CN110577917A

CN110577917A - 一种秸秆生物降解复合菌剂及其应用

Info

Publication number: CN110577917A
Application number: CN201910948209.3A
Authority: CN
Inventors: 周辉
Original assignee: Guangdong Puyu Flying Biotechnology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Puyu Flying Biotechnology Co Ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2019-12-17
Also published as: WO2021062887A1

Abstract

本发明公开了一种秸秆生物降解复合菌剂，所述复合菌剂为枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌和变色栓菌的复配。本发明属于环保型技术，通过微生物降解植物秸秆取代了目前制浆技术中普遍使用的化学法制浆法，因而避免了传统制浆工艺中大量化学试剂的使用对环境的污染，在制浆的生产工艺过程中水可以循环使用，不排放任何含有有机化合物和悬浮物的污水，避免了污水治理的环节，节约了生产成本，全部生产工艺过程中无需加热，常温分解，常温漂白。同时，本发明还公开一种所述秸秆生物降解复合菌剂的制备方法及应用。

Description

一种秸秆生物降解复合菌剂及其应用

技术领域

本发明涉及秸秆降解技术领域，尤其是一种秸秆生物降解复合菌剂及其应用。

背景技术

秸秆纤维素是地球上一种十分宝贵的生物质能资源，它广泛存在于各种农业生产系统中。我国作为产粮大国，据统计每年产生近7亿吨农作物秸秆，但是由于缺乏引导以及行之有效的处理方式，秸秆的处理问题也日益凸显，对于秸秆的处理方式多数以燃烧或者废弃为主，这也成为农村环境污染的新源头，目前对于秸秆的处理方式，不仅浪费了宝贵的可再生资源，同时还带来了各种危害，造成大气污染、土壤矿化、火灾和交通事故等。如何综合有效的利用农作物秸秆避免生物质能源的浪费，又能带来农民收入的提升成为解决秸秆问题的重点。

近年来，随着现代工业的发展，能源短缺以及环境污染的问题也日益凸显，秸秆资源的综合利用逐渐成为社会密切关注的热点。秸秆造纸是其中的一个重要方向。造纸工业是污染源中的大户，而制浆又是污染的重中之重。制浆是造纸工业的第一道工序，目前全球范围内基本上都是采用化学制浆或化学机械浆法，主要是碱法、亚硫酸铵法等，因此传统制浆工艺在制浆蒸煮过程中均会在一定程度上伴随着大量的黑液废液的排出，严重地污染着环境。随着环境保护要求日益严格，传统制浆造纸企业需要投入大量的成本来对生产过程中产生的含有高毒性和强致癌性物质的污水进行处理，增加了企业生产成本的同时也降低了企业产品的市场竞争能力。因此有必要对传统工艺进行改进，提高制浆工艺的环境友好性。

自二十世纪五十年代起，生物技术得到了突飞猛进的发展，利用生物学方法去替代解决工业生产中的某些工艺成为研究的热点，在制浆领域，生物法因其利用微生物自身产生的纤维素酶来降解木质纤维素，高效经济且安全受到了广泛关注。因此有必要对传统工艺进行改进，提高制浆工艺的环境友好性。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种秸秆生物降解复合菌剂。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种秸秆生物降解复合菌剂，所述复合菌剂为枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌和变色栓菌的复配。

本申请复合菌剂中，黄孢原毛平革菌和变色栓菌主要对秸秆中的木质素进行脱除，且有助于漂白、染料脱色；枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌主要进行半纤维素的疏解。

优选地，所述枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌和变色栓菌的菌落数配比为：(1～3):(1～3):(1～3):(1～3):(1～3)。

更优选地，所述枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌和变色栓菌的菌落数配比为：1:1:1:1:1。

同时，本发明还提供一种所述的秸秆生物降解复合菌剂的制备方法，包括如下步骤：

1)菌落活化：将枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、变色栓菌在无菌条件下分别接种于固体平板，活化菌落；

2)种子培养：将上述活化的菌种在无菌条件下分别接种于液体培养基，在150-180rpm摇床培养；

3)发酵培养：将上述种子液接种于液体培养基中，发酵培养；

4)复合菌剂的制备：将上述发酵培养液按照配比进行混合，配制得到所述复合菌剂。

优选地，所述步骤1)中，枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌接种于YPD平板培养1-3天；黄孢原毛平革菌、变色栓菌接种于马铃薯培养基(PDA)平板培养3-5天。

优选地，所述步骤2)中，枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌于25℃-30℃条件下接种YPD液体培养基中摇床培养2-4天；黄孢原毛平革菌、变色栓菌在25℃-30℃条件下接种于马铃薯液体培养基中摇床培养3-5天。

优选地，所述步骤3)中，种子液的接种量为液体培养基体积的0.5-2％。

更优选地，所述步骤3)中，种子液的接种量为液体培养基体积的1％。

此外，本发明还提供一种所述的秸秆生物降解复合菌剂在制浆工艺中的应用。

优选地，所述制浆工艺包括如下步骤：

1)、秸秆的预处理：将秸秆进行去杂粉碎；

2)、蒸煮灭菌：将粉碎后的秸秆进行蒸煮灭菌处理，灭菌温度为115-121℃，灭菌时间为15-20min；

3)、生物降解：将蒸煮灭菌后的秸秆送入降解池，待冷却后向降解池内加入含有秸秆生物降解复合菌剂的活性发酵液，混合均匀，发酵降解至秸秆呈蓬松状，得到纸浆原料；

4)、过滤：将滤网滤出的纸浆原料放入浆池中，加水搅拌成纸浆，加入制浆助剂后再搅拌混匀，其中，所述制浆助剂的质量为所述纸浆质量的3％-5％；

5)、磨浆；

6)、漂白；

7)、挤干水分。

优选地，所述步骤3)中，所述活性发酵液的加入量为植物纤维总重量的20％-40％。

本申请上述活性发酵液的加入量是在综合考虑发酵液的使用与降解效果基础上，发现上述范围的加入量，在既可以节省发酵液的使用量，处理时间适中，降解效果适合的情况下进行的选择，虽然增加使用量可以加快降解，但是成本也比较高。

优选地，所述步骤3)中，发酵的温度为20-30℃，发酵的时间为48-120小时。本申请上述复合菌剂发酵温度及时间的选择，可以更好的保证纤维素进行有效的分解。

更优选地，当发酵温度为20-25℃时，发酵时间为80-120h；当发酵温度为25-30℃时，发酵时间为48-80h。

优选地，所述步骤4)中，所述制浆助剂包含以下重量份的成分：尿素20-30份、DTPA10-20份、脂肪醇聚氧烷基醚15-25份和脂肪醇聚氧乙烯醚15-25份。

更优选地，所述制浆助剂还包含钙粉与元明粉以等比例混合的赋形剂。

其中，DTPA能够消除重金属离子对后续过氧化氢的影响；尿素能够促进过氧化氢稳定快速的分解；脂肪醇聚氧烷基醚与脂肪醇聚氧乙烯醚起到渗透乳化的作用。

优选地，所述磨浆为纸浆通过输送带带入高浓磨浆机，加入30-45℃的水，经过高速磨片使浆料中的纤维分解。

优选地，所述漂白为：磨浆结束后向纸浆中加入过氧化氢进行漂白处理2-3h，漂白处理后升温至90℃使过氧化氢分解。

优选地，所述挤干水分的过程为：将经过漂白处理的制浆输送到滤网中过滤掉纸浆中的部分水分，其中水排到滤网下部的蓄水池，过滤后的纸浆再通过挤干机，挤出40-50％的水分，再通过打包机，挤出水分10％，纸浆成品干度在50-60％。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明属于环保型技术，通过采用枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌和变色栓菌复合菌剂对农作物秸秆进行处理，因而避免了传统制浆工艺中大量化学试剂的使用对环境的污染，在制浆的生产工艺过程中水可以循环使用，不排放任何含有有机化合物和悬浮物的污水，避免了污水治理的环节，节约了生产成本，降低了能耗消耗，全部生产工艺过程中无需加热，常温分解，常温漂白。

该技术设计新颖、独特，思路清晰，适应性和普遍性强，产业化程度高；利用复合微生物菌剂进行制浆，避免了大量化学制剂的使用，解决了传统制浆工艺中废水的处理问题，降低了企业的生产成本，技术先进，同时兼具环保性，符合国家节能减排战略。

附图说明

图1为本发明制浆工艺流程图。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例中培养基的配制:

马铃薯培养基(PDA)成分如下：马铃薯提取液1.0L，葡萄糖20.0g，KH₂PO₄3.0g，MgSO₄.7H₂O 1.5g，琼脂15.0g(液体培养基无需)，pH 6.0。所述马铃薯提取液的制备方法：取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1.0L煮沸30min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1.0L；

YPD培养基的成分如下：酵母提取物1％，胰蛋白胨2％，葡萄糖2％，琼脂1％(液体培养基无需)。

实施例1

本发明所述秸秆生物降解复合菌剂的一种实施例，本实施例所述秸秆生物降解复合菌剂的制备方法如下：

1)斜面培养：将枯草芽孢杆菌，解淀粉芽孢杆菌，蜡样芽孢杆菌接种于YPD平板活化3天；黄孢原毛平革菌，变色栓菌接种于马铃薯培养基(PDA)平板活化4天。

2)将上述活化的菌种在无菌条件下分别接种于对应的液体培养基，30℃，180rpm摇床培养。其中枯草芽孢杆菌，解淀粉芽孢杆菌，蜡样芽孢杆菌2天；黄孢原毛平革菌，变色栓菌培养5天；

3)将上述种子液接种于液体培养基中，发酵培养。接种量为液体培养基的体积的1％，发酵时间为7天。

4)按照枯草芽孢杆菌，解淀粉芽孢杆菌，蜡样芽孢杆菌，黄孢原毛平革菌，变色栓菌的菌落形成单位数目3:1:3:1:3混合配制即得秸秆降解菌系。

将上述制备得到的秸秆生物降解复合菌剂应用于植物秸秆生物降解制浆，具体方法如附图1所示：

1、将秸秆使用切碎机进行切段处理，切断长度为5-10cm，切断后对秸秆进行清洗，去除秸秆上的杂质，清洗后晒干；

2、使用立式粉碎机将秸秆进行粉碎处理；

3、将粉碎后的植物秸秆进行蒸煮灭菌处理，蒸煮灭菌时间为20分钟，温度为120℃；

4、蒸煮灭菌后的的植物秸秆送入降解池，待冷却后向降解池内加入麦草秸秆干重30％的复合菌发酵母液，混合均匀，在30℃进行发酵降解72小时至秸秆呈蓬松状即为纸浆原料；

5、使用滤网将降解池中的滤液排出至贮备罐，贮备罐中的降解液可继续投入复合菌发酵罐以循环利用；

6、将滤网滤出的纸浆原料放入制浆池中，加水搅拌成纸浆，向其中加入3％的制浆助剂，搅拌混匀，以100重量份计，所述制浆助剂的成分为：尿素20份、DTPA 10份、脂肪醇聚氧烷基醚15份和脂肪醇聚氧乙烯醚25份，余量为钙粉与元明粉以等比例混合的赋形剂；

7、将上述纸浆送入高浓磨浆机内进行磨浆，所述磨浆为纸浆通过输送带带入高浓磨浆机，加入30℃的水，经过高速磨片使浆料中的纤维分解；

8、磨浆结束后向上述纸浆中加入秸秆20％干重的过氧化氢进行漂白处理，处理时间为2h，漂白结束后升温至90℃使过氧化氢分解；

9、将步骤8中的经过漂白处理的制浆输送到滤网中过滤掉纸浆中的部分水分，其中水排到滤网下部的蓄水池，过滤后的纸浆再通过挤干机，挤出40-50％的水分，再通过打包机，挤出水分10％，纸浆成品干度在50-60％。

实施例2

1)斜面培养：将枯草芽孢杆菌，解淀粉芽孢杆菌，蜡样芽孢杆菌接种于YPD平板活化1天；黄孢原毛平革菌，变色栓菌接种于马铃薯培养基(PDA)平板活化3天。

2)将上述活化的菌种在无菌条件下分别接种于对应的液体培养基，30℃，180rpm摇床培养。其中枯草芽孢杆菌，解淀粉芽孢杆菌，蜡样芽孢杆菌3天；黄孢原毛平革菌，变色栓菌培养3天；

3)将上述种子液接种于液体培养基中，发酵培养。接种量为液体培养基的体积的0.5％，发酵时间为5天。

4)按照枯草芽孢杆菌，解淀粉芽孢杆菌，蜡样芽孢杆菌，黄孢原毛平革菌，变色栓菌的菌落形成单位数目1:3:1:3:1混合配制即得秸秆降解菌系。

将上述制备得到的秸秆生物降解复合菌剂应用于植物秸秆生物降解制浆，具体方法如下：

2、使用立式粉碎机将秸秆进行粉碎处理；

4、蒸煮灭菌后的的植物秸秆送入降解池，待冷却后向降解池内加入麦草秸秆干重20％的复合菌发酵母液，混合均匀，在25℃进行发酵降解48小时至秸秆呈蓬松状即为纸浆原料；

6、将滤网滤出的纸浆原料放入制浆池中，加水搅拌成纸浆，向其中加入4％的制浆助剂，搅拌混匀，以100重量份计，所述制浆助剂的成分为：尿素30份、DTPA 20份、脂肪醇聚氧烷基醚25份和脂肪醇聚氧乙烯醚15份，余量为钙粉与元明粉以等比例混合的赋形剂；

7、将上述纸浆送入高浓磨浆机内进行磨浆，所述磨浆为纸浆通过输送带带入高浓磨浆机，加入45℃的水，经过高速磨片使浆料中的纤维分解；

实施例3

1)斜面培养：将枯草芽孢杆菌，解淀粉芽孢杆菌，蜡样芽孢杆菌接种于YPD平板活化2天；黄孢原毛平革菌，变色栓菌接种于马铃薯培养基(PDA)平板活化5天。

2)将上述活化的菌种在无菌条件下分别接种于对应的液体培养基，30℃，180rpm摇床培养。其中枯草芽孢杆菌，解淀粉芽孢杆菌，蜡样芽孢杆菌4天；黄孢原毛平革菌，变色栓菌培养4天；

3)将上述种子液接种于液体培养基中，发酵培养。接种量为液体培养基的体积的2％，发酵时间为6天。

4)按照枯草芽孢杆菌，解淀粉芽孢杆菌，蜡样芽孢杆菌，黄孢原毛平革菌，变色栓菌的菌落形成单位数目1:1:1:1:1混合配制即得秸秆降解菌系。

2、使用立式粉碎机将秸秆进行粉碎处理；

3、将粉碎后的植物秸秆进行蒸煮灭菌处理，蒸煮灭菌时间为15分钟，温度为118℃；

4、蒸煮灭菌后的的植物秸秆送入降解池，待冷却后向降解池内加入麦草秸秆干重40％的复合菌发酵母液，混合均匀，在20℃进行发酵降解120小时至秸秆呈蓬松状即为纸浆原料；

6、将滤网滤出的纸浆原料放入制浆池中，加水搅拌成纸浆，向其中加入5％的制浆助剂，搅拌混匀，以100重量份计，所述制浆助剂的成分为：尿素25份、DTPA 15份、脂肪醇聚氧烷基醚22份和脂肪醇聚氧乙烯醚18份，余量为钙粉与元明粉以等比例混合的赋形剂；

7、将上述纸浆送入高浓磨浆机内进行磨浆，所述磨浆为纸浆通过输送带带入高浓磨浆机，加入40℃的水，经过高速磨片使浆料中的纤维分解；

对本发明的秸秆生物酶降解制浆工艺条件下制得的纸浆浆料分别进行浆得率，白度和所制得纸张的断裂长及环压指数检测，浆得率的计算公式：(m₁/m)*100％(m₁指粗浆干重，m指原料干重)，白度以及纸张的断裂长和环压指数分别使用白度测定仪器、纸张抗张强度测定仪测定，检测结果如下表1所示。

表1本发明的秸秆生物酶降解制浆工艺条件下制得的纸浆性能

	实施例1	实施例2	实施例3
				浆得率(％)	75.2	74.3	77.6
白度(％ISO)	86	85	89
				断裂长(Km)	4.71	4.85	4.68
环压指数(N.m/g)	11.2	11.3	11.5

由表1可以看出，本发明实施例提供的使用复合生物菌剂对秸秆进行生物制浆的方法，所得造纸浆料的浆得率高于70％，白度高于85％，断裂长大于4.6Km，环压指数高于11.2N.m/g，且当各菌的比例为1:1:1:1:1时，浆得率、白度分别为77.6％、89％，效果较好。表明本发明提供的复合生物菌剂生物制浆的方法在得浆率和白度上满足需求，所制成纸张的机械性能也较优异。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种秸秆生物降解复合菌剂，其特征在于，所述复合菌剂为枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌和变色栓菌的复配。

2.如权利要求1所述的秸秆生物降解复合菌剂，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌和变色栓菌的菌落数配比为：(1～3):(1～3):(1～3):(1～3):(1～3)。

3.如权利要求2所述的秸秆生物降解复合菌剂，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌和变色栓菌的菌落数配比为：1:1:1:1:1。

4.一种如权利要求1～3任一项所述的秸秆生物降解复合菌剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的秸秆生物降解复合菌剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，种子液的接种量为液体培养基体积的0.5-2％。

6.一种如权利要求1～3任一项所述的秸秆生物降解复合菌剂在制浆工艺中的应用。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述制浆工艺包括如下步骤：

1)、秸秆的预处理：将秸秆进行去杂粉碎；

5)、磨浆；

6)、漂白；

7)、挤干水分。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述步骤3)中，所述活性发酵液的加入量为植物纤维总重量的20％-40％。

9.如权利要求7或8所述的应用，其特征在于，所述步骤3)中，发酵的温度为20-30℃，发酵的时间为48-120小时。

10.如权利要求7所述的应用，其特征在于，所述步骤5)中，所述制浆助剂包含以下重量份的成分：尿素20-30份、DTPA 10-20份、脂肪醇聚氧烷基醚15-25份和脂肪醇聚氧乙烯醚15-25份。