CN102533624A

CN102533624A - 一种微生物复合菌及其在促进中药渣厌氧发酵产沼气中的应用

Info

Publication number: CN102533624A
Application number: CN2012100566547A
Authority: CN
Inventors: 程辉彩; 张丽萍; 董仁杰; 李书生; 习彦花; 崔冠慧; 张根伟
Original assignee: Institute of Biology of Hebei Academy of Sciences
Current assignee: Hebei Green Biochemical Science And Technology Co ltd
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: CN102533624B

Abstract

本发明涉及一种高效厌氧降解中药渣产沼气的微生物复合菌，属于厌氧发酵技术领域。它是由粪肥纤维单胞菌、蜡状芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、溶纸梭菌、双酶梭菌、乙二醇梭菌和丁酸梭菌7种微生物按一定比例复合而成。该复合菌可以在常温或中温条件下，有效促进中药渣厌氧发酵水解效率和沼气产气率，同时还对纤维素含量高的牛粪、秸秆等为原料的厌氧发酵也有显著的促进作用。

Description

一种微生物复合菌及其在促进中药渣厌氧发酵产沼气中的应用

技术领域

本发明涉及微生物厌氧发酵技术领域，具体涉及一种由多种微生物按一定比例复合而成的微生物复合菌以及该复合菌在促进中药渣厌氧发酵产沼气中的应用。

背景技术

随着我国中医药事业的迅速发展，截至2011年3月末，中药制药企业达1885个，全国各大中药厂的中药渣废弃量日益增加，年排放量达3000多万吨以上，目前对其主要采用焚烧、填埋、固定区域堆放等传统的处理方法，不仅要投入大量的资金、人力、物力，而且也造成了资源的极大浪费和环境的严重污染。中药渣含有丰富的有机质及营养成分，作为一种优质生物质原料却有95%以上未得到有效利用。因此，如何合理地处置和利用中药渣是实现中药现代化进程中一个急需解决的问题。

沼气是由微生物发酵分解生物有机质产生的高热值可再生洁净能源，利用生物质原料生产沼气技术是当前有机废弃物无害化、资源化、能源化处理的一种主要途径。因此，利用中药渣作为沼气原料，不仅可以解决我国大量中药渣的环境污染问题，使生物质资源得到深度开发和循环利用，而且产生的沼气可作为工业燃料代替商品能源，为中药企业节约大量资金。同时，对缓解能源危机、保护生态环境、减少疾病发生等方面都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是解决在常温或中温条件下，直接用中药渣厌氧发酵有机物降解速率慢、产沼气效率低等问题，提供一种可有效提高中药渣厌氧发酵水平的微生物复合菌及其应用。

本发明采取的技术方案：

一种微生物复合菌，由以下7种菌株组成：

①粪肥纤维单胞菌（Cellulomonas fimi）：细胞呈短杆状，无芽孢，兼性厌氧生长，可产纤维素酶降解纤维素。菌株保藏编号ATCC 484 。

②蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）：杆状，形成芽孢，芽孢椭圆或柱形，革兰氏染色阳性，兼性厌氧生长，可产蛋白酶。菌株保藏编号ATCC 12480。

③解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）：杆状，产芽孢，革兰氏染色阳性，兼性厌氧生长，可产淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等多种酶。菌株保藏编号ATCC 23842。

④溶纸梭菌（Clostridium papyrosolvens）：杆状，严格厌氧生长，可降解纤维素产生乙酸、氢气和二氧化碳。菌株保藏编号ATCC 700395。

⑤双酶梭菌（Clostridium bifermentans）：菌体长杆状，产芽孢，革兰氏染色阳性，严格厌氧生长，利用葡萄糖和碳水化合物产生H2、乙酸、乙醇、丁酸等。菌株保藏编号ATCC 17838。

⑥乙二醇梭菌(Clostridium glycolicum)：杆菌，成长链状，产芽孢，革兰氏染色阳性，严格厌氧生长，可利用葡萄糖和碳水化合物产氢气、乙酸、乙醇等。菌株保藏编号ATCC 29797。

⑦丁酸梭菌（Clostridium butyricum）：杆状，成链或单生，产芽孢，革兰氏染色阳性，严格厌氧生长，可利用淀粉、葡萄糖和碳水化合物产氢气、乙酸、丁酸等。菌株保藏编号ATCC 13732。

上述7个菌株的菌体量占所述微生物复合菌中菌体总量的百分比分别为：所述粪肥纤维单胞菌占10-35%，所述溶纸梭菌占15-28%，所述蜡状芽孢杆菌占5-15%，所述解淀粉芽孢杆菌占8-25%，所述丁酸梭菌占10-25%，所述乙二醇梭菌占5-15%，所述双酶梭菌占6-15%。以上菌株均可通过美国典型培养物中心（ATCC）获得。

所述微生物复合菌的应用，其是以中药渣为原料，以正常发酵沼气池中的沼液为接种物，以接种量20-30%（v/v）接入所述原料中，形成厌氧发酵液，使所述厌氧发酵液中干物质浓度为6-10%，按所述厌氧发酵液总量的8-15%接入所述微生物复合菌的菌液，所述菌液是将上述7种菌株在如下培养基中混合培养得到：蛋白胨 5g，酵母膏 5g，萄糖5 g，微晶纤维素粉2 g，NaCl 0.5 g，KH₂PO₄ 0.8 g，MgSO₄0.2 g，水1000ml，pH 7.2～7.4，菌液中含细菌总数≥10¹⁰个/mL。在25±1℃下发酵50天，或在35±1℃下发酵30天。

本发明的积极效果是：在以中药渣为原料的厌氧反应过程中，加入该微生物复合菌，可有效提高发酵过程中原料的水解效率和沼气产气率。

与现有技术相比，首先，在常温和中温条件下，中药渣直接用于厌氧发酵其产气效率很低甚至不产气，本发明利用添加微生物复合菌，有效提高中药渣水解效率和沼气产量，与直接将中药渣用于厌氧发酵相比，可提高沼气产量40-70%。其次，本发明采用的菌剂为复合菌，分别含有多种酶（纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶及脂肪酶）产生菌和产氢产乙酸菌，充分利用菌株间的互利互惠、各种代谢产物间的协同作用，来克服单菌种发酵及应用的缺点。相对于单一菌剂，该复合菌剂在厌氧发酵微生态环境中具有更大的缓冲能力与环境适应能力；第三，该微生物复合菌除用于中药渣厌氧发酵外，还可有效提高纤维素含量高的原料如：牛粪、作物秸秆等进行厌氧发酵产沼气的效率。因此，本发明的实现，不仅可以解决大量中药渣再利用和环境污染问题，而且对促进农业可持续发展、保护生态环境具有重要意义，有着切实的经济、社会效益和广阔的应用前景。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的技术方案进行详述，但不作为对本发明的限定。

实施例1

一种促进中药渣厌氧发酵产沼气微生物复合菌，由以下7种菌株组成粪肥纤维单胞菌（Cellulomonas fimi）、蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）、解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）、溶纸梭菌（Clostridium papyrosolvens）、双酶梭菌（Clostridium bifermentans）、乙二醇梭菌(Clostridium glycolicum)和丁酸梭菌（Clostridium butyricum）。

上述各种微生物在复合菌中的细菌数含量分别为：粪肥纤维单胞菌占18%、溶纸梭菌占26%、蜡状芽孢杆菌占5%、解淀粉芽孢杆菌占15%、丁酸梭菌占10%、乙二醇梭菌占14%、双酶梭菌液12%。

中药渣厌氧发酵产沼气试验：采用10L全混式厌氧发酵装置，以中药渣为原料，以正常发酵沼气池中的沼液为接种物，接种量20-30%（体积比），最终厌氧发酵液TS为6%（TS又称干物质浓度，指将一定量的发酵料液放置在100-105℃烘箱内，烘干至恒重，烘干物质占总重的百分比），按厌氧发酵液总量的8%接入所述微生物复合菌的菌液，所述菌液是将上述7种菌株在如下培养基中混合培养得到：蛋白胨 5g，酵母膏 5g，萄糖5 g，微晶纤维素粉2 g，NaCl 0.5 g，KH₂PO₄ 0.8 g，MgSO₄0.2 g，水1000ml，pH 7.2～7.4，菌液中含细菌总数≥10¹⁰个/mL。分别在常温（25±1℃）条件下发酵50天，中温（35±1℃）条件下发酵30天，产沼气效果见下表：

实施例2：

一种促进中药渣厌氧发酵产沼气复合菌，由以下7种菌株组成粪肥纤维单胞菌（Cellulomonas fimi）、蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）、解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）、溶纸梭菌（Clostridium papyrosolvens）、双酶梭菌（Clostridium bifermentans）、乙二醇梭菌(Clostridium glycolicum)和丁酸梭菌（Clostridium butyricum）。

上述各种微生物在复合菌中的细菌数含量分别为：粪肥纤维单胞菌占35%、溶纸梭菌占15%、蜡状芽孢杆菌占6%、解淀粉芽孢杆菌占8%、丁酸梭菌占19%、乙二醇梭菌占6%、双酶梭菌液11%。

中药渣厌氧发酵产沼气试验：采用10L全混式厌氧发酵装置，以中药渣为原料，以正常发酵沼气池中的沼液为接种物，接种量20-30%（体积比），形成厌氧发酵液，其中TS为8%，按厌氧发酵液总量的13%接入所述微生物复合菌的菌液，所述菌液是将上述7种菌株在如下培养基中混合培养得到：蛋白胨 5g，酵母膏 5g，萄糖5 g，微晶纤维素粉2 g，NaCl 0.5 g，KH₂PO₄ 0.8 g，MgSO₄0.2 g，水1000ml，pH 7.2～7.4，菌液中含细菌总数≥10¹⁰个/mL。在常温（25±1℃）条件下发酵50天，中温（35±1℃）条件下发酵30天，产沼气效果见下表：

实施例3：

上述各种微生物在复合菌中的细菌数含量分别为：粪肥纤维单胞菌占12%、溶纸梭菌占22%、蜡状芽孢杆菌占7%、解淀粉芽孢杆菌占25%、丁酸梭菌占12%、乙二醇梭菌占12%、双酶梭菌液10%。

中药渣厌氧发酵产沼气试验：采用10L全混式厌氧发酵装置，以中药渣为原料，以正常发酵沼气池中的沼液为接种物，接种量20-30%（体积比），形成厌氧发酵液，其中TS为10%，按厌氧发酵液总量的15%接入所述微生物复合菌的菌液，所述菌液是将上述7种菌株在如下培养基中混合培养得到：蛋白胨 3-10g，酵母膏 1-5g，萄糖1-5 g，微晶纤维素粉1-5 g，NaCl 0.1-1 g，KH₂PO₄ 0.2-1.0 g，MgSO₄0.1-0.5 g，水1000ml，pH 7.2～7.4，菌液中含细菌总数≥10¹⁰个/mL。分别在常温（25±1℃）条件下发酵50天，中温（35±1℃）条件下发酵30天，产沼气效果见下表：

实施例4-9

实施例4-9中各菌株比例见表1，发酵条件和产沼气效果见表2，实施例4-9的其他条件同实施例1。

表1实施例4-9的各菌种比例

菌种	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8	实施9
							粪肥纤维单胞菌（%）	29	27	23	20	15	25
溶纸梭菌（%）	16	21	19	17	28	20
							蜡状芽孢杆菌（%）	8	9	5	12	9	10
解淀粉芽孢杆菌（%）	18	12	20	9	17	10
							丁酸梭菌（%）	15	10	16	25	14	20
乙二醇梭菌（%）	8	12	9	10	11	7
							双酶梭菌（%）	6	9	8	7	6	8

表2实施例4-9产沼气结果

Figure 2012100566547100002DEST_PATH_IMAGE007

Claims

1.一种微生物复合菌，其特征在于由以下7种菌株组成：

①粪肥纤维单胞菌（Cellulomonas fimi）ATCC 484；

②蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）ATCC 12480；

③解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）ATCC23842；

④溶纸梭菌（Clostridium papyrosolvens）ATCC 700395；

⑤双酶梭菌（Clostridium bifermentans）ATCC 17838；

⑥乙二醇梭菌(Clostridium glycolicum) ATCC 29797；

⑦丁酸梭菌（Clostridium butyricum）ATCC 13732；

上述7种菌株的菌体细胞数占所述微生物复合菌中菌体细胞总数的百分比分别为：所述粪肥纤维单胞菌占10-35%，所述溶纸梭菌占15-28%，所述蜡状芽孢杆菌占5-15%，所述解淀粉芽孢杆菌占8-25%，所述丁酸梭菌占10-25%，所述乙二醇梭菌占5-15%，所述双酶梭菌占6-15%。

2.权利要求1所述的微生物复合菌在促进中药渣厌氧发酵产沼气中的应用，其特征在于以中药渣为原料，以正常发酵沼气池中的沼液为接种物，以接种量20-30%（v/v）接入所述原料中，形成厌氧发酵液，使所述厌氧发酵液中干物质浓度为6-10%；按所述厌氧发酵液总量的8-15%接入所述微生物复合菌的菌液，所述菌液中菌体总数≥10¹⁰个/mL，在25±1℃下发酵50天，或在35±1℃下发酵30天。