利用稻草生產黃腐酸的方法
2023-06-16 21:15:11 1
專利名稱：利用稻草生產黃腐酸的方法
技術領域：
本發明與生物發酵技術有關，特別與利用生物技術綜合開發利用農業廢棄物有關，更具體地說與通過微生物複合菌群發酵稻草生產生化黃腐酸的方法有關。
背景技術：
農作物秸稈是一種有機物，其中碳、氧、氫三種化學成分總和佔95%以上，其餘為鉀、氮、磷、矽、鈣、鎂、硫、鐵、鎂等礦質元素；有機成分以纖維素、半纖維素為主，其次是木質素、蛋白質、脂肪、灰分等。稻草主要成分為全氮8. 1克/千克，全碳426. 1克/千克，碳/ 氮(C/N) 52. 6，水溶性氮2.7克/千克，水溶性碳45.7克/千克，水溶性碳/氮(C/N) 16. 9， 半纖維素177. 9克/千克，纖維素觀8. 4克/千克，木質素61. 3克/千克，二氧化矽152. 3 克/千克。我國每年有稻草約1.8億噸，佔全國秸稈總量的25.4%，是我國第一大秸稈資源， 是開發新型有機物原料的寶貴資源。目前約10 20%的稻草秸稈作草食動物飼料；20% 左右直接作為燃料或生物質能源；造紙或其它工業原料不到3%，其餘的大部分稻草秸稈被閒置廢棄形成新的農業垃圾或就地焚燒汙染環境。黃腐酸是一類成分較為複雜的混合物，含有大量具有生長活性的酶類、胺基酸、維生素等生理效應物質以及微量元素養分，對促進植株生長發育、健壯根系有顯著功效。也是目前發現的能最有效調節葉面氣孔開張度的生理活性物質，應用於農業生產上可協調植物葉面氣孔對蒸騰、乾旱的調控效應，保持植株和土壤較多的水分過度蒸發，從而增強植物抗旱性能。目前國內外生產黃腐酸主要①利用泥炭、褐煤以及風化煤等煤炭資源，通過化學方法降解，然後提取黃腐酸類物質。該法對環境有不利影響；②模擬天然黃腐酸生成過程， 以多元酚、醌、尿素、木質素。纖維、含氮有機物等進行氧化合成黃腐酸類混合物，該法成本一般比較高；③以農副產品的下腳料如糖渣、果渣、啤酒廠廢酵母等為原料，利用生物發酵生產黃腐酸，目前該方法受原料資源本身特性差異，需要針對不同的物料篩選特定的微生物群落更有利於提高效率。
發明內容
本發明的目的是為了提供一種能大大縮短發酵周期，大大提高發酵效率和黃腐酸收率，利於環保的利用稻草生產生化黃腐酸的方法。本發明的目的是這樣來實現的本發明利用稻草生產生化黃腐酸的方法，該方法包括以下步驟1)配備稻草秸杆和養分養分包括麩皮、糠皮、豆粕或花生餅、氮源，麩皮和糠皮主要提供磷、鐵、鈣、鎂、鉀等礦質養分以及維生素等微生物生長所需的生長因子，麩皮與糠皮按照2 1比例混合；豆粕或花生餅主要提供微生物快速生長所需蛋白質、胺基酸等養分，氮源主要提供微生物快速生長所的氮素養分；2)稻草秸杆軟化處理機械破碎稻草至變軟，浸泡於重量百分濃度3 4%的石灰水溶液中，24 4 後撈出，軟化好的稻草質地柔軟，茶褐色，含水量60 70% (將草緊擰見水漬而不下滴)，稻草不同於其它農作物秸稈，由於水稻是典型的喜矽作物，其莖葉乾物質中含SiA達15 % 20 %，水稻秸稈矽質不僅存在於矽質細胞內，而且在所有表皮細胞表面都積累有許多矽質化大分子不可溶解的晶體結構，這種矽化物晶體結構在細胞壁與半纖維素、木質素形成角質一矽一蠟層特殊屏障結構，使得稻草表皮的機械強度遠遠高於其它作物秸稈，從而構成保護稻草秸稈被生物降解的特殊屏障。因此，稻草秸稈微生物發酵前的軟化處理，破壞其「特殊屏障」是以下深度發酵製備黃腐酸的關鍵技術環節；3)第一階段微生物發酵經充分軟化處理的稻草秸稈，按高1 1. 5米、寬1. 5 2 米，分三層接種堆積發酵，其中一、二層各厚30 60cm，第三層20 50cm，分別在各層之間接種發酵混合菌劑，撒施養分，每噸稻草秸稈混合菌劑用量20 100kg、養分100 200kg， 各層之間養分及菌種至下而上按照重量比4 5 3 4 1 2分配，接種完成後將發酵堆體頂和四周稍壓實拍平，用直徑3 5cm的棍每隔50 70cm從頂部垂直向下打洞，再覆薄膜和草簾保溼保溫，當料溫上升到至少60°C時，維持M-48小時，翻堆至少2次，完成第一階段微生物發酵；4)第二階段微生物發酵經過第一階段的發酵所得的發酵物料基本形成固液混合物，再次接種混合發酵菌液，並補充微生物生長所必需的養分，完成第二階段固液混合物深度發酵過程，每噸固液混合物用混合發酵菌液量控制在20 50kg，養分補充量為第一階段用量的50 70%，第二階段為糖化固液混合物深度發酵；5)製備黃腐酸經充分發酵後的固液混合物，板框擠壓過濾得到的懸浮液體，通過0. 1 0. 2mol/L鹼液溶解抽提分離，調PH 2. 0所得液體部分為黃腐酸母液，黃腐酸含量可達到10 30%，黃腐酸母液經濃縮精製乾燥，製得60 70%的黃腐酸固體物。上述步驟所製得的黃腐酸母液，含有大量具有生長活性的酶類、胺基酸、維生素等生理效應物質以及微量元素養分，對促進植株生長發育、健壯根系有顯著功效。可用於生產抗旱肥料、植物蒸騰劑抑制劑、植物葉面肥、促根劑等精細農化產品。上述步驟過濾所得濾渣含有豐富的微生物菌落及有機活性養分，可進一步製備微生物菌劑，用於秸稈還田的催腐劑；也可以直接用於製備生物有機菌肥，作為基肥施用。上述的發酵混合菌劑是按以下步驟製備的1)準備第一發酵菌種組放線菌、鏈黴菌、巨大芽孢桿菌；準備第二發酵菌種組 纖維菌、纖維多囊菌、熱纖維梭菌；準備第三發酵菌種組枯草芽孢桿菌；準備第四發酵菌種組黑麴黴、綠色木黴；某一種菌種濃度或比例最大不超過3份，以避免優勢菌種過度繁殖而影響發酵深度，具體混合比例根據稻草前處理狀況、發酵期間環境溫度、乾濕狀況篩選確定。在前處理比較一致的情況下，冬季發酵要求第一、二組按較高比例進行混合，夏天發酵要求第三、四組按較高比例混合，春秋兩季按照平均比例進行；2)將上述四組發酵菌種組中每組至少1種菌種、按照各菌種生長特性進行放大培養，當菌種濃度分別達到IX IO9 1(1個/克的濃度後，按照1 3 1 3 1 3 1 3比例進行混合，即製得發酵混合菌劑；某一種菌種濃度或比例最大不超過2份，以避免優勢菌種過渡繁殖而影響黃腐酸質量。上述的方法中將米麴黴、產朊假絲酵母、假單胞桿菌、熱帶假絲酵母、釀酒酵母中的3 4種菌種，按照各菌種生長特性，進行放大培養，當菌種濃度分別達到1 X IO9 1(1個/ 克的濃度後，按照1 2 1 2 1 2或1 2 1 2 1 2 1 2比例進行混合，即製得混合發酵菌液。上述的氮源包括尿素、碳酸氫銨、磷酸二銨、磷酸一銨中的至少1種。本發明方法以稻草為原料，採用細菌、真菌等微生物多菌群組合，按照物料狀態混合生物發酵技術，降解稻草中的纖維、半纖維、木質素等碳水化合物為小分子的黃腐酸活性物，並經分級、抽離、濃縮得到高含量黃腐酸產品，並以此黃腐酸為原料製備抗旱、防凍系列應用製劑，微生物催腐劑，生物有機肥等農用生物產品。本發明方法具有以下優點①針對稻草的特殊結構和化合物組成，篩選高效菌群組合，採用「機械軟化處理一兩段式發酵」工藝路線進行深度發酵，將稻草中的大分子碳水化合物降解成小分子活性黃腐酸類化合物。採用機械破碎處理解決了稻草生物降解中「特殊屏障結構」的保護作用；同時，通過兩段式發酵有效解決了不同菌群對空氣的需求差異，有助優勢菌群的培養，大大縮短了發酵周期，加強了發酵深度，大大提高了發酵效率和黃腐酸收率；②本發明所用菌種都是已知菌種，可通過商業手段、從腐殖土、糞便等中分離篩選目標菌株或其它途徑獲得，因而所用菌種資源不會限制本發明技術的實施，其放大培養方法也是常規方法，屬於公知技術。③本發明工藝方法，其生物發酵過程不受季節溫度的限制，一年四季均可進行；其生產過程沒有高溫、高壓等特殊條件或特殊設備要求，整個生產過程條件溫和，沒有任何安
^^^ 急 ^^ ο④本發明以我國最大的秸稈資源稻草為原料製備小分子生化黃腐酸活性化合物， 既是對我國大量的可再生資源的高效利用，變廢為寶，又是對生態環境的維護；同時整個工藝方法沒有三廢排放，所有主產物、副產物都被充分利用與開發，因此，本發明所述及黃腐酸製備工藝方法是非常高效、清潔、環保的技術方法。
具體實施例方式實施例1 原料準備新鮮稻草秸稈5t，4%石灰水2t，麩皮300kg，糠皮150kg，豆粕75kg，磷酸二銨150kg，碳酸氫銨150kg第一階段發酵混合菌劑100kg，其中第一 第四發酵菌種組比例按1 :1:3:3 進行，具體用量如下放線菌(Sti^ptomyces spim) 5kg，菌種濃度1 X IO9 1(1個/克、巨大芽孢桿菌 (Bacillus mega terium) 5kg，菌種濃度 1 X IO9 1 個 / 克熱纖維梭菌(clostridimnthermocellum) 10kg，菌種濃度 1 X IO9 1CI 個 / 克枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis) 30kg，菌種濃度1 X IO9 1CI個/克黑麴黴(Aspergillusniger van tieghem) 15kg，菌種濃度 1 X IO9 1CI 個 / 克、綠色木黴(Trichoderma viride Pes) 15kg，菌種濃度 1 X IO9 1CI 個 / 克第二階段菌混合發酵菌液100kg，各菌種比例按1 1 1進行，其中產朊假絲酵母33kg，菌種濃度分別達到IXlO9 1(1個/克假單胞桿菌33kg，菌種濃度分別達到IXlO9 1(1個/克釀酒酵母34kg，菌種濃度分別達到IXlO9 1(1個/克
上述各菌種是採用公知的常規放大培養方法按照各菌種生長特性進行放大培養的。製備方法第一步，將5t稻草鋪在乾淨地面上，用石磙反覆碾壓至稻草變軟，浸泡於4%的石灰水溶液中，24h後撈出，攤晾至含水量60 %。第二步，將軟化處理的稻草秸稈，按高1米、寬1. 5米，長度不限，分三層接種堆積發酵。其中，一層厚30cm，二層厚40cm，第三層30cm，並將混合好的第一階段發酵混合菌劑 IOOkg按照至下而上4 4 2比例撒施於各層之間，同時撒施麩皮200kg，糠皮100kg，豆粕50kg，磷酸二銨100kg，碳酸氫銨100kg，各層之間養分用量按照至下而上4 4 2分配，接種完成後將發酵堆體頂和四周稍壓實拍平，用直徑3cm的木棍每隔50cm從頂部垂直向下打洞，再覆薄膜和草簾保溼保溫，當料溫上升至60°C以上時，維持48h，翻堆。如此翻堆 2次，完成第一階段微生物發酵。在第二次翻堆後24h後，均勻接種預先混合好的第二階段的混合發酵菌液，並補充麩皮100kg，糠皮50kg，豆粕25kg，磷酸二銨50kg，碳酸氫銨50kg 養分，要求菌種、養分、物料必須均勻混合，確保微生物良好生長，促進第二階段徹底發酵。第三步，製備黃腐酸經充分發酵後的固液混合物，板框擠壓過濾得到的懸浮液體，通過0. lmol/LnaOH(也可用KOH等)鹼液溶解抽提分離，調pH 2. 0所得液體部分為黃腐酸母液，黃腐酸含量> 15%，黃腐酸母液經濃縮精製乾燥，可得到60%的黃腐酸固體物。
第四步，取黃腐酸母液，加入表面活性劑(如吐溫80)，磷酸二氫鉀等，控制黃腐酸含量至1-3 %，0. 01 %吐溫80，0. 5-1 %磷酸二氫鉀，即為蒸騰抑制劑。也可取母液加微量元素或N、P、K養份，製備抗旱肥，各組分含量以產品稀釋倍數調整。第五步，過濾後的酵渣，微生物有效活菌數彡1 X 107 8個/克，有機質彡40%，直接低溫造粒後，即為生物菌肥。實施例2 原料準備自然風乾稻草5噸，4%石灰水4t，麩皮700kg，糠皮350kg，花生餅 200kg，尿素 400kg，磷酸一銨 200kg第一階段發酵混合菌劑500kg，其中第一 第四發酵菌組比例按1 1 1 1進行，具體用量如下放線菌(Str印tomycesspim)65kg，菌種濃度1 X IO9 1CI個/克、鏈黴菌 (Streptomyces) 60kg,菌種濃度 1 X IO9 10/ 克纖維菌(Cytophagal) 65kg，菌種濃度1 X IO9 1(1個/克，纖維多囊菌(Poly angiumcellulosum) 60kg,菌種濃度 1 X IO9 1CI 個 / 克枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis) 125kg，菌種濃度1 X IO9 1CI個/克黑麴黴(Aspergillusniger van tieghem) 65kg，菌種濃度 1 X IO9 1 個 / 克、綠色木黴(Trichoderma viride Pes) 60kg，菌種濃度 1 X IO9 1CI 個 / 克第二階段混合發酵菌液250kg，各菌種比例按2 :1:1: 1進行，其中產朊假絲酵母100kg，菌種濃度分別達到1 X IO9 1(1個/克假單胞桿菌50kg，菌種濃度分別達到IXlO9 1(1個/克熱帶假絲酵母50kg，菌種濃度分別達到IXlO9 1(1個/克釀酒酵母50kg，菌種濃度分別達到IXlO9 1(1個/克。
製備方法第一步，將5t稻草鋪在乾淨地面上，用石磙反覆碾壓至稻草變軟，浸泡於3%的石灰水溶液中，48h後撈出，攤晾至含水量65 %。第二步，將軟化處理的稻草秸稈，按高1. 5米、寬2米，長度不限，分三層接種堆積發酵。其中，一層厚40cm，二層厚60cm，第三層50cm，並將混合好的第一階段發酵混合菌劑 500kg按照至下而上5 3 2比例撒施於各層之間，同時撒施麩皮350kg，糠皮17^g，花生餅100kg，磷酸一銨100kg，尿素200kg，各層之間養分用量按照至下而上5 3 2分配， 接種完成後將發酵堆體頂和四周稍壓實拍平，用直徑3cm的木棍每隔50cm從頂部垂直向下打洞，再覆薄膜和草簾保溼保溫，當料溫上升至80°C以上時，維持Mh，翻堆。如此翻堆2次， 完成第一階段發酵。在第二次翻堆後4 後，均勻接種預先混合好的第二階段混合發酵菌液，並補充麩皮:350kg，糠皮17Ag，花生餅100kg，磷酸一銨100kg，尿素200kg養分，要求菌種、養分、物料必須均勻混合，確保微生物良好生長，促進第二階段徹底發酵第三步，製備黃腐酸經充分發酵後的固液混合物，板框擠壓過濾得到的懸浮液體，通過0. 2mol/LNa0H鹼液溶解抽提分離，調pH 2. 0所得液體部分為黃腐酸母液，黃腐酸含量> 30%，黃腐酸母液經濃縮精製乾燥，可得到> 70%的黃腐酸固體物。其餘具體操作同實施例1。上述實施例是對本發明的上述內容作進一步的說明，但不應將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於上述實施例。凡基於上述內容所實現的技術均屬於本發明的範圍。
權利要求
1.利用稻草生產生化黃腐酸的方法，該方法包括以下步驟1)配備稻草秸杆和養分養分包括麩皮、糠皮、豆粕或花生餅、氮源；2)稻草秸杆軟化處理機械破碎稻草至變軟，浸泡於重量百分濃度3 4%的石灰水溶液中，M 4 後撈出，軟化好的稻草質地柔軟，茶褐色，含水量60 70% ；3)第一階段微生物發酵經充分軟化處理的稻草秸稈，按高1 1.5米、寬1. 5 2米， 分三層接種堆積發酵，其中一、二層各厚30 60cm，第三層20 50cm，分別在各層之間接種發酵混合菌劑，撒施養分，每噸稻草秸稈混合菌劑用量20 100kg、養分100 200kg，各層之間養分及菌種至下而上按照重量比4 5 3 4 1 2分配，接種完成後將發酵堆體頂和四周稍壓實拍平，用直徑3 5cm的棍每隔50 70cm從頂部垂直向下打洞，再覆薄膜和草簾保溼保溫，當料溫上升到至少60°C時，維持M-48小時，翻堆至少2次，完成第一階段微生物發酵；4)第二階段微生物發酵經過第一階段微生物發酵所得的發酵物料基形成固液混合物，再次接種混合發酵菌液，並補充微生物生長所必需的養分，完成第二階段固液混合物深度發酵過程，每噸固液混合物用混合發酵菌液量控制在20 50kg，養分補充量為第一階段用量的50 70% ；5)製備黃腐酸經充分發酵後的固液混合物，板框擠壓過濾得到的懸浮液體，通過 0. 1 0. 2mol/L鹼液溶解抽提分離，調pH 2. 0所得液體部分為黃腐酸母液，黃腐酸含量可達到10 30%，黃腐酸母液經濃縮精製乾燥，製得60 70%的黃腐酸固體物。
2.如權利要求1所述的利用稻草生產生化黃腐酸的方法，其特徵在於發酵混合菌劑是按以下步驟製備的1)準備第一發酵菌種組放線菌、鏈黴菌、巨大芽孢桿菌；準備第二發酵菌種組纖維菌、纖維多囊菌、熱纖維梭菌；準備第三發酵菌種組枯草芽孢桿菌；準備第四發酵菌種組 黑麴黴、綠色木黴；2)將上述四組發酵菌種組中每組至少1種菌種、按照各菌種生長特性進行放大培養， 當菌種濃度分別達到IX IO9 1(1個/克的濃度後，按照1 3 1 3 1 3 1 3比例進行混合，即製得發酵混合菌劑。
3.如權利要求1或2所述的利用稻草生產生化黃腐酸的方法，其特徵在於將米麴黴、 產朊假絲酵母、假單胞桿菌、熱帶假絲酵母、釀酒酵母中的3 4種菌種，按照各菌種生長特性，進行放大培養，當菌種濃度分別達到IXlO9 1(1個/克的濃度後，按照1 2 1 2: 1 2或1 2:1 2:1 2: 1 2比例進行混合，即製得混合發酵菌液。
4.如權利要求1或2所述的利用稻草生產生化黃腐酸的方法，其特徵在於氮源包括尿素、碳酸氫銨、磷酸二銨、磷酸一銨中的至少1種。
全文摘要
本發明利用稻草生產黃腐酸的方法包括1)配備稻草秸杆和養分；2)稻草秸杆軟化處理3)第一階段微生物發酵；4)第二階段微生物發酵5)製備黃腐酸。本發明方法是以稻草秸稈為原料，篩選高效菌群組合，採用機械軟化處理—兩段式微生物發酵工藝進行深度發酵，將稻草中的大分子碳水化合物降解成小分子活性黃腐酸類化合物。採用機械破碎處理解決了稻草生物降解中特殊屏障結構的保護作用；同時，通過兩段式發酵有效解決了不同菌群對空氣的需求差異，有助優勢菌群的培養，大大縮短了發酵周期，加強了發酵深度，大大提高了發酵效率和黃腐酸收率。
文檔編號C05F11/02GK102206102SQ20111005837
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月11日 優先權日2011年3月11日
發明者嚴慶海, 侯勇, 夏中梅, 曾顯斌, 朱彭玲, 王蘭英, 陳浩 申請人:四川省蘭月農化科技開發有限責任公司, 四川省農業科學院生物技術核技術研究所