專利名稱：利用厭氧消化破壞生物有害物質(zhì)和增加生物氣產(chǎn)生的制作方法
利用厭氧消化破壞生物有害物質(zhì)和增加生物氣產(chǎn)生
背景技術(shù)：
許多蛋白質(zhì)基生物有害物質(zhì)構(gòu)成了世界范圍內(nèi)的主要健康問題。這種物質(zhì)的一種主要種類包括病毒。例如，流感病毒是引起人呼吸道中廣泛傳播感染的正粘液病毒的成員，但現(xiàn)有疫苗和藥物療法的價值有限。通常在一年中，20%人口受該病毒困擾，導(dǎo)致40000人死亡。在歷史上最具破壞性的人類大災(zāi)難之一中，1918年的A型流感病毒大流行期間，全世界至少2000萬人死亡。新的流感大流行的威脅正在持續(xù)，因為現(xiàn)有疫苗或療法的價值有限。在老年人中，接種疫苗的功效僅為約40%。由于病毒抗原、血細(xì)胞凝集素HA和神經(jīng)氨糖酸苷酶N的遺傳變異，現(xiàn)有疫苗不得不每年重新設(shè)計。四種抗病毒藥物已在美國被批準(zhǔn)用于治療和/或預(yù)防流感。然而，由于嚴(yán)重的副作用和可能的抗性病毒的出現(xiàn)，它們的用途是有限的。 在美國，腹瀉的主要原因是病毒感染,例如諾如病毒(norovirus)、輪狀病毒及其他腸道病毒。HIV(正式地稱為HTLV-III和淋巴結(jié)病相關(guān)病毒)是引起稱為ATDS(獲得性免疫缺陷綜合征)的疾病(其中免疫系統(tǒng)開始破壞的綜合癥)從而導(dǎo)致許多威脅生命的機(jī)會感染的逆轉(zhuǎn)錄病毒。HIV已經(jīng)涉及作為AIDS的主要原因，且可經(jīng)由與體液接觸而傳播。除經(jīng)皮的損傷之外，粘膜或不完整皮膚與血液、含血的液體、組織或其他潛在感染性的體液的接觸造成感染風(fēng)險。這些感染性病毒劑中的許多，在與某些生物材料接觸后，這種材料變成生物有害的。這些生物有害物質(zhì)中的大多數(shù)(如果不是所有)需要適當(dāng)處理。其他的蛋白質(zhì)基生物有害物質(zhì)包括朊病毒，其可以存在于所謂的“特定風(fēng)險材料(SRM) ”中。SRM，例如來自牛的SRM(作為潛在的BSE朊病毒來源)的管理仍然是全球問題。破壞朊病毒和利用排除污染的SRM的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可靠的方式對牛養(yǎng)殖業(yè)而言是非常需要的。BSE已經(jīng)是全世界牛肉工業(yè)的最大的經(jīng)濟(jì)和社會問題之一。僅在加拿大，從2003年五月起，BSE造成超過60億美元的損失?？蓚魅镜暮＞d狀腦病(TSE)形成一組致命的神經(jīng)變性紊亂，以人類的克雅氏病(Creutzfeldt-Jakob disease) (CJD)、吉斯曼-史特斯勒-史茵克(Gerstmann-Straussler-Scheinker)綜合征(GSS)和致死的家族性失眠癥(FFI)為代表；和以動物的羊瘙癢癥、慢性消瘦病(CWD)和牛海綿狀腦(BSE)為代表(Collinge，2001)。英國的主要BSE家畜流行過程中積累的證據(jù)確認(rèn)BSE和CJD之間的關(guān)聯(lián)。預(yù)防人類感染的一個關(guān)鍵步驟是從食物鏈和環(huán)境中消除病原體，因為傳播路線和機(jī)制并未完全被了解。朊病毒被認(rèn)為是引起TSE的病原體。朊病毒，PrP'主要由細(xì)胞朊病毒蛋白PrPe的蛋白酶-K抗性的錯誤折疊同型體組成(Prusiner，1998)。朊病毒對通常有效抵抗許多微生物的滅活方法具有抗性(Millson 等，1976 ；Chatigny 和 Prusiner, 1979 ;及 Taylor 1991,2000)。許多研究報道,化學(xué)消毒(Brown等，1982)、在121°C下熱壓滅菌Ihr (Brown等，1986,Taylor 等 1997)、暴露于 6M 尿素和 IM NaOH(Brown 等，1984，1986)、用 IM NaSCN(Prusiner等1981)和0.5%次氯酸鹽(Brown等1986)處理、暴露于最高14000ppm的次氯酸鈉(Taylor, 1993)、用蛋白酶K(Kocisko等，1994 ；Caughey等，1997)及其他新鑒別的蛋白酶(McLeod等，2004 ;Langeveld等，2003)消化不能完全破壞PrP'英國和歐洲已經(jīng)對提取物(renderings)中 PrPsc 的滅活進(jìn)行了評估(Taylor 和 Woodgate, 2003)。PrPsc的酶促降解也作為一種實現(xiàn)污染設(shè)備的凈化和再使用的手段進(jìn)行研究。例如，使用Sup35Nm-His6重組朊病毒蛋白來代表BSE朊病毒，Wang證明BSE替代物被枯草桿菌蛋白酶和角蛋白酶選擇性消化，而不被膠原酶和彈性蛋白酶消化(Wang等，2005)。報道了來自190個分泌蛋白酶的分離株的六種菌株產(chǎn)生顯示抗PrPse的消化活性的蛋白酶(Myller-Hellwig等,2006)。一些由細(xì)菌生成的熱穩(wěn)定蛋白酶在高溫下和pH 10下降解PrPsc (Hui 等 2004, McLeod 等:2004, Tsiroulnikov 等 2004, Yoshioka 等)。然而，迄今為止，焚燒是完全破壞朊病毒的唯一有效方法。但是焚燒有某些不希望的生態(tài)學(xué)缺點，特別是能量消耗和溫室氣體排放。例如，盡管CFIA(加拿大食品檢驗局 (Canadian Food and Inspection Agency))僅批準(zhǔn)焚燒、堿水解和熱水解法用于SRM的安全處置，焚燒對于處理特別是大規(guī)模處理SRM而言似乎是不切實際的，這部分因為該產(chǎn)業(yè)缺乏這種能力以及高的相關(guān)成本?，F(xiàn)有焚燒爐和堿或熱水解設(shè)備的有限能力，以及完成破壞SRM的這些方法的成本負(fù)擔(dān)對畜牧業(yè)形成巨大問題。預(yù)計加拿大每年產(chǎn)生50000到65000噸的SRM(Facklam，2007)。SRM的焚燒不僅耗費(fèi)能量而且排放大量的溫室氣體。此外，由這些過程產(chǎn)生的終產(chǎn)物對生產(chǎn)增值副產(chǎn)品毫無用處。發(fā)明簡述本發(fā)明的一個方面提供用于降低可能存在于載體材料中的生物有害物質(zhì)的滴度的方法，包括將載體材料提供給厭氧消化(AD)反應(yīng)器并在AD過程期間維持生物氣產(chǎn)率基本上穩(wěn)定。在某些實施方式中，所述生物有害物質(zhì)包括激素、抗體、體液(例如，血液)、病毒性病原體、細(xì)菌性病原體和/或雜草種子。在其他實施方式中，所述生物有害物質(zhì)包括朊病毒。例如，所述朊病毒可以是羊瘙癢癥朊病毒、CWD朊病毒或BSE朊病毒。所述朊病毒可以對蛋白酶K (PK)消化具有抗性。在某些實施方式中，所述載體材料可以是富含蛋白質(zhì)的材料。例如，所述載體材料可以是特定風(fēng)險材料(SRM)。所述SRM可以包括CNS組織(例如腦、脊髓或其片段/組織勻衆(zhòng)/部分)。如本發(fā)明所使用，“富含蛋白質(zhì)的材料”包括蛋白質(zhì)含量高(例如，5-100% (w/w)蛋白質(zhì)、10-50%蛋白質(zhì)、20-25%蛋白質(zhì))的材料，所述蛋白質(zhì)含量可通過本領(lǐng)域已知的各種蛋白質(zhì)分析或氮含量分析來測定，例如凱氏定氮法或其衍生/改進(jìn)、增強(qiáng)的杜馬斯法、使用UV-可見光譜的方法及其他測定整體物理性質(zhì)(bulk physical property)、福射吸附和/或輻射散射等的儀器技術(shù)。在某些實施方式中，添加的富含蛋白質(zhì)的材料的氮含量為約5-15%，或約10%。在某些實施方式中，添加的載體材料(如通過揮發(fā)性固體含量測量的)與槽中已有的消化物的比例不超過I : I (w/w)。揮發(fā)性固體含量例如可以通過將樣品加熱到約550°C并測定揮發(fā)性(損失)部分來測定。在某些實施方式中，AD反應(yīng)器可以分批方式運(yùn)行。分批方式可以持續(xù)少于約0. 5hr、lhr、2hr、5hr、10hr、24hr、2 天、3 天、4 天、5 天、6 天、7 天、10 天、20 天、30 天、40 天、
50天或60天。對于病毒性和細(xì)菌性物質(zhì)，取決于所使用的溫度，分批方式通常持續(xù)少于約數(shù)小時到數(shù)天(例如1-7天)。對于特別穩(wěn)定的物質(zhì)，例如朊病毒，分批方式通常持續(xù)少于約 30、40、50 或 60 天。在其他實施方式中，它可以以半連續(xù)方式或連續(xù)方式運(yùn)行。在某些實施方式中，將富含碳的材料半連續(xù)地提供到AD反應(yīng)器中以維持基本上穩(wěn)定的生物氣產(chǎn)量。所述富含碳的材料可以包括新鮮的植物殘體或其他容易消化的纖維素，盡管也可以存在本身不富含碳的其他材料。在某些實施方式中，將富含碳的基質(zhì)周期性地添加(約1-3% (w/v))至AD反應(yīng)器。在某些實施方式中，所述AD反應(yīng)器在分批方式運(yùn)行開始時包含微生物的活性接 種體。在某些實施方式中，AD過程通過厭氧微生物的聚生體進(jìn)行，例如嗜低溫性微生物(例如最佳生長條件為約20°C上下的微生物)、嗜中溫性微生物(例如最佳生長條件為約37°C上下的微生物)或嗜熱性微生物(例如最佳生長條件為超過45-48°C上下，例如55°C、60°〇、651的微生物)。在某些實施方式中，所述嗜熱性微生物用包含具有豐富P -折疊-sheet)的蛋白質(zhì)的基質(zhì)馴化。這可有助于去除生物有害物質(zhì)。在某些實施方式中，所述嗜熱性微生物通過在高溫和極端堿性pH下用包含淀粉樣物質(zhì)的基質(zhì)培養(yǎng)而馴化。所述時間例如可以持續(xù)3個月。在某些實施方式中，該方法還包括添加一種或多種選自Ca、Fe、Ni或Co的補(bǔ)充營養(yǎng)物。在某些實施方式中，所述AD 在約 20 V、25°C、30 V、37°C、40°C、45 V、50°C、55 V、60°C或更高溫度下進(jìn)行。在某些實施方式中，約60天、30天或甚至18天的厭氧消化后實現(xiàn)生物有害物質(zhì)(例如，朊病毒)的滴度降低2個對數(shù)級或更多。在某些實施方式中，約20、25、30、35、40、45、50、55、60或更多天的厭氧消化后實
現(xiàn)生物有害物質(zhì)(例如，朊病毒)滴度3個對數(shù)級或更多的降低。在某些實施方式中，約30、40、50、60、70、80、90或更多天的厭氧消化后實現(xiàn)生物
有害物質(zhì)(例如，朊病毒)滴度4個對數(shù)級或更多的降低。在某些實施方式中，約10、15、20、30、40、50、60、70、80、90或更多天的厭氧消化后
實現(xiàn)生物有害物質(zhì)(例如，朊病毒)滴度5、6、7、8或9個對數(shù)級的降低。本發(fā)明的另一方面提供用于產(chǎn)生(高質(zhì)量)生物氣的方法，包括將富含蛋白質(zhì)的原料提供給厭氧消化(AD)反應(yīng)器，其中在AD過程期間生物氣產(chǎn)率基本上保持穩(wěn)定。在某些實施方式中，AD反應(yīng)器可以分批方式運(yùn)行。在某些實施方式中，所述AD反應(yīng)器在分批方式運(yùn)行開始時包含微生物的活性接種體。在某些實施方式中，分批方式持續(xù)少于約0. 5hr、lhr、2hr、5hr、10hr、24hr、2天、3天、4天、5天、6天、7天、10天、20天、30天、40天、50天或60天。對于許多病毒性物質(zhì),分批方式通常持續(xù)少于約數(shù)小時。對于某些病毒性物質(zhì)和許多細(xì)菌性物質(zhì)，分批方式通常持續(xù)少于約數(shù)小時到數(shù)天(例如1-7天)。對于特別穩(wěn)定的物質(zhì)，例如朊病毒，分批方式通常持續(xù)少于約30、40、50或60天。在某些實施方式中，在分批方式運(yùn)行開始后，部分取決于待破壞的蛋白質(zhì)基病原體的特定種類，生物氣產(chǎn)率對于許多病毒性物質(zhì)而言在大約數(shù)小時(例如,0. 5-5小時)達(dá)到峰值，或?qū)τ谠S多細(xì)菌性物質(zhì)而言在數(shù)天(例如，1、2、3、4、5、6或7天)達(dá)到峰值，或?qū)τ谠S多朊病毒而言在5-10天達(dá)到峰值。在某些實施方式中，部分取決于待破壞的蛋白質(zhì)基病原體的特定種類，半連續(xù)地將富含碳的材料提供給AD反應(yīng)器，以維持基本上穩(wěn)定的生物氣產(chǎn)量。例如，在達(dá)到峰值生物氣產(chǎn)量后，對于許多病毒性物質(zhì)而言可以每隔大約數(shù)小時(例如，0. 5-5小時)提供一次富含碳的材料，對于許多細(xì)菌性物質(zhì)而言可以每隔數(shù)天(例如，1、2、3、4、5、6或7天)提供一次富含碳的材料，或?qū)τ谠S多朊病毒而言可以每隔5-10天提供一次富含碳的材料。在某些實施方式中，所述富含碳的材料包含新鮮的植物殘體或其他容易消化的纖 維素。在某些實施方式中，所述富含碳的原料包含激素、抗體、體液(例如，血液)、病毒性病原體或細(xì)菌性病原體。在某些實施方式中，富含蛋白質(zhì)的原料是特定風(fēng)險材料(SRM)。在某些實施方式中，所述SRM包含一種或多種朊病毒或病原體。在某些實施方式中，所述朊病毒包括羊瘙癢癥、CffD和/或BSE朊病毒。在某些實施方式中，所述朊病毒對蛋白酶K(PK)消化具有抗性。在某些實施方式中，所述SRM包含CNS組織(例如，腦、脊髓或其片段/組織勻漿/部分)。在某些實施方式中，約60天、30天或甚至18天的厭氧消化后實現(xiàn)朊病毒滴度2個對數(shù)級或更多的降低。在某些實施方式中，約20、25、30、35、40、45、50、55、60或更多天的厭氧消化后實現(xiàn)朊病毒滴度3個對數(shù)級或更多的降低。在某些實施方式中，約30、40、50、60、70,80,90或更多天的厭氧消化后實現(xiàn)生物有害物質(zhì)的滴度4個對數(shù)級或更多的降低。在某些實施方式中，所述AD 在約 20 V、25°C、30 V、37°C、40°C、45 V、50°C、55 V、60°C或更高溫度下進(jìn)行。在某些實施方式中，進(jìn)行AD的細(xì)菌包括厭氧微生物，例如嗜低溫性微生物(例如最佳生長條件為約20°C上下的微生物)、嗜中溫性微生物(例如最佳生長條件為約37°C上下的微生物)或嗜熱性微生物(例如最佳生長條件為超過45-48°C上下，例如55°C、60°C、65°C的微生物)，的聚生體。在某些實施方式中，進(jìn)行AD的細(xì)菌用包含具有豐富￠-折疊的蛋白的基質(zhì)馴化。在某些實施方式中，進(jìn)行AD的細(xì)菌通過在高溫和極端堿性pH下用包含淀粉樣物質(zhì)的基質(zhì)培養(yǎng)3個月而馴化。在某些實施方式中，該方法還包括添加一種或多種選自Ca、Fe、Ni或Co的補(bǔ)充營養(yǎng)物。本發(fā)明的另一方面提供用于降低可能存在于載體材料中的病毒性生物有害物質(zhì)的滴度的方法，包括使載體材料與厭氧消化(AD)消化物,優(yōu)選嗜熱性厭氧消化(TAD)消化物，的液體部分接觸。
在某些實施方式中，所述接觸步驟在約20 0C、25 °C、30 V、37 °C、40 V、45 °C、50 V、55°C、60°C 下進(jìn)行?？梢灶A(yù)期本發(fā)明描述的所有實施方式，包括單獨(dú)描述于本發(fā)明不同方面的實施方式，只要適用時可以與其他實施方式的特征組合。


圖I顯示將含羊瘙癢癥病毒的綿羊 和正常綿羊的腦組織勻漿摻入TAD (嗜熱性厭氧消化)消化器中并孵育設(shè)定的一段時間的結(jié)果。數(shù)字I到4指示消化后不同的取樣時間。將在不同時間點取自TAD-組織混合物的蛋白質(zhì)通過12. 5% SDS-PAGE凝膠分離、純化和解析，并用ECL基質(zhì)進(jìn)行蛋白質(zhì)印跡檢測。消化之前(時間0)從TAD漿料中回收大量朊病毒蛋白質(zhì)。相反，在不含該組織的TAD對照中什么也沒有發(fā)現(xiàn)。細(xì)胞朊病毒在取樣時間I (TAD-正常綿羊腦混合物)消失，但羊瘙癢癥病毒在取樣時間2 (TAD-羊瘙癢癥病毒混合物)中完全消除。27kDa的蛋白標(biāo)志物顯示綿羊細(xì)胞朊病毒和羊瘙癢癥朊病毒的遷移率。圖2說明羊瘙癢癥病毒在TAD過程中滅活的先導(dǎo)研究中蛋白質(zhì)-載荷依賴性的甲烷化。使用包含不同量的羊瘙癢癥病毒感染的綿羊腦組織和正常綿羊腦組織(分別為低劑量和高劑量)的相同量的消化物設(shè)置TAD。單獨(dú)的TAD用作對照。與對照組相比，在高劑量的蛋白載荷組(羊瘙癢癥和正常綿羊腦)中實現(xiàn)最高的甲烷產(chǎn)生體積，且然后是在低劑量蛋白載荷組(羊瘙癢癥和正常綿羊腦)中。這明確顯示TAD中給定水平的蛋白載荷增加提高生物氣產(chǎn)量和CH4/C02比例，因此增加生物氣的燃料值。圖3顯示厭氧消化中消化后的羊瘙癢癥朊病毒樣品的評估策略。圖4是基于對培養(yǎng)細(xì)胞的病毒感染(細(xì)胞病變效應(yīng)，CPE% )評估的時間和劑量依賴性病毒滅活的總結(jié)。圖5顯示在TAD消化處理中存在或不存在其他纖維質(zhì)基質(zhì)的情況下，羊瘙癢癥朊病毒(S. prion)在第11、18和26天時不同程度的減少。使用a Innotech圖像分析儀對圖像進(jìn)行定量。發(fā)明詳述本發(fā)明部分地基于厭氧消化(AD)系統(tǒng)中的某些生物有害物質(zhì)的峰值破壞與峰值生物氣產(chǎn)生一致的發(fā)現(xiàn)。這種生物有害物質(zhì)可以存在于載體材料中，且可以包括雜草種子、某些富含蛋白質(zhì)的病原體或不合需要的頑固性材料(例如，激素、抗體、病毒病原體、體液(例如，血液)、細(xì)菌性病原體等)或特定風(fēng)險材料(SRM)內(nèi)的朊病毒。不希望束縛于任何特別的理論，預(yù)期在高的生物氣產(chǎn)率下，微生物活性較高或者微生物生長率較高，因此增加了破壞這種生物有害物質(zhì)的機(jī)會和/或速率。本發(fā)明也部分基于厭氧消化(AD)系統(tǒng)，特別是TAD系統(tǒng)內(nèi)的某些小分子可以滅活至少某些病毒性感染物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)。因此這些分子(由液體厭氧性消化物純化或未純化)可用于滅活病毒物質(zhì)。本發(fā)明還基于將碳水化合物基的基質(zhì)(例如纖維素或纖維素型物質(zhì))周期性地添加到消化器中可以加速或增強(qiáng)病原體滴度的降低的發(fā)現(xiàn)。碳水化合物基的基質(zhì)可以約
0.5%、1%、1. 5%、2%、2. 5%、3%、4%、5%、8%、10%、15% 的 w/v 百分比，或兩個所提及值之間的任何百分比(由碳水化合物基的基質(zhì)的重量(克)相對于消化物體積(mL)測定)添加。一次或多次碳水化合物基的基質(zhì)的添加可在消化期間進(jìn)行。添加碳水化合物基的基質(zhì)的間隔可以是基本上相同(例如，添加之間間隔約7-8天)或不同。添加時機(jī)優(yōu)選基本上和生物氣產(chǎn)率一致，例如，恰在峰值生物氣產(chǎn)生預(yù)期下降的時間之前或該時間左右添加。因此，一方面，本發(fā)明提供用于降低可能存在于載體材料中的生物有害物質(zhì)的滴度、量或有效濃度的方法，包括將所述載體材料提供給厭氧消化(AD)反應(yīng)器并在生物氣產(chǎn)量到達(dá)峰值速率后維持生物氣產(chǎn)率在AD過程中基本上穩(wěn)定。所述AD反應(yīng)器可以以分批方式、半連續(xù)方式或連續(xù)方式運(yùn)行。氣體產(chǎn)率可以按照任何工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法測定，只要一致的方法用于監(jiān)控氣體產(chǎn)率。適當(dāng)?shù)姆椒òy量氣體壓力、氣體流速等。甲烷與二氧化碳的比率也可用于該目的。幾乎任何生物有害物質(zhì)/試劑可以成為所述方法的目標(biāo)，包括細(xì)菌性病原體(例如大腸桿菌、沙門氏菌、李斯特菌)、病毒性病原體(例如，HIV/AIDS、小核糖核酸病毒，例如口蹄疫病毒(FMDV)、馬傳染性貧血病毒、豬繁殖與呼吸綜合征病毒(PRRSV)，又名藍(lán)耳豬 病、豬環(huán)病毒2型、牛皰疹病毒I、牛病毒性腹瀉(BVD)、邊界病病毒(綿羊中)和豬瘟病毒)、寄生病原體、朊病毒、不需要的激素、血液及其他體液。一種特別類型的生物有害物質(zhì)，朊病毒(羊瘙癢癥朊病毒、CWD朊病毒或BSE朊病毒等)是特別令人感興趣的。這種朊病毒可以對蛋白酶K(PK)消化具有抗性，且可以存在于富含蛋白質(zhì)的載體材料中，例如特定風(fēng)險材料(SRM)中。如本發(fā)明所使用的，“特定風(fēng)險材料”是指源自潛在攜帶和/或傳播TSE朊病毒(例如BSE、羊瘙癢癥、CWD、CJD等)的任何年齡的任何動物的組織的通用術(shù)語。這些可以包括顱骨、三叉神經(jīng)節(jié)(與腦連接并接近于顱骨外部的神經(jīng))、腦、眼、脊髓、CNS組織、回腸末端(小腸的一部分)、脊根神經(jīng)節(jié)(與脊髓連接并接近于脊柱的神經(jīng))、扁桃腺、腸、脊柱及其他器官。如本發(fā)明所使用的，“分批方式”是指在AD過程中不將液體或固體材料從反應(yīng)器中去除的情況。優(yōu)選地，AD過程所需的原料及其他材料在分批方式運(yùn)行開始時提供給反應(yīng)器。然而，在某些實施方式中，其他材料可以添加到反應(yīng)器中。相反，以連續(xù)方式或半連續(xù)方式，固體和液體連續(xù)地或周期性地(分別)從AD反應(yīng)器中去除。例如，AD反應(yīng)器可以例如在分批方式運(yùn)行開始時包含微生物的活性接種體。微生物的活性接種體可從先前批次的運(yùn)行中獲得，任選地利用稀釋以調(diào)節(jié)AD反應(yīng)器中的接種體和原料的適當(dāng)體積。一個相關(guān)的優(yōu)點是在運(yùn)行開始時接種體內(nèi)的微生物早已激發(fā)以按最佳速率生成生物氣，這樣峰值生物氣產(chǎn)率可以在相對短的時間內(nèi)，例如約5-10天的時間實現(xiàn)。由于生物氣產(chǎn)率的天然波動，“基本上穩(wěn)定”是指生物氣產(chǎn)率一般偏離平均值不超過50 %，優(yōu)選不超過40 %、30 %、20 %、10 %或更少?；旧戏€(wěn)定的氣體產(chǎn)生速率可以通過周期性地將適量其他基質(zhì)(優(yōu)選不包含大量待破壞的病原體(以分批方式運(yùn)行)的那些)在峰值或平臺氣體產(chǎn)率即將下降的時間點附近添加到厭氧消化反應(yīng)中來維持。在某些實施方式中，達(dá)到峰值生物氣產(chǎn)量后，富含碳的材料也可以半連續(xù)的方式每隔約5-10天一次提供給AD反應(yīng)器，以維持基本上穩(wěn)定的生物氣產(chǎn)量。有許多合適的可用于本發(fā)明的富含碳的材料。在某些實施方式中，所述富含碳的材料可以包括新鮮的植物殘體或其他容易消化的纖維素。AD過程優(yōu)選在嗜熱性條件下進(jìn)行，且這種嗜熱性厭氧消化(或“TAD”)顯示有效地去除多種生物有害物質(zhì)，例如SRM(特定風(fēng)險材料)，包括含有各種朊病毒的材料。TAD為SRM破壞提供若干優(yōu)點，包括其熱效應(yīng)、高pH下的液壓批均質(zhì)系統(tǒng)、酶促催化反應(yīng)的協(xié)同效應(yīng)、揮發(fā)性脂肪酸和/或厭氧細(xì)菌菌落的生物降解。TAD過程也具有允許SRM安全地用作產(chǎn)生生物氣及其他副產(chǎn)物的生物質(zhì)/原料來源的增加優(yōu)點。因此在某些實施方式中，AD反應(yīng)器的溫度控制在大約20°C、25°C、30°C、37°C、40°C、45°C、50°C、55°C、6(TC或以上，以促進(jìn)嗜熱性厭氧消化(TAD)過程。在某些優(yōu)選實施方式中，所述AD過程通過嗜熱性微生物，例如嗜熱性細(xì)菌或古細(xì)菌的聚生體進(jìn)行。優(yōu)選地，TAD過程的起始pH為約8.0，或pH為約7. 5-8. 5。如有必要，pH調(diào)節(jié)劑或緩沖劑可以定期地加入反應(yīng)器中，以在整個AD過程中將pH控制在所需水平。
在某些情況下，常規(guī)TAD可能完全或不完全破壞朊病毒或其他的生物有害物質(zhì)/病原體，可能是因為缺乏特定催化作用所需的必要厭氧細(xì)菌菌落和酶。因此在某些情況下，可以使厭氧微生物馴化，以便它們更適于破壞預(yù)定目標(biāo)。例如，在朊病毒的情況下，可用含有具豐富￠-折疊的蛋白質(zhì)的基質(zhì)進(jìn)行馴化。例如，選定的厭氧消化物可在高溫和極端堿性PH下用包含淀粉樣物質(zhì)的特定基質(zhì)培養(yǎng)約3個月。使用這種馴化的微生物的培養(yǎng)物還可通過監(jiān)控并調(diào)節(jié)生物氣產(chǎn)生特征、組成和總氨氮(TAN)來優(yōu)化，以確保不發(fā)生厭氧消化的抑制。在某些實施方式中，可以添加補(bǔ)充營養(yǎng)物(例如Ca、Fe、Ni或Co)以增加作為揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的丙酸的去除。任選地，厭氧微生物菌落在馴化期間的遺傳進(jìn)化可通過基于實時PCR的基因分型使用專門設(shè)計的引物和探針來分析。此外，可測定這些馴化厭氧微生物批次的凈化能力，并就朊病毒的去除率與常規(guī)TAD進(jìn)行比較。任何種類的病毒性病原體的破壞可通過所述方法實現(xiàn)。可使用所述方法破壞的示例性(非限制性)的病毒性病原體(或包含這類病毒性病原體的生物有害物質(zhì))包括流感病毒(正粘病毒)、冠狀病毒、天花病毒、牛痘病毒、猴痘病毒、西羅尼(West Nile)病毒、牛痘苗病毒(vaccinia virus)、呼吸道合胞體病毒、鼻病毒、動脈炎病毒、線狀病毒、細(xì)小核糖核酸病毒、呼腸孤病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒、乳多泡病毒(pap ova virus)、皰疫病毒、痘病毒、荷德門病毒(headman virus)、星狀病毒(atrocious)、柯薩奇氏(Coxsackie)病毒、副粘病毒科、正粘病毒科、艾柯病毒、腸道病毒、心病毒屬、外衣病毒、棒狀病毒、布尼亞病毒、沙粒病毒、博爾納病毒、腺病毒、細(xì)小病毒、黃熱病病毒、諾瓦克病毒、輪狀病毒及其他腸道病毒。其他的病毒性病原體包括對動物健康有害的那些，特別是在家畜動物中發(fā)現(xiàn)并造成各種病毒性疾病的那些。這些病毒可以存在于家畜動物的疾病組織中。任何類型的細(xì)菌性病原體的破壞可使用所述方法實現(xiàn)?？墒褂盟龇椒ㄆ茐牡氖纠?非限制性)的細(xì)菌性病原體(或包含這類細(xì)菌性病原體的生物有害物質(zhì))包括弓丨起腸感染的細(xì)菌，例如大腸桿菌(特別是產(chǎn)腸毒素的大腸桿菌和大腸桿菌菌株0157:H7)，該細(xì)菌對城市廢水處理造成壓力；引起食品相關(guān)的李斯特菌病爆發(fā)的細(xì)菌，例如單增李斯特菌(Listeria M.),引起細(xì)菌性小腸結(jié)腸炎的細(xì)菌,例如空腸彎曲桿菌(Campylobacterjejuni)、沙門氏菌 EPEC(Salmonella EPEC)和艱難梭菌(Clostridium difficile) 任何類型的寄生性病原體的破壞可使用所述方法實現(xiàn)。可使用所述方法破壞的示例性(非限制性)的寄生性病原體(或包含這類寄生性病原體的生物有害物質(zhì))包括賈蘭第鞭毛蟲(Giardia Iamblia)和隱抱子蟲(Crytosporidium)。真菌或酵母病原體也可使用所述方法消除。任何包含病原體的材料可以用于本申請的方法。例如，在某些醫(yī)院(包括獸醫(yī)院)或保健機(jī)構(gòu)，患者(人類或非人類動物)糞便和/或體液(例如，血)可能是病毒、細(xì)菌和/或寄生性病原體的豐富來源，其應(yīng)該在釋放到公共水體或廢物處理之前排除污染。這種生物廢棄材料可以用作本發(fā)明方法的載體材料。許多類型的朊病毒的破壞可使用所述方法實現(xiàn)。如本發(fā)明所使用，“朊病毒”包括在各種哺乳動物中引起各種形式的傳染性海綿狀腦病(TSE)的所有傳染劑，包括綿羊和山羊的羊瘙癢癥朊病毒、白尾鹿、麋鹿和長耳鹿的慢性消耗性疾病(CWD)朊病毒、牛的BSE朊病毒、水貂的傳染性水貂腦病(TME)朊病毒、貓的貓樣海綿狀腦病(FSE)朊病毒、林羚、羚羊 和旋角大羚羊(greater kudu)的怪異偶蹄蹄類腦病(EUE)朊病毒、鴕鳥的海綿狀腦病朊病毒、人類的克雅氏病(CJD)及其多種朊病毒(例如醫(yī)源性克雅氏病(iCJD)、變異型克雅氏病(vCJD)、家族性克雅氏病(fCJD)和偶發(fā)性克雅氏病(sCJD))、人類的吉斯曼-史特斯勒-先克(GSS)綜合征朊病毒、人類的致死性家族性失眠癥(FFI)朊病毒和人類的苦魯病朊病毒。如有必要，某些真菌性朊病毒樣蛋白也可使用所述方法破壞。這些包括酵母朊病毒(例如在釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中發(fā)現(xiàn)的那些)和柄抱霉(Podosporaanserina)月元病毒。也可以調(diào)節(jié)用于所述方法中的朊病毒或其他的生物有害物質(zhì)/蛋白質(zhì)性病原體的量。在某些實施方式中，約每60到75ml的TAD-組織混合物中存在約I-IOg或約2. 5_5g當(dāng)量的含朊病毒的組織勻漿。對于蛋白載荷接近該范圍上限的TAD-組織混合物，可以根據(jù)本發(fā)明描述的方案將約Ig的富含碳的材料(例如纖維素)添加到每約60-75ml的TAD-組織混合物中。在某些實施方式中，AD反應(yīng)器包含至少約5、6、7、8或9%的最終總固體組分。在某些實施方式中，所述朊病毒對蛋白酶K(PK)消化具有抗性。在某些實施方式中，所述SRM包括CNS組織，例如來自腦、脊髓或其片段/組織勻漿/部分的組織。在某些實施方式中，所述分批方式運(yùn)行持續(xù)少于約20、30、40、50、60、70、80、90、100、110或120天。在分批方式運(yùn)行結(jié)束時，生物有害物質(zhì)/朊病毒的滴度降低至少約2、3或4個對數(shù)級。例如，在某些實施方式中，在約60、30或甚至18天的厭氧消化后，實現(xiàn)生物有害物質(zhì)/朊病毒滴度2個對數(shù)級或以上的降低。在其他的某些實施方式中，在約20、25、30、35、40、45、50、55、60或更多天的嗜熱性厭氧消化后，實現(xiàn)生物有害物質(zhì)/朊病毒滴度3個對數(shù)級或以上的降低。在某些實施方式中，在約30、40、50、60、70、80、90或更多天的嗜熱性厭氧消化后，實現(xiàn)生物有害物質(zhì)/朊病毒滴度4個對數(shù)級或以上的降低。本發(fā)明也部分基于可使用富含蛋白質(zhì)的原料實現(xiàn)增強(qiáng)的厭氧消化生物氣(例如，甲烷或CH4)產(chǎn)生的發(fā)現(xiàn)。此外，生物氣產(chǎn)生還可通過將富含碳的材料(任選和其他富含蛋白質(zhì)的材料一起)半連續(xù)地提供給AD反應(yīng)器來增強(qiáng)，從而維持AD過程期間生物氣產(chǎn)率基本上穩(wěn)定，優(yōu)選還具有高質(zhì)量(即，CH4高于50、55、60、65或70% )。雖然不希望束縛于任何特定理論，觀察到的增強(qiáng)的生物氣產(chǎn)生提示AD過程允許存在于AD生物反應(yīng)器中的各種微生物分解富含蛋白質(zhì)的原料，從而為微生物生長以及最終的甲烷產(chǎn)生補(bǔ)充氮和/或碳(即甲燒生成是聞效的)。因此一方面，本發(fā)明提供用于產(chǎn)生生物氣(優(yōu)選具有較高燃料值和高質(zhì)量)的方法，包括將富含蛋白質(zhì)的原料提供給厭氧消化(AD)反應(yīng)器，其中在到達(dá)生物氣產(chǎn)生的峰值速率后，在AD過程期間維持生物氣產(chǎn)率基本上穩(wěn)定。在某些實施方式中，所述AD反應(yīng)器 可以以分批方式運(yùn)行。在其他實施方式中，AD反應(yīng)器可以以連續(xù)或半連續(xù)方式運(yùn)行，其中AD過程期間連續(xù)或周期性地添加固體/液體和從反應(yīng)器中去除固體/液體。無論何種運(yùn)行方式，富含碳的材料可在AD過程期間提供給反應(yīng)器，以維持生物氣產(chǎn)生的峰值速率。例如，在分批方式中，富含碳的材料可以在達(dá)到峰值生物氣產(chǎn)率后每約
5-10天一次半連續(xù)或周期性地提供給AD反應(yīng)器，以維持基本上穩(wěn)定的生物氣產(chǎn)量。這種富含碳的材料可以包括新鮮的植物殘體或任何其他容易消化的纖維素。在連續(xù)或半連續(xù)方式運(yùn)行中，富含碳的材料和任選的富含蛋白的原料可以一起或順序地/交替地添加，以維持生物氣產(chǎn)生的穩(wěn)定狀態(tài)。在某些實施方式中，所述分批方式運(yùn)行可以持續(xù)小于約30、40、50、60、70、80、90、100,110 或 120 天。在某些實施方式中，生物氣燃料值(由甲烷對CO2之比定義)大致與原料的蛋白含量成正比(或者正性相關(guān))。在最佳條件下，蛋白質(zhì)降解在AD過程的最初5-10天期間迅速發(fā)生。在這期間，峰值蛋白質(zhì)降解與峰值生物氣產(chǎn)率一致。幾乎任何富含蛋白質(zhì)的原料可用于本發(fā)明。在某些實施方式中，所述富含蛋白質(zhì)的原料是特定風(fēng)險材料(SRM)。例如，SRM可以包括一種或多種朊病毒或病原體。這種SRM可以包括CNS組織(例如腦、脊髓或其片段/組織勻漿/部分)。朊病毒可以包括羊瘙癢癥、CffD和/或BSE朊病毒等(如上)。在某些實施方式中，所述朊病毒對蛋白酶K(PK)消化具有抗性。如果包含朊病毒的SRM用作富含蛋白質(zhì)的原料，則優(yōu)選分批方式。在其他實施方式中，富含蛋白質(zhì)的原料可以包含激素、抗體、病毒性病原體或細(xì)菌性病原體或任何其他的蛋白質(zhì)性物質(zhì)。本發(fā)明的另一方面提供蛋白提取方法，以實現(xiàn)厭氧消化物的朊病毒蛋白質(zhì)的最大回收。該方法可以單獨(dú)使用，也可和傳統(tǒng)的化物化學(xué)技術(shù)(例如蛋白質(zhì)印跡法(WB)和任何商業(yè)化BSE-羊瘙癢癥病毒測試試劑盒等)組合使用，以檢驗并記錄TAD過程期間和之后朊病毒的消除率。優(yōu)選地，該分析可包含一系列陽性對照。本發(fā)明的另一方面提供測定消化后樣品中殘余朊病毒的存在和/或相對量的方法。所述方法可以包括用于朊病毒檢測的一種或多種技術(shù)，或其組合。在優(yōu)選的實施方式中，如圖3所示，在AD過程期間的任何給定時間獲得的消化后樣品可以進(jìn)行連續(xù)多輪分析，包括EIA、蛋白質(zhì)印跡法(WB)、iCAMP和轉(zhuǎn)基因小鼠的生物分析，從而僅當(dāng)前一水平(較不敏感，但是更便宜/更容易/較快)的分析不能確認(rèn)樣品中朊病毒的不存在時才進(jìn)行下一水平(更敏感，但是昂貴/更困難/較慢)的分析。例如，如果EIA足以檢測朊病毒的存在，將不必進(jìn)行更復(fù)雜的分析以確認(rèn)朊病毒的存在。只有當(dāng)EIA不能檢測朊病毒時，WB才對于下一水平的分析變得有必要。類似地，在某些實施方式中，當(dāng)WB在進(jìn)行多次測試后仍不能檢測朊病毒時，則可使用稱為錯誤折疊蛋白的體外循環(huán)擴(kuò)增(iCAMP)的高靈敏度檢測方法來驗證在TAD排放物中不存在朊病毒(由此驗證朊病毒的破壞)。在某些實施方式中，反復(fù)陰性的iCAMP樣品可再用例如用于基于小鼠的生物分析來進(jìn)行檢驗，以確定朊病毒凈化的生物安全終點并確保向環(huán)境零排放任何朊病毒。這些朊病毒檢測方法是本領(lǐng)域熟知的。參見Groschup和Buschmann, RodentModels for Prion Diseases, Vet. Res. 39 :32, 2008 (以引用方式合并于此)。例如,若干轉(zhuǎn)基因小鼠模型(例如，Tg 20)可用于驗證朊病毒/羊瘙癢癥病毒在AD滅活前后的傳染性及傳播性。朊病毒研究中這種轉(zhuǎn)基因小鼠的大多數(shù)是已敲除其內(nèi)源性朊病毒基因的敲除小鼠。它們通常對朊病毒病原體(包括來自不同物種的朊病毒病原體)具有較高易感性。朊病毒表現(xiàn)的癥狀-感染動物腦組織的病理改變-可使用免疫組織化學(xué)方法來檢測或驗證，該方法是用于診斷朊病毒疾病的最可靠分析之一。例如，US 2002-0004937A1描述了這樣一種用于朊病毒檢測的轉(zhuǎn)基因小鼠模型，包括將動物的朊病毒基因(例如，人類、牛、綿羊、小鼠、大鼠、倉鼠、水貂、羚羊、黑猩猩、大猩 猩、恒河猴、絨猴和松鼠猴等的朊病毒基因)引入小鼠(優(yōu)選已敲除其內(nèi)源性朊病毒基因的小鼠)中以產(chǎn)生朊病毒基因改造小鼠，并確定當(dāng)朊病毒基因改造小鼠表現(xiàn)心臟異常時朊病毒基因是異常的。使用該小鼠，可例如通過以下方式來測定AD前后的朊病毒滴度用樣品(AD之前/之后)接種轉(zhuǎn)基因小鼠，并觀察朊病毒基因改造小鼠中心肌病的存在。摻有已知滴度的相同類型的對照朊病毒的樣品可用于相同實驗中以定量測定本發(fā)明TAD過程之前/之后的朊病毒滴度。更具體地說，為用于本發(fā)明中，例如在第30天或之后(其中無朊病毒蛋白可通過蛋白質(zhì)印跡或“WB”檢測)獲得樣品，并過濾以滅菌。然后約50到SOiU (通常小于約IOOu I)的滅菌樣品注入麻醉狀態(tài)的選定的轉(zhuǎn)基因小鼠的腦中，且在相同品系的小鼠中使用未消化的朊病毒/羊瘙癢癥病毒作為對照。觀察天數(shù)通常為接種后100到150天。在較早時間點，例如第18、11或甚至第6天(當(dāng)WB可以顯示可檢測水平的朊病毒/羊瘙癢癥病毒)獲取的較早樣品用于平行試驗，以確定AD基本上消除樣品中的活性朊病毒的時間段。這種類型的生物分析使得可以確定朊病毒/羊瘙癢癥病毒是否已經(jīng)失去其傳染性，即使朊病毒蛋白質(zhì)本身仍可通過WB檢測到。本領(lǐng)域可獲得最合適的轉(zhuǎn)基因小鼠，包括從商業(yè)機(jī)構(gòu)(例如，JacksonLaboratory)獲得。在某些實施方式中，可使用質(zhì)譜法及其他蛋白質(zhì)組工具來研究消化后樣品中的朊病毒滅活的機(jī)制及其構(gòu)象變化(參見圖3)。該下游研究可以進(jìn)一步擴(kuò)展朊病毒結(jié)構(gòu)及其相關(guān)發(fā)病機(jī)理的一般知識，并為基礎(chǔ)研究人員提供協(xié)同的機(jī)會以探索朊病毒的基本知識和開發(fā)用于治療人類朊病毒相關(guān)疾病(例如CJD)的藥物。根據(jù)本發(fā)明可以實現(xiàn)多個優(yōu)點。例如，可通過TAD在30天、60天或100天內(nèi)完全破壞朊病毒(羊瘙癢癥或BSE等)及其傳染性。同時，與常規(guī)厭氧消化相比，TAD過程可以利用含有經(jīng)消毒朊病毒的富含蛋白質(zhì)的SRM，而非需要高成本處理來進(jìn)行恰當(dāng)處置的廢物材料，從而增加生物氣的燃料值。因此，可同時實現(xiàn)多種社會和經(jīng)濟(jì)效益，包括允許養(yǎng)牛業(yè)以經(jīng)濟(jì)的方式處理SRM，滿足某些政府規(guī)章，保護(hù)環(huán)境免受朊病毒病原體的可能污染，降低處置通過其他方法處理的SRM造成的環(huán)境足跡，且同時產(chǎn)生有價值的生物氣。因此，嗜熱性厭氧消化過程可以良好地經(jīng)由酶促催化和系統(tǒng)中厭氧細(xì)菌菌落的生物降解的組合來有效地消除SRM中的朊病毒，并將富含蛋白質(zhì)的SRM轉(zhuǎn)化為生物能和生物肥料。
具體實施例方式上文已對本發(fā)明進(jìn)行大致描述，下面部分提供闡明本發(fā)明的一般原理的例舉性試驗設(shè)計。所述實施例僅用于解釋目的，而非在任何方面進(jìn)行限制。另外，盡管一些以下實施例基于朊病毒蛋白，但預(yù)期在相似實驗中，基于其它較不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)基生物有害材料，包括激素、抗體、病毒性病原體、細(xì)菌性病原體和/或雜草種子等的表現(xiàn)相似(如果不是相同的話)。實施例I :嗜熱性厭氧消化(TAD)過程消除羊瘙癢癥朊病毒并提高生物氣產(chǎn)量羊瘙癢癥朊病毒(一種對蛋白酶K(PK)消化具有很強(qiáng)抗性的朊病毒)用作該實驗 中的模型，以闡明TAD過程對朊病毒破壞的有效性。將高(4g)和低(2g)劑量的羊瘙癢癥腦組織勻漿(20% )摻入實驗室規(guī)模的TAD消化器中，并將溫度設(shè)置在55°C。以分批方式持續(xù)消化最長90天。在第0、10、30、60和90天從實驗組和對照組中采集約5mL消化物用于評估羊瘙癢癥病毒降解。使用含0. 5% SDS的緩沖液從消化物中回收羊瘙癢癥病毒(PrPse)(從CFIA國家參考實驗室(CFIA NationalReference Lab)獲得)及細(xì)胞朊病毒(PrPe)(回收率為約75到82% )。將細(xì)胞朊病毒和羊瘙癢癥朊病毒兩者在12. 5% SDS-PAGE凝膠中解析并通過免疫印跡法使用單克隆抗體(F89，Sigma)檢測。使用微氣相色譜法(GC)常規(guī)地監(jiān)控生物氣產(chǎn)生，以評估厭氧菌活性和評價富含蛋白質(zhì)的基質(zhì)對生物氣產(chǎn)生的作用。結(jié)果顯示羊瘙癢癥病毒以時間依賴性的方式降解。盡管在大約第10天細(xì)胞朊病毒已經(jīng)消失，但在第30天在TAD消化器中沒有觀察到羊瘙癢癥病毒帶?；陔娔X輔助的半定量免疫印跡法圖像估計，在30天內(nèi)羊瘙癢癥病毒減低至少約2. 0個對數(shù)級或更多。同時，在富含蛋白質(zhì)的TAD中生物氣產(chǎn)生及其燃料值(甲烷與CO2之比)明顯增強(qiáng)。在90天的AD消化期間，以高劑量蛋白(384.42±6. 54NmL)獲得比無蛋白的TAD對照(145. 93±10. 33NmL)高約2. 6倍的甲烷和在低劑量蛋白TAD (284. 39±2. 02NmL)中獲得約
I.9倍高的甲烷。數(shù)據(jù)表明，分批TAD可有效地用作生物和環(huán)境友好的方法以凈化SRM中的朊病毒，并將生物有害物質(zhì)的SRM轉(zhuǎn)化成用于生產(chǎn)生物氣及其他增值副產(chǎn)物的安全原料。該方法不僅降低朊病毒的環(huán)境足跡，而且對養(yǎng)牛業(yè)和本地社區(qū)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。實施例2 :在最佳條件下分批TAD中BSE消除的效力和動力學(xué)具有證實的BSE的牛腦組織及其他類型的SRM組織(例如脊髓、淋巴結(jié)或唾液腺)從CFIA國家BSE參考實驗室獲得，并在冰上在磷酸鹽緩沖鹽水(PBS)中勻漿。基于上述研究的結(jié)果，將單獨(dú)的20%腦組織勻漿或與其他組織混合的組織勻漿摻入稀釋的消化物(最終總固體為約7% )中，該消化物新從Vegreville的MUS 示范工廠獲得。在生物安全 III 級實驗室(例如，在 Laboratory Building of Alberta Agriculture and RuralDevelopment)的生物安全柜(IIB級)中進(jìn)行整個程序。在低和高劑量組的TAD-組織混合物中，組織勻漿的最終含量分別為約2. 5和5克(新鮮組織當(dāng)量)。然后將混合物置于帶螺旋蓋的安全涂覆的玻璃瓶中。在溫度設(shè)置為55°C且pH為8的培養(yǎng)箱中開始厭氧消化，并設(shè)置特定對照(研究設(shè)計參見表I)。表I、實驗設(shè)計
權(quán)利要求
1.用于降低可能存在于載體材料中的生物有害物質(zhì)的滴度的方法，包括將載體材料提供給厭氧消化(AD)反應(yīng)器并在AD過程期間維持生物氣產(chǎn)率基本上穩(wěn)定。
2.權(quán)利要求I的方法，其中所述生物有害物質(zhì)包含激素、抗體、體液、病毒性病原體、細(xì)菌性病原體和/或雜草種子。
3.權(quán)利要求I的方法，其中所述生物有害物質(zhì)包含朊病毒。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述朊病毒是羊瘙癢癥朊病毒、CffD朊病毒或BSE朊病毒。
5.權(quán)利要求3或4的方法，其中所述朊病毒對蛋白酶K(PK)消化具有抗性。
6.權(quán)利要求1-5任一項的方法，其中所述載體材料包含富含蛋白質(zhì)的材料。
7.權(quán)利要求1-6任一項的方法，其中所述載體材料包含特定風(fēng)險材料(SRM)。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述SRM包括CNS組織(例如腦、脊髓或其片段/組織勻漿/部分)。
9.權(quán)利要求1-8任一項的方法，其中所述AD反應(yīng)器以分批方式、半連續(xù)方式或連續(xù)方式運(yùn)行。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述分批方式持續(xù)少于約O.5hr、lhr、2hr、5hr、10hr、24hr、2天、3天、4天、5天、6天、7天、10天、20天、30天、40天、50天或60天。
11.權(quán)利要求9或10的方法，其中所述生物氣產(chǎn)率在分批方式運(yùn)行開始后約O.5-5hr、1-7天或5-10天達(dá)到峰值。
12.權(quán)利要求1-11任一項的方法，其中在達(dá)到峰值生物氣產(chǎn)量后每約O.5-5hr、l-7天或5-10天一次半連續(xù)地將富含碳的材料提供給AD反應(yīng)器，以維持基本上穩(wěn)定的生物氣產(chǎn)量。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述富含碳的材料包括新鮮的植物殘體或其他容易消化的纖維素。
14.權(quán)利要求1-13任一項的方法，其中所述AD反應(yīng)器在分批方式運(yùn)行開始時包含微生物的活性接種體。
15.權(quán)利要求1-14任一項的方法，其中AD過程通過厭氧微生物-例如嗜低溫性微生物、嗜中溫性微生物或嗜熱性微生物-的聚生體進(jìn)行。
16.權(quán)利要求15的方法，其中所述嗜熱性微生物用包含具有豐富β_折疊的蛋白質(zhì)的基質(zhì)馴化。
17.權(quán)利要求15的方法，其中所述嗜熱性微生物通過在高溫和極端堿性pH下用包含淀粉樣物質(zhì)的基質(zhì)培養(yǎng)而馴化。
18.權(quán)利要求1-17任一項的方法，還包括添加一種或多種選自Ca、Fe、Ni或Co的補(bǔ)充營養(yǎng)物。
19.權(quán)利要求1-18任一項的方法，其中所述AD在約20°C、25°C、30°C、37°C、40°C、45 °C、50°C、55 °C、60°C或更高溫度下進(jìn)行。
20.權(quán)利要求1-19任一項的方法，其中約30天或18天的厭氧消化后實現(xiàn)生物有害物質(zhì)的滴度2個對數(shù)級或更多的降低。
21.權(quán)利要求1-20任一項的方法，其中約30或60天的厭氧消化后實現(xiàn)生物有害物質(zhì)的滴度4個對數(shù)級或更多的降低。
22.用于產(chǎn)生生物氣的方法，包括將富含蛋白的原料提供給厭氧消化(AD)反應(yīng)器，其中在AD過程期間生物氣產(chǎn)率基本上保持穩(wěn)定。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述AD反應(yīng)器以分批方式運(yùn)行。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述AD反應(yīng)器在分批方式運(yùn)行開始時包含微生物的活性接種體。
25.權(quán)利要求23或24的方法，其中所述分批方式持續(xù)少于約O.5hr、lhr、2hr、5hr、10hr、24hr、2天、3天、4天、5天、6天、7天、10天、20天、30天、40天、50天或60天。
26.權(quán)利要求22-25任一項的方法，其中所述生物氣產(chǎn)率在分批方式運(yùn)行開始后約O.5-5hr、l-7天或5-10天達(dá)到峰值。
27.權(quán)利要求22-26任一項的方法，其中在達(dá)到峰值生物氣產(chǎn)量后每約O.5-5hr、l-7天或5-10天一次半連續(xù)地將富含碳的材料提供給AD反應(yīng)器，以維持基本上穩(wěn)定的生物氣產(chǎn)量。
28.權(quán)利要求27的方法，其中所述富含碳的材料包括新鮮的植物殘體或其他容易消化的纖維素。
29.權(quán)利要求22-28任一項的方法，其中所述富含蛋白質(zhì)的原料包括激素、抗體、病毒性病原體或細(xì)菌性病原體。
30.權(quán)利要求22-29任一項的方法，其中所述富含蛋白質(zhì)的原料是特定風(fēng)險材料(SRM)。
31.權(quán)利要求30的方法，其中所述SRM包含一種或多種朊病毒或病原體。
32.權(quán)利要求31的方法，其中所述朊病毒包括羊瘙癢癥、CffD和/或BSE朊病毒。
33.權(quán)利要求31的方法，其中所述朊病毒對蛋白酶K(PK)消化具有抗性。
34.權(quán)利要求30-33任一項的方法，其中所述SRM包括CNS組織(例如，腦、脊髓或其片段/組織勻漿/部分)。
35.權(quán)利要求31-34任一項的方法，其中約30天或18天的厭氧消化后實現(xiàn)朊病毒的滴度2個對數(shù)級或更多的降低。
36.權(quán)利要求31-35任一項的方法，其中約30或40天的厭氧消化后實現(xiàn)朊病毒的滴度3個對數(shù)級或更多的降低。
37.權(quán)利要求31-36任一項的方法，其中約30或60天的厭氧消化后實現(xiàn)朊病毒的滴度4個對數(shù)級或更多的降低。
38.權(quán)利要求22-37任一項的方法，其中所述AD在約20°C、25°C、30°C、37°C、40 V、45 °C、50°C、55 °C、60 V或更高溫度下進(jìn)行。
39.權(quán)利要求22-38任一項的方法，其中進(jìn)行AD的細(xì)菌包括嗜熱性微生物的聚生體，和/或厭氧微生物例如嗜低溫性微生物、嗜中溫性微生物或嗜熱性微生物的聚生體。
40.權(quán)利要求22-39任一項的方法，其中進(jìn)行AD的細(xì)菌用包含具有豐富β-折疊的蛋白質(zhì)的基質(zhì)馴化。
41.權(quán)利要求22-40任一項的方法，其中進(jìn)行AD的細(xì)菌通過在高溫和極端堿性pH下用包含淀粉樣物質(zhì)的基質(zhì)培養(yǎng)3個月而馴化。
42.權(quán)利要求22-41任一項的方法,還包括添加一種或多種選自Ca、Fe、Ni或Co的補(bǔ)充營養(yǎng)物。
43.用于降低可能存在于載體材料中的病毒性生物有害物質(zhì)的滴度的方法，包括使載體材料與厭氧消化(AD)消化物，優(yōu)選嗜熱性厭氧消化(TAD)消化物的液體部分接觸。
44.權(quán)利要求43的方法，其中所述接觸步驟在37°C或室溫(例如，約20-25°C )下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于使用厭氧消化(AD)過程、尤其是嗜熱性厭氧消化(TAD)來破壞生物有害物質(zhì)的系統(tǒng)和方法，所述生物有害物質(zhì)包括含朊病毒的特定風(fēng)險材料(SRM)、病毒和/或細(xì)菌病原體等。本發(fā)明的額外優(yōu)點還包括利用可含有這種生物有害物質(zhì)的原料從而以改善生物氣質(zhì)量和數(shù)量的形式來實現(xiàn)提高的生物氣產(chǎn)生。
文檔編號A62D3/02GK102802737SQ201080028455
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者李筱梅, 高鐵軍 申請人:高原再生能源研發(fā)有限公司