CN1974490A - 农副产品加工废料发酵生产生化黄腐酸菌肥方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用微生物固体－半固体发酵工艺生产生化黄腐酸的方法。尤其是一种农副产品加工废料经微生物多菌种固体－半固体混合发酵后，转化成生化黄腐酸菌肥的生产工艺。本发明采用菌种选育技术，选育出了能够高效转化果渣成为生化黄腐酸的各类生产菌种，根据黄腐酸生成的过程，设计出适合黄腐酸生产的固体－半固体的发酵工艺。采用先进的深层发酵工艺，解决了混合发酵N.P.K菌的工艺和配方难题。研究出了生化黄腐酸与N.P.K细菌的复配配方，针对不同类型作物的专用肥进行科学复配，使两类生物质肥能够有机结合，协同发挥效应。本发明得到的黄腐酸菌肥是能有效地调节叶面气孔开张度的物质，可以起到缩小叶面气孔开张度，减少水分蒸腾，使植株和土壤保持水分，促进根系发育生长，提高作物抗旱节水能力。

Description

农副产品加工废料发酵生产生化黄腐酸菌肥方法

技术领域

本发明涉及一种利用微生物固体-半固体发酵工艺生产生化黄腐酸的方法。尤其是一种利用果渣、秸秆等各类农副产品加工废料经微生物多菌种固体-半固体混合发酵后，转化成生化黄腐酸菌肥的生产工艺。

背景技术

本发明中“果渣”是指果汁厂榨汁后所产生废渣，其粗蛋白质含量较低，重量百分比仅约1～2％，但糖分及有机酸含量较高。此外，还含有较丰富的钙、磷、钾、铁、锰、硫等常量元素和微量元素等。近年来随着我国果汁加工业的崛起，产生了逐年增多的果渣，除了少量用作饲料外，这些残渣主要被废弃，形成新的工农业垃圾，腐烂后给环保带来新的问题和负担。

生化黄腐酸(BAF)是利用生物技术的方法，以农林下脚料为原料，在微生物发酵作用下经过复杂的生物、化学的分解及合成反应生成的产物。生化黄腐酸作为肥料使用，与腐殖酸相比，它有以下三方面特点：

1、分子量小，容易被植物吸收利用；

2、官能团含量多，生理活性高；

3、可直接溶于水，其水溶液呈酸性。

黄腐酸的这三大特征在农业、医药上实际应用效果较腐殖酸更为优越。

生化黄腐酸(BFA)是微生物发酵而生成，是一种成份极为复杂的混合物，含有大量对植物生长过程有影响的酶类、氨基酸、维生素和微量元素等生物活性物质和营养成份，对促进植物生长、发育有显著功效。BFA具有良好的水溶性，在土壤中能通过络合、螯合、吸附作用增强土壤的缓冲能力，提高土壤的保肥、保水能力，提高土壤的透气性和土壤微生物的活性，增加有效菌群数量来达到改良土壤的效果。BFA是目前发现的最有效地调节叶面气孔开张度的物质，它可以缩小叶面气孔开张度，减少水分蒸腾，使植株和土壤保持较多的水分，同时促进根系发育生长，提高根系活力使作物吸收较多的水分和养料，二者相辅相成，开源节流，达到提高作物抗旱节水能力的目的。BFA是一种良好的植物生长调节剂；BFA具有较强的离子结合能力，可显著提高植物对微量元素的吸收与运转能力。与化肥复配，可明显增加肥效，降低化肥用量，减少化肥流失。

目前，国内外生产黄腐酸主要有如下方法：

1、利用煤炭(泥炭、褐煤、风化煤)生产黄腐酸。

2、化学合成黄腐酸。

3、生物发酵生产黄腐酸。

第一种利用煤炭(泥炭、褐煤、风化煤)生产黄腐酸的方法，需用化学方法对煤炭进行降解，在其降解过程中需消耗大量的酸、碱等化学物质，有的还需要高温、高压等剧烈条件及严格的工艺和特殊设备，消耗大量的能量，同时产生废水、废气，对环境造成污染。

国外不少人采用第二种化学合成黄腐酸的方法，模拟天然腐殖酸的生成过程，利用多元酚、醌、碳水化合物、尿素、木质素或含氮有机物等进行氧化缩合合成黄腐酸，成本高且难以大规模生产。

利用农副加工废弃物通过微生物发酵生产生化黄腐酸，可使废物得到利用，对环境不会造成污染，原料易得，成本低。

发明内容

本发明是以果渣、秸秆等各类农副产品加工废料为原料，采用微生物多菌种固体-半固体混合发酵工艺生产生化黄腐酸菌肥的生产工艺，既解决了大量果渣腐烂带来的环境污染问题，又将其变为质优价廉的生物有机菌肥。

本发明是采用以下技术方案实现的：

将黑曲霉(Aspergillus niger)、绿色木霉(Trichoderma viride)、枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)、假单胞杆菌(Pseudomonas sp.)、酒精酵母(Saccharomycescerevisiae)、假丝酵母(Candida sp.)分别经试管培养、摇瓶培养、种子罐培养，按10％接种量分别接入发酵罐液体培养，培养温度为25～35℃，培养时间为24～72小时，培养成生产用高浓度菌体菌悬液，活菌数为≥10⁸个/ml。

德氏乳杆菌为液体静止厌氧培养，逐步分级扩大培养，培养温度为40～60℃，培养时间为24～48小时，活菌数为≥10⁸个/ml。。

将发酵罐所得黑曲霉、绿色木霉、枯草芽胞杆菌、假单胞杆菌高浓度菌体菌悬液，以0.5～2∶0.5～2∶0.5～2∶0.5～2的体积比例分别接入灭菌固体培养基，搅拌均匀后制成生产用固体混合菌剂，活菌数为≥10⁸个/g。所述固体培养基可以是麸皮培养基。

黑曲霉、绿色木霉、枯草芽胞杆菌、假单胞杆菌高浓度菌体菌悬液优选以1∶1∶1∶1的体积比例接入灭菌固体培养基。

由于物料种类及水果采摘期不同，物料的PH值分布很大，成熟期的苹果果渣PH值5.5，未成熟的苹果果渣PH值3.5～4，接种前先用磷酸二氢钾(KH₂PO₄)或碳酸钙(CaCO₃)将所述物料的PH值调至5.5。对于PH大于5.5的物料无需调节PH值。

将以物料重量1～5％的所述生产用固体混合菌剂和1～2％的尿素接入已预处理的物料，搅拌均匀进行固体发酵，发酵温度25～45℃，发酵时间为5～10天，活菌数为≥10⁸个/g。

德氏乳杆菌、酒精酵母、假丝酵母菌悬液，三种菌悬液按0.5～2∶0.5～2∶0.5～2的体积比例混合成为生产用混合菌悬液；优选以1∶1∶1的体积比例混合。

物料固体发酵完成后，发酵产物因有大量液体渗出而呈半固体状态，以发酵产物重量计数量为1～5％的所述生产用混合菌悬液接入半固体发酵产物，搅拌均匀进行半固体发酵，发酵温度为20～40℃，发酵时间为5～10天。

当发酵液糖分降至1％以下，PH值降至3以下，活菌数为≥10⁸/ml，发酵即完成。将发酵产物通过板框过滤器进行固液分离，所得滤液即为液体生化黄腐酸菌肥，滤渣可作为固体生化黄腐酸菌肥。滤渣经过烘干或晒干，水分降至13％左右，用挤压成型机挤压成所需形状、大小颗粒，经称重、包装，即成为固体生化黄腐酸菌肥。

本发明所用菌种都是已知的菌种，可通过已知筛选、商业手段或其他途径得到，假丝酵母和假单孢菌都是本领域中常用的菌种，如假丝酵母可以是热带假丝酵母(Candida tropicalis)，假单孢菌可以是荧光假单孢菌(Pseudomonas fluorescens)。

本发明试管培养、摇瓶培养、种子罐培、发酵罐培养、扩大培养等培养方法中所用的各培养基都是已知的适合培养所述微生物的常规培养基。

以上处理方法既适用于果汁厂榨汁后未经任何加工的新鲜果渣，也适用于将新鲜果渣烘干或用其他方法处理后的果渣、秸秆等农副产品下脚料。

本发明的优点在于：

1、采用现代先进的菌种选育技术，选育出了能够高效转化果渣成为生化黄腐酸的各类生产菌种，及高活性的固氮菌、磷细菌、钾细菌，保证了生产菌种的高质量。

2、根据黄腐酸在各类微生物作用下生成的过程，设计出适合黄腐酸生产的固体-半固体的发酵工艺，使各类菌群在适宜的培养条件下能够优质、高效的发酵生产黄腐酸。

3、采用先进的深层发酵工艺；解决了混合发酵N.P.K菌的工艺和配方难题，既节省了设备，又能获得大量纯净的有效活菌体，(发酵液有效活菌体可达10¹⁰个/ml)，为三种菌协同作用提高肥效打下了基础。

4、研究出了生化黄腐酸与N.P.K细菌的复配配方，针对不同类型作物的专用肥进行科学复配，使两类生物质肥能够有机结合，协同发挥效应。这在目前肥料行业中还未见有类似产品。

5、由于采用价廉的原料，优良的生产菌种，先进的工艺，科学的配方，本项目各类产品与同类其它产品相比生产成本将大幅度下降，作用效果则极为显著。

6、本发明得到的黄腐酸菌肥是能有效地调节叶面气孔开张度的物质，可以起到缩小叶面气孔开张度，减少水分蒸腾，使植株和土壤保持较多的水分，同时促进根系发育生长，达到提高作物抗旱节水能力的目的。

具体实施方式

实施例I：

发酵处理新鲜苹果渣20吨，其主要成分为：碳水化合物约20％，粗纤维10～15％，含水量45％～55％，粗蛋白5.6％，，粗脂肪6.2％，钙0.06％，磷0.05％，微量元素铜11.8mg/kg、锌15.4mg/kg、锰14.0mg/kg、铁158mg/kg、硒0.08mg/kg、氨基酸含量0.5％；PH值4.5。

制备方法：

(1)、将黑曲霉、绿色木霉、枯草芽胞杆菌、荧光假单胞菌、酒精酵母及热带假丝酵母分别经试管培养，众所周知不同的生产菌种采用各自相应的培养基，培养温度为25～35℃，培养时间为24～72小时；试管培养完成后菌种转入摇瓶培养，培养温度为25～35℃，转速为180～220转/分钟，培养时间为24-48小时；摇瓶培养完成后菌种接入种子罐搅拌培养，培养温度为25～35℃，培养时间为24～48小时；种子罐培养完成后，按10％重量接种量接入发酵罐液体培养，培养温度为28～32℃，培养时间36～42小时；将黑曲霉、绿色木霉、枯草芽胞杆菌、假单胞菌培养所得高浓度菌悬液分别按1∶1∶1∶1的比例接入灭菌麸皮培养基，制成生产用固体混合菌剂；

(2)、德氏乳杆菌采用液体静止培养法，逐步分级扩大培养，培养温度为50～54℃，每次培养时间为34～40小时；

(3)、利用磷酸二氢钾(KH₂PO₄)将果渣调至PH值5.5；

(4)、将以果渣重量计数量为2～4％的所述固体混合菌剂和1～2％的尿素与已调制果渣搅拌均匀进行固体发酵，发酵温度为30～40℃，发酵时间6～8天；

(5)、德氏乳杆菌、酒精酵母、热带假丝酵母菌悬液，三种菌悬液按1∶1∶1比例混合成为混合菌悬液；

(6)、果渣固体发酵完成后，发酵产物中因有大量液体渗出，呈半固体状态，此时将以发酵产物重量计数量为1～5％的上述生产用混合菌悬液接入半固体发酵产物，搅拌均匀进行半固体发酵，发酵温度为20～40℃，发酵时间为5～10天。

(7)、当发酵液糖分降至1％以下，PH值降至3以下，活菌数为≥10⁸/ml时发酵完成。将发酵产物通过板框过滤器进行固液分离，所得滤液即为液体生化黄腐酸菌肥，滤渣可作为固体生化黄腐酸菌肥。滤渣经过烘干或晒干，水分降至13％左右，用挤压成型机挤压成所需形状、大小颗粒，经称重、包装，即成为固体生化黄腐酸菌肥。

液体生化黄腐酸菌肥及固体生化黄腐酸菌肥主要成分为：

液体生化黄腐酸菌肥主要成分：生化黄腐酸≥8％；微量元素≥3％；氨基酸含量≥1.5％；活菌数≥10⁸/ml。

固体生化黄腐酸菌肥主要成分：生化黄腐酸≥8％；微量元素≥3％；氨基酸含量≥1.5％；有机质≥40％；活菌数≥10⁹/g；水分≤13％；粒度2.5～4.5mm≥80％。

实施例II：

发酵处理甜高粱秸杆20吨，其主要成分为：甜高粱籽实中粗蛋白8.2％，粗脂肪2.6％，粗纤维3.6％，灰分3.9％，钙0.07％，磷0.24％；茎杆中含汁量为70～80％，其含糖锤度Bri为17～21％，PH值7.0。粉碎至≥80％的物料颗粒直径为2.5-4.5mm。

制备方法：

将黑曲霉、绿色木霉、枯草芽胞杆菌、荧光假单胞菌、酒精酵母及热带假丝酵母分别经试管培养，众所周知不同的生产菌种采用各自相应的培养基，试管培养温度为25～35℃，培养时间24～72小时；试管培养完成后菌种转入摇瓶，摇瓶培养温度为25～35℃，转速为180～220转/分钟，培养时间24～48小时；摇瓶培养完成后菌种接入种子罐搅拌培养，种子罐培养温度为25～35℃，培养时间24～48小时；按10％重量接种量接入发酵罐液体培养，培养温度为25-35℃，培养时间24-72小时；将黑曲霉、绿色木霉、枯草芽胞杆菌、荧光假单胞菌培养所得高浓度菌悬液分别按1∶1∶1∶1的比例接入灭菌麸皮培养基，制成生产用固体混合菌剂；

(2)、德氏乳杆菌采用液体静止培养法逐步分级扩大培养，培养温度为50～54℃，培养时间为34～40小时；

(3)、将以秸秆重量计数量为2～4％的所述生产用固体混合菌剂和1～2％的尿素与已调制秸秆搅拌均匀进行固体发酵，发酵温度为30～45℃，发酵时间6～10天；

(4)、德氏乳杆菌、酒精酵母、假丝酵母菌悬液，三种菌悬液按1∶1∶1比例混合成为混合菌悬液；

(5)、秸秆固体发酵完成后，发酵产物中有大量液体渗出，呈半固体状态，此时将以发酵产物重量计数量为1～5％的上述生产用混合菌悬液接入半固体发酵产物，搅拌均匀进行半固体发酵，发酵温度为20～40℃，发酵时间为5～10天；

(6)、发酵液糖分降至1％以下，PH值降至3以下，活菌数为≥10⁸/ml时发酵完成。将发酵产物通过板框过滤器进行固液分离，所得滤液即为液体生化黄腐酸菌肥，滤渣可作为固体生化黄腐酸菌肥。滤渣经过烘干或晒干，水分含量应小于13％，用挤压成型机挤压成所需形状、大小颗粒，经称重、包装，即成为固体生化黄腐酸菌肥。

液体及固体黄腐酸主要成分为：

液体黄腐酸主要成分：生化黄腐酸≥8％；微量元素≥3％；氨基酸含量≥1.5％；活菌数≥10⁸/ml。

固体黄腐酸主要成分：生化黄腐酸≥8％；微量元素≥3％；氨基酸含量≥1.5％；活菌数≥10⁹/g；有机质≥40％；水分≤13％；粒度2.5～4.5mm≥80％。

本发明生产的黄腐酸肥的应用试验：

根据陕西省富县农技推广中心、富县抗旱服务队在小麦、烟草两大作物上就本发明的生物发酵生化黄腐酸菌肥进行了试验示范。

一、试验示范地点概况

小麦点：试验安排在陕西省富县交道镇东茄子村，试验户冯运昌。试验地前茬为娄土，播前取样测土壤有机质含量为1.06％，碱解氮79.3ppm，速效磷15.0ppm，速效钾147.3ppm，播前结合整地亩施基肥尿素25公斤，过磷酸钙50公斤。10月7日采用人工开沟条播，行距0.2米，成熟后按小区取样计产。小麦品种为小偃22号。

烤烟点：试验安排在陕西省富县牛武镇牛武村二组，试验户刘二狗。试验地土壤PH值为8.1，有机物含量为1.3％，碱解氮67.5ppm，速效磷14.1ppm，速效钾158.3ppm，播前施基肥每亩20公斤硝酸铵、50公斤过磷酸钙。

二、试验设计

1、小麦：

设生化黄腐酸拌种、拌种+喷施、喷施和对照四个处理。拌种用该制剂60倍稀释液，喷施用该制剂100克/亩兑水50公斤，在小麦拨节期间隔20天喷两次。本试验采用随机区组设计，重复三次，小区长7米，宽4米，小区面积28平方米。

2烤烟：

试验分两个处理。

(1)生化黄腐酸处理：亩用200克，兑水120公斤，在烟草竖叶期，团棵期，旺长期各喷施一次。

(2)清水：对照田块同时喷等量清水。小区面积66.7平方米.试验随机排列，重复三次.田间管理相同。

三、试验结果及结论

1、小麦

各处理方法经济性状见表1。从表中可以看出，施用生化黄腐酸处理其经济性状均好于对照组，特别是穗粒数和千粒重均明显高于对照组。

从表2各处理方法的产量结果看，拌种组较对照组增产22.8％，拌种+喷施组较对照组增产34.3％，喷施两次较对照组增产10.8％，各处理效果依次是拌种+喷施＞拌种＞喷施＞对照。

                       表1小麦各处理经济性状统计表

处理方法	株高(cm)	穗长(cm)	亩穗长(cm)	穗粒数(粒)	千粒重(克)
						对照	79.0	8.6	24.3	30.3	35.3
拌种	81.0	9.5	24.1	35.1	39.5
						拌种+喷施	82.6	10.2	25.6	35.8	39.9
喷施	81.3	9.6	24.8	33.3	39.1

                            表2各处理产量统计表

处理方法	重复(折亩产/斤)			平均(斤/亩)	增产率(％)
						I	II	III
	对照(喷水)	565.9	510.0						528.0	534.6
拌种				732.3	622.0	615.5	656.6	22.8
	拌种+喷施	676.7	787.8						689.8	718.1	34.3
喷施				566.0	633.3	578.0	592.4	10.8

2、烤烟点

由表1可看出，烟苗喷施生化黄腐酸对苗的株高、根长和侧根有明显的促进作用，试验田比对照田株高增加7～8cm，根长增长6～8cm，侧根数增加19个，叶色由黄绿变为浓绿，这样培育的烟苗为以后的优质适产奠定了基础。

                     表1各处理对烟苗生长的影响

处理		株高(cm)	根长(cm)	侧根数(cm)	叶色
						试验田	I	15	11.3	45	浓绿
II	16.4	12.1	46	浓绿
					III		16.8	11.9	50	浓绿
对照田	I	7	5	25							黄绿
					II	6.8	5.8	28	黄绿
	III	6.9	5.6	31						黄绿

                     表2各处理对烟叶产量对比表

处理	I(斤/亩)	II(斤/亩)	III(斤/亩)	平均(斤/亩)
					试验田	206	220	249	225
对照田	180	160	200	180
					增产	26	60	49	45

在烟草上施用生化黄腐酸具有显著的增产效果，每亩烟叶的产量比对照可增加25％，每亩纯收入90元，增效显著可以大面积推广应用。

利用本发明处理新鲜果渣及秸秆，工艺简单，所选用的是成熟的工业化成套设备，处理果渣及秸秆量大。根据黄腐酸菌肥在各类微生物作用下生成的过程，设计出适合黄腐酸菌肥生产的固体、半固体的发酵工艺，使各类菌群在适宜的培养条件下能够优质、高效的发酵生产生化黄腐酸菌肥。

该产品的生产应用不但保护环境，充分利用了资源，还可以改良土壤减少植物病虫害的滋生，提高土地质量和利用率，达到农作物优质、高产、高效目的。

本发明解决了目前果汁厂处理果渣的污染难题，利用废弃物生产生化黄腐酸菌肥，为企业增加可观利润，促进生态农业的发展，具有显著的环境效益，经济效益和社会效益。

Claims (9)

1.一种利用农副产品加工废料发酵生产生化黄腐酸菌肥方法，将各类农副产品加工废料经微生物固体一半固体发酵转化成黄腐酸，其工艺步骤如下：

(1)将黑曲霉(Aspergillus niger)、绿色木霉(Trichoderma viride)、枯草芽胞杆菌(Bacillus subtilis)、假单胞杆菌(Pseudomonas sp.)、酒精酵母(Saccharomyces cerevisiae)、假丝酵母(Candida sp.)分别依次经试管培养、摇瓶培养、种子罐培养，将种子培养液按10％重量接种量接入发酵罐液体培养，培养温度为25～35℃，培养时间为24～72小时，培养成菌悬液，其活菌数≥10⁸个/ml；

德氏乳杆菌为液体静止厌氧培养，逐步分级扩大培养，培养温度为40～60℃，培养时间为24～48小时，其活菌数≥10⁸个/ml；

(2)将发酵罐所得黑曲霉、绿色木霉、枯草芽胞杆菌、假单胞杆菌菌悬液，分别以0.5～2∶0.5～2∶0.5～2∶0.5～2的体积比例接入灭菌固体培养基，搅拌均匀后制成生产用固体混合菌剂；

(3)物料预处理：将PH值小于5.5的农副产品加工废料的PH值调至5.5；

(4)将以物料重量计数量为1～5％的所述生产用固体混合菌剂和1～2％的尿素接入已预处理的物料，搅拌均匀进行固体发酵，发酵温度25～45℃，发酵时间为5～10天；

(5)德氏乳杆菌、酒精酵母、假丝酵母菌悬液，三种菌悬液按0.5～2∶0.5～2∶0.5～2的体积比例混合成为生产用混合菌悬液；

(6)物料固体发酵完成后，发酵产物因有大量液体渗出而呈半固体状态，以发酵产物重量计数量为1～5％的所述生产用混合菌悬液接入半固体发酵产物，搅拌均匀进行半固体发酵，发酵温度为20～40℃，发酵时间为5～10天；

(7)当发酵产物糖分降至1％以下，PH值降至3以下，活菌数达10⁸/ml，发酵即完成；发酵产物经过滤，所得滤液为液体生化黄腐酸菌肥，滤渣为固体生化黄腐酸菌肥。

2、根据权利要求1所述的方法，其中黑曲霉、绿色木霉、枯草芽胞杆菌、假单胞杆菌菌悬液，分别以1∶1∶1∶1∶1的体积比例接入灭菌固体培养基。

3、根据权利要求1所述的方法，其中德氏乳杆菌、酒精酵母、假丝酵母菌悬液，三种菌悬液按1∶1∶1的体积比例混合。

4、根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤(1)中不同的生产菌种采用各自相应的培养基，试管培养的培养温度为25～35℃，培养时间为24～72小时；摇瓶培养的培养温度为25～35℃，转速为180～220转/分钟，培养时间为24-48小时；种子罐培养的培养温度为25～35℃，培养时间为24～48小时。

5、根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(3)中用磷酸二氢钾(KH₂PO₄)或碳酸钙(CaCO₃)将所述物料的PH值调至5.5。

6、根据权利要求1所述的方法，其中农副产品加工废料为果渣和秸秆。

7、根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(7)中发酵产物通过板框过滤器进行固液分离。

8、根据权利要求1所述的方法，其中所述滤渣经过烘干或晒干，水分含量小于13％。

9、根据权利要求8所述的方法，其中用挤压成型机将滤渣压成所需形状、大小颗粒，经称重、包装，成为固体生化黄腐酸菌肥。