CN111349656A - 酵素及其生产方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物发酵技术领域，涉及一种酵素及其生产方法和应用。该生产酵素的方法包括以下步骤：将糖类、水和原料按照比例混合，形成混合物；所述原料包括植物的枝、叶和果实中的至少一种；向所述混合物中加入微生物菌群，进行发酵，得到酵素；所述微生物菌群包括：光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、双歧杆菌群和放线菌群。本发明提供的酵素能够促进植物生长并且能够改良土壤。
Description
技术领域
本发明属于生物发酵技术领域，更具体地，涉及一种酵素及其生产方法和应用。
背景技术
目前国内一些个人、健康组织、食品企业等将糖类(白糖、红糖、砂糖、蜂蜜等)、新鲜果蔬原料等进行发酵，生产酵素、果醋和果酒等，用于家庭食用、日常生活和环保领域。家庭制作醪糟、米酒、泡菜、大酱之类的发酵食品，用于丰富家庭食品。家庭制作发酵产品规模小，制作简单，发酵期一般需要3个月以上的时间。
国外和国内一些企业采用不锈钢发酵设备，开始规模化生产食品级的酵素产品，在市场上大量销售。
将富含益生菌的发酵产品作为微生物液体营养制剂应用于农林业生产领域才刚刚开始，在环境保护等领域主要用于生产和生活产生的污水以及河流湖面水净化。农林生产、生态环境领域规模化、标准化生产的技术和商业化开发还处在探索试验阶段。
近六十多年来，随着农业的发展，农作物种植为追求速成、省工、低成本、高利益，投入了大量的化学肥料和农药。化学肥料由于价格便宜、易被农作物吸收，因此被农户大批量使用。然而，在使用过程中，由于连年施用化学肥料，已导致农田土壤的有机质含量下降，土壤结构破坏严重，土壤板结加剧，通气性差，保水、保肥能力下降，土壤生产力明显下降，不利于农业和生态环境可持续性发展。
农业种植使用大量化学农药，使农产品残留增加，口感差，有害于人体健康。并且化学农药的应用使得病虫形成抗药性，从而增大化学农药的使用量，提高生产成本，加剧污染环境。并且食物农药残留严重超标，有害于人体健康。
因此，需要一种能够促进植物生长并且能够改良土壤的酵素。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够促进植物生长并且能够改良土壤的酵素及其生产方法和应用。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种生产酵素的方法，该方法包括以下步骤：
将糖类、水和原料按照比例混合，形成混合物；所述原料包括植物的枝、叶和果实中的至少一种；
向所述混合物中加入微生物菌群，进行发酵，得到酵素；所述微生物菌群包括：光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、双歧杆菌群和放线菌群。
在本发明的一种优选实施方式中，所述发酵所使用的容器的材料选自聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETE)、聚苯乙烯(PS)和OTHER中的至少一种。该材料为食品级。在发酵过程中，发酵设备需要密封，避免杂菌进入，而导致发酵失败，上述材料的容器具有一定的呼吸置换能力，能够提高发酵的效率。
在本发明的一种更优选实施方式中，所述发酵所使用的容器的材料为高密度聚乙烯(HDPE)。相对于不锈钢、PP、PETE、PS或OTHER材料的容器，HDPE材料的容器的呼吸置换能力最强，有利于微生物菌的生长和繁殖，加速发酵进程。
本发明的发酵所使用的容器的材料中添加有杀菌抑菌材料。所述杀菌抑菌材料包括纳米银和/或纳米锌。
本领域技术人员可以根据实际经验选择发酵的温度和时间，本发明在此不做具体限定。并且本领域技术人员可以理解的是，在一定的发酵的温度范围内，温度越高越有利于微生物菌的生长和繁殖，发酵过程越剧烈，然而超过35℃会抑制有益菌的生长和繁殖。所述发酵的温度为20～32℃，优选为25～30℃；所述发酵的时间为5～7天。优选地，在发酵过程中进行间歇性搅拌。
本发明所使用的水可以为自来水、蒸馏水或无菌水等。考虑到生产成本，在本发明使用水为自来水。本领域技术人员可以将自来水加热煮沸，进行灭菌处理，之后自然降温至室温再使用。本发明所使用的糖可以为蔗糖或食糖。食糖包括：白砂糖、绵白糖、冰糖和红糖中的至少一种。
本领域技术人员可以根据实际经验确定糖类、水和原料的用量比。例如糖类、水和原料的重量比可以为1:3～5:9～12；优选为1:4:10。
本领域技术人员可以根据实际经验确定微生物菌的用量，本发明在此不做具体限定。所述微生物菌群中的微生物菌在所述混合物中的投放量为200～250亿CFU/克。
在本发明中，具有复合功能的微生物菌群的特性如下：(1)光合菌群：该菌群属于独立营养微生物，它能利用太阳能将土壤中的部分有害物质转化为有益物质，并以植物根部的分泌物、有机物、二氧化碳、氮等为基质，合成糖、氨基酸、维生素类、氮素化合物和生理活性物质等，是肥沃土壤和促进植物生长的主力部队。(2)乳酸菌群：以摄取光合菌、酵母菌产生的糖类等物质为基础，生成乳酸。乳酸不但具有很强的杀菌能力，而且能够加强有机物和木质素和纤维素的加剧分解，还能够将未腐熟的有机质转化成对植物有效的营养成分，在有机物发酵分解上发挥突击队的重要作用。(3)酵母菌群：酵母菌是利用氨基酸、糖类及其它有机物质，通过发酵，产生出促进细胞分裂的活性化物质。它在复合功能菌集团军中，对促进其它有益微生物增殖，提供重要的营养保障。此外，酵母菌生产的单细胞蛋白是植物不可缺少的有效养分。(4)放线菌群：它从光合细菌中获取氨基酸、氮素等作为基质，产生出各种抗生物质、维生素及酶，可以直接抑制病原菌。它提前获取有害霉菌和细菌增殖所需要的基质，从而抑制它们的增殖，并创造出其它有益微生物增殖的生存环境。放线菌和光合细菌混合后的净菌作用比放线菌单兵作战的杀伤力要大得多。
本领域技术人员可以根据经验选择光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、双歧杆菌群和放线菌群中的各个菌群的菌种。在本发明中，优选地，所述光合菌群包括蓝细菌、紫细菌和绿细菌中的至少一种；
所述乳酸菌群包括：德氏乳杆菌保加利亚亚种(Lactobacillus delbrueckiisubsp.bulgaricus)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、约氏乳酸杆菌(Lactobacillus johnsonii)、发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)、罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophiles)和芽孢杆菌中的至少一种；
所述酵母菌群包括：假囊酵母菌、丝孢酵母菌、假丝酵母菌、油脂酵母菌、汉逊酵母菌和扣囊拟内孢酵母菌中的至少一种；
所述双歧杆菌群包括：长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)和耐氧性双歧杆菌(Bifidobacterium animal issubsp.Lactis)中的至少一种。
所述放线菌群包括：诺卡氏菌、小单孢菌和链孢囊菌中的至少一种。
更优选地，所述微生物菌群还包括醋酸菌群和/或鼠李糖杆菌群。醋酸菌群包括醋酸杆菌、和葡萄糖氧化杆菌中的至少一种。
本发明第二方面提供通过本发明第一方面涉及的方法生产的酵素。
本发明第三方面提供本发明第二方面涉及的酵素在植物营养液和/或化肥中的应用。
本发明第二方面提供的酵素水溶性好，其中的大量益生菌和营养物质，例如氨基酸、矿物质、维生素和酶等，很容易被植物根系吸收，促进根系发达，促进植物的生长发育。1、酵素作为植物营养液通过冲施的形式，直接作用于植物根圈层，在酵素中的各种有益元素、营养元素和活性微生物的作用下，起到生根、养根，护根、提高根系活力，促进根系发达的良好效果。尤其是对根系较大的植物，能够有效防止根系老化，延长生长旺盛期，减少畸形果，提高优等果率。2、改良土壤：有效提高土壤有机质和微生物活性，明显改善土壤理化性质和团粒结构。实践证明，连续使用后，土壤逐步蓬松变软，施水渗透性增强、保水性提高，养分释放均衡、保存持久，能够有效调整土壤大小孔隙度，提高持水量。尤其是温室设施农业冬季地温低，对肥料的消化分解功能迟缓，增加了氨浓度和pH及EC值的提高，造成了土壤板结。使用绿肥后，不但能够增加土壤微生物的活性，促进了氨的快速分解，而且通过绿肥有机酸使pH值由碱性变为中性，更向弱酸性方面变化，EC值也有所降低，有效地改善土壤生态环境，保证植物健康生长，真正做到用地与养地结合。
采用冲施方式或喷滴灌，酵素的使用量为2-4公斤/亩，根据农作物生长期每10-15天施用一次。进行灌根，先稀释500倍，每次使用量为1-3公斤/亩，根据农作物生长期每10-15天施用一次。进行叶面喷施，先稀释800-1500倍，每次使用量为0.5公斤/亩，根据农作物生长期每10-15天施用一次。
本发明第二方面提供的酵素可以作为制备化肥的原料。酵素中的大量微生物菌及其代谢产物以及营养物质能够改良土壤，增强土壤的肥力。不仅如此，由于化肥中含有大量的益生菌，可以阻止有害菌的生长繁殖。
所述化肥为生物有机肥。以本发明的酵素为原料制备的生物有机肥符合国家标准NY 884—2012。国家标准NY 884—2012中对于相应的有效活菌数(cfu)，氮磷钾养分含量等数据都有相应的标准。
本发明提供的生产酵素的方法利用植物的枝、叶和果实中的至少一种作为原料，原料来源广泛并且成本低廉，微生物菌群包括光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、双歧杆菌群和放线菌群，生产的酵素营养丰富，并且含有大量的益生菌。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例1
本实施例提供一种生产酵素的方法。该方法包括以下步骤：
将糖类、水和原料按照质量比1:4:10混合，形成混合物；所述原料包括葡萄、桃、桑葚、草莓、柿子、西红柿、黄瓜、生菜、桔子皮、橙子皮、辣椒叶和白菜叶。
向所述混合物中加入微生物菌群，进行发酵，发酵的温度为25摄氏度，时间为7天，得到酵素；所述微生物菌群包括：光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、双歧杆菌群和放线菌群；所述发酵所使用的容器的材料为HDPE。结果详见表1。
对比例1
对比例1与实施例1的区别仅在于发酵所使用的容器的材料为不锈钢。结果详见表1。
表1实施例1和对比例1的发酵对比结果
注：以酵母菌的有效活菌数体现发酵的效果。
HDPE材质与不锈钢材质的区别是：
(1)抗腐蚀分解能力，HDPE强于不锈钢材质；
(2)进入后期发酵阶段，HDPE如塑料保险膜一样，具有微弱的呼吸置换性、还有良好的密封性。不锈钢罐进入发酵后期时，密封时，无氧发酵会出现停滞或发酵缓慢。
实施例2
本实施例提供一种生产酵素的方法。该方法包括以下步骤：
将糖类、水和原料按照质量比1:4:10混合，形成混合物；所述原料分别为下述的4类原料，蔬菜原料、水果原料、水果蔬菜和蔬菜药用植物。
向所述混合物中加入微生物菌群，进行发酵，发酵的温度为25摄氏度，时间为7天，得到酵素；所述微生物菌群包括：光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、双歧杆菌群和放线菌群；所述发酵所使用的容器的材料为HDPE。结果详见表2。
表2实施例2的发酵结果
1.蔬菜原料：西红柿、茄子、黄瓜、砂糖；
2.水果原料：梨、砂糖；
3.水果蔬菜：梨、秋葵、砂糖；
4.蔬菜药用植物：木瓜、牡丹花、砂糖。
酵母菌、乳酸菌和醋酸菌为常规的蔬菜、水果、中药材里含有的三种微生物菌。
在不同原料酵素发酵样品中，主要原料为蔬菜的样品中含有极少的乳酸菌；主要原料为水果的，微生物以酵母菌为主；主要原料为药用植物，样品中含有较多的酵母菌、乳酸菌和醋酸菌；主要原料为蔬菜、水果、药用植物两两混合发酵样品，均含有一定数量的酵母菌和醋酸菌，样品间乳酸菌数量差异较大。
对比例2
对比例2与实施例2的区别仅在于对比例2在发酵过程中没有添加微生物菌群，依靠发酵原料自身存在的菌种发酵。结果详见表3
表3对比例2的发酵结果
由实施例2和对比例2的发酵结果可知，添加微生物菌群能够促进原料中原有的酵母菌、乳酸菌和醋酸菌的生长，有利于加快发酵的进程。
实施例3
将糖类、水和原料按照质量比1:4:10混合，形成混合物；所述原料为下述的4类原料，原料A、原料B、原料C和原料D。
向所述混合物中加入微生物菌群，进行发酵，发酵的温度为25摄氏度，时间为7天，得到酵素；所述微生物菌群包括：光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、双歧杆菌群和放线菌群；所述发酵所使用的容器的材料为HDPE。结果详见表2。
原料A 西红柿、食糖
原料B 赶黄草、食糖
原料C 苹果、胡萝卜、白萝卜、卷心菜、旱芹、黄瓜、香蕉、菠菜、圆葱、南瓜、西红柿、绿豆芽、青椒、茄子、莲藕、香菇、生菜、生姜、大蒜、鸭儿芹、橘子、苜蓿、昆布、紫菜、蒲公英、莴苣、油菜、西葫芦、茼蒿、油麦菜、苹果梨、菠萝、山楂、沙果、葡萄、冬枣、草莓、猕猴桃、紫薯、茶树菇、蟹味菇、白玉菇、杏鲍菇、金针菇、苦苣、西兰花、小白菜、香葱、白菜、紫苏、韭菜、食糖
原料D 紫糙米、甜菜根、葛根、红景天、桑葚、洛神花、石榴、神秘果、山楂、银杏果、紫苏、梅子、凤梨、南瓜、苦瓜、木瓜柠檬、大白柚、柳橙、葡萄、西印度樱桃。红萝卜、白萝卜、卷心菜
(一)分别对以原料A、B、C和D生产的酵素进行微生物指标分析。
菌落总数：参照GB 4789.2—2010；酵母菌、霉菌数：参照GB 4789.15—2010；乳酸菌数：参照GB 4789.35—2010；醋酸菌数：将样品梯度稀释，选择适宜梯度吸取0.1mL液体涂布于醋酸菌固体培养基，30℃培养48h后计数；大肠菌群：参照GB 2789.3—2010。结果详见表4。
表4实施例3的发酵结果
(二)分别对以原料A、B、C和D生产的酵素进行酶活性测定。
酵素样品原液经4000r/min离心10min，取上清液进行主要功效酶活力测定。
蛋白酶活力：采用福林酚法测定，参照GB/T 23527—2009。
脂肪酶活力：采用滴定法测定，参照GB/T 23535—2009。
α-淀粉酶活力：参照GB/T 24401—2009。
SOD酶活力：采用修改的Marklund方法，参照GB/T 5009.171—2003。
表5酶活性测定值
(三)有机酸总量及可溶性固形物测定。
上述4种原料生产的酵素的总酸和可溶性固形物含量，结果见表6。样品D的总酸含量最高，为37.15g/kg；样品C的总酸含量最低，仅为6.78g/kg。样品C的可溶性固形物含量最高，为58.0％，而样品B的可溶性固形物含量仅为4.8％。可溶性固形物反映了样品中能溶于水的化合物的总称，包括可溶性糖类和可溶性蛋白质等。样品B可溶性固形物含量较低可能是由于发酵原料单一，且与原料本身及加糖量有关。
表6实施例3生产的酵素中有机酸的种类及其含量
表7实施例3生产的酵素中可溶性固形物的含量
| 原料 | 总酸(以乳酸计)/(g·kg<sup>-1</sup>) | 可溶性固形物/％ |
| A | 12.11±0.26 | 51.6±0.07 |
| B | 22.32±0.17 | 4.8±0.00 |
| C | 6.78±0.21 | 58.0±0.03 |
| D | 37.15±0.20 | 10.9±0.04 |
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种生产酵素的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将糖类、水和原料按照比例混合，形成混合物；所述原料包括植物的枝、叶和果实中的至少一种；
向所述混合物中加入微生物菌群，进行发酵，得到酵素；所述微生物菌群包括：光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、双歧杆菌群和放线菌群。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵所使用的容器的材料选自聚丙烯、高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯和OTHER中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发酵所使用的容器的材料为高密度聚乙烯；
所述材料中添加有杀菌抑菌材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵的温度为20～32℃，优选为25～30℃；所述发酵的时间为5～7天；
优选地，在发酵过程中进行间歇性搅拌。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，糖类、水和原料的重量比为1:3～5:9～12。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微生物菌群中的微生物菌在所述混合物中的投放量为200～250亿CFU/克。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光合菌群包括蓝细菌、紫细菌、绿细菌和盐细菌中的至少一种；
所述乳酸菌群包括：德氏乳杆菌保加利亚亚种(Lactobacillusdelbrueckiisubsp.bulgaricus)、嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)、约氏乳酸杆菌(Lactobacillus johnsonii)、发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)、罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)、嗜热链球菌(Streptococcus thermophiles)和芽孢杆菌中的至少一种；
所述酵母菌群包括：假囊酵母菌、丝孢酵母菌、假丝酵母菌、油脂酵母菌、汉逊酵母菌和扣囊拟内孢酵母菌中的至少一种；
所述双歧杆菌群包括：长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)和耐氧性双歧杆菌(Bifidobacterium animal issubsp.Lactis)中的至少一种；
所述放线菌群包括：诺卡氏菌、小单孢菌和链孢囊菌中的至少一种。
8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述微生物菌群还包括醋酸菌群和/或鼠李糖杆菌群。
9.通过权利要求1～8任一项所述的方法生产的酵素。
10.权利要求9所述的酵素在植物营养液和/或化肥中的应用；优选地，所述化肥为生物有机肥。
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