專利名稱：腐熟促進(jìn)劑及其在農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種腐熟促進(jìn)劑，具體涉及由不同微生物發(fā)酵產(chǎn)生的粗酶液混合配制而成的復(fù)合發(fā)酵液及其在堆肥化處理農(nóng)業(yè)廢物中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
我國(guó)每年要產(chǎn)生7億多噸農(nóng)作物秸桿，這些物料大多被作為農(nóng)業(yè)廢物以堆積、荒燒等形式直接侵入環(huán)境，造成了極大的環(huán)境污染和資源的浪費(fèi)。好氧堆肥是農(nóng)業(yè)廢物資源化和無害化處理的重要手段。傳統(tǒng)的好氧堆肥主要是利用堆料中的土著微生物來代謝、分解有機(jī)物，但由于農(nóng)業(yè)廢物中植物組織的細(xì)胞壁主要由果膠、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素相互嵌合而成，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而不易降解，尤其是其中木質(zhì)纖維素的難降解性質(zhì)阻礙了土著微生物對(duì)農(nóng)業(yè)廢物的有效腐解，這便導(dǎo)致了堆肥發(fā)酵所需時(shí)間偏長(zhǎng)、堆肥成品肥效過低的問題。目前，針對(duì)改進(jìn)堆肥工藝、提高堆肥成品質(zhì)量的研究主要集中于各類菌劑的開發(fā)研制及其在堆肥體系中的應(yīng)用。涉及較多的是通過接入對(duì)堆料中某些物質(zhì)有特殊降解能力的單一優(yōu)勢(shì)菌種，或者是根據(jù)堆肥進(jìn)程中不同階段需不同類微生物這一特點(diǎn)分階段添加相應(yīng)的復(fù)合菌劑來加快堆肥化進(jìn)程。
但微生物菌劑接入堆肥體系中其生長(zhǎng)本身存在很大的不確定性，加之堆肥材料的來源廣泛，土著微生物種群會(huì)因堆料不同而有所不同，因此能否使接種的復(fù)合菌劑成為堆肥體系中的優(yōu)勢(shì)菌群以及如何避免其與土著微生物間的拮抗作用，都存在一定的難度；此外，接種的菌體與堆料不易均勻混合，也限制了這類方法的應(yīng)用。而由于微生物發(fā)酵液富含大量的降解酶，在堆肥體系中添加這些含酶發(fā)酵液能有效促進(jìn)相應(yīng)底物的降解，同時(shí)，添加的發(fā)酵液易與堆料混勻且不會(huì)抑制其他微生物的生長(zhǎng)，因此，可通過在堆肥過程中添加微生物發(fā)酵液的方法促進(jìn)堆料降解、加快堆肥進(jìn)程?；诓煌⑸锏漠a(chǎn)酶類型、產(chǎn)酶酶活都有所不同，如何制備一種可用于農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的復(fù)合發(fā)酵液以同時(shí)促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢物中果膠、半纖維素、纖維素和木質(zhì)素等多種有機(jī)物的腐解，是利用微生物技術(shù)高效處理農(nóng)業(yè)廢物亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低成本的腐熟促進(jìn)劑以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)廢物堆肥化處理中，既能促進(jìn)堆肥物料中淀粉類易降解物的降解，以加速堆料升溫；又可在不干擾土著微生物充分發(fā)揮作用的基礎(chǔ)上，利用該腐熟促進(jìn)劑所含的降解酶系加速果膠、木質(zhì)纖維素等難降解物質(zhì)的分解，以提高堆肥化效率和堆肥成品質(zhì)量。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。
本發(fā)明可用于農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的腐熟促進(jìn)劑，其特征在于它是由淀粉分解菌、果膠分解菌、半纖維素分解菌、纖維素分解菌和木質(zhì)素分解菌分別發(fā)酵產(chǎn)生的發(fā)酵液經(jīng)濾去菌體和固態(tài)基質(zhì)后混合配制而成。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述淀粉分解菌、果膠分解菌、半纖維素分解菌、纖維素分解菌和木質(zhì)素分解菌分別選自下述菌種枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、里氏木霉(Trichoderma reesei)、藍(lán)色鏈霉菌(Streptomycessyancu)和黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)。
所述各菌種產(chǎn)生的發(fā)酵液經(jīng)濾去菌體和固態(tài)基質(zhì)后按下述重量配比混合配制而成枯草芽孢桿菌發(fā)酵液 10～15％米曲霉發(fā)酵液20～25％里氏木霉發(fā)酵液 25～30％藍(lán)色鏈霉菌發(fā)酵液15～20％黃孢原毛平革菌發(fā)酵液25～30％。
所述枯草芽孢桿菌、米曲霉、里氏木霉、藍(lán)色鏈霉菌和黃孢原毛平革菌制備發(fā)酵液的種子液以5～8％的接種量分別接入各自相應(yīng)的發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)基中①枯草芽孢桿菌、米曲霉、里氏木霉和藍(lán)色鏈霉菌對(duì)應(yīng)的發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)基相同，培養(yǎng)基成分包含稻草粉2～3％，麥麩3～4％，黃豆粉1～1.5％，NaCl 0.1～0.2％；⑦黃孢原毛平革菌專用的發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)基成分包含稻草粉1.5～2.5％，糖蜜0.2～0.5％，豆餅粉0.2～0.5％，酒石酸銨0.2％，MnSO4·H2O 0.03％，NaCl 0.1％，VB10.01％，以上配比均為重量配比。
上述可用于農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的腐熟促進(jìn)劑的應(yīng)用，它是在堆制初期按堆肥原料重量的0.8～1.5％直接添加，并與堆料混合均勻。
在堆肥初期，堆肥體系中的土著微生物還處在其生長(zhǎng)周期的開始階段，活性比較弱，數(shù)量也不是很多，這些微生物可通過分泌不同的生物酶對(duì)物料進(jìn)行分解利用，但大多只利用一些簡(jiǎn)單的糖類。在該階段加入本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑，豐富了堆肥體系中的生物酶種類并提高了生物酶酶活，促進(jìn)了物料各成分的有效降解，且也不會(huì)對(duì)堆肥體系中土著微生物的生長(zhǎng)帶來負(fù)面影響。隨著本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑的加入，淀粉酶與果膠酶活性在堆肥的升溫階段迅速被激活，可更有效地降解堆料中淀粉類和果膠類成分，同時(shí)，該腐熟促進(jìn)劑所含的木質(zhì)纖維素酶則可使堆料中木質(zhì)纖維素類較復(fù)雜的有機(jī)物也得到初步降解和利用；另一方面，降解這些成分所產(chǎn)生的大量簡(jiǎn)單糖類可被堆料中的土著微生物迅速利用，使得堆料中的微生物數(shù)量急速增加，加速了堆肥升溫，進(jìn)一步促進(jìn)了堆料中易降解物的分解。溫度上升到高溫階段，腐熟促進(jìn)劑中的纖維素酶與半纖維素酶又被激活，這時(shí)候堆料中微生物群也主要是以可降解纖維素和半纖維素的菌群為主，二者共同作用，使得高溫階段可維持較長(zhǎng)時(shí)間也使堆料中的粗纖維得到更徹底的降解。當(dāng)較難降解物質(zhì)被大量降解后，堆肥進(jìn)入降溫、腐熟階段，此時(shí)較低的溫度適宜該腐熟促進(jìn)劑中的木質(zhì)素酶的作用，堆料中的木質(zhì)素成分得到有效降解，促進(jìn)了堆肥的深度腐熟。
綜上所述，本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑利用其中富含的淀粉酶、果膠酶、纖維素類降解酶和木質(zhì)素降解酶，既能促進(jìn)堆肥物料中淀粉類易降解物的降解，以加速堆料升溫；又能促成果膠和木質(zhì)纖維素類等難降解物質(zhì)的降解，導(dǎo)致植物細(xì)胞壁組織的有效斷裂和破壞，以利于堆料中土著微生物在高溫階段和腐熟階段對(duì)木質(zhì)素、纖維素的深度腐熟。本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑發(fā)酵起溫快，工藝簡(jiǎn)單，可有效提高堆肥效率和腐熟程度，改善堆肥品質(zhì)。


圖1為添加本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑堆肥法與傳統(tǒng)堆肥法的堆肥溫度變化圖；圖2為添加本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑堆肥法與傳統(tǒng)堆肥法的微生物數(shù)量變化圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明采用的黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)，購(gòu)自中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心(CCTCC)，保藏號(hào)為AF96007。菌種轉(zhuǎn)接保藏在土豆蔗糖斜面培養(yǎng)基上。
本發(fā)明腐熟促進(jìn)劑的制備經(jīng)以下兩個(gè)步驟1、種子培養(yǎng)將純化培養(yǎng)的枯草芽孢桿菌、米曲霉、里氏木霉、藍(lán)色鏈霉菌和購(gòu)得的黃孢原毛平革菌分別從保藏的斜面培養(yǎng)基上刮取，并分別接種至營(yíng)養(yǎng)肉汁培養(yǎng)基、豆汁培養(yǎng)基、查氏培養(yǎng)基、高氏1號(hào)培養(yǎng)基及土豆蔗糖培養(yǎng)基，每個(gè)1升的錐形瓶中裝液體培養(yǎng)基200ml，培養(yǎng)溫度30～37℃，于150～180rpm轉(zhuǎn)速下振蕩培養(yǎng)24～60h。
2、發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)將上述種子培養(yǎng)液分別以5～8％的接種量接種至各自的發(fā)酵培養(yǎng)基中。
枯草芽孢桿菌、米曲霉、里氏木霉和藍(lán)色鏈霉菌的發(fā)酵培養(yǎng)基成分相同，配方包含(重量比)稻草粉2～3％，麥麩3～4％，黃豆粉1～1.5％，NaCl 0.1～0.2％；相應(yīng)發(fā)酵罐的培養(yǎng)條件為溫度28～35℃，攪拌速度400～500rpm，通氣量0.8～1.0vvm，培養(yǎng)3～5d。黃孢原毛平革菌專用的發(fā)酵培養(yǎng)基成分包含(重量比)稻草粉1.5～2.5％，糖蜜0.2～0.5％，豆餅粉0.2～0.5％，酒石酸銨0.2％，MnSO4·H2O 0.03％，NaCl 0.1％，VB10.01％；相應(yīng)發(fā)酵罐的培養(yǎng)條件為溫度30～35℃，攪拌速度160～200rpm，通氣量0.6～0.8vvm，培養(yǎng)3～5d。得到的各發(fā)酵液經(jīng)過濾除去菌體和固體基質(zhì)后，分別取濾液即粗酶液按比例混合，即可得含多種降解酶的復(fù)合發(fā)酵液，也即本發(fā)明所述的腐熟促進(jìn)劑。
各菌種產(chǎn)生的發(fā)酵液經(jīng)濾去菌體和固態(tài)基質(zhì)后按下述重量配比混合配制而成枯草芽孢桿菌發(fā)酵液 10～15％米曲霉發(fā)酵液20～25％里氏木霉發(fā)酵液 25～30％藍(lán)色鏈霉菌發(fā)酵液15～20％黃孢原毛平革菌發(fā)酵液25～30％按上述方法制得本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑富含各類降解酶且具有高酶活，淀粉酶酶活為32～36μg糊精·(min·ml)-1，果膠酶活為520～670μg半乳糖醛酸·(min·ml)-1，木聚糖酶活為1240～1380μg木糖·(min·ml)-1，CMC酶活為460～540μg葡萄糖·(min·ml)-1，木質(zhì)素過氧化物酶活為72～100μmol藜蘆醛·(min·ml)-1。
在堆肥化處理農(nóng)業(yè)廢物時(shí)，對(duì)于產(chǎn)發(fā)酵液場(chǎng)地離堆制場(chǎng)地近的，可直接將制得的本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑在堆制初期以堆肥原料重量的0.8～1.5％加入，充分混勻后上堆；對(duì)于產(chǎn)發(fā)酵液場(chǎng)地離堆制場(chǎng)地遠(yuǎn)的，考慮到運(yùn)費(fèi)成本問題，可先將制得的腐熟促進(jìn)劑濃縮后得到白色略帶微黃的粉末狀固體，運(yùn)至堆制場(chǎng)地后再用水溶解成溶液加入堆料。
實(shí)施例1、腐熟促進(jìn)劑的制備1)種子培養(yǎng)將純化培養(yǎng)的枯草芽孢桿菌、米曲霉、里氏木霉、藍(lán)色鏈霉菌和購(gòu)得的黃孢原毛平革菌分別從保藏的斜面培養(yǎng)基上刮取，并分別接種至營(yíng)養(yǎng)肉汁培養(yǎng)基、豆汁培養(yǎng)基、查氏培養(yǎng)基、高氏1號(hào)培養(yǎng)基及土豆蔗糖培養(yǎng)基，于500ml的錐形瓶中分別裝入各培養(yǎng)基100ml。培養(yǎng)條件如下

2)發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)將上述種子培養(yǎng)液以5％(重量比)的接種量分別接種至各自的5L全自動(dòng)發(fā)酵罐中?？莶菅挎邨U菌、米曲霉、里氏木霉和藍(lán)色鏈霉菌的發(fā)酵培養(yǎng)基成分相同，配方為(重量比)稻草粉2.5％，麥麩3.2％，黃豆粉1％，NaCl 0.1％，水93.2％；黃孢原毛平革菌專用的發(fā)酵培養(yǎng)基配方為(重量比)稻草粉2％，糖蜜0.3％，豆餅粉0.2％，酒石酸銨0.2％，MnSO4·H2O 0.03％，NaCl 0.1％，VB10.01％，水97.16％；培養(yǎng)條件如下

將培養(yǎng)得的各發(fā)酵液經(jīng)過濾除去菌體和固體基質(zhì)后按下述比例混合枯草芽孢桿菌發(fā)酵液12％，米曲霉發(fā)酵液20％，里氏木霉發(fā)酵液26％，藍(lán)色鏈霉菌發(fā)酵液15％，黃孢原毛平革菌發(fā)酵液27％，即可得本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑。
2、采集長(zhǎng)沙郊區(qū)農(nóng)業(yè)廢物，包括各類菜葉、秸稈等，經(jīng)粉碎后混合均勻即得堆料，該堆料C/N為25，含水率為55％，有機(jī)質(zhì)為70％，將堆料裝入堆肥裝置中。裝入堆料的同時(shí)，噴灑步驟1制得的腐熟促進(jìn)劑并與堆料混合均勻，噴灑量為堆料重量的0.8％。
對(duì)照原料的來源與預(yù)處理和上面所述相同，不加腐熟促進(jìn)劑，其他堆制方法相同。
堆肥過程中檢測(cè)堆肥溫度和微生物數(shù)量變化，兩種不同堆肥過程的反應(yīng)效果見圖1和圖2所示。通過比較可發(fā)現(xiàn)堆肥系統(tǒng)中加入腐熟促進(jìn)劑，縮短了堆肥化的升溫時(shí)間，加速了堆肥腐熟的進(jìn)程，而且其高溫階段持續(xù)時(shí)間也比其對(duì)照樣要長(zhǎng)。在此過程中，微生物數(shù)量也明顯較高。該腐熟促進(jìn)劑還有效促進(jìn)了粗纖維的降解，使其降解率提高了14.12％。本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑制取及使用方法簡(jiǎn)單，成本較低，采用本發(fā)明堆肥化可比傳統(tǒng)堆肥法提早7～11天獲得堆肥成品，且堆肥成品腐熟程度高、品質(zhì)好，本發(fā)明有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種可用于農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的腐熟促進(jìn)劑，其特征在于它是由淀粉分解菌、果膠分解菌、半纖維素分解菌、纖維素分解菌和木質(zhì)素分解菌分別發(fā)酵產(chǎn)生的發(fā)酵液經(jīng)濾去菌體和固態(tài)基質(zhì)后混合配制而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的腐熟促進(jìn)劑，其特征在于所述淀粉分解菌、果膠分解菌、半纖維素分解菌、纖維素分解菌和木質(zhì)素分解菌分別選自下述菌種枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、里氏木霉(Trichoderma reesei)、藍(lán)色鏈霉菌(Streptomyces syancu)和黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可用于農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的腐熟促進(jìn)劑，其特征在于所述各菌種產(chǎn)生的發(fā)酵液經(jīng)濾去菌體和固態(tài)基質(zhì)后按下述重量配比混合配制而成枯草芽孢桿菌發(fā)酵液 10～15％米曲霉發(fā)酵液20～25％里氏木霉發(fā)酵液 25～30％藍(lán)色鏈霉菌發(fā)酵液15～20％黃孢原毛平革菌發(fā)酵液25～30％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的可用于農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的腐熟促進(jìn)劑，其特征在于所述枯草芽孢桿菌、米曲霉、里氏木霉、藍(lán)色鏈霉菌和黃孢原毛平革菌制備發(fā)酵液的種子液以5～8％的接種量分別接入各自相應(yīng)的發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)基中①枯草芽孢桿菌、米曲霉、里氏木霉和藍(lán)色鏈霉菌對(duì)應(yīng)的發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)基相同，培養(yǎng)基成分包含稻草粉2～3％，麥麩3～4％，黃豆粉1～1.5％，NaCl 0.1～0.2％；②黃孢原毛平革菌專用的發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)基成分包含稻草粉1.5～2.5％，糖蜜0.2～0.5％，豆餅粉0.2～0.5％，酒石酸銨0.2％，MnSO4·H2O 0.03％，NaCl 0.1％，VB10.01％，以上配比均為重量配比。
5.一種如權(quán)利要求1所述的可用于農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的腐熟促進(jìn)劑的應(yīng)用，其特征在于，它是在堆制初期按堆肥原料重量的0.8～1.5％直接添加，并與堆料混合均勻。
全文摘要
一種腐熟促進(jìn)劑及其在農(nóng)業(yè)廢物堆肥化中的應(yīng)用，適用于促進(jìn)含有大量半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的難降解農(nóng)業(yè)垃圾的堆肥化處理。本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑是一種復(fù)合發(fā)酵液，由淀粉分解菌、果膠分解菌、半纖維素分解菌、纖維素分解菌和木質(zhì)素分解菌分別發(fā)酵產(chǎn)生的發(fā)酵液經(jīng)濾除菌體后混合配制而成。該腐熟促進(jìn)劑于堆肥開始時(shí)按堆肥原料重量的0.8～1.5％直接添加，并與堆料混合均勻。本發(fā)明既能促進(jìn)堆肥物料中淀粉類易降解物的降解，以加速堆料升溫；又能促成果膠和木質(zhì)纖維素類物質(zhì)的降解，以利于堆料中土著微生物在高溫階段和腐熟階段對(duì)木質(zhì)素、纖維素的深度腐熟。本發(fā)明的腐熟促進(jìn)劑發(fā)酵起溫快，工藝簡(jiǎn)單，可有效提高堆肥效率和腐熟程度，改善堆肥品質(zhì)。
文檔編號(hào)C12N1/00GK1810735SQ20061003126
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2006年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月23日
發(fā)明者黃丹蓮, 曾光明, 馮沖凌, 蔣曉云, 劉鴻亮 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)