CN105130685A - 一种含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法。该方法包括(1)制备纳豆芽孢杆菌发酵液，(2)用食用菌培养料废渣、作物秸秆、糠醛渣堆置发酵制备发酵有机物，(3)将制备的发酵有机物与味精厂水解废渣混合后接种制备的纳豆芽孢杆菌发酵液，于28～35℃条件下堆置发酵，发酵结束后烘干或凉干。本发明制备的发酵有机物具有良好的疏松通气特性，与味精厂水解废渣以合理的比例配合，为纳豆芽孢杆菌的良好生长、繁殖提供了平衡的营养和通气条件，所生产的肥料γ-聚谷氨酸含量丰富，增产效果好。

Description

一种含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机肥的制备方法，特别涉及一种含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法，属于有机肥生产技术领域。

背景技术

聚谷氨酸是一种多聚氨基酸，它具有高絮凝活性，对土壤的金属离子有良好的吸附性，可有效改善土壤的重金属污染，同时提高锌、铁等离子对作物的有效性；聚谷氨酸与土壤结合还可以改善土壤结构，增加土壤保水、保肥性能，所以，聚谷氨酸具有促进作物根系发达、增效、增产、改善品质的作用；将聚谷氨酸加入肥料中制备各种高效肥料越来越受到青睐，如CN104003783A(CN201410261189)公开了一种功能性颗粒状大量元素水溶肥，其原料组分重量份是：尿素345～350份、硝酸钾210～220份、磷酸二氢钾240～250份、硫酸钾20～30份、磷酸一铵110～115份、硼酸11～11.6份、EDTA螯合锌6～6.6份、EDTA螯合铁7～7.7份、EDTA螯合锰3～3.9份、七钼酸铵0.1～0.2份、聚谷氨酸5～10份。该肥料具有保水、抗旱，肥料利用率高，改良、修复土壤等功能；CN103936521A(CN201410185669)是一种新型高效复混肥料及其制备方法，该肥料组成是：生物增效剂2～5份、硫酸锌20～30份、硫酸镁20～30份、腐植酸15～25份、硫酸硼10～20份、硫酸锰5～15份、钼酸铵1～4份，其中，生物增效剂组分及重量份数为：聚天冬氨酸65～85份和聚谷氨酸15～35份；CN102515934A(CN201110349693)提供了一种γ-聚谷氨酸混合肥料对沙漠进行治理的方法：在沙土下不同深度处填埋由γ-聚谷氨酸、普通复合肥及生根粉按不同比例混合的γ-聚谷氨酸混合肥料，其中γ-聚谷氨酸的添加量为1～100g/m²；同时减少灌溉水的次数和用量，利用γ-聚谷氨酸的保水能力和吸水后形成的水凝胶的缓释作用，提高沙漠旱生植物的成活率，同时改良沙漠土壤环境，最终达到退沙还林的效果。

聚谷氨酸的合成方法有化学合成法和微生物发酵法。化学合成法合成的聚谷氨酸多为α型，即由α-羧基与α-氨基缩合而成；到目前为止，微生物发酵法合成的聚谷氨酸都为γ-聚谷氨酸,即由α-氨基和γ-羧基以肽键形式形成的高分子聚合物。γ-聚谷氨酸是能被生物降解的内源性物质，不易产生积蓄或毒副作用，具有良好的环境友好性和增加作物产量的效果。据研究，γ-聚谷氨酸对小白菜、玉米、烟叶的种植与栽培同样产量时肥料使用量减少10％以上，或在同样施肥量前提下提高作物产量10％以上。因此制备含有γ-聚谷氨酸的肥料更具有优势。目前所报道的肥料都是复配的组合物，所添加的是提纯的聚谷氨酸，而提纯工序会大量增加成本，不利于农业生产大量使用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法。

发明概述：

本发明是利用食用菌培养料废渣等发酵有机物和味精水解废渣作为培养基，经微生物固体发酵产生γ-聚谷氨酸后，直接作为有机肥，没有分离提纯等工序，不仅减少了成本，还提高了肥效。此外，还大量利用了工农业生产中产生的废弃物。

术语说明：

PDA斜面培养基,是对马铃薯葡萄糖琼脂培养基的简称，配方：马铃薯200份，葡萄糖20份，琼脂15～20份，自来水1000份。

糠醛渣，是以玉米芯、玉米秆、稻壳、棉籽壳等为原料生产糠醛(呋喃甲醛)过程中的废渣，作为一种生物质类废弃物含有大量的纤维素、半纤维素、木质素等。

食用菌培养料废渣，是栽培食用菌后废弃的培养料，培养料主要成分有棉籽壳、棉绒、玉米芯、锯末、作物秸秆、麦麸、菌丝体等。

味精厂水解废渣，是指味精厂对谷氨酸发酵液进行谷氨酸回收过程中产生的固体废弃物，其主要成分有菌丝体，未被微生物利用的发酵原料等；其中谷氨酸含量约为1～5％质量比。

味精厂水解废液，是指味精厂对谷氨酸发酵液进行谷氨酸回收过程中产生的液体废弃物，包括发酵清液、洗脱液等，谷氨酸含量约为0.8～1.2％质量比。

γ-聚谷氨酸，是微生物法合成的聚谷氨酸(水溶性多聚氨基酸)，分子量分布在100kDa到10000kDa之间。

发明详述：

本发明的技术方案如下：

一种含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法，步骤如下：

(1)制备纳豆芽孢杆菌发酵液

a、用PDA斜面培养基将纳豆芽孢杆菌菌种活化；

b、按质量份，取葡萄糖10份，玉米淀粉5份，蛋白胨4份，酵母粉5份，硫酸镁1份，氯化钠2份，水1000份，在0.11兆帕压力下灭菌30分钟，制成液体培养基；将步骤a活化后的纳豆芽孢杆菌接入液体培养基中，于28～30℃、180转/分钟的摇瓶中培养20～24小时；得纳豆芽孢杆菌种子液；种子液菌活1×10⁸个/克～5×10⁸个/克；

c、将步骤b制得的纳豆芽孢杆菌种子液以4～6wt％的接种量接入发酵罐培养基中，该发酵罐培养基质量份配方为：马铃薯100份、葡萄糖8份、黄豆粉50份，氯化钠1份、水1000份；于30～35℃条件下培养28～32小时，得纳豆芽孢杆菌发酵液；备用；

(2)制备发酵有机物

按质量份，取食用菌培养料废渣300～500份，粉碎的作物秸秆200～300份,糠醛渣300～400份,堆置发酵30～40天，风干，得发酵有机物；备用；

(3)纳豆芽孢杆菌的固体发酵

按质量份，取味精厂水解废渣300～500份，步骤(2)制备的发酵有机物500～700份，混匀，得混合物；

取步骤(1)纳豆芽孢杆菌发酵液150～250份，接种到上述混合物中，用味精厂水解废液50～150份调整混合物的含水量50～60wt％，混合均匀，于28～35℃条件下堆置发酵25～40小时，中间翻堆一次，发酵结束后烘干或凉干；得本发明γ-聚谷氨酸有机肥。

所述纳豆芽孢杆菌(Bacillusnatto)，优选中国工业微生物菌种保藏管理中心(ChinaCenterofIndustrialCultureCollection英文缩写CICC)的纳豆芽孢杆菌CICC20644、CICC20645或CICC20646。纳豆芽孢杆菌发酵液的制备可按现有技术，本发明提供步骤(1)的方法是优选的。

根据本发明，优选的，步骤(2)食用菌培养料废渣400份，粉碎的作物秸秆250份,糠醛渣350份,堆置发酵32天；所述作物秸秆粉碎至长度2厘米以下，食用菌培养料废渣粉碎至颗粒粒径1厘米以下。按现有技术堆置发酵。

所述的食用菌培养料废渣是栽培杏鲍菇、平菇、白灵菇等菇类废弃的菌棒。主要成分有棉籽壳，棉绒，玉米芯，麦麸，锯末、菌丝体等。

根据本发明，优选的，步骤(3)味精厂水解废渣350份，发酵有机物650份，纳豆芽孢杆菌发酵液接种量180份，味精厂水解废液用量120份，温度33℃，堆置30小时。

优选的，所述味精厂水解废渣中谷氨酸的含量不低于3％质量比。

上述制备方法中未详细限定的均按现有技术。

本发明方法制备的含γ-聚谷氨酸有机肥，施用方法为：

将本发明肥料在作物种植前均匀撒施于土壤表面翻耕入土，或施于栽植穴内，与土混合后在其上移栽幼苗。肥料用量蔬菜作物每亩500～800公斤，果树每亩300～600公斤，粮食作物200～300公斤。

本发明的技术特点：以味精水解废渣和特制的发酵有机物为原料，以味精厂废液作为发酵料的水分调节剂，固体培养纳豆芽孢杆菌产生γ-聚谷氨酸，取得高肥效、低成本的含γ-聚谷氨酸有机肥。味精厂水解废渣和废液为纳豆芽孢杆菌合成γ-聚谷氨酸提供了丰富的谷氨酸原料，本发明所制备的发酵有机物具有良好的疏松通气特性，它与味精厂水解废渣以合理的比例配合，为纳豆芽孢杆菌的良好生长、繁殖提供了平衡的营养和通气条件，所生产的肥料γ-聚谷氨酸含量丰富，增产效果好。

本发明的优良效果如下：

1.充分利用资源

味精水解废渣、废液含有丰富的谷氨酸，而谷氨酸是纳豆芽孢杆菌合成γ-聚谷氨酸的原料成分，本发明以此两种物质作为有机肥生产的原料，充分利用了其中所含的谷氨酸，无需再额外添加，且γ-聚谷氨酸产量高，效果好。

2.肥料成本低

目前，含有聚谷氨酸的肥料主要是添加纯的聚谷氨酸，这无形中增加了提纯等环节的成本，本发明利用纳豆芽孢杆菌进行固体发酵后直接作为肥料，不仅减少了提纯过程，同时发酵过程中增加的其它营养物质一起保存在肥料中，为作物提供更加丰富的营养。

3、固体发酵原料无需灭菌

本发明在纳豆芽孢杆菌的固体发酵中通过加大接种量15～25wt％(其他技术一般接种量为10％以下)，使纳豆芽孢杆菌迅速成为优势菌群，省去了原料灭菌，利于大规模生产。

4、肥效好

本发明利用两种作物进行的田间试验显示，与应用相同的有机物原料和现有发酵技术生产的有机肥相比，本发明肥料在大棚黄瓜的增产率为6.5％～9.3％,白菜增产5.4％～8.3％。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中的原料用量份数均为质量份，所有的百分比均为质量百分比。

纳豆芽孢杆菌(Bacillusnatto)选用CICC20644、CICC20645，中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)购得，其中实施例1-2用CICC20644，实施例3-4用CICC20645。

实施例中用的味精厂水解废渣(谷氨酸的含量约3.5％)、废液(谷氨酸的含量约1％)，河南莲花味精股份有限公司；糠醛渣，河南省新乡市玉源化工有限公司；食用菌培养料废渣为栽培杏鲍菇的废弃菌棒(主要成分有棉籽壳、玉米芯、麦麸、菌丝体)；葡萄糖、玉米淀粉、蛋白胨等均为市售产品。

实施例中所用作物秸秆粉碎至长度2厘米以下，食用菌培养料废渣粉碎至颗粒粒径1厘米以下。

实施例1：一种含γ-聚谷氨酸有机肥的制备如下：

(1)制备纳豆芽孢杆菌发酵液

a、用PDA斜面培养基将纳豆芽孢杆菌CICC20644菌种活化；

b、取葡萄糖10克，玉米淀粉5克，蛋白胨4克，酵母粉5克，硫酸镁1克，氯化钠2克，水1000克，将所有成分溶化后在0.11兆帕压力下灭菌30分钟，制成液体培养基；取步骤a活化后的纳豆芽孢杆菌接入液体培养基中，于30℃、180转/分钟的摇瓶中培养22小时；得纳豆芽孢杆菌种子液；种子液菌活3×10⁸个/克；

c、将步骤b制得的纳豆芽孢杆菌种子液以5wt％的接种量接入发酵罐培养基中，发酵罐培养基质量份配方为：马铃薯500克、葡萄糖40克、黄豆粉250克，氯化钠5克、水5000克；于32℃条件下培养30小时，得纳豆芽孢杆菌发酵液；

(2)制备发酵有机物

取食用菌培养料废渣500公斤，粉碎的小麦秸秆200公斤,糠醛渣300公斤,按现有技术堆置发酵30天，风干，得发酵有机物；

(3)纳豆芽孢杆菌的固体发酵

取味精厂水解废渣400公斤，步骤(2)发酵有机物600公斤，混合均匀，取步骤(1)纳豆芽孢杆菌发酵液150公斤，味精厂水解废液150公斤，将所有物料混合均匀，于30℃条件下堆置40小时，其中20小时时翻堆一次，结束后烘干至水分含量20％以下，得本发明含γ-聚谷氨酸有机肥。本实施例有机肥含γ-聚谷氨酸约1.3％。

实施例2：一种含γ-聚谷氨酸有机肥的制备如下：

(1)纳豆芽孢杆菌发酵液的制备同实施例1。

(2)制备发酵有机物

取食用菌培养料废渣400公斤，粉碎的玉米秸秆300公斤,糠醛渣300公斤,按现有技术堆置发酵35天，风干，得发酵有机物；

(3)纳豆芽孢杆菌的固体发酵

取味精厂水解废渣300公斤，步骤(2)发酵有机物700公斤，混合均匀，取步骤(1)纳豆芽孢杆菌发酵液200公斤，味精厂废液150公斤，将所有物料混合均匀，于28℃条件下堆置26小时，其中13小时时翻堆一次，结束后烘干至水分含量20％以下，得本发明含γ-聚谷氨酸有机肥。本实施例有机肥含γ-聚谷氨酸约1.0％。

实施例3：

(1)纳豆芽孢杆菌发酵液的制备同实施例1，菌种为CICC20645，种子液菌活3.6×10⁸个/克；

(2)制备发酵有机物

取食用菌培养料废渣300公斤，粉碎的水稻秸秆300公斤,糠醛渣400公斤,按现有技术堆置发酵40天，风干，得发酵有机物；

(3)纳豆芽孢杆菌的固体发酵

取味精厂水解废渣500公斤，步骤(2)发酵有机物500公斤，混合均匀，取步骤(1)纳豆芽孢杆菌发酵液250公斤，味精厂水解废液60公斤，将所有物料混合均匀，于35℃条件下堆置35小时，其中17小时时翻堆一次，结束后烘干至水分含量20％以下，得本发明γ-聚谷氨酸有机肥。本实施例有机肥含γ-聚谷氨酸约1.2％。

实施例4：

(1)纳豆芽孢杆菌发酵液的制备同实施例1，菌种为CICC20645，种子液菌活3.6×10⁸个/克；

(2)制备发酵有机物

取食用菌培养料废渣400公斤，粉碎的花生秸秆250公斤,糠醛渣350公斤,按现有技术堆置发酵32天，风干，得发酵有机物；

(3)纳豆芽孢杆菌的固体发酵

取味精厂水解废渣350公斤，步骤(2)发酵有机物650公斤，混合均匀，取步骤(1)纳豆芽孢杆菌发酵液180公斤，味精厂废液120公斤，将所有物料混合均匀，于33℃条件下堆置30小时，其中15小时时翻堆一次，结束后烘干至水分含量20％以下，得本发明γ-聚谷氨酸有机肥。本实施例有机肥含γ-聚谷氨酸1.5％。

对比例：以味精厂水解废渣、食用菌培养料废渣、秸秆、糠醛渣、味精厂水解废渣废液按5:4:2:3:1.2的质量比例混合，常规堆置发酵而成；结束后烘干至水分含量20％以下。原料来源与实施例的完全相同。

实施例1～4和对比例的应用效果如下：

试验地点及作物：山东省寿光市大棚西葫芦,山东省临沂市露地白菜。

试验时间：2014年8月至2015年5月。

两处均设实施例1～4和对比例共5个处理，寿光市大棚西葫芦试验每个小区面积18平方米，实施例1～4的产品用量每亩700公斤；临沂市白菜试验小区面积30平方米，实施例1～4的产品用量每亩500公斤。实施例和对比例用量相同，施用方法是在西葫芦和白菜移栽前施入栽培穴内，与土混合后栽植幼苗，其它肥料施用按农民习惯统一进行，所有的管理措施一致。应用效果见表1。

表1.与对比例相比实施例1～4的应用效果

本发明肥料	寿光西葫芦增产效率％	临沂白菜增产效率％
			实施例1	8.2	5.4
实施例2	7.6	7.1
			实施例3	6.5	6.5
实施例4	9.3	8.3

Claims (6)

1.一种含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法，包括步骤如下：

(1)制备纳豆芽孢杆菌发酵液

a、用PDA斜面培养基将纳豆芽孢杆菌菌种活化；

b、按质量份，取葡萄糖10份，玉米淀粉5份，蛋白胨4份，酵母粉5份，硫酸镁1份，氯化钠2份，水1000份，在0.11兆帕压力下灭菌30分钟，制成液体培养基；将步骤a活化后的纳豆芽孢杆菌接入液体培养基中，于28～30℃、180转/分钟的摇瓶中培养20～24小时；得纳豆芽孢杆菌种子液；种子液菌活1×10⁸个/克～5×10⁸个/克；

c、将步骤b制得的纳豆芽孢杆菌种子液以4～6wt％的接种量接入发酵罐培养基中，该发酵罐培养基质量份配方为：马铃薯100份、葡萄糖8份、黄豆粉50份，氯化钠1份、水1000份；于30～35℃条件下培养28～32小时，得纳豆芽孢杆菌发酵液；备用；

(2)制备发酵有机物

按质量份，取食用菌培养料废渣300～500份，粉碎的作物秸秆200～300份,糠醛渣300～400份,堆置发酵30～40天，风干，得发酵有机物；备用；

(3)纳豆芽孢杆菌的固体发酵

按质量份，取味精厂水解废渣300～500份，步骤(2)制备的发酵有机物500～700份，混匀，得混合物；取步骤(1)纳豆芽孢杆菌发酵液150～250份，接种到上述混合物中，用味精厂水解废液50～150份调整混合物的含水量50～60wt％，混合均匀，于28～35℃条件下堆置发酵25～40小时，中间翻堆一次，发酵结束后烘干或凉干；即得。

2.如权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法，其特征在于所述纳豆芽孢杆菌(Bacillusnatto)，选自中国工业微生物菌种保藏管理中心的纳豆芽孢杆菌CICC20644、CICC20645或CICC20646。

3.如权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法，其特征在于步骤(2)食用菌培养料废渣400份，粉碎的作物秸秆250份,糠醛渣350份,堆置发酵32天。

4.如权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法，其特征在于所述作物秸秆粉碎至长度2厘米以下，食用菌培养料废渣粉碎至颗粒粒径1厘米以下。

5.如权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法，其特征在于所述的食用菌培养料废渣是栽培杏鲍菇、平菇或白灵菇废弃的菌棒。

6.如权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸有机肥的制备方法，其特征在于步骤(3)味精厂水解废渣350份，发酵有机物650份，纳豆芽孢杆菌发酵液接种量18％，味精厂水解废液用量120份，温度33℃，堆置30小时。