一种利用烟草生产中的废料制备缓释肥的方法与流程

文档序号:11824973

技术领域
本发明涉及一种利用烟草生产中的废料制备缓释肥的方法,属于再生资源利用
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背景技术
:烟草收获过程中除鲜烟叶以外的脚叶、腋芽、烟茎等;在烟叶生产、晾烤、复烤和卷烟生产加工过程中,无法进行卷烟加工的低等或等级外烟叶以及大量的上部烟叶、废烟末、废烟丝、烟花、烟草穗杆等;烟草加工中产生的碎片和烟尘,还有分离出占烟叶重量23~25%的烟梗。统称烟草下脚料。烟草废弃物的成分与烟叶有很大不同,不同废弃物总类之间、不同烟草种类的同种废弃物之间也有很大不同,因此不同烟草种植地要根据本地烟草废弃物的成分决定利用方式。总的来讲,目前烟草废弃物中有用的成分主要包括烟碱、茄尼醇、菲汀、VE、综纤维素、木质素、烟草叶蛋白、果胶、木糖、色素。自20世纪90年代后我国每年的烟叶产量在2000kt以上,至2010年我国年产烟叶(4500~5000)kt,约产生25%即(1100~1300)kt的烟草废弃物。然而,在摘收烟叶、完成烟叶的收购任务之后,各地大量的烟杆即变成废物,或丢弃于田间地头形成农业固体废弃物构成环境污染,或被晒干焚烧造成大气污染。这不仅破坏了生态环境,而且浪费了可供利用的资源,严重违反了我国《秸秆禁烧和综合利用管理办法》的规定。缓释肥料是指肥料施入土壤后转变为植物有效态养分的释放速率远远小于速溶肥料,在土壤中能缓慢放出其养分。它对作物具有缓效性或长效性,它只能延缓肥料的释放速度,达不到完全控释的目的。缓释肥料的高级形式为控释肥料,它使肥料释放养分的速度与作物需要养分的量一致,使肥料利用率达到最高,广义上来说控释肥料包括了缓释肥料。缓释肥料能依据作物营养阶段性、连续性等营养特性,利用物理、化学、生物等手段调节和控释氮、磷、钾及必要的微量元素等养分供应强度与容量,能达到供肥缓急相济效果的长效、高效的植物营养复合体。因此,开发一种以烟草废料作为原料的缓释肥具有重要的意义。技术实现要素:本发明的目的是:使烟草加工过程中剩余的烟梗、烟叶等废料得到回收利用,将其制备为缓释肥料。技术方案是:一种利用烟草生产中的废料制备缓释肥的方法,包括如下步骤:第1步,按重量份计,取粉碎后的烟梗废料20~40份、粉碎后的烟叶废料20~40份,加入它们重量之和的2~4倍重量的水中,再用氢氧化钠调节pH值为8.0~9.0,加入废水重量0.05~2%的纤维素酶,将其放在超声装置中酶解;第2步,再用盐酸调节第1步得到的酶解液的pH值为4.5~5.5,加入酶解液重量0.05~2%的蛋白酶,放在超声装置中酶解;第3步,提高酶解液温度,灭活酶,得到二步酶解后的酶解液;第4步,在酶解液中加入棉籽饼20~30份、家蝇蝇蛆粉5~8份、大豆油泥12~14份、磷脂油5~10份、麦麸10~20份、米糠10~30份、玉米芯粉40~55份、豆粕30~50份,混合均匀,作为发酵混合物,再加入微生物菌液,堆积之后再覆盖薄膜后进行发酵,发酵结束后,再晾晒至水分含量在10wt%以下,经过研磨成粉后,得到发酵饲料基质;第5步,按重量份计,将5~7份腰果油、10~12份六亚甲基四胺在反应釜中混合,搅拌均匀后,加热、保温,冷却,再加入4~8份多元醇和2~3份多异氰酸酯,搅拌混合均匀,冷却至室温即得包膜剂;第6步,将发酵饲料基质放入流化床包衣机中,在滚动的发酵饲料基质上喷洒包膜剂,包膜剂的用量与发酵饲料基质的重量比是(3~5):100,同时通风干燥,至颗粒外形成一层均匀的分隔膜后,即得包膜肥料。所述的第1步中,超声的功率是14~16kHz,超声酶解时间1h~2h,酶解温度35℃~40℃。所述的第2步中,超声的功率是15~17kHz,超声酶解时间1h~6h,酶解温度37℃~45℃。所述的第3步中,灭活酶的温度是90℃~100℃,灭活酶的时间20~30min。所述的微生物菌液中的活性菌种选自枯草芽孢杆菌、放线菌、淡紫拟青霉菌、酵母菌、光合细菌、双歧杆菌中的一种或者几种的混合物。发酵混合物与微生物菌种的重量比范围是500~1500:1。发酵步骤中,当物料内部温度大于40℃时翻堆;当温度下降至20℃后并不再升温时,发酵结束。所述的第5步中,加热温度是100~150℃,保温时间是1.5~3小时,冷却至30~40℃。所述的第5步中,多元醇选自聚四氢呋喃二醇、聚己二酸乙二酯或聚氧化丙烯二醇;多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或多亚甲基多苯基异氰酸酯。有益效果采用本发明的方法能够使烟草加工过程中剩余的烟梗、烟叶等废料得到回收利用,将其制备为缓释肥料。具体实施方式本发明中所述的大豆油泥是指大豆榨油过程中,活性白土脱色工艺后,进行压榨时产生了稠胶状副产物。本发明中所采用的微生物菌种可以选自枯草芽孢杆菌、放线菌、淡紫拟青霉菌、酵母菌、光合细菌、双歧杆菌中的一种或者几种的混合物。其菌液的制备过程可以如下所示,但是并不限定于此。本发明中所述的大豆油渣是指大豆榨油过程中,对大豆压榨后所得到的固体残渣。(1)枯草芽孢杆菌菌液的制备:在无菌条件下,将枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)CICC23659接入到培养基中,进行液体发酵生产,其中所述的培养基按重量百分数计为:淀粉5%、腐植酸钾1%、豆饼粉7.5%、磷酸氢二钾0.2%、硫酸铵0.1%、硫酸镁0.05%、三氯化铁0.005%、碳酸钙0.05%、酵母粉0.01%、硼酸0.005%,pH值调至7.2~7.4,在120℃左右进行灭菌20min;发酵过程中培养温度范围28~40℃,通入无菌空气(溶氧)并搅拌,无菌空气的通气量0.5~1.0L∕L·min,搅拌速度150~200rpm,罐压0.5kg∕cm2,耗氧培养48小时,得到的菌液中枯草芽孢杆菌斯氏亚种菌数≥2.0×109cfu/mL;(2)放线菌菌液的制备在无菌条件下,将白刺链霉菌(Streptomycesalbospinus)CGMCC7434接种到培养基中,进行液体发酵生产,其中所述的培养基按重量百分数计为:葡萄糖2.9%、黄豆粉1.6%、可溶性淀粉4%、酵母粉1%、腐植酸钾1%、蛋白胨0.4%、硫酸镁0.05%、NaCl0.2%、碳酸钙0.5%,pH值调至7.5~8.0,在120℃左右进行灭菌20min;发酵过程中培养温度范围28~30℃,通入无菌空气(溶氧)并搅拌,无菌空气的通入量2~3L∕L·min,搅拌速度为150~210rpm,发酵时间60~130小时得到放线菌菌液发酵液,发酵后期将菌丝全部打碎成该菌的菌落形成单位,发酵液中该菌的菌落形成单位≥1.5×109cfu/mL;(3)淡紫拟青霉菌菌液的制备在无菌条件下,将淡紫拟青霉(Paecilomyceslilacinus)CGMCC3.4034接种到培养基中,进行液体发酵生产,其中所述的培养基按重量百分数计为:可溶性淀粉2%,硝酸钾0.1%,磷酸氢二钾0.05%,硫酸镁0.05%,氯化钠0.05%,硫酸亚铁0.001%,pH值调至7.2~7.4;发酵过程中培养温度为30~37℃,通入无菌空气(溶氧)并搅拌,通风量为8~10L/L·min、发酵时间为12~24h、搅拌转速为200~300rpm,发酵液中该菌的菌落形成单位≥2.0×109cfu/mL;(4)酵母菌菌液的制备在无菌条件下,将产朊假丝酵母(Candidautilis)CICC1422接种到培养基中,进行液体发酵生产,其中所述的培养基为常规YPD酵母培养基;发酵过程中培养温度为为25~40℃,通入无菌空气(溶氧)并搅拌,通风量为8~10L/L·min、发酵时间为36~72h、搅拌转速为200~300rpm,发酵液中该菌的菌落形成单位≥1.0×109cfu/mL;(5)光合细菌菌液的获得:在无菌条件下,将球形红杆菌(Phodobactersphaeroide)ATCC17023、沼泽红假单胞菌(Phodopseudomonaspalustris)ATCC17001中的一种或组合接种到培养基中,进行液体发酵生产,其中所述的培养基为常规营养琼脂培养基或肉汤培养基;培养条件为25~40℃光照下厌氧培养36~48小时,发酵液中该菌的菌落形成单位≥1.0×109cfu/mL;(6)双歧杆菌菌液的制备:在无菌条件下,将双歧杆菌(Lactococcuslactis)ACCC11054接种到液体培养基中,其中所述的培养基按重量百分数计为:番茄汁20%、可溶性淀粉0.05%、蛋白胨1.5%、氯化钠5.0g、酵母菌0.6%、葡萄糖2%,pH值调至7.2;发酵过程中培养温度范围30℃~35℃培养2~3天,得到菌数≥5.0×109cfu/ml的种子培养液,然后接种到50升含有5%(重量百分数)红糖的无菌水中,接种量为无菌水重量的2%,在溶氧量为5%即发酵罐中氧气的体积与发酵液的体积比为5%的条件下,25℃~30℃于密封罐中静置培养10~15天,得到菌数≥1.0×109cfu/ml的双歧杆菌菌液。实施例1第1步,按重量份计,取粉碎后的烟梗废料20份、粉碎后的烟叶废料20份,加入它们重量之和的2倍重量的水中,再用氢氧化钠调节pH值为8.0~9.0,加入废水重量0.05%的纤维素酶,将其放在超声装置中酶解,超声的功率是14kHz,超声酶解时间1hh,酶解温度35℃;第2步,再用盐酸调节第1步得到的酶解液的pH值为4.5~5.5,加入酶解液重量0.05%的蛋白酶,放在超声装置中酶解,超声的功率是15kHz,超声酶解时间1h,酶解温度37℃;第3步,提高酶解液温度,灭活酶,灭活酶的温度是90℃,灭活酶的时间20min,得到二步酶解后的酶解液;第4步,在酶解液中加入棉籽饼20份、家蝇蝇蛆粉5份、大豆油泥12份、磷脂油5份、麦麸10份、米糠10份、玉米芯粉40份、豆粕30份,混合均匀,作为发酵混合物,再加入枯草芽孢杆菌菌液,发酵混合物与微生物菌种的重量比范围是1000:1,堆积之后再覆盖薄膜后进行发酵,发酵步骤中,当物料内部温度大于40℃时翻堆;当温度下降至20℃后并不再升温时,发酵结束,发酵结束后,再晾晒至水分含量在10wt%以下,经过研磨成粉后,得到发酵饲料基质;第5步,按重量份计,将5份腰果油、10份六亚甲基四胺在反应釜中混合,搅拌均匀后,加热至100℃、保温1.5小时,冷却至30℃,再加入4份聚己二酸乙二酯和2份二苯基甲烷二异氰酸酯,搅拌混合均匀,冷却至室温即得包膜剂;第6步,将发酵饲料基质放入流化床包衣机中,在滚动的发酵饲料基质上喷洒包膜剂,包膜剂的用量与发酵饲料基质的重量比是3:100,同时通风干燥,至颗粒外形成一层均匀的分隔膜后,即得包膜肥料。实施例2第1步,按重量份计,取粉碎后的烟梗废料40份、粉碎后的烟叶废料40份,加入它们重量之和的4倍重量的水中,再用氢氧化钠调节pH值为9.0,加入废水重量2%的纤维素酶,将其放在超声装置中酶解,超声的功率是16kHz,超声酶解时间2h,酶解温度40℃;第2步,再用盐酸调节第1步得到的酶解液的pH值为5.5,加入酶解液重量2%的蛋白酶,放在超声装置中酶解,超声的功率是17kHz,超声酶解时间6h,酶解温度45℃;第3步,提高酶解液温度,灭活酶,灭活酶的温度是100℃,灭活酶的时间30min,得到二步酶解后的酶解液;第4步,在酶解液中加入棉籽饼30份、家蝇蝇蛆粉8份、大豆油泥14份、磷脂油10份、麦麸20份、米糠30份、玉米芯粉55份、豆粕50份,混合均匀,作为发酵混合物,再加入枯草芽孢杆菌菌液,发酵混合物与微生物菌种的重量比范围是1000:1,堆积之后再覆盖薄膜后进行发酵,发酵步骤中,当物料内部温度大于40℃时翻堆;当温度下降至20℃后并不再升温时,发酵结束,发酵结束后,再晾晒至水分含量在10wt%以下,经过研磨成粉后,得到发酵饲料基质;第5步,按重量份计,将7份腰果油、12份六亚甲基四胺在反应釜中混合,搅拌均匀后,加热至150℃、保温3小时,冷却至40℃,再加入8份聚己二酸乙二酯和3份二苯基甲烷二异氰酸酯,搅拌混合均匀,冷却至室温即得包膜剂;第6步,将发酵饲料基质放入流化床包衣机中,在滚动的发酵饲料基质上喷洒包膜剂,包膜剂的用量与发酵饲料基质的重量比是5:100,同时通风干燥,至颗粒外形成一层均匀的分隔膜后,即得包膜肥料。实施例3第1步,按重量份计,取粉碎后的烟梗废料30份、粉碎后的烟叶废料30份,加入它们重量之和的3倍重量的水中,再用氢氧化钠调节pH值为8.0~9.0,加入废水重量1%的纤维素酶,将其放在超声装置中酶解,超声的功率是15kHz,超声酶解时间2h,酶解温度37℃;第2步,再用盐酸调节第1步得到的酶解液的pH值为4.5~5.5,加入酶解液重量1%的蛋白酶,放在超声装置中酶解,超声的功率是16kHz,超声酶解时间3h,酶解温度42℃;第3步,提高酶解液温度,灭活酶,灭活酶的温度是95℃,灭活酶的时间25min,得到二步酶解后的酶解液;第4步,在酶解液中加入棉籽饼25份、家蝇蝇蛆粉7份、大豆油泥13份、磷脂油7份、麦麸15份、米糠20份、玉米芯粉50份、豆粕40份,混合均匀,作为发酵混合物,再加入枯草芽孢杆菌菌液,发酵混合物与微生物菌种的重量比范围是1000:1,堆积之后再覆盖薄膜后进行发酵,发酵步骤中,当物料内部温度大于40℃时翻堆;当温度下降至20℃后并不再升温时,发酵结束,发酵结束后,再晾晒至水分含量在10wt%以下,经过研磨成粉后,得到发酵饲料基质;第5步,按重量份计,将6份腰果油、11份六亚甲基四胺在反应釜中混合,搅拌均匀后,加热至120℃、保温2小时,冷却至35℃,再加入5份聚己二酸乙二酯和3份二苯基甲烷二异氰酸酯,搅拌混合均匀,冷却至室温即得包膜剂;第6步,将发酵饲料基质放入流化床包衣机中,在滚动的发酵饲料基质上喷洒包膜剂,包膜剂的用量与发酵饲料基质的重量比是4:100,同时通风干燥,至颗粒外形成一层均匀的分隔膜后,即得包膜肥料。对照例1与实施例3的区别在于:第4步中未加入家蝇蝇蛆粉。第1步,按重量份计,取粉碎后的烟梗废料30份、粉碎后的烟叶废料30份,加入它们重量之和的3倍重量的水中,再用氢氧化钠调节pH值为8.0~9.0,加入废水重量1%的纤维素酶,将其放在超声装置中酶解,超声的功率是15kHz,超声酶解时间2h,酶解温度37℃;第2步,再用盐酸调节第1步得到的酶解液的pH值为4.5~5.5,加入酶解液重量1%的蛋白酶,放在超声装置中酶解,超声的功率是16kHz,超声酶解时间3h,酶解温度42℃;第3步,提高酶解液温度,灭活酶,灭活酶的温度是95℃,灭活酶的时间25min,得到二步酶解后的酶解液;第4步,在酶解液中加入棉籽饼25份、大豆油泥13份、磷脂油7份、麦麸15份、米糠20份、玉米芯粉50份、豆粕40份,混合均匀,作为发酵混合物,再加入枯草芽孢杆菌菌液,发酵混合物与微生物菌种的重量比范围是1000:1,堆积之后再覆盖薄膜后进行发酵,发酵步骤中,当物料内部温度大于40℃时翻堆;当温度下降至20℃后并不再升温时,发酵结束,发酵结束后,再晾晒至水分含量在10wt%以下,经过研磨成粉后,得到发酵饲料基质;第5步,按重量份计,将6份腰果油、11份六亚甲基四胺在反应釜中混合,搅拌均匀后,加热至120℃、保温2小时,冷却至35℃,再加入5份聚己二酸乙二酯和3份二苯基甲烷二异氰酸酯,搅拌混合均匀,冷却至室温即得包膜剂;第6步,将发酵饲料基质放入流化床包衣机中,在滚动的发酵饲料基质上喷洒包膜剂,包膜剂的用量与发酵饲料基质的重量比是4:100,同时通风干燥,至颗粒外形成一层均匀的分隔膜后,即得包膜肥料。对照例2与实施例3的区别在于:第4步中未加入大豆油泥。第1步,按重量份计,取粉碎后的烟梗废料30份、粉碎后的烟叶废料30份,加入它们重量之和的3倍重量的水中,再用氢氧化钠调节pH值为8.0~9.0,加入废水重量1%的纤维素酶,将其放在超声装置中酶解,超声的功率是15kHz,超声酶解时间2h,酶解温度37℃;第2步,再用盐酸调节第1步得到的酶解液的pH值为4.5~5.5,加入酶解液重量1%的蛋白酶,放在超声装置中酶解,超声的功率是16kHz,超声酶解时间3h,酶解温度42℃;第3步,提高酶解液温度,灭活酶,灭活酶的温度是95℃,灭活酶的时间25min,得到二步酶解后的酶解液;第4步,在酶解液中加入棉籽饼25份、家蝇蝇蛆粉7份、磷脂油7份、麦麸15份、米糠20份、玉米芯粉50份、豆粕40份,混合均匀,作为发酵混合物,再加入枯草芽孢杆菌菌液,发酵混合物与微生物菌种的重量比范围是1000:1,堆积之后再覆盖薄膜后进行发酵,发酵步骤中,当物料内部温度大于40℃时翻堆;当温度下降至20℃后并不再升温时,发酵结束,发酵结束后,再晾晒至水分含量在10wt%以下,经过研磨成粉后,得到发酵饲料基质;第5步,按重量份计,将6份腰果油、11份六亚甲基四胺在反应釜中混合,搅拌均匀后,加热至120℃、保温2小时,冷却至35℃,再加入5份聚己二酸乙二酯和3份二苯基甲烷二异氰酸酯,搅拌混合均匀,冷却至室温即得包膜剂;第6步,将发酵饲料基质放入流化床包衣机中,在滚动的发酵饲料基质上喷洒包膜剂,包膜剂的用量与发酵饲料基质的重量比是4:100,同时通风干燥,至颗粒外形成一层均匀的分隔膜后,即得包膜肥料。种植试验在山西某地进行党参种植试验,大棚种植,每个试验组面积30m2,株距20~30cm,每m2施肥2Kg,从当年3月插苗时进行施肥,至次年10月下旬成苗,考察整个育苗过程中亩产量、党参炔苷含量。党参炔苷含量的检测采用HPLC法,步骤如下:仪器Agilent1200高效液相色谱仪,包括AgilentC1311A四元泵(Quatpump),AgilentG1322A真空在线脱气机(Degasser),AgilentG1329A自动进样器(ALS),AgilentC1315DDAD检测器,Agilent1200化学工作站,AgilentC1316A(TCC)柱温箱,色谱柱AgilentEclipseXDB-C18(150mm×4.6mm,5μm),AL204型电子天平(METTLERTOIEDO)。试药党参炔苷对照品(中国药品生物制品检定所,批号111732-200904),乙腈、甲醇为色谱纯,其余试剂为分析纯。党参为山西党参、辽宁党参、甘肃党参。色谱条件色谱柱:AgilentEclipseXDB-C18(150mm×4.6mm,5μm);流动相:乙腈-水(28:72),流速:l.0mL/min;柱温:室温;检测波长:267nm。进样量为l0mL。色谱柱的理论板塔数不低于5000nm。按党参炔苷峰计算为在此条件下,党参炔苷与其他组分均能达到基线分离。对照品溶液制备精密称取党参炔苷对照品5.0mg.置于l0mL量瓶中,加无水乙醇溶液并稀释至刻度,摇匀得到0.5mg.mL-1对照品储备液。用微量注射器精密吸取对照品储备液100μL,置ImL量瓶中,加无水乙醇稀释至刻度,摇匀得到0.05mg.mL-1对照品溶液。供试品溶液的制备取党参对照药材适量,捣碎,过40目筛,粉末于4℃干燥5h,置于干燥器中备用。精密称取已干燥的党参粉末0.5g,置量瓶中,加无水乙醇l0mL,超声25min,滤过量瓶中残渣再加无水乙醇8mL,超声15min,滤过,残渣再加无水乙醇8mL,超声l0min,滤过,合并3次滤液。滤液置水浴上挥去无水醇近干后,残渣加甲醇溶液,并转移至5mL量瓶内,加甲醇至刻度,摇匀,用0.45μm微孔过滤,弃去初滤液,收集。表1平均亩产量kg党参炔苷含量%实施例1211.18.57实施例2205.98.58实施例3218.48.98对照例1158.97.65对照例2168.77.55从表中可以看出,本发明制备得到的缓释肥料可以有效地促进党参的生长,并且可以提高党参中有效成分的含量。其中,实施例3与对照例1相比,通过加入家蝇蝇蛆粉进行发酵辅助,可以有效地提高党参炔苷含量;实施例3与对照例2相比,通过加入大豆油泥进行发酵辅助,可以有效地达到增产的作用。当前第1页1 2 3 
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