Способ получения комплексного микробиологического препарата санитарно-гигиенического назначения
METHOD FOR OBTAINING AN INTEGRATED MICROBIOLOGICAL PREPARATION FOR SANITARY AND HYGIENE PURPOSE

Изобретение относится к биотехнологии и сельскому хозяйству, в частности к способам приготовления биологически активных добавок для улучшения микроклимата в животноводческих помещениях, устранения резких и неприятных запахов, повышения качества полученного из стоков и других отходов удобрения, повышения эффективности животноводства и птицеводства, повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Развитие и интенсификация сельскохозяйственного производства приводят к поступлению в окружающую среду различных загрязнителей и накоплению вредных для биосферы и опасных для человека отходов.
Одним из безопасных и наиболее эффективных способов очистки окружающей среды являются методы микробиологического воздействия, основанные на способности микроорганизмов концентрировать и/или трансформировать загрязняющие вещества в безопасные (полезные) продукты.
Микробиологические методы переработки отходов отличаются избирательностью, безопасностью, высокой технологичностью и относительно небольшой стоимостью процессов.
Значительное число патентов направлено на разработку способов переработки сельскохозяйственных отходов с целью получения на их основе органических, биоорганических, биорганоминеральных удобрений. В состав получаемых препаратов кроме микроорганизмов входят ферментные комплексы, микро- и макроэлементы, другие биологически активные компоненты и стимуляторы роста растений. Препараты для микробиологической переработки отходов содержат, как правило, ассоциацию микроорганизмов целенаправленного вектора действия для ускоренной трансформации органических веществ в продукты, усваиваемые растениями.
Основными стадиями производства данных препаратов являются: выращивание микробиологических культур, создание заданной ассоциации, получение готовых товарных форм.
Из патента RU 2186753 C1, 10.08.2002 известен способ биоконверсии органических отходов для получения модифицированного удобрения и питательного субстрата, описывающий биоконверсию органических отходов биопрепаратом на основе отселектированных микроорганизмов в виде консорциума бактерий рода Lactobacillus с последующим внесением в смесь, состоящую из органических отходов и компонентов, имеющих питательную и удобрительную функцию, повторно указанного препарата и жидкой культуры бактерий Bacillus mucilaginosus. При этом не отмечено, что убираются запахи в животноводческих комплексах и окружающей территории.
Известен биопрепарат «Тамир», являющийся производным базового препарата «Байкал-ЭМ-1» (изготовитель ПО «ЭМ-Кооперация», г. Москва), который предназначен для утилизации органических отходов, устранения неприятных запахов, а также для осенней и весенней обработки почв с целью ферментирования оставленных в поле остатков собранного урожая. Широкая полифункциональность «Тамира» снижает эффективность биопрепарата в каждом отдельно взятом перечисленном выше направлении, так как максимальная эффективность достигается целенаправленным подбором эффективных микроорганизмов с известными полезными свойствами.
Наиболее близким аналогом является патент RU 2347808 C1, 27.02.2009, который предлагает способ разработки биопрепарата из эффективных микроорганизмов для деградации органических отходов. Биопрепарат представляет многовидовую, полифункциональную композицию, в состав которой входит смесь суспензий живых эффективных микроорганизмов, относящихся к различным родам, которые обладают усиленной и ускоренной способностью к биодеградации отходов растительного и животного происхождения, деструкции мочевой кислоты и утилизации аммиака, способностью к подавлению патогенных микроорганизмов за счет синтеза антибиотических и других биологически активных веществ. Биопрепарат из эффективных микроорганизмов для деградации органических отходов состоит из суспензий штаммов рода Bacillus, и он дополнительно содержит штаммы родов Pseudomonas, Enterobacter, Cellulomonas, Erwinia, Arthrobacter, Streptococcus, Propionibacterium при заданном соотношении компонентов, масс. К недостаткам способа можно отнести наличие очень большого количества видов микроорганизмов, что делает процесс производства достаточно сложным и затрудняет оперативный контроль за качеством и стабильностью продукта, особенно в период его хранения.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения комплексного микробиологического препарата санитарно-гигиенического назначения для улучшения микроклимата животноводческих комплексов, переработки сельскохозяйственных отходов и стоков.
Технический результат от реализации изобретения заключается в повышении биологизации сельскохозяйственного производства, обеспечении значительного снижения антропогенной нагрузки, повышении удобрительной ценности удобрений, полученных на их основе, повышении качества окружающей среды.
Технический результат достигается тем, что в состав предлагаемого консорциума входят эффективные микроорганизмы из штаммов, относящихся к нескольким родам и видам, депонированные в ВКПМ. Входящие в состав живые клетки и споры непатогенных штаммов природных бактерий способны утилизировать органические отходы, устранять неприятные запахи, а также за 2-3 недели перерабатывать в высококачественный компост бытовые и сельскохозяйственные отходы.
Препарат может быть использован для обработки помещений и мест содержания животных и птицы, резервуаров накопления нечистот и т.п. с целью биодеградации органических отходов, уменьшения концентрации вредных газов, в частности аммиака, неприятных запахов, подавления размножения патогенной микрофлоры (бактерий, грибов), что способствует улучшению условий содержания животных и птицы, условий работы обслуживающего персонала, оздоровлению экологического состояния биосферы. Заявленный способ приготовления комплексного микробиологического препарата отличается от ближайшего аналога составом включенных в препарат штаммов и их соотношением, технологическими режимами производства сухих товарных форм (получение культур микроорганизмов в виде «биопленки», накопление биологически активных веществ на стадии производства препарата за счет проведения стадии твердофазной ферментации), полученными высокими эффектами от воздействия на обрабатываемые отходы, расширенным спектром применения, включающим санитарно-гигиеническое назначение.
Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию "новизна".
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от ближайшего аналога, направлены на достижение поставленной задачи и не выявлены при изучении патентной и научно-технической литературы в данной и смежной областях науки и техники и следовательно, соответствуют критерию "изобретательский уровень".
В заявленный состав препарата, которому присвоено название «Санвит К», входят 5 штаммов:
Bacillus subtilis ВКПМ В-8130, штамм продуцент эндоглюканазы, нитрогеназы, обеспечивает трансформацию целлюлозосодержащих субстратов.
Bacillus subtilis ВКПМ В-2984, продуцент высокоактивного комплекса протеолитических ферментов, амилазы и эндоглюканазы.
Bacilluslich eniformis ВКПМ B-4162 фагорезистентный штамм, продуцент протеолитических ферментов.
Bacillus megaterium ВКПМ В-204, обладает способностью превращать сложные фосфорорганические соединения (нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды и т.д.) и трудноусвояемые минеральные фосфаты в доступную для растений форму. Кроме этого, бактерии вырабатывают биологически активные вещества (тиамин, пиридоксин, биотин, пантотеновую и никотиновую кислоты и др.), стимулирующие рост растения.
Lactobacillus plantarum ВКПМ В-5337, продуцент молочной, уксусной, пропионовой кислот, проявляет антагонистическую активность к Pseudomonas, Escherichiacoli, Penicillium, Aspergillus.
Способ получения комплексного микробиологического препарата «Санвит К» реализуется следующим образом.
Проводят раздельное глубинное культивирование штаммов Bacillus subtilis ВКПМ В-8130, Bacillus subtilis ВКПМ В-2984, Bacilluslicheniformis ВКПМ В-4162 на питательной среде, содержащей, г/л:
меласса
24-26
кукурузный экстракт
25-30
автолизат дрожжей
3-4
калий фосфорнокислый двузамещенный
1-3
натрий хлористый
9-11
магний сернокислый
0,4-0,6
вода
остальное,
Bacillus megaterium ВКПМ В-204 на питательной среде, содержащей, г/л:
меласса
18-20
кукурузный экстракт
14-16
автолизат дрожжей
1,5-2,0
аммоний сернокислый двузамещенный
1-3
вода
остальное,
Lactobacillus plantarumBKnM В-5337 на питательной среде, содержащей, г/л:
меласса 30-35
30-35
кукурузный экстракт
автолизат дрожжей
2-4
калий фосфорнокислый двузамещенный
1-3
магний сернокислый
2-3
натрий уксуснокислый
5-7
марганец сернокислый
0,04-0,06
вода
остальное.
Полученную культуральную жидкость чистых культур Bacillus subtilis ВКПМ В-8130, Bacillus subtilis ВКПМ В-2984, Bacillus licheniformis ВКПМ В-4162, Bacillus megaterium ВКПМ В-204 смешивают в соотношении 6:1:1:2:10 до объема 50 л, наносят на 250 кг стерильного свекловичного жома, который предварительно обрабатывают целлюлолитическим ферментным препаратом, растворенным в питательной среде, содержащей на 30 л воды: мелассу - 255-365 г, калий фосфорнокислый двузамещенный - 98-110 г, магний сернокислый - 25-26 г, дрожжи - 1,8-2,2 г, доводят рН до 6,5-7,0 и выдерживают в течение 4 ч при температуре 45-50°С. Смесь тщательно перемешивают и направляют в ферментационную камеру для проведения твердофазной ферментации в условиях ограниченного доступа кислорода при температуре 32-42°С в течение 48-72 ч. После завершения процесса твердофазной ферментации смесь тщательно перемешивают и выушивают при температуре 43-45°С до конечной влажности продукта 8-10%. Полученный продукт - препарат «Санвит К» отправляют на дробление, стандартизацию и фасовку.
Данный технологический процесс производства препарата «Санвит К» обеспечивает иммобилизацию клеток микроорганизмов на фитосорбенте, образование биопленок, их защищенность. Кроме эффективного оригинального состава штаммов, входящих в препарат «Санвит К», данное технологическое решение позволяет микроорганизмам препарата сохранять высокую жизнеспособность в неблагоприятных условиях начала процесса переработки стоков при высоких концентрациях загрязняющих веществ, подавлять патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, стимулировать в 5-7 раз развитие полезных микроорганизмов.
3
Проведение процесса ферментации стоков начинается с ввода в ванну сбора стоков, или лагун, или других сборников отходов сухого концентрата «Санвит К», в дозе 50,0-100,0 г/м полного объема заполнения сборника в расчете на постепенное заполнение ванны отходами (стоками). При этом препарат «Санвит К» дается сразу на весь объем, чтобы, начиная с максимальной его концентрации, в процессе постепенной ассимиляции органики, получить его минимальную концентрацию перед сливом. За этот период микроорганизмы препарата «Санвит К» получают свое развитие в водной среде и быстро биотранформируют медленно поступающие стоки. «Санвит К» содержит непатогенные штаммы эффективных микроорганизмов, полученных в виде «биопленок» на фитоносителе, что позволяет им выполнять ускоренную биотрансформацию органического вещества, подавлять патогенные микроорганизмы за счет имеющихся в составе консорциума бактерий-антагонистов и дополнительного синтеза ими антибиотических и других биологически активных веществ, утилизировать аммиак и сероводород, значительно улучшая санитарно-гигиенические показатели содержания животных, снижать накопление в стоках лактатов аммония и других хелатных форм металлов, улучшая удобрительную ценность полученных биоудобрений, стимулирующих развитие растений.
Изобретение поясняется примером.
Проводят раздельное глубинное культивирование штаммов Bacillus subtilis ВКПМ В-8130, Bacillus subtilis ВКПМ В-2984, Bacillus licheniformis ВКПМ В-4162 на питательной среде, содержащей, г/л:
меласса
25
кукурузный экстракт
28
автолизат дрожжей
3
калий фосфорнокислый двузамещенный
2
натрий хлористый
10
магний сернокислый
0,5
вода
остальное.
Bacillus megaterium ВКПМ В-204 на питательной среде, содержащей, г/л:
меласса
19
кукурузный экстракт
15
автолизат дрожжей
1,8
аммоний сернокислый двузамещенный
2
вода
остальное
Lactobacillus plantarum ВКПМ В-5337 на питательной среде, содержащей, г/л:
меласса
33
кукурузный экстракт
32
автолизат дрожжей
3
калий фосфорнокислый двузамещенный
2
магний сернокислый
2,5
натрий уксуснокислый
6
марганец сернокислый
0,05
вода
остальное.
Полученную культуральную жидкость чистых культур Bacillus subtilis ВКПМ В-8130, Bacillus subtilis ВКПМ В-2984, Bacillus licheniformis ВКПМ В-4162, Bacillus megaterium ВКПМ В-204 и Lactobacillus plantarum В-5337 смешивают в соотношении 6:1:1:2:10 до объема 50 л, наносят на 250 кг стерильного свекловичного жома, который предварительно обрабатывают целлюлолитическим ферментным препаратом ЦеллоЛюкс-F, содержащим целлюлазу не менее 2000 ед./г, из расчета 1 г/кг субстрата, ксиланазу до 10000 ед./г, β-глюканазу до 10000 ед./г, растворенным в питательной среде, содержащей на 30 л воды: мелассу - 300 г, калий фосфорнокислый двузамещенный - 100 г, магний сернокислый - 25 г, дрожжи - 2,0 г, доводят рН до 6,7 и выдерживают в течение 4 ч при температуре 48°С. Смесь тщательно перемешивают и направляют в ферментационную камеру для проведения твердофазной ферментации в условиях ограниченного доступа кислорода при температуре 39°С в течение 58 ч. После завершения процесса твердофазной ферментации смесь тщательно перемешивают и сушат при температуре 44°С до конечной влажности продукта 9 мас. %. Полученный продукт отравляют на дробление, стандартизацию и фасовку.
3
Проведенные исследования по эффективности препарата «Санвит К» на производственном участке свиноводческого комплекса Орловка колхоза им. Горина Белгородской области подтвердили высокую эффективность работы препарата. В ходе эксперимента на племферме Орловка установлено, что внесение в ванны со свиноводческими стоками препарата «Санвит К» в экспериментальной секции обеспечило снижение содержания аммиака в воздухе производственных помещений на 4 мг/м, или на 26%. Следовательно, улучшились условия для содержания животных и работы обслуживающего персонала. Среднесуточный привес в опытной группе повысился на 56 г по сравнению с контролем. Сохранность поголовья в опытной группе составила 97,4% в контроле - 96,4%. Отмечена однородность суспензии стоков без образования верхней «корки» и придонного осадка.
Проведенные испытания препарата «Санвит К» на базе свиноводческого комплекса АО «Троицкое» Белгородской области показали, что после добавления в ванны со свиноводческими стоками препарата «Санвит К» на экспериментальном участке массовая доля общего азота в стоке увеличилась на 164%, массовая доля аммонийного азота - на 86,48%. Дополнительно были оценены результаты по увеличению среднесуточного привеса. В опытной группе среднесуточный привес составил 408 г, в контроле - 318,6 г, что на 28,06% ниже, чем в у опытных животных.
Были оценены результаты использования препарата «Санвит К» в секторе со свиноматками второй половины супоросности. Количество опоросов в опыте 288, в контроле в среднем 250; многоплодие в опыте - 12,1 в контроле 11,4. Выход деловых в опыте 8,4, в контроле в среднем 8,1, что на 0,3 ниже опыта.
Испытания препарата «Санвит К» в ООО АПК «Пром-Агро» Белгородской области показало, что применение препарата «Санвит К» в ООО «Оскольский бекон» позволило получить содержание массовой доли общего азота в стоках опытного производства 16,98% (на а.с.в.) при содержании его в контроле 7,0% (на а.с.в.). При этом содержание доли аммонийного азота соответственно 12,73% (на а.с.в.) и 5,83% (на а.с.в.). Эти данные свидетельствуют об увеличении содержания доступной для растений формы азота, т.е. о повышении удобрительной ценности биоудобрений на основе биотрансформированных стоков.
Полученные в производстве показатели применения препарата «Санвит К» подтверждают его высокую эффективность по улучшению санитарно-гигиенической обстановки на животноводческих комплексах, улучшению удобрительной ценности биоудобрений, полученных на основе животноводческих стоков.
Применение препарата «Санвит К» обеспечивает повышение биологизации сельскохозяйственного производства, значительное снижение антропогенной нагрузки и направлено на решение одной из важнейших задач - повышение качества окружающей среды.