CN109336654A - 一种用于稻秆发酵的微生物发酵剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微生物发酵技术领域，具体涉及一种用于稻秆发酵的微生物发酵剂及其制备方法，发酵剂由以下原料制成：玉米秆、番茄秆、施氏假单胞菌、苏云金芽孢杆菌、胶东样芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、地衣芽孢杆菌、绿色木霉、康宁木霉、里氏木霉、嗜酸乳杆菌、纤维素酶、蛋白酶和磷酸化酶。本发明能够解决水稻秸秆难以降解的技术问题，本发明的微生物发酵剂使用过程中升温快，有利于延长高温发酵时间，提高水稻秸秆中纤维素和半纤维素的降解率，并且发酵后的最终产物营养成分丰富。

Description

一种用于稻秆发酵的微生物发酵剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及微生物发酵技术领域，具体涉及一种用于稻秆发酵的微生物发酵剂及其制备方法。
背景技术
水稻是世界上种植最广泛的作物之一，每年水稻收获后都会留下大量的水稻秸秆，除部分秸秆用于造纸业和能源业以外，其他大部分秸秆是以焚烧、堆积等形式处理，秸秆焚烧不仅会浪费秸秆中的有机碳等养分资源，而且会对大气环境造成污染；秸秆堆积处理又会长时间占用空间，而且由于水稻秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的含量较高，因此难以形成堆肥还田使用。由此可见，研发一种能够快速有效降解水稻秸秆的微生物发酵剂及其制备方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于稻秆发酵的微生物发酵剂及其制备方法，以解决水稻秸秆难以降解的技术问题，该微生物发酵剂使用过程中升温快，有利于延长高温发酵时间，提高水稻秸秆中纤维素和半纤维素的降解率，并且发酵后的最终产物营养成分丰富。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于稻秆发酵的微生物发酵剂，按重量份计，由以下原料制成：玉米秆20-25份、番茄秆20-25份、施氏假单胞菌液体菌剂1-2份、苏云金芽孢杆菌液体菌剂3-4份、胶东样芽孢杆菌液体菌剂1-2份、黄孢原毛平革菌液体菌剂2份、地衣芽孢杆菌液体菌剂3-6份、绿色木霉液体菌剂2-4份、康宁木霉液体菌剂2-4份、里氏木霉液体菌剂2-4份、嗜酸乳杆菌液体菌剂4-5份、纤维素酶8-10份、蛋白酶11-13份、磷酸化酶6-8份；其中，各液体菌剂含菌数量均为2亿/mL。
玉米秆和番茄秆的重量比优选为1:1。
所述微生物发酵剂的制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备玉米秆粉末和番茄秆粉末
（1）收集含水量50%-60%（质量分数）玉米秆杀青、烘干、粉碎，之后用直径为1mm的筛网过滤，制得玉米秆粉末，备用；
（2）收集含水量50%-60%（质量分数）番茄秆杀青、烘干、粉碎，之后用直径为1mm的筛网过滤，制得番茄秆粉末，备用；
步骤二、取20-25重量份的玉米秆粉末和20-25重量份的番茄秆粉末，均匀混合后作为微生物吸附剂，然后向微生物吸附剂中添加粘合剂，得到混合物Ⅰ；所述的粘合剂为胶冻样芽孢杆菌胞外分泌的多聚糖，粘合剂的添加量为微生物吸附剂质量的2%；
步骤三、按重量份数，取施氏假单胞菌液体菌剂1-2份、苏云金芽孢杆菌液体菌剂3-4份、胶东样芽孢杆菌液体菌剂1-2份、黄孢原毛平革菌液体菌剂2份、地衣芽孢杆菌液体菌剂3-6份、绿色木霉液体菌剂2-4份、康宁木霉液体菌剂2-4份、里氏木霉液体菌剂2-4份、嗜酸乳杆菌液体菌剂4-5份，各液体菌剂含菌数量均为2亿/mL，将各液体菌剂混合并搅拌均匀，逐步加入8-10重量份的蛋白酶、11-13重量份的磷酸化酶和6-8重量份的纤维素酶，制得复合液；
步骤四、将步骤二得到的混合物Ⅰ与步骤三制得的复合液进行均匀混合，得到混合物Ⅱ；
步骤五、将混合物Ⅱ放入隔板式干燥器中，采用鼓风机向隔板式干燥器中吹入干热空气，使混合物Ⅱ在40-50℃热风气流中烘干，热风气流的流速控制在1-1.5L·min-1·kg-1（其中kg指的是混合物Ⅱ的质量），烘干至含水量在5%（质量分数）以下（烘干时长约10-12小时），得到固体菌剂。
有益效果：
一、本发明采用的玉米秆和番茄秆这两种农业废弃物经简单处理后作为微生物吸附剂，可以充分发挥以废治废的目的和作用；
二、玉米秆和番茄秆选择含水量在50%-60%之间进行收集处理，不但不易腐烂变质，而且能够丰富发酵过程中的营养成分；玉米秆和番茄秆按照1:1的比例混合，充分考虑其碳氮含量特征，使其复配的吸附剂的C/N比保持在20-30之间，大大提高了发酵剂中微生物和酶的活性，降低了基质发酵过程中升温和发酵时间，同时也提高了工作效率；
三、本发明通过多种微生物与多种酶结合使用，能够加速稻秆纤维素、半纤维素等难降解成分的分解，为稻秆的堆肥资源化处理提供可行途径；开始阶段纤维素酶、蛋白酶和磷酸化酶分解原料中的纤维素、蛋白质和含磷有机物质，为施氏假单胞菌和嗜酸乳杆菌提供糖、氮素和磷等养分，而加入施氏假单胞菌和嗜酸乳杆菌，通过产生的蛋白酶，促进物料中氮素养分利用，同时产生乳酸，乳酸与有机物分解产生的氨氮进行中和反应，避免NH4 +-N的积累对其他功能微生物的毒害作用；加入胶东样芽孢杆菌，通过产生的蛋白酶和果胶酶水解原料中的蛋白质、多肽和果胶等大分子物质，产生氨基酸等小分子物质，同时释放原料中磷、钾等营养元素，提供其它微生物的养分供应；绿色木霉、康宁木霉、里氏木霉和黄孢原毛平革菌的加入进一步分解稻秆中的木质素、纤维素、半纤维素、果胶质等难降解的物质，进一步促进稻秆的腐熟；苏云金芽孢杆加入主要是对原料料中线虫等病原菌起到杀灭作用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。
以下实施例中各液体菌剂均由购自中国农业科学院菌种保藏中心的菌种经液体培养后得到，其中菌种名称及保藏号：施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）菌种保藏号为ACCC 04243；苏云金芽孢杆菌（bacillus thuringiensis）菌种保藏号为ACCC 01007；胶东样芽孢杆菌（Bacillus mucilaginosus）菌种保藏号为ACCC 10013；黄孢原毛平革菌（Phanerochaete chrysosporium Burdsall）菌种保藏号为ACCC 30413；地衣芽孢杆菌（Bacillus lincheniformis）菌种保藏号为ACCC 06149；绿色木霉（Trichoderma viride）菌种保藏号为ACCC 30048；康宁木霉（Tichoderma koningii）菌种保藏号为ACCC 30388；里氏木霉（Trichoderma reesei）菌种保藏号为ACCC 30590；嗜酸乳秆菌（Saccharomyces sp）菌种保藏号为ACCC 19940。
以下实施例中未详述部分均为现有技术或采用现有技术能够实现的。
实施例1
一种用于稻秆发酵的微生物发酵剂，按重量份计，由以下原料制成：玉米秆20份、番茄秆20份、施氏假单胞菌液体菌剂2份、苏云金芽孢杆菌液体菌剂4份、胶东样芽孢杆菌液体菌剂2份、黄孢原毛平革菌液体菌剂2份、地衣芽孢杆菌液体菌剂4份、绿色木霉液体菌剂3份、康宁木霉液体菌剂2份、里氏木霉液体菌剂2份、嗜酸乳杆菌液体菌剂4份、纤维素酶9份、蛋白酶12份、磷酸化酶7份；其中，各液体菌剂含菌数量均为2亿/mL；
其制备方法包括以下步骤：
步骤一、制备玉米秆粉末和番茄秆粉末
（1）收集含水量50%-60%（质量分数）玉米秆杀青、烘干、粉碎，之后用直径为1mm的筛网过滤，制得玉米秆粉末，备用；
（2）收集含水量50%-60%（质量分数）番茄秆杀青、烘干、粉碎，之后用直径为1mm的筛网过滤，制得番茄秆粉末，备用；
步骤二、取玉米秆粉末和番茄秆粉末，均匀混合后作为微生物吸附剂，然后向微生物吸附剂中添加粘合剂，得到混合物Ⅰ；所述的粘合剂为胶冻样芽孢杆菌胞外分泌的多聚糖，粘合剂的添加量为微生物吸附剂质量的2%；
步骤三、取施氏假单胞菌液体菌剂、苏云金芽孢杆菌液体菌剂、胶东样芽孢杆菌液体菌剂、黄孢原毛平革菌液体菌剂、地衣芽孢杆菌液体菌剂、绿色木霉液体菌剂、康宁木霉液体菌剂、里氏木霉液体菌剂、嗜酸乳杆菌液体菌剂，将各液体菌剂混合并搅拌均匀，逐步加入蛋白酶、磷酸化酶和纤维素酶，制得复合液；
步骤四、将步骤二得到的混合物Ⅰ与步骤三制得的复合液进行均匀混合，得到混合物Ⅱ；
步骤五、将混合物Ⅱ放入隔板式干燥器中，采用鼓风机向隔板式干燥器中吹入干热空气，使混合物Ⅱ在40-50℃热风气流中烘干，热风气流的流速控制在1-1.5L·min-1·kg-1（其中kg指的是混合物Ⅱ的质量），烘干至含水量在5%（质量分数）以下（烘干时长约10-12小时），得到固体菌剂。
实施例2
一种用于稻秆发酵的微生物发酵剂，按重量份计，由以下原料制成：玉米秆22份、番茄秆22份、施氏假单胞菌液体菌剂1份、苏云金芽孢杆菌液体菌剂3份、胶东样芽孢杆菌液体菌剂1份、黄孢原毛平革菌液体菌剂2份、地衣芽孢杆菌液体菌剂3份、绿色木霉液体菌剂2份、康宁木霉液体菌剂3份、里氏木霉液体菌剂3份、嗜酸乳杆菌液体菌剂4份、纤维素酶10份、蛋白酶13份、磷酸化酶8份；其中，各液体菌剂含菌数量均为2亿/mL；
其制备方法同实施例1。
实施例3
一种用于稻秆发酵的微生物发酵剂，按重量份计，由以下原料制成：玉米秆25份、番茄秆25份、施氏假单胞菌液体菌剂2份、苏云金芽孢杆菌液体菌剂4份、胶东样芽孢杆菌液体菌剂2份、黄孢原毛平革菌液体菌剂2份、地衣芽孢杆菌液体菌剂6份、绿色木霉液体菌剂2份、康宁木霉液体菌剂4份、里氏木霉液体菌剂4份、嗜酸乳杆菌液体菌剂4份、纤维素酶8份、蛋白酶11份、磷酸化酶6份；其中，各液体菌剂含菌数量均为2亿/mL；
其制备方法同实施例1。
实验一
以稻秆为发酵原料，将预处理后的稻秆均分为A、B两组，分别添加不同的发酵剂进行发酵，其中A组采用本发明实施例1的发酵剂；B组将本发明实施例1的发酵剂中的吸附剂替换为泥炭，其他组分及方法步骤不变；发酵过程中记录物料升至最高温度所需时间以及发酵过程中高温期（温度55℃以上）维持时间。
试验结果：A组在第5天达到最高温，并且高温期维持12天，B组在第8天达到最高温，并且高温期维持6天。
结果表明：本发明通过在发酵剂中加入玉米秆和番茄秆混合物大大加速了稻秆升温时间，延长了高温期，取得了显著的效果。
试验二
以稻秆为发酵原料，将预处理后的稻秆均分为A、B两组，分别添加不同的发酵剂进行发酵，其中A组采用本发明实施例1的发酵剂；B组采用市售的发酵剂；发酵过程中记录物料升至最高温度所需时间以及发酵过程中高温期（温度55℃以上）维持时间；并检测稻秆中纤维素和半纤维素的降解率。
试验结果：A组在第5天达到最高温，并且高温期维持15天，B组在第7天达到最高温，并且高温期维持10天。同时A组水稻秸秆纤维素和半纤维素的降解率较B组分别提高8.5%和12.8%。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种用于稻秆发酵的微生物发酵剂，其特征在于，按重量份计，由以下原料制成：玉米秆20-25份、番茄秆20-25份、施氏假单胞菌液体菌剂1-2份、苏云金芽孢杆菌液体菌剂3-4份、胶东样芽孢杆菌液体菌剂1-2份、黄孢原毛平革菌液体菌剂2份、地衣芽孢杆菌液体菌剂3-6份、绿色木霉液体菌剂2-4份、康宁木霉液体菌剂2-4份、里氏木霉液体菌剂2-4份、嗜酸乳杆菌液体菌剂4-5份、纤维素酶8-10份、蛋白酶11-13份、磷酸化酶6-8份；其中，各液体菌剂含菌数量均为2亿/mL。
2.如权利要求1所述的一种用于稻秆发酵的微生物发酵剂，其特征在于：玉米秆和番茄秆的重量比为1：1。
3.一种如权利要求1所述的微生物发酵剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备玉米秆粉末和番茄秆粉末
（1）收集含水量50%-60%玉米秆杀青、烘干、粉碎，之后用直径为1mm的筛网过滤，制得玉米秆粉末，备用；
（2）收集含水量50%-60%番茄秆杀青、烘干、粉碎，之后用直径为1mm的筛网过滤，制得番茄秆粉末，备用；
步骤二、取20-25重量份的玉米秆粉末和20-25重量份的番茄秆粉末，均匀混合后作为微生物吸附剂，然后向微生物吸附剂中添加粘合剂，得到混合物Ⅰ；所述的粘合剂为胶冻样芽孢杆菌胞外分泌的多聚糖，粘合剂的添加量为微生物吸附剂质量的2%；
步骤三、按重量份数，取施氏假单胞菌液体菌剂1-2份、苏云金芽孢杆菌液体菌剂3-4份、胶东样芽孢杆菌液体菌剂1-2份、黄孢原毛平革菌液体菌剂2份、地衣芽孢杆菌液体菌剂3-6份、绿色木霉液体菌剂2-4份、康宁木霉液体菌剂2-4份、里氏木霉液体菌剂2-4份、嗜酸乳杆菌液体菌剂4-5份，各液体菌剂含菌数量均为2亿/mL，将各液体菌剂混合并搅拌均匀，逐步加入8-10重量份的蛋白酶、11-13重量份的磷酸化酶和6-8重量份的纤维素酶，制得复合液；
步骤四、将步骤二得到的混合物Ⅰ与步骤三制得的复合液进行均匀混合，得到混合物Ⅱ；
步骤五、将混合物Ⅱ放入隔板式干燥器中，采用鼓风机向隔板式干燥器中吹入干热空气，使混合物Ⅱ在40-50℃热风气流中烘干，热风气流的流速控制在1-1.5L·min-1·kg-1，烘干至含水量在5%以下，得到固体菌剂。
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