(57)【要約】  【課題】    【解決手段】  本開発は、高濃度遊離アミノ酸大豆加水分解組成物を製造する方法および得られた加水分解組成物を使用する方法である。高濃度遊離アミノ酸大豆加水分解物は、土壌および廃水中に見られる微生物集団を増強するのに使用される。当該増強された微生物集団は、特に褐色野原および類似の再生地、または芝草に用いて、植物の成長を促進することができ、また下水固形物の消化を促進することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
土壌または芝草を処理する方法であって、
ａ．大豆加水分解物のカリウム塩を提供する工程であって、当該大豆加水分解物のカリウム塩は、大豆粕と希塩酸溶液とをその反応混合物のｐＨがｐＨ１未満となるまで反応させ、同時に前記反応混合物を少なくとも６０℃（１４０°Ｆ）の温度に最大４８時間加熱し、次いで前記反応混合物を周囲温度まで冷却し、塩基を添加してｐＨを少なくともｐＨ３に上昇させ、次いでその溶液を濾過し遊離アミノ酸大豆加水分解液体組成物を回収することによって調製されるものである、大豆加水分解物のカリウム塩を提供する工程と、
ｂ．処理のための土壌又は芝草を提供する工程と、
ｃ．前記遊離アミノ酸大豆加水分解組成物を、１０００平方フィート当たり０．１ポンド〜１００ポンドの液体濃度で前記土壌または芝草に適用する工程と、
ｄ．前記加水分解組成物を前記土壌または芝草と反応させる工程と、
ｅ．前記加水分解組成物を既定の間隔で前記土壌または芝草に再適用する工程と
を有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記反応混合物は１００℃（２１２°Ｆ）〜１０５℃（２２１°Ｆ）の間の温度に加熱されるものである、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記反応混合物は約１時間〜約２４時間加熱されるものである、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記塩基は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア水、またはそれらの組み合わせからなる群から選択されるものである、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記遊離アミノ酸大豆加水分解液体組成物は約３０％〜約３５％の溶解固形物を含有するものである、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記遊離アミノ酸大豆加水分解液体組成物は約０．５質量％〜約５．０質量％のアミノ窒素を有するものである、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記遊離アミノ酸大豆加水分解液体組成物は、約１．２質量％〜約２．４質量％のアミノ窒素を有するものである、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記遊離アミノ酸大豆加水分解物は、少なくとも３％の乾燥基準濃度のアスパラギン酸および少なくとも４％の乾燥基準濃度のグルタミン酸を有するものである、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、前記遊離アミノ酸大豆加水分解組成物は、前記加水分解組成物の均一な水溶液を噴霧することによって、または前記加水分解組成物の不均一な水溶液を噴霧することによって、または乾燥した形態の前記加水分解組成物を散布することによって適用される、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、前記遊離アミノ酸大豆加水分解組成物は少なくとも１４日毎に再適用される、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記遊離アミノ酸大豆加水分解組成物は、界面活性剤、乳化剤、消泡剤、分散剤、またはそれらの組み合わせと混合されるものである、方法。
【請求項１２】
廃水を処理する方法であって、この方法は、
ａ．大豆加水分解物のカリウム塩を提供する工程であって、当該大豆加水分解物のカリウム塩は、大豆粕と希塩酸溶液とをその反応混合物のｐＨがｐＨ１未満となるまで反応させ、同時に前記反応混合物を少なくとも６０℃（１４０°Ｆ）の温度に最大４８時間加熱し、次いで前記反応混合物を周囲温度まで冷却し、塩基を添加してｐＨを少なくともｐＨ３に上昇させ、次いでその溶液を濾過し遊離アミノ酸大豆加水分解組成液を回収することによって調製されるものである、大豆加水分解物のカリウム塩を提供する工程と、
ｂ．処理のための生下水固形物を含む廃水を提供する工程と、
ｃ．０．０１％〜５．００％の濃度の乾燥固形物を供給するように前記遊離アミノ酸大豆加水分解組成物を前記廃水に適用する工程と、
ｄ．前記加水分解組成物を前記廃水と既定の時間反応させる工程と
を有する方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、前記反応混合物は１００℃（２１２°Ｆ）〜１０５℃（２２１°Ｆ）の間の温度に加熱されるものである、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、前記反応混合物は約１時間〜約２４時間加熱されるものである、方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の方法において、前記塩基は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア水、またはそれらの組み合わせからなる群から選択されるものである、方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の方法において、前記遊離アミノ酸大豆加水分解液体組成物は約０．５質量％〜約５．０質量％のアミノ窒素を有するものである、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、前記遊離アミノ酸大豆加水分解液体組成物は約１．２質量％〜約２．４質量％のアミノ窒素を有するものである、方法。
【請求項１８】
請求項１２に記載の方法において、前記遊離アミノ酸大豆加水分解物は、少なくとも３％の乾燥基準濃度のアスパラギン酸および少なくとも４％の乾燥基準濃度のグルタミン酸を有するものである、方法。
【請求項１９】
請求項１２に記載の方法において、前記加水分解組成物は最大７時間前記廃水と反応されるものである、方法。
【請求項２０】
請求項１２に記載の方法において、前記遊離アミノ酸大豆加水分解組成物は、界面活性剤、乳化剤、消泡剤、分散剤、またはそれらの組み合わせと混合されるものである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１６年８月１９日に出願され現在係属中の米国特許出願第６２／３７７，１６９号に基づく優先権を主張するものであり、この参照によりその全てを本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
本発明は、土壌富化製品の組成物、および、当該組成物を使用して土壌再生、芝生施肥および廃水処理のために比較的高濃度のアミノ酸を供給する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
表土は、植物や草を成長させる土壌栄養素を提供し固定する細菌および真菌の豊富なミクロフローラを含む。これら細菌および真菌の多くは好気性であるため、それらは一般的に土壌深くでは生き残れない。
【０００４】
採掘および精製作業において所望の鉱石または鉱物または燃料源に到達するように表土層より十分下を掘ることは一般的に実施されていることである。この実施中、表土は、通常一箇所に大きな山状にして置かれ、後に土壌改善のために使用される。表土が長期間にわたって大きな山状に保管されていると、当該山状表面から約２フィートより下にある細菌や真菌は、酸素や栄養不足のために死滅する。前記表土が修復するべき区域へ置き替えられると、土壌の栄養素を固定し植物または草を成長させる微生物活性が、著しく減少する。
【０００５】
この問題に対処するために、土壌修復の専門家は、有機窒素および根定着菌を含有する土壌改良剤を追加する。土壌改良剤は、修復区域中の草や植物の成長を促進するために、少なくとも１つの真菌および特定の栄養素を豊富に含む。これらの草や植物が成長し始めれば、標準的な肥料法を用いることができる。土壌改良剤中の栄養素は通常、堆肥化された七面鳥層（ｔｕｒｋｅｙ  ｌｉｔｔｅｒ）などの有機材料であり、それらはある種のタンパク質およびアミノ酸を含み、根菌に栄養素を供給する。しかしながら、土壌改良剤が、菌根菌に対して容易に生物学的に利用可能となり得る高濃度の遊離アミノ酸を用いて生成することができるならば、それは再生プロセスにとって有益であろう。
【０００６】
多くの芝生処理剤は、羽またはその他の堆肥からの消化されたタンパク質を幾分か含む。これらのタンパク質源はアミノ酸を供給し得るが、通常の処理プロセスでは遊離アミノ酸が破壊されてしまう傾向がある。従って、芝草に容易に生物学的に利用可能となり得る高濃度の遊離アミノ酸を用いて芝生肥料を生産することができれば、芝処理にとって有益であろう。
【０００７】
廃水処理プロセスのうち重要な部分は、下水固形物を消化する好気性微生物を用いて生下水を処理することである。これにより、下水をさらに処理し、上水システムに放流することができる。しかしながら、微生物は更なる廃水処理が行われる前に当該下水固形物を消化しなければならないため、当該処理においてはその限られた工程で固形物の消化をする。微生物によって使用され得る生物学的に利用可能な遊離アミノ酸の存在は、微生物活性を向上させ、それによって下水固形物消化に必要な時間および廃水処理に必要な時間全体を低減することが予想される。したがって、高濃度の遊離アミノ酸を有する生成物が廃水微生物に利用可能であれば、廃水処理にとって有益であろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開発は、高濃度遊離アミノ酸大豆加水分解組成物を製造する方法、および当該組成物を使用して土壌再生、芝生施肥および廃水処理のための比較的高濃度のアミノ酸を供給する方法である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開発は、先行技術の方法を用いて生成する場合よりも有意に高い濃度の遊離アミノ酸を生成するのに十分な時間および条件下で、植物性タンパク質出発材料を加水分解させることにより調製される高濃度遊離アミノ酸カリウム塩加水分解生成物である。前記高濃度遊離アミノ酸加水分解生成物は、単独または選択された微生物と組み合わせて用いられてもよい。植物性タンパク質出発材料として大豆粕を使用することで、得られる本発明の加水分解生成物は、再生地への土壌改良剤として、芝肥料として、および廃水処理のための、性能上の利点を示す。具体的には、高濃度遊離アミノ酸大豆加水分解物は、土壌および廃水中に見られる微生物集団を増強するために使用される。当該強化された微生物集団は、植物の成長を促進することができ、それは特に褐色野および類似の再生地の処理において芝草の成長および頑健性を促進し、また下水固形物の消化を促進するのに有用である。
【００１０】
大豆粕またはその他の大豆を主成分とする出発材料から大豆加水分解物を調整する従来技術の方法は通常、存在するアミノ酸の低下をもたらす比較的過酷な条件、またはアミノ酸が遊離アミノ酸としてではなくオリゴペプチドとして存在する穏やかな条件を必要とする。しかしながら、土壌再生のためのアミノ酸の有効性を最大にするには、当該アミノ酸が遊離状態になければならない。
【００１１】
本発明の高濃度遊離アミノ酸大豆加水分解組成物は、以後「ＨＣＡＡＳ加水分解物」または「加水分解組成物」というが、これは、大豆粕を希塩酸溶液と反応させてその反応混合物をｐＨ<１に下げつつ、当該反応混合物を６０℃（１４０°Ｆ）以上に、より好ましくは１００℃（２１２°Ｆ）〜約１０５℃（２２１°Ｆ）の間の温度で、最大で約４８時間、より好ましくは約１時間〜約２４時間のうちの所定の時間、加熱することによって調製される。次いで、前記大豆混合物を周囲温度に冷却し、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムまたはアンモニア水などの溶剤を添加してｐＨを少なくともｐＨ３に上昇させる。ｐＨが上昇した後、前記溶液を濾過して任意の不溶性物質を除去する。その回収された液体は溶解した遊離アミノ酸を含むものとなる。ＨＣＡＡＳ加水分解物は、製造される際に液体の形で使用されてもよく、または乾燥してカリウム塩の固体形にされてもよい。典型的には、ＨＣＡＡＳ加水分解組成物の調製方法を用いると、液体は、約３０％〜約３５％の溶解固形分を含み、またそれは約０．５重量％〜約５．０重量％のアミノ窒素を含み、また、より好ましくは約０．５質量％〜約３．０質量％の遊離α−アミノ酸窒素濃度を有し、最も好ましくは遊離α−アミノ酸窒素濃度が約１．２質量％〜約２．４質量％のアミノ窒素を有する。
【００１２】
最終生成物中の遊離アミノ酸の正確な濃度は大豆粕出発材料に依存するが、本開発の方法を用いると、大豆粕からのアミノ酸の最大約４５％が遊離アミノ酸として回収され、少なくとも１５種のアミノ酸の濃度は、他の先行技術の方法で回収される場合よりも少なくとも２倍高い。本発明の方法を使用した大豆加水分解物中における遊離アミノ酸の代表的な分布を、先行技術のアミノ酸単離の方法と比較して、表１に示す。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
高濃度遊離アミノ酸大豆加水分解物は、再生地用の土壌改良剤として性能上の利点を示し、再生地または褐色野での草およびその他の植物の成長を促進するのに特に有用である。土壌再生技術において知られている微生物と組み合わせると、ＨＣＡＡＳ加水分解物に微生物生成物を加えたものは土壌を強化し、従来技術の製剤よりも添加量基準でより高濃度の細菌を供給する。さらに、本製剤は、有用な微生物含有量を最大にする従来技術の製剤よりも、低濃度の加水分解脂肪及び酸を有する。
【００１５】
土壌中の遊離アミノ酸含有量を増加させる推奨的な方法は、土壌改良組成物、またはＨＣＡＡＳ加水分解物を土壌に適用することを含む。ＨＣＡＡＳ加水分解物は、処置しようとする領域に加水分解組成物の均一な水溶液をスプレーすることによって、または加水分解組成物の不均一な水溶液をスプレーすることによって適用することができる。任意選択的に、ＨＣＡＡＳ加水分解物を乾燥させ、その乾燥した形態を土壌上に散布することにより適用してもよい。ＨＣＡＡＳ加水分解物は、それ自体で、または既知の肥料製品と組み合わせて適用することができる。ＨＣＡＡＳ加水分解液を液体肥料組成物と組み合わせる場合、その配合された組成物に０．０１重量％〜５．０重量％の濃度のＨＣＡＡＳ加水分解固形分が供給されるようにするのに十分なＨＣＡＡＳ加水分解物を添加することが望ましい。好ましい実施形態では、ＨＣＡＡＳ加水分解物の溶液は、１０００平方フィート当たり最大約１００ポンドの液体濃度で適用される。より好ましい実施形態では、ＨＣＡＡＳ加水分解物の溶液は、１０００平方フィート当たり約０．１ポンド〜約４０ポンドの液体濃度で適用される。
【００１６】
高濃度遊離アミノ酸大豆加水分解物はまた、ＨＣＣＳ加水分解生成物が葉の摂食を通して適用されてＬ−アミノ酸を芝に供給することができるため、芝生肥料として性能上の利点を示す。２０１４年にＵＳＧＡ規格に再構築され有機物含有量が２．０％未満の南フロリダ緑地の高台「Ｔｉｆｅａｇｌｅ」バミューダグラスの区画に適用した場合、ＨＣＡＡＳ加水分解生成物は、未処理対照よりも良質の芝を提供し、時間の経過とともに品質の向上を示した。具体的には、１０＝濃緑色の芝、１＝死んだ／茶色の芝、および６＝最低許容可能な芝とした１〜１０の尺度に基づく芝生品質評価を用い、また品質評価７．０の基本的に均等なサイズを有する３つのパッチから開始し、１６週間の期間、２週間毎に１０００  ｆｔ２当たりに６液体オンスのＨＣＡＡＳ加水分解液で処理した芝生の品質評価は６．５〜７．８であった。また２週間毎に１０００ｆｔ２当たりＨＣＡＡＳ加水分解液１２液体オンスで処理した芝生の品質評価は６．９〜８．２であり、未処理の芝生の品質評価は５．５〜７．１であった。試験期間を通して、評価は、高い評価のＨＣＡＡＳ加水分解物処理後の芝生で、時には１評価点を上回るほど良く、またＨＣＡＡＳ加水分解処理後の芝生は「Ｔｉｆｅａｇｌｅ」バミューダグラスにおける品質の最低許容基準を常に超えていた。
【００１７】
驚くべきことに、高濃度遊離アミノ酸大豆加水分解物はまた、廃水処理のための性能上の利点も実証する。廃水処理施設では、生下水を曝気され、それにより微生物消化プロセスが固形物を溶解させることができ、さらにその生下水を処理して、その水を水系に、例えば湖、川、小川、およびその他の水源などに戻すことができるようになる。しかしながら、これらの施設は通常、生下水の体積処理量が限られているため、処理速度を増加させることができれば経済的な利益が実現され得る。前記ＨＣＡＡＳ加水分解生成物を、０．０５％のＨＣＡＡＳ加水分解固形分濃度で供給するように廃水に添加すると、７時間後に残存する全有機炭素（ＴＯＣ）の量は出発ＴＯＣの約３７％であるのに対して、ＨＣＡＡＳ加水分解生成物を用いる処理がされない廃水は７時間後のＴＯＣ濃度が約６２％である。
【００１８】
高濃度遊離アミノ酸大豆加水分解物は、界面活性剤、乳化剤、消泡剤、分散剤、またはそれらの組み合わせなどのその他の成分と組み合わされ得ることが予想される。これらの添加剤は、ＨＣＡＡＳ加水分解物の基本的な化学的性質に影響を与えないように選択されるべきである。例示的な界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、アルコール系界面活性剤、レシチン、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
【００１９】
本明細書で使用されるすべての技術的および科学的用語は、定義されていない限り、本明細書に開示する主題に属する分野の当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。代表的な方法、装置、および材料が本明細書に記載されているが、限定すべきことを記載していない限り限定することは意図されない。「周囲温度」という用語は、両端値を含めて約０°Ｆから約１２０°Ｆの環境温度を指す。別段の指定がない限り、すべての組成百分率は「重量基準」で提示されている。「約」という用語は、値、または、質量、重量、時間、体積、濃度、または百分率を指す場合、最大±２０％の変動を包含し得るが、そのような変動は開示された用途において適切である。
【００２０】
上述の説明を読むことにより、当業者ならば、本明細書に定義される本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく本発明を変更および修正することができるであろうことを理解されよう。
【国際調査報告】
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