CN114574383A - 高效厨余垃圾降解复合微生物菌剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效厨余垃圾降解复合微生物菌剂及其制备方法与应用，该复合微生物菌剂包括降解菌剂和除臭菌剂，所述降解菌剂包括贝莱斯芽孢杆菌芽孢、蜡样芽孢杆菌芽孢、高地芽孢杆菌芽孢；所述除臭菌剂包括枯草芽孢杆菌芽孢和解淀粉芽孢杆菌芽孢。上述菌种均为本发明自主分离并进行了保藏，具有优良的蛋白质、脂肪、淀粉与纤维素降解能力，并且枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌还具有高效清除NH3和H2S的能力。本发明提供的复合微生物菌剂能快速降解厨余垃圾，无臭气产生，且最终产物为高品质有机肥，实现了厨余垃圾无害化、减量化、资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及微生物菌剂技术领域，具体涉及一种高效厨余垃圾降解复合微生物菌剂及其制备方法与应用。
背景技术
厨余垃圾是指居民日常生活中的食品加工、饮食服务、单位供餐等活动中产生的餐厨垃圾和废弃食用油脂等，厨余垃圾中水分、有机物、油脂及盐分含量高、具有易腐烂、营养元素丰富等特点。
厨余垃圾含有淀粉、食物纤维、脂肪、蛋白质等有机物，极易腐败变质，不经妥善处理容易诱发众多严重的环境问题。目前厨余垃圾的处理方法主要有：非生物处理法(焚烧、脱水、真空油炸以及机械破碎)、生物处理法(填埋、堆肥、厌氧消化)。其中，非生物处理法存在着热值低、燃烧不充分、能耗大，成本高，效果差等缺点；采用以微生物降解法对厨余垃圾进行处理，具有能耗低、环境友好等优点，可实现厨余垃圾的无害化、减量化、资源化，是厨余垃圾处理未来的发展方向之一。
然而，现有技术中，利用微生物进行厨余垃圾降解，往往存在微生物活性低作用发挥不明显，部分有机质转化为含硫化氢、氨氮化合物的恶臭物质，造成有机质的损失和环境污染等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效厨余垃圾降解复合微生物菌剂其制备方法与应用，本发明提供的复合微生物菌剂可有效减少降解厨余垃圾过程中恶臭气体的排放，具有厨余垃圾减重率高、可发酵得到高品质有机肥的优点，具有广阔的应用前景。
为此，第一方面，本发明提供一种复合微生物菌剂，其原料包括降解菌剂和除臭菌剂；所述降解菌剂包括：有效活菌数为5×109-8×109cfu/mL的贝莱斯芽孢杆菌芽孢发酵液，有效活菌数为4×109-6×109cfu/mL的蜡样芽孢杆菌芽孢发酵液，有效活菌数为4×109-6×109cfu/mL的高地芽孢杆菌芽孢发酵液；所述除臭菌剂包括：有效活菌数为6×109-8×109cfu/mL的枯草芽孢杆菌芽孢发酵液，有效活菌数为5×109-8×109cfu/mL的解淀粉芽孢杆菌芽孢发酵液。
其中，所述贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、高地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌均由康扬微生物实验室自主分离得到。
贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国武汉，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO: M2020150；
蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国武汉，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO: M2020154；
高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国武汉，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO: M2020151；
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国武汉，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO: M2020152。
解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国武汉，保藏日期2020年5月28日，保藏编号 CCTCC NO:M2020153。
进一步，所述降解菌剂和所述除臭菌剂的体积比为4-6:1-3；优选为5:2。
进一步，所述降解菌剂中，所述贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、高地芽孢杆菌的芽孢发酵液的体积比为2-3:2-3:1，优选为2:2:1。
进一步，所述除臭菌剂中，所述枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的芽孢发酵液的体积比为1-2:1-2，优选为1:1。
进一步，所述复合微生物菌剂还包括菌剂载体，所述菌剂载体选自木屑、甘蔗渣粉末中的一种或两种的组合。
进一步，所述菌剂载体包括木屑和甘蔗渣粉末，所述木屑和甘蔗渣粉末的体积比为3:5-2，优选为3:2。
进一步，所述菌剂载体通过将所述木屑和甘蔗渣粉末混合均匀后，经杀菌制备得到。
进一步，所述杀菌的条件为60-90℃，处理1-3h。
进一步，所述复合微生物菌剂的有效活菌总数为1.8×108-3×108cfu/g。
本发明的第二方面，提供了所述复合微生物菌剂的制备方法，包括：
S1、分别制备所述贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、高地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的芽孢发酵液；
S2、将所述贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌和高地芽孢杆菌的芽孢发酵液混合均匀，得到降解除菌剂；将所述枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的芽孢发酵液混合均匀，得到除臭菌剂；将所述降解菌剂和所述除臭菌剂按照一定体积比混合，得到混合菌剂；
步骤S2之后还包括可选的以下步骤：
S3、将所述混合菌剂与菌剂载体按体积(L)与质量(kg)比为1：80-100 喷雾搅拌混合均匀，45-60℃处理2-5h至水分含量为30-35％，即制备得到所述复合微生物菌剂。
进一步，步骤S2中，所述降解菌剂和所述除臭菌剂的体积比为4-6:1-3；优选为5:2。
在一些实施方式中，步骤S2中，所述混合菌剂与所述菌剂载体按体积(L) 与质量(kg)比为1：100喷雾搅拌混合均匀，60℃处理3h至水分含量为30-35％。
本发明的第三方面，提供了所述复合微生物菌剂在降解厨余垃圾中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明筛选得到了五种有潜力用于厨余垃圾降解的菌种，其中，贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌对蛋白质、脂肪、淀粉与纤维素具有较高降解能力；高地芽孢杆菌对淀粉、蛋白质、纤维素具有较强降解能力；枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌不仅具有淀粉酶、蛋白酶和纤维素活性并且具有高效清除NH3和 H2S的能力。
(2)本发明通过优化与复配制备了复合微生物菌剂，在连续投放厨余垃圾的情况下，30天内可以实现厨余垃圾的平均减重率达89.25％，大幅降低厨余垃圾的降解周期，提高肥料的腐熟速率，实现了厨余垃圾高效规模化处理。
(3)利用本发明的复合微生物菌剂对厨余垃圾进行降解，不会产生明显臭味，无环境污染。
(4)本发明的复合微生物菌剂对厨余垃圾进行降解后，可产出有机质质量分数达97.2％，总养分达5.36％的高品质生物有机肥，实现了厨余垃圾的资源化利用。
具体实施方式
下面将更详细地描述本公开的示例性实施方式。应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1菌种分离鉴定
本实施例从来自金华双龙洞景区土壤、金华九峰牧场牛粪堆中进行了菌种分离鉴定，具体如下：
(一)淀粉降解菌分离鉴定
取土样或粪样0.5g，加蒸馏水49.5mL，放入具有适量玻璃珠的250mL三角瓶中，200rpm振荡1h，获得样品液。
将样品液梯度稀释后取100μL稀释液涂布于淀粉琼脂培养基，37℃培养 48h后在平板中加入适量碘液，挑取透明圈较大的菌落纯化培养，并于-80℃甘油管保存，将得到的纯培养物送到北京擎科生物科技进行测序鉴定。
(二)蛋白质降解菌分离鉴定
取土样或粪样0.5g，加蒸馏水49.5mL，放入具有适量玻璃珠的250mL三角瓶中，200rpm振荡1h，获得样品液。
将样品液梯度稀释后取100μL稀释液涂布于酪蛋白琼脂培养基中，37℃培养48h后，挑取透明圈较大的菌落纯化培养，并于-80℃甘油管保存，将得到的纯培养物送到北京擎科生物科技进行测序鉴定。
(三)脂肪降解菌分离鉴定
取土样或粪样0.5g，加蒸馏水49.5mL，放入具有适量玻璃珠的250mL三角瓶中，200rpm振荡1h，获得样品液。
将样品液梯度稀释后取100μL稀释液涂布于橄榄油-中性红琼脂培养基中，37℃培养48h后，挑取周围培养基显红色的菌落纯化培养，并于-80℃甘油管保存，将得到的纯培养物送到北京擎科生物科技进行测序鉴定。
(四)纤维素降解菌分离鉴定
取土样或粪样0.5g，加蒸馏水49.5mL，放入具有适量玻璃珠的250mL三角瓶中，200rpm振荡1h，获得样品液。
将样品液梯度稀释后取100μL稀释液涂布于纤维素-刚果红琼脂培养基中，37℃培养120h后，挑取透明圈较大的菌落纯化培养，并于-80℃甘油管保存，将得到的纯培养物送到北京擎科生物科技进行测序鉴定。
(五)除臭菌分离鉴定
取土样或粪样0.5g，加蒸馏水49.5mL，放入具有适量玻璃珠的250mL三角瓶中，200rpm振荡1h，获得样品液。
将样品液梯度稀释后取100μL稀释液涂布于LB肉汤琼脂培养基中，37℃培养48后，挑取菌落纯化培养，并于-80℃甘油管保存。
将得到的纯培养分别接种于NH3选择性培养基和Na2S选择性培养基中，观察菌的生长情况。如果生长，则说明该菌能利用和降解NH3和S。将经鉴定可利用和降解NH3和S的菌的纯培养物送到北京擎科生物科技进行测序鉴定。
经上述步骤，分离并鉴定得到以下菌株：
贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO:M2020150；经进一步鉴定，该菌具有较强的淀粉酶，蛋白酶，脂肪酶，纤维素酶活力，能有效降解厨余垃圾中的对应成分，并能抑制致病菌的生长繁殖，并诱导植物产生系统抗性，提高植物抗病能力。
蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO:M2020154；经进一步鉴定，该菌具有较强的淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶活力，能快速降解厨余垃圾中的有机成分。能有效抑制致病菌的生长繁殖。对多种植物病原菌有防治效果。
高地芽孢杆菌(Bacillus altitudinis)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO:M2020151；经进一步鉴定，该菌具有较强的淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶活力，并能促进植物生长。
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO:M2020152；经进一步鉴定，该菌具有淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶活力的同时，对NH3和H2S有高效的清除能力，能有效减少臭味的产生。同时能抑制致病菌的生长繁殖。
解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO:M2020153；经进一步鉴定，该菌具有淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶活力，对NH3和H2S有高效的清除能力，能有效减少臭味的产生。能有效抑制致病菌的生长繁殖。
实施例2菌种拮抗作用测试
将实施例1分离得到并经保藏的贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、高地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌在LB肉汤琼脂培养基上两两交叉划线培养，在交叉点上观察菌的生长情况。经测试，培养基表面5种菌之间没有相互拮抗作用，可以用于复合菌剂的制备。
实施例3芽孢发酵液的制备
(1)斜面培养：将实施例1分离得到并经保藏的贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、高地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌分别接种于LB肉汤琼脂培养基斜面，37℃培养24h活化。
(2)种子液培养：将步骤(1)活化好的贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、高地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌分别接种于LB肉汤液体培养基中，37℃，200rpm摇床振荡培养24h，分别得到上述五种菌的种子液。
(3)产芽孢发酵培养：将步骤(2)得到的贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、高地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的种子液分别接种于改良的产芽孢发酵培养基(葡萄糖25g/L、大豆蛋白胨15g/L、玉米浆15g/L、NaCl 3g/L，MgSO4 0.2g/L)，37℃，200rpm摇床振荡培养24h，分别得到上述五种菌的芽孢发酵液。
实施例4复合微生物菌剂制备
(1)取将实施例3制备得到的芽孢发酵液，其中，贝莱斯芽孢杆菌芽孢发酵液的有效活菌数约为6×109cfu/mL，蜡样芽孢杆菌芽孢发酵液的有效活菌数约为5×109cfu/mL，高地芽孢杆菌芽孢发酵液的有效活菌数约为5×109cfu/mL；枯草芽孢杆菌芽孢发酵液的有效活菌数约为7×109cfu/mL，解淀粉芽孢杆菌芽孢发酵液的有效活菌数约为6×109cfu/mL。
(2)将贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌和高地芽孢杆菌的芽孢发酵液按照 2:2:1的体积比混合均匀，得到降解除菌剂；将枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的芽孢发酵液按照1:1的体积比混合均匀，得到除臭菌剂；将所述降解菌剂和所述除臭菌剂按照5:2的体积比混合，得到混合菌剂；
(3)将木屑和甘蔗渣粉末按照体积比3:2混合均匀，经60℃加热处理1h 杀灭有害致病菌制备得到菌剂载体；
(3)将所述混合菌剂与菌剂载体按体积(L)与质量(kg)比为1：100 喷雾搅拌混合均匀，60℃保温处理3h至水分含量约为32％，即制备得到复合微生物菌剂。
实施例5厨余垃圾降解
设实验组和对照组，其中实验组投放实施例4制备得到的复合微生物菌剂；对照组投放菌剂载体。取复合微生物菌剂和菌剂载体各100kg，分别投放至两台KOYON200L型生物质垃圾处理设备(康扬环境科技有限公司)。开启后，首先投放50kg厨余垃圾进行菌剂活化2天，之后每天投放约100kg厨余垃圾，连续投料30天并计算厨余垃圾减重率，结果如表1所示。总共进行三轮测试。
厨余垃圾降解率计算采用以下公式进行：减重率＝(A-B)/C×100％。其中 A表示厨余垃圾、复合菌剂投入后的总重量；B表示厨余垃圾、复合菌剂处理后的总重量；C表示投入的厨余垃圾的总重量。
表1厨余垃圾降解统计数据
由表1结果可知，本发明提供的复合微生物菌剂可有效降解厨余垃圾，在连续投料的情形下，30天内可以实现厨余垃圾的平均减重率达89.25％，大幅降低厨余垃圾的降解周期。30天后将实验组的出料送样专业检测机构检测，产物经检测认证为高品质有机肥，有机质质量分数高达97.2％，总养分为5.36％，完全符合《生物有机肥》NY884-2012标准。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂的原料包括降解菌剂和除臭菌剂；
所述降解菌剂包括：有效活菌数为5×109-8×109cfu/mL的贝莱斯芽孢杆菌芽孢发酵液，有效活菌数为4×109-6×109cfu/mL的蜡样芽孢杆菌芽孢发酵液，有效活菌数为4×109-6×109cfu/mL的高地芽孢杆菌芽孢发酵液；
所述除臭菌剂包括：有效活菌数为6×109-8×109cfu/mL的枯草芽孢杆菌芽孢发酵液，有效活菌数为5×109-8×109cfu/mL的解淀粉芽孢杆菌芽孢发酵液。
2.如权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述贝莱斯芽孢杆菌保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国武汉，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCCNO:M2020150；
所述蜡样芽孢杆菌保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国武汉，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO:M2020154；
所述高地芽孢杆菌保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国武汉，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO:M2020151；
所述枯草芽孢杆菌保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国武汉，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO:M2020152；
所述解淀粉芽孢杆菌保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏单位地址为中国武汉，保藏日期2020年5月28日，保藏编号CCTCC NO:M2020153。
3.如权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述降解菌剂和所述除臭菌剂的体积比为4-6:1-3；所述降解菌剂中，所述贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、高地芽孢杆菌的芽孢发酵液的体积比为2-3:2-3:1。
4.如权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述除臭菌剂中，所述枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的芽孢发酵液的体积比为1-2:1-2。
5.如权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂还包括菌剂载体，所述菌剂载体选自木屑、甘蔗渣粉末中的一种或两种的组合；
优选地，所述菌剂载体包括木屑和甘蔗渣粉末，所述木屑和甘蔗渣粉末的体积比为3:5-2。
6.如权利要求5所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述菌剂载体通过将所述木屑和甘蔗渣粉末混合均匀后，经杀菌制备得到；
优选地，所述杀菌的条件为60-90℃，处理1-3h。
7.如权利要求1所述的复合微生物菌剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂的有效活菌总数为1.8×108-3×108cfu/g。
8.权利要求1-7任一项所述复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分别制备所述贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、高地芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的芽孢发酵液；
S2、将所述贝莱斯芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌和高地芽孢杆菌的芽孢发酵液混合均匀，得到降解除菌剂；将所述枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌的芽孢发酵液混合均匀，得到除臭菌剂；将所述降解菌剂和所述除臭菌剂按照一定体积比混合，得到混合菌剂；
步骤S2之后还包括可选的以下步骤：
S3、将所述混合菌剂与菌剂载体按体积(L)与质量(kg)比为1：80-100喷雾搅拌混合均匀，45-60℃处理2-5h至水分含量为30-35％，即制备得到所述复合微生物菌剂。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述降解菌剂和所述除臭菌剂的体积比为4-6:1-3。
10.权利要求1-7任一项所述复合微生物菌剂在降解厨余垃圾中的应用。
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