RS67625B1 - Kompozicija đubriva u čvrstoj fazi - Google Patents

Description

[0001] Opis

[0003] Tehnička oblast

[0005] Predmetni pronalazak se odnosi na kompoziciju đubriva u čvrstoj fazi i postupak za njenu pripremu. Specifičnije, kompozicija đubriva u skladu sa pronalaskom sadrži najmanje jednu baznu L-aminokiselinu kompleksiranu za najmanje jedan polifosfat. Pored toga, pronalazak se odnosi na upotrebu kompleksa najmanje jedne bazne aminokiseline i najmanje jednog polifosfata kako bi se obezbedilo sporo oslobađanje azota biljkama.

[0007] Pozadina

[0009] Postupci za poboljšanje zemljišta i/ili uslova rasta u principu se primenjuju od prvih dana poljoprivrede i hortikulture. Počevši od veoma ograničenog razumevanja mehanizama, prepoznato je da otpad od domaćih životinja kao što su krave poboljšava rast useva na poljima. Kako su azot, kalijum i fosfor identifikovani kao ključne komponente koje su potrebne za efikasno đubrenje zemljišta, komercijalni preparati su postali široko dostupni i princip „više je manje“ je generalno primenjivan tokom decenija, što je rezultovalo sada dobro poznatim efektima prekomernog đubrenja. Iako preparati koji uključuju azot, kalijum i fosfor, zajedno sa raznim drugim mineralnim hranljivim materijama, i dalje predstavljaju standard u većini biljnih kultura, istraživanja se kontinuirano poboljšavaju u pogledu usavršavanja sastava đubriva kako bi se biljkama obezbedilo ono što je potrebno za njihov optimalan rast. Razvijene su specifično dizajnirane kompozicije za određene biljke, a obezbeđeni su i različiti formati kao što su tečni i suvi preparati kako bi se izbalansirali željeni rast, izvodljivost primene i minimalan uticaj na životnu sredinu.

[0010] Jedan od načina da se smanje štetni efekti đubriva na životnu sredinu, a naročito gubici mineralnih hranljivih materija u ekosistemima primaocima, jeste razvoj kompozicija koje obezbeđuju sporo ili odloženo oslobađanje aktivne(ih) komponente(i). Takve kompozicije se često označavaju kao preparati sa kontrolisanim oslobađanjem.

[0011] [0004] Oblaganje mineralnim hranljivim solima je predloženo kao jedan od načina usporavanja oslobađanja. Međutim, kao uobičajeni mehanizam, obloge će delovati tako što će odložiti oslobađanje ograđenih hranljivih materija - u ranim fazama, obloga će sprečiti bilo kakvo oslobađanje hranljivih materija, a kada se jednom „otvori“ ili potroši, sve hranljive materije će biti dostupne odjednom. Stoga, oslobođene hranljive materije će zatim bilo iskoristiti gajena biljka ili, ukoliko je količina veća nego što je potrebno, iscureće u životnu sredinu. Stoga, opšti izazov kod tehnologije oblaganja je da se obezbedi oslobađanje koje je produženo u vremenu, i sa stopom koja je pogodna za potrebe gajene biljke.

[0012] WO 2015/066691 (Istraživačka fondacija Univerziteta u Floridi) odnosi se na takve kompozicije đubriva sa sporim oslobađanjem pri čemu se filmovi grafen oksida koriste za odlaganje oslobađanja. Specifičnije, opisana kompozicija đubriva sadrži mnoštvo čestica đubriva i sloj redukovanog grafen oksida koji je raspoređen na površini svake čestice. Čestice đubriva mogu da sadrže jedan ili više od azota, fosfora, kalijuma, kalcijuma, magnezijuma i sumpora, bora, hlora, bakra, gvožđa, mangana, molibdena, cinka i nikla, pri čemu je najmanje jedan u obliku soli i može delovati kako bi redukovao grafen oksid. Navodi se da opisana tehnologija oblaganja obezbeđuje veliku perspektivu za ekološki prihvatljiva đubriva sa kontrolisanim oslobađanjem za proizvodnju useva.

[0013] Alternativni put za obezbeđivanje optimizovanog oslobađanja je stvaranje kompleksa koji uključuju relevantnu(e) hranljivu(e) materiju(e). WO 2016/035090 (Chaudhry) odnosi se na takvu kompoziciju đubriva i postupak za njenu pripremu. Specifičnije, opisana je multifunkcionalna organska biokompleksirana kompozicija, koja sadrži izvore hranljivih materija, kao što su azot, fosfor i kalijum, i fosfopeptide, kao što su fosfopeptidi koji sadrže proizvod kompleksiranja organskih kiselina:agensa za biokompleksiranje zajedno sa izvorom fosfora. Agensi za biokompleksiranje mogu biti peptidi, aminokiseline ili hidrolizovani proteini. U poređenju sa konvencionalnim đubrivima koja upotrebljavaju azot iz uree, za koju se navodi da brzo isparava, predloženo je opisano kompleksiranje azota za katjone kako bi se povećala efikasnost.

[0014] Dodatno, WO 2016/040564 (Sun Chemical Corporation) odnosi se na mikronutrijentno đubrivo koje sadrži komponente sa trenutnim oslobađanjem, kao i komponente sa produženim oslobađanjem unutar rastvora hidratisanih polielektrolita. Mikronutrijenti mogu biti odabrani od velikog broja elemenata, a polielektrolit može biti polimer koji ima jonsko naelektrisanje koje se ponavlja duž polimera. Pored toga, kompozicija sadrži agens za kompleksiranje metala, koji može biti arginin.

[0015] [0008] US 8,262,765 (Ajinomoto North America) odnosi se na postupak pripreme đubriva sa kontrolisanim oslobađanjem iz nusproizvoda fermentacije. Specifičnije, postupak može da sadrži dobijanje tečnosti nusproizvoda fermentacije aminokiselina, dodavanje fosfata u tečnost nusproizvoda fermentacije aminokiselina, podešavanje pH vrednosti tečnosti i dodavanje izvora magnezijuma u skladu sa '765, ne samo da se magnezijum amonijum fosfat može formirati konverzijom frakcije tečnosti nusproizvoda fermentacije aminokiselina, već se može formirati efikasnije i u širem opsegu pH vrednosti nego što je to moguće sa čistim sistemima amonijuma kao što je amonijum sulfat.

[0016] US 6,776,816 (Ringelberg et al) odnosi se na postupak za proizvodnju oblika magnezijum amonijum fosfata, npr. za đubriva sa sporim oslobađanjem iz životinjskog stajnjaka. Specifičnije, obezbeđuju se životinjske izlučevine; određuje se sadržaj azota u njima; dodaje se unapred specificirana količina najmanje jednog jedinjenja magnezijuma kako bi se dobila prva smeša, pri čemu se navedena unapred specificirana količina zasniva na navedenom sadržaju azota; podešava se pH vrednost navedene prve smeše unutar unapred specificiranog opsega pH kako bi se dobila druga smeša; dodaje se unapred specificirana količina najmanje jednog enzima u navedenu drugu smešu kako bi se dobila treća smeša koja ima ćelijsku strukturu, pri čemu se navedeni najmanje jedan enzim meša sa fosfatnim puferom kako bi se enzim doveo u rastvor; navedena treća smeša se održava na unapred specificiranom temperaturnom opsegu tokom unapred specificiranog vremena; pri čemu se navedeni amonijum magnezijum fosfat taloži. Dodatne kompozicije čvrstog đubriva koje sadrže fosfate objavljene su u US 2010/035308 A1, CN 104774 092 A i CN 105439 739 A.

[0017] Uprkos brojnim proizvodima i publikacijama vezanim za kontrolisano oslobađanje hranljivih materija, i dalje postoji potreba za poboljšanim kompozicijama koje obezbeđuju veću fleksibilnost u smislu prilagođavanja različitim zahtevima rasta različitih biljaka, naročito u smislu njihovih različitih potreba tokom različitih ciklusa rasta.

[0019] Sažetak pronalaska

[0021] Jedan cilj pronalaska je da obezbedi kompoziciju đubriva u čvrstoj fazi, koja obezbeđuje organski azot biljkama tokom dužeg vremenskog perioda.

[0022] Sledeći cilj pronalaska je da obezbedi kompoziciju đubriva u čvrstoj fazi, koja obezbeđuje nisko curenje azota u životnu sredinu.

[0023] Sledeći cilj pronalaska je da obezbedi postupak pripreme kompozicije đubriva u čvrstoj fazi iz fermentacione tečnosti ili tečnog proteinskog hidrolizata.

[0024] Ovi i drugi ciljevi se postižu kao što je opisano u priloženim nezavisnim patentnim zahtevima. Dodatni primeri izvođenja, detalji i prednosti pronalaska će se videti iz zavisnih patentnih zahteva kao i iz detaljnog opisa i eksperimentalnog dela u nastavku.

[0025] Definicije

[0027] Termin „biljka“ se ovde upotrebljava u širem smislu da označi vrstu ili tip biljke. Termin „aminokiselina“, kao što se ovde upotrebljava, uključuje njene derivate ili modifikovane oblike. Termin „polifosfat“ se ovde upotrebljava u svom konvencionalnom značenju, tj. za soli ili estre polimernih oksianjona koji su formirani od tetraedarskih PO<4>(fosfatnih) strukturnih jedinica povezanih zajedničkim atomima kiseonika. Polifosfati mogu imati linearne ili ciklične prstenaste strukture.

[0029] Kratak opis crteža

[0031]

[0033] Slika 1 pokazuje sadržaj arginina u istaloženim kompozicijama đubriva u skladu sa pronalaskom kao funkciju molskog odnosa L-arginin/heksametafosfat u rastvoru.

[0034] Slika 2 pokazuje sadržaj arginina u istaloženim kompozicijama đubriva u skladu sa pronalaskom pre i posle ispiranja u vodi.

[0035] Slika 3 pokazuje kako se sadržaj arginina u talozima smanjuje kada se redukuje koncentracija arginina u početnom rastvoru.

[0036] Slika 4 pokazuje kako količina fero jona dodatih u rastvor arginin-heksametafosfata utiče na sadržaj arginina u talogu.

[0037] Slika 5 ilustruje upotrebu alternativnih metalnih jona za taloženje soli kako bi se pripremile različite kompozicije đubriva.

[0038] Slika 6 pokazuje sadržaj aminokiselina u istaloženim kompozicijama đubriva u skladu sa pronalaskom za L-arginin, kao i za druge bazne aminokiseline kao funkciju molskog odnosa aminokiselina/heksametafosfat u rastvoru.

[0039] Slika 7 pokazuje poređenje N/P odnosa u različitim talozima kako što je određeno pomoću XPS.

[0040] Slika 8 A-C pokazuje rastvorljivost kompleksa arginina koji uključuju polifosfate različitih dužina lanca.

[0041] Slika 9A-B pokazuje rastvorljivost ArgdiPFe(II) i ArgHexaMetaFe(II), respektivno. Slika 10A-B pokazuje rastvorljivost arginin-heksametafosfat kompleksa koji uključuju Fe(II) ili Fe(III).

[0042] Slika 11 pokazuje kako količina arginina u različitim argP kompleksima zavisi od dužine fosfatnog lanca.

[0043] Slika 12A-C pokazuje efekat klijanja i rasta bora sa različitim tipovima arginin-fosfat kompleksa, kao što je detaljnije opisano u nastavku.

[0044] Slika 13A-B pokazuje efekat različitih arginin-polifosfat kompleksa na rast zelene salate.

[0045] Slika 14A-B ilustruje stabilnost arginin-polifosfata sa dužinom lanca od približno 10000 atoma fosfora, koji je pripremljen kao što je opisano u Primeru 9.

[0047] Detaljan opis pronalaska

[0049] Kao što se vidi iz prethodno navedenog, predmetni pronalazak se odnosi na kompozicije đubriva sa kontrolisanim oslobađanjem, čija se osnovna kompozicija može podesiti tako da odgovara različitim potrebama različitih biljaka u različitim ciklusima rasta i različitim klimatskim uslovima.

[0050] U svom najširem aspektu, pronalazak je postupak pripreme kompozicije čvrstog đubriva u skladu sa patentnim zahtevom 1 i rezultujuća kompozicija čvrstog đubriva, u skladu sa patentnim zahtevom 6.

[0051] Đubrivo u čvrstoj fazi sadrži najmanje jednu baznu aminokiselinu kompleksiranu za polifosfat. Kompleks se pogodno taloži dodavanjem metalnih jona u rastvor koji sadrži najmanje jedan kompleks, što rezultuje talogom kompozicije đubriva u čvrstoj fazi koji takođe sadrži takav metal. Čini se da kompleksiranje organskog azota koje obezbeđuje pronalazak odlaže njegovo oslobađanje azota do stope koja odgovara potrebi đubrene biljke, čime se redukuje ili čak eliminiše curenje azota u životnu sredinu.

[0052] Stoga, prvi aspekt pronalaska je postupak pripreme kompozicije đubriva u čvrstoj fazi koja sadrži azot i fosfor, pri čemu azot obezbeđuje najmanje jedna bazna L-aminokiselina koja je kompleksirana za polifosfat u rastvoru i istaložena sa viševalentnim metalnim jonom (ima), u skladu sa patentnim zahtevom 1.

[0053] Bazna L-aminokiselina je L-arginin i/ili L-lizin. U ovom kontekstu, treba razumeti da aminokiseline koje se upotrebljavaju u predmetnom pronalasku mogu uključivati modifikovane oblike baznih L-aminokiselina, pod uslovom da su zadržale ovde razmatrana svojstva kompleksiranja sa polifosfatima pomoću viševalentnih metalnih jona i oslobađanja kako bi se obezbeđivao organski azot zemljištu. Bazne L-aminokiseline su dostupne iz komercijalnih izvora.

[0054] Đubrivo u čvrstoj fazi može da uključuje smešu baznih L-aminokiselina. Kao što će biti detaljnije razmatrano u nastavku, priroda i količina aminokiseline(a) je jedan od parametara koji se upotrebljavaju u skladu sa pronalaskom kako bi se optimizovao specifični sadržaj kompozicije đubriva za specifičnu biljku i/ili uslove rasta.

[0055] Viševalentni metalni jon je sposoban da istaloži kompleks od najmanje jedne bazne L-aminokiseline i polifosfata. Viševalentni metalni jon je odabran iz grupe koja se sastoji od Fe(II), Fe(III). Pogodni viševalentni metalni joni su dostupni iz komercijalnih izvora.

[0056] Viševalentni metalni jon(i) je još jedan parametar koji se može upotrebljavati u skladu sa pronalaskom kako bi se optimizovao specifični sadržaj kompozicije đubriva za specifičnu biljku i/ili uslove rasta.

[0057] Polifosfat koji je prisutan u kompoziciji đubriva u skladu sa pronalaskom može biti bilo koje veličine i strukture sposobne za kompleksiranje sa baznom L-aminokiselinom. Broj atoma fosfora u polifosfatu je najmanje ili je jednak dva. U sledećem primeru izvođenja, broj atoma fosfora u polifosfatu je najmanje ili je jednak oko šest, kao što je šest. U dodatnom primeru izvođenja, broj atoma fosfora u polifosfatu je najmanje ili je jednak oko 700, kao što je 700. U dodatnom primeru izvođenja, broj atoma fosfora u polifosfatu je najmanje ili je jednak oko 1000 ili oko 2000, kao što je 1000 ili 2000.

[0058] Stoga, broj atoma fosfora u polifosfatu može biti u opsegu od 2-700, kao što je oko 2-6; 6-50; 50-500 ili 50-700, npr.500-700.

[0059] Veći fosfati mogu se alternativno ili dodatno upotrebljavati, u kom slučaju je broj atoma fosfora u polifosfatu u opsegu od 500-2000, kao što je 700-2000, 700-1000 ili 700-10000, npr.1000-10000.

[0060] Kao što će osoba sa iskustvom razumeti, krajnje tačke ovde datih intervala mogu varirati sa jednim ili malim brojem atoma P, i ne treba ih tumačiti kao tačne osim ukoliko nije specifično tako naznačeno. Čini se da što su polifosfati duži, veća varijacija krajnje tačke može rezultovati sličnim rezultatima rasta.

[0061] Alternativno, kompozicija đubriva u skladu sa pronalaskom može se opisati odnosom između azota koji potiče od bazne(ih) L-aminokiseline(a) i fosfora. Stoga, N:P odnos može biti najmanje oko 2:1; kao što je oko 4:1. U jednom primeru izvođenja, N:P odnos je oko 8:1.

[0062] Treba napomenuti da je broj molekula L-arginina verovatno isti kao i broj atoma fosfora u polifosfatu. Na primer, L-arginin-diP ima dva molekula L-arginina i dva atoma fosfora, a L-arginin heksametaP ima šest molekula L-arginina i šest atoma fosfora u kompleksu fosfata. Tako molekul arginin-polifosfata sa 10000 fosfata može da sadrži 10000 molekula arginina.

[0063] Kao što će osoba sa iskustvom razumeti, sadržaj kompozicije đubriva u čvrstoj fazi u skladu sa pronalaskom može se analizirati upotrebom rutinskih postupaka. Stoga, elementarna analiza može se upotrebljavati za konvertovanje prethodno navedenih odnosa u procente, a uobičajeno upotrebljeni standardni postupci za određivanje ukupnog azota i fosfora mogu se primeniti na kompoziciju đubriva kako bi se definisao njen sadržaj.

[0064] Kao što je prethodno pomenuto, struktura polifosfata može biti jedna od mnogih, kao što su linearni ili ciklični oblici, ili smeša linearnih i cikličnih oblika. Polifosfati korisni u kompozicijama đubriva u skladu sa pronalaskom mogu da uključuju supstituente ili dodatne grupe, sve dok njihova sposobnost kompleksiranja bazne L-aminokiseline koja se može istaložiti sa viševalentnim metalnim jonom nije narušena.

[0065] Veličina i struktura polifosfata dodatni su parametar koji se može upotrebljavati u skladu sa pronalaskom kako bi se optimizovao specifični sadržaj kompozicije đubriva za specifičnu biljku i/ili uslove rasta.

[0066] Stoga, kompozicija đubriva u čvrstoj fazi u skladu sa pronalaskom može se podesiti tako da bude posebno pogodna za spororastuće biljke, kao što je drvo, npr. bor, ili brzorastuće biljke, kao što je zelena salata. Kao što će osoba sa iskustvom razumeti, drugi faktori koje treba uzeti u obzir prilikom optimizacije dostupnosti hranljivih materija iz kompozicije đubriva biće željena stopa rasta, svetlost i zemljište, itd.

[0067] Predmetni pronalazači su iznenađujuće pronašli da se obezbeđivanjem organskog azota biljkama putem istaloženog kompleksa fosfora, stopa preuzimanja azota može produžiti ili odložiti podešavanjem hemijske strukture i sadržaja kompleksa. Na primer, upotrebom dužeg ili većeg polifosfata, dostupnost azota određenoj biljci može biti odložena i/ili produžena u dejstvu, pošto se može obezbediti sporije oslobađanje. Ovo je prednost u odnosu na mnoge kompozicije obloženih đubriva iz stanja tehnike, čije je dejstvo odloženo dok se obloga ne potroši ili ukloni, u kom trenutku se odjednom čini dostupnim puni sadržaj hranljivih materija, što često rezultuje značajnim curenjem azota u životnu sredinu.

[0068] Kao što je dobro poznato, za rast biljke potrebne su dodatne hranljive materije pored fosfora i azota. Stoga, prvi aspekt pronalaska takođe uključuje preparat đubriva, koji sadrži kompoziciju đubriva u čvrstoj fazi kao što je prethodno opisano, zajedno sa drugim makronutrijentom(ima) kao što su kalijum i/ili mikronutrijent(i) pored bazna L-aminokiselinapolifosfat-metal taloga.

[0069] U jednom primeru izvođenja, preparat đubriva sadrži kombinaciju dve ili više različito sačinjenih kompozicija đubriva u skladu sa pronalaskom.

[0070] Preparat đubriva u skladu sa pronalaskom može biti predstavljen u bilo kom konvencionalnom formatu đubriva. Stoga, u jednom primeru izvođenja, preparat đubriva je u obliku čestica ili granula.

[0071] Dodatni aspekt pronalaska je kompozicija čvrstog đubriva pripremljena u skladu sa postupkom iz pronalaska.

[0072] Tečnost može biti bilo koja vodena tečnost koja je sposobna da rastvori aminokiseline razmatrane u nastavku, kao što je voda. Priprema kompozicija đubriva u čvrstoj fazi iz vodenih rastvora biće detaljno opisana u eksperimentalnom delu u nastavku.

[0073] U jednom primeru izvođenja, tečnost sadrži fermentacionu tečnost. Takva tečnost može, na primer, biti nusproizvod fermentacije, u kom slučaju predmetni pronalazak obezbeđuje povoljnu upotrebu inače odbačenih proizvoda, čime se izbegava nekontrolisano oslobađanje azota u životnu sredinu.

[0074] U alternativnom primeru izvođenja, tečnost je tečni proteinski hidrolizat. Pogodni proteinski hidrolizati su komercijalno dostupni i često se upotrebljavaju kao nedefinisani medijum za rast.

[0075] Bazna L-aminokiselina je L-arginin i/ili L-lizin. Kao što je prethodno razmatrano u vezi sa prvim aspektom pronalaska, takve aminokiseline mogu biti u modifikovanim i/ili supstituisanim oblicima, pod uslovom da su sposobne da obezbede ovde razmatrane efekte. Aminokiseline su dostupne iz komercijalnih izvora.

[0076] Kao što će osoba sa iskustvom razumeti, podešavanje pH vrednosti može biti potrebno pre dodavanja izvora fosfata, u zavisnosti od prirode tečnosti i drugih parametara. U jednom primeru izvođenja postupka, izvor polifosfata je fosfatni prah rastvoren u vodi, pri čemu je pH vrednost pogodno blizu pH vrednosti tečnosti koja sadrži najmanje jednu baznu L-aminokiselinu. Osoba sa iskustvom će biti u stanju da definiše pogodni početni materijal fosfata koji će, zajedno sa odgovarajućim podešavanjem ostalih komponenti, količina i uslova, obezbediti kompoziciju đubriva sa željenim svojstvima oslobađanja azota. Kao što će osoba sa iskustvom razumeti, stvarna svojstva rasta kandidatskih kompozicija su pogodno potvrđena rutinskim eksperimentisanjem.

[0077] Rastvor fosfata može se dodati rastvoru aminokiseline uz mešanje, a rezultujući rastvor se pogodno ostavi da se slegne, na primer na sobnoj temperaturi.

[0078] [0046] Zatim se dodaje najmanje jedan viševalentni metalni jon kako bi se istaložio kompleks koji je formiran između aminokiseline i fosfata. Viševalentni metalni jon je sposoban da istaloži kompleks od najmanje jedne bazne L-aminokiseline i polifosfata. Viševalentni metalni jon je odabran iz grupe koja se sastoji od Fe(II), Fe(III). Pogodni viševalentni metalni joni su dostupni iz komercijalnih izvora.

[0079] Posle završenog taloženja, supernatant se može dekantovati, a preostala kaša centrifugirati. Rezultujući čvrsti materijal može se sakupiti i osušiti pre bilo kojih dodatnih, opcionih koraka za pravljenje preparata, uključujući kombinovanje sa dodatnim komponentama i/ili specifično oblikovanje kao što je granulacija.

[0080] Ovde je takođe opisana upotreba kompleksa koji je formiran od najmanje jednog polifosfata i najmanje jedne bazne L-aminokiseline kako bi se snabdevale biljke azotom. Stoga, ovaj aspekt je postupak upotrebe kompleksa koji je formiran od najmanje jednog polifosfata i najmanje jedne bazne L-aminokiseline za snabdevanje biljaka azotom. Ovaj aspekt upotrebljava kompoziciju đubriva u čvrstoj fazi kao što je prethodno razmatrano, u bilo kom od njenih primera izvođenja.

[0081] U jednom primeru izvođenja, vremenski period za snabdevanje azotom iz kompleksa je produžen u poređenju sa snabdevanjem istom količinom nekompleksiranog azota i fosfora pod inače ekvivalentnim uslovima.

[0082] U jednom primeru izvođenja predmetne upotrebe, azotom se snabdeva biljka odabrana iz grupe koja se sastoji od drveća, trava, povrća i useva.

[0083] Bazna L-aminokiselina je L-arginin i/ili L-lizin.

[0084] Metalni jon(i) su odabrani iz grupe koja se sastoji od Fe(II), Fe(III).

[0085] Broj atoma fosfora u polifosfatu je najmanje ili je jednak dva fosfata.

[0086] U jednom primeru izvođenja predmetne upotrebe, broj atoma fosfora u polifosfatu je najmanje ili je jednak šest fosfata.

[0087] U jednom primeru izvođenja predmetne upotrebe, broj atoma fosfora u polifosfatu je najmanje ili je jednak 700 fosfata.

[0089] Detaljan opis crteža

[0091] Slika 1 pokazuje sadržaj arginina u istaloženim kompozicijama đubriva u skladu sa pronalaskom kao funkciju molskog odnosa L-arginin/heksametafosfat u rastvoru. Na Slici 1, HMP je skraćenica za heksametafosfat. Kompozicije su pripremljene kao što je opisano u Primeru 2 u nastavku. Kao što se vidi na slici, sadržaj L-arginina u kompoziciji se linearno povećava kada se povećava relativna količina arginina u rastvoru iz kog se formiraju i talože kompleksi. Stoga, veliki višak arginina u poređenju sa heksametafosfatom u rastvoru rezultuje većim sadržajem arginina u krajnjem istaloženom kompleksu.

[0094] 1

[0095] Slika 2 pokazuje sadržaj arginina u istaloženim kompozicijama đubriva u skladu sa pronalaskom pre i posle ispiranja u vodi. Kao što se vidi na ovoj slici, sadržaj arginina je nešto niži posle ispiranja. Ovo ukazuje na to da će se tokom taloženja deo slobodnog arginina u rastvoru adsorbovati na površinu čestica taloga. Međutim, veći deo arginina se zadržava u talogu i ne oslobađa se tokom ispiranja u vodi.

[0096] Slika 3 pokazuje kako se sadržaj arginina u talozima smanjuje kada se redukuje koncentracija arginina u početnom rastvoru. Relativni odnos arginina prema heksametafosfatu bio je konstantan tokom svih eksperimenata (Primer 3). Međutim, količina rekuperisanog taloga ostaje relativno konstantna bez obzira na početnu koncentraciju arginina.

[0097] Slika 4 pokazuje kako količina fero jona dodatih u rastvor arginin-heksametafosfata utiče na sadržaj arginina u talogu (Primer 4). Kada je molska količina fero jona jednaka količini prisutnih atoma fosfora, približno 50 mg/g arginina je prisutno u talogu. Kada se količina fero jona redukuje, sadržaj arginina se značajno povećava. Veza između arginina i heksametafosfata najverovatnije se odvija posredstvom kombinacije jonskog povezivanja i vodoničnih veza, a katjoni metala dodati kao agens za taloženje će biti u kompeticiji sa argininom za vezujuća mesta na molekulima heksametafosfata. Redukovanjem količine fero jona u koraku taloženja, dobijen je talog bogatiji argininom, uz samo malo smanjenje rekuperacije taloga.

[0098] Slika 5 ilustruje upotrebu alternativnih metalnih jona za taloženje soli kako bi se pripremile različite kompozicije đubriva (Primer 5). Pokazani su primeri formiranja i izgleda taloga arginin-heksametafosfata upotrebom različitih rastvora soli metala kao agenasa za taloženje. Talozi su dobijeni za nekoliko dvovalentnih i trovalentnih katjona. Ne očekuje se da će jednovalentni metalni joni formirati nerastvorljive vrste i nije uočeno taloženje kada je dodat kalijum sulfat kao agens za taloženje.

[0099] Slika 6 pokazuje slično Slici 1 sadržaj aminokiselina u istaloženim kompozicijama đubriva u skladu sa pronalaskom za L-arginin, kao i za druge bazne aminokiseline L-lizin i L-histidin, kao funkciju molskog odnosa aminokiselina/heksametafosfat u rastvoru. Svi eksperimenti su sprovedeni u skladu sa Primerom 6 u nastavku. Kao što se vidi na ovoj slici, sve tri bazne aminokiseline su sposobne da formiraju aminokiselina-heksametafosfat komplekse. Kompleks koji uključuje histidin ima sadržaj aminokiselina uporediv sa sadržajem u kompleksu arginina, dok lizin rezultuje nižim sadržajem arginina u talogu. Razlika u sadržaju aminokiselina je verovatno povezana sa jačinom interakcije između pojedinačne aminokiseline i molekula heksametafosfata.

[0100] Slika 7 pokazuje poređenje N/P odnosa u različitim talozima koji su pripremljeni u skladu sa prethodnim Primerima 2‑6, kao što je određeno pomoću XPS. N/P odnos u početnom rastvoru je prikazan radi poređenja. U zavisnosti od odabira eksperimentalnih varijabli, može se kontrolisati konačni N/P odnos u kompoziciji đubriva. Upotrebom nalaza iz različitih primera, može se dobiti širi opseg N/P odnosa taloga.

[0101] Slika 8 pokazuje rastvorljivost kompleksa arginina. U 100 mg kompleksa dodato je 10 ml dH<2>O i ostavljeno da se rotira u rotacionom mešaču pri 15 o/min. Supernatant je sakupljen. Ovo je ponovljeno sedam puta. Ekstrahovani supernatanti su analizirani pomoću UPLC, i koncentracija arginina je prikazana u grafičkom formatu kao tež. % ukupnog kompleksa.

[0102] Rezultati se vide na Slikama 8A-C, pri čemu je Slika 8A ArgP ekstrahovan sa H<2>O u intervalima od 1 minuta; Slika 8B je ArgPP ekstrahovan sa H<2>O u intervalima od 1 minuta; i Slika 8C je ArgHexaMetaP ekstrahovan sa H<2>O u intervalima od 10 minuta.

[0103] Stoga, ove slike pokazuju da povećana dužina fosfatnog lanca takođe dovodi do smanjene rastvorljivosti kompleksa. Za ArgP, kompleks je potpuno rastvoren posle 7 minuta u poređenju sa ArgHexaMetaP kompleksom koji je rastvoren posle 70 minuta.

[0104] Slika 9 pokazuje rastvorljivost kompleksa arginina sa vezanim Fe(II). U 100 mg kompleksa dodato je 10 ml dH<2>O i ostavljeno da se rotira u rotacionom mešaču pri 15 o/min. Supernatant je sakupljen. Ovo je ponovljeno sedam puta za ArgdiPFe(II) i osam puta za ArgHexaMetaFe(II) kompleks. U poslednjoj vremenskoj tački dodata je 4M HCl kako bi se rastvorio preostali kompleks. Ekstrahovani supernatanti su analizirani pomoću UPLC i koncentracija arginina je prikazana u grafičkom formatu kao tež. % ukupnog kompleksa. Rezultati se vide na Slikama 9A-B, pri čemu je Slika 9A ArgdiPFe(II) ekstrahovan sa H<2>O u intervalima od 3 dana, a Slika 9B je ArgHexaMetaFe(II) ekstrahovan sa H<2>O u intervalima od 3 dana. Stoga, sa dodavanjem Fe(II) dolazi do drastične redukcije rastvorljivosti kompleksa od minuta do nedelja. U poslednjoj vremenskoj tački dodata je 4M HCl kako bi se rastvorio preostali kompleks. ArgHexaMetaP je sadržao više od 50% arginina koji je još uvek bio vezan u kompleksu u poslednjoj vremenskoj tački na 24 dana u poređenju sa ArgdiP gde je preostalo samo 10% arginina posle 21 dana. U zavisnosti od tipa polifosfatnog lanca, postoji efekat na rastvorljivost kompleksa.

[0105] [0067] Slika 10 pokazuje rastvorljivost kompleksa arginina sa vezanim Fe(II) ili Fe(III). U 100 mg kompleksa dodato je 10 ml dH<2>O i ostavljeno da se rotira u rotacionom mešaču pri 15 o/min. Supernatant je sakupljen. Ovo je ponovljeno pet puta za Fe(III) kompleks i devet puta za Fe(II) kompleks. U poslednjoj vremenskoj tački dodata je 4M HCl u Fe(II) kompleks kako bi se rastvorio preostali kompleks. Ekstrahovani supernatanti su analizirani pomoću UPLC, i koncentracija arginina je prikazana u grafičkom formatu kao tež. % ukupnog kompleksa. Rezultati se vide na Slikama 10A-B, pri čemu Slika 10A pokazuje ArgHexaMetaPFe(II) ekstrahovan sa H<2>O u intervalima od 3 dana; a Slika 10B pokazuje ArgHexaMetaPFe(III) ekstrahovan sa H<2>O u intervalima od 3 dana.

[0106] Stoga, oblik Fe (II ili III) ima značajan efekat na rastvorljivost kompleksa. Fe(III) kompleks je potpuno rastvoren posle 6 dana u poređenju sa Fe(II) kompleksom koji je imao više od 50% arginina koji je preostao posle 27 dana.

[0107] Slika 11 pokazuje da količina arginina u različitim argP kompleksima zavisi od dužine fosfatnog lanca. 100 mg ArgHexaMetaP i ArgdiP rastvoreno je u 5 ml 4M HCl, a sadržaj arginina je analiziran pomoću UPLC. Sadržaj arginina je prikazan u grafičkom formatu kao tež. % ukupnog kompleksa. Veća dužina polifosfatnog lanca dovodi do povećanog sadržaja arginina u kompleksu.

[0108] Slika 12 pokazuje efekat klijanja i rasta sa različitim tipovima arginin-fosfat kompleksa. 20 mg azota u obliku različitih arginin-fosfat kompleksa inkorporisano je u treset i proučavan je efekat na klijanje i rast. Rezultati se vide na Slikama 12A-C, gde 12A pokazuje klijavost sadnica bora đubrenih sa 20 mg N u različitim tipovima ArgP kompleksa (%); 12B pokazuje suvu težinu sadnica bora đubrenih sa 20 mg N u različitim tipovima ArgP kompleksa; i 12C pokazuje sadnice bora đubrene sa 20 mg N u različitim tipovima ArgP kompleksa. Specifičnije, na Slici 12C: 1 je Arg-HCl; 2 je ArgP; 3 je ArgPP; 4 je ArgHexaMetaP; 5 je ArgHexaMetaPFe(II); i 6 je Arg-P10000. Stoga, Slika 12 ilustruje kako rastvorljivost različitih argP kompleksa utiče na rast i klijavost sadnica bora. Brže rastvarajući oblici argP kompleksa dovode do redukovane klijavosti i smanjenog rasta sadnica, verovatno kao rezultat toksičnosti azota.

[0109] Slike 13A-B pokazuju efekat različitih arginin-polifosfat kompleksa na rast zelene salate. Zelena salata je relativno brzorastuća biljka, što bi objasnilo zašto nije uočena razlika u rezultatima od polifosfata različitih veličina.

[0110] Slike 14A-B ilustruju stabilnost arginin-polifosfata sa dužinom lanca od približno 10000 atoma fosfora, pripremljenog kao što je opisano u Primeru 9. Specifičnije, Slika 14A pokazuje oslobađanje arginina tokom vremena; dok Slika 14B pokazuje oslobađanje fosfora tokom vremena, obe slike ilustruju kako se sporo oslobađanje tokom vremena može dobiti iz kompozicija đubriva u skladu sa pronalaskom pri čemu je fosfatni lanac dugačak. Stoga, rezultati pokazuju prednost svestranosti predmetnog pronalaska, omogućavajući pripremu kompozicije đubriva koja je prilagođena specifičnim potrebama rasta u zavisnosti npr. od biljke i/ili sadržaja zemljišta u kojem se gaji.

[0113] 1

[0114] EKSPERIMENTALNI DEO

[0116] Predmetni primeri su obezbeđeni samo u ilustrativne svrhe, i ne treba ih shvatiti kao ograničavanje pronalaska kao što je definisano priloženim patentnim zahtevima.

[0118] Primer 1: Opšti postupak za pripremu arginin-heksametafosfat-gvožđe kompleksa.

[0120] Rastvor arginina je pripremljen rastvaranjem čistog arginina (arginine base) (Sigma) u prečišćenoj vodi do koncentracije od 0,5 M. pH vrednost rastvora je podešena na 8,3 pomoću koncentrovane hlorovodonične kiseline. 0,5 M rastvor natrijum heksametafosfata je pripremljen rastvaranjem fosfatnog praha u prečišćenoj vodi i podešavanjem pH vrednosti rastvora na 8,3 pomoću 50% (tež./tež.) rastvora natrijum hidroksida. Rastvor natrijum heksametafosfata je polako dodat u rastvor arginina uz kontinuirano mešanje. Rezultujući rastvor je mešan na sobnoj temperaturi tokom 4 sata.

[0121] Kako bi se istaložio arginin-fosfat kompleks, pripremljen je rastvor koji sadrži bilo fero ili feri jone (FeSO<4>ili FeCl<3>). Rastvor soli gvožđa je polako dodat u rastvor argininfosfata, što je rezultovalo taloženjem čvrstog materijala. Talog je ostavljen preko noći da se omogući da se talog slegne. Supernatant je dekantovan, a preostala kaša je centrifugirana. Rezultujući čvrsti materijal je sakupljen i osušen u peći na 60 °C.

[0123] Primer 2

[0125] U skladu sa opštim postupkom koji je opisan u primeru 1, pripremljene su kompozicije sa različitim molskim odnosom arginina i heksametafosfata. Koncentracije rastvora su održavane konstantnim, a količina HMP je redukovana kako bi se dobio odabrani molski odnos arginin/HMP u skladu sa tabelom 1 u nastavku.

[0127] Tabela 1:

[0130]

[0131]

[0134] Primer 3

[0136] U skladu sa opštim postupkom koji je opisan u primeru 1, upotrebljeni su rastvori arginina sa različitim koncentracijama u skladu sa tabelom 2 u nastavku.

[0138] Tabela 2:

[0140]

[0143] Primer 4

[0145] U skladu sa opštim postupkom koji je opisan u primeru 1, različite količine rastvora FeSO<4>dodate su rastvorima arginin-heksametafosfat kompleksa u skladu sa tabelom 3 u nastavku.

[0147] Tabela 3:

[0150]

[0154] 1

[0155]

[0158] Primer 5

[0160] U skladu sa opštim postupkom koji je opisan u primeru 1, različiti rastvori soli metala upotrebljeni su za taloženje arginin-heksametafosfat kompleksa u skladu sa tabelom 4 u nastavku.

[0162] Tabela 4: Kompozicije E2, E4, E4:2 i M6 su u skladu sa pronalaskom.

[0164]

[0167] Primer 6

[0169] U skladu sa opštim postupkom koji je opisan u primeru 1, različite bazne L-aminokiseline upotrebljene su za formiranje L-aminokiselina-heksametafosfat kompleksa, koji su zatim istaloženi sa FeSO<4>u skladu sa tabelom 5 u nastavku.

[0172] 1

[0173] Tabela 5: Kompozicije A1 i A2 su u skladu sa pronalaskom.

[0176]

[0179] Primer 7

[0181] Ovaj primer se odnosi na klijanje i rast bora sa različitim tipovima arginin-fosfat kompleksa. Pet različitih arginin-fosfat kompleksa: arginin-monofosfat (2), arginin-difosfat (3), arginin-heksametafosfat (4), i arginin-heksametafosfat-Fe(II) (5), i konačno (6) arginin-P10000, koji su pripremljeni u skladu sa Primerom 9, testirani su u tresetu. Arginin-HCl je upotrebljen kao referenca (1). Skup od 40 saksija napunjen je sa 50 ml treseta pomešanog sa jednim od pet različitih kompleksa arginina, tako da je svaka saksija dobila 20 mg N, mereno brojem atoma azota u kompleksima arginina. Seme belog bora je posejano u saksije i gajeno u plasteniku 16/8 h dan/noć i 23 °C, sa saksijama zalivanim 2 puta dnevno sa ukupnim periodom rasta od 8 nedelja. Ove sadnice su sakupljene, treset je ispran, sadnice su osušene i zabeležena je suva težina, videti Sl.12.

[0182] Stoga, rezultati ovog primera pokazuju da rastvorljivost različitih arginin-fosfat kompleksa utiče na rast i klijanje sadnica bora. Moguće je da prebrzo rastvarajući oblici arginin-fosfat kompleksa mogu dovesti do redukovane klijavosti i smanjenog rasta sadnica. To može biti usled toksičnosti azota, i može biti testirano od strane osobe sa iskustvom kako bi se fino podesila priprema đubriva u skladu sa pronalaskom tako da odgovara željenim potrebama klijanja i drugim faktorima.

[0184] Primer 8

[0186] Ovaj primer se odnosi na klijanje i rast brzorastuće biljke, kao što je zelena salata sa različitim tipovima arginin-fosfat kompleksa. Pet različitih arginin-fosfat kompleksa, kao što je opisano u Primeru 7, pomešano je sa tresetom, a četrdeset saksija napunjenih sa 20 mg N iz različitih kompleksa arginina pomešano je sa neđubrenim tresetom ukupne zapremine od 100 ml po saksiji za svaki tretman. Skup od 40 saksija napunjen je sa 100 ml treseta pomešanog sa

[0189] 1

[0190] jednim od pet različitih kompleksa arginina, tj. 40 saksija sa svakim tretmanom, tako da je svaka saksija dobila 40 mg N, mereno brojem atoma azota u kompleksima arginina. Seme zelene salate (Lactuca sativa) posejano je u saksije i gajeno u plasteniku 16/8 h dan/noć, 23 °C. Saksije su zalivane dva puta dnevno sa ukupnim periodom rasta od 5 nedelja. Sadnice zelene salate su ubrane, zemlja je isprana, sadnice su osušene i zabeležena je suva težina. Rezultati su pokazani na Slici 13, gde 13A ilustruje biomasu osušenih biljaka u mg suve težine đubrenih sa pet različitih kompleksa arginina, a 13B pokazuje fotografiju biljaka zelene salate.

[0191] Pošto je zelena salata relativno brzorastuća biljka, veličina različitih polifosfata koji su upotrebljeni može imati manji uticaj na rast nego što je uočeno kod sporije rastućih biljaka. Međutim, kao što ovi rezultati pokazuju, predmetni pronalazak će i dalje funkcionisati kao đubrivo i za brzorastuće biljke, tokom potrebnog vremenskog perioda, a osoba sa iskustvom može na osnovu ovog znanja fino podesiti hemijsku kompoziciju đubriva u skladu sa pronalaskom naročito imajući u vidu dužinu P lanca iz kompleksa kako bi se uključila potrebna količina hranljivih materija. Takva optimizacija će koristiti životnoj sredini, pošto će omogućiti da đubriva sadrže količinu hranljivih materija potrebnu za rast, čime se nepotrebne količine koje mogu da iscure u životnu sredinu redukuju ili čak izbegavaju pomoću predmetnog pronalaska.

[0193] Referentni Primer 9

[0195] Ovaj primer se odnosi na pripremu arginin-polifosfata sa dužinom lanca od približno 10000 atoma fosfora. Arg-P10000 je dobijen dodavanjem 100 g kristala polifosfata, koji se uobičajeno upotrebljava kao katjonska izmenjivačka smola, u 500 ml 0,5 M rastvora arginina uz mešanje tokom 24 h. Kristali su isprani sa 500 ml H<2>O tri puta i osušeni. Ovi kristali su takođe upotrebljeni u testovima klijavosti o kojima je razmatrano u primeru 7.

[0196] Sto miligrama Arg-P10000 kristala tretirano je bilo sa 5 ml dH<2>O, 0,5 mM CaCl<2>, ili 0,5 mM oksalsirćetne kiseline u Falkon epruveti od 15 ml. Falkon epruvete su ostavljene na valjajućem stolu (15 o/min) tokom dve nedelje na sobnoj temperaturi, nakon čega je rastvor analiziran na arginin (UPLC) i fosfat (jonska hromatografija). Dodati su novi rastvori i postupak je ponovljen tokom perioda od 12 nedelja. Rezultati su pokazani na Slici 14. Oslobađanje arginina (Slika 14A) i fosfata (Slika 14B) tokom vremena je veoma nisko, što stvara đubrivo koje dugo traje. Stoga, arginin-polifosfat đubrivo u skladu sa pronalaskom sa dužim lancima može se upotrebljavati tokom dužeg vremenskog perioda kao đubrivo sa zaista sporim oslobađanjem.

[0199] 1

Claims (8)

1. Patentni zahtevi

1. Postupak pripreme kompozicije čvrstog đubriva, naznačen time što postupak sadrži obezbeđivanje tečnosti koja sadrži najmanje jednu baznu L-aminokiselinu odabranu iz grupe koja se sastoji od L-arginina i L-lizina; dodavanje izvora polifosfata; dodavanje izvora viševalentnih metalnih jona; i povećanje pH vrednosti kako bi se istaložila kompozicija đubriva u čvrstoj fazi koja sadrži navedeni viševalentni metalni jon u kompleksu sa L-arginin-polifosfatom ili sa L-lizin-polifosfatom, pri čemu su viševalentni metalni jon(i) odabrani iz grupe koja se sastoji od Fe(II) i Fe(III).

2. Postupak u skladu sa patentnim zahtevom 1, naznačen time što je tečnost fermentaciona tečnost, kao što je nusproizvod fermentacije.

3. Postupak u skladu sa patentnim zahtevom 1, naznačen time što je tečnost tečni proteinski hidrolizat, opciono podvrgnut jednom ili više koraka prethodne obrade.

4. Postupak u skladu sa bilo kojim od patentnih zahteva 1-3, naznačen time što se izvor polifosfata dodaje u tečnost koja sadrži baznu L-aminokiselinu uz mešanje i navedena tečnost se ostavlja da se slegne pre dodavanja izvora viševalentnih metalnih jona.

5. Postupak u skladu sa bilo kojim od patentnih zahteva 1-4, naznačen time što je izvor polifosfata fosfatni prah rastvoren u vodi.

6. Kompozicija čvrstog đubriva koja sadrži azot i fosfor, naznačena time što je pripremljena u skladu sa bilo kojim od patentnih zahteva 1-5.

7. Kompozicija đubriva u skladu sa patentnim zahtevom 6, naznačena time što je broj atoma fosfora u polifosfatu 10000.

8. Preparat đubriva naznačen time što sadrži kombinaciju dve ili više različito sačinjenih kompozicija đubriva koje su pripremljene u skladu sa bilo kojim od patentnih zahteva 1-5, ili kao što je definisano u patentnom zahtevu 6 ili 7.