CN112760269A - 一种微生物环保除臭剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微生物环保除臭剂的制备方法，包括菌株复壮活化、摇床培养、扩大培养、混菌发酵、添加复合酶/复合酶和中空二氧化硅亚微米球等步骤。本发明克服了现有产品的不足，通过生物技术的方法，经过反复试验，优选具有共生、互不拮抗、协同发酵、稳定除臭效果的复合微生物制剂，并复合纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶和果胶酶增强其去污除臭效果。所得到除臭剂，可以有效分解产生臭味的生物有机质，协同吸收利用各种恶臭气体，除臭效果好，应用范围广。本发明的微生物环保除臭剂针对臭源，除臭迅速，效果持久、稳定，无毒无害，安全环保。生产工艺简单，活菌总量高，生产成本低，有利于大规模推广应用。

Description

一种微生物环保除臭剂的制备方法
技术领域
本发明涉及微生物除臭技术领域，更具体的涉及一种应用于垃圾场、养殖场、公共厕所、污水处理厂、家庭厨房、卫生间的微生物环保除臭剂的制备方法。
背景技术
随着国家对“三农”问题的重视，我国畜禽养殖，特别是规模化养殖场得到快速发展。养殖业的发展在给农民增收、农业增效以及丰富了居民菜篮子的同时，畜禽排泄物产生的臭气和养殖场排放的粪水也给农村带来了严重的环境污染，消除这些污染是当前亟待解决的问题。使用除臭剂是消除恶臭气味较为简便的方法，但传统除臭剂除臭效果不明显，持久性较差，且价格相对较高。
目前，畜禽养殖场脱除臭气采用的方法有三类：(1)掩蔽和稀释扩散等物理法。通过喷洒掩蔽剂(香精等)来掩盖臭气味道，只是混淆人的嗅觉，并没有真正去除臭气成分。或者采用风扇、排风机等加大通风，臭气只是扩散而稀释了浓度，臭气成分和总量并未变化。都是治标不治本的方法。(2)安装除臭设备。集中收集臭气进入除臭设备中，利用除臭设备中的化学试剂或生物来吸收或分解臭气物质。此方法必须有臭气抽集管路装置，设备投资高，运行成本高，一般用于点源臭气，而畜禽养殖场臭气无组织排放源(面源)多，经济上难以承受。(3)化学制剂、植物提取剂或微生物制剂直接喷洒于畜禽舍或粪便上，或添加在饲料或饮水中。如在饲料中添加沸石粉、膨润土、海泡石、蛭石、硅藻土等矿物或其它专用吸附剂，或添加中草药制剂和微生物菌剂，以促进其消化吸收，减少排泄粪尿中臭气产生，也有喷洒微生物制剂，利用微生物将臭气成分吸收转化，但是除臭效果差。
微生物除臭技术的20世纪50年代发展起来的新兴除臭技术，是利用微生物的生理代谢活动降解恶臭物质，将其氧化成无臭无害的最终产物，达到除臭的目的。70年代后，各国开始在这一领域开展广泛研究，其中日本、德国取得的成就最为显著，主要研究内容包括除臭的基本原理和方法，装置设备及操作工艺条件等。80年代以来，已有各类微生物除臭的装置和设备开始运用于石油、化工、养殖、屠宰、污水处理等领域，并取得明显效果。
就目前市场上现有的有机废弃物微生物除臭技术而言，利用功能微生物菌株，经过特殊的发酵技术，获取天然的微生物菌株和天然的生物代谢产物用于抑制有机废弃物中的有害菌的繁殖、促进有益微生物菌群的形成同时又能够吸收和降解臭味气体的技术，目前较详细的研究报道较少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种微生物环保除臭剂的制备方法，通过筛选有益微生物，其共生互不拮抗，对人畜无毒无害，符合生态环保要求，同时优选了一组分解臭源有机物的复合酶，本发明应用于环境除臭效果快速、持久、有效。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种微生物环保除臭剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)分别将处于保藏状态下的乳酸菌菌株和枯草芽孢杆菌菌株进行复壮、活化；
(2)分别取2个经消毒处理的三角瓶培养基，将步骤(1)的2个菌株接种到三角瓶培养基中，在转速150-300rpm的摇床中培养18-25h，控制温度31-33℃；
(3)分别取2个经消毒处理的100L种子罐培养基，将步骤(2)扩大培养得到的2个菌株分别接种到种子罐培养基中，控制转速为150-300rpm，通气量35-50L/min，罐压0.02-0.03MPa，温度31-33℃，培养12-20h；
(4)将步骤(3)得到的2种菌种共同接种到2000L发酵罐培养基中，控制转速为120-200rpm，通气量1000-1500L/min，罐压0.02-0.03MPa，温度31-33℃，培养24-30h，得到微生物环保除臭剂母液；
(5)在步骤(4)的微生物环保除臭剂母液中加入复合酶，混匀，即得微生物环保除臭剂；使用时，将微生物环保除臭剂与100-200倍量的水混匀，喷洒在臭源或需要改良的空间中。
优选地，步骤(1)中乳酸菌菌株复壮和活化的步骤如下：
(1-11)将保藏状态下的乳酸菌菌株接种于MRS液体培养基中，33℃静置培养24h，然后使用接种环蘸取一环菌液划线于MRS琼脂平板，33℃培养24-48h；
(1-12)选取步骤(1-11)中的典型菌落划线接种于MRS培养基，观察革兰氏染色细胞形态特征，直到镜检不出杂菌后，取纯化的乳酸菌接种至MRS斜面培养基，33℃培养24-48h，完成复壮和活化。
优选地，步骤(1)中枯草芽孢杆菌菌株复壮和活化的步骤如下：
(1-21)将LB培养基经过高温灭菌锅灭菌后，在超净工作台上倒入90cm无菌培养皿，每个培养皿15mL，凝固后使用接种环进行划板；
(1-22)用接种环挑取部分处于保藏状态的枯草芽孢杆菌菌苔划线于LB培养基上，将培养皿置于33℃恒温箱中培养24-48h；
(1-23)观察挑选出茁壮的菌落，接种到新的培养基中培养；
(1-24)重复步骤(1-21)-(1-23)2-3次，得到生长状态良好的菌落，完成复壮和活化。
优选地，步骤(2)所述的三角瓶培养基的各组分及质量百分数为：无菌超纯水90-95％，葡萄糖1-5％，蛋白胨0.5-2％，酵母膏0.1-1％，牛肉膏0.1-1％；该培养基的pH为6.6-6.8。
优选地，步骤(3)所述的种子罐培养基以及步骤(4)的发酵罐培养基的各组分及质量百分数为：无菌超纯水80-90％，糖蜜5-15％，蛋白胨0.1-1％，酵母膏0.1-0.6％，磷酸二氢钾0.1-1％，五水硫酸锰0.1-0.6％；该培养基的pH为6.5-6.8。
优选地，步骤(4)所述的微生物环保除臭剂母液活菌总数为1.8-5.0×109cfu/mL。
优选地，步骤(5)所述的复合酶为纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶的混合。
优选地，步骤(5)中，在每毫升微生物环保除臭剂母液中加入纤维素酶15-50IU、半纤维素酶10-30IU、淀粉酶25-75IU、蛋白酶10-20IU和果胶酶5-15IU，即得微生物环保除臭剂
优选地，步骤(5)所述的微生物环保除臭剂还含有质量分数为1-5％的中空二氧化硅亚微米球。
优选地，所述中空二氧化硅亚微米球的直径为200-300nm，壳层厚度为25-45nm，比表面积为100-120m2/g，所述壳层具有介孔结构，该介孔的平均孔径为1.5-3.5nm。
本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
1、本发明克服了现有产品的不足，通过生物技术的方法，经过反复试验，优选具有共生、互不拮抗、协同发酵、稳定除臭效果的一组复合微生物制剂，并复合纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶和果胶酶增强其去污除臭效果。所得到除臭剂，可以有效分解产生臭味的生物有机质，协同吸收利用各种恶臭气体，除臭效果好，应用范围广。
枯草芽孢杆菌菌株能有效减少畜禽粪便中氨气、硫化氢等恶臭气体的释放量，从源头上减少恶臭气体的产生，而乳酸菌菌株则抑制腐败菌的繁殖，消解腐败菌产生的毒素。
优选的复合酶可快速裂解植物源性臭源有机物细胞壁，使得胞内营养物质释放出来，将纤维素、淀粉、蛋白质等大分子营养物质酶解成单糖、寡糖、氨基酸等小分子物质。还可快速的将动物源性臭源大分子物质分解成小分子营养物质。这些小分子营养物质正是微生物除臭菌株迅速增值的营养源，通过微生物除臭菌株的生长繁殖迅速消耗有机污染物，避免了这些污染物再次产生臭气，除臭持久稳定高效，效果优于目前公开的微生物除臭剂。
2、本发明将枯草芽孢杆菌和乳酸菌分别接种于种子培养基进行扩大培养，然后再接种于发酵培养基进行发酵培养，通过混菌发酵技术得到具有除臭功能的微生物组合物，并且该复合微生物菌种活菌总数达到109cfu/m数量级，使发酵液同时可以分解蛋白质、脂肪和淀粉这些产生臭味的生物有机质中的主要成分。
3、本发明还在除臭剂中加入了中空二氧化硅亚微米球，它的壳层具有介孔结构，首先，通过较大的比表面积吸收气体中的恶臭物质再通过微生物菌群的代谢，将恶臭物质转化为其它无臭物质，利用复合微生物除臭技术来处理恶臭。其次，未来得及分解的恶臭物质可被中空二氧化硅亚微米球锁定在中空的壳层内，缓慢释放被中空二氧化硅亚微米球附近的微生物分解，因此可以迅速除臭，对恶臭气体中的恶臭物质具有显著的去除效果。微生物也可进入内层中，将硫化氢、硫醇、氨、胺类等恶臭气体作为营养物质利用。中空二氧化硅亚微米球内锁定的恶臭物质被分解后，可继续循环使用，。
4、本发明由于采用了混菌发酵工艺，使得在液态发酵体系中由于不同菌株间的协同生长作用，大幅度提高了发酵液中总菌数量；另一方面，因为采用了混菌发酵工艺，一次发酵就可以得到不同微生物组合物，缩短了生产周期、提高生产设备的利用率，降低了生产成本，有利于大规模推广应用。通过实施本发明，复合型微生物除臭液的制备工艺简单，通过室温培养即可复壮成功，复壮过程中不会产生污染物质。
5、使用过程时用水稀释适当倍数后，喷洒在臭源或需要改良的空间中，迅速增值，分解氨、硫化氢、甲基硫醇等有害成分。长期定期使用形成优势，持续稳定的除臭。本发明除臭剂对氨气去除率最高可达95.6％，硫化氢最高可达92.0％，粪臭素去除率最高可达83.8％，对人体及动植物无任何危害。相比常规除臭剂除臭效果提高30％。
由此可见，本发明的微生物环保除臭剂针对臭源，除臭迅速，效果持久、稳定，无毒无害，安全环保。生产工艺简单，活菌总量高，生产成本低，有利于大规模推广应用。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
实施例1
一种微生物环保除臭剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)准备培养基：
准备好MRS液体培养基，MRS培养基LB培养基，三角瓶培养基，种子罐培养基，发酵罐培养基；
所述三角瓶培养基各组分及质量百分数为：葡萄糖3％，蛋白胨1.5％，酵母膏1％，牛肉膏1％，剩余为无菌超纯水；用氢氧化钠调节该培养基的pH为6.6；
所述种子罐培养基各组分及质量百分数为：糖蜜10％，蛋白胨0.5％，酵母膏0.2％，磷酸二氢钾0.5％，五水硫酸锰0.2％，剩余为无菌超纯水，用氢氧化钠调节该培养基的pH为6.6，所述发酵罐培养基的组分与种子罐培养基一致。
(2)复壮活化乳酸菌：
(2-1)将保藏状态下的乳酸菌菌株接种于MRS液体培养基中，33℃静置培养24h，然后使用接种环蘸取一环菌液划线于MRS琼脂平板，33℃培养48h；
(2-2)选取步骤(2-1)中的典型菌落划线接种于MRS培养基，观察革兰氏染色细胞形态特征，直到镜检不出杂菌后，取纯化的乳酸菌接种至MRS斜面培养基，33℃培养48h，完成复壮和活化。
(3)复壮活化枯草芽孢杆菌：
(3-1)将LB培养基经过高温灭菌锅灭菌后，在超净工作台上倒入90cm无菌培养皿，每个培养皿15mL，凝固后使用接种环进行划板；
(3-2)用接种环挑取少许处于保藏状态的枯草芽孢杆菌菌苔划线于LB培养基上，将培养皿置于32℃恒温箱中培养30h；
(3-3)观察挑选出茁壮的菌落，接种到新的培养基中培养；
(3-4)重复步骤(3-1)-(3-3)3次，得到生长状态良好的菌落，完成复壮和活化。
(4)分别取2个经消毒处理的三角瓶培养基，将步骤(2)和步骤(3)中生长良好的的2个菌株接种到三角瓶培养基中，在转速为200rpm的摇床中培养20h，控制在温度32℃。
(5)分别取2个经消毒处理的100L种子罐培养基，将步骤(4)扩大培养得到的2个菌株分别接种到种子罐培养基中，控制种子罐的转速为200rpm，通气量40L/min，罐压0.02MPa，温度32℃，培养16h。
(6)将步骤(5)得到的2种菌种共同接种到2000L发酵罐培养基中，控制发酵罐转速为160rpm，通气量1200L/min，罐压0.02MPa，温度32℃，培养26h，得到微生物环保除臭剂母液，该母液中，枯草芽孢杆菌活菌数为0.8×109cfu/mL，乳酸菌活菌数为1.2×109cfu/mL。
(7)在步骤(6)的微生物环保除臭剂母液中加入复合酶，具体为：每毫升微生物环保除臭剂母液中加入纤维素酶30IU、半纤维素酶20IU、淀粉酶50IU、蛋白酶15IU和果胶酶10IU，即得微生物环保除臭剂。
使用时，将微生物环保除臭剂与100倍量的水混匀，喷洒在臭源或需要改良的空间中。
实施例2
本实施例与实施例1大致相同，区别之处在于：步骤(6)获得的微生物环保除臭剂母液中，枯草芽孢杆菌活菌数为0.8×109cfu/mL，乳酸菌活菌数为1.2×109cfu/mL。
实施例3
本实施例与实施例1大致相同，区别之处在于：步骤(6)获得的微生物环保除臭剂母液中，枯草芽孢杆菌活菌数为3.0×109cfu/mL，乳酸菌活菌数为2.0×109cfu/mL。
实施例4
本实施例与实施例1大致相同，区别之处在于：步骤(6)获得的微生物环保除臭剂母液中，枯草芽孢杆菌活菌数为2.5×109cfu/mL，乳酸菌活菌数为2.5×109cfu/mL。
实施例5
本实施例与实施例1大致相同，区别之处在于：在微生物环保除臭剂母液中加入复合酶的含量不同。具体为：每毫升微生物环保除臭剂母液中加入纤维素酶15IU、半纤维素酶10IU、淀粉酶75IU、蛋白酶20IU和果胶酶15IU，即得微生物环保除臭剂。
实施例6
本实施例与实施例1大致相同，区别之处在于：在微生物环保除臭剂母液中加入复合酶的含量不同。具体为：每毫升微生物环保除臭剂母液中加入纤维素酶50IU、半纤维素酶30IU、淀粉酶25IU、蛋白酶10IU和果胶酶5IU，即得微生物环保除臭剂。
实施例7
本实施例与实施例1大致相同，区别之处在于：在微生物环保除臭剂母液中加入复合酶的含量不同。具体为：每毫升微生物环保除臭剂母液中加入纤维素酶40IU、半纤维素酶28IU、淀粉酶60IU、蛋白酶12IU和果胶酶8IU，即得微生物环保除臭剂。
实施例8
本实施例与实施例1大致相同，区别之处在于：步骤(7)中，除了在微生物环保除臭剂母液中加入复合酶外，还加入中空二氧化硅亚微米球，使其均匀分散，使最后得到的微生物环保除臭剂中中空二氧化硅亚微米球的质量分数为1％。
该中空二氧化硅亚微米球的直径为200nm，壳层厚度为25nm，比表面积为100m2/g，所述壳层具有介孔结构，该介孔的平均孔径为1.5nm。
实施例9
本实施例与实施例1大致相同，区别之处在于：步骤(7)中，除了在微生物环保除臭剂母液中加入复合酶外，还加入中空二氧化硅亚微米球，使其均匀分散，使最后得到的微生物环保除臭剂中中空二氧化硅亚微米球的质量分数为3％。
该中空二氧化硅亚微米球的直径为250nm，壳层厚度为35nm，比表面积为110m2/g，所述壳层具有介孔结构，该介孔的平均孔径为2.5nm。
实施例10
本实施例与实施例1大致相同，区别之处在于：步骤(7)中，除了在微生物环保除臭剂母液中加入复合酶外，还加入中空二氧化硅亚微米球，使其均匀分散，使最后得到的微生物环保除臭剂中中空二氧化硅亚微米球的质量分数为5％。
该中空二氧化硅亚微米球的直径为300nm，壳层厚度为45nm，比表面积为120m2/g，所述壳层具有介孔结构，该介孔的平均孔径为3.5nm。
除臭效果对比试验
本试验设试验组1，试验组2和对照组。在1L烧杯中加入100g新鲜牛粪，试验组1喷洒实施例1的微生物环保除臭剂10mL(加水稀释100倍后喷洒)，试验组2喷洒实施例10的微生物环保除臭剂10mL(加水稀释100倍后喷洒)，对照组喷洒市面上销售的禽舍除臭剂。除臭剂和粪便混匀后，用保鲜膜密封烧杯。每组设3个重复，3天后测定烧杯中氨气、硫化氢、粪臭素等恶臭浓度，结果见表1。
组别 硫化氢去除率/％ 氨气去除率/％ 粪臭素去除率/％
试验组1 82.3 84.1 75.9
试验组2 92.0 95.6 83.8
对照组 60.3 70.8 62.2
表1
如表1所示，本发明除臭剂对氨气去除率最高可达95.6％，硫化氢去除率最高可达92.0％，粪臭素去除率最高可达83.8％。而实施例1不含中空二氧化硅亚微米球的除臭剂对牛粪也有很好的除臭效果。比对照组的除臭效果最多可提高30％以上。说明本发明的除臭剂针对臭源可迅速去除，有效改善空气质量和禽畜养殖环境。

Claims (10)

1.一种微生物环保除臭剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)分别将处于保藏状态下的乳酸菌菌株和枯草芽孢杆菌菌株进行复壮、活化；
(2)分别取2个经消毒处理的三角瓶培养基，将步骤(1)的2个菌株接种到三角瓶培养基中，在转速150-300rpm的摇床中培养18-25h，控制温度31-33℃；
(3)分别取2个经消毒处理的种子罐培养基，将步骤(2)扩大培养得到的2个菌株分别接种到100L种子罐培养基中，控制转速为150-300rpm，通气量35-50L/min，罐压0.02-0.03MPa，温度31-33℃，培养12-20h；
(4)将步骤(3)得到的2种菌种共同接种到2000L发酵罐培养基中，控制转速为120-200rpm，通气量1000-1500L/min，罐压0.02-0.03MPa，温度31-33℃，培养24-30h，得到微生物环保除臭剂母液；
(5)在步骤(4)的微生物环保除臭剂母液中加入复合酶，混匀，即得微生物环保除臭剂；使用时，将微生物环保除臭剂与100-200倍量的水混匀，喷洒在臭源或需要改良的空间中。
2.根据权利要求1所述的微生物环保除臭剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中乳酸菌菌株复壮和活化的步骤如下：
(1-11)将保藏状态下的乳酸菌菌株接种于MRS液体培养基中，33℃静置培养24h，然后使用接种环蘸取一环菌液划线于MRS琼脂平板，33℃培养24-48h；
(1-12)选取步骤(1-11)中的典型菌落划线接种于MRS培养基，观察革兰氏染色细胞形态特征，直到镜检不出杂菌后，取纯化的乳酸菌接种至MRS斜面培养基，33℃培养24-48h，完成复壮和活化。
3.根据权利要求1所述的微生物环保除臭剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中枯草芽孢杆菌菌株复壮和活化的步骤如下：
(1-21)将LB培养基经过高温灭菌锅灭菌后，在超净工作台上倒入90cm无菌培养皿，每个培养皿15mL，凝固后使用接种环进行划板；
(1-22)用接种环挑取部分处于保藏状态的枯草芽孢杆菌菌苔划线于LB培养基上，将培养皿置于32℃恒温箱中培养24-48h；
(1-23)观察挑选出茁壮的菌落，接种到新的培养基中培养；
(1-24)重复步骤(1-21)-(1-23)2-3次，得到生长状态良好的菌落，完成复壮和活化。
4.根据权利要求1所述的微生物环保除臭剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的三角瓶培养基的各组分及质量百分数为：无菌超纯水90-95％，葡萄糖1-5％，蛋白胨0.5-2％，酵母膏0.1-1％，牛肉膏0.1-1％；该培养基的pH为6.6-6.8。
5.根据权利要求1所述的微生物环保除臭剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的种子罐培养基以及步骤(4)的发酵罐培养基的各组分及质量百分数为：无菌超纯水80-90％，糖蜜5-15％，蛋白胨0.1-1％，酵母膏0.1-0.6％，磷酸二氢钾0.1-1％，五水硫酸锰0.1-0.6％；该培养基的pH值为6.5-6.8。
6.根据权利要求1所述的微生物环保除臭剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的微生物环保除臭剂母液活菌总数为1.8-5.0×109cfu/mL。
7.根据权利要求1所述的微生物环保除臭剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述的复合酶为纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶的混合。
8.根据权利要求7所述的微生物环保除臭剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，在每毫升微生物环保除臭剂母液中加入纤维素酶15-50IU、半纤维素酶10-30IU、淀粉酶25-75IU、蛋白酶10-20IU和果胶酶5-15IU，即得微生物环保除臭剂。
9.根据权利要求1所述的微生物环保除臭剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述的微生物环保除臭剂还含有质量分数为1-5％的中空二氧化硅亚微米球。
10.根据权利要求9所述的微生物环保除臭剂的制备方法，其特征在于，所述中空二氧化硅亚微米球的直径为200-300nm，壳层厚度为25-45nm，比表面积为100-120m2/g，所述壳层具有介孔结构，该介孔的平均孔径为1.5-3.5nm。
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