專利名稱：鼠李糖脂生物表面活性劑及其在生活垃圾堆肥化中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面活性劑，具體涉及微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
堆肥過程中介質(zhì)物化條件的改善可通過控制堆肥系統(tǒng)的C/N值、濕度、氧氣、溫度、孔隙度等。這些手段在堆肥過程中的應(yīng)用是必要的，但這些方法的主旨均在于改善物質(zhì)傳輸或有利微生物生長，而在改良微生物與介質(zhì)的相互作用以及直接促進微生物對難降解有機物的分解過程方面卻難有作為。目前國內(nèi)對堆肥過程中生物大環(huán)境改良方面有一定的研究，專利技術(shù)涉及較多的為新型設(shè)備設(shè)計和改良等方面。而在微環(huán)境改良技術(shù)方面的研究則僅在于介質(zhì)的物理法改良(如使用粉煤灰)，而用于堆肥的生物表面活性劑的研發(fā)方面則尚未見報道。
傳統(tǒng)的化學(xué)表面活性劑存在很大的缺點由于它不可以被微生物降解，因此，可能對環(huán)境帶來新的污染，同時有可能抑制堆肥中微生物的活性。而生物表面活性劑是由微生物的生命活動形成的，其對微生物沒有毒害作用，同時也沒有作為優(yōu)先降解對象被微生物過早降解的危險，因此，可以用于堆肥過程中微環(huán)境的改良。
生物表面活性劑是由微生物產(chǎn)生的一種生物分子，能顯著降低表面和接口張力，對生態(tài)系統(tǒng)的毒性較低，最終會被微生物降解，使生物表面活性劑在一些方面可以逐漸代替化學(xué)合成的表面活性劑，而且應(yīng)用也越來越廣泛。如微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑可以增強油類提取，大慶石油管理局研制了一種鼠李糖脂生物表面活性劑，和其它表面活性劑復(fù)配，用于三次采油，平均采收率比水提高20％(專利申請?zhí)?9107581.1)。對于被油污染的海面或土壤，可加快油類的降解；對重金屬污染的土壤和地下水的修復(fù)等。李祖義等研究了鼠李糖脂對土壤中多環(huán)芳烴的增溶及脫附作用。然而，由于鼠李糖脂存在于微生物的發(fā)酵液中，而且含量很低，如CN1275429A公開的鼠李糖脂的最大產(chǎn)量僅為25g/L，而且發(fā)酵液中成分復(fù)雜，分離提取較純的鼠李糖脂的工藝較為復(fù)雜，它的生產(chǎn)成本中有約為70～90％都要用在中下游提取及分離工藝上，因而，鼠李糖脂大規(guī)模的應(yīng)用就受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在研究一種鼠李糖脂生物表面活性劑，提高鼠李糖脂的含量，更好地應(yīng)用于生活垃圾堆肥處理中。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)上述發(fā)明目的。
鼠李糖脂生物表面活性劑是由銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginose)經(jīng)發(fā)酵培養(yǎng)產(chǎn)生，含量為30～40g/L。生產(chǎn)鼠李糖脂的銅綠假單胞菌的培養(yǎng)基為植物油60～80g/L，NaNO33.5～4.5g/L，KH2PO41.5～2.2g/L，Na2HPO4·2H2O 1.5～2.2g/L，MgSO4·7H2O 0.6～1.1g/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.005～0.012g/L，pH 6.0～6.8，發(fā)酵罐的培養(yǎng)條件為溫度36～38℃，攪拌轉(zhuǎn)速450～550轉(zhuǎn)/分，通氣量為1.1～1.3vvm。鼠李糖脂生物表面活性劑用作生活垃圾的堆肥處理，發(fā)酵培養(yǎng)的發(fā)酵液經(jīng)離心除去菌體后，配制成0.1～0.6％的鼠李糖脂溶液，用垃圾重量的1～5％均勻混合到經(jīng)分類的生活垃圾中。


圖1堆肥堆制過程中垃圾間隙液表面張力變化；圖2堆肥堆制過程中CO2產(chǎn)生速率變化。
下面進一步詳述本發(fā)明。
銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginose)購自中國典型培養(yǎng)物保藏中心(CCTCC)，保藏號為AB93066。菌種轉(zhuǎn)接保藏在牛肉膏蛋白胨斜面培養(yǎng)基上，培養(yǎng)基成分為牛肉膏2.0g/L，蛋白胨5.0g/L，NaCl 5.0g/L，瓊脂20.0g/L，pH7.0。
種子培養(yǎng)基成分為葡萄糖18.0～25.0g/L，NaNO31.5～2.5g/L，KH2PO40.5～1.2g/L，Na2HPO4·2 H2O 0.5～1.2g/L，MgSO4·7H2O 0.6～1.1g/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.005～0.012g/L，pH6.0～6.8。三角瓶裝液量為20％，培養(yǎng)溫度36～37℃，搖床轉(zhuǎn)速180～220rpm，經(jīng)培養(yǎng)24～36小時后，以6～10％的接種量接種至發(fā)酵培養(yǎng)基中。
發(fā)酵培養(yǎng)基成分植物油60～80％，NaNO33.5～4.5g/L，KH2PO41.5～2.2g/L，Na2HPO4·2H2O 1.5～2.2g/L，MgSO4·7H2O 0.6～1.1g/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.005～0.012g/L，pH6.0～6.8。發(fā)酵罐的培養(yǎng)條件為溫度為36～38℃，攪拌轉(zhuǎn)速450～550轉(zhuǎn)/分，通氣量為1.1～1.3vvm。
該菌株具有較強的生物表面活性劑生產(chǎn)能力，同時在憎水性碳源植物油的誘導(dǎo)作用下，使得在對數(shù)生長后期和停滯期產(chǎn)生鼠李糖脂的量最大，達到30～40g/L。
銅綠假單胞菌經(jīng)過2～4天的培養(yǎng)，發(fā)酵液經(jīng)離心(7000-10000rpm)除去菌體，得到鼠李糖脂產(chǎn)品，該產(chǎn)品的主要活性成分為單鼠李糖脂和二鼠李糖脂，其分子結(jié)構(gòu)為 單鼠李糖脂分子 二鼠李糖脂分子其余為中性脂、多糖，表面張力為33～35mN/m。
將得到的鼠李糖脂產(chǎn)品，配制成0.1～0.6％鼠李糖脂溶液，可以通過以下兩種方式施用，根據(jù)垃圾的含水率不同，鼠李糖脂溶液的施用量為垃圾重量的1～5％1.鼠李糖脂可在混合攪拌裝置中加入，從而在垃圾混合攪拌的過程中與垃圾充分混勻，使垃圾處理的微環(huán)境在初始階段即得到改善；2.運行過程中如需補加生物表面活性劑，則需配合濕度調(diào)節(jié)裝置。在噴淋系統(tǒng)的水源中加入上述濃度的鼠李糖脂溶液。隨著水分的補充，生物表面活性劑便可進入反應(yīng)器，從而改善微生物的生存微環(huán)境。
由于堆肥過程是多種微生物共同作用的一個復(fù)雜過程，垃圾的成分也很復(fù)雜，鼠李糖脂發(fā)酵液中的微生物代謝產(chǎn)物以及鹽類都可以被微生物利用，不會對堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生負面影響。
一旦鼠李糖脂被引入垃圾顆粒的間隙，鼠李糖脂分子的疏水端將與有機垃圾親合，使分子固定在垃圾顆粒表面；親水端溶于顆粒孔隙內(nèi)的水中。這種兩親性基團的不同作用使水在垃圾顆粒表面形成穩(wěn)定的液膜，最大可能的為微生物的反應(yīng)提供表面環(huán)境。同時，鼠李糖脂分子的疏水端會提高有機物在水膜中的溶解度，從而加速微生物對有機物的分解；另外，鼠李糖脂的加入還有利于提高難降解有機物的生物可利用性。通過實驗測定可以發(fā)現(xiàn)，加入鼠李糖脂的堆肥反應(yīng)器中，由于微生物的活動旺盛，使得CO2的產(chǎn)生速率大于普通的堆肥反應(yīng)器。經(jīng)腐熟后，堆肥成品性質(zhì)較好，質(zhì)量穩(wěn)定。
具體實施例方式1、鼠李糖脂生物表面活性劑的制備1)將銅綠假單胞菌從斜面培養(yǎng)基接種至種子培養(yǎng)基中，進行搖瓶培養(yǎng)，500ml的三角瓶裝培養(yǎng)液100ml，37℃、200rpm振蕩培養(yǎng)24小時；2)在5L的全自動發(fā)酵罐中裝入4L以植物油為碳源的發(fā)酵培養(yǎng)基；接種銅綠假單胞菌種子培養(yǎng)液100mL，溫度37℃，攪拌轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/分，通氣量為1.2vvm，用HCl和NaOH控制pH值6.5，發(fā)酵時間為76小時，得到含表面活性劑的培養(yǎng)液3.6L，經(jīng)測定發(fā)酵液的表面張力為34.8mN/m；3)將發(fā)酵液離心(8000rpm)除去菌體，得到鼠李糖脂溶液，通過檢測，鼠李糖脂含量為37.5g/L；4)將鼠李糖脂溶液稀釋15倍，得到0.25％的鼠李糖脂溶液，備用。種子培養(yǎng)基與發(fā)酵培養(yǎng)基成分如下

2、在堆肥中的應(yīng)用采集長沙市某生活區(qū)的生活垃圾20kg，經(jīng)過破碎、篩分得到可堆肥垃圾8kg，經(jīng)測定，垃圾的含水率為55％，C/N＝25，有機物含量60％。將垃圾裝入堆肥裝置中，該裝置的體積為12L，可裝垃圾9L。裝入垃圾的同時，噴灑0.25％的鼠李糖脂溶液，噴灑量為垃圾重量的2％。
堆肥過程中提取垃圾間隙液，測定表面張力，同時檢測堆肥過程中CO2的產(chǎn)生速率，堆肥過程中的垃圾間隙液的表面張力和CO2的產(chǎn)生速率見圖1和圖2。
通過和沒有噴灑鼠李糖脂溶液的堆肥系統(tǒng)比較，可以發(fā)現(xiàn)噴灑鼠李糖脂溶液的堆肥系統(tǒng)中，垃圾間隙液的表面張力較低，而且CO2的產(chǎn)生速率相對較大，堆肥有機物質(zhì)降解速率較快，縮短了堆肥的時間。
權(quán)利要求
1.一種鼠李糖脂生物表面活性劑，其特征在于該生物表面活性劑是由銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginose)經(jīng)發(fā)酵培養(yǎng)產(chǎn)生，鼠李糖脂含量為30～40g/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼠李糖脂生物表面活性劑，其特征在于，生產(chǎn)鼠李糖脂的銅綠假單胞菌的發(fā)酵培養(yǎng)基為植物油60～80g/L，NaNO33.5～4.5g/L，KH2PO41.5～2.2g/L，Na2HPO4·2H2O 1.5～2.2g/L，MgSO4·7H2O 0.6～1.1g/L，F(xiàn)eSO4·7H2O 0.005～0.012g/L，pH6.0～6.8，發(fā)酵罐的培養(yǎng)條件為溫度36～38℃，攪拌轉(zhuǎn)速450～550轉(zhuǎn)/分，通氣量為1.1～1.3vvm。
3.一種如權(quán)利要求1所述的鼠李糖脂生物表面活性劑的應(yīng)用，其特征在于鼠李糖脂生物表面活性劑用作生活垃圾的堆肥化處理，銅綠假單胞菌發(fā)酵培養(yǎng)的發(fā)酵液經(jīng)離心除去菌體后，配制成0.1～0.6％的鼠李糖脂溶液，用垃圾重量的1～5％均勻混合到經(jīng)分類的生活垃圾中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑及其在生活垃圾堆肥化中的應(yīng)用。鼠李糖脂生物表面活性劑的產(chǎn)生菌為銅綠假單胞菌，以植物油為碳源，在最佳條件下培養(yǎng)出鼠李糖脂發(fā)酵液，使產(chǎn)量達到30～40g/L，離心除去菌體，以一定的比例稀釋后，直接用于生活垃圾堆肥處理過程。在堆肥過程中，通過加入鼠李糖脂溶液，可以提高堆肥中垃圾顆粒表面的潤濕性、改善堆肥中微生物活動的微環(huán)境，提高堆肥的效率和品質(zhì)。
文檔編號B01F17/00GK1431036SQ0311804
公開日2003年7月23日 申請日期2003年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者時進鋼, 袁興中, 曾光明, 黃國和 申請人:湖南大學(xué)