通过由混合细菌种群进行的氨化从有机材料提取氮制造技术

本发明专利技术提供一种通过包括有机材料的培养基与能够氨化的混合细菌种群一起氨化，从有机材料中产生氨或铵的方法，其中发酵在一定条件下进行充足的一段时间，以产生包括氨或铵的发酵产物。有机材料包括适用于转化为氨或铵的含氮化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体涉及一种通过使用微生物的混合种群进行微生物发酵或培养的过程，从有机原材料中制备氨和/或铵的新方法。
技术介绍
氨(NH3)是世界上最广泛制备的化合物之一。2010年全球产量达到131兆公吨(2012年美国地质调查局)。大部分制备的氨用于化学肥料，以向农作物提供生长所需的氮。氨还用于制造塑料、合成橡胶和树脂、炸药、以及许多其他化合物。氮循环是氮在其不同的化学形式之间转化过程。氮在有机大分子中的矿化，即有机氮转化为铵或氨，被称为氨化。有机氮以氨的形式释放是氮循环的一部分，其通过氨化细菌完成。氨化可用于从有机废料中释放氮。例如，以全文并入本文作为参考的序列号为13/722,228的美国专利申请公开了一种氨化方法。在该‘228申请的方法中，培养基中的有机材料与水解酶接触，以制备含有水解或部分水解的有机材料、适用于微生物发酵或培养的培养基。该氨化在存在至少一种能够氨化的微生物的情况下进行。该微生物可属于例如气单胞菌属(Aeromonas)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、梭菌属(Clostridium)和肠球菌属(Entrococcus)。该方法中铵的产率达到约800mg/升。公开号为US20110126455的美国专利申请描述了一种用于制备接种体的方法，该接种体可用于进行水培的矿化过程。在该过程中生成的接种体能够产生浓度达到400mg/l的硝酸根离子，并且完成矿化过程所需的时间一般为4至8天。因此，本领域仍长期需要另外的经济的方法来从有机材料(例如有机废料)中制备氨。
技术实现思路
相应地，本申请提供一种用于从有机材料中制备氨或铵的方法，该方法包括如下步骤：在好氧或厌氧条件下，在能够氨化的混合细菌种群的存在下，发酵包括有机材料的液体培养基，其中该发酵在一定条件下进行充足的时间，产生包括氨或铵的发酵产物；其中有机材料包括适用于转化为氨或铵的含氮化合物。优选地，该含氮化合物为胺类或蛋白质。在本专利技术的某些实施方式中，该方法在温度为30至60摄氏度的范围内进行。更优选地，该方法在温度为40至55摄氏度，或40至50摄氏度的范围内进行。在本专利技术的某些实施方式中，该方法在pH值为约5至约11的范围内进行。更优选地，该方法在pH值为约6至约9的范围内进行。在本专利技术的某些实施方式中，该发酵过程可在厌氧或好氧条件下，在适合的反应室或反应容器中进行一段时间，并且在对有机材料的高效减少有效的温度范围中进行。优选地，该过程采用混合细菌种群进行，该混合细菌种群包括与选自H1、C1、P1、S1、A1、PB-M、MF-M、FO1和FI1的混合细菌种群基本相似的混合细菌种群。相对于选自H1、C1、P1、S1、A1、PB-M、MF-M、FO1和FI1中的混合细菌种群，该基本相似的混合细菌种群优选相关系数为0.80，更优选地相关系数为0.90，甚至更优选地相关系数为0.95。在某些实施方式中，该混合细菌种群与S1的混合细菌种群(CBS保藏号136063)基本相似。相对于S1的混合细菌种群，与S1基本相似的混合细菌种群优选相关系数为0.80，更优选地相关系数为0.90，甚至更优选地相关系数为0.95。在另外的实施方式中，混合细菌种群中至少一半的细胞包括Sporanaerobacteracetigenes和/或若干种梭菌(Clostridiumspp.)。在另一实施方式中，混合细菌种群包括50-95％的Sporanaerobacteracetigenes和3-35％的若干梭菌。该Sporanaerobacteracetigenes和/或若干种梭菌的累计含量为70％或更多。优选地，该混合细菌种群包括50-90％的Sporanaerobacteracetigene和5-15％的若干种梭菌。在另一实施方式中，该Sporanaerobacteracetigenes和/或若干种梭菌的累计含量为85％或更多。在另外的实施方式中，该混合细菌种群包括至少90％属于梭菌目的细菌。优选地，该专利技术的方法还包括从发酵产物中机械地或通过沉淀回收氨或铵。该氨或铵可选择地通过下列步骤回收:(a)分离固体和液体发酵产物；(b)收集包括氨或铵水的液体发酵产物，或收集在发酵过程或分离步骤(a)期间释放的气体混合物；以及(c)回收氨或铵。在根据本专利技术的方法中，有机材料优选为下列中的一种或多种：肉骨粉(MBM)、动物粉、动物副产品、屠宰场废物、乳清、城市废物、食品和发酵工业废水及其组合。该食品工业废水为例如动物副产品、动物粉或食物废物。在又一实施方式中，本专利技术包括混合细菌种群，该混合细菌种群与选自H1、C1、P1、S1、A1、PB-M、MF-M、FO1和FI1的混合细菌种群基本相似。优选地，该混合细菌种群与S1的混合细菌种群基本相似。附图说明图1表明了实施例1中通过混合细菌种群A1、C1、H1、P1、S1，测定肉骨粉(“MBM”)蛋白氮氨化的最佳温度范围。这些结果显示为氮转化为氨的百分数，即各个温度下孵化7天后的氨化效率。误差条表示两次生物重复之间的标准差(standarddeviation)。由A1、C1、H1和P1氨化的最佳温度范围为37至55℃，S1的温度范围为37至60℃。“RT”表示室温。图2表明了实施例1中通过混合细菌种群A1、C1、H1、P1和S1，测定MBM蛋白氮氨化的最佳pH范围。这些结果显示为氮转化为氨的百分数，即50℃孵化7天后的氨化效率。误差条表示两次生物重复之间的标准差。由A1、C1、H1、P1和S1氨化的最佳pH范围为6至9。“N”表示化合物中转化为NH3的氮。图3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G和3H表明了实施例2中通过混合细菌种群H1、C1、P1、S1和A1，不同有机材料的氨化效率。误差条表示两次生物重复之间的标准差，其中每次生物重复进行三次技术重复。有机材料：图3A为鱼产品，图3B为肉鸡产品，图3C为牛/猪产品，图3D为生物乙醇糊，图3E为肉骨粉1，图3F为肉骨粉2，图3G为鱼粉，图3H为羽毛粉。该结果显示为氮转化为氨的百分数，即在50℃孵化不同时间段后的氨化效率。S1种群很突出，它有效地氨化图3D和3G所示的材料，然而H1快速地氨化图3C、3D和3E所示的材料。总之，与未接种的对照物相比，所有五种种群的氨化效率都有所提高。这个效果在图3C、3D、3E和3F中示出的材料中尤其明显，“d”表示天数。图4表明实施例4中鱼副产品培养基和鸡副产品培养基在生物反应器内，在+50℃不含细菌接种体以及使用P1细菌种群的氨化。该误本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从有机材料中产生氨或铵的方法，所述方法包括：在能够氨化的混合细菌种群的存在下，发酵包括有机材料的水状培养基，其中所述发酵在一定条件下进行充足的时间，以产生包括氨或铵的发酵产品；其中所述有机材料包括适用于转化为氨或铵的含氮化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 US US61/789,062;2013.10.29 US US14/066,1.一种用于从有机材料中产生氨或铵的方法，所述方法包括：
在能够氨化的混合细菌种群的存在下，发酵包括有机材料的水状培养基，其中所述
发酵在一定条件下进行充足的时间，以产生包括氨或铵的发酵产品；
其中所述有机材料包括适用于转化为氨或铵的含氮化合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵在温度为30－60摄氏度范围内、pH为
约5至约11的范围内进行。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵在温度为40-50摄氏度的范围内、pH
为约6至约9的范围内进行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合细菌种群包括与选自H1、C1、P1、
S1、A1、PB-M、MF-M、FO1和FI1的细菌种群基本相似的细菌种群。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，相对于选自H1、C1、P1、S1、A1、PB-M、
MF-M、FO1和FI1的混合细菌种群，所述基本相似的混合细菌种群的相关系数为至少
0.90。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，相对于选自H1、C1、P1、S1、A1、PB-M、
MF-M、FO1和FI1的混合细菌种群，所述基本相似的混合细菌种群的相关系数为至少
0.95。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，相对于S1混合细菌种群(CBS保藏号136063)，
所述基本相似的混合细菌种群的相关系数为至少0.90。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合细菌种群中至少70％的细胞包括
Sporanaerobacteracetigenes和/或若干种梭菌细菌。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合细菌种群中至少85％或更多的细胞包括
Sporanaerobactera...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊洛娜·奥克萨宁，苏珊娜·凯里埃宁，凯尔图·科斯肯涅米，妮娜·维洛莱恩，萨拉·赫内斯涅米，
申请(专利权)人：芬兰达特有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI