利用氨基酸发酵废弃物制备有机肥的方法

技术领域

本发明属于氨基酸发酵技术领域，涉及利用氨基酸发酵废弃物制备有机肥的方法。

背景技术

氨基酸作为构成蛋白质的最小分子存在于肥料中，有易于被作物吸收的特点；亦有提高施肥对象抗病性，改善施肥作物品质的功能。补充植物必需的氨基酸，刺激和调节植物快速生长，促使植物生长健壮，促进对营养物质的吸收。增强植物的代谢功能，提高光合作用，促进植物根系发达，加快植物生长繁殖。含有氨基酸的肥料是指含有特定量的氨基酸类物质的肥料。含有氨基酸的肥料施加到土壤中后，具有提高施肥对象抗病性、改善施肥作物品质的功能。目前，大多数含有氨基酸的肥料是采用盐酸进行制备，但是采用盐酸的制备方法需要比较严苛的生产条件，且生产成本昂贵，这样使得含氨基酸生物肥不易推广。

氨基酸在发酵过程中会产生大量的菌体蛋白，现有技术一般将其制备成饲料，应用价值较低，应用渠道较窄，申请人对菌体蛋白的利用进行了进一步地研究，包括制备成培养基的氮源组分或氨基酸肥料，例如中国专利“CN201410519206，一种利用苏氨酸发酵废弃物制备的肥料”将菌体蛋白进行了处理，用于制备氨基酸螯合肥料，其中，制备氨基酸螯合物的方法为：将菌体蛋白烘干，粉碎机粉碎成粉末状，然后置于反应釜中, 加入6-8mol/L的盐酸，以没过原料为准，在60℃温度下搅拌水解12-15小时，搅拌速度为100转/min，反应终止后用氢氧化钾中和残余盐酸，得到氨基酸水溶液，然后按照氨基酸与金属离子的摩尔比为3：1的比例添加金属离子，控制温度为40℃，时间为30min，pH为7.0，进行螯合反应，最后将螯合产物浓缩，干燥以及粉碎，得到氨基酸螯合物；该方法采用酸水解得到的是L-氨基酸，但是色氨酸被沸酸完全破坏；含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被解；天门冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解成了羧基。而现有技术采用碱水解的产物是D-型和L-型氨基酸，由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率不高。可见，采用强酸碱水解菌体蛋白，获得游离氨基酸部分属于右螺旋，活性较差，不利于被植物所吸收，而且用于合成植物生长激素的色氨酸被破坏。现有文献对菌体蛋白的处理方法采用了浓度较高的盐酸，容易对氨基酸造成破坏，导致水解产物的营养价值较低。

对此，专利技术“CN201911052018”公开了制备氨基酸金属螯合液的方法，将菌体蛋白至于80℃烘干，然后研磨，过50-100目筛，然后添加含有钙盐、锰盐以及锌盐的水溶液，保持菌体蛋白含量为40-100g/L，采用超声波进行处理，处理时间为8-10min，再置于高速剪切机中以10000rpm的速度剪切60-80s，停止剪切，添加中性蛋白酶和木瓜蛋白酶，温度为50℃、时间为8h；然后升温至60℃，保温1-2h，得到氨基酸金属螯合液；上述方法采用生物酶技术能够产生多样化的L-型氨基酸，但是需要使用酶制剂，成本较高，企业难以承受。

发明内容

在现有技术的基础上，为了提高产品质量，节约企业成本，本发明提供了利用氨基酸发酵废弃物制备有机肥的方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

利用氨基酸发酵废弃物制备有机肥的方法，其包括如下步骤：

收集氨基酸发酵废弃物中的菌体蛋白，至于80℃烘干，然后研磨，过100目筛，然后添加含有铜盐、锰盐以及锌盐的水溶液，保持菌体蛋白含量为60-80g/L，采用20kHz的超声波进行处理，处理时间为10min，再置于高速剪切机中以10000rpm的速度剪切80s，停止剪切，添加磷酸调整pH为4.0-4.5，添加葡萄糖控制葡萄糖浓度为20-40g/L，然后按照4-8%的接种量接入复合菌液，在温度为30℃的条件下生物处理8-12h，然后以500rpm离心3min，收集上清液；然后升温至60℃，保温1h，得到氨基酸金属螯合液；

将氨基酸金属螯合肥制备有机肥。

具体地，所述将氨基酸金属螯合肥制备有机肥的具体步骤为：

将玉米秸秆粉碎得到秸秆粉，然后往废水中依次添加秸秆粉和膨润土，添加量为废水：秸秆粉：膨润土=1L：300g：200g，混匀，静置12h，然后置于造粒机中造粒，将颗粒置于管式炉中，在氮气氛围下进行炭化，温度控制在500℃，时间为30min，取出，自然冷却，得到炭化颗粒；

将氨基酸金属螯合液喷洒到炭化颗粒，搅拌均匀，60℃烘干，包装即得；所述氨基酸金属螯合液和炭化颗粒的比例为1L:5kg。

优选地，所述复合菌液的组成为：米曲霉种子液：嗜酸乳杆菌种子液=2：1的体积比。

优选地，所述复合菌液的组成为：米曲霉种子液：嗜酸乳杆菌种子液=1：1的体积比。

优选地，所述铜盐选用硫酸铜，所述锰盐选用硫酸锰，所述锌盐选用硫酸锌。

优选地，添加磷酸调整pH为4.0。

优选地，添加葡萄糖控制葡萄糖浓度为30g/L。

优选地，在温度为30℃的条件下生物处理10h。

更优选地，所述铜盐、锰盐以及锌盐的浓度均为0.05mol/L。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：

本发明制备有机肥的方法继续沿用CN201911052018的技术，不同之处在于对菌体蛋白的处理工艺进行改进，旨在避免使用工业化酶制剂，降低企业成本。

本发明首先通过添加磷酸调整适合菌株生长产酶的酸碱度，米曲霉和嗜酸乳杆菌均能够在弱酸性环境下增殖，并且具备较好的共生协同性能，产酸性蛋白酶和中性蛋白酶能力较单一菌株有较大幅度的提升，并且在生物酶解处理过程中添加铜、锰、锌等金属离子，不但作为螯合肥用重金属离子，还能促进米曲霉和嗜酸乳杆菌产酶。本发明将生物酶解和螯合同时进行，节约了成本和操作流程。

具体实施方式

本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。

本发明选用的具体菌株为米曲霉ATCC 42149以及嗜酸乳杆菌 ATCC 4356，分别按照常规培养方式得到浓度为10

实施例1

利用氨基酸发酵废弃物制备有机肥的方法，其包括如下：

将菌体蛋白至于80℃烘干，然后研磨，过100目筛，然后添加含有铜盐、锰盐以及锌盐的水溶液，保持菌体蛋白含量为80g/L，采用20kHz的超声波进行处理，处理时间为10min，再置于高速剪切机中以10000rpm的速度剪切80s，停止剪切，添加磷酸调整pH为4.0，添加葡萄糖控制溶液中葡萄糖浓度为30g/L，然后按照5%的接种量接入复合菌液（米曲霉种子液：嗜酸乳杆菌种子液=2：1的体积比），在温度为30℃的条件下生物处理10h，然后以500rpm离心3min，收集上清液；然后升温至60℃，保温1h，得到氨基酸金属螯合液；

所述铜盐、锰盐以及锌盐的浓度均为0.05mol/L；

铜盐选用硫酸铜；锰盐选用硫酸锰；锌盐选用硫酸锌；

将玉米秸秆粉碎得到秸秆粉，然后往废水中依次添加秸秆粉和膨润土，添加量为废水：秸秆粉：膨润土=1L：300g：200g，混匀，静置12h，然后置于造粒机中造粒（粒径为1mm），将颗粒置于管式炉中，在氮气氛围下进行炭化，温度控制在500℃，时间为30min，取出，自然冷却，得到炭化颗粒；

将氨基酸金属螯合液喷洒到炭化颗粒，搅拌均匀，60℃烘干，包装即得；所述氨基酸金属螯合液和炭化颗粒的比例为1L:5kg。

实施例2

利用氨基酸发酵废弃物制备有机肥的方法，其包括如下：

将菌体蛋白至于80℃烘干，然后研磨，过100目筛，然后添加含有铜盐、锰盐以及锌盐的水溶液，保持菌体蛋白含量为80g/L，采用20kHz的超声波进行处理，处理时间为10min，再置于高速剪切机中以10000rpm的速度剪切80s，停止剪切，添加磷酸调整pH为4.5，添加葡萄糖控制葡萄糖浓度为35g/L，然后按照6%的接种量接入复合菌液（米曲霉种子液：嗜酸乳杆菌种子液=1：1的体积比），在温度为30℃的条件下生物处理为8h，然后以500rpm离心4min，收集上清液和沉淀（经灭菌后可应用于动物饲用蛋白）；然后将上清液升温至60℃，保温1h，得到氨基酸金属螯合液；

所述铜盐、锰盐以及锌盐的浓度均为0.05mol/L；

铜盐选用硫酸铜；锰盐选用硫酸锰；锌盐选用硫酸锌；

将玉米秸秆粉碎得到秸秆粉，然后往废水中依次添加秸秆粉和膨润土，添加量为废水：秸秆粉：膨润土=1L：300g：200g，混匀，静置12h，然后置于造粒机中造粒（粒径为1mm），将颗粒置于管式炉中，在氮气氛围下进行炭化，温度控制在500℃，时间为30min，取出，自然冷却，得到炭化颗粒；

将氨基酸金属螯合液喷洒到炭化颗粒，搅拌均匀，60℃烘干，包装即得；所述氨基酸金属螯合液和炭化颗粒的比例为1L:5kg。

对比例1

用发酵废弃物制备的氨基酸缓释肥料，其按照如下步骤制备而得：

利用谷氨酸棒杆菌发酵制得谷氨酸发酵液，离心发酵液，收集菌体蛋白和滤过液，将滤过液用于提取谷氨酸，提取过程产生的发酵废水备用；

将菌体蛋白至于80℃烘干，然后研磨，过100目筛，然后添加含有铜盐、锰盐以及锌盐的水溶液，保持菌体蛋白含量为80g/L，采用20kHz的超声波进行处理，处理时间为10min，再置于高速剪切机中以10000rpm的速度剪切80s，停止剪切，添加中性蛋白酶（12万U/g）和木瓜蛋白酶（10万U/g），添加量分别为1200U/L和1000U/L，温度为50℃、时间为8h；然后升温至60℃，保温1h，得到氨基酸金属螯合液；

所述铜盐、锰盐以及锌盐的浓度均为0.05mol/L；

铜盐选用硫酸铜；锰盐选用硫酸锰；锌盐选用硫酸锌；

将玉米秸秆粉碎得到秸秆粉，然后往废水中依次添加秸秆粉和膨润土，添加量为废水：秸秆粉：膨润土=1L：300g：200g，混匀，静置12h，然后置于造粒机中造粒（粒径为1mm），将颗粒置于管式炉中，在氮气氛围下进行炭化，温度控制在500℃，时间为30min，取出，自然冷却，得到炭化颗粒；

将氨基酸金属螯合液喷洒到炭化颗粒，搅拌均匀，60℃烘干，包装即得；所述氨基酸金属螯合液和炭化颗粒的比例为1L:5kg。

实施例3

氨基酸金属螯合液的性能测试：

螯合率(％)=（W1-W0）×100/Wl；

W1：总金属离子的含量；

W0：游离金属离子的含量。

对酶制剂酶解和生物酶解进行对比：

组1：实施例1；

组2：仅使用米曲霉，其余同实施例1；

组3：仅使用嗜酸乳杆菌，其余同实施例1；

组4：对比例1。

螯合率和氨基酸含量具体见表1所示：

表1

如表1所示，组1采用米曲霉+嗜酸乳杆菌混合酶解的方法，比组4采用中性蛋白酶+木瓜蛋白酶的组合方式酶解效果略好，金属螯合率没有明显差异；组2和组3采用单一的米曲霉或嗜酸乳杆菌酶解效果较差，螯合率和氨基酸含量两个指标均较组1明显降低。

本发明还检测了总氨基酸中各主要功能性氨基酸的组成，具体如下表2所示：

表2

由表2可见，采用复合酶制剂和复合菌剂水解菌体蛋白的方式得到的氨基酸组分种类较为齐全，二者整体差异不大。

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公开如上，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，当然会利用揭示的技术内容作出些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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，均属于本发明技术方案的范围内。