesie kofermentacji z włączeniem nowo wyizolowanego szczepu Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p, w czasie prowadzenia łącznej hodowli w warunkach modelowych. Wykazano efekty synergicznego działania bakterii badanych szczepów w kierunku syntezy kwasu propionowego w czasie 21-dniowej hodowli, przy zastosowaniu zmodyfikowanego podłoża MRS, w którym jako źródła węgla zastosowano glukozę (1 g/100 ml) i 1,2-propanodiol (800 mg/100 ml), uzupełnionego kobalaminą (100 mg/100 ml) oraz niacyną (100 mg/100 ml). W wyniku kofermentacji szczepów pochodzących z gatunków: Lactobacillus buchneri i Lactobacillus reuteri zawartość kwasu mlekowego wytworzonego do 7-go dnia hodowli obniżała się w kolejnych jej etapach, przy wzroście zawartości kwasu octowego, 1-propanolu i kwasu propionowego. W 21 dniu hodowli stosunek kwasu mlekowego do kwasu octowego w podłożu hodowlanym wynosił jak 1:1 ( tabela 1). T a b e l a 1 Porównanie dynamiki zmian zawartości kwasów organicznych i 1-propanolu w czasie 21-dniowej kofermentacji szczepów: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p i Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p oraz szczepów: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p, Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p i Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p. Zmiany zawartości kwasów org. i 1-propanolu w czasie hodowli bakterii Kofermentacja: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p i Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p dni hodowli Kofermentacja: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p, Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p, Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p dni hodowli Kwas mlekowy, g/100 ml 0,98 ±0,05 0,67 ±0,02 0,52 ±0,05 1,16 ±0,06 0,90 ±0,04 0,67 ±0,04 Kwas octowy, g/100 ml 0,34 ±0,02 0,49 ±0,03 0,50 ±0,03 0,43 ±0,03 0,47 ±0,05 0,69 ±0,06 Kwas propionowy, mg/100 ml 14,94 ±1,46 20,30 ±0,81 38,87 ±1,72 119,62 ±6,95 184,51 ±12,18 520,59 ±28,85 1-propanol, mg/100 ml 1,43 ±0,33 1,79 ±0,22 2,41 ±0,31 18,89 ±1,05 86,07 ±11,86 103,13 ±3,43 1,2-propanodiol, mg/100 ml 584,58 ±30,0 429,10 ±18,0 319,14 ±3,8 256,20 ±9,0 162,86 ±14,0 90,89 ±5,2 Stopień wykorzystania 1,2-propanodiolu, % 27,0 ±3,75 46,4 ±5,0 70,1 ±1,13 68,0 ±3,4 79,6 ±2,8 88,6 ±0,47 Hodowle prowadzono w zmodyfikowanym podłożu MRS, glukoza (1 g/100 ml) i 1,2-propanadiol (800 mg/100 ml), kobalamina i niacyna w ilościach po 100 mg/100 ml podłoża, w temperaturze 35 C. Wyniki w tabeli zaprezentowano jako wartości średnie wraz z odchyleniem standardowym. W wyniku kofermentacji szczepów z gatunków: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p, Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p i Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p zawartość kwasu mlekowego, począwszy od oznaczonej w 7 dniu hodowli, systematycznie obniżała się do 21 dnia hodowli bakterii,

6 6 PL B1 a zawartość kwasu octowego i propionowego oraz 1-propanolu wzrastała. Końcowa zawartość kwasu propionowego w tym doświadczeniu wynosiła 520,59 mg/100 ml i była kilkunastokrotnie wyższa od otrzymanej w wyniku kofermentacji szczepów z gatunków: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p i Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p. Uzyskane wyniki z doświadczeń modelowych, dotyczące wzrostu zawartości 1-propanolu i kwasu propionowego w czasie hodowli badanych szczepów bakterii, potwierdza procen towy stopień wykorzystania 1,2-propanodiolu, dodanego do podłoża hodowlanego w ilości 800 mg/100 ml (tabela 1). P r z y k ł a d 2 Wytwarzanie biopreparatu: Technologia wytwarzania biopreparatu była zgodna z opisem zawartym w patencie PL nr Sposób produkcji dla każdego szczepu oddzielnie polegał na: namnażaniu inokulum bakterii, hodowli wgłębnej, wydzielaniu biomasy, mieszaniu biomasy z nośnikami, emulgatorem, granulowaniu i suszeniu fluidyzacyjnym. Otrzymane preparaty poszczególnych szczepów bakterii następnie zmieszano w następujących proporcjach: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p 30 40%, Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p 20 30% i Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p 40 50%. Liczba jednostek tworzących kolonie bakterii zawarta w 1 g biopreparatu wynosiła około 1 x Ponadto w skład granulowanego biopreparatu o zawartości około 94% sm. wchodziły nośniki: skrobia rozpuszczalna, sacharoza, glukoza i emulgator lecytyna stanowiące około 88% sm. oraz biostymulatory: kobalamina (witamina B 12 ) w ilości 0,2 0,4% i niacyna (witamina B 3 ) w ilości 0,3 0,5%. P r z y k ł a d 3 Stosowanie biopreparatu: Wytworzony biopreparat według wynalazku zastosowano do produkcji kiszonek z całych roślin kukurydzy. Kiszonki sporządzono, w gospodarstwie doświadczalnym w warunkach produkcyjnych, w belach o masie około 500 kg, bez i z dodatkiem biopreparatu. Biopreparat stosowano w formie oprysku, po rozpuszczeniu w wodzie, na pocięte rośliny w czasie ich zwijania w bele. Dawka preparatu wynosiła 5 g na 1 tonę zakiszanej masy zielonej. Proces kiszenia trwał 3 miesiące. Po upływie tego czasu kiszonki poddano analizie fizykochemicznej, oznaczano w pobranych z różnej głębokości próbkach zawartość kwasów organicznych, 1,2-propanodiolu i 1-propanolu związków pożądanych w procesie fermentacji metanowej (tabela 2). T a b e l a 2 Zawartość kwasów organicznych, 1,2-propanodiolu i 1-propanolu w kiszonkach z całych roślin kukurydzy, wytworzonych bez i z dodatkiem biopreparatu w/g wynalazku. Kiszonki z całych roślin kukurydzy o zawartości sm. około 34,0% ph Zawartość kwasów organicznych, g/100 g kiszonki Zawartość metabolitów bakterii, mg/100 g kiszonki mlekowy octowy masłowy 1,2-propanodiol 1-propanol kwas propionowy bez dodatku biopreparatu 4,86 1,28 ±0,2 0,47 0,15 ±0,05 4,3 ±2,5 brak 10,3 ±3,4 z dodatkiem biopreparatu 4,06 1,31 ±0,3 1,28 5 brak 154,7 ±12,3 70,3 ±15,4 204,8 ±17,0 Wyniki są średnimi z trzech doświadczeń w skali produkcyjnej. W wyniku synergicznego działania szczepów bakterii wchodzących w skład biopreparatu kiszonki doświadczalne z całych roślin kukurydzy charakteryzowały się wysoką zawartością kwasu octowego i propionowego, odpowiednio: 1,28 g/100 g i 204,8 mg/100 g kiszonki przy braku kwasu masłowego. Kiszonki zawierały 1,2-propanodiol (154,7 mg/100 g) oraz metabolity jego przemiany, do których należy 1-propanol i kwas propionowy. Jako surowce do produkcji biogazu charakteryzowały się prawidłowym stosunkiem kwasu mlekowego do kwasu octowego (1:1) przy wysokiej zawartości

7 PL B1 7 kwasu propionowego, dwudziestokrotnie wyższej od jego zawartości w kiszonkach kontrolnych, bez dodatku biopreparatu. W następnym etapie oceniono wpływ działania preparatu w procesie kiszenia na uzyskaną wydajność i skład biogazu z kiszonek. Analizę uzysku biogazu wykonano metodą fermentacji metanowej (spfm) prowadzonej w czasie 5 tygodni w zestawie eudiometrycznym wg akredytowanej procedury badawczej. Analizę składu biogazu wykonano za pomocą miernika GA 2000 Geotechnical Instruments i Multi Gas i Monitora 1312 Innova (tabela 3, Fig. 1). W wyniku fermentacji metanowej uzyskano wyższą wydajność biogazu z substratu zakiszonego z dodatkiem biopreparatu o 60,2 jednostek NI kg smo. kiszonki, przy wzroście zawartości metanu w biogazie o 6,4 jednostki procentowe, w stosunku do uzyskanego z kiszonki standardowej bez jego dodatku. Ponadto nie odnotowano pojawienia się czynników zagrażających sprawnemu przebiegowi eksploatacji substratu otrzymanego w procesie kiszenia z dodatkiem biopreparatu w instalacji biogazowni. T a b e l a 3 Porównanie wydajności i stopnia czystości biogazu wyprodukowanego z kiszonek z całych roślin kukurydzy wytworzonych bez i z dodatkiem biopreparatu. Kiszonki z całych roślin kukurydzy ph sucha masa, % Skład kiszonki masa organiczna, % sm. popiół, % sm. uzysk biogazu Wydajność biogazu po czasie 5 tygodni fermentacji (spfm) zawartość w biogazie NI, kg smo.* metanu, % NH 3, mg/m 3 bez dodatku (standardowa) 4,86 32,96 ±2,1 95,42 ±0,08 3,51 ±0,2 626,00 ±2,03 47,89 ±1,08 4,7 ±0,5 z dodatkiem biopreparatu wg wynalazku 4,06 33,10 ±2,3 96,50 3,70 ±0,2 686,20 ±4,99 54,30 ±1,20 3,2 ±0,5 Wyniki są średnimi z trzech doświadczeń. *Jednostka uzysku NI kg smo. jest znormalizowanym litrem biogazu netto uzyskanego z kg suchej masy organicznej danej próbki i odnosi się do podanej zawartości suchej masy i suchej masy organicznej.

8 8 PL B1

9 PL B1 9 Zastrzeżenia patentowe 1. Biopreparat do kiszenia surowców odnawialnych przeznaczonych do produkcji biogazu, znamienny tym, że zawiera kulturę starterową zawierającą szczep Lactobacillus diolivorans K zdeponowany jako KKP 2057 p, oraz wyselekcjonowane kolekcyjne szczepy Lactobacillus reuteri M zdeponowany jako KKP 2048 p i Lactobacillus buchneri A zdeponowany jako KKP 2047 p. 2. Biopreparat według zastrz. 1, znamienny tym, że preparaty poszczególnych szczepów bakterii w kulturze starterowej są wymieszane w proporcjach mieszczących się w następujących zakresach: Lactobacillus buchneri A KKP 2047 p 30 40%, Lactobacillus reuteri M KKP 2048 p 20 30% i Lactobacillus diolivorans K KKP 2057 p 40 50%. 3. Biopreparat według zastrz. 1 2, znamienny tym, że liczba jednostek tworzących kolonie bakterii zawarta w 1 g biopreparatu wynosi około 1 x Biopreparat według zastrz. 1 3, znamienny tym, że zawiera ponadto substancje dodatkowe, korzystnie jako substancje dodatkowe zawiera kofaktory reakcji syntezy kwasu propionowego, kobalaminę i niacynę. 5. Biopreparat według zastrz. 4, znamienny tym, że kobalamina jest obecna w ilości 0,2 0,4%, a niacyna w ilości 0,3 0,5%. 6. Biopreparat według dowolnego z zastrz. 1 5, znamienny tym, że dodatkowo zawiera nośniki oraz emulgatory, przy czym korzystnym nośnikiem jest skrobia rozpuszczalna i/lub sacharoza i/lub glukoza, a korzystnym emulgatorem jest lecytyna. 7. Biopreparat według zastrz. 6, znamienny tym, że nośniki i emulgator stanowią około 88% suchej masy. 8. Biopreparat według dowolnego z zastrz. 1 do 7, znamienny tym, że jest granulowany i zawiera ok. 94% suchej masy. 9. Zastosowanie biopreparatu do kiszenia surowców odnawialnych jak określonego w dowolnym z zastrz. 1 do 8 do konserwowania surowców odnawialnych przeznaczonych do produkcji biogazu. 10. Zastosowanie według zastrz. 9, znamienne tym, że surowcami odnawialnymi do produkcji biogazu są całe rośliny kukurydzy i/lub rośliny zbożowe i/lub trawy. 11. Zastosowanie według zastrz. 9 10, znamienne tym, że biopreparat stosowany jest bezpośrednio na materiał odnawialny przeznaczony do produkcji biogazu, korzystnie w formie oprysku po rozpuszczeniu w wodzie. 12. Zastosowanie według zastrz. 9 11, znamienne tym, że biopreparat stosowany jest na pocięte rośliny w czasie ich zawijania w bele. 13. Zastosowanie według zastrz. 9 do 12, znamienne tym, że dawka biopreparatu wynosi ok. 5 g na 1 tonę zakiszanej masy zielonej.

10 10 PL B1 Rysunek Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)