一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法

1.本发明涉及肥料生产技术领域，尤其涉及一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法。


背景技术：

2.有机肥能有效提高化肥利用率，分解农药残留，改善作物品质，生产出无公害食品，减少因化肥施用过量而引起农产品对人体和禽兽造成的危害；另一方面，有机肥本身含有的无机、有机养分可直接提供农作物营养，有利于作物的吸收和品质的提高，增强土壤微生物的活性，加速土壤有机质的分解和矿物养分的转化，从而强化农作物根系对养分的吸收，且增强植物抗病虫害的能力。
3.近年来，氨基酸生物有机肥成为肥料行业里比较热门的新型肥料，在应用上有很好的表现，含有非常丰富氨氮的有机质。氨基酸有机肥作为近年推广应用的一种新型肥料，因其生产成本低，营养元素齐全，其特有的微生物能有效改良土壤环境，提高化学肥料的利用率，较为环保安全，已在农业种植领域大量使用。有机肥可以改良土壤，改善地力，使土壤恢复正常的生态平衡，含有牛粪的有机堆肥可更好的增加土壤有机质含量，形成团粒结构，提高土壤透气、保水、保肥性能，从而有利于作物根系的生长，提高和改善植物品质和产量。施用生物有机肥不但可以提供农作物生产所需的养分，而且还有具有调节土壤微生物生态、改良土壤、提高产量和品质的优点，可以提高农作物品质，提高植株抗逆性、减少土传疾病的发病率。但是，氨基酸生物有机肥成本高、制造周期长是困扰行业健康发展的关键问题，而且其对于廉价制备的研究较少。
4.一般来说，有机肥的发酵需要7～60天。如果是自然厌氧发酵，一般需要两个月，占地成本很高；而好氧发酵一般需要7天以上，通风用电的成本较高。因此，快速发酵是有机肥技术的一个重要发展方向。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，包括如下步骤：
8.(1)制备农林废弃物消化液
9.将农林废弃物晒干，使含水量在30％以下，然后粉碎成粒径在1cm以下的粉末，得到屑粉；按照重量份，取农林废弃物屑粉1份加入到1～50份酸溶液中，保持温度在30～240℃，适度搅拌，处理时间为1～2000min，得消化液，其主要成分为葡萄糖、木糖。
10.所述农林废弃物，包括农作物秸秆、外壳、园林废弃物等，主要成分纤维素、半纤维素。
11.所述酸溶液为浓度0.1％～20％(w/v)的水溶液，酸的种类为25℃下酸度系数pka
值低于-1.7的酸性物质，包括但不限于氢碘酸、氢溴酸、高氯酸等中的至少一种；
12.(2)中和脱毒
13.向消化液中逐步加入中和剂，边加入边翻拌，至ph值提升到5.0以上，去除影响发酵的醛类、酸类、酚类等毒性物质。
14.中和剂包括氨水、液氨、氨气、碳酸氢铵、尿素、碳酸铵、碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、氧化钙、氢氧化钙中的至少一种。
15.(3)发酵
16.取菌种粉1份与中和后的消化液混合，接种比例为1:5～100000，通入空气，通气量为0.1～100l
·
l-1
溶液
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，25～37℃条件下发酵4～72h，得到粗蛋白溶液。
17.发酵罐通气量的国际单位为vvm，全式为air volume/culture volume/min，是每分钟通气量与罐体实际料液体积的比值，其中的气体体积以标准状态计，其单位是立方米/(立方米*分钟)。通气比＝通气速率(单位：立方米/分钟)/发酵液体积(单位：立方米)。
18.所述菌种的类型为真菌或者细菌的一种或两种以上菌种的混合菌种。特征为该菌种属于无毒益生菌，且可以利用葡萄糖或者木糖以及无机氨氮发酵产生单细胞蛋白质。真菌包括酿酒酵母(s.cerevisiae)、毕赤酵母(pichiapastoris)、产朊假丝酵母(c.utilis)、近平滑假丝酵母(c.parapsilosis)、热带假丝酵母(c.tropicalis)、汉逊德巴利酵母(d.hansenli)、皮状丝孢酵母(t.cutaneum)、白地霉(g.candidum)和黑曲霉(a.niger)等，细菌包括枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)、乳酸杆菌(lactobacillus)、醋酸杆菌(acetobacter)、棒状杆菌(corynebacterium)、短小芽孢杆菌(bacillus brevis)、假单胞菌(pseudomonas)等。
19.(4)水解自溶
20.调节ph值至4～6，电解质离子浓度为0.0001％～3.0％(w/v，锌、铁、铜、钠、钾、钙、镁盐电解质中的一种或一种以上)，在40～70℃较高温度条件下保持1～80h，促使菌体细胞自溶，利用溶出的蛋白酶促使单细胞蛋白水解，得到氨基酸水溶肥母液，母液中氨基氮浓度一般不低于5.0g/l。如果自身蛋白酶活力不够，也可以通过添加蛋白酶的方式促进水解，添加量为0.1～3000iu/l。
21.(5)整理
22.通过过滤、离心、蒸发等手段处理母液，进一步得到氨基酸液体肥，或者氨基酸固体肥，总养分的质量分数不低于中华人民共和国农业行业标准nyt 525-2021规定的水平。
23.相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
24.1)本发明采用廉价的农林废弃物如木屑和秸秆屑制作有机堆肥，其结合无机氮源转化为蛋白质，再利用微生物的自溶性质水解为有机肥料氨基酸，更容易被吸收。该有机肥不仅以氨基酸的形式提供氨氮，还可改善土壤微生物的生存环境，改良土壤结构，改善土壤肥力，大大提高产品品质，还可适合大量推广。
25.2)利用化学催化技术，将农林废弃物中的木质纤维素迅速降解为容易被微生物利用的单糖，大大缩短了水解的时间。
26.3)改变周期过长的堆肥固态发酵技术，通过液态通风技术快速发酵，获得大量单细胞蛋白。
27.4)通过改变条件，启动微生物自溶，利用微生物自带的蛋白酶将单细胞蛋白水解
为氨基酸。
具体实施方式
28.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合实施例，对本发明做进一步详细说明。
29.本发明制备一种氨基酸微生物有机肥，包括如下步骤：
30.(1)制备农林废弃物消化液
31.将农林废弃物晒干，使含水量在30％以下，然后粉碎成粒径在1cm以下的粉末，得到屑粉；按照重量份，取农林废弃物屑粉1份加入到1～50份酸溶液中，保持温度在30～240℃，适度搅拌，处理时间为1～2000min，得消化液，其主要成分为葡萄糖、木糖。
32.所述农林废弃物，包括农作物秸秆、外壳、园林废弃物等，主要成分为纤维素、半纤维素。
33.所述酸溶液为浓度0.1％～20％(w/v)的水溶液，酸的种类为25℃下酸度系数pka值低于-1.7的酸性物质，包括但不限于氢碘酸、氢溴酸、高氯酸等中的至少一种。
34.(2)中和脱毒
35.向消化液中逐步加入中和剂，边加入边翻拌，至ph值提升到5.0以上，去除影响发酵的醛类、酸类、酚类等毒性物质。
36.中和剂包括氨水、液氨、氨气、碳酸氢铵、尿素、碳酸铵、碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、氧化钙、氢氧化钙中的至少一种。
37.(3)发酵
38.取菌种粉1份与中和后的消化液混合，接种比例为1:5～100000，通入空气，通气量为0.1～100l
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l-1
溶液
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min-1
，25～37℃条件下发酵4～72h，得到粗蛋白溶液。
39.所述菌种的类型为真菌或者细菌的一种或两种以上菌种的混合菌种。特征为该菌种属于无毒益生菌，且可以利用葡萄糖或者木糖以及无机氨氮发酵产生单细胞蛋白质。真菌包括酿酒酵母(s.cerevisiae)、毕赤酵母(pichiapastoris)、产朊假丝酵母(c.utilis)、近平滑假丝酵母(c.parapsilosis)、热带假丝酵母(c.tropicalis)、汉逊德巴利酵母(d.hansenli)、皮状丝孢酵母(t.cutaneum)、白地霉(g.candidum)和黑曲霉(a.niger)等；细菌包括枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)、乳酸杆菌(lactobacillus)、醋酸杆菌(acetobacter)、棒状杆菌(corynebacterium)、短小芽孢杆菌(bacillus brevis)、假单胞菌(pseudomonas)等。
40.(4)水解自溶
41.调节ph值至4～6，离子浓度在0.0001％～3.0％(w/v，锌、铁、铜、钠、钾、钙、镁盐电解质中的一种或一种以上)，在40～70℃较高温度条件下保持1～80h，促使菌体细胞自溶，利用溶出的蛋白酶促使单细胞蛋白水解，得到氨基酸水溶肥母液。母液中氨基氮浓度一般不低于5.0g/l，如果自身蛋白酶活力不够，也可以通过添加蛋白酶的方式促进水解，添加量为0.1～3000iu/l。
42.(5)整理
43.通过过滤、离心、蒸发等手段处理母液，进一步得到氨基酸液体肥，或者氨基酸固体肥，总养分的质量分数不低于中华人民共和国农业行业标准nyt 525-2021规定的水平。
44.实施例1
45.本实施例制备一种氨基酸微生物有机肥，采用以下步骤：
46.(1)制备农林废弃物消化液
47.将玉米秸秆晒干，使含水量在10％，然后粉碎成粒径在1cm以下的粉末，得到屑粉；按照重量份，取屑粉1份加入到10份浓度为5％氢溴酸溶液中，保持温度在130℃，适度搅拌，处理时间为60min，得消化液，其主要成分为葡萄糖、木糖。
48.(2)中和脱毒
49.向消化液中逐步加入氨水和氧化钙中和剂，氨水和氧化钙的重量比例为4:1，边加入边翻拌，至ph值提升到6.0以上，去除影响发酵的醛类、酸类、酚类等毒性物质。
50.(3)发酵
51.取酿酒酵母(s.cerevisiae)菌种粉1份与中和后的消化液混合，接种比例为1:10000，通入空气，通气量为1.0l
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溶液
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，30℃条件下发酵24h，再按照接种比例为1:5000接入枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)菌种粉，37℃条件下继续发酵24h，通气量为1.0l
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溶液
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min-1
，得到粗蛋白溶液。
52.(4)水解自溶
53.调节ph值至5，锌离子浓度为0.001％(w/v)，钠离子浓度为2.0％(w/v)，添加1.0iu/l的木瓜蛋白酶，在60℃温度条件下保持10h，促使菌体细胞自溶，利用溶出的蛋白酶促使单细胞蛋白水解，得到氨基酸水溶有机肥母液。测试发现，母液中氨基氮浓度不低于5.0g/l。
54.(5)整理
55.通过过滤、离心、蒸发等手段处理母液，进一步得到氨基酸液体肥，氨基氮元素含量达5％，总养分的质量分数高于中华人民共和国农业行业标准nyt 525-2021规定的水平。
56.实施例2
57.本实施例制备一种氨基酸微生物有机肥，采用以下步骤：
58.(1)制备农林废弃物消化液
59.将松木屑晒干，使含水量在11％，然后粉碎成粒径在1cm以下的粉末，得到屑粉；按照重量份，取屑粉1份加入到15份浓度为4％高氯酸溶液中，保持温度在120℃，适度搅拌，处理时间为50min，得消化液，其主要成分为葡萄糖、木糖。
60.(2)中和脱毒
61.向消化液中逐步加入碳酸氢铵和氢氧化钙中和剂，碳酸氢铵和氢氧化钙的重量比例为1:1，边加入边翻拌，至ph值提升到6.0以上，去除影响发酵的醛类、酸类、酚类等毒性物质。
62.(3)发酵
63.取产朊假丝酵母(c.utilis)菌种粉1份与中和后的消化液混合，接种比例为1:5000，通入空气，通气量为2.0l
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溶液
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，28℃条件下发酵20h，再按照接种比例为1:3000接入枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)菌种粉，37℃条件下继续发酵28h，通气量为2.0l
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溶液
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，得到粗蛋白溶液。
64.(4)水解自溶
65.调节ph值至4.5，铜离子浓度为0.001％(w/v)，钠离子浓度为1.5％(w/v)，添加
1.0iu/l的枯草芽孢杆菌蛋白酶，在65℃温度条件下保持8h，促使菌体细胞自溶，利用溶出的蛋白酶促使单细胞蛋白水解，得到氨基酸水溶有机肥母液。测试发现，母液中氨基氮浓度不低于6.0g/l。
66.(5)整理
67.通过过滤、离心、蒸发等手段处理母液，进一步得到氨基酸液体肥，氨基氮元素含量达6％，总养分的质量分数高于中华人民共和国农业行业标准nyt 525-2021规定的水平。
68.本发明采用廉价的农林废弃物如木屑和秸秆屑制作有机堆肥，其结合无机氮源转化为蛋白质，再利用微生物的自溶性质水解为有机肥料氨基酸，更容易被吸收。该有机肥不仅以氨基酸的形式提供氨氮，还可改善土壤微生物的生存环境，改良土壤结构，改善土壤肥力，大大提高产品品质，还可适合大量推广。

技术特征：
1.一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备农林废弃物消化液：将农林废弃物粉碎成粉末，得到屑粉，取屑粉加入到酸溶液中，搅拌处理，得到消化液；2)中和脱毒：向消化液中加入中和剂，边加入边翻拌，至ph值提升到≥5.0；3)发酵：将菌种粉与中和后的消化液混合，通入空气发酵，得到粗蛋白溶液；4)水解自溶：调节ph值至4～6，电解质离子的质量浓度0.0001％～3.0％，在40～70℃温度条件下保持1～80h，促使菌体细胞自溶，利用溶出的蛋白酶促使单细胞蛋白水解，得到氨基酸水溶肥母液，母液中氨基氮浓度不低于5.0g/l；如果自身蛋白酶活力不够，通过添加蛋白酶的方式促进水解，添加量为0.1～3000iu/l；5)整理：通过过滤、离心、蒸发等手段处理母液，进一步得到氨基酸液体肥或者氨基酸固体肥，总养分的质量分数≥4％。2.如权利要求1所述的一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，其特征在于：所述农林废弃物包括农作物秸秆、外壳、园林废弃物，主要成分为纤维素、半纤维素。3.如权利要求1所述的一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，其特征在于：步骤1)中，所述屑粉的粒径≤1.0cm；按重量份计，所述屑粉与酸溶液的质量比为1:1～50。4.如权利要求1所述的一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，其特征在于：步骤1)中，酸溶液为质量浓度0.1％～20％的水溶液，酸的种类为25℃下酸度系数pka值≤-1.7的酸性物质，包括氢碘酸、氢溴酸、高氯酸中的至少一种。5.如权利要求1所述的一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，其特征在于：步骤1)中，所述搅拌处理的温度为30～240℃，时间为1～2000min。6.如权利要求1所述的一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，其特征在于：步骤2)中，中和剂包括氨水、液氨、氨气、碳酸氢铵、尿素、碳酸铵、碳酸钠、碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠、氧化钙、氢氧化钙中的至少一种。7.如权利要求1所述的一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，其特征在于：步骤3)中，按质量比计，菌种粉与消化液的接种比例为1:5～100000；空气的通气量为0.1～100l
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溶液
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min-1
，发酵条件为25～37℃下发酵4～72h。8.如权利要求1所述的一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，其特征在于：步骤3)中，菌种的类型为真菌或者细菌的一种或两种以上菌种的混合菌种，该菌种属于无毒益生菌，且可以利用葡萄糖或者木糖以及无机氨氮发酵产生单细胞蛋白质。9.如权利要求8所述的一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，其特征在于：所述真菌包括酿酒酵母(s.cerevisiae)、毕赤酵母(pichiapastoris)、产朊假丝酵母(c.utilis)、近平滑假丝酵母(c.parapsilosis)、热带假丝酵母(c.tropicalis)、汉逊德巴利酵母(d.hansenli)、皮状丝孢酵母(t.cutaneum)、白地霉(g.candidum)和黑曲霉(a.niger)；所述细菌包括枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)、乳酸杆菌(lactobacillus)、醋酸杆菌(acetobacter)、棒状杆菌(corynebacterium)、短小芽孢杆菌(bacillus brevis)、假单胞菌(pseudomonas)。10.如权利要求1所述的一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，其特征在于：步骤4)中，所述电解质为锌、铁、铜、钠、钾、钙、镁盐电解质的一种或一种以上。

技术总结
一种利用农林废弃物快速制备氨基酸有机肥的方法，包括以下步骤：1)制备农林废弃物消化液：2)中和脱毒；3)发酵；4)水解自溶；5)整理。本发明采用廉价的农林废弃物如木屑和秸秆屑制作有机堆肥，其结合无机氮源转化为蛋白质，再利用微生物的自溶性质水解为有机肥料氨基酸，更容易被吸收。该有机肥不仅以氨基酸的形式提供氨氮，还可改善土壤微生物的生存环境，改良土壤结构，改善土壤肥力，大大提高产品品质，还可适合大量推广。还可适合大量推广。


技术研发人员：刘健 甘礼惠 曾宪海
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/9/6