CN113233937A - 一种生物有机肥颗粒包膜剂及其制备方法 - Google Patents

一种生物有机肥颗粒包膜剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及材料与肥料技术领域，具体公开了一种生物有机肥颗粒包膜剂及其制备方法。该污包膜剂以胞外多糖、聚乙烯醇、活性炭粉末和水为原料，经过搅拌剪切分散均匀后制得。本发明的生物有机肥颗粒包膜剂能够提高肥料产品外观商品性，使包膜后肥料使用方便及卫生，并且包膜材料易降解，对环境友好，土壤污染小，能够有利于有机肥料中微生物长时间存活及生长，对肥料有增效作用和提高植物免疫力作用。

Description

一种生物有机肥颗粒包膜剂及其制备方法
技术领域
本发明属于材料与肥料技术领域，特别涉及一种生物有机肥颗粒包膜剂及其制备方法。
背景技术
生物有机肥不仅具有营养元素全面的特点，还能够起到改良土壤，改善土壤板结等问题的功能。同时，生物有机肥中的通过有益微生物进入土壤活动繁殖可以有效的提高土壤孔隙、分泌物有利于刺激植物生长、增加有益菌和土壤生物多样性。另外，这些进入土壤微生物在植物根部繁殖还能够能抑制有害病原菌繁衍，增强作物免疫能力，降低病虫害发生的风险。因此，生物有机肥是一种功能齐全的环保型肥料。为了使生物有机肥形成良好商品性外观、运输及存储不易崩解以及使用卫生方便，往往需对生物有机肥进行包膜处理，而许多包膜剂和微生物并不能共存，包膜后生物有机肥中的有益微生物并不能长时间的存活繁殖，因此提供一种利于微生物存活繁殖的生物有机肥包膜剂具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物有机肥颗粒包膜剂及其制备方法，该生物有机肥颗粒包膜剂能够提高肥料产品的外观商品性，使包膜后肥料使用更方便及卫生，对环境友好，土壤污染小，能够有利于微生物长时间存活及生长，对肥料有增效作用和提高植物免疫力作用。
为实现上述目的，本发明提供了一种生物有机肥颗粒包膜剂，该包膜剂组份包括胞外多糖20～25％、聚乙烯醇4.5～5.5％、活性炭粉末0.5～1％和水。
进一步，上述技术方案中，在所述胞外多糖按照质量份数由多粘芽孢杆菌胞外多糖0.9～1份、胶冻样芽孢杆菌胞外多糖5～5.5份和解淀粉芽孢杆菌胞外多糖2.5～3份混合而成。
进一步，上述技术方案中，发酵所述多粘芽孢杆菌胞外多糖的发酵培养基包括蔗糖60～70g/L，蛋白胨30～40g/L，酵母粉35～45g/L，磷酸二氢钾0.5～10g/L，硫酸锰0.1～2g/L，硝酸铵0.2～2g/L，氯化钠0.05～0.1g/L，氯化铁0.05～0.1g/L。
进一步，上述技术方案中，发酵所述胶冻样芽孢杆菌胞外多糖的发酵培养基包括蔗糖30～50g/L，磷酸二氢钾0.4～8g/L，七水硫酸镁0.2～20g/L，硝酸铵0.2～2g/L，氯化铁0.05～0.1g/L，碳酸钙0.03～0.05g/L。
进一步，上述技术方案中，发酵所述解淀粉芽孢杆菌胞外多糖的发酵培养基包括麦芽糖20～40g/L，酵母粉30～40g/L，柠檬酸二铵0.3～6g/L，七水硫酸镁0.2～20g/L，硝酸铵0.5～1g/L，氯化钠0.05～0.1g/L，硝酸铵1～3g/L，氯化铁0.05～0.1g/L。
进一步，上述技术方案中，所述聚乙烯醇平均聚合度为1000～1800，醇解度为78％～88％。
进一步，上述技术方案中，所述活性炭粉末粒径大小为200～300目。
进一步，上述技术方案中，所述活性炭粉末孔径直径径大小为100～200nm。
进一步，本发明提供的一种如上述技术方案中所述生物有机肥颗粒包膜剂的制备方法为，将聚乙烯醇溶解在水中形成质量百分含量8～10％溶液后，分别组分按质量比加入余下的水、胞外多糖和活性炭粉末进行搅拌、剪切分散均匀制得生物有机肥颗粒包膜剂。
进一步，上述技术方案中，溶解聚乙烯醇所用水的温度在50～95℃，搅拌溶解时间1～4h。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明提供一种生物有机肥包膜剂，该包膜剂以胞外多糖、聚乙烯醇、活性炭粉末和水为主要组成份，用于生物有机肥包膜可形成光亮外观颗粒，不仅提高外观商品性，并且该包膜剂通过胞外多糖和活性炭成分为微生物提供良好的生存繁殖条件和湿度，保证微生物在有机肥中长久的存活。
2.本发明提供包膜剂中包含的胞外多糖组分，有利于提高土壤保水保湿，防止土壤板结，提高作物的抗旱能力，同时，本包膜剂中在包含胞外多糖同时并配以对水分良好吸附作用的活性炭协同作用，使得对于土壤的保水保湿能力更为突出，有利改良土壤。另一方面，胞外多糖还有利于提高植物的抗病抗逆性等生理活性，促进植物对肥料营养成分吸收，提高肥料肥效。
3.本发明的包膜剂以胞外多糖、聚乙烯醇、活性炭粉末和水为主要组成份与普通的包膜剂相比本包膜剂在易降解，降解后的物质环境影响小，不会带来土壤污染等问题。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
1.胞外多糖制备
(1)多粘芽孢杆菌胞外多糖微生物胞外多糖制备
发酵反应培养基：
蔗糖73g/L，蛋白胨34g/L，酵母粉41g/L，磷酸二氢钾5g/L，硫酸锰1g/L，硝酸铵1g/L，氯化钠0.07g/L，氯化铁0.09g/L，蒸馏水。
发酵培养
按发酵反应培养基配方比例配制好培养基，然后进行115℃,20min的灭菌处理，即得到发酵反应培养基，将多粘芽孢杆菌接种到发酵反应培养基中，接种量为5％，在35℃，200rpm振荡培养5天培养，离心，得发酵上清液；对发酵上清液进行透析，再离心后得透析后上清液；对透析后上清液进行过滤，真空冷冻干燥，得到胞外多糖。
(2)胶冻样芽孢杆外多糖微生物胞外多糖制备
发酵反应培养基：
蔗糖40g/L，磷酸二氢钾6g/L，七水硫酸镁15g/L，硝酸铵1g/L，氯化铁0.07g/L，碳酸钙0.04g/L，蒸馏水。
发酵培养
按发酵反应培养基配方比例配制好培养基，然后进行115℃,20min的灭菌处理，即得到发酵反应培养基，将胶冻样芽孢杆接种到发酵反应培养基中，接种量为5％，在32℃，220rpm振荡培养4天培养，离心，得发酵上清液；对发酵上清液进行透析，再离心后得透析后上清液；对透析后上清液进行过滤，真空冷冻干燥，得到胞外多糖。
(3)解淀粉芽孢杆菌胞外多糖制备
发酵反应培养基：
麦芽糖30g/L，酵母粉35g/L，柠檬酸二铵3g/L，七水硫酸镁15g/L，硝酸铵0.8g/L，氯化钠0.07g/L，硝酸铵2g/L，氯化铁0.07g/L，蒸馏水。
发酵培养
按发酵反应培养基配方比例配制好培养基，然后进行115℃,20min的灭菌处理，即得到发酵反应培养基，将解淀粉芽孢杆菌接种到发酵反应培养基中，接种量为5％，在30℃，200rpm振荡培养7天培养，离心，得发酵上清液；对发酵上清液进行透析，再离心后得透析后上清液；对透析后上清液进行过滤，真空冷冻干燥，得到胞外多糖。
(4)按照质量份数将多粘芽孢杆菌胞外多糖1份、胶冻样芽孢杆菌胞外多糖5.3份和解淀粉芽孢杆菌胞外多糖2.7份混合成制得所需胞外多糖备用。
2.生物有机肥颗粒包膜剂的制备
(1)包膜剂组份：胞外多糖24％、聚乙烯醇5％、活性炭粉末0.7％和水。
聚乙烯醇平均聚合度为1600，醇解度为78％；活性炭粉末粒径大小为200～300目，活性炭粉末孔径直径径大小为100～200nm。
(2)包膜剂的制备方法
将聚乙烯醇溶解在温度在85℃水中，搅拌溶解时间2h，形成9％溶液后，分别组分按质量比加入余下的水、胞外多糖和活性炭粉末采用搅拌、并使用剪切机在1500rpm剪切分散5min制得生物有机肥颗粒包膜剂。
使用制得包膜剂对生物有机肥进行包膜得到外观光亮的颗粒剂。
3.包膜剂对功能菌剂存活影响
试验以制得的包膜剂作为试验样品(样品1)，以5％聚乙烯醇溶液(对比样品1-1)作为对比样品，选用的试验菌为常用的地衣芽孢杆菌，所用的相关设备、器皿及培养基都进行正常灭菌处理。实验方法为：在20g包膜剂(样品1)或是聚乙烯醇溶液(对比样品1-1)中分别加入3g将地衣芽孢杆菌种，摇匀，静置2小时，4小时。在经过甲醛熏蒸的实验室中，采用紫外灯进行超净工作台灭菌处理半个小时以上。将静置了2小时，4小时的包膜剂或5％聚乙烯醇溶液，稀释梯度涂平板，操作是在火焰封口的状态下进行的，然后分别取稀释梯度107和108，进行4次平行涂布，放入培养箱中32～33℃恒温培养2天(所用的培养基为营养琼脂培养基)，并统计菌落数，结果见表1和表2。由表1和表2可知在样品1中有利于地衣芽孢杆菌存活，而在对比样品1-1中不利于地衣芽孢杆菌存活。
表1.稀释梯度107培育统计菌落数
Figure BDA0003130403540000051
表2.稀释梯度108培育统计菌落数
Figure BDA0003130403540000052
Figure BDA0003130403540000061
实施例2
1.胞外多糖制备
(1)多粘芽孢杆菌胞外多糖微生物胞外多糖制备
发酵反应培养基：
蔗糖60g/L，蛋白胨30g/L，酵母粉35g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，硫酸锰0.1g/L，硝酸铵0.2g/L，氯化钠0.05g/L，氯化铁0.05g/L，蒸馏水。
发酵培养
按发酵反应培养基配方比例配制好培养基，然后进行115℃,20min的灭菌处理，即得到发酵反应培养基，将多粘芽孢杆菌接种到发酵反应培养基中，接种量为5％，在35℃，200rpm振荡培养5天培养，离心，得发酵上清液；对发酵上清液进行透析，再离心后得透析后上清液；对透析后上清液进行过滤，真空冷冻干燥，得到胞外多糖。
(2)胶冻样芽孢杆外多糖微生物胞外多糖制备
发酵反应培养基：
蔗糖30g/L，磷酸二氢钾0.4g/L，七水硫酸镁0.2g/L，硝酸铵0.2g/L，氯化铁0.05g/L，碳酸钙0.03g/L，蒸馏水。
发酵培养
按发酵反应培养基配方比例配制好培养基，然后进行115℃,20min的灭菌处理，即得到发酵反应培养基，将胶冻样芽孢杆接种到发酵反应培养基中，接种量为5％，在32℃，220rpm振荡培养4天培养，离心，得发酵上清液；对发酵上清液进行透析，再离心后得透析后上清液；对透析后上清液进行过滤，真空冷冻干燥，得到胞外多糖。
(3)解淀粉芽孢杆菌胞外多糖制备
发酵反应培养基：
麦芽糖20g/L，酵母粉30g/L，柠檬酸二铵0.3g/L，七水硫酸镁0.2g/L，硝酸铵0.5g/L，氯化钠0.05g/L，硝酸铵1g/L，氯化铁0.05g/L，蒸馏水。
发酵培养
按发酵反应培养基配方比例配制好培养基，然后进行115℃,20min的灭菌处理，即得到发酵反应培养基，将解淀粉芽孢杆菌接种到发酵反应培养基中，接种量为5％，在30℃，200rpm振荡培养7天培养，离心，得发酵上清液；对发酵上清液进行透析，再离心后得透析后上清液；对透析后上清液进行过滤，真空冷冻干燥，得到胞外多糖。
(4)按照质量份数将多粘芽孢杆菌胞外多糖0.9份、胶冻样芽孢杆菌胞外多糖5份和解淀粉芽孢杆菌胞外多糖2.5份混合成制得所需胞外多糖备用。
2.生物有机肥颗粒包膜剂的制备
(1)包膜剂组份：胞外多糖20％、聚乙烯醇4.5％、活性炭粉末0.5％和水。
聚乙烯醇平均聚合度为1000，醇解度为78％；活性炭粉末粒径大小为200～300目，活性炭粉末孔径直径径大小为100～200nm。
(2)包膜剂的制备方法
将聚乙烯醇溶解在温度在50℃水中，搅拌溶解时间4h，形成8％溶液后，分别组分按质量比加入余下的水、胞外多糖和活性炭粉末采用搅拌、并使用剪切机在1500rpm剪切分散5min制得生物有机肥颗粒包膜剂。
使用制得包膜剂对生物有机肥进行包膜得到外观光亮的颗粒剂。
3.包膜剂对功能菌剂存活影响
试验以制得包膜剂作为试验样品(样品2)，以5％聚乙烯醇溶液作为对比样品(对比样品2-1)，选用的试验菌为常用的枯草芽孢杆菌，所用的相关设备、器皿及培养基都进行正常灭菌处理。实验方法为：在20g包膜剂(样品2)或是聚乙烯醇溶液(对比样品2-1)中分别加入3g将枯草芽孢杆菌种，摇匀，静置2小时，4小时。在经过甲醛熏蒸的实验室中，采用紫外灯进行超净工作台灭菌处理半个小时以上。将静置了2小时，4小时的包膜剂或5％聚乙烯醇溶液，稀释梯度涂平板，操作是在火焰封口的状态下进行的，然后分别取稀释梯度107和108，进行4次平行涂布，放入培养箱中32～33℃恒温培养2天，所用的培养基为营养琼脂培养基，并统计菌落数，结果见表3和表4。由表3和表4可知在样品2中有利于枯草芽孢杆菌存活，而在对比样品2-1中不利于枯草芽孢杆菌存活。
表3.稀释梯度107培育统计菌落数
Figure BDA0003130403540000081
表4.稀释梯度108培育统计菌落数
Figure BDA0003130403540000082
4.不同包膜剂包膜生物有机肥中活性菌落数存活率对比
分别以等量样品2、对比样品2-1以及对比样品2-2(市面购买的聚氨酯树脂包膜剂)对生物有机肥进行颗粒进行包膜处理并低温烘干后，检测不同存放时间有效活菌数存活率。使用的生物有机肥为以猪粪、木薯渣和甘蔗渣主要原料接种枯草芽孢杆菌菌种发酵得到，有效活菌数为5×1010,有机质含量51％。包膜的生物有机肥颗粒有效活菌数存活率见表5，由表可知样品2包膜的生物有机肥相对于对比样品中的有效活菌存活率明显要高，存活时间明显更长。
表5.不同包膜剂包膜生物有机肥中活性菌落数存活率
Figure BDA0003130403540000091
实施例3
1.胞外多糖制备
(1)多粘芽孢杆菌胞外多糖微生物胞外多糖制备
发酵反应培养基：
蔗糖70g/L，蛋白胨40g/L，酵母粉45g/L，磷酸二氢钾10g/L，硫酸锰2g/L，硝酸铵2g/L，氯化钠0.1g/L，氯化铁0.1g/L，蒸馏水。
发酵培养
按发酵反应培养基配方比例配制好培养基，然后进行115℃,20min的灭菌处理，即得到发酵反应培养基，将多粘芽孢杆菌接种到发酵反应培养基中，接种量为5％，在35℃，200rpm振荡培养5天培养，离心，得发酵上清液；对发酵上清液进行透析，再离心后得透析后上清液；对透析后上清液进行过滤，真空冷冻干燥，得到胞外多糖。
(2)胶冻样芽孢杆外多糖微生物胞外多糖制备
发酵反应培养基：
蔗糖50g/L，磷酸二氢钾8g/L，七水硫酸镁20g/L，硝酸铵2g/L，氯化铁0.1g/L，碳酸钙0.05g/L，蒸馏水。
发酵培养
按发酵反应培养基配方比例配制好培养基，然后进行115℃,20min的灭菌处理，即得到发酵反应培养基，将胶冻样芽孢杆接种到发酵反应培养基中，接种量为5％，在32℃，220rpm振荡培养4天培养，离心，得发酵上清液；对发酵上清液进行透析，再离心后得透析后上清液；对透析后上清液进行过滤，真空冷冻干燥，得到胞外多糖。
(3)解淀粉芽孢杆菌胞外多糖制备
发酵反应培养基：
麦芽糖40g/L，酵母粉40g/L，柠檬酸二铵6g/L，七水硫酸镁20g/L，硝酸铵1g/L，氯化钠0.1g/L，硝酸铵3g/L，氯化铁0.1g/L，蒸馏水。
发酵培养
按发酵反应培养基配方比例配制好培养基，然后进行115℃,20min的灭菌处理，即得到发酵反应培养基，将解淀粉芽孢杆菌接种到发酵反应培养基中，接种量为5％，在30℃，200rpm振荡培养7天培养，离心，得发酵上清液；对发酵上清液进行透析，再离心后得透析后上清液；对透析后上清液进行过滤，真空冷冻干燥，得到胞外多糖。
(4)按照质量份数将多粘芽孢杆菌胞外多糖1份、胶冻样芽孢杆菌胞外多糖5.5份和解淀粉芽孢杆菌胞外多糖3份混合成制得所需胞外多糖备用。
2.生物有机肥颗粒包膜剂的制备
(1)包膜剂组份：胞外多糖25％、聚乙烯醇5.5％、活性炭粉末1％和水。聚乙烯醇平均聚合度为1800，醇解度为88％；活性炭粉末粒径大小为200～300目，活性炭粉末孔径直径径大小为100～200nm。
(2)包膜剂的制备方法
将聚乙烯醇溶解在温度在95℃水中，搅拌溶解时间1h，形成10％溶液后，分别组分按质量比加入余下的水、胞外多糖和活性炭粉末采用搅拌、并使用剪切机在1500rpm剪切分散5min制得生物有机肥颗粒包膜剂。
使用制得包膜剂对生物有机肥进行包膜得到外观光亮的颗粒剂。
3.包膜剂对功能菌剂存活影响
试验以制得包膜剂作为试验样品(样品3)，以5％聚乙烯醇溶液(对比样品3-1)作为对照样品，选用的试验菌为常用的胶冻样芽孢杆菌，所用的相关设备、器皿及培养基都进行正常灭菌处理。实验方法为：在20g包膜剂(样品3)或是聚乙烯醇溶液(对比样品3-1)中分别加入3g将胶冻样芽孢杆菌，摇匀，静置2小时，4小时。在经过甲醛熏蒸的实验室中，采用紫外灯进行超净工作台灭菌处理半个小时以上。将静置了2小时，4小时的包膜剂或5％聚乙烯醇溶液，稀释梯度涂平板，操作是在火焰封口的状态下进行的，然后分别取稀释梯度107和108，进行4次平行涂布，放入培养箱中32～33℃恒温培养2天，所用的培养基为营养琼脂培养基，并统计菌落数，结果见表6和表7。由表6和表7可知在样品3中有利于胶冻样芽孢杆菌存活，而在对比样品3-1中不利于胶冻样芽孢杆菌存活。
表6.稀释梯度107培育统计菌落数
Figure BDA0003130403540000111
Figure BDA0003130403540000121
表7.稀释梯度108培育统计菌落数
Figure BDA0003130403540000122
综上所述，本发明的生物有机肥颗粒包膜剂能够提高肥料产品的外观商品性，使包膜后肥料使用更方便及卫生，对环境友好，土壤污染小，能够与微生物共存，不会导致微生物存活时间短，包膜的生物有机肥有效活菌数长时间存活率高，并且该包膜剂还有利于肥料增效及提高植物免疫力。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种生物有机肥颗粒包膜剂，其特征在于，所述包膜剂组份包括胞外多糖20～25％、聚乙烯醇4.5～5.5％、活性炭粉末0.5～1％和水。
2.根据权利要求1所述一种生物有机肥颗粒包膜剂，其特征在于，在所述胞外多糖按照质量份数由多粘芽孢杆菌胞外多糖0.9～1份、胶冻样芽孢杆菌胞外多糖5～5.5份和解淀粉芽孢杆菌胞外多糖2.5～3份混合而成。
3.根据权利要求2所述一种生物有机肥颗粒包膜剂，其特征在于，发酵所述多粘芽孢杆菌胞外多糖的发酵培养基包括蔗糖60～70g/L，蛋白胨30～40g/L，酵母粉35～45g/L，磷酸二氢钾0.5～10g/L，硫酸锰0.1～2g/L，硝酸铵0.2～2g/L，氯化钠0.05～0.1g/L，氯化铁0.05～0.1g/L。
4.根据权利要求2所述一种生物有机肥颗粒包膜剂，其特征在于，发酵所述胶冻样芽孢杆菌胞外多糖的发酵培养基包括蔗糖30～50g/L，磷酸二氢钾0.4～8g/L，七水硫酸镁0.2～20g/L，硝酸铵0.2～2g/L，氯化铁0.05～0.1g/L，碳酸钙0.03～0.05g/L。
5.根据权利要求2所述一种生物有机肥颗粒包膜剂，其特征在于，发酵所述解淀粉芽孢杆菌胞外多糖的发酵培养基包括麦芽糖20～40g/L，酵母粉30～40g/L，柠檬酸二铵0.3～6g/L，七水硫酸镁0.2～20g/L，硝酸铵0.5～1g/L，氯化钠0.05～0.1g/L，硝酸铵1～3g/L，氯化铁0.05～0.1g/L。
6.根据权利要求1所述一种生物有机肥颗粒包膜剂，其特征在于，所述聚乙烯醇平均聚合度为1000～1800，醇解度为78％～88％。
7.根据权利要求1所述一种生物有机肥颗粒包膜剂，其特征在于，所述活性炭粉末粒径大小为200～300目。
8.根据权利要求1所述一种生物有机肥颗粒包膜剂，其特征在于，所述活性炭粉末孔径直径大小为100～200nm。
9.一种如权利要求1～8任一项所述生物有机肥颗粒包膜剂的制备方法，其特征在于，将聚乙烯醇溶解在水中形成质量百分含量8～10％溶液后，分别按各组分质量比加入余下的水、胞外多糖和活性炭粉末进行搅拌、剪切分散制得生物有机肥颗粒包膜剂。
10.根据权利要求9所述一种生物有机肥颗粒包膜剂的制备方法，其特征在于，溶解聚乙烯醇所用水的温度在50～95℃，搅拌溶解时间1～4h。
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CN115093287A (zh) * 2022-07-19 2022-09-23 临沂市冠宇工业科技有限公司 一种用于微生物肥料的包膜剂及其制备方法

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