CN110937940A - 利用苏氨酸废液与玉米下脚料生产生物有机肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物技术领域，公开了利用苏氨酸废液与玉米下脚料生产生物有机肥的方法，其包括如下步骤：采用苏氨酸菌体蛋白靶向酶解液作为生物培养基，将微生物降糖分解后的苏氨酸全过程废液作为主要原料，添加粉碎后的玉米下脚料、腐熟菌种、磷、钾，采用两段式升温发酵技术进行腐熟发酵，经造粒后生产生物有机肥。实现了工业反哺农业的循环经济产业链，对提高整个氨基酸行业的环保治理水平、竞争能力和系统创新能力具有积极作用，具有低碳环保，变废为宝等优点。

Description

利用苏氨酸废液与玉米下脚料生产生物有机肥的方法

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及利用苏氨酸废液与玉米下脚料生产生物有机肥的方法。

背景技术

我国苏氨酸产业发展较晚，在上世纪90年代以前国内基本没有生产，在90年代以后才开始生产。经过十年的发展，到20世纪末产量也未能突破200吨，产品的主要市场也是医药行业，主要用于各种氨基酸输液，氨基酸输液常用于手术前后的身体恢复，营养不良及慢性消耗性疾病等的辅助治疗，是临床用量很大的品种。近几年，国内生产厂家苏氨酸大部分供应国内需求，伴随着国际市场苏氨酸的广泛应用，国内的一些知名饲料企业也开始大量在饲料中应用苏氨酸，以期提高饲料的品质，进一步满足饲料业的需要。其生产主要以发酵法为主，而其过程中产生的菌体蛋白和母液处理难度较大，成本较高，难以获得性价比较高的副产品。

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

为了客服现有技术的缺点，对废液进行进一步的综合利用，本发明提供了一种利用苏氨酸废液与玉米下脚料生产生物有机肥的方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的。

利用苏氨酸废液与玉米下脚料生产生物有机肥的方法，其包括如下步骤：

采用苏氨酸菌体蛋白靶向酶解液作为生物培养基，将微生物降糖分解后的苏氨酸全过程废液作为主要原料，添加粉碎后的玉米下脚料、腐熟菌种、磷、钾，采用两段式升温发酵技术进行腐熟发酵，经造粒后生产生物有机肥。

进一步地，所述方法包括如下步骤：

步骤1）水解菌体蛋白得到酶解液；

步骤2）利用步骤1）的氮源来培养酵母菌，采用酵母菌对苏氨酸发酵废液进行降糖处理，收集酵母和降糖后的废液，酵母用于制备酵母膏；

步骤3）首先对降糖后的废液进行蒸发浓缩，并加入粉碎后的玉米下脚料、酶解液、磷、钾，调节pH至5.5左右，作为腐熟发酵原料，通过生物反应器对腐熟发酵原料和发酵腐熟剂，在保温状态下间歇式通风搅拌2天，进行加快腐熟剂腐熟的前期活化，即一级腐熟发酵；对上述含有活化腐熟剂的混合物，继续添加7倍量的腐熟发酵原料送入混拌设备，混合后分别进入保温发酵滚筒和加热发酵槽，进行两段分别3天的升温式发酵；

步骤4）对腐熟后的混合物进一步粉碎，经滚筒筛筛分后，通过干法辊压造粒技术，在外力作用下腐熟后的混合物颗粒间重排而达到致密化，最后经挤压和切割形成颗粒状生物有机肥产品。

优选地，所述酵母菌为安琪酵母菌。

优选地，所述水解菌体蛋白的工艺为：采用0.2mol/L盐酸在90-95℃下，液固质量比为4:1，对苏氨酸菌体蛋白进行酸解预处理2-4h，酸解后的水解液进行调节pH至7.5左右，温度为40-45℃，酶添加量为2%，作用时间8-10h，即得。

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：

本发明采用发酵液菌体蛋白靶向酶解技术、高浓度废水二次降糖技术、两段式升温发酵技术与苏氨酸发酵废液高浓度废液与玉米下脚料处理相融合，利用苏氨酸菌体蛋白靶向酶解方法生产酶解蛋白，并研究其代替酵母粉作为营养物质为降糖微生物和发酵腐熟微生物提供氮源。有效解决苏氨酸菌体蛋白利用率低、废液处理难，玉米小胶料外售价值低的弊端，提高肥料产品性能和品质，使肥料肥效持久，而且充分利用资源，实现循环发展，对企业绿色健康发展具有重要的意义。

附图说明

图1：本发明方法的路线图。

实施例1

一种生物有机肥生产技术，主要采用苏氨酸菌体蛋白靶向酶解液作为生物培养基，将微生物降糖分解后的苏氨酸全过程废液作为主要原料，添加粉碎后的玉米下脚料、腐熟菌种、磷、钾等辅料，采用两段式升温发酵技术进行腐熟发酵，经造粒后生产生物有机肥。具体研究路线如图1所示。

以下对主要工艺步骤进行详细阐述。

一、对前工艺苏氨酸发酵液中提取的菌体蛋白进行靶向酶解，作为微生物氮源，为降糖微生物及腐熟发酵微生物提供营养。

1、酶解正交实验

采用浓盐酸对菌体蛋白进行水解预处理，预处理目的是使蛋白质充分变性，分子结构变得疏松，从而使蛋白质在蛋白酶的催化作用下易于分解而被抽提出来。经过预处理再进行酶法水解，效果要比单纯酶法水解率高。

称取干重为5.0g的菌体，以HCl浓度、酸处理时间、加水蒸煮时间、温度、液固质量比为因素各取四水平，进行正交实验，以确定酸解最佳效果条件。通过酶解正交实验得出：用0.2mol/L盐酸在95±1℃下处理1.5h和加水蒸煮10min，液固质量比为3.5：1进行预处理，酸解效果最佳。

本实验采用碱性蛋白酶对预处理后的菌体蛋白进行水解，以加酶量、作用时间、温度、pH值、底物浓度为因素各取四水平，进行正交实验，以确定酶解条件。通过实验得出最佳酶解条件：加酶量为4%，pH7.5，温度为40℃，作用时间10h，底物质量比为1:50。

2、酶解液的氨基酸组成成分分析

采用0.2mol/L盐酸在90-95℃下，液固质量比为4:1，对苏氨酸菌体蛋白进行酸解预处理2-4h，酸解后的水解液进行调节pH至7.5左右，温度为40-45℃，酶添加量为2%，作用时间8-10h，酶解率达到了69.24%。对菌体蛋白酶解后与酵母粉酶解后所得酶解液氨基酸组成进行分析。

由试验得出：采用酶解液替代酵母粉作为发酵有机氮源后，更换有机氮源对生物发酵过程及成品的各项指标无影响。因此，苏氨酸菌体蛋白靶向酶解后可以回用于发酵过程，作为有机氮源使用。在提高生产效率的同时，降低了生产成本，达到变废为宝的目的。

二、生物降糖技术

率先采用微生物降糖技术，对苏氨酸全过程废液进行多糖分解，降低废液残糖、有机质含量，有利于下一步腐熟发酵。

由苏氨酸废母液检测报告表1可知，废母液酸性较大（pH值3.73），含有多种氨基酸、残糖、发酵中间产物、铵盐等成分。而这些营养成分可供微生物发酵利用，降低其废母液中残糖、苏氨酸和有机质含量，使其分解为单糖，有利于下一步腐熟发酵。

表1 苏氨酸废母液检测结果

微生物在废母液中生长的状态，决定着微生物对废母液利用的效果。因此，选择一种能在低pH、高COD的苏氨酸废母液恶劣环境中生长的菌株，进行发酵培养。

基于以上考虑，本项目最终选择酵母菌对苏氨酸废母液进行降糖发酵，在摇瓶水平上优化酵母菌的培养条件，筛选出一株能高效利用苏氨酸废母液中的有机物并对菌株生长有利的酵母菌株，从pH、温度、溶氧量和处理时间等方面对其处理苏氨酸废母液的工艺条件进行了优化和选择。

最适酵母菌的选择

为了考察不同酵母菌株对苏氨酸废母液中残糖的降解性能，研究将培养（培养基氮源用酶解液取代酵母膏）得到的A1(面包酵母菌低糖型)、A2（耐高温酵母）、A3（产朊丝酵母）和AL（安琪酵母）四种菌株按30 %的接种量分别接种于苏氨酸废母液中，控制摇床转速，培养48 h，每隔12 h取样一次检测废母液中残糖浓度的变化。用梅特勒pH计测定其pH值，斐林试剂滴定其还原糖含量，用生物传感仪测定葡萄糖含量。将四种酵母菌降低残糖的效果进行对比，发现，安琪酵母降低残糖效果最好，波动最小，降糖趋势最为稳定，是适于工业化生产中使用的酵母菌株。

酵母菌生长条件的优化

将安琪酵母按照常规培养成10¹⁰cfu/ml的密度，然后按照5%的体积比投入到母液中，处理48h，降糖率可达到60%；母液处理后，可以收集酵母菌，用于制备酵母膏或酵母粉。

三、两段式升温发酵技术

该工艺通过原材料配比调整酸碱度，加入优选耐酸、耐寒强化腐植化菌种，并配合自主研发创造的前期生物反应器活化，采用两段式升温滚筒发酵方法，生产生物腐熟肥。

首先对降糖后的废液进行蒸发浓缩，并加入粉碎后的玉米下脚料、酶解蛋白、磷、钾等辅料，调节PH至5.5左右，作为腐熟发酵原料，通过生物反应器对原料与发酵腐熟剂，在保温状态下间歇式通风搅拌2天，进行加快腐熟剂腐熟的前期活化。即一级腐熟发酵。

对上述含有活化腐熟剂的混合物，继续添加7倍量的发酵原料送入混拌设备，混合后分别进入保温发酵滚筒和加热发酵槽，进行两段分别3天的升温式发酵。即二级腐熟发酵，一方面确保腐熟剂和发酵原料充分混合；另一方面根据发酵的不同时期确保反应条件适宜，保证腐熟质量。使产品有机质达65%以上比传统有机肥高15%左右，氮磷钾含量达10%以上比传统有机肥高3%左右。

四、干法辊压造粒技术

再对腐熟后的混合物进一步粉碎，经滚筒筛筛分后，通过干法辊压造粒技术，在外力作用下腐熟后的混合物颗粒间重排而达到致密化。物料在辊子的压力下被挤压入辊上的模孔，经挤压和切割形成颗粒状生物有机肥产品。

该工艺主要存在以下优点：

1、此方法造粒产量高，可连续大规模生产，自动化程度高

2、产品颗粒为短柱状，通过整形机处理后可获得球形颗粒，生产的球形颗粒密度较高

3、纯物理变化，不添加任何物质，既保证产品纯度，又减少附加品的浪费。

本项目可年产5万吨生物有机肥，年可处理20万吨苏氨酸废液，有效利用3万吨玉米下脚料。且该产品肥效高，改善了传统复混肥易吸潮结块的缺点，按市场有机肥售价800元/吨计算，年可新增销售收入4000万元，净利润可达560万元/年，经济效益十分可观。

苏氨酸废液与玉米下脚料二次利用生产生物有机肥技术，通过对对苏氨酸全过程废液和玉米下脚料两种废弃物的高效利用，采用微生物腐熟发酵的方法生产生物有机肥，实现了工业反哺农业的循环经济产业链，对提高整个氨基酸行业的环保治理水平、竞争能力和系统创新能力具有积极作用，具有低碳环保，变废为宝等优点。新技术可推广到其他氨基酸行业，对整个氨基酸行业的节能降耗、清洁生产、循环经济有着积极的示范效应。

该项目不仅提高了经济效益，而且提升了氨基酸生产在同行业中的竞争力，符合国家节能减排的政策，在同行业中能够起到模范带头作用。且产品为高效生物有机肥，可有效促进土壤改良和农民增产增收。所产生的效益对加快扎兰屯乃至呼伦贝尔地区产业结构升级，促进农业、畜牧业、物流业及相关行业的快速发展解决当地就业，服务“三农”均有着积极而深远的意义。从长远角度出发，如该项目在整个行业中推广实施，必将促进氨基酸行业的迅速发展。因此苏氨酸废液与玉米下脚料二次利用生产生物有机肥技术具有显著的社会效益。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而，并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

具体实施方式

本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。

Claims (6)

1.利用苏氨酸废液与玉米下脚料生产生物有机肥的方法，其包括如下步骤：

采用苏氨酸菌体蛋白靶向酶解液作为生物培养基，将微生物降糖分解后的苏氨酸全过程废液作为主要原料，添加粉碎后的玉米下脚料、腐熟菌种、磷、钾，采用两段式升温发酵技术进行腐熟发酵，经造粒后生产生物有机肥。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1）水解菌体蛋白得到酶解液；

步骤2）利用步骤1）的氮源来培养酵母菌，采用酵母菌对苏氨酸发酵废液进行降糖处理，收集酵母菌和降糖后的废液，酵母菌用于制备酵母膏；

步骤3）首先对降糖后的废液进行蒸发浓缩，并加入粉碎后的玉米下脚料、酶解液、磷、钾，调节pH至5.5左右，作为腐熟发酵原料；将腐熟发酵原料和发酵腐熟剂添加到生物反应器中，在保温状态下间歇式通风搅拌2天，进行加快腐熟剂腐熟的前期活化，即一级腐熟发酵；对上述含有腐熟剂的混合物，继续添加7倍量的腐熟发酵原料送入混拌设备，混合后分别进入保温发酵滚筒和加热发酵槽，进行两段分别3天的升温式发酵；

步骤4）对腐熟后的混合物进一步粉碎，经滚筒筛筛分后，通过干法辊压造粒技术，在外力作用下腐熟后的混合物颗粒间重排而达到致密化，最后经挤压和切割形成颗粒状生物有机肥产品。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述酵母菌为安琪酵母菌。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水解菌体蛋白的工艺为：采用0.2mol/L盐酸在90-95℃下，液固质量比为4:1，对苏氨酸菌体蛋白进行酸解预处理2-4h，酸解后的水解液进行调节pH至7.5左右，温度为40-45℃，酶添加量为2%，作用时间8-10h，即得。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述腐熟剂为微生物菌剂。

6.按照权利要求1-4所述的方法生产的生物有机肥。

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