CN107118983B - 一种改善水质的复合菌酶制剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善水质的复合菌酶制剂，还涉及一种上述复合菌酶制剂的制备方法和应用。所述复合菌酶制剂中包括以下各组分：枯草芽孢杆菌、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡萄糖氧化酶和载体，其中枯草芽孢杆菌属于液体发酵和固体发酵生产的一种，碱性蛋白酶和中性蛋白酶属于枯草芽孢杆菌和酵母基因工程菌发酵生产的一种，淀粉酶属于α淀粉酶、β淀粉酶和γ淀粉酶的一种，糖化酶来自于曲霉和酵母基因工程菌发酵生产的一种，葡萄糖氧化酶来自于黑曲霉和青霉发酵生产的一种。本发明的复合菌酶制剂可协助分解水产养殖池塘残饵粪便等有机物，改善池塘水质、底质，降低养殖水体氨氮、亚硝酸盐，提高水体透明度。

Description

一种改善水质的复合菌酶制剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于水产养殖技术领域，涉及一种水质改良剂,具体涉及一种改善水质的复合菌酶制剂，还涉及一种上述复合菌酶制剂的制备方法和应用。
背景技术
目前水产养殖过程中，水质情况好坏是决定养殖产量的主要因素。造成水质恶化的主要因素是大量的残饵粪便在池塘底部堆积，水体微生物不能快速将残饵粪便利用并转化为藻类生长所需要的营养物质。随着水体的富营养化，水体藻相也逐步转为以甲藻、裸藻、蓝藻等有害藻类为主，同时夜间藻类呼吸作用会使水体溶氧量快速降低，导致水体缺氧。水体含氧量降低，微生物群落结构也会随之发生改变，逐步以厌氧微生物为主，产生氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等有毒有害物质。环境不断恶化，最终导致养殖动物收到毒害或者缺氧死亡，造成大量经济损失。
目前市场上使用微生态水质改良剂一般以微生物活菌制剂为主要的成分，通过微生物代谢活动分解水体有机物、利用水体中氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等有毒有害物质。芽孢杆菌在使用过程中主要通过筛选蛋白酶、淀粉酶等酶活高的菌种，但是很少有在配方中添加各种酶的水质改良剂产品。依靠菌种作为主要作用成分，存在见效慢(菌种生长繁殖需要时间)，环境变化影响菌种生长导致效果差异明显等缺点。以大量芽孢杆菌为主产品需要池底较高含氧量才能够大量繁殖，对于池底氧气含量要求较高。
目前水产养殖水质改良剂微生物或酶制剂颗粒一般依靠圆盘制粒法和挤压制粒两种方式：圆盘制粒烘干颗粒粒径较大，烘干工艺简单，温度控制不均匀且较高，对于菌种酶活损失较大，一般损失率达到50％左右；挤压制粒制粒过程通过环模或者平模挤压制粒，过程设备与物料挤压产生大量热，制粒温度可到70度以上，对菌酶活性也造成了较大损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对水产养殖池塘水质特点，提供一种可改善水质的复合菌酶制剂及其制备方法和应用，用商品化酶制剂和微生态制剂协助分解水产养殖池塘残饵粪便等有机物，改善池塘水质、底质，降低养殖水体氨氮、亚硝酸盐，提高水体透明度。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案，一种改善水质的复合菌酶制剂，由下列各组分组成：枯草芽孢杆菌、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡萄糖氧化酶和载体，其中枯草芽孢杆菌属于液体发酵和固体发酵生产的一种，碱性蛋白酶和中性蛋白酶来自于枯草芽孢杆菌和酵母基因工程菌发酵生产的一种，淀粉酶属于α淀粉酶、β淀粉酶和γ淀粉酶的一种，糖化酶来自于曲霉和酵母基因工程菌发酵生产的一种，葡萄糖氧化酶来自于黑曲霉和青霉发酵生产的一种。
其中“枯草芽孢杆菌属于液体发酵和固体发酵生产的一种”是指本发明所用的枯草芽孢杆菌为可用于液体发酵或固体发酵生产的枯草芽孢杆菌；“碱性蛋白酶和中性蛋白酶来自于枯草芽孢杆菌和酵母基因工程菌发酵生产的一种”是指本发明所用的碱性蛋白酶和中性蛋白酶来自于枯草芽孢杆菌或酵母基因工程菌发酵生产过程所产生的次级代谢产物；“淀粉酶属于α淀粉酶、β淀粉酶和γ淀粉酶的一种”是指本发明所用的淀粉酶为α淀粉酶或β淀粉酶或γ淀粉酶；“糖化酶来自于曲霉和酵母基因工程菌发酵生产的一种”是指本发明所用的糖化酶为曲霉或酵母基因工程菌发酵生产过程中所产生的次级代谢产物；“葡萄糖氧化酶来自于黑曲霉和青霉发酵生产的一种”是指本发明所用的葡萄糖氧化酶为黑曲霉或青霉发酵生产过程中所产生的一种次级代谢产物。
进一步地，所述的载体为淀粉、加益粉、膨润土、纳米级滑石粉、黄原胶按照2-5:1:1-5:1-5：1的重量比混合而成。
进一步地，所述改善水质的复合菌酶制剂中，枯草芽孢杆菌的菌含量为1.0×107-5.5×109个/g，碱性蛋白酶含量为2000-20000U/g，中性蛋白酶含量为500-8000U/g，淀粉酶含量为100-2000U/g，糖化酶含量为1000-10000U/g，葡萄氧化酶含量为20-1000U/g，载体含量为100-600mg/g。
进一步地，所述复合菌酶制剂的各组分的重量份数如下：枯草芽孢杆菌5-50份，碱性蛋白酶20-200份，中性蛋白酶20-100份，淀粉酶20-200份，糖化酶50-200份，葡萄糖氧化酶20-150份，载体100-600份。
进一步地，所述复合菌酶制剂的制粒工艺如下：先将本发明的各原料组分的干粉物料加入湿法混合制粒机，混合10-50s；再加入质量相当于干粉物料总重量的20-40％的自来水，混合2-5min后开始下料制粒；料仓下料螺杆转速和旋压挤出滚轮的转速为100-1000转/min，制粒颗粒平模口径为0.6-3.5mm，若物料温度高于50℃，停止挤出，待设备冷却后重新开始；将挤出颗粒加入抛丸机进行抛丸，抛丸机转速为200-1000转/min，剪切刀转速为200-1000转/min，制得表面光滑的均匀短杆状颗粒。
进一步地，所述复合菌酶制剂的烘干工艺如下：将抛丸后所制得的均匀短杆状颗粒进入流化床干燥，设置进风温度35-75℃；干燥5-15min后搅拌一次，干燥10-30min后暂停设备、拉出底部的锅手工搅匀物料、防止成团；出风温度达20-40℃时，停止干燥，水分控制在8-20％。
进一步地，所制得的复合菌酶制剂的筛分工艺如下：还包括颗粒的筛分工艺：将烘干后产品加入振动筛，振动筛上部安装5-15目筛网、下部安装15-40目筛网，收集两筛之间颗粒作为复合酶制剂产品。
本发明还公开了一种上述复合菌酶制剂在水产养殖水环境中的应用方法：所述复合菌酶制剂的使用量为每亩水体使用100g-300g。定期使用(每隔7天使用一次)改良水质底质，每亩水体使用100-200g；水体氨氮指标高于1.5mg/L或者透明度低于30cm时，每亩水体需要使用200-300g。使用时，将所述复合菌酶制剂直接均匀抛洒至整个养殖池塘，抛洒完毕后开启增氧机增氧2小时。
与现有技术相比,本发明的优点和技术效果是：本发明根据根据养殖池塘有机物污染以残饵粪便为主的特点，设计了一种新型的复合菌酶制剂，具体选择的碱性蛋白酶、中性蛋白酶，淀粉酶，糖化酶，葡萄氧化酶和载体，可充分发挥各组分之间的协同作用，快速将养殖池塘有机物进行分解，相比起直接利用微生物产品起效时间快，效率高。
本发明主要通过复合酶制剂作为主要作用因子，枯草芽孢杆菌在使用中辅助，复合酶通过酶解作用能够起到降低水体COD的作用，在使用过程中对于氧气的需求较弱，能够适用于池底溶氧较低的养殖环境，适用氛围更广。
本发明所选的商业化的葡萄氧化酶能够利用淀粉酶和糖化酶联合作用后酶解后葡萄糖作为底物，将葡萄糖分解为葡萄糖酸和过氧化氢(双氧水)，能够络合池底重金属，降低重金属毒性，同时可有效抑制池底有害菌生长，提高池底氧化还原电位。
本发明所选的枯草芽孢杆菌菌株萌发率高,高盐度条件下活力不受影响，与碱性蛋白酶、中性蛋白酶、淀粉酶、糖化酶和葡萄氧化酶配合，可以利用复合酶分解有机物产物，提高菌种萌发生长速度，抑制有害菌生长，提高其利用氨氮和亚硝酸盐等有害物质能力。
本发明通过将淀粉、加益粉、膨润土、纳米级滑石粉、黄原胶以本发明的比例混合，由于淀粉、加益粉、膨润土、纳米级滑石粉、黄原胶的粒径不同、结构不同，因此所制得的载体形成了不同的比表面积和立体结构。作为缓释载体，可很好地负载枯草芽孢杆菌、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、淀粉酶、糖化酶和葡萄糖氧化酶，使本发明的复合菌酶制剂不易被水流冲散，因此避免了本发明的复合菌酶制剂因被水流冲散而无法发挥各组分之间的协同作用，进而有利于使枯草芽孢杆菌、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、淀粉酶、糖化酶和葡萄糖氧化酶能更好地发挥改良水质的效果。
本发明所用剂型为颗粒剂型，相比传统粉剂剂型能够全部沉降到养殖池底，水体中绝大部分有机污染物都在养殖池底聚集，能够保证在池底保证有效作用浓度，为酶制剂起作用提供充足的反应底物，为菌制剂提供充足的营养。
本发明采用湿法混合制粒，既能保证颗粒在水体稳定性，又能将制粒温度稳定在50摄氏度范围内，对菌种、酶活没有损失，干燥过程采用流化床干燥，通风温度控制在75摄氏度以内，确保菌酶损失率低于20％。
在具体应用时，开启增氧机增氧2小时，可以保证水体充分流动混合，同时增加水体溶氧量，提高枯草芽孢杆菌萌发率，提高使用效率。
综上，本发明所述复合菌酶制剂通过添加碱性蛋白酶、中性蛋白酶和淀粉酶、糖化酶可以快速分解水产养殖池塘有机物，添加葡萄糖氧化酶产生葡萄糖酸能够络合池底重金属，降低重金属毒性，同时可有效抑制池底有害菌生长，提高池底氧化还原电位，添加添加枯草芽孢杆菌可以分解水体有机物，降低氨氮、亚硝酸盐等有毒物质含量，提高水体透明度。使用所述复合菌酶制剂可以分解养殖池塘有机物，提高水体透明度，降低氨氮、亚硝酸盐等有害物质浓度，促进藻类生长，改善水色。
本发明首创了在水质改良剂中大量使用酶制剂的方法，传统观念认为酶制剂在水体中使用没有效果，目前使用的酶制剂主要以饲用酶和工业酶为主，最适酶活温度为40-50摄氏度，水产养殖温度较低，25-30摄氏度为主，所以酶制剂工作效率降低；另外水产酶制剂在水体中底物浓度太低，不能有效发挥酶制剂优势。以上两个观点严重影响了酶制剂在水产养殖水质改良剂的应用。
本发明通过大量的实验验证，酶制剂在水产养殖低温条件下可以发挥作用，能够分解水体中残饵粪便等有机物。但是由于传统粉剂剂型，导致酶制剂大量漂浮在水体环境中，水体中底物浓度达不到酶制剂起效浓度，所以实际上使用效果较差。本发明首先通过湿法混合制粒方法解决了酶制剂制粒过程中损失的问题，生产出颗粒剂型的复合酶制剂，保证酶制剂颗粒能够沉到池底，与池底残饵粪便等有机物接触，在局部地区底物浓度达到酶制剂要求，起到分解池底有机物的作用。湿法混合制粒制粒法，属于传统制药行业常用方法，在水质改良剂和底质改良剂领域未见相关报道，本发明属于首创。
本发明在酶制剂配伍与选择上，通过对大量南美白对虾养殖池塘底部污泥进行取样分析，探明南美白对虾养殖池塘残饵粪便比例。对污泥中蛋白、多糖含量等有机物含量进行分析，根据池底有机物组成，设计出复合酶复配方案。复合碱性蛋白酶和中性蛋白酶能够适应水体中性偏碱的养殖环境，为蛋白分解提供不同的酶切位点，充分分解养殖池塘蛋白质，为微生物生长提供营养成分。复合淀粉酶、糖化酶和葡萄氧化酶对淀粉等多糖产物葡萄糖进行酶解，淀粉酶酶解后产物可以被糖化酶利用，糖化酶产物可以被葡萄糖氧化酶利用，最终产生双氧水，起到氧化池底，改良底质的作用。多种酶复合，能够彻底分解池底有机物，起到改善池底环境，改良水质的作用。
附图说明
图1为本发明实施例1所制得的复合菌酶制剂对水族缸内水体氨氮含量的影响；
图2为本发明实施例1所制得的复合菌酶制剂对养殖水体氨氮含量的影响；
图3为本发明实施例1所制得的复合菌酶制剂对养殖水体亚硝酸盐含量的影响；
图4为本发明实施例1所制得的复合菌酶制剂对养殖水体透明度的影响。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
一种改善水质的复合菌酶制剂，由下列各组分制备而成：枯草芽孢杆菌、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡萄糖氧化酶和载体。其中，每克制得的复合菌酶制剂中含有枯草芽孢杆菌3×109个，碱性蛋白酶10000U，中性蛋白酶1000U，淀粉酶200U，糖化酶2000U，葡萄氧化酶50U，载体400mg。即，所制得的制得的复合菌酶制剂中，枯草芽孢杆菌含量为3×109个/g，碱性蛋白酶含量为10000U/g，中性蛋白酶含量为1000U/g，淀粉酶含量为200U/g，糖化酶含量为2000U/g，葡萄氧化酶含量为50U/g，载体含量为400mg/g。
所述载体为淀粉、加益粉、膨润土、纳米级滑石粉、黄原胶按照3:1:2:2：1的重量比混合而成。
所述复合菌酶制剂的制粒工艺如下：将所有原料加入湿法混合制粒机，先加入本发明的各原料组分的干粉物料(包括载体)，混合30s；再加入质量相当于干粉物料总重量的20％的自来水，混合2min后开始下料制粒；料仓下料螺杆转速和旋压挤出滚轮的转速为200转/min，制粒颗粒平模口径为2.0mm，若物料温度高于50℃，停止挤出，待设备冷却后重新开始；将挤出颗粒加入抛丸机进行抛丸，抛丸机转速为500转/min，剪切刀转速为700转/min，制得表面光滑的均匀短杆状颗粒。
再将抛丸后所制得的均匀短杆状颗粒进行烘干，具体烘干工艺如下：将抛丸后所制得的均匀短杆状颗粒进入流化床干燥，设置进风温度50℃；干燥5min后搅拌一次，干燥10min后暂停设备、拉出底部的锅手工搅匀物料、防止成团；出风温度达37℃时，停止干燥，保证干燥后复合酶制剂颗粒水分低于10％。
筛分烘干产品，具体筛分工艺如下：将烘干后产品加入振动筛，振动筛上部安装10目筛网、下部安装30目筛网，收集两筛之间颗粒作为复合酶制剂产品，筛出的不合格大颗粒(10目筛上物)和粉末(30目筛下物)为不合格产品，下次生产粉碎后重新使用。
所制得的复合菌酶制剂颗粒粒径为1.6-2.5mm。
实验结果
本发明实施例1所述的复合菌酶制剂对水族缸内水体氨氮含量的影响：
试验水族缸容积为50L，养殖期间不间断充气。试验分为3组，每个组4个重复，第1组为实验组：添加本发明实施例1所制得的复合菌酶制剂0.4ppm，即每个试验缸添加0.02g。第2组为空白对照组，不作任何添加，第3组为对照组，每个水族缸添加0.02g市场采购的200亿/g枯草芽孢杆菌。每个水族缸添加0.02g对虾饲料(采购自广东粤海集团生产粤佳品牌精养南美白对虾饲料，蛋白含量大于等于42％，粗灰分含量小于等于15％)，使用氯化铵调整氨氮至2.0mg/l，试验周期为7天。
实验结果如图1所示。
本发明实施例1所制得的复合菌酶制剂对养殖水体氨氮含量的影响：
选择一组南美白对虾养殖池塘进行复合菌酶制剂添加实验：每个养殖池塘面积为两亩，气温在25-32℃之间，水温在27-28℃之间，日投喂量为10kg/亩，投喂饲料为南美白对虾全价饲料(采购自广东粤海集团生产粤佳品牌精养南美白对虾饲料，蛋白含量大于等于42％，粗灰分含量小于等于15％)。第1组为实验组，使用本发明实施例1所制得的复合菌酶制剂，使用量为每亩水体使用200g；第2组为空白对照组，正常投喂不添加任何水质改良剂；第3组为对照组，市场采购200亿/g枯草芽孢杆菌，使用量为每亩水体使用200g；每组设置4个重复。
实验结果如图2所示。
本发明实施例1所制得的复合菌酶制剂对养殖池塘亚硝酸盐含量的影响：
选择一组南美白对虾养殖池塘进行复合菌酶制剂添加实验。每个养殖池塘面积为两亩，气温在25-32℃之间，水温在27-28℃之间，日投喂量为10kg/亩，投喂饲料为南美白对虾全价饲料(采购自广东粤海集团生产粤佳品牌精养南美白对虾饲料，蛋白含量大于等于42％，粗灰分含量小于等于15％)。第1组为实验组，使用本发明实施例1所制得的复合菌酶制剂，使用量为每亩水体使用200g；第2组为空白对照组，正常投喂不添加任何水质改良剂；第3组为对照组，使用200亿/g枯草芽孢杆菌，使用量为每亩水体使用200g；每组设置4个重复。
实验结果如图3所示。
本发明实施例1所制得的复合菌酶制剂对养殖水体透明度的影响：
选择一组南美白对虾养殖池塘进行复合菌酶制剂添加实验。每个养殖池塘面积为两亩，气温在25-32℃之间，水温在27-28℃之间，日投喂量为10kg/亩，投喂饲料为南美白对虾全价饲料(采购自广东粤海集团生产粤佳品牌精养南美白对虾饲料，蛋白含量大于等于42％，粗灰分含量小于等于15％)。第1组使用本发明实施例1所制得的复合菌酶制剂，使用量为每亩水体使用200g；设第2组设置空白对照组，正常投喂不添加任何水质改良剂；第3组为对照组，使用200亿/g枯草芽孢杆菌，使用量为每亩水体使用200g；每组设置4个重复。
实验结果如图4所示。
由图1-图4可以看出，本发明的复合菌酶制剂可有效降低水体氨氮和亚硝酸盐含量，提高水体透明度、改善水色。实验结果表明本发明的复合菌酶制剂可彻底分解池底有机物，起到改善池底环境，改良水质的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种改善水质的复合菌酶制剂，其特征在于：由下列各组分组成：枯草芽孢杆菌、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、葡萄糖氧化酶和载体，其中枯草芽孢杆菌属于液体发酵和固体发酵生产的一种，碱性蛋白酶和中性蛋白酶来自于枯草芽孢杆菌和酵母基因工程菌发酵生产的一种，淀粉酶属于α淀粉酶、β淀粉酶和γ淀粉酶的一种，糖化酶来自于曲霉和酵母基因工程菌发酵生产的一种，葡萄糖氧化酶来自于黑曲霉和青霉发酵生产的一种；其中，每克制得的复合菌酶制剂中含有枯草芽孢杆菌3×109个，碱性蛋白酶10000U，中性蛋白酶1000U，淀粉酶200U，糖化酶2000U，葡萄氧化酶50U，载体400mg；
所述的改善水质的复合菌酶制剂的制备方法，具体步骤如下：将所有原料加入湿法混合制粒机，先加入各原料组分的干粉物料，混合30-50s；再加入质量相当于干粉物料总重量的20-40％的自来水，混合2-5min后开始下料制粒；料仓下料螺杆转速和旋压挤出滚轮的转速为200-1000转/min，制粒颗粒平模口径为0.6-3.5mm，若物料温度高于50℃，停止挤出，待设备冷却后重新开始；将挤出颗粒加入抛丸机进行抛丸，抛丸机转速为500-1000转/min，剪切刀转速为700-1500转/min，制得表面光滑的均匀短杆状颗粒；
所述的改善水质的复合菌酶制剂的制备方法，还包括烘干工艺：将抛丸后所制得的均匀短杆状颗粒进入流化床干燥，设置进风温度35-50℃；干燥5-15min后搅拌一次，干燥10-30min后暂停设备、拉出底部的锅，手工搅匀物料、防止成团；出风温度达20-37℃时，停止干燥，水分控制在8-10％；
所述的复合菌酶制剂的制备方法，还包括颗粒的筛分工艺：将烘干后产品加入振动筛，振动筛上部安装5-15目筛网、下部安装15-40目筛网，收集两筛之间颗粒作为复合酶制剂产品。
2.根据权利要求1所述的改善水质的复合菌酶制剂，其特征在于：所述载体为淀粉、加益粉、膨润土、纳米级滑石粉、黄原胶按照2-5:1:1-5:1-5：1的重量比混合而成。
3.一种权利要求1所述的改善水质的复合菌酶制剂在水产养殖水环境中的应用方法，其特征在于：所述复合菌酶制剂的使用量为每亩水体使用100g-300g，每隔7天使用一次改良水质底质；使用时，将所述复合菌酶制剂直接均匀抛洒至整个养殖池塘，抛洒完毕后开启增氧机增氧2小时。
4.根据权利要求3所述的复合菌酶制剂在水产养殖水环境中的应用方法，其特征在于：当水体氨氮指标高于1.5mg/L或者透明度低于30cm时，每亩水体需要使用200-300g。
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