CN109970495A - 一种利用氨基酸发酵尾液制备有机肥的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于氨基酸发酵尾液处理领域，公开了一种利用氨基酸发酵尾液制备有机肥的工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备菌体粉末，步骤2）制备种子液，步骤3）制备酶解液，步骤4）制备有机肥。本发明工艺简单可行，利用氨基酸发酵尾液制备出有机肥，肥效高，应用前景广阔。

Description

一种利用氨基酸发酵尾液制备有机肥的工艺
技术领域
本发明属于氨基酸发酵尾液处理领域，具体涉及一种利用氨基酸发酵尾液制备有机肥的工艺。
背景技术
有机肥料富含有机物质和作物生长所需的营养物质，不仅能提供作物生长所需养分，改良土壤，还可以改善作物品质，提高作物产量，促进作物高产稳产，保持土壤肥力，同时可提高肥料利用率，降低生产成本。充分合理利用有机肥料能增加作物产量、培肥地力、改善农产品品质、提高土壤养分的有效性。液体有机肥料具有水溶性好、吸收率高、见效迅速等显著优点，能够与喷灌、滴灌等新型农业技术结合起来，实现以水带肥，水肥一体化，在减少劳动力投入、节约农业用水以及提高肥料利用效率方面表现突出。近年来国内水溶肥料产业发展迅猛，但在肥料性能和生产技术上，远远落后于国外同类产品，表现在肥料有效率低、稳定性差、功能单一，缺乏对螯合剂、增效助剂以及功能性新材料的开发应用，这一现状制约着国内水溶肥料产业的进一步发展，高效化、多效化的新型肥料研制迫在眉睫，成为未来发展的新方向。
氨基酸发酵尾液是氨基酸工业化生产过程中提取产品后的液体，含有大量的菌体蛋白和氨氮类物质，其处理难度较大，成本较高，难以获得性价比较高的副产品。研究表明，氨基酸对植物的生长具备明显的促进作用。申请人之前的专利技术“2014105587445，一种利用谷氨酸废水生产液体肥料的方法”公开了一种利用氨基酸发酵废水制备液体肥料的方法，该方法利用了废弃物，制备的肥料肥效好，其中，采用6-8mol/L的高浓度盐酸，在60℃温度下搅拌水解12-16小时，以水解菌体蛋白来制备氨基酸，该方法可获得50%左右的水解率，但是高浓度的盐酸对设备造成严重腐蚀，设备更新快，加重了企业负担。如何改进水解工艺，从而提高菌体蛋白的水解率是我们需要解决的技术问题。
发明内容
基于申请人已有专利技术的研究，在此基础上，本发明提供了一种利用氨基酸发酵尾液制备有机肥的工艺。
本发明采用如下所述的技术方案是：
一种利用氨基酸发酵尾液制备有机肥的工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备菌体粉末，步骤2）制备种子液，步骤3）制备酶解液，步骤4）制备有机肥。
优选地，
所述步骤1）制备菌体粉末，包括如下步骤：将氨基酸发酵尾液通过碟片分离机进行分离，转速为5000rpm，离心时间为3min，收集菌体沉淀和废弃母液，再将菌体沉淀烘干，然后粉碎机粉碎成菌体粉末。
优选地，
所述步骤2）制备种子液，包括如下步骤：将黑曲霉接种到种子罐培养基中进行培养，温度控制在30℃，培养至菌浓度为1.0×108cfu/ml，得到种子液。
优选地，
所述种子罐培养基的成分为：20g/L葡萄糖，6g/L玉米浆，2g/L蛋白胨，0.2g/L磷酸二氢钾，0.2g/L磷酸氢二钾，0.1g/L硫酸镁，0.1g/L硫酸锰，溶剂为水。
优选地，
所述步骤3）制备酶解液，包括如下步骤：将菌体粉末添加到10倍重量的种子液中，调整pH为3，温度为30℃，100rpm搅拌42h，然后添加占菌体粉末1-2wt%的电气石粉，搅拌均匀，同时调整培养温度为42℃，继续培养6h，得到酶解液。
优选地，
所述步骤4）制备有机肥，包括如下步骤：将废弃母液、酶解液、腐植酸以及磷酸二氢钾、钼酸铵以及亚硒酸钠按照300-500:70-100:12-20:9-15:1-2:1-2的质量比例添加到搅拌罐中，采用氢氧化钾调节pH为6-7，然后100rpm搅拌30min，最后置于4℃保存，即得。
需要说明的是，本发明的菌株扩大培养获得发酵液的方式属于本领域的公知常识，可以采用本发明的方式，还可以参考工具书记载的其他方式。
本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
电气石能够自动释放负离子，负离子具有较强的氧化性，还持续发生直流静电，释放矿物质和微量元素，对微生物繁殖和产酶起促进作用；适当时间和温度的热处理可以提高菌株的产酶能力以及细胞膜通透性，使得酸性蛋白酶的产量提高，从而水解蛋白的能力相应提升；
本发明采用微生物产生蛋白酶来酶解菌体蛋白，避免采用盐酸溶液，不会对设备产生腐蚀，而且黑曲霉具有裂解大分子有机物和难溶性无机物，便于作物吸收利用，改善土壤结构。
本发明通过微生物酶解法，将菌体蛋白酶解成游离氨基酸成分，其能够络合金属离子，将植物所需要的中量和微量元素携带到植物体内，还能够直接为作物提供所需的碳源和氮源，促进植株生长和根系的发育；土壤中的微生物能在自身代谢过程中利用氨基酸合成多种植物生长调节剂，从而调控作物生理过程，促进植株生长。
氨基酸发酵尾液中含有大量的发酵菌体蛋白，本发明在肥料制备中同时利用了菌体蛋白和废液，省去了废液处理过程，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。
说明书附图
图1：实验组和对照组1-4的水解度见；
图2：实验组和对照组3-4酶解液酶活实验见。
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
一种利用氨基酸发酵尾液制备有机肥的工艺，其包括如下步骤：
将氨基酸发酵尾液通过碟片分离机进行分离，转速为5000rpm，离心时间为3min，收集菌体沉淀和废弃母液，再将菌体沉淀烘干，然后粉碎机粉碎成菌体粉末；
将黑曲霉ATCC 16404接种到种子罐培养基中进行培养，温度控制在30℃，培养至菌浓度为1.0×108cfu/ml，得到种子液；所述种子罐培养基的成分为：20g/L葡萄糖，6g/L玉米浆，2g/L蛋白胨，0.2g/L磷酸二氢钾，0.2g/L磷酸氢二钾，0.1g/L硫酸镁，0.1g/L硫酸锰，溶剂为水；
将菌体粉末添加到10倍重量的种子液中，调整pH为3，温度为30℃，100rpm搅拌42h，然后添加占菌体粉末2wt%的电气石粉，搅拌均匀，同时调整培养温度为42℃，继续培养6h，得到酶解液；
将废弃母液、酶解液、腐植酸以及磷酸二氢钾、钼酸铵以及亚硒酸钠按照300:70:12:9:1:1的质量比例添加到搅拌罐中，采用氢氧化钾调节pH为6-7，然后100rpm搅拌30min，最后置于4℃保存，即得。
实施例2
一种利用氨基酸发酵尾液制备有机肥的工艺，其包括如下步骤：
将氨基酸发酵尾液通过碟片分离机进行分离，转速为5000rpm，离心时间为3min，收集菌体沉淀和废弃母液，再将菌体沉淀烘干，然后粉碎机粉碎成菌体粉末；
将黑曲霉ATCC 6275接种到种子罐培养基中进行培养，温度控制在30℃，培养至菌浓度为1.0×108cfu/ml，得到种子液；所述种子罐培养基的成分为：20g/L葡萄糖，6g/L玉米浆，2g/L蛋白胨，0.2g/L磷酸二氢钾，0.2g/L磷酸氢二钾，0.1g/L硫酸镁，0.1g/L硫酸锰，溶剂为水；
将菌体粉末添加到10倍重量的种子液中，调整pH为3，温度为30℃，100rpm搅拌42h，然后添加占菌体粉末1wt%的电气石粉，搅拌均匀，同时调整培养温度为42℃，继续培养6h，得到酶解液；
将废弃母液、酶解液、腐植酸以及磷酸二氢钾、钼酸铵以及亚硒酸钠按照500:100:20:15:2:2的质量比例添加到搅拌罐中，采用氢氧化钾调节pH为6-7，然后100rpm搅拌30min，最后置于4℃保存，即得。
实施例3
一种利用氨基酸发酵尾液制备有机肥的工艺，其包括如下步骤：
将氨基酸发酵尾液通过碟片分离机进行分离，转速为5000rpm，离心时间为3min，收集菌体沉淀和废弃母液，再将菌体沉淀烘干，然后粉碎机粉碎成菌体粉末；
将黑曲霉接种到种子罐培养基中进行培养，温度控制在30℃，培养至菌浓度为1.0×108cfu/ml，得到种子液；所述种子罐培养基的成分为：20g/L葡萄糖，6g/L玉米浆，2g/L蛋白胨，0.2g/L磷酸二氢钾，0.2g/L磷酸氢二钾，0.1g/L硫酸镁，0.1g/L硫酸锰，溶剂为水；
将菌体粉末添加到10倍重量的种子液中，调整pH为3，温度为30℃，100rpm搅拌42h，然后添加占菌体粉末1.5wt%的电气石粉，搅拌均匀，同时调整培养温度为42℃，继续培养6h，得到酶解液；
将废弃母液、酶解液、腐植酸以及磷酸二氢钾、钼酸铵以及亚硒酸钠按照400:80:12:9:1:1的质量比例添加到搅拌罐中，采用氢氧化钾调节pH为6-7，然后100rpm搅拌30min，最后置于4℃保存，即得。
实施例4
本发明不同处理方法对菌体蛋白水解度的影响：
本发明以苏氨酸发酵尾液为例，各组分如下（干基%）：菌体蛋白37.8，氨基酸15.1，多糖类物质4.9，氨氮10.2，硫为8.3，钙3.8，钾1.4，铁1.1，,余量为其他。
设置组别：
以实施例1为实验组进行实验；
对照组1：采用6mol/L的盐酸在60℃温度下搅拌水解16小时来水解菌体蛋白，其余同实施例1；
对照组2：采用2mol/L的盐酸在60℃温度下搅拌水解32小时来水解菌体蛋白，其余同实施例1；
对照组3：不添加电气石粉，其余同实施例1；
对照组4：温度控制在30℃，不提高温度，其余同实施例1。
试验方法：
采用凯氏定氮法测定蛋白质的含量；茚三酮比色法测定水解液中氨基酸的含量；
样品水解度的测定：
水解度(DH) 100%=（水解液中氨基酸含量/菌体蛋白总氨基酸含量）×100%；
实验组和对照组1-4的水解度见图1，实验组和对照组3-4酶解液酶活实验见图2。如图1所示，通过对比发现，实验组采用微生物酶解法使得菌体蛋白的水解度更高，明显优于对照组1-2常规的盐酸水解法，并且对设备无腐蚀；如图2所示，与对照组3-4相比，实验组的水解度和酶活均大幅提高，说明电气石粉以及适当提高温度可以提高产酶量，从而提高黑曲霉对菌体蛋白的水解度，增加肥料中氨基酸的比例。
实施例5
本发明工艺制备的有机肥的肥效试验：
本发明实施例2制备的液体有机肥对番茄产量及品质的影响。
实验组：追加喷洒本发明实施例2工艺制备的有机肥；
对照组1：制备工艺为采用6mol/L的盐酸在60℃温度下搅拌水解16小时来水解菌体蛋白，其余同实施例2；喷洒该有机肥；
对照组2：制备工艺为采用2mol/L的盐酸在60℃温度下搅拌水解32小时来水解菌体蛋白，其余同实施例2；喷洒该有机肥；
对照组3：喷洒等量水。
试验地点：华北平原北部的温室大棚；土壤为轻壤；
每小区种植面积为10.5m×3.6 m，重复3次，共设12个试验小区，随机区组排列。
番茄品种为粉利1号，每亩喷洒有机肥100kg，其他种植条件相同。分别检测了挂果数、单果重、可溶性固形物、可溶性糖以及可滴定酸等核心指标，具体结果如表1所示：
表1
结论：如表1所示，与对照组3相比，实验组和对照组1-2的有机肥料均能够有效提升番茄的挂果数和单果重，但是实验组的提升效果最好；实验组有机肥料还能够提升番茄的品质，包括提升可溶性固形物和可溶性糖的比重，以及降低可滴定酸的比重；本发明有机肥料肥料好，能够提升番茄产量和品质，为农户带来更高的经济收益。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种利用氨基酸发酵尾液制备有机肥的工艺，其包括如下步骤：步骤1）制备菌体粉末，步骤2）制备种子液，步骤3）制备酶解液，步骤4）制备有机肥。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述步骤1）制备菌体粉末，包括如下步骤：将氨基酸发酵尾液通过碟片分离机进行分离，转速为5000rpm，离心时间为3min，收集菌体沉淀和废弃母液，再将菌体沉淀烘干，然后粉碎机粉碎成菌体粉末。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述步骤2）制备种子液，包括如下步骤：将黑曲霉接种到种子罐培养基中进行培养，温度控制在30℃，培养至菌浓度为1.0×108cfu/ml，得到种子液。
4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述种子罐培养基的成分为：20g/L葡萄糖，6g/L玉米浆，2g/L蛋白胨，0.2g/L磷酸二氢钾，0.2g/L磷酸氢二钾，0.1g/L硫酸镁，0.1g/L硫酸锰，溶剂为水。
5.根据权利要求3或4所述的工艺，其特征在于，所述步骤3）制备酶解液，包括如下步骤：将菌体粉末添加到10倍重量的种子液中，调整pH为3，温度为30℃，100rpm搅拌42h，然后添加占菌体粉末1-2wt%的电气石粉，搅拌均匀，同时调整培养温度为42℃，继续培养6h，得到酶解液。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述步骤4）制备有机肥，包括如下步骤：将废弃母液、酶解液、腐植酸以及磷酸二氢钾、钼酸铵以及亚硒酸钠按照300-500:70-100:12-20:9-15:1-2:1-2的质量比例添加到搅拌罐中，采用氢氧化钾调节pH为6-7，然后100rpm搅拌30min，最后置于4℃保存，即得。
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