CN104177168B - 一种利用抗病毒颗粒药渣制备的有机肥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种利用抗病毒颗粒药渣制备的有机肥及其制备方法，该抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料中有机质含量高于70重量％，氮磷钾总含量高于5.0重量％；该制备方法具有工业化程度高、生产周期短、操作简单、发酵完全、产品质量稳定等特点；发酵过程不包括烘干步骤，极大的节约了成本；晾干时间要求也短，对地理位置要求低，可以推广使用；加入粉碎和过筛步骤，使得有机肥成品的颗粒大小合适，便于分选出已充分发酵和未充分发酵的成分，一方面提高有机肥成品的质量；另一方面将不能过筛的颗粒返回进行继续发酵处理，中药药渣被完全利用，符合环保的理念。

Description

一种利用抗病毒颗粒药渣制备的有机肥及其制备方法
技术领域
本发明属于农副产品领域，涉及抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料的技术。
背景技术
随着我国中药事业的不断发展，全国各大中药厂的中药渣废弃量日益增加。目前，中药渣的处理往往采用传统的处理方法如焚烧、填埋、固定区域堆放等方式，这不仅要投入大量的资金，侵蚀农田，而且也造成了资源的浪费和严重的环境污染，对中药企业可持续发展有极大的影响，因此，如何合理的处置和利用中药渣是实现中药现代化过程中一个不可回避的重要问题。
农业生产离不开具有高效活性的有机肥料。传统的农家肥不仅数量难以保证，而且因发酵不充分，未经高温无害化处理，含有大量的虫卵、杂草种子等有害生物，容易引发农作物遭受病虫害威胁，滋生杂草。而且由于发酵不充分，养分转化不彻底，营养成分含量低，造成原材料的浪费，难以满足大规模农业生产的需要。
抗病毒颗粒是优势产品，销量大，主要由板蓝根、连翘、石膏、知母、芦根、地黄、广藿香、石菖蒲和郁金经过中药提取步骤制备而得。各中药厂每年产生的抗病毒颗粒的中药药渣高达数百吨，众多厂家都花费精力处理药渣，完全是光投入不产出的一项工程，给各中药材带来了不小的压力。
中药大多是由植物的不同部位组成，植物渣纤维素约占植物体干重的33.4％-50％，是地球上最丰富的有机物质。但是，由于纤维素中存在许多高能的氢键，因此其水解、利用均很困难，如果不经特殊处理，自然降解非常困难。
若将抗病毒颗粒中药药渣制成有机肥，不仅可以减轻各中药厂的压力，持续的抗病毒颗粒中药药渣原材料供应也能解决传统的农家肥数量受限，产量不稳定的限制；并且工业化规模生产抗病毒颗粒中药药渣有机肥，科学的质量控制体系，可以有效的提高药渣中各成分的转化率，使发酵更加彻底，经高温无害化处理，含有大量的虫卵、杂草种子等有害生物被杀灭，更加安全。因此，抗病毒颗粒中药药渣制成有机肥能够产生很好的经济效益和社会效益。
现有技术也有用中药渣制有机肥料的，技术各不相同。这些技术中有些包括晾干的步骤，如中国专利“药渣有机肥及生产方法”(申请号：201110378698.7)、“一种利用中药渣生产有机肥料的方法”(申请号：201210363389.7)等，中药渣晾晒仅适用于气候干燥、自然降水量低的地区，对于气候湿润、降雨丰富的地区如广东、四川等地区不适宜适用，技术的使用受到限制；有些技术不用晾干而改用烘干技术，如中国专利“一种中药提取剩余物肥料及其制备方法”(申请号：201010134225.8)，药渣量大，中药颗粒的药渣一次发酵量高达数吨，中药渣的干燥需要消耗大量能源和人工，成本高。中国专利“一种防治土传病害的辣根土壤肥料组合物”(申请号：201210085794.7)等没有发酵步骤、或者发酵时间3-5天，发酵时间过短，直接将药渣与其他成分混匀后得到有机肥料，其中的纤维素没有经过降解，自然界需要大量的时间方可消化利用完毕，有机肥料中各成分转化不彻底。有的在发酵原料中混合了活性污泥(申请号：03127934.1)，终端肥料产品有可能出现重金属含量超标的问题，对食品安全造成威胁。有些技术方案中未考虑解决发酵初期堆料过酸的问题，如专利申请(专利申请号：03127934.1、200510012308.9等)，如果堆料过酸会导致发酵过程缓慢、诱发厌氧呼吸，造成环境二次污染。
发明内容
本发明提供一种抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料，其中，有机质含量在70重量％以上，氮磷钾(NPK)总含量在5.0％含量以上。
本发明所述抗病毒颗粒中药药渣是抗病毒颗粒经过蒸煮提取加工技术生产抗病毒颗粒活性成分后，剩下的成分。抗病毒颗粒用于风热感冒，上呼吸道感染和流感，由板蓝根、连翘、石膏、知母、芦根、地黄、广藿香、石菖蒲和郁金提取而得，有显著的抑菌效果。抗病毒颗粒中药药渣经过鉴定，多糖含量低，木质素和植物纤维占主要比例，pH值为3.0-4.0左右，并且残留有抑菌的成分。
目前研究用于发酵中药药渣的菌株大多集中在有限的几个菌株上，如康宁木霉、里氏木霉等，然而这些菌株任然存在着产酶成本高，酶活性不稳定，作用pH范围狭窄等问题。
我们尝试从常用菌株中筛选出能够用于抗病毒颗粒中药药渣发酵的合适菌株。但是由于药渣呈弱酸性，有显著的抑菌效果、多糖含量低、木质素和植物纤维含量高，常用菌株用于发酵抗病毒颗粒中药药渣发酵时，菌株活力被药渣的抑菌成分抑制，生长繁殖异常缓慢；并且药渣pH值过低，也不利于菌株生长；而药渣中营养成分的缺乏，也使菌株生长受限。多重因素的影响下，抗病毒颗粒中药药渣出现了发酵异常缓慢的现象，生产有机肥的时间周期长达1年，不利于工业化和商业化。常用菌株无法解决我们的问题，达到满意效果。
为了解决发酵菌难题，发明人创造性的从抗病毒颗粒中药药渣中分离出适合的发酵菌株。发明人通过比较几种纤维素降解菌的筛选方法，并从中药渣中筛得高效纤维降解细菌2株，真菌2株。
纤维素降解菌株的筛选
1、材料和方法
1.1样品采集
采集堆集发酵一个月以上的抗病毒颗粒中药渣样品10份。
1.2培养基
牛肉膏蛋白胨培养基(细菌培养)：牛肉膏3g，蛋白胨10g，NaCl 5g，水1000mL，pH7.4～7.6
滤纸平板培养基：KH2PO42g，(NH4)2SO41.5g，MnSO40.0016g，MgSO4·7H2O 3g，FeSO4·7H2O 0.005g，ZnCl20.0017g，水1000mL，pH5.5～6.0，以滤纸为唯一碳源。
CMC-Na培养基：CMC-Na 20g，Na2HPO42.5g，KH2PO41.5g，蛋白胨2.5g，酵母膏0.5g，水1000mL，琼脂20g，pH7.0～7.2。
中药渣纤维素的制备：将中药渣烘干粉碎至60目，加入2％的氢氧化钠溶液至固液重量比为1∶5，在85℃水浴处理1小时，水洗至pH为中性，烘干备用。
液体摇瓶培养基：KH2PO42g，(NH4)2SO41.5g，MnSO40.0016g，MgSO4·7H2O 3g，FeSO4·7H2O 0.005g，ZnCl20.0017g，蛋白胨0.5g，尿素0.3g，碱处理后的中药渣粉10g，水1000mL，pH5.5～6.0。
2、纤维素分解菌的筛选分离方法
取所采集的中药渣样品5g置于带玻璃珠的无菌水三角瓶中，震荡后静置，取其上清，用无菌水经梯度稀释后取适宜梯度在灭过菌的滤纸平板上点样，培养7d进行筛选。
再将初筛选出的菌株划线接种于CMC-Na斜面培养基上，入培养箱中培养3d进行增殖，然后编号放冰箱保存备用。
将增殖后的菌株用接种针点种于CMC-Na平板上，培养3d，用1g/L刚果红染色，倾去染液，测溶解圈直径，并计算酶的相对活性A＝溶解圈直径/天数。
以复筛出的溶解圈较大的菌株为对象，将其划线接种于牛肉膏蛋白胨斜面培养基上，28℃-29℃培养1d，如此反复3次进行分离，保存。
3、中药渣纤维素酶活力测定
称取1g碱处理过的中药渣粉置于50mL带塞的三角瓶中，加入稀释酶液，pH4.85，0.1mol/L柠檬酸缓冲液，蒸馏水，摇匀，水浴锅中酶解，过滤，按DNS法测定还原糖。以国际单位为依据，定义每分钟催化纤维素水解生成1umol葡糖糖的酶量为一个酶活力单位IU。
通过选择培养基初筛和酶活测定，共获得4株分解纤维素能力相对较强的菌株，经鉴定分别为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、黑曲霉(Aspergillusnige)、烟曲霉(aspergillus fumigatus)。
根据我国农业部的规定，烟曲霉不可以使用在有机肥发酵中，因此我们使用枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、黑曲霉(Aspergillusnige)作为发酵菌剂。
本发明提供一种抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料的制备技术，其步骤包括：
(1)将提取药液后的新鲜中药渣直接粉碎，获得粗的中药渣粉；
(2)将粉碎后的粗的中药渣粉与鸡粪，充分混匀后，加入自行筛选的发酵菌剂，得到预发酵混合物；
(3)将预发酵混合物转移入发酵槽内，控制堆内发酵温度范围60-70℃，若高于70℃则翻堆，促进有氧发酵，发酵时长20-36天后，堆温下降至40℃以下，得到第一次发酵混合物；
(4)将发酵后的混合物进行粉碎，过筛，获得半成品有机肥；
(5)将半成品有机肥进行陈化15-30天，得到陈化后半成品有机肥；
(6)将陈化后半成品有机肥摊晾1-5天，即获得中药渣有机肥成品。
如步骤(1)所述粗的中药渣粉与鸡粪的混合比为4∶1-5∶1。
如步骤(1)所述粗的中药渣粉与鸡粪的混合比为14∶3。
如步骤(1)所述预发酵混合物中还可以加入谷壳、培育蘑菇的基渣。
所述培育蘑菇的基渣是生产食用菌后剩下的栽培料，主要成分为棉籽壳、秸秆或/和锯末和食用菌菌丝体，其含水量为25％-30％，有机质含量55％-65％。
所述培育蘑菇的基渣与中药渣粉、鸡粪的混合比为1∶4∶1-1∶5∶1。
所述培育蘑菇的基渣与中药渣粉、鸡粪的混合比为3∶14∶3。
如步骤(1)所述鸡粪的含水量为15％-25％。
如步骤(1)所述粗的中药渣粉，其含水量约为60-80％。
如步骤(2)所述预发酵混合物，其含水量约为60-63％。
如步骤(2)所述发酵菌剂成分为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)和黑曲霉(Aspergillus nige)混合物。
如步骤(2)所述发酵菌剂中各成分的体积比例为：枯草芽孢杆菌1-3份、地衣芽孢杆菌1-2份、黑曲霉2-3份。
如步骤(2)所述发酵菌剂中各成分的体积比例为：枯草芽孢杆菌1份、地衣芽孢杆菌1份、黑曲霉1份。
如步骤(2)每吨所述预发酵混合物含有0.5-3kg发酵菌剂。
如步骤(3)所述发酵时长为30-32天。
如步骤(3)所述第一次发酵混合物，其含水量为40％-44％。
如步骤(4)所述过筛步骤为过5mm筛，5mm筛通过率90％-98％。
如步骤(4)所述过筛步骤为过2mm筛，2mm筛通过率为70％-85％。
如步骤(4)所述过筛步骤为先过2mm筛，再过5mm筛，过筛通过率为90％-98％。
如步骤(4)所述的半成品有机肥，其干料产出率为45-55％。
干料产出率＝100％*半成品有机肥干料/投料干料
如步骤(4)所述过筛步骤后，不能通过5mm筛的物料返回步骤(3)。
如步骤(5)所述陈化时长为20天。
如步骤(5)所述陈化后半成品有机肥，其含水量为20％-40％。
如步骤(6)所述有机肥成品，其含水量为25％-30％。
如步骤(6)所述有机肥成品，其总产出率为25-35％。
总产出率＝100％*有机肥成品/初始投料
本发明提供的一种将抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料的制备方法，该方法具有工业化程度高、生产周期短、操作简单、发酵完全、产品质量稳定等特点；发酵过程不包括烘干步骤，极大的节约了成本；晾干时间要求也短，对地理位置要求低，可以推广使用；加入粉碎和过筛步骤，使得有机肥成品的颗粒大小合适，便于分选出已充分发酵和未充分发酵的成分，一方面提高有机肥成品的质量；另一方面将不能过筛的颗粒返回进行继续发酵处理，中药药渣被完全利用，符合环保的理念。
本发明最突出的是采用经过筛选的对抗病毒颗粒中药药渣高效的特定菌种，克服了抗病毒颗粒中药药渣有抑菌成分、pH值酸性，能抑制微生物生长繁殖，自然发酵转化时间长的缺陷，筛选出的菌种在最短时间内迅速繁殖，药渣各组分分解快并且完全，其中的抑菌成分如板蓝根药渣等也被充分的分解，缩短发酵时间，提高中药药渣的转化率。
在中药药渣发酵过程中，不用添加水、铵盐等无机盐或者碳源，操作简单。本发明提供的抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料，有机质含量在70重量％以上，氮磷钾(NPK)总含量在5.0％含量以上，完全符合有机肥的国家标准。
具体实施方式
本发明结合实施例作进一步说明，所列实例旨在举例说明而不是限制本发明。
实施例1发酵菌剂的制备
(1)枯草芽胞杆菌菌液的制备：称取牛肉膏10克，蛋白胨10克，氯化钠5克、硫酸锰5毫克，琼脂15克(液体培养基中不加)充分溶解于1000毫升蒸馏水中，调节pH7.0-7.2，分装于150毫升三角瓶中，在121℃条件下灭菌20分钟，待温度降至50℃左右时制作平板，冷却后接入枯草芽胞杆菌菌种，置于45℃恒温培养箱中培养24h，然后转接于液体培养基中，45℃恒温摇床中培养24h，既得枯草芽胞杆菌菌液，活菌数大于1×107个/毫升。
(2)地衣芽孢杆菌菌液的制备：称取牛肉膏5.0克，蛋白胨3.0克，酵母提取物5.0克，氯化钠5.0克，硫酸锰5毫克，琼脂15克(液体培养基中不加)充分溶解于充分溶解于1000ml蒸馏水中，调节pH7.0-7.2，分装于150毫升三角瓶中，在121℃条件下灭菌20分钟，待温度降至50℃左右时制作平板，冷却后接入地衣芽孢杆菌菌种，置于45℃恒温培养箱中培养24h，然后转接于液体培养基中，45℃恒温摇床中培养24h，既得地衣芽胞杆菌菌液，活菌数大于1×107个/毫升。
(3)黑曲霉菌液的制备：将去皮马铃薯200克加蒸馏水1000毫升煮沸30分钟，纱布滤过，滤液补充水至1000毫升，再加入蔗糖20克、琼脂15克(液体培养基中不加)，充分溶解后分装于150毫升三角瓶中，在121℃条件下灭菌20分钟，待温度降至50℃左右时制作平板，冷却后接入黑曲霉菌种，放置在30℃恒温培养箱中培养3天，然后转接于液体培养基中，30℃恒温摇床中培养3天，既得黑曲霉菌液，活菌数大于1×107个/毫升。
(4)将上述菌液按按1∶1∶1混合后得到本发明所述的发酵菌剂。
以上步骤(1)、(2)、(3)中制备菌液的培养基配方不仅限于上述内容。
实施例2
(1)将提取药液后的新鲜中药渣直接粉碎，获得粗的中药渣粉；
(2)将粉碎后的粗的中药渣粉按比例与鸡粪物料按比例混合，充分混匀后，加入自行筛选的发酵菌剂，得到预发酵混合物；
(3)将混合物转移入发酵槽，堆置成宽度1.5-2m、高度0.8-1.2m、长度大于2m的条垛进行发酵，控制堆内发酵温度范围60-70℃，并适时翻堆，促进有氧发酵，发酵时长36天后，堆温下降至40℃以下，含水量降至44％；
(4)将发酵后的混合物进行粉碎，过2mm筛和5mm筛，获得商品性良好的半成品有机肥。不能通过5mm筛的物料返回步骤(3)；
(5)将半成品有机肥进行陈化20天；
(6)摊晾2天，含水量降至28％左右，经检测合格，即获得中药渣有机肥成品。有机肥成品由广东微生物检测中心按照农业部有机肥技术标准NY 525-2012检测。
所述发酵菌剂中各成分的体积比例为：枯草芽孢杆菌1份、地衣芽孢杆菌1份、黑曲霉1份。
表格1：试验投料及产出情况
表2：发酵时间
时间分段 标准 时长(天)
升温时间 ≤60℃ 4
保温时间 ≥60℃ 28
降温时间 ≤60℃ 4
总时间 36
表3：发酵物水分变化
测定时间 含水量(％)
投料 61.7％
第10天 57.6％
第15天 54.6％
第20天 53.7％
第25天 53.7％
第30天 50.6％
第35天 43.8％
陈化后 37.4％
表4：半成品有机肥粉碎效果测试
名称 值
样品总重，g 500
首次过5mm筛 62.7％
首次过2mm筛 30.2％
粉碎后过5mm筛 96.0％
粉碎后过2mm筛 74.6％
试验损耗 2.9％
表5：成品有机肥检测结果
检测项目 检测结果 单位 标准 判定
粪生大肠杆菌 ＜0.3 MPN/g ≤100 合格
蛔虫卵死亡率 98 ％ ≥95 合格
全氮(以烘干基计) 3.05 ％
全磷(以烘十基计) 2.14 ％
全钾(以烘干基计) 1.92 ％
NPK(以烘干基计) 7.11 ％ ≥5 合格
有机质(以烘干基计) 74.4 ％ ≥45 合格
水分 22.75 ％ ≤30 合格
pH 8.5 5.5～8.5 合格
铅 4.5 mg/kg ≤50 合格
镉 未检出 mg/kg ≤3 合格
铬 13.1 mg/kg ≤150 合格
汞 ＜0.1 mg/kg ≤2 合格
砷 6.0 mg/kg ≤15 合格
实施例3
(1)将提取药液后的新鲜中药渣直接粉碎，获得粗的中药渣粉，粗的中药渣粉；
(2)将粉碎后的粗的中药渣粉按比例与鸡粪物料按比例混合，所述粗的中药渣粉与鸡粪的混合比为14∶3，鸡粪的含水量为15％，充分混匀后，加入自行筛选的发酵菌剂，发酵菌剂成分为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和黑曲霉(Aspergillus nige)混合物。得到预发酵混合物，预发酵混合物，其含水量约为60％；
(3)将混合物转移入发酵槽进行发酵，控制堆内发酵温度范围60-70℃，并适时翻堆，促进有氧发酵，发酵时长36天后，堆温下降至40℃以下，得到第一次发酵混合物，其含水量为40％；
(4)将发酵后的混合物进行粉碎，过2mm筛和5mm筛，5mm筛通过率90％，2mm筛通过率为70％，获得商品性良好的半成品有机肥，干料产出率为45％。不能通过5mm筛的物料返回步骤(3)；
(5)将半成品有机肥进行陈化20天；
(6)摊晾2天，含水量降至28％左右，经检测合格，即获得中药渣有机肥成品。
所述发酵菌剂中各成分的体积比例为：枯草芽孢杆菌3份、地衣芽孢杆菌1份、黑曲霉2份。

Claims (9)

1.一种抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料，其特征在于，所述有机肥料中有机质含量高于70重量％，氮磷钾总含量高于5.0重量％；所述有机肥料的制备步骤包括：
(1)将提取药液后的新鲜中药渣直接粉碎，获得粗的中药渣粉；
(2)将粉碎后的粗的中药渣粉与鸡粪，充分混匀后，加入自行筛选的发酵菌剂，得到预发酵混合物；
(3)将预发酵混合物转移入发酵槽内，控制堆内发酵温度范围60-70℃，若高于70℃则翻堆，促进有氧发酵，发酵时长20-36天后，堆温下降至40℃以下，得到第一次发酵混合物；
(4)将发酵后的混合物进行粉碎，过筛，获得半成品有机肥；
(5)将半成品有机肥进行陈化15-30天，得到陈化后半成品有机肥；
(6)将陈化后半成品有机肥摊晾1-5天，即获得中药渣有机肥成品；
步骤(1)所述粗的中药渣粉与鸡粪的混合比为4:1-5:1；
步骤(2)所述预发酵混合物，其含水量约为60-63％；
步骤(2)所述发酵菌剂成分为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和黑曲霉混合物，所述发酵菌剂中各成分的体积比例为：枯草芽孢杆菌1-3份、地衣芽孢杆菌1-2份、黑曲霉2-3份。
2.根据权利要求1所述的抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料，其特征在于所述制备步骤(I)中所述粗的中药渣粉与鸡粪的混合比为14:3。
3.根据权利要求1所述的抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料，其特征在于所述制备步骤(3)中所述预发酵混合物中还可以加入谷壳、培育蘑菇的基渣；所述培育蘑菇的基渣与中药渣粉、鸡粪的混合比为1:4:1-1:5:1。
4.根据权利要求1所述的抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料，其特征在于所述制备步骤(2)中所述预发酵混合物每吨含有0.5-3kg发酵菌剂。
5.根据权利要求1所述的抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料，其特征在于所述制备步骤(1)中所述发酵菌剂中各成分的体积比例为：枯草芽孢杆菌1份、地衣芽孢杆菌1份、黑曲霉1份。
6.根据权利要求1所述的抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料，其特征在于所述制备步骤(3)中所述发酵时长为30-32天；制备步骤(5)所述陈化时长为20天。
7.根据权利要求1所述的抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料，其特征在于所述制备步骤(4)中所述过筛步骤为先过2mm筛，再过5mm筛，过筛通过率为90％-98％。
8.根据权利要求7所述的抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料，其特征在于所述制备步骤(4)中所述过筛步骤后，不能通过5mm筛的物料返回制备步骤(3)。
9.根据权利要求1所述的抗病毒颗粒中药药渣转化有机肥料，其特征在于所述制备步骤(4)中所述的半成品有机肥，其干料产出率为45-55％；制备步骤(6)所述有机肥成品，其总产出率为25-35％。
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