CN101704688B - 一种马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法，选用马铃薯渣、马铃薯脱醇发酵液和提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁为原料，利用微波加热灭菌马铃薯渣，超高压均质分别作用于马铃薯脱醇发酵液不同成分，有效破除酵母菌细胞壁及均质有机物，均衡马铃薯脱醇发酵液养分，再经发酵、加菌和加酶、复配、超声波干燥、造粒包装，得固体生物肥料。该方法具有速度快、收率高等优点，肥料有机物含量可达25～50％，节能10～30％。可广泛应用于马铃薯、甘薯等含纤维素、淀粉分解成分的薯类原料渣及淀粉生产乙醇脱醇发酵液为原料生产固体生物肥料，该技术的应用对生物肥料生产企业技术更新，增强企业竞争能力，促进薯渣综合利用具有积极作用。
Description
技术领域本发明涉及利用植物发酵渣(含纤维素、淀粉分解成分、酵母菌细胞提取物等成分)生产固体生物肥料的方法，具体地说涉及一种马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法。
背景技术我国年产马铃薯7000多万吨，马铃薯提取淀粉后剩余的湿薯渣达340多万吨，常作为废弃物丢弃，造成严重的环境污染。湿薯渣的综合利用已成为马铃薯淀粉行业急待解决的严重问题。我国每年生产发酵乙醇212.86万吨，年排放脱醇发酵液约4000多万m3，由于没有有效的处理技术只能任意排放，不仅造成巨大的资源浪费，而且严重地破坏了生态环境。
马铃薯渣是指马铃薯经过粉碎、固液分离、多次清洗脱淀粉、压滤脱水后得到的湿薯渣，含水量为80～85％，并含有10～16％的纤维素和半纤维素，少量粗蛋白质、氨基酸和维生素等营养成分。马铃薯脱醇发酵液是指淀粉经过淀粉酶液化、糖化，酵母菌发酵，发酵醪蒸馏提取乙醇后的残留发酵液，马铃薯脱醇发酵液含有大量的酵母菌及6～10％有机物，具有良好的利用价值。
生物肥料是以有机固体废物(包括有机垃圾、秸秆、畜禽粪便、饼粕、农副产品和食品加工产生的固体废物)经生物肥菌种发酵、除臭和完全腐熟后加工而成的有机肥料。我国秸杆生产生物有机肥技术，包括：①预处理：先将秸杆粉碎到一定的细度，然后向其中添加适量的家禽粪尿或污泥等原料调整堆肥物料的碳氮比和水分，并添加菌种和酶。②发酵：一是前发酵，可在露天或发酵装置内进行，通过翻堆式强制通风为堆积层或发酵装置内供给氧气，以秸杆为主体添加畜禽粪便，好氧堆肥的主发酵期约为3～10天。二是后发酵，经过主发酵的半成品送到后发酵工序，将主发酵工序尚未分解的易分解有机物和较难分解的有机物进一步分解，使之变成腐殖酸、氨基酸等稳定的有机物，得到完全腐熟的有机肥制品，后发酵时间通常在20～30天以上。③后处理：可根据需要将其进一步干燥、粉碎，继而加工成作物专用有机-无机复混肥。④贮藏：堆肥一般在春秋两季使用，在夏冬就必须积存，储存方式可直接堆存在发酵池中或袋装，要求干燥而透气。此方法的不足在于：发酵温度不易控制，发酵时间长达40天；秸杆粉未经过杀菌处理，易染杂菌造成污染，损失营养成分。
现有技术中，我国专利公开的“酒糟有机复混肥及有机肥料的生产方法”(专利申请号200810150018)，取新鲜茅台酒丢糟或其他香型酒丢糟1000～10000公斤，堆积自然发酵7～90天，pH值达到5.5～6.5或发酵堆表层30cm内布满白色菌丝后烘干或自然风干，粉碎，制成酒糟粉；按重量百分比取酒糟粉50～70％、尿素10～25％、磷肥6～13％、钾肥5～12％，经混合搅拌制粒，制作成酒糟有机复混肥；按重量百分比取酒糟粉50～60％、鱼粉或大豆粕粉10％、天然磷矿粉或畜骨粉15～20％、天然钾矿粉15～20％，混合后加入35～45％自来水搅拌混合均匀，堆积自然发酵10～15天，经烘干或风干制作成酒糟有机肥料。此方法的不足在于：自然发酵时间长7～90天，温度不易控制；发酵菌株单一，产品质量不易控制。“一种生物肥及其制备方法”(专利申请号200710093220)，该生物肥包括如下组分和含量(重量份)：酵素菌1～2、污泥20～40、青蒿渣20～40、糠粉10～20、泥炭5～10、烟粉10～30，所述酵素菌为巨大芽孢杆菌。该生物肥将所述酵素菌与污泥、废料进行配伍，充分利用酵素菌处理污泥的效力高，与化肥、农药和废料的兼容性强的特性。此方法的不足在于：好氧高温开放式固态发酵，温度高60～70℃，时间长6～7天，造成有机养分散失。污泥中的有害重金属离子不能完全消除，留有残毒。对糖蜜酒精废液、蔗渣、滤泥进行综合处理和利用技术中，“一种主要由糖厂废液废渣和腐熟发酵剂组成的有机肥料及其生产方法”(专利号200310111476)，此方法特别适用于以甘蔗为原料的制糖业综合处理的废弃物、如糖蜜酒精废液、冲灰水及蔗渣、滤泥等生产有机肥料。所述有机肥料，由发酵物料和腐熟发酵剂组成；发酵物料的组份和重量比为：糖蜜酒精废液或/和冲灰水为10～82％，蔗渣或滤泥为18～90％，其余为秸秆、草炭土、动物粪便、无机肥、土壤其中的一种或多种组合，重量为0～15％；腐熟发酵剂含有纤维素分解菌，半纤维素分解菌、蛋白质分解菌、淀粉分解菌的菌种和种曲混合而成；腐熟发酵剂重量为小于等于2％发酵物料重量。此方法不足在于：发酵菌株在高温条件下发酵，菌株针对性差，有效菌数低；腐熟效果不易控制；物料分解不完全，发酵时间长，工艺复杂；添加微生物种类多，发酵过程缓慢，产品质量不稳定。
发明内容本发明的目的在于提供一种能够充分利用原料有效成分、肥效好、工艺简单、生产周期短、高效节能的马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)原料选择：选用马铃薯渣、马铃薯脱醇发酵液和提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁为原料，马铃薯脱醇发酵液有机质含量6～10％，马铃薯细胞汁可溶性固形物含量2～6％；
(2)微波灭菌：将500～2000g马铃薯渣装入微波炉中，功率900w保持5～20min，物料温度达到70～95℃灭菌，取出冷却至15～25℃；
(3)超高压均质：将马铃薯脱醇发酵液连续输入超高压均质机中，压力60～250MPa，处理量1.5～2.1L/h，使物料充分均质、分散和乳化；
(4)发酵：在微波灭菌后的马铃薯渣中，按重量百分比添加10～20％超高压均质后的马铃薯脱醇发酵液和0.5～2％安琪酵母菌，保温25～35℃，发酵3～10天得到发酵马铃薯渣；
(5)加菌和加酶：空气紫外杀菌15～30min后，按发酵处理后的500～2000g马铃薯渣加入微生物菌剂0.1～1.0ml，该微生物菌剂中，安琪酵母菌和保加利亚乳酸菌有效活菌数含量之比为1.5∶0.5，总菌数含量0.2～2.0亿/ml，按物料量的重量百分比0.1～2.0％加入纤维素酶和0.1～2.0％蛋白酶，均匀混合；
(6)紫外杀菌：取100～1000ml马铃薯细胞汁，置于15～30w的紫外线杀菌器中，杀菌时间5～30min；
(7)复配：在加菌和加酶处理后的500～2000g马铃薯发酵料中，加入紫外杀菌处理后的5～30ml马铃薯细胞汁配料，均匀混合复配料；
(8)超声波干燥：将复配料放进超声振荡器中，功率20～100KHz，振荡5～30min，脱除水分至含水量20～35％；
(9)造粒：在经超声波干燥后的复配料中，按复配料的重量百分比加入5～10％凹凸棒土混合，送入造粒机进行造粒，颗粒直径3.0～4.5mm；
(10)包装：无菌条件下，用塑料袋包装200～1000g发酵马铃薯渣固体生物肥料颗粒，即得产品。有效活菌数≥0.20亿/g，有机质含量≥25％，常温下贮藏。
上述步骤(1)中所选用的马铃薯脱醇发酵液有机质含量低于6％时，需要进行真空浓缩，真空度为0.05～0.08MPa、温度为55～60℃、时间20～120min，浓缩至马铃薯脱醇发酵液有机质含量达到6～10％。
上述步骤(1)中所选用的马铃薯脱醇发酵液有机质含量高于10％时，需要加水稀释，稀释至马铃薯脱醇发酵液有机质含量达到6～10％。
上述步骤(1)中所选用的提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁，其可溶性固形物含量低于2％时，需要进行真空浓缩，真空度为0.05～0.08MPa、温度为50～60℃、时间20～110min，浓缩至可溶性固形物含量达到2～6％。
上述步骤(1)中所选用的提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁，其可溶性固形物含量高于6％时，需要加水稀释，稀释至可溶性固形物含量达到2～6％。
上述步骤(1)中所选用的马铃薯渣和马铃薯脱醇发酵液和提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁，由甘薯渣和甘薯脱醇发酵液和提取甘薯淀粉后的甘薯细胞汁、木薯渣和木薯脱醇发酵液和提取木薯淀粉后的木薯细胞汁、或玉米渣和玉米脱醇发酵液和提取玉米淀粉后的玉米细胞汁来替代。
本发明提供的马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法，由于采用微波灭菌技术，利用微波内部加热方式，电磁能直接作用于马铃薯渣中的水分子转换成热，在短时间内达到马铃薯渣内外同时均匀加热灭菌，此方法对马铃薯渣进行灭菌，速度快、时间短，节能30～50％，并可最大限度地保持马铃薯渣营养成分、原有风味与色泽。由于采用超高压均质技术，利用液体带压快速流动时产生的强烈的剪切作用破碎马铃薯脱醇发酵液中的酵母细胞，酵母所含营养物质完全溶出，酵母细胞破壁率达到90～95％，解决了马铃薯脱醇发酵液中酵母细胞外膜较坚固，细胞中的蛋白质、脂肪等物质渗出较少，营养物质再利用受到限制这一问题。由于采用超声波干燥技术，利用超声空穴现象产生的剪切力加快水分转移，在低温非热处理条件下进行物料的干燥处理，可以提高物料湿气的去除率，降低物料最终湿气的含量，与普通加热和气流干燥方法相比，此方法干燥时间短，干燥速度快，温度低，物料养分损失少，最终湿气含量低，干燥效果良好。
综上所述，本发明充分考虑马铃薯渣所含的成分对固体生物肥料产品的影响，利用微波加热灭菌马铃薯渣，超高压均质分别作用于马铃薯脱醇发酵液不同成分，有效破除酵母菌细胞壁及均质有机物，均衡马铃薯脱醇发酵液养分，再经发酵、加菌和加酶、复配、超声波干燥、造粒包装，得固体生物肥料。该方法具有速度快、收率高等优点，肥料有机物含量可达25～50％，节能10～30％。可广泛应用于马铃薯、甘薯等含纤维素、淀粉分解成分的薯类原料渣及淀粉生产乙醇脱醇发酵液为原料生产固体生物肥料，该技术的应用对生物肥料生产企业技术更新，增强企业竞争能力，促进薯渣综合利用具有积极作用。
具体实施方式实施例1至实施例3是以马铃薯渣和马铃薯脱醇发酵液和马铃薯细胞汁为原料，应用本发明提供的方法在不同工艺技术参数下生产固体生物肥料的过程。
实施例1：
(1)原料选择：选用马铃薯渣、马铃薯脱醇发酵液和提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁为原料，马铃薯脱醇发酵液有机质含量4.8％，首先对马铃薯脱醇发酵液进行真空浓缩，真空度为0.06MPa、温度为58℃、时间60min，浓缩至马铃薯脱醇发酵液有机质含量达到6.8％，马铃薯细胞汁其可溶性固形物含量6.5％，需要加水稀释，稀释至可溶性固形物含量达到5.9％；
(2)微波灭菌：将500g马铃薯渣装入微波炉中，功率900w保持5min，物料温度达到70℃灭菌，取出冷却至15℃；
(3)超高压均质：将马铃薯脱醇发酵液连续输入超高压均质机中，压力60MPa，处理量2.1L/h，使物料充分均质、分散和乳化；
(4)发酵：在微波灭菌后的马铃薯渣中，按重量百分比添加10％超高压均质后的马铃薯脱醇发酵液和0.5％安琪酵母菌，保温25℃，发酵10天得到发酵马铃薯渣；
(5)加菌和加酶：空气紫外杀菌15min后，按发酵处理后的500g马铃薯渣加入微生物菌剂0.1ml，该微生物菌剂中，安琪酵母菌和保加利亚乳酸菌有效活菌数含量之比为1.5∶0.5，总菌数含量0.2亿/ml，按物料量的重量百分比0.1％加入纤维素酶和0.1％蛋白酶，均匀混合；
(6)紫外杀菌：取100ml马铃薯细胞汁，将其置于15w的紫外线杀菌器中，杀菌时间30min；
(7)复配：在加菌和加酶处理后的500g马铃薯发酵料中，加入紫外杀菌处理后的5ml马铃薯细胞汁配料，均匀混合复配料；
(8)超声波干燥：将复配料放进超声振荡器中，功率20KHz，振荡30min，脱除水分至含水量35％；
(9)造粒：在经超声波干燥后的复配料中，按复配料的重量百分比加入5％凹凸棒土混合，送入造粒机进行造粒，颗粒直径3.0～4.5mm；
(10)包装：无菌条件下，用塑料袋包装200g发酵马铃薯渣固体生物肥料颗粒，即得产品，有效活菌数≥0.20亿/g，有机质含量≥25％，常温下贮藏。
实施例2：
(1)原料选择：选用马铃薯渣、马铃薯脱醇发酵液和提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁为原料，马铃薯脱醇发酵液有机质含量8.2％；马铃薯细胞汁，其可溶性固形物含量为4.0％；
(2)微波灭菌：将1000g马铃薯渣装入微波炉中，功率900w保持10min，物料温度达到80℃灭菌，取出冷却至20℃；
(3)超高压均质：将马铃薯脱醇发酵液连续输入超高压均质机中，压力150MPa，处理量1.8L/h，使物料充分均质、分散和乳化；
(4)发酵：在微波灭菌后的马铃薯渣中，按重量百分比添加15％超高压均质后的马铃薯脱醇发酵液和1.5％安琪酵母菌，保温30℃，发酵7天得到发酵马铃薯渣；
(5)加菌和加酶：空气紫外杀菌20min后，按发酵处理后的1000g马铃薯渣加入微生物菌剂0.6ml，该微生物菌剂中，安琪酵母菌和保加利亚乳酸菌有效活菌数含量之比为1.5∶0.5，总菌数含量1.2亿/ml，按物料量的重量百分比1.5％加入纤维素酶和1.0％蛋白酶，均匀混合；
(6)紫外杀菌：取800ml马铃薯细胞汁，将其置于30w的紫外线杀菌器中，杀菌时间5min；
(7)复配：在加菌和加酶处理后的1000g马铃薯发酵料中，加入紫外杀菌处理后的20ml马铃薯细胞汁配料，均匀混合复配料；
(8)超声波干燥：将复配料放进超声振荡器中，功率80KHz，振荡20min，脱除水分至含水量25％；
(9)造粒：在经超声波干燥后的复配料中，按复配料的重量百分比加入8％凹凸棒土混合，送入造粒机进行造粒，颗粒直径3.0～4.5mm；
(10)包装：无菌条件下，用塑料袋包装500g发酵马铃薯渣固体生物肥料颗粒，即得产品，有效活菌数≥1.2亿/g，有机质含量≥25％，常温下贮藏。
实施例3：
(1)原料选择：选用马铃薯渣、马铃薯脱醇发酵液和提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁为原料，马铃薯脱醇发酵液有机质含量11.2％，首先对马铃薯脱醇发酵液加水稀释，稀释至马铃薯脱醇发酵液有机质含量达到9.8％，马铃薯细胞汁，其可溶性固形物含量为1.5％，需要进行真空浓缩，真空度为0.06MPa、温度为55℃、时间80min，浓缩至可溶性固形物含量达到2.3％；
(2)微波灭菌：将2000g马铃薯渣装入微波炉中，功率900w保持20min，物料温度达到95℃灭菌，取出冷却至25℃；
(3)超高压均质：将马铃薯脱醇发酵液连续输入超高压均质机中，压力250MPa，处理量1.5L/h，使物料充分均质、分散和乳化；
(4)发酵：在微波灭菌后的马铃薯渣中，按重量百分比添加20％超高压均质后的马铃薯脱醇发酵液和2.0％安琪酵母菌，保温35℃，发酵3天得到发酵马铃薯渣；
(5)加菌和加酶：空气紫外杀菌30min后，按发酵处理后的2000g马铃薯渣加入微生物菌剂1.0ml，该微生物菌剂中，安琪酵母菌和保加利亚乳酸菌有效活菌数含量之比为1.5∶0.5，总菌数含量2.0亿/ml，按物料量的重量百分比2.0％加入纤维素酶和2.0％蛋白酶，均匀混合；
(6)紫外杀菌：取1000ml马铃薯细胞汁，将其置于15w的紫外线杀菌器中，杀菌时间30min；
(7)复配：在加菌和加酶处理后的2000g马铃薯发酵料中，加入紫外杀菌处理后的30ml马铃薯细胞汁配料，均匀混合复配料；
(8)超声波干燥：将复配料放进超声振荡器中，功率100KHz，振荡5min，脱除水分至含水量35％；
(9)造粒：在经超声波干燥后的复配料中，按复配料的重量百分比加入10％凹凸棒土混合，送入造粒机进行造粒，颗粒直径3.0～4.5mm；
(10)包装：无菌条件下，用塑料袋包装1000g发酵马铃薯渣固体生物肥料颗粒，即得产品，有效活菌数≥2.0亿/g，有机质含量≥25％，常温下贮藏。
实施例4：
以甘薯渣和甘薯脱醇发酵液和提取甘薯淀粉后的甘薯细胞汁为原料，应用本发明实施例1提供的方法生产固体生物肥料，不同之处仅在于步骤(1)所选用的原料不同。
实施例5：
以木薯渣和木薯脱醇发酵液和提取木薯淀粉后的木薯细胞汁为原料，应用本发明实施例2提供的方法生产固体生物肥料，不同之处仅在于步骤(1)所选用的原料不同。
实施例6：
以玉米渣和玉米脱醇发酵液和提取玉米淀粉后的玉米细胞汁为原料，应用本发明实施例3提供的方法生产固体生物肥料，不同之处仅在于步骤(1)所选用的原料不同。
Claims (6)
1.一种马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)原料选择：选用马铃薯渣、马铃薯脱醇发酵液和提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁为原料，马铃薯脱醇发酵液有机质含量6～10％，马铃薯细胞汁可溶性固形物含量2～6％；
(2)微波灭菌：将500～2000g马铃薯渣装入微波炉中，功率900w保持5～20min，物料温度达到70～95℃灭菌，取出冷却至15～25℃；
(3)超高压均质：将马铃薯脱醇发酵液连续输入超高压均质机中，压力60～250MPa，处理量1.5～2.1L/h，使物料充分均质、分散和乳化；
(4)发酵：在微波灭菌后的马铃薯渣中，按重量百分比添加10～20％超高压均质后的马铃薯脱醇发酵液和0.5～2％安琪酵母菌，保温25～35℃，发酵3～10天得到发酵马铃薯渣；
(5)加菌和加酶：空气紫外杀菌15～30min后，按发酵处理后的500～2000g马铃薯渣加入微生物菌剂0.1～1.0ml，该微生物菌剂中，安琪酵母菌和保加利亚乳酸菌有效活菌数含量之比为1.5∶0.5，总菌数含量0.2～2.0亿/ml，按物料量的重量百分比0.1～2.0％加入纤维素酶和0.1～2.0％蛋白酶，均匀混合；
(6)紫外杀菌：取100～1000ml马铃薯细胞汁，置于15～30w的紫外线杀菌器中，杀菌时间5～30min；
(7)复配：在加菌和加酶处理后的500～2000g马铃薯发酵料中，加入紫外杀菌处理后的5～30ml马铃薯细胞汁配料，均匀混合复配料；
(8)超声波干燥：将复配料放进超声振荡器中，功率20～100KHz，振荡5～30min，脱除水分至含水量20～35％；
(9)造粒：在经超声波干燥后的复配料中，按复配料的重量百分比加入5～10％凹凸棒土混合，送入造粒机进行造粒，颗粒直径3.0～4.5mm；
(10)包装：无菌条件下，包装，即得固体生物肥料产品。
2.根据权利要求1所述的马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法，其特征在于所述的步骤(1)中所选用的马铃薯脱醇发酵液有机质含量低于6％时，需要进行真空浓缩，真空度为0.05～0.08MPa、温度为55～60℃、时间20～120min，浓缩至马铃薯脱醇发酵液有机质含量达到6～10％。
3.根据权利要求1所述的马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法，其特征在于所述步骤(1)中所选用的马铃薯脱醇发酵液有机质含量高于10％时，需要加水稀释，稀释至马铃薯脱醇发酵液有机质含量达到6～10％。
4.根据权利要求1所述的马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法，其特征在于所述步骤(1)中所选用的提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁，其可溶性固形物含量低于2％时，需要进行真空浓缩，真空度为0.05～0.08MPa、温度为50～60℃、时间20～110min，浓缩至可溶性固形物含量达到2～6％。
5.根据权利要求1所述的马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法，其特征在于所述步骤(1)中所选用的提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁，其可溶性固形物含量高于6％时，需要加水稀释，稀释至可溶性固形物含量达到2～6％。
6.根据权利要求1所述的马铃薯发酵渣生产固体生物肥料的方法，其特征在于所述上述步骤(1)中所选用的马铃薯渣和马铃薯脱醇发酵液和提取马铃薯淀粉后的马铃薯细胞汁，由甘薯渣和甘薯脱醇发酵液和提取甘薯淀粉后的甘薯细胞汁、木薯渣和木薯脱醇发酵液和提取木薯淀粉后的木薯细胞汁、或玉米渣和玉米脱醇发酵液和提取玉米淀粉后的玉米细胞汁来替代。
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