CN110818459A - 一种液态花生粕有机肥及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液态花生粕有机肥及其制备方法，属于有机肥料和微生物发酵技术领域。以花生粕为唯一底物原料，利用单一菌种黑曲霉进行微生物发酵，降解蛋白和多糖，生成水溶性肥料。主要成份仅包括花生粕蛋白和多糖降解产物及其自身的矿物质元素，本发明提供的有机肥液态可溶，在植物叶面施用后可提高光合作用，提高叶绿素含量，促进植物生长，提高作物产量，使用方法简单，具有广阔应用前景。

Description

一种液态花生粕有机肥及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于有机肥料和微生物发酵技术领域，具体涉及到一种以花生粕为原料的液态有机肥，及其微生物发酵的制备方法和应用。

背景技术

化学肥料是农业生产中的重要物质，在保障农作物产量及品质方面发挥了重要作用，然而长期大量的使用，不仅加速了土壤酸化，引起土壤营养失调，而且还造成了食品安全和环境污染等问题，迫切需要绿色安全的生物有机肥料的研发和使用，减少生产中化肥的使用，实现农作物产量和质量安全。

花生粕是脱壳花生经过压榨或浸提取油后的副产物，主要由碎果仁组成，带有少量的种皮，其营养丰富，富含蛋白、多糖和Mg、K、Fe、Zn、Cu、Mn等多种矿物质元素。花生粕中粗蛋白含量约为40-55％，多糖含量高达32.5％。我国是重要的花生生产国，产量居世界第一位，占世界总产量的40％，花生年产量在1400万吨以上，其中约有700万吨花生用于食用油的生产，产出的花生粕约 350万吨。目前国内花生粕价格位于3000-3500元/吨。在我国属于一种大宗低值资源。

目前花生粕已被用于多种肥料的制备中，而且多数也采用了微生物发酵的方法，如专利“一种保水控释肥及其制备方法”(CN201510833159.6)以废菌渣、贝壳粉、花生粕等10种成分制备得到的用于小麦的保水控释肥，所用发酵菌株为包含酵母菌、粪肠球菌等7种菌株的混合菌株。中国发明专利申请公开说明书“一种微生物水溶复合肥料”(CN201310621828.4)报道了一种含花生粕的复合肥料，使用的也是复合微生物的发酵液。中国发明专利申请公开说明书“一种促进农作物生长的专用复合肥”(201510486537.8)报道的复合肥中含有21种成分，花生粕也是组成之一，所用微生物为EM菌，是包括光合菌、酵母菌、乳酸菌的混合菌剂。中国发明专利申请公开说明书“一种辣椒专用生物有机肥及其制备方法” (201610096913.7)同样使用了复合菌剂，含有多粘类芽胞杆菌、绿色木莓、淡紫灰链霉菌，发酵底物包括了蓖麻叶、花生粕等5种物料。

基于上述专利报道，目前花生粕在肥料领域的应用，基本是作为复合肥中多组成中的一种，然而复合肥通常组成较多，配比复杂，制作过程耗时，花生粕在其中总体上利用率较低。

此外，目前用于花生粕发酵的菌种则主要有乳酸菌、枯草芽孢杆菌、霉菌和酵母菌。在发酵过程中，霉菌主要用于固态发酵，而枯草芽孢杆菌用于液态发酵较多，目前由于缺乏高产菌种，多采用多菌种混合固态发酵的方法发酵花生粕。多种微生物共同发酵，菌种之间存在相互拮抗作用，发酵成分复杂，发酵过程基本都为固态发酵，发酵周期长，且发酵过程较难控制，还受到产品质量稳定性差，不宜于生产放大等问题制约。产品基本为固体，多通过底肥形式施用，限制了花生粕的高效利用。

在食品和饲料研究领域，花生粕可作为主要原料，通过单一微生物发酵生产益生肽等营养物质，但是见诸报道的发酵方法也都属于固态发酵。花生粕在水溶液中会发生溶胀，在5％低质量浓度的情况下黏度已经很大，很难实现液态发酵，目前尚无以高浓度花生粕为主要原料，通过液态发酵进行转化利用的技术方案。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种花生粕液态有机肥及其微生物发酵的制备方法。该肥料是以花生粕为唯一底物原料，由单一微生物进行发酵制备得到的液态有机肥料，用于发酵花生粕的微生物为黑曲霉Aspergillus niger，该菌株对于花生粕有极强的降解利用能力，在底物浓度达20％质量浓度的情况下，仍然可以实现利用转化。该菌株于2017年6月自甘橙果皮分离得到，且于2018 年5月3日在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，保藏编号为 CGMCC No.15670，本发明解决了高底物浓度花生粕液态发酵的问题，提供了花生粕液态有机肥料。通过充分利用农业生产中的废弃物花生粕进行生物肥料的开发，不仅减少了处理废弃物的环境污染问题，又实现了资源的合理再利用。由于发酵菌株在发酵过程中仅以花生粕为原料，利用自身分泌的酶系降解其中的蛋白质和多糖，使其变成易于吸收，功能性的氨基酸、短肽及低分子糖类。将自身的产酶过程和酶解连接起来，大幅提高了降解效率，提高了花生粕的利用率，降低了花生粕肥料的生产成本，使得花生粕资源的叶面肥开发有了新的突破。

本发明的目的可通过下述技术方案实现：

一种花生粕发酵物，是以花生粕为唯一底物原料，由微生物降解得到，主要成分仅含有花生粕蛋白和多糖的降解产物及花生粕自身的矿物质元素和小分子物质。

作为优选的技术方案，所述发酵物为液态。

作为优选的技术方案，所述底物原料的质量浓度为5％-20％，优选10％-15％。

上述花生粕发酵物是通过单一微生物发酵制备得到的液态有机肥。该发酵微生物是黑曲霉Aspergillus niger)，其保藏号为：CGMCC No.15670。

本发明还提供利用该微生物发酵花生粕制备花生粕发酵物方法如下：

(1)将花生粕原料低温均质粉碎；

(2)加入4-19倍体积的水，得花生粕混合液，维持自然pH；

(3)将所述微生物接种花生粕混合液，接种量为0.5-2％；

(4)发酵温度30-45度，发酵时间24-96h；

(5)发酵后产物收集，离心，上清即为花生粕发酵物；

上述发酵方法，水的体积优选为花生粕体积的9倍，优选的接种量为1％，优选的发酵条件为37度，发酵时间48h。

本发明还提供上述花生粕发酵物的应用，是将花生粕发酵物作为植物肥料应用。

所述植物肥料为液态肥料。

优选所述植物肥料作为叶面肥应用于植物作物，所述植物作物包括油菜、菜心、生菜、黄瓜、番茄等蔬菜类植物、以及小麦和茶树。

优选所述植物肥料用于植物的抗旱、抗寒、促生长。

优选将花生粕发酵物发酵后产物稀释500-1000倍，叶面喷施或灌根处理植物。

本发明的技术优势体现在：

1.本发明提供的花生粕有机肥是由花生粕为唯一底物原料，应用单一菌种进行发酵制备得到，制备方法简单，克服了现有技术中组成复杂，制备繁琐的不足，突破了高底物浓度(质量浓度可达20％)花生粕的液态发酵转化，实现了花生粕的高效利用。

2.本发明的花生粕肥料为液态肥料，使用方便，可以通过喷施、灌根等多种方式施用植物，实际操作更为灵活，对于植物具有显著的促进生长、增强光合作用的效果。

3.本发明的花生粕肥料还具有增强作物对病害和逆境的抵御能力。

附图说明

图1.花生粕肥料对油菜抗干旱的作用对照图(干旱处理8天)，a图为干旱对照组(第三组)，b图为花生粕叶面肥处理组(第二组)；

图2.花生粕肥料对茶叶抗冻害的作用对照图，a图为对照组，b图为处理组。

具体实施方式

实施例1花生粕肥料的制备

将黑曲霉Aspergillus niger经种子培养后活化，种子活化培养基为PDA培养基：马铃薯(去皮)200g，切碎，加800mL水煮沸30min，纱布过滤，加入20g葡萄糖， 20g琼脂，加水至1000mL，121℃高压灭菌20min。活化培养温度为33～37℃，培养3～5d，直至黑曲霉孢子铺满整个培养皿，用灭菌水冲洗孢子备用。

按1％接种到装有100mL相应液体培养基的250mL三角瓶中培养48h，获得发酵用种子液。

取500g花生粕，进行超微粉碎，过100目筛，得到的花生粕粉末继续在低温(优选4℃)条件下进行均质处理，使用高压均质机经1200bar，均质5次。在5L发酵罐中装入300g上述均质后花生粕，加水补充至3L体积，搅拌均匀，呈粘稠糊状态。黑曲霉发酵种子液接种量为1％，37度培养48h。发酵结束后发酵产物为含少量固体小颗粒(黑曲霉菌体)的近透明态液体，4000r离心，上清即为花生粕液体肥。

实施例2花生粕肥料的制备

将黑曲霉Aspergillus niger经种子培养后活化，种子活化培养基为PDA培养基：马铃薯(去皮)200g，切碎，加800mL水煮沸30min，纱布过滤，加入20g葡萄糖， 20g琼脂，加水至1000mL，121℃高压灭菌20min。活化培养温度为33～37℃，培养3～5d，直至黑曲霉孢子铺满整个培养皿，用灭菌水冲洗孢子备用。

按1％接种到装有100mL相应液体培养基的250mL三角瓶中培养48h，获得发酵用种子液。

取500g花生粕，进行超微粉碎，过100目筛，得到的花生粕粉末继续在低温(优选4℃)条件下进行均质处理，使用高压均质机经1200bar，均质5次。在5L发酵罐中装入450g上述均质后花生粕，加水补充至3L体积，搅拌均匀，呈粘稠糊状态。黑曲霉发酵种子液接种量为1.5％，37度培养48h。发酵结束后发酵产物为含少量固体小颗粒(黑曲霉菌体)的近透明态液体，4000r离心，上清即为花生粕液体肥。

实施例3花生粕肥料的制备

将黑曲霉Aspergillus niger经种子培养后活化，种子活化培养基为PDA培养基：马铃薯(去皮)200g，切碎，加800mL水煮沸30min，纱布过滤，加入20g葡萄糖， 20g琼脂，加水至1000mL，121℃高压灭菌20min。活化培养温度为33ゲ37℃，培养3～5d，直至黑曲霉孢子铺满整个培养皿，用灭菌水冲洗孢子备用。

按1％接种到装有100mL相应液体培养基的250mL三角瓶中培养48h，获得发酵用种子液。

取1000g花生粕，进行超微粉碎，过100目筛，得到的花生粕粉末继续在低温(4℃)条件下进行均质处理，使用高压均质机经1200bar，均质5次。在5L 发酵罐中装入600g上述均质后花生粕，加水补充至3L体积，搅拌均匀，呈粘稠糊状态。黑曲霉发酵种子液接种量为2％，37度培养72h。发酵结束后发酵产物为含部分固体小颗粒(黑曲霉菌体和未降解的花生粕)的混浊态液体，4000r 离心，上清即为花生粕液体肥。

实施例4花生粕叶面肥对黄瓜幼苗的促生长作用

于温室大棚中，将黄瓜幼苗分别栽种于同样大小的装有等量、同土质的塑料盆内。昼夜温度：10—22℃；空气相对湿度：65％～82％。将黄瓜幼苗分成2 组，每组20棵。对照组喷施清水，处理组喷施实施例1所述花生粕叶面肥(500 倍稀释)。长至两叶一心时进行叶面喷施处理，共处理2次，两次间隔时间10 天。处理后第21天测定植株生长指标，叶绿素含量及功能叶片光合参数。

表1.花生粕叶面肥对黄瓜生长发育的影响

表2.花生粕叶面肥对黄瓜光合作用的影响

上述实验结果显示，花生粕叶面肥可以促进黄瓜幼苗生长，对于株高、茎粗、功能叶面积、根长四个生长发育指标均有显著的促进作用，和对照组相比，上述指标依次增加了30.15％、4.73％、17.58％、19.33％。进一步对功能叶片的光合参数进行测定，实验结果显示花生粕肥料处理组叶绿素a含量显著升高，净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及胞间二氧化碳浓度均有不同程度的提高，说明花生粕肥料的实用可以增强黄瓜幼苗对光能的利用，从而促进植物的生长。

实施例5花生粕肥料对油菜光合作用及抗旱的影响

油菜幼苗分别栽种于同样大小的装有等量、同土质的盆内，浇以充足的水后分成3组，每组27盆。第一组为无任何胁迫对照处理；第二组喷施花生粕叶面肥，具体为实施例1中花生粕发酵液稀释500倍使用，喷施3次，每隔1天喷施1次，之后对上述油菜幼苗进行断水，模拟干旱处理(土壤含水量为3.2％-6.0％)。处理温度：16-27℃，相对湿度：30％-80％。第三组为干旱对照组，在第二组喷施花生粕叶面肥的同一时间进行喷水处理，之后与第二组进行同样的模拟干旱处理。断水后干旱对照组幼苗第3d开始萎蔫；第8d干旱对照组幼苗严重萎蔫(图1中a 图)，花生粕叶面肥处理的幼苗中度萎蔫(图1中b图)；第12d干旱对照组幼苗干旱死亡，花生粕叶面肥处理的幼苗严重萎蔫；第18d花生粕叶面肥处理幼苗干旱死亡。上述实验结果显示叶面喷施花生粕叶面肥可提高作物的抗旱性。

分别于干旱处理后第3天、第6天和第9天取第3、4片展叶进行游离脯氨酸含量的测定。发现干旱胁迫下作物脯氨酸含量明显提高，干旱胁迫后油菜幼苗游离脯氨酸含量与非干旱胁迫显著升高。干旱胁迫下，花生粕肥料处理油菜幼苗脯氨酸含量与干旱胁迫对照相比游离脯氨酸不同程度有所升高，在处理后第6d 其游离脯氨酸含量与干旱对照相比显著升高，是干旱对照的1.4倍。

表3.花生粕叶面肥处理对油菜脯氨酸含量的影响

实施例6花生粕叶面肥提高小麦产量

将实施例1的花生粕叶面肥稀释500倍，于返青拔节期对小麦进行喷施处理，每亩用水剂30L。在小麦成熟后对其产量指标进行测定，实验发现花生粕叶面肥较清水对照处理，可提高成穗数8.0％，穗粒数增加0.73％，产量提高6.2％。

表4.花生粕肥料喷施小麦后对小麦产量的影响

实施例7花生粕肥料对大棚番茄的影响

将实施例3的花生粕叶面肥稀释750倍，于苗期、花期和结果期叶面喷施番茄，共喷施3次，花生粕叶面肥对大棚番茄褪绿病毒病和灰霉病都有显著防效。处理区番茄褪绿病毒病发病率12.4％，灰霉病发病率2.0％，而常规对照区番茄褪绿病毒病发病率37.5％，灰霉病发病率8.7％。且处理区番茄生长健壮，座果率高，比常规种植区挂果量增加25.3％，番茄口感也明显好于常规种植区。

表5.花生粕处理对番茄产量及主要病害发生的影响

处理	褪绿病毒病发病率	灰霉病发病率	小区产量Kg(30株)
				对照组	37.5％	8.7％	137.5
实验组1	12.4％	2.0％	172.3
				防效	67.8％	65.5％

实施例8花生粕肥料对茶树的抗寒作用

将实施例3的花生粕叶面肥稀释750倍，于茶叶萌芽期开始叶面喷施使用，共喷施3次，每次间隔7-10天。2018年4月，经受冻害后，花生粕叶面肥处理组茶树出芽数量为2-3个，芽头饱满，叶片绿润肥厚(见图2中b图)，而空白对照组出芽数量平均为1个，芽头偏小，叶片偏暗绿，叶片比较薄(见图2中a 图)。

Claims (10)

1.一种花生粕发酵物，其特征在于所述发酵物是以花生粕为唯一底物原料，由微生物降解得到，主要成分仅含有花生粕蛋白和多糖的降解产物及花生粕自身的矿物质元素和小分子物质。

2.根据权利要求所述的花生粕发酵物，其特征在于，所述发酵物为液态。

3.根据权利要求所述的花生粕发酵物，其特征在于，所述底物原料的质量浓度为5％-20％，优选10％-15％。

4.根据权利要求所述的花生粕发酵物，其特征在于，所述发酵物通过单一微生物发酵制备得到；所述微生物是黑曲霉Aspergillus niger，其保藏号为：CGMCCNo.15670。

5.一种微生物发酵花生粕制备权利要求1-3任意一项所述花生粕发酵物的方法，其特征在于，

(1)将花生粕原料低温均质粉碎；

(2)加入4-19倍体积的水，得花生粕混合液，维持自然pH；

(3)将所述微生物接种花生粕混合液，接种量为0.5-2％；

(4)发酵温度30-45度，发酵时间24-96h；

(5)发酵后产物收集，离心，上清即为花生粕发酵物；

步骤(2)中水的体积优选为花生粕体积的9倍；

步骤(3)中接种量优选为1％；

步骤(4)中发酵条件优选为37度，发酵时间48h。

6.权利要求1-4任一项所述花生粕发酵物作为植物肥料的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述植物肥料为液态肥料。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述植物肥料作为叶面肥应用于植物作物，用于促进植物生长，增强植物的抗旱、抗寒能力。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述植物作物包括油菜、菜心、生菜、黄瓜、番茄、小麦和茶树。

10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，将花生粕发酵物稀释500-1000倍，叶面喷施或灌根处理植物。

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