CN109022321A - 具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂及其制备方法,该微生物菌剂通过斜面培养、一级种子培养、二级种子培养和混合发酵培养所制备得到,其包括枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌以及米曲霉。该具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂复合6种菌种原料,能够对厨余垃圾的主要成分(纤维素、油脂、淀粉、蛋白质)进行有效降解,使厨余垃圾能够充分发酵,能够解决厨余垃圾中盐分含量较高以及餐厨垃圾油脂降解率低、发酵周期长、产品腐熟度差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂及其制备方法。
背景技术
餐厨垃圾是指家庭、饮食服务和单位供餐等活动中产生的食物残渣和废料。统计显示,我国餐厨垃圾占城市生活垃圾比重大致范围为37%-62%,中国主要城市每年产生的餐厨垃圾量约为6000万吨,以北京为例,2014年,北京餐厨垃圾产生量约为2600多吨/日。餐厨垃圾分为厨余和泔脚两种类型:厨余垃圾是食品加工过程中产生的食物残余;主要来源于居民生活区、食品批零市场和各垃圾站点。泔脚垃圾是饮食消费后的食物残余;主要来源于餐饮行业、宾馆和企事业单位的食堂。餐厨垃圾的成分组成以米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等为主;化学组成以淀粉、纤维素、蛋白质、脂肪和无机盐等有机无机物为主。
我国厨余垃圾存在高有机物含量,高含水率,高油脂含量,高盐分的特性。按照厨余垃圾绝对干物质重量百分比计算,有机物含量约为80%,水分含量约为75%,粗脂肪含量约为25%,蛋白质含量约为20%以上,盐分含量约为2-3%。
目前,厨余垃圾的处理途径主要包括:1.用作动物饲料;2.好氧发酵后制备有机肥或土壤调理剂;3.厌氧发酵后产生沼气,沼渣制作有机肥;4.油脂分离后生产生物柴油;5.进行焚烧或填埋。虽然厨余垃圾用作动物饲料、焚烧、填埋是最直接简便的处理方式,但其弊端也十分明显,会产生可资源化利用率低、二次污染等问题。因此,好氧发酵、厌氧产沼气和生物柴油是目前各个国家针对餐厨垃圾处理的主要技术途径。饲料化处理技术主要采用生物转化手段将厨余垃圾经过生物转化、烘干处理、杀毒灭菌、除去盐分等。最终生成蛋白饲料添加剂等可利用物质。
好氧堆肥处理技术是在有氧条件下,利用好氧微生物对厨余垃圾进行吸收、氧化和分解的生命代谢活动,是一种传统好氧堆肥技术与外源微生物强化结合的现代堆肥技术。但是,目前针对厨余垃圾处理的好氧发酵工艺仍然存在一些不足的方面。例如,厨余垃圾中油脂(11-18%)和盐分含量(2%-3%)较高,由于过高的盐分含量会对好氧堆肥过程中的微生物生长和功能发挥产生抑制作用,所以导致了很多复合微生物菌剂接种于堆体后无法完全发挥发酵功能,因而出现了厨余垃圾堆肥的发酵周期变长,堆肥产品腐熟度较差等问题,严重制约了好氧堆肥工艺处理厨余垃圾的效果。
厌氧能源化处理技术是在缺氧条件下,通过厌氧微生物的代谢活动将有机物降解为沼气和无机物的方法。然而,这些技术中也存在着一些技术瓶颈需要突破,例如厨余垃圾好氧发酵存在的发酵周期长、腐熟度低;厌氧发酵处理量小、处理效率低;生物柴油生产成本高等主要问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂及其制备方法,能够解决厨余垃圾中盐分含量较高以及餐厨垃圾油脂降解率低、发酵周期长、产品腐熟度差的问题。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:一种微生物菌剂,包括枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌以及米曲霉。
进一步地,所述微生物菌剂中各成分的浓度为:枯草芽孢杆菌,4.0×109~1.0×1010cfu/mL;解淀粉芽孢杆菌,4.0×109~1.0×1010cfu/mL;植物乳酸菌,1.0×109~5.0×109cfu/mL;酿酒酵母,5.0×108~1.0×109cfu/mL;巨大芽胞杆菌,1.0×109~5.0×109cfu/mL;白浅灰链霉菌,5.0×108~1.0×109cfu/mL;米曲霉,5.0×108~1.0×109cfu/mL。
本发明还提供一种微生物菌剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、提供菌种原料和培养基,所述菌种原料包括草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌以及米曲霉;所述培养基包括固体培养基、液体培养基和发酵培养基;
S2、斜面培养:在无菌条件下,将所述菌种原料接种于所述固体培养基中,在25-35℃下培养1-3天;
S3、一级种子培养:在无菌条件下,将S2中培养好的菌种接种于所述液体培养基中,在25-35℃下培养1-3天,当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0时停止培养,得到一级种子液;
S4、二级种子培养:在无菌条件下,将所述一级种子液分别接种于装有对应液体培养基的锥形瓶中,在25-35℃下培养1-3天,当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0时停止培养,得到二级种子液;
S5、混合发酵培养:在无菌条件下,先将步骤S4中植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉的二级种子液接种于所述发酵培养基进行培养,再接种枯草芽孢杆菌的二级种子液进行培养,最后接种解淀粉芽孢杆菌的二级种子液进行培养,得到所述微生物菌剂。
进一步地,步骤S1中,所述固体培养基包括牛肉膏蛋白胨琼脂培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基以及乳酸细菌固体培养基;所述液体培养基包括牛肉膏蛋白胨液体培养基、马铃薯葡萄糖液体培养基以及乳酸细菌液体培养基;所述发酵培养基为:糖蜜3%、玉米浆粉8%、硫酸镁0.2%、氢氧化钠0.15%、磷酸氢二钾0.1%、磷酸二氢钾0.1%,余量为水。
进一步地,步骤S2中,具体包括以下步骤:
在无菌条件下,将所述枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和巨大芽胞杆菌接种于所述牛肉膏蛋白胨琼脂培养基中进行培养,将所述植物乳酸菌接种于所述乳酸细菌固体培养基中进行培养,将所述酿酒酵母、白浅灰链霉菌和米曲霉接种于所述马铃薯葡萄糖琼脂培养基中进行培养;其中,将所述植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉于25~35℃条件下培养2-3天,将所述枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌于25~35℃条件下培养1-2天。
进一步地,步骤S3中,具体包括以下步骤:
在无菌条件下,将步骤S2中培养好的枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和巨大芽胞杆菌接种于所述牛肉膏蛋白胨液体培养基中进行培养,将培养好的植物乳酸菌接种于所述乳酸细菌液体培养基中进行培养,将培养好的酿酒酵母、白浅灰链霉菌和米曲霉接种于所述马铃薯葡萄糖液体培养基中进行培养;其中,将植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉在25~35℃条件下,160r/min摇床培养2~3天,将枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌在25~35℃条件下,130r/min摇床培养1~2天,当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0时停止培养,制得所述一级种子液。
进一步地,步骤S4中,具体包括以下步骤:
在无菌条件下,将步骤S3所制得的枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和巨大芽胞杆菌的一级种子液接种于装有所述牛肉膏蛋白胨液体培养基的锥形瓶中进行培养,将所制得的植物乳酸菌的一级种子液接种于装有所述乳酸细菌液体培养基的锥形瓶中进行培养,将所制得的酿酒酵母、白浅灰链霉菌和米曲霉的一级种子液接种于装有所述马铃薯葡萄糖液体培养基的锥形瓶中进行培养;其中,将植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉在25~35℃条件下,160r/min摇床培养2~3天,将枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌均25~35℃条件下,150r/min摇床培养1~2天,当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0时停止培养,制得所述二级种子液。
进一步地,步骤S5中,具体包括以下步骤:
在无菌条件下,先将步骤S4所制得的植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉的二级种子液接种于所述发酵培养基中培养1天,再接种枯草芽孢杆菌的二级种子液培养1天,最后接种解淀粉芽孢杆菌的二级种子液后再培养2天,共培养4天时间,得到所述微生物菌剂。
进一步地,步骤5中,所述混合发酵培养包括:
第一阶段:起始0~24小时内,间隔通气,保持在有氧条件发酵,其中,通气量1~1.5VVM,调控发酵溶解氧15-20%,搅拌转速150-200r/min,温度25~35℃;
第二阶段:24~96小时,连续通气,搅拌转速150~200r/min,保证溶氧达到30%利用6mol/L的NaOH/HCl溶液调节pH,使pH保持在7.0~8.0之间,温度20~30℃。
进一步地,步骤S4中,所述一级种子液的接种量为体积比4-6%;步骤S5中,所述二级种子液的接种量为体积比1-3%。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1)由于高盐环境会对微生物的生长和功能性产生巨大的影响,从而使厨余垃圾在堆肥过程中出现发酵周期长、发酵腐熟度低等问题,本发明通过筛选和富集耐盐微生物制作而成的微生物菌剂适用于具有保温、换气和搅拌功能的小型厨余垃圾反应器,能够在15%盐分条件下正常生长以及发挥功能性,能够使厨余垃圾的好氧堆肥发酵在10天内完成,并达到完全腐熟程度(发芽指数>80%),也能够实现一次投菌长期使用的目的,从而有效降低厨余垃圾接种微生物菌剂的购买成本;
2)油脂的大量排放会产生恶臭物质和亚硝酸盐等有害物质,引起土壤性质发生改变,危害农作物的种植,本发明的微生物菌剂通过筛选和富集耐盐油脂降解细菌,在堆肥结束后对厨余垃圾的油脂降解率达到60%以上,从而有效降低堆肥成品中的油脂含量;
3)由于厨余垃圾的化学组成较为复杂,单一或少量的微生物无法对厨余垃圾的主要成分全部进行有效降解。本发明微生物菌剂复合6种微生物,能够对厨余垃圾的主要成分(纤维素、油脂、淀粉、蛋白质)进行有效降解,使厨余垃圾能够充分发酵。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明所示的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂的制备方法的流程步骤图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂,包括枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌以及米曲霉。其中,各成分的浓度为:枯草芽孢杆菌,4.0×109~1.0×1010cfu/mL;解淀粉芽孢杆菌,4.0×109~1.0×1010cfu/mL;植物乳酸菌,1.0×109~5.0×109cfu/mL;酿酒酵母,5.0×108~1.0×109cfu/mL;巨大芽胞杆菌,1.0×109~5.0×109cfu/mL;白浅灰链霉菌,5.0×108~1.0×109cfu/mL;米曲霉,5.0×108~1.0×109cfu/mL。
发明人对上述各菌种之间经过微生物平板拮抗试验反复验证,平板均无出现拮抗圈,说明所述菌种之间无拮抗作用,可以混合使用。
请参见图1,本发明的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂的制备方法,包括以下步骤:
S1、提供菌种原料和培养基,菌种原料包括草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌以及米曲霉;培养基包括固体培养基、液体培养基和发酵培养基,其中,固体培养基包括牛肉膏蛋白胨琼脂培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基以及乳酸细菌固体培养基;液体培养基包括牛肉膏蛋白胨液体培养基、马铃薯葡萄糖液体培养基以及乳酸细菌液体培养基;发酵培养基为:糖蜜3%、玉米浆粉8%、硫酸镁0.2%、氢氧化钠0.15%、磷酸氢二钾0.1%、磷酸二氢钾0.1%,余量为水;
S2、斜面培养:在无菌条件下,将枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和巨大芽胞杆菌接种于牛肉膏蛋白胨琼脂培养基中进行培养,将植物乳酸菌接种于乳酸细菌固体培养基中进行培养,将酿酒酵母、白浅灰链霉菌和米曲霉接种于马铃薯葡萄糖琼脂培养基中进行培养;其中,将植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉于25~35℃条件下培养2-3天,将枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌于25~35℃条件下培养1-2天,优选的,将上述菌种原料在30℃下培养2天;
S3、一级种子培养:在无菌条件下,将步骤S2中培养好的枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和巨大芽胞杆菌接种于牛肉膏蛋白胨液体培养基中进行培养,将培养好的植物乳酸菌接种于乳酸细菌液体培养基中进行培养,将培养好的酿酒酵母、白浅灰链霉菌和米曲霉接种于马铃薯葡萄糖液体培养基中进行培养;其中,上述液体培养基的浓度优选为50mL/250mL,将植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉在25~35℃条件下,160r/min摇床培养2~3天,优选为在30℃条件下,160r/min摇床培养2天;将枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌在25~35℃条件下,130r/min摇床培养1~2天,优选为30℃条件下,130r/min摇床培养2天;当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0时停止培养,制得一级种子液;
S4、二级种子培养:在无菌条件下,将步骤S3所制得的枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和巨大芽胞杆菌的一级种子液接种于装有牛肉膏蛋白胨液体培养基的锥形瓶中进行培养,将所制得的植物乳酸菌的一级种子液接种于装有乳酸细菌液体培养基的锥形瓶中进行培养,将所制得的酿酒酵母、白浅灰链霉菌和米曲霉的一级种子液接种于装有马铃薯葡萄糖液体培养基的锥形瓶中进行培养;其中,一级种子液的接种量为体积比4-6%,将植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉在25~35℃条件下,160r/min摇床培养2~3天,优选为在30℃条件下,160r/min摇床培养2天;将枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌均25~35℃条件下,150r/min摇床培养1~2天,优选为在30℃条件下,150r/min摇床培养2天;当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0时停止培养,制得二级种子液;
S5、混合发酵培养:在无菌条件下,先将步骤S4所制得的植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉的二级种子液接种于所述发酵培养基中培养1天,再接种枯草芽孢杆菌的二级种子液培养1天,最后接种解淀粉芽孢杆菌的二级种子液后再培养2天,共培养4天时间,得到微生物菌剂,其中,二级种子液的接种量为体积比1-3%。
在本发明步骤S4中,锥形瓶的容积可选用1.5L~3L。在本发明步骤S5中,混合发酵培养包括:第一阶段:起始0~24小时内,间隔通气,保持在有氧条件发酵,其中,通气量1~1.5VVM,调控发酵溶解氧15-20%,搅拌转速150-200r/min,温度25~35℃;第二阶段:24~96小时,连续通气,搅拌转速150~200r/min,保证溶氧达到30%利用6mol/L的NaOH/HCl溶液调节pH,使pH保持在7.0~8.0之间,温度20~30℃。
本发明所制得的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂在应用于高盐高油脂餐厨垃圾时,可以将该微生物菌剂按重量比2%的接种量接种于高盐高油脂餐厨垃圾中,充分混合后,发酵5-7天。
下面将结合具体实施例来对本发明进行进一步详细地说明。以下实施例中所涉及的枯草芽孢杆菌与解淀粉芽孢杆菌由发明人筛选与培育;植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉均为北京沃土天地生物科技有限公司出售的菌株,本领域技术人员可购买得到。当然,上述菌种原料的来源在其他实施例中可根据实际情况进行选择,不作为对本发明的限制。
实施例一至五为不同成分浓度的微生物菌剂制备
实施例一
S1、斜面培养:在无菌条件下,将枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和巨大芽胞杆菌接种于牛肉膏蛋白胨琼脂培养基中进行培养,将植物乳酸菌接种于乳酸细菌固体培养基(MRS)中进行培养,将酿酒酵母、白浅灰链霉菌和米曲霉接种于马铃薯葡萄糖琼脂培养基(PDA)中进行培养,其中,将植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉、枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌于30℃条件下培养2天;
S2、一级种子培养:将步骤S1培养的菌种在无菌条件下分别挑取单菌落接种于50mL/250mL液体培养基,植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉在30℃条件下,160r/min摇床培养2天,枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌均30℃条件下,150r/min摇床培养2天,当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0之间时停止培养,制得一级种子液;
S3、二级种子培养:按液体培养基的体积比为5%的接种量,将一级种子液分别接种于装有对应液体培养基的1.5L锥形瓶中,植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉在30℃条件下,160r/min摇床培养2天,枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌均30℃条件下,150r/min摇床培养2天,当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0之间时停止培养,制得二级种子液;
S4、混合发酵培养:发酵培养基于121℃高温高压下灭菌30分钟,冷却后,按液体培养基的体积比为2%的接种量,将二级种子液依次接种到300L的发酵罐中,发酵罐内的培养基装量为70%,发酵培养基:糖蜜3%、玉米浆粉8%、硫酸镁0.2%、氢氧化钠0.15%、磷酸氢二钾0.1%、磷酸二氢钾0.1%,余量为水;采用分批培养方式进行高密度发酵培养,第一阶段:起始0~24小时内,保持通气量为1.2VVM,搅拌转速150r/min,调控发酵溶氧浓度为20%,pH值为6.5~7.0,温度30℃;第二阶段:第24小时至96小时,通气量为1.5VVM搅拌转速180r/min,保证溶氧达到30%,利用6mol/L的NaOH/HCl溶液调节pH,使pH保持在7.0~8.0之间,温度20~30℃。
根据上述的制备方法获得菌剂总浓度为2.7×108cfu/mL,通过活菌数测定,高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂的构成为:
实施例二
本实施例的制备方法与实施例一基本类似,其区别之处在于将步骤S3中接种量5%改为4%,得到本实施例的高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂,其活菌构成为:
实施例三
本实施例的制备方法与实施例一基本类似,其区别之处在于将步骤S3中1.5L锥形瓶改为3L锥形瓶,得到本实施例的高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂,其活菌构成为:
实施例四
本实施例的制备方法与实施例一基本类似,其区别之处在于将步骤S4中接种量2%改为3%,得到本实施例的高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂,其活菌构成为:
实施例五和六为微生物菌剂在处理高盐高脂厨余垃圾的应用
实施例五
组成:厨余垃圾80%锯末20%本发明高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂。
制作过程:
配料时须先将本微生物菌剂用自来水稀释50-100倍制得复合菌剂稀释液,然后将稀释液用液体喷雾装置(如喷壶或喷枪)均匀喷洒于处理对象表面,并充分翻搅(用搅拌机最好)均匀。
物料堆成条状山形或梯形进行发酵。如堆成条状山形,则堆高为70~80cm,底部宽为120~150cm,长度不限;如堆成梯形,则堆高为45~50cm,长宽不限。分别设置CK对照组、VT1000、1‰高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂和2‰高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂接种于厨余垃圾堆体表面,VT1000的接种量为1‰,CK对照为自然堆肥处理。分别于0、4、8小时取样,倍比稀释后测定活菌数量,记录结果如表1
表1高盐高脂厨余垃圾接种于厨余垃圾后活菌数量
由上表可以看出,餐厨垃圾中在接种不同接种量的高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂后,活菌数量较对照组和VT-1000菌剂有不同的增加,说明耐盐微生物在厨余垃圾中有较好的生长繁殖,为厨余垃圾后续处理奠定了良好的微生物基础,通过下面的实施例六可进一步验证本发明的微生物菌剂对厨余垃圾的实际处理效果。用实施例2、3、4所得高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂进行同样堆肥实验,高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂的活菌数量均高于CK对照与VT-1000菌剂。
实施例六
组成:厨余垃圾80%、锯末20%、本发明高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂。
制作过程:
配料时须先将本微生物菌剂用自来水稀释50-100倍制得复合菌剂稀释液,然后将稀释液用液体喷雾装置(如喷壶或喷枪)均匀喷洒于处理对象表面,并充分翻搅(用搅拌机最好)均匀。
物料水分一般控制在55%左右,C/N比调节到25~30:1,pH值呈中性或弱碱性。发酵时,物料堆成条状山形或梯形进行发酵。如堆成条状山形,则堆高为70~80cm,底部宽为120~150cm,长度不限;如堆成梯形,则堆高为45~50cm,长宽不限。(这里的C/N指的是物料当中的总碳量和总氮量比值。C/N值高,通过添加含N量高的物料进行调节,C/N值低,通过添加含C量高的物料进行调节。)分别设置CK对照组、VT1000、1‰高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂和2‰高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂接种于厨余垃圾堆体表面,VT1000的接种量为1‰,CK对照自然堆肥处理。
发酵过程中,应观察物料温度变化,当温度升至50℃以上后,物料每2~3天翻堆一次,连续翻堆3~4次。发酵7~10天基本完成。
堆肥过程中升温至50℃以上所需时间:如表2所示,未加入任何菌剂的CK组升温至50℃以上需3.5天,而加入1‰、2‰高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂升温至50℃以上仅需1.5天和2天,说明微生物受厨余垃圾中的盐分胁迫较小,接种于堆体后使堆体迅速升温,能够有效缩短堆肥发酵升温时间。用实施例二、三、四所得高盐高脂堆肥接种剂进行同样堆肥实验,取得同样的缩短发酵周期的效果。
表2添加高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂温度随时间的变化
实施例七
组成:厨余垃圾80%、锯末20%、本发明高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂。
制作过程:
配料时须先将本微生物菌剂用自来水稀释50-100倍制得复合菌剂稀释液,然后将稀释液用液体喷雾装置(如喷壶或喷枪)均匀喷洒于处理对象表面,并充分翻搅(用搅拌机最好)均匀。
物料水分一般控制在55%左右,C/N比调节到25~30:1,pH值呈中性或弱碱性。发酵时,物料堆成条状山形或梯形进行发酵。如堆成条状山形,则堆高为70~80cm,底部宽为120~150cm,长度不限;如堆成梯形,则堆高为45~50cm,长宽不限。(这里的C/N指的是物料当中的总碳量和总氮量比值。C/N值高,通过添加含N量高的物料进行调节,C/N值低,通过添加含C量高的物料进行调节)分别设置CK对照组、VT1000、1‰高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂和2‰高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂接种于厨余垃圾堆体表面,VT1000的接种量为1‰,CK对照自然堆肥处理。
发酵过程中,应观察物料温度变化,当温度升至50℃以上后,物料每2~3天翻堆一次,连续翻堆3~4次,发酵10天后结束。
厨余垃圾中油脂含量的测定
(1)将装有处理后厨余垃圾试样的滤纸筒放入脂肪抽提器的体筒内,连接已干燥至恒重的接收瓶,由抽提器冷凝管上端加入石油醚至瓶内容积的2/3处,于水浴上加热,使石油醚不断回流提取6-12小时;
(2)取下接收瓶,回收石油醚。待接收瓶内石油醚剩1-2ml时在水浴上蒸干,再于100±5℃的烘箱内干燥2h,放于干燥器内冷却30分钟后称量,重复以上操作直至恒重;厨余垃圾中油脂含量按式(1)计算:
式中:
X-厨余垃圾试样中油脂的含量,单位为%
m1-接收瓶和油脂的质量,单位为克(g)
m0-接收瓶质量,单位为克(g)
m2-厨余垃圾试样的质量,单位为克(g)
在测定时,重复性条件下的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的10%。
厨余垃圾发芽指数测定
(1)将堆肥样品与蒸馏水按1g:10ml配制混合液振荡2h浸提,浸提液在5000r/min下离心20min,取上清液过滤待用。
(2)将一张滤纸平铺于干净无菌的培养皿中,滤纸上均匀整齐摆放好20粒种子。准确移取5ml滤液于培养皿中。每个样品做3个重复,并设蒸馏水作对照。
(3)将培养皿置于25℃恒温箱中培养48h后取出,记录发芽种子的个数,发芽种子的个数与种子总数的比值即发芽率。用游标卡尺测定每个发芽种子的根长并计算根长的算术平均数,即种子平均根长。
堆肥样品的发芽指数GI(%),按照公式(2)进行计算:
式中:
GI——发芽指数;
w1——堆肥浸提液培养的种子发芽率;
l1——堆肥浸提液培养的种子平均根长;
w2——蒸馏水培养的种子发芽率;
l2——蒸馏水培养的种子平均根长。
发酵结束后,对餐厨垃圾的油脂降解率、发芽指数指标测定,并记录了感官描述,结果如表3:
表3厨余垃圾堆肥产品相关指标及感官描述
由上表可以看出,厨余垃圾中在接种不同接种量的高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂后,油脂降解率与腐熟度均高于对照组和VT-1000菌剂,说明高盐高脂厨余垃圾处理微生物菌剂在厨余垃圾堆肥过程中受盐分影响较小,能发挥较强的油脂降解能力,并且接种本微生物菌剂后,厨余垃圾堆肥成品的腐熟度较高,可以达到商品有机肥标准。
综上所述,本发明的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂及其制备方法具有以下优点:
1)由于高盐环境会对微生物的生长和功能性产生巨大的影响,从而使厨余垃圾在堆肥过程中出现发酵周期长、发酵腐熟度低等问题,本发明通过筛选和富集耐盐微生物制作而成的微生物菌剂适用于具有保温、换气和搅拌功能的小型厨余垃圾反应器,能够在15%盐分条件下正常生长以及发挥功能性,能够使厨余垃圾的好氧堆肥发酵在10天内完成,并达到完全腐熟程度(发芽指数>80%),也能够实现一次投菌长期使用的目的,从而有效降低厨余垃圾接种微生物菌剂的购买成本;
2)油脂的大量排放会产生恶臭物质和亚硝酸盐等有害物质,引起土壤性质发生改变,危害农作物的种植,本发明的微生物菌剂通过筛选和富集耐盐油脂降解细菌,在堆肥结束后对厨余垃圾的油脂降解率达到60%以上,从而有效降低堆肥成品中的油脂含量;
3)由于厨余垃圾的化学组成较为复杂,单一或少量的微生物无法对厨余垃圾的主要成分全部进行有效降解。本发明微生物菌剂复合6种微生物,能够对厨余垃圾的主要成分(纤维素、油脂、淀粉、蛋白质)进行有效降解,使厨余垃圾能够充分发酵。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂,其特征在于,包括枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌以及米曲霉。
2.如权利要求1所述的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂,其特征在于,所述微生物菌剂中各成分的浓度为:枯草芽孢杆菌,4.0×109~1.0×1010cfu/mL;解淀粉芽孢杆菌,4.0×109~1.0×1010cfu/mL;植物乳酸菌,1.0×109~5.0×109cfu/mL;酿酒酵母,5.0×108~1.0×109cfu/mL;巨大芽胞杆菌,1.0×109~5.0×109cfu/mL;白浅灰链霉菌,5.0×108~1.0×109cfu/mL;米曲霉,5.0×108~1.0×109cfu/mL。
3.一种根据权利要求1或2所述的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、提供菌种原料和培养基,所述菌种原料包括草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌以及米曲霉;所述培养基包括固体培养基、液体培养基和发酵培养基;
S2、斜面培养:在无菌条件下,将所述菌种原料接种于所述固体培养基中,在25-35℃下培养1-3天;
S3、一级种子培养:在无菌条件下,将S2中培养好的菌种接种于所述液体培养基中,在25-35℃下培养1-3天,当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0时停止培养,得到一级种子液;
S4、二级种子培养:在无菌条件下,将所述一级种子液分别接种于装有对应液体培养基的锥形瓶中,在25-35℃下培养1-3天,当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0时停止培养,得到二级种子液;
S5、混合发酵培养:在无菌条件下,先将步骤S4中植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉的二级种子液接种于所述发酵培养基进行培养,再接种枯草芽孢杆菌的二级种子液进行培养,最后接种解淀粉芽孢杆菌的二级种子液进行培养,得到所述微生物菌剂。
4.如权利要求3所述的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,步骤S1中,所述固体培养基包括牛肉膏蛋白胨琼脂培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基以及乳酸细菌固体培养基;所述液体培养基包括牛肉膏蛋白胨液体培养基、马铃薯葡萄糖液体培养基以及乳酸细菌液体培养基;所述发酵培养基为:糖蜜3%、玉米浆粉8%、硫酸镁0.2%、氢氧化钠0.15%、磷酸氢二钾0.1%、磷酸二氢钾0.1%,余量为水。
5.如权利要求4所述的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,步骤S2中,具体包括以下步骤:
在无菌条件下,将所述枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和巨大芽胞杆菌接种于所述牛肉膏蛋白胨琼脂培养基中进行培养,将所述植物乳酸菌接种于所述乳酸细菌固体培养基中进行培养,将所述酿酒酵母、白浅灰链霉菌和米曲霉接种于所述马铃薯葡萄糖琼脂培养基中进行培养;其中,将所述植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉于25~35℃条件下培养2-3天,将所述枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌于25~35℃条件下培养1-2天。
6.如权利要求4所述的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,步骤S3中,具体包括以下步骤:
在无菌条件下,将步骤S2中培养好的枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和巨大芽胞杆菌接种于所述牛肉膏蛋白胨液体培养基中进行培养,将培养好的植物乳酸菌接种于所述乳酸细菌液体培养基中进行培养,将培养好的酿酒酵母、白浅灰链霉菌和米曲霉接种于所述马铃薯葡萄糖液体培养基中进行培养;其中,将植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉在25~35℃条件下,160r/min摇床培养2~3天,将枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌在25~35℃条件下,130r/min摇床培养1~2天,当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0时停止培养,制得所述一级种子液。
7.如权利要求4所述的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,步骤S4中,具体包括以下步骤:
在无菌条件下,将步骤S3所制得的枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和巨大芽胞杆菌的一级种子液接种于装有所述牛肉膏蛋白胨液体培养基的锥形瓶中进行培养,将所制得的植物乳酸菌的一级种子液接种于装有所述乳酸细菌液体培养基的锥形瓶中进行培养,将所制得的酿酒酵母、白浅灰链霉菌和米曲霉的一级种子液接种于装有所述马铃薯葡萄糖液体培养基的锥形瓶中进行培养;其中,将植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉在25~35℃条件下,160r/min摇床培养2~3天,将枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌均25~35℃条件下,150r/min摇床培养1~2天,当菌种液体培养OD600值为3.0-4.0时停止培养,制得所述二级种子液。
8.如权利要求4所述的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,步骤S5中,具体包括以下步骤:
在无菌条件下,先将步骤S4所制得的植物乳酸菌、酿酒酵母、巨大芽胞杆菌、白浅灰链霉菌、米曲霉的二级种子液接种于所述发酵培养基中培养1天,再接种枯草芽孢杆菌的二级种子液培养1天,最后接种解淀粉芽孢杆菌的二级种子液后再培养2天,共培养4天时间,得到所述微生物菌剂。
9.如权利要求8所述的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,步骤5中,所述混合发酵培养包括:
第一阶段:起始0~24小时内,间隔通气,保持在有氧条件发酵,其中,通气量1~1.5VVM,调控发酵溶解氧15-20%,搅拌转速150-200r/min,温度25~35℃;
第二阶段:24~96小时,连续通气,搅拌转速150~200r/min,保证溶氧达到30%利用6mol/L的NaOH/HCl溶液调节pH,使pH保持在7.0~8.0之间,温度20~30℃。
10.如权利要求3至9中任一项所述的具有高耐盐性和油脂降解率的微生物菌剂的制备方法,其特征在于,步骤S4中,所述一级种子液的接种量为体积比4-6%;步骤S5中,所述二级种子液的接种量为体积比1-3%。
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