CN104262014B - 一种利用谷氨酸发酵废弃物制备的生物菌肥 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物发酵行业发酵废液处理领域，公开了一种利用谷氨酸发酵废弃物制备的生物菌肥，其按照如下方法制备而成：步骤1）发酵液过滤，步骤2）脱色、浓缩和结晶，步骤3）水解，步骤4）制备料液B以及步骤5）制备生物菌肥。本发明生物菌肥有效利用了氨基酸发酵废料，降低肥料生产成本，实现了变废为宝，而且肥料持久，优于市场同类产品。

Description

一种利用谷氨酸发酵废弃物制备的生物菌肥
技术领域
本发明属于生物发酵行业发酵废液处理领域，具体涉及一种利用谷氨酸发酵废弃物制备的生物菌肥。
背景技术
谷氨酸，是一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，有增香作用。
随着氨基酸发酵技术的不断发展，我国已经成为味精的生产和消费大国，但是味精生产过程中所排放的废水量大，味精发酵液经等电提取谷氨酸后排放的母液具有CODCr高、BOD5高、菌体含量高、硫酸根(改用硫酸调pH前为氯离子)含量高、氨氮含量高及pH值(1.5-3.2)低“五高一低”的特点。是一种治理难度很大的工业废水。由于不能有效地治理味精废水，不少味精厂被列入全国重点污染源单位之列，味精废水的治理已经成为制约味精生产企业发展的重大难题。废水中含有的大量菌体，它是一种单细胞蛋白，含有丰富的蛋白质。
我国肥料的发展和应用历程，是从农家肥到使用无机肥为主要阶段，因农家肥污染源多，运输量大，在操作上费时费力并且效果不是特别明显；而无机肥成份单一，利用率较低，而且往往会造成土壤板结和伴随水土流失污染水源，影响生态环境。目前，市场多采用含氮磷钾的无机复合肥等，该复合肥的肥效全面，但是也存在肥效不持久，容易流失等缺陷；更重要的是，目前复合肥的价格较高，给农民带来较大的负担，如何降低肥料成本，提高农民收入是现代化农业需要解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种利用谷氨酸发酵废弃物制备的生物菌肥，该肥料有效利用了氨基酸发酵废料，降低肥料生产成本，实现了变废为宝，而且肥料持久，优于市场同类产品。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用谷氨酸发酵废弃物制备的生物菌肥，所述生物菌肥按照如下方法制备而成：步骤1）发酵液过滤，步骤2）脱色、浓缩和结晶，步骤3）水解，步骤4）制备料液B以及步骤5）制备生物菌肥；
所述生物菌肥具体按照如下方法制备而成：
步骤1）发酵液过滤：谷氨酸发酵液经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超滤膜过滤，收集浓缩液和渗透液；将上述截留物和浓缩液合并为料液A备用；
步骤2）脱色、浓缩和结晶：步骤（1）所得渗透液泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加渗透液质量0.5-1%的活性炭，控制脱色罐内的温度为45-50℃，脱色30分后，板框过滤去除活性炭，然后浓缩，结晶，最后离心获得谷氨酸晶体和母液；
步骤3）水解：将料液A烘干，粉碎机粉碎成粉末状，然后置于反应釜中,加入8mol/L的盐酸，以没过原料为准，在60℃温度下搅拌水解12-15小时，搅拌速度为100转/min，反应终止后用氢氧化钾中和残余盐酸使得溶液为中性，得到氨基酸水溶液，然后按照氨基酸与金属离子的摩尔比为3：1的比例添加金属离子，控制温度为40℃，时间为30min，pH在7.0进行螯合反应，最后将螯合产物浓缩，干燥以及粉碎，得到氨基酸螯合物；
步骤4）制备料液B：将氨基酸螯合物、玉米秸秆粉、硅藻土和母液按照1：3：3：10的质量比例添加到搅拌罐中，500转/分钟搅拌10分钟，然后进入反应罐，控制反应罐的温度为100℃，反应15-30分钟，然后冷却至室温，得到料液B；
步骤5）制备生物菌肥：按照料液B、磷酸一铵、尿素以及水混合，1000转/min搅拌3-5min，然后加入到双螺杆挤出造粒机中造粒，干燥，最后添加菌剂，搅拌均匀即得；其中，料液B、磷酸一铵、尿素、水以及菌剂的重量比例为30-40：20-25：20-25：10-12：1-2。
优选地，
所述步骤1）中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为2000MW，微滤温度为40℃；超滤膜截留分子量为300MW，超滤温度为40℃；
所述步骤2）中，所述浓缩参数为：温度60－70℃，真空度为-0.1kpa；
所述步骤3）中，所述金属离子由铜离子、钙离子以及锌离子按照1：1：1的摩尔比混合而成；
所述步骤4）中，氨基酸螯合物、玉米秸秆粉或硅藻土的粒径均控制在50-100目；
所述所述菌剂按照如下方法制备得到：将枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）CGMCCNo：0954（CN1554744公开使用）和圆褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)ATCC4412（ApplBiochemBiotechnol.1991Sep;30(3):273-84.）按照1：1的体积比混合得到混合菌液，将混合菌液与硅藻土按照1：2的质量比例混合均匀，25-30℃干燥即得。
注，上述步骤中菌种的培养方式不是本发明的创新点，此处不详述，本领域技术人员可以根据文献记载或本领域的常识选择常规的培养基及扩大培养方法，使活菌数达到108个/ml；上述菌株可以从CGMCC以及ATCC等商业途径购买获得。
本发明取得的有益效果主要包括：
谷氨酸发酵液的过滤截留物和浓缩液中含有大量的发酵菌体和蛋白，本发明在生产氨基酸的同时利用了菌体蛋白和母液，省去了母液处理过程，降低生产成本，实现了变废为宝，大幅度提高了资源的利用率；本发明将利用菌体蛋白制备成螯合氨基酸，避免使用价格昂贵的蛋白原料，而且大大提高了肥料；本发明制备的肥料不但使用了发酵废料，还添加了农作物废料，降低了原料成本，而且肥效较好，适用于多种农作物；本发明添加氢氧化钾作为中和剂，其产生的钾盐可作为复合肥钾养份；本发明采用微生物技术，将微生物制剂和传统肥料有机结合，大大提高了肥料的保持率，提高了肥效。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种利用谷氨酸发酵废弃物制备的生物菌肥，其按照如下方法制备而成：
步骤1）发酵液过滤：谷氨酸发酵液经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超滤膜过滤，收集浓缩液和渗透液；将上述截留物和浓缩液合并为料液A备用；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为2000MW，微滤温度为40℃；超滤膜截留分子量为300MW，超滤温度为40℃；
步骤2）脱色、浓缩和结晶：步骤（1）所得渗透液泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加渗透液质量0.5%的活性炭，控制脱色罐内的温度为45℃，脱色30min后，板框过滤去除活性炭，然后浓缩，结晶，最后离心获得谷氨酸晶体和母液；所述浓缩参数为：温度60℃，真空度为-0.1kpa；
步骤3）水解：将料液A烘干，粉碎机粉碎成粉末状，然后置于反应釜中,加入8mol/L的盐酸，以没过原料为准，在60℃温度下搅拌水解12小时，搅拌速度为100转/min，反应终止后用氢氧化钾中和残余盐酸，得到氨基酸水溶液，然后按照氨基酸与金属离子的摩尔比为3：1的比例添加金属离子，控制温度为40℃，时间为30min，pH在7.0进行螯合反应，最后将螯合产物浓缩，干燥以及粉碎，得到氨基酸螯合物；所述金属离子由铜离子（Cu＋2）、钙离子（Ca＋2）以及锌离子（Zn＋2）按照1：1：1的摩尔比混合而成；
步骤4）制备料液B：将氨基酸螯合物、玉米秸秆粉、硅藻土和母液按照1：3：3：10的质量比例添加到搅拌罐中，500转/分钟搅拌10分钟，然后进入反应罐，控制反应罐的温度为100℃，反应15分钟，然后冷却至室温，得到料液B；其中，氨基酸螯合物、玉米秸秆粉或硅藻土的粒径均控制在100目；
步骤5）制备生物菌肥：按照料液B、磷酸一铵、尿素以及水混合，1000转/min搅拌3min，然后加入到双螺杆挤出造粒机中造粒，干燥，最后添加菌剂，搅拌均匀即得；其中，料液B、磷酸一铵、尿素、水以及菌剂的重量比例为30：20：20：10：1；
所述菌剂按照如下方法制备得到：将枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）CGMCCNo：0954（CN1554744公开使用）和圆褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)ATCC4412（ApplBiochemBiotechnol.1991Sep;30(3):273-84.）按照1：1的体积比混合得到混合菌液，将混合菌液与硅藻土按照1：2的质量比例混合均匀，25℃干燥即得；上述两种菌的原始浓度均为1×108个/ml。
实施例2
一种利用谷氨酸发酵废弃物制备的生物菌肥，其按照如下方法制备而成：
步骤1）发酵液过滤：谷氨酸发酵液经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超滤膜过滤，收集浓缩液和渗透液；将上述截留物和浓缩液合并为料液A备用；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为2000MW，微滤温度为40℃；超滤膜截留分子量为300MW，超滤温度为40℃；
步骤2）脱色、浓缩和结晶：步骤（1）所得渗透液泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加渗透液质量1%的活性炭，控制脱色罐内的温度为50℃，脱色30分钟后，板框过滤去除活性炭，然后浓缩，结晶，最后离心获得谷氨酸晶体和母液；所述浓缩参数为：温度70℃，真空度为-0.1kpa；
步骤3）水解：将料液A烘干，粉碎机粉碎成粉末状，然后置于反应釜中,加入8mol/L的盐酸，以没过原料为准，在60℃温度下搅拌水解15小时，搅拌速度为100转/min，反应终止后用氢氧化钾中和残余盐酸，得到氨基酸水溶液，然后按照氨基酸与金属离子的摩尔比为3：1的比例添加金属离子，控制温度为40℃，时间为30min，pH在7.0进行螯合反应，最后将螯合产物浓缩，干燥以及粉碎，得到氨基酸螯合物；所述金属离子由铜离子（Cu＋2）、钙离子（Ca＋2）以及锌离子（Zn＋2）按照1：1：1的摩尔比混合而成；
步骤4）制备料液B：将氨基酸螯合物、玉米秸秆粉、硅藻土和母液按照1：3：3：10的质量比例添加到搅拌罐中，500转/分钟搅拌10分钟，然后进入反应罐，控制反应罐的温度为100℃，反应30分钟，然后冷却至室温，得到料液B；其中，氨基酸螯合物、玉米秸秆粉或硅藻土的粒径均控制在50目；
步骤5）制备生物菌肥：按照料液B、磷酸一铵、尿素以及水混合，1000转/min搅拌3-5min，然后加入到双螺杆挤出造粒机中造粒，干燥，最后添加菌剂，搅拌均匀即得；其中，料液B、磷酸一铵、尿素、水以及菌剂的重量比例为40：25：25：12：2；
所述菌剂按照如下方法制备得到：将枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）和圆褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)按照1：1的体积比混合得到混合菌液，将混合菌液与硅藻土按照1：2的质量比例混合均匀，30℃干燥即得；上述两种菌的原始浓度均为1×108个/ml。
实施例3
本发明肥料的肥效试验
一、种植水稻肥效试验：
设置两个处理试验田，种植时间为2013年，种植面积均为一亩，为对照组和实验组。对照组：复合肥（N23-P7-K6）；实验组：实施例1制备的生物菌肥；每组试验田肥料的使用量均为50kg，种植条件完全相同，同时收获水稻，测定水稻亩产量以及增产率；同时检测水稻穗粒数、千粒重以及空秕粒数。试验结果见表1：
表1
组别 空秕粒数（粒/穗） 穗粒数（粒/穗） 千粒重（g） 亩产量(kg)
对照组 5.3 60.7 25.9 461.2
实验组 3.1 68.9 31.3 497.8
二、种植红薯肥效实验：
设置两个处理试验田，面积均为一亩，为对照组和实验组。对照组：三元复合肥（N15-P15-K15）；实验组：实施例1制备的生物菌肥；各试验田均亩施肥60Kg，2013年5月12日种植，于当年10月17日刨获采收。具体试验结果见表2：
表2
亩产量（Kg） 亩产增量（Kg） 亩施肥投入(元)
对照组 2418 / 1564 -->
实验组 2703 285 132
备注：对照组肥料按照价格2.6元/kg计算，实验组按照2.2元/kg计算。
试验结论：通过种植多种农作物试验发现，本发明制备的生物菌肥比市场常用复合肥增产效果显著，肥效持久，成本低廉，有利于提高种植粮食作物的收益。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本案作了详尽的说明，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种利用谷氨酸发酵废弃物制备的生物菌肥，其特征在于，所述生物菌肥按照如下方法制备而成：
步骤1）发酵液过滤：谷氨酸发酵液经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超滤膜过滤，收集浓缩液和渗透液；将上述截留物和浓缩液合并为料液A备用；
步骤2）脱色、浓缩和结晶：步骤1）所得渗透液泵入脱色罐进行脱色处理，脱色罐中添加渗透液质量0.5-1%的活性炭，控制脱色罐内的温度为45-50℃，脱色30min后，过滤去除活性炭，然后浓缩，结晶，最后离心获得谷氨酸晶体和母液；
步骤3）水解：将料液A烘干，粉碎成粉末状，然后置于反应釜中,加入8mol/L的盐酸，以没过原料为准，在60℃温度下搅拌水解12-15小时，搅拌速度为100转/min，反应终止后用氢氧化钾中和残余盐酸，得到氨基酸水溶液，然后按照氨基酸与金属离子的摩尔比为3：1的比例添加金属离子，控制温度为40℃，时间为30min，pH为7.0，进行螯合反应，最后将螯合产物浓缩，干燥以及粉碎，得到氨基酸螯合物；
步骤4）制备料液B：将氨基酸螯合物、玉米秸秆粉、硅藻土和母液按照1：3：3：10的质量比例添加到搅拌罐中，500转/分钟搅拌10分钟，然后进入反应罐，控制反应罐的温度为100℃，反应15-30分钟，然后冷却至室温，得到料液B；
步骤5）制备生物菌肥：按照料液B、磷酸一铵、尿素以及水混合，1000转/min搅拌3-5min，然后加入到双螺杆挤出造粒机中造粒，干燥，最后添加菌剂，搅拌均匀即得；其中，料液B、磷酸一铵、尿素、水以及菌剂的重量比例为30-40：20-25：20-25：10-12：1-2。
2.根据权利要求1所述的生物菌肥，其特征在于，所述步骤1）中，
微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为2000MW，微滤温度为40℃；超滤膜截留分子量为300MW，超滤温度为40℃。
3.根据权利要求1所述的生物菌肥，其特征在于，所述步骤2）中，
所述浓缩参数为：温度60－70℃，真空度为-0.1kpa。
4.根据权利要求1所述的生物菌肥，其特征在于，所述步骤3）中，
所述金属离子由铜离子、钙离子以及锌离子按照1：1：1的摩尔比混合而成。
5.根据权利要求1所述的生物菌肥，其特征在于，所述步骤4）中，氨基酸螯合物、玉米秸秆粉或硅藻土的粒径均控制在50-100目。
6.根据权利要求1所述的生物菌肥，其特征在于，所述菌剂按照如下方法制备得到：将枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）CGMCCNo：0954和圆褐固氮菌(Azotobacterchroococcum)ATCC4412按照1：1的体积比混合得到混合菌液，然后将混合菌液与硅藻土按照1：2的质量比例混合均匀，25-30℃干燥即得。
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