一種脂肽生物表面活性劑及其在生活垃圾堆肥化中的應用的製作方法
2023-12-05 13:59:11 1
專利名稱：一種脂肽生物表面活性劑及其在生活垃圾堆肥化中的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種表面活性劑，具體涉及微生物產生的生物表面活性劑及其應用。
背景技術：
堆肥過程中介質物化條件的改善可通過控制堆肥系統的C/N值、溼度、氧氣、溫度、孔隙度等。這些手段在堆肥過程中的應用是必要的，但這些方法的主旨均在於改善物質傳輸或有利微生物生長，而在改良微生物與介質的相互作用以及直接促進微生物對難降解有機物的分解過程方面卻難有作為。目前國內對堆肥過程中生物大環境改良方面有一定的研究，技術專利涉及到新型設備設計和改良等方面。而在微環境改良技術方面的研究則儀在於介質的物理法改良(如使用粉煤灰)，而用於堆肥的生物表面活性劑的研發方面則尚未見有專利報導。
傳統的化學表面活性劑存在很大的缺點由於它不可以被微生物降解，因此，可能對環境帶來新的汙染，同時有可能抑制堆肥中微生物的活性。而生物表面活性劑是由微生物的生命活動形成的，其對微生物沒有毒害作用，同時也沒有作為優先降解對象被微生物過早降解的危險，因此，可以用於堆肥過程中微環境的改良。
由於生物表面活性劑具有許多優良的性質，因此越米越受到人們的關注。根據結構特徵，生物表面活性劑可分為5類糖脂、脂肽、多糖蛋白質絡合物、磷脂和脂肪酸或中性脂。其中，脂肽是是一種表面活性很強的生物表面活性劑，是由一些芽孢桿菌在好氧條件下，以憎水性基質為碳源發酵產生的次級代謝產物。目前，以美國典型培養物保藏中心(ATCC)的枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis ATCC 21332)產生的莎梵婷(sufactin)研究的最多。
然而，由於脂肽存在於微生物的發酵液中，產量很低，而且發酵液中成分複雜，分離提取較純的脂肽的工藝較為複雜，它的生產成本中有約為70～90％都要用在中下遊提取及分離工藝上，因而，脂肽大規模的應用就受到限制。
發明內容
本發明旨在研究一種具有較低表面張力的脂肽生物表面活性劑，提高脂肽的含量，更好地應用於堆肥處理中。
本發明是通過以下技術方案實現上述發明目的。
脂肽生物表面活性劑是由枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)經發酵培養產生，產量達到3.5～5g/L。生產脂肽的枯草芽孢桿菌的培養基成分為植物油50～60g/L，NH4Cl4～6g/L，MgSO40.15～0.25g/L，CaCl20.05～0.1g/L，K2HPO43.5～4.5g/L，NaH2PO46.5～7.5g/L，pH6.0～6.8。發酵罐的培養條件為溫度為36～38℃，攪拌轉速450～550轉/分，通氣量為1.1～1.3vvm。脂肽生物表面活性劑的應用，是將脂肽生物表面活性劑用作生活垃圾的堆肥處理，發酵培養的發酵液經離心除去菌體後，配製成0.01～0.05％的脂肽溶液，用垃圾重量的1～5％均勻混合到經分類的生活垃圾中。
圖1堆肥堆制過程中垃圾間隙液表面張力變化；圖2堆肥堆制過程中CO2產生速率變化。
下面進一步詳述本發明。
枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)購自中國典型培養物保藏中心(CCTCC)，保藏號為AB90008。菌種轉接保藏在牛肉膏蛋白腖斜面培養基上，培養基成分為牛肉膏2.0g/L，蛋白腖5.0g/L，NaCl5.0g/L，瓊脂20.0g/L，pH7.0。
種子培養基成分為蔗糖18～22g/L，NH4Cl 4～6g/L，MgSO40.15～0.25g/L，CaCl20.05～0.1/L，K2HPO43.5～4.5g/L，NaH2PO46.5～7.5g/L，酵母粉0.5～0.8g/L，pH6.4～6.6。三角瓶裝液量為20％，培養溫度36～37℃，搖床轉速180～220rpm，經培養24～36小時後，以6～10％的接種量接種至發酵培養基中。
發酵培養基成分植物油50～60g/L，NH4Cl4～6g/L，MgSO40.15～0.25g/L，CaCl20.05～0.1g/L，K2HPO43.5～4.5g/L，NaH2PO46.5～7.5g/L，pH6.0～6.8。發酵罐的培養條件為溫度為36～38℃，攪拌轉速450～550轉/分，通氣量為1.1～1.3vvm。
該菌株具有較強的生物表面活性劑生產能力，同時在憎水性碳源植物油的誘導作用下，使得該菌株在對數生長後期和停滯期產生脂肽的量最大，達到3.5～5g/L。
枯草芽孢桿菌經過2～4天的培養，發酵液經離心(7000～10000rpm)除去菌體，得到脂肽溶液，經鑑定該脂肽為sufactin，分子結構(HPD為8-羧基-異十五烷醯)為 其餘為中性脂、多糖，表面張力為27～29mN/m。
將得到的脂肽產品，配製成0.01～0.05％脂肽溶液，可以通過以下兩種方式施用，根據垃圾的含水率不同，脂肽溶液的施用量為垃圾重量的1～5％1.脂肽可在混合攪拌裝置中加入，從而在垃圾混合攪拌的過程中與垃圾充分混勻，使垃圾處理的微環境在初始階段即得到改善；
2.運行過程中如需補加生物表面活性劑，則需配合溼度調節裝置。在噴淋系統的水源中加入一定濃度的脂肽溶液。隨著水分的補充，生物表面活性劑便可進入反應器，從而改善微生物的生存微環境。
一旦表面活性劑被引入垃圾顆粒的間隙，表面活性劑分子的疏水端將與有機垃圾親合，使分子固定在垃圾顆粒表面；親水端溶於顆粒孔隙內的水中。這種兩親性基團的不同作用使水在垃圾顆粒表面形成穩定的液膜，最大可能的為微生物的反應提供表面環境。同時，表面活性劑分子的疏水端會提高有機物在水膜中的溶解度，從而加速微生物對有機物的分解；另外，表面活性劑的加入還有利於提高難降解有機物的生物可利用性。通過實驗測量可以發現，加入脂肽的堆肥反應器中，由於微生物的活動旺盛，使得CO2的產生速率大於普通的堆肥反應器。經腐熟後，堆肥成品性質較好，質量穩定。
具體實施例方式1、脂肽生物表面活性劑的製備1)將枯草芽孢桿菌從斜面培養基接種至種子培養基中，進行搖瓶培養，500ml的三角瓶裝培養液100ml，37℃、200rpm培養24小時；2)在5L的全自動發酵罐中裝入4L的發酵培養基，接種枯草芽孢桿菌種子培養液100mL，溫度37℃，攪拌轉速500轉/分，通氣量為1.2vvm，用HCl和NaOH控制pH值6.5，發酵時間為76小時，得到含表面活性劑的培養液3.6L，此發酵液的表面張力為28.5mN/m；3)將發酵液離心(8000rpm)除去菌體，得到脂肽溶液，通過檢測，脂肽含量為4.5g/L；4)將脂肽溶液稀釋15倍，得到0.03％的脂肽溶液。種子培養基與發酵培養基成分如下
2、在堆肥中的應用採集長沙市某生活區的生活垃圾20kg，經過破碎、篩分得到可堆肥垃圾8kg，經測定，垃圾的含水率為55％，C/N＝25，有機物含量60％。將垃圾裝入堆肥裝置中，該裝置的體積為12L，可裝垃圾9L。裝入垃圾的同時，噴灑上述濃度的脂肽溶液，噴灑量為垃圾重量的2％。
堆肥過程中提取垃圾間隙液，測定表面張力，同時檢測堆肥過程中CO2的產生速率，堆肥過程中的垃圾間隙液的表面張力和CO2的產生速率見圖1和圖2。
通過和沒有噴灑脂肽溶液的堆肥系統比較，可以發現噴灑脂肽溶液的堆肥系統中，垃圾間隙液的表面張力較低，而且CO2的產生速率相對較大，堆肥速率較快，縮短了堆肥的時間。
權利要求
1.一種脂肽生物表面活性劑，其特徵在於該生物表面活性劑是由枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)經發酵培養產生，脂肽含量為3.5～5g/L。
2.根據權利要求1所述的脂肽生物表面活性劑，其特徵在於，生產脂肽的枯草芽孢桿菌的培養基成分為植物油50～60g/L，NH4Cl4～6g/L，MgSO40.15～0.25g/L，CaCl20.05～0.1g/L，K2HPO43.5～4.5g/L，NaH2PO46.5～7.5g/L，pH6.0～6.8，發酵罐的培養條件為溫度為36～38℃，攪拌轉速450～550轉/分，通氣量為1.1～1.3vvm。
3.一種如權利要求1所述的脂肽生物表面活性劑的應用，其特徵在於脂肽生物表面活性劑用作生活垃圾的堆肥處理，發酵培養的發酵液經離心除去菌體後，配製成0.01～0.05％的脂肽溶液，用垃圾重量的1～5％均勻混合到經分類的生活垃圾中。
全文摘要
本發明涉及一種微生物產生的生物表面活性劑及其在生活垃圾堆肥化中的應用。脂肽生物表面活性劑的生產菌為枯草芽孢桿菌，以植物油為碳源，在最佳條件下培養出脂肽發酵液，使產量達到3.5～5g/L，離心除去菌體，以一定的比例稀釋後，直接用於生活垃圾堆肥處理過程。這種脂肽生物表面活性劑的表面張力和臨界膠束濃度都很低，在堆肥過程中，通過加入少量脂肽溶液，可以提高堆肥中垃圾顆粒表面的潤溼性、改善堆肥中微生物活動的微環境，提高堆肥的效率和品質。
文檔編號B01F17/30GK1431314SQ03118039
公開日2003年7月23日 申請日期2003年1月23日 優先權日2003年1月23日
發明者時進鋼, 曾光明, 黃國和, 袁興中 申請人:湖南大學