專利名稱：棕油副產(chǎn)品生物腐植酸及其生產(chǎn)方法和所用的生物腐植酸轉化劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用棕油副產(chǎn)品通過高溫好氧發(fā)酵生產(chǎn)生物腐植酸的方法和工藝，本發(fā)明還涉及通過本發(fā)明方法生產(chǎn)獲得的棕油副產(chǎn)品生物腐植酸以及本發(fā)明生產(chǎn)方法中所用的生物腐植酸轉化劑。
背景技術：
油棕屬多年生單子葉植物，是熱帶木本油料作物。油棕的果肉、果仁含油豐富，油棕果含油量高達50%以上，油棕畝產(chǎn)油量是椰子的2-3倍，是花生畝油量的7-8倍，所以被人們譽為"世界油王〃。由于油棕的油脂產(chǎn)量高，且用途廣泛，所以，近百年來熱帶和亞熱帶地區(qū)競相引種，我國海南、廣東、廣西、云南等省區(qū)也于1926年開始種植油棕。油棕樹最早源自西非。目前油棕主要產(chǎn)區(qū)包括馬來西亞，尼日利亞，印度尼西亞，中國，扎伊爾，喀麥隆(D. K. Salunkhe，1986)等。油棕果果皮、種仁均可榨油，分別為棕櫚油和棕櫚仁油。熱帶、亞熱帶地區(qū)多種植油棕櫚，其棕櫚果是用來加工棕櫚油的原料。在棕油廠，在棕櫚油加工過程中棕櫚果從果串中分離出來，每噸鮮果串產(chǎn)生約O. 23噸空果串。每年預計將平均產(chǎn)生400萬噸(干基)空果串(Ryohei TANAKA ;2001 )。大部分空果串被焚燒或廢棄在油棕園覆蓋在油棕根部。目前，棕油廠每處理100噸油棕果串，產(chǎn)生23噸空果串，及60噸廢水。目前，全球油棕地估計1282萬公頃，全球棕櫚油的產(chǎn)量達到歷史最高水平，產(chǎn)生巨量的棕櫚油副產(chǎn)品和廢水，加劇了對生態(tài)環(huán)境的污染。長期以來，如何科學有效處理空果串、棕櫚油泥等副產(chǎn)物一直困擾著棕櫚油生產(chǎn)國和企業(yè)。尼日利亞、馬來西亞和印尼等國，從20世紀80年代開始對空果串等副產(chǎn)品進行處理，目前主要集中在供熱(Μ· A.哚&11，1987)、堆肥(1^111，1989 ;Azmi Yahya，2009)和制衆(zhòng)造紙技術(Wan Rosli and Law, 2011)等幾方面,應用方面主要以供熱和堆肥(Mr O O.Koladel, 2005 ； Ogbonna, P. E.，2009)為主。不過焚燒帶來了嚴重的空氣和環(huán)境污染。堆肥占地面積大；有氧分解過程中產(chǎn)生的臭味會污染環(huán)境；堆肥產(chǎn)品質(zhì)量一致性不佳，重復性不好，影響堆肥產(chǎn)品銷售；堆肥過程中減量作用明顯，使大量有機質(zhì)被完全降解而造成有機資源浪費。棕櫚油泥(sludge palm oil, SP0)是由棕櫚果榨取棕櫚油時的下腳料,主要成分是棕櫚果皮纖維、蛋白質(zhì)、脂肪等，經(jīng)檢測棕櫚油泥中(干基)有機質(zhì)含量84. 02%、速效氮含量2. 38%、脂肪含量12. 01%，是一種極難處理的棕油廠副產(chǎn)品。由于脂肪含量高，棕櫚油泥給污水處理系統(tǒng)造成很大壓力，同時也不能對其進行簡單的堆肥，因為其中高含量的脂肪抑制堆肥中好氧菌的作用，并使堆肥有氧分解過程中產(chǎn)生臭味，對環(huán)境造成污染。
目前，我國肥料平均利用率較發(fā)達國家低10-20%以上，而且呈逐年下降的趨勢(曾憲坤，1995 ;張福鎖，2008)，分析肥料利用率低的根本原因在于土壤結構的破壞與有機質(zhì)含量過低。另一方面，由于部分地區(qū)施化肥不當，肥料利用率低等，帶來了局部生態(tài)環(huán)境污染加劇等問題，成為我國經(jīng)濟和農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約因素。國內(nèi)大量的科學研究結果表明，由于腐植酸具有網(wǎng)狀的分子結構和活性官能團等，在提高土壤肥力，改善土壤結構和解決化肥利用率低以及其帶來的農(nóng)業(yè)面源污染方面具有良好的優(yōu)勢和效果。腐植酸(HA)是動植物(主要是植物殘體)等有機物經(jīng)過長期復雜的生物化學及地質(zhì)物理化學過程形成的一類結構復雜的有機化合物，具有較強的生理活性。采用工業(yè)有機廢渣、農(nóng)林業(yè)副產(chǎn)物經(jīng)微生物發(fā)酵制成的腐植酸稱為生物腐植酸。研究表明(何立千，1999)生物腐植酸與礦源腐植酸具有相同的結構特征，其功能也類似。由于腐植酸分子鏈中含有多種活性基團，故其性質(zhì)及功能也是多方面的。經(jīng)過我國科技人員的努力和大量的試驗，總結出腐植酸的五大功效改良土壤、提高化肥利用率、刺激作物生長、增強作物抗逆能力、改善產(chǎn)品品質(zhì)。國外學術界也認為，腐植酸在植物營養(yǎng)領域主要起植物生長刺激物質(zhì)、營養(yǎng)元素載體、改良土壤及使肥料增效等方面作用。 空果串是很好的有機質(zhì)和植物營養(yǎng)來源，它含有大量的鉀(2. 4%)及氮(O. 8%)、鎂(O. 2%)和磷(O. 1%) (Gurmit, 1982)。同時空果串的主要成分為木質(zhì)素17%、纖維素70%、及灰分1% (Ryohei TANAKA ;2001)，空果串與少量棕櫚油泥混合后，是很好的發(fā)酵生產(chǎn)生物腐殖酸肥料的原料。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)生物腐植酸的制備工藝是將特定的多種微生物菌種接種到植物培養(yǎng)基(如作物秸桿、木屑、蔗渣等農(nóng)業(yè)有機廢棄物)中，通過化學或微生物發(fā)酵工藝生成并提取制成(劉可星等，2008 ;葉水英，1999)。但發(fā)酵時間長，一般在14-21天，同時腐植酸含量低，一般在30-35%左右。CN 102174583A公開了一種混菌發(fā)酵生產(chǎn)生物腐植酸的方法，該方法是將蔗渣和麩皮作為發(fā)酵原料；CN101717722A公開了一種微生物菌劑生產(chǎn)腐植酸的方法，該方法同樣將甘蔗制糖殘渣作為腐植酸生產(chǎn)原料；CN101941851A公開了一種采用餐廚廢棄物制備腐植酸的方法。由此可見，國內(nèi)外利用棕油副產(chǎn)品空果串作為培養(yǎng)基生產(chǎn)生物腐植酸的工藝尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是要提供一種采用棕櫚副產(chǎn)品空果串和棕櫚油泥來制備生物腐植酸的方法，優(yōu)化空果串資源處理，為棕櫚副產(chǎn)品的處理提供一種新的途徑。具體說，本發(fā)明的生物腐植酸的生產(chǎn)方法，包括采用空果串和棕櫚油泥為原料，力口入適于棕油副產(chǎn)品的生物腐植酸轉化劑，在55-85°C范圍的高溫條件下好氧發(fā)酵。本發(fā)明采用高溫好氧快速發(fā)酵技術，以棕油副產(chǎn)品空果串和油污泥為原料，利用棕油廠廢水調(diào)節(jié)發(fā)酵培養(yǎng)基水分含量，加入適用于棕油副產(chǎn)品發(fā)酵的BGB生物腐植酸轉化齊IJ (包括高溫好氧微生物菌群、促進腐植酸轉化的酶及某些特殊的有機催化劑等)，經(jīng)高溫(55-85°C)、好氧發(fā)酵，可以得到生物腐植酸含量42%-45%的腐植酸肥料。解決棕櫚油廠有機廢棄物環(huán)境污染問題，彌補了堆肥的缺陷，同時生物腐植酸發(fā)酵時間短，得到的生物腐植酸產(chǎn)品腐植酸含量高，達到煤炭腐植酸的標準，能快速增加土壤有機質(zhì)、提高土壤肥力和作
物產(chǎn)量。高溫、好氧發(fā)酵是生物腐植酸形成的關鍵。發(fā)酵過程中溫度過高會使發(fā)酵菌種死亡，但溫度過低會影響生物腐植酸的形成，因此發(fā)酵溫度的控制就是要找到一個解決這一矛盾的合理的、經(jīng)濟的平衡點。經(jīng)過研究，55-85°C是本發(fā)明選取的發(fā)酵溫度范圍。為達到這一發(fā)酵溫度范圍，就需選用合適的BGB生物腐植酸轉化劑，即以好氧菌枯草芽抱桿菌(也<^77心和嗜熱側抱霉thermophile)為主的高溫菌群，還包括木質(zhì)素酶、纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶及脂肪酶等多種酶和代謝產(chǎn)物，以便大大縮短發(fā)酵時間。本發(fā)明的BGB生物腐植酸轉化劑含有以下高溫菌種枯草芽孢桿菌UaciJAz1S仰辦ii77i5·)、地衣芽抱桿菌iBaclicus嗜熱脂肪芽抱桿菌iGeobacillus嗜熱側抱霉 iSporotrichum thermophile、等。各個菌種可單獨地按常規(guī)方法從低溫保存的菌種中挑取菌種劃線接種到固體平板培養(yǎng)基，于合適條件下培養(yǎng)，待長出菌落，再接種于液體培養(yǎng)基進行振蕩培養(yǎng)，然后接種于適合各菌種產(chǎn)酶的固體培養(yǎng)基中，控制發(fā)酵條件使其充分產(chǎn)酶；上述四種高溫菌種是本發(fā)明生物腐植酸轉化劑中所必須的。除上述四種高溫菌種外，本發(fā)明的生物腐植酸轉化劑中還可以含有其他高溫菌種，例如巨大芽抱桿菌{Bacillus植物乳桿菌(Xactobacillus及釀酒
{Saccharomyces cerevisiae)此轉化劑能夠產(chǎn)生包括纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶及脂肪酶等多種酶；且申請人檢測發(fā)現(xiàn)這些酶酶促反應的溫度不僅比微生物生長最適溫度高8-15°C，反應時間也遠遠快于微生物的生長所需時間，因此對生物腐植酸形成起重要作用，并且此BGB腐植酸轉化劑最大的特點是可在高溫(55-85°C，例如55°C -60°C范圍，60°C _65°C范圍，65°C -70°C范圍、70°C -75°C范圍、75°C -80°C范圍、80°C _85°C范圍)下正常發(fā)酵。在微生物發(fā)酵、酶的生化降解及高溫、充分好氧的化學合成的共同作用下，本發(fā)明的生物腐植酸可以在較短時間內(nèi)完成，一般在8-24小時完成。因此，本發(fā)明還提供一種生物腐植酸轉化劑，含有枯草芽孢桿菌、嗜熱側孢霉、地衣芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌等微生物，包含纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶及脂肪酶等各種酶類。在一個優(yōu)選的方案中，本發(fā)明的生物腐植酸轉化劑由枯草芽孢桿菌、嗜熱側孢霉、地衣芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌組成。在一個首選的方案中，本發(fā)明的生物腐植酸轉化劑由以活菌數(shù)比例(4. 2-5. 5)(3. 8-5. I) (I. 2-1. 5) (I. 2-1. 5)，混合制成。本發(fā)明的生物腐植酸轉化劑可制成固體形態(tài)的BGB生物腐植酸發(fā)酵菌劑，于4°C保存?zhèn)溆茫灰部蓡为毐４?，即時混合、即時使用。在一個具體的實施方案中，本申請的生產(chǎn)方法，可以使用申請?zhí)枮?00920108353. 8發(fā)明名稱為《有機垃圾生化處理機》的中國實用新型發(fā)明專利中公開的設備來實施。該整套設備共由五部分構成熱風循環(huán)系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、排風和集塵系統(tǒng)、補氧系統(tǒng)、自動提升喂料系統(tǒng)、及電控系統(tǒng)。整個電控系統(tǒng)在程序控制下，對發(fā)酵內(nèi)的溫度、壓力、補氧量、循環(huán)風溫度、排風溫度等，按特定的工藝流程，進行有效調(diào)節(jié)，使得物料在預設的時間內(nèi)，自動完成發(fā)酵干燥和冷卻的全過程。利用該專利中記載的生化處理機可以完成本發(fā)明的整個發(fā)酵過程，發(fā)酵的工藝參數(shù)控制可以使用計算機自動化控制體系，提供完全好氧的發(fā)酵條件，保證生物腐植酸產(chǎn)品技術指標具有一致性、穩(wěn)定性和可重復性。本發(fā)明將結合這個具體的實施方案，對本發(fā)明的發(fā)酵棕油副產(chǎn)品生產(chǎn)生物腐植酸具體過程進行進一步描述
(I)原材料處理將油污泥和空果串過磅計量，混合后裝入有機垃圾生化處理機。優(yōu)選，將物料粉碎，例如將棕油副產(chǎn)品油泥和空果串粉碎至3_5mm大小。(2)生物腐植酸轉化劑混合BGB高溫復合菌分別進行固體發(fā)酵培養(yǎng)，控制培養(yǎng)基組分和發(fā)酵條件，使菌群充分產(chǎn)酶；將培養(yǎng)物按比例混合得到生物腐植酸轉化劑。優(yōu)選，生物腐植酸轉化劑由枯草芽孢桿菌、嗜熱側孢霉、地衣芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌組成，首先，它們的活菌數(shù)比例(4. 2-5. 5) :(3.8-5. I) :(1.2-1.5) :(1.2-1.5),混合制成。將制備好的生物腐植酸轉化劑與棕櫚油泥和空果串混合。優(yōu)選，在混合之后，加水調(diào)節(jié)物料含水率至50-60%，調(diào)水是使形成更加適宜微生物快速激活的生長環(huán)境。優(yōu)選，添加棕櫚油廠廢水，使整個物料的含水率控制在50-60%之間。BGB生物腐植酸轉化劑的添加量可以是本領域技術人員根據(jù)常規(guī)知識和所需發(fā)酵程度測定得到的。優(yōu)選，按每公斤棕櫚油泥和空果串的物料比例添加20_50g生物腐植酸轉化劑，使得每克物料含復合菌活菌數(shù)I. 5-2. OX IO80(3)發(fā)酵啟動生化處理機，將待發(fā)酵物料攪拌均勻；然后啟動自動程序，對發(fā)酵物料的溫度、循環(huán)風的溫度、排風的溫度和發(fā)酵干燥室內(nèi)的壓力的有效控制，使物料達到55-850C，例如達到 55°C -60°C 范圍，60°C _65°C 范圍，65°C _70°C 范圍、70°C _75°C 范圍、75°C-80°C范圍、80°C-85°C范圍；保持恒溫，發(fā)酵8_24小時。在一個最佳的選擇方案中，在75°C條件下進行10-12小時的高溫好氧發(fā)酵。發(fā)酵期間循環(huán)風機不斷將新鮮空氣送入處理機發(fā)酵池中，同時設備以一定的轉速(例如10-20轉/分鐘)攪拌物料。使微生物得到充足的氧氣，達到適合BGB生物腐植酸轉化合成要求。同時，處理機發(fā)酵池內(nèi)的菌體大量繁殖，降解有機質(zhì)，轉化為自身的小分子菌體蛋白和代謝寡糖，并合成生物腐植酸所需的各種酶，與BGB生物腐植酸轉化劑中所含的酶一起完成生物腐植酸轉化。物料在發(fā)酵過程中的高溫能殺滅蟲卵及有害微生物。(4)后加工發(fā)酵之后，獲得的生物腐植酸可以直接使用。為使方便以產(chǎn)品形成存在，優(yōu)選將上述發(fā)酵好的物料干燥，使水分減少至物料含水率在12%或更低，獲得生物腐植酸產(chǎn)品。再對物料進行篩分、計量成生化腐植酸原粉。通過本發(fā)明方法所得到的生物腐植酸產(chǎn)品經(jīng)檢測得到其技術指標如下表所示
表_
權利要求
1.一種生物腐植酸轉化劑，含有枯草芽孢桿菌、嗜熱側孢霉、地衣芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌。
2.權利要求I的生物腐植酸轉化劑，其特征在于由枯草芽孢桿菌、嗜熱側孢霉、地衣芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌以活菌數(shù)比例(4. 2-5. 5) (3. 8-5. I) (I. 2-1. 5) (I. 2-1. 5)，混合制成。
3.—種生物腐植酸的生產(chǎn)方法，其特征在于，該方法包括采用空果串和棕櫚油泥為原料，加入權利要求I所述的生物腐植酸轉化劑，在高溫條件下好氧發(fā)酵，其中所說的高溫是指 55-85°C范圍，例如在 55°C -60°C范圍，60°C _65°C范圍，65°C _70°C范圍、70°C _75°C范圍、75°C -80°C范圍、80°C _85°C范圍條件下。
4.權利要求3的方法，其特征在于，將棕櫚油泥和空果串粉碎至3-5mm大小。
5.權利要求3或4的方法，其特征在于，所述的生物腐植酸轉化劑由枯草芽孢桿菌、嗜熱側孢霉、地衣芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌的活菌數(shù)比例(4. 2-5. 5) :(3.8-5. I)(I. 2-1. 5) (1. 2-1. 5)，混合制成。
6.權利要求3-5任一項的方法，其特征在于，將生物腐植酸轉化劑與棕櫚油泥和空果串混合后，加入棕油廠廢水，調(diào)節(jié)物料含水率至50-60%。
7.權利要求3-6任一項的方法，其特征在于，每kg棕櫚油泥和空果串的物料中添加生物腐植酸轉化劑20-50g，使其每克培養(yǎng)物含復合菌活菌數(shù)I. 5-2. OX IO80
8.權利要求3-7任一項的方法，其特征在于，所述的高溫好氧發(fā)酵是在75°C條件下發(fā)酵10-12小時。
9.權利要求3-7任一項的方法，其特征在于，還包括將發(fā)酵得到的物料干燥至含水率小于等于12%，獲得生物腐植酸產(chǎn)品。
10.通過權利要求9方法生產(chǎn)的生物腐植酸，其特征在于，其總腐植酸、游離腐植酸和易氧化有機質(zhì)含量分別達到43-48%、42-45%和23-25% ;有機質(zhì)含量達85_90%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物腐植酸的生產(chǎn)方法，包括采用棕櫚副產(chǎn)品空果串和棕櫚油泥為原料，加入生物腐植酸轉化劑，在55-85℃條件下高溫好氧發(fā)酵。本發(fā)明的生物腐植酸轉化劑，含有枯草芽孢桿菌、嗜熱側孢霉、地衣芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌。通過本發(fā)明獲得的生物腐植酸，其總腐植酸、游離腐植酸和易氧化有機質(zhì)含量分別達到43-48%、42-45%和23-25%。
文檔編號C12P39/00GK102816723SQ20121031092
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權日2012年8月29日
發(fā)明者黃謙, 于家伊 申請人:北京嘉博文生物科技有限公司