CN111733114A - 一种以玉米浆为原料利用共生发酵技术制备微生态菌剂的方法 - Google Patents

一种以玉米浆为原料利用共生发酵技术制备微生态菌剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以玉米浆为原料利用共生发酵技术制备微生态菌剂的方法，涉及生物技术及微生态领域。主要解决玉米浆酸度高、毒素易超标、附加值低等难处理问题，促进玉米浆废弃物的资源化再利用。本发明为液体微生态菌剂，制备步骤主要包括：玉米浆10‑30份，玉米粉1‑4份，硫酸镁0.1‑0.5份，氢氧化钾1‑2份，其余为水。枯草芽孢杆菌接种量1‑5%，地衣芽孢杆菌接种量2‑8%，黑曲霉接种量2‑8%，在发酵温度28‑35℃，转速120‑180rpm，装液量1/2‑1/5条件下发酵2‑3天。本发明采用氢氧化钾中和方案利用共生发酵技术实现高活性多菌种微生态体系，最终获得较高的细胞量和解磷解钾效果。该技术既提高玉米加工副产物附加值，同时得到的微生态菌剂产品可用于生物有机肥的制作，最终促进作物生长。

Description

一种以玉米浆为原料利用共生发酵技术制备微生态菌剂的 方法
技术领域
本发明属于生物技术领域，涉及微生态领域，特别涉及到一种综合利用玉米淀粉加工副产物—玉米浆共生发酵制备微生态菌剂的方法。
背景技术
我国是仅次于美国的第二大玉米生产大国，每年生产的玉米除了直接食用外，绝大部分被用作食品工业的原料。目前玉米深加工主要从玉米淀粉加工开始，产生大量的玉米淀粉加工副产物，我国每年处理玉米原料约5000万吨，其中生产玉米淀粉所产生的废弃物——玉米浆超过200万吨。
目前玉米浆的处理问题成为企业的制约瓶颈，一部分玉米浆被制成喷浆玉米皮用于饲料行业，因其气味重，亚硫酸盐含量高，且霉菌毒素易超标只能少量添加。一部分优质玉米浆被用于生物发酵行业中，但因其酸度高，因批次不同质量不稳定，易对发酵造成不良影响，只有少部分用于发酵氮源。同时玉米浆营养物质丰富，且极不易贮存，一部分企业将玉米浆加工成玉米浆粉，由于解决途径的局限造成淀粉厂普遍存在的积压废物，同时又消耗大量能耗，增加企业的成本。一部分企业选择将玉米浆稀释后排放或者填埋，既造成了环境污染，又对玉米浆营养资源的浪费。玉米浆的资源化利用在国内成为了难解决极具挑战的问题。
微生态菌剂是用特定功能微生物在适合的基质载体上经过发酵而成，含有大量的有益微生物以及其他活性物质，能够促进和保持植物生长的微生态平衡。随着大量化学肥料的使用，导致全球范围内大量水源、土壤、空气污染严重，以及作物生产成本上涨。微生态菌剂可以用于生物有机肥的制作，也可以直接用作生物菌肥，缓解化肥农药带来的环境污染，改善土壤结构，优化土壤微生物群落组成，抑制植物病害菌，促进植物生长。
玉米浆中含有丰富的可溶性蛋白，生长素和一些前体物质，40%以上的含氮物及25%以上的碳水化合物等营养成分使其在生物领域用于微生态菌剂开发中蕴藏着巨大的潜力。将玉米浆开发成微生态菌剂，有效利用土壤和功能菌对玉米浆中霉菌毒素的缓释和降解作用。玉米浆中含有乳酸等有机酸、氨基酸、多种微量元素不但可以促进益生菌生长，同时也能够促进植物生长和土壤利用。利用玉米浆开发微生态菌剂，为实现玉米浆资源化利用提供切实可行的解决思路，具有广阔的发展前景。
发明内容
鉴于此，本发明针对玉米浆难利用及易造成环境污染和资源浪费的问题，提供了一种以玉米浆为原料利用共生发酵技术制备微生态菌剂的方法，增加玉米深加工产业附加值，改善土壤品质，促进植物生长。
本发明的技术方案如下：
一种以玉米浆为原料利用共生发酵技术制备微生态菌剂的方法，主要制备方法包括以下：
1）配制玉米浆发酵培养基，将玉米浆、玉米粉、无机盐、pH中和剂、水按照一定的重量比例混合均匀，继续用pH中和剂调节pH为6-8，高压灭菌后得到初始玉米浆培养基。
玉米浆贮存过程中有少部分沉淀，使用前需将玉米浆充分混匀。
2）配制功能菌种子培养液，配制液体牛肉膏蛋白胨培养基和改良马丁种子培养基，将已活化好的功能菌接种到种子培养基中按照一定培养条件发酵培养获得功能菌菌液。
3）向所述的步骤1）的玉米浆培养基中以一定比例的接种量接种所述的步骤2）中的功能菌菌液，按照一定的发酵条件培养得到液体微生态菌剂。
优选地，所述步骤1）中pH中和剂为氢氧化钾。
玉米浆酸度高，不论使用何种pH中和剂调节其pH，加入剂量都较多，因此需要选择一种尽可能减少对发酵和土壤产生不良影响的中和剂。使用氢氧化钾作为中和剂，最适合所选微生物大量繁殖，同时还能增加最终产品中钾元素的含量。选用氢氧化钠会导致施入的土壤盐渍化，氨水大量添加会降低发酵基质的碳氮比，不利于微生物生长，氢氧化钙溶解度较差，同时会引入大量钙离子，造成微生态菌剂有较多沉淀。
更优选地，所述步骤1）中pH中和剂氢氧化钾调节pH至6.5。
pH 6.5-7为微生物适合生长的pH范围。
优选地，所述步骤1）中其培养基配方的一定重量比例为玉米浆10-30份，玉米粉1-4份，硫酸镁0.1-0.5份，氢氧化钾1-2份，其余为水。
玉米浆富含蛋白质和可溶性糖，常作为发酵优质碳氮源。发酵时外加无机盐有助于微生物生长，镁离子作为细胞生长中酶的激活剂，有助于细胞生长繁殖。
优选地，所述步骤2）中功能菌种为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、黑曲霉。
枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌能够产生蛋白酶等酶系，将玉米浆中蛋白质和淀粉分解为氨基酸和可发酵糖，同时产生生长素、抗菌肽等代谢物质，促进植物生长，抑制病原菌生长繁殖；黑曲霉可以产生植酸酶等酶系以及有机酸可以将玉米浆中以植酸和植酸钙镁形式存在的磷元素转化为可被微生物利用的磷源。
优选地，所述步骤2）中菌液培养条件为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌在37℃，160rpm，培养22h，黑曲霉接种于改良马丁培养基中，在30℃，160rpm，培养24h。
枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌培养22h培养至种子液的生长对数期，培养的种子液呈浑浊液体状态，黑曲霉培养24h培养至种子液的生长对数期，培养的种子液产生大量菌丝球，直径较小且分散均匀。
优选地，所述步骤3）中各功能菌一定比例的接种量为枯草芽孢杆菌接种量1-5%，地衣芽孢杆菌接种量2-8%，黑曲霉接种量2-8%。
不同菌种间接种比例会影响玉米浆发酵效果，需要优化菌种间接种比例。
优选地，所述步骤3）中一定的发酵条件为温度28-35℃，转速120-180rpm，装液量1/2-1/5条件下，发酵时间2-3天，即可发酵成高密度生长且富含氨基酸的液体微生态菌剂。
玉米浆经过共生发酵后制成的液体微生态菌剂有效活菌数最高可达到5.6×109CFU/mL，氨基酸态氮含量可达到2.1 g/L，可溶性磷含量可达到330mg/L，有效钾含量达20g/L左右。高密度培养的微生态菌群可以有效降解玉米浆，将其营养物质转化为可被植物利用的养分，同时施入土壤中能够抑制其他病原菌，生长过程中产生的有益代谢物质可以有效促进植物生长。
与现有技术相比，本发明开发的液体微生态菌剂具有以下优势：
利用氢氧化钾作为中和剂调节玉米浆发酵pH，减少了常用氢氧化钠调节对土壤盐渍化的负面影响，以及氢氧化钙溶解性差且添加量大会影响植物生长等弊端。另外氢氧化钾调节pH增加了玉米浆微生态菌剂中有效钾含量，是一种较合适的玉米浆微生态菌剂高钾酸碱中和方法。
本发明开发的玉米浆微生态菌剂充分利用了玉米浆中蛋白质、可溶性糖等营养成分，发酵成多种微生物高密度共生制剂。同时微生态制剂中含有大量可促进植物生长的氨基酸态氮及溶磷和溶钾，可以为植物提供氨基酸、有效磷和钾元素，促进植物生长。废弃物资源化利用避免玉米浆难处理乱排放造成环境污染，同时可以减少化肥农药的使用，促进和维持植物生长的微生态平衡，对生态农业具有重要意义。
本发明利用多种工业常用功能性菌种使用共生发酵技术，优化多菌种间接种比例实现功能微生物在玉米浆微生态菌剂中高密度培养，优势菌种有效活菌数可达到5.6×109CFU/mL。多菌种共生发酵时，菌种间接种比例不同会影响菌种在玉米浆中生长情况，甚至会产生抑制作用，通过多菌种间接种比例优化，会提高菌种间协同增效作用。
本发明利用黑曲霉发酵玉米浆开发微生态菌剂，黑曲霉解磷能力较强，施入土壤后，可以将有机肥或者土壤中难溶性磷转化为可被植物利用的有效磷，同时黑曲霉可以产生多种蛋白酶，淀粉酶等酶系分解有机肥或者土壤中有机质，促进植物生长。
本发明利用枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌发酵玉米浆开发微生态菌剂，芽孢杆菌产生较强活力蛋白酶，可以有效分解玉米浆中蛋白质，并在土壤和有机质中定殖，抑制病原菌，并产生植物生长激素，促进植物生长。
本发明开发的微生态菌剂原料来源广泛且廉价易得，且生产无二次污染，工艺简单，成本较低。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式以及案例进一步解释发明内容，使本发明的内容更加清晰完整。同时，涉及的案例只是本发明的一部分，不是全部，并不限于此。
本发明的所用原料均可在市场购买，且廉价易得。玉米浆来自山东鲁州生物科技有限公司；玉米浆在贮藏过程中有少许沉淀，使用前应充分振荡，保证玉米浆状态均一。
实施例1
一种以玉米浆为原料利用共生发酵技术制备微生态菌剂的方法。发酵过程中需要外加碳源、无机盐，使用氢氧化钾调节pH，可以增加微生态菌剂中钾元素含量，保证菌种高密度发酵。
具体步骤如下：
1）按照以下培养基配方原料及各质量分数：玉米浆20份，玉米粉2份，硫酸镁0.15份，氢氧化钾1.5份，其余为水，配制玉米浆培养基。
2）将玉米浆培养基用氢氧化钾碱液调节pH为6.5，玉米浆酸度高，需用碱液调节pH，才能适合微生物大量繁殖，将调节好pH的玉米浆培养基高压灭菌后得到初始玉米浆发酵培养基。
3）配制功能菌种子液：配制液体牛肉膏蛋白胨培养基和改良马丁种子培养基，将枯草芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌接种于牛肉膏蛋白胨培养基，37℃，160rpm，培养22h培养至种子液的生长对数期，培养种子液呈浑浊液体状态，黑曲霉接种于改良马丁培养基中，30℃，160rpm，培养24h培养至种子液的生长对数期，培养种子液产生大量菌丝球，直径较小且分散均匀。
4）取枯草芽孢杆菌种子液接种量为1%，地衣芽孢杆菌种子液接种量为6.2%，黑曲霉种子液接种量为2.8%，接入到玉米浆发酵培养基中。
5）在发酵温度30℃，转速160rpm，装液量1/5，发酵时间3天，即可发酵成高密度共生发酵的富含氨基酸的液体微生态菌剂。
利用共生发酵技术生物转化玉米浆制成的液体微生态菌剂有效活菌数可达到5.6×109CFU/mL，氨基酸态氮含量可达到2.1 g/L，可溶性磷含量可达到330mg/L。
实施例2
一种以玉米浆为原料利用共生发酵技术制备微生态菌剂的方法。发酵过程中需要外加碳源、无机盐，使用氢氧化钾调节pH，可以增加微生态菌剂中钾元素含量，保证菌种高密度发酵。
具体步骤如下：
按照以下培养基配方原料及各质量分数：玉米浆20份，玉米粉3份，硫酸镁0.15份，其余为水，配制玉米浆培养基。
将玉米浆培养基用氢氧化钾碱液调节pH为6.5，玉米浆酸度高，需用碱液调节pH，才能适合微生物大量繁殖，将调节好pH的玉米浆培养基高压灭菌后得到初始玉米浆发酵培养基。
配制功能菌种子液：配制液体牛肉膏蛋白胨培养基和改良马丁种子培养基，将枯草芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌接种于牛肉膏蛋白胨培养基，37℃，160rpm，培养22h培养至种子液的生长对数期，培养种子液呈浑浊液体状态，黑曲霉接种于改良马丁培养基中，30℃，160rpm，培养24h培养至种子液的生长对数期，培养种子液产生大量菌丝球，直径较小且分散均匀。
取枯草芽孢杆菌种子液接种量为4.5%，地衣芽孢杆菌种子液接种量为4.5%，黑曲霉种子液接种量为1%，接入到玉米浆发酵培养基中。
在发酵温度30℃，转速150rpm，装液量1/5，发酵时间3天，即可发酵成高密度共生发酵的富含氨基酸的液体微生态菌剂。
玉米浆经过发酵后制成的液体微生态菌剂有效活菌数达到2.3×109CFU/mL，氨基酸态氮含量达到1.83 g/L，可溶性磷含量达230mg/L。
实施例3
一种以玉米浆为原料利用共生发酵技术制备微生态菌剂的方法。发酵过程中仅需要外加无机盐，使用氢氧化钾调节pH，可以增加微生态菌剂中钾元素含量，保证菌种高密度发酵。
具体步骤如下：
按照以下培养基配方原料及各质量分数：玉米浆20份，硫酸镁0.15份，其余为水，配制玉米浆培养基。
将玉米浆培养基用氢氧化钾碱液调节pH为6.5，玉米浆酸度高，需用碱液调节pH，才能适合微生物大量繁殖，将调节好pH的玉米浆培养基高压灭菌后得到初始发酵培养基。
配制功能菌种子液：配制液体牛肉膏蛋白胨培养基和改良马丁种子培养基，将枯草芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌接种于牛肉膏蛋白胨培养基，37℃，160rpm，培养22h培养至种子液的生长对数期，培养种子液呈浑浊液体状态，黑曲霉接种于改良马丁培养基中，30℃，160rpm，培养24h培养至种子液的生长对数期，培养种子液产生大量菌丝球，直径较小且分散均匀。
取枯草芽孢杆菌种子液接种量为1%，地衣芽孢杆菌种子液接种量为5.7%，黑曲霉种子液接种量为3.3%，接入到玉米浆发酵培养基中。
在发酵温度30℃，转速160rpm，装液量1/5，发酵时间3天，即可发酵成菌种高密度共生发酵的液体微生态菌剂。
玉米浆经过发酵后制成的液体微生态菌剂有效活菌数达到50×108CFU/mL，氨基酸态氮含量达到1.1 g/L，可溶性磷含量达110mg/L。

Claims (7)

1.一种以玉米浆为原料利用共生发酵技术制备微生态菌剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）配制玉米浆发酵培养基，将玉米浆、玉米粉、无机盐、pH中和剂、水按照一定的重量比例混合均匀，用pH中和剂调节pH为6-8，高压灭菌后得到初始玉米浆发酵培养基；
2）配制功能菌种子培养液，配制液体牛肉膏蛋白胨培养基和改良马丁种子培养基，将已活化好的功能菌接种到种子培养基中按照一定培养条件发酵培养获得功能菌菌液；
3）向所述的步骤1）的玉米浆培养基中以一定比例的接种量接种所述的步骤2）中的功能菌菌液，按照一定的发酵条件培养得到液体微生态菌剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中pH中和剂为氢氧化钾。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中其培养基配方的一定重量比例为玉米浆10-30份，玉米粉1-4份，硫酸镁0.1-0.5份，氢氧化钾1-2份，其余为水。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中功能菌种为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、黑曲霉。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中各功能菌一定比例的接种量为枯草芽孢杆菌接种量1-5%，地衣芽孢杆菌接种量2-8%，黑曲霉接种量2-8%。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中一定的发酵条件为温度28-35℃，转速120-180rpm，装液量1/2-1/5条件下，发酵时间2-3天。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的方法制备的以玉米浆为原料利用共生发酵技术制备的微生态菌剂。
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