使用芽孢杆菌的藻类微生物发酵方法与流程

[0001]
本发明涉及微生物发酵领域，以及破坏海藻细胞壁的方法，具体涉及一种使用芽孢杆菌的藻类微生物发酵方法。


背景技术：

[0002]
随着化肥在农业应用中的逐步推广，虽然带来了增产增收等有利的作用，但是同时也带来了很多环境问题，如土壤板结、土地酸化和土壤肥力下降等，化肥中含有的重金属和激素对人体健康也造成了极大威胁，因此化肥的使用受到越来越多的限制。有机肥是一种环保的肥料，可以提高作物产量，改善作物品质，同时施用有机肥可以避免土壤板结、酸化情况。因此有机肥需求量日益增大，有机肥生产规模也日益庞大。
[0003]
海藻肥是一种新型的有机肥，具有纯天然、高效的特点，属天然海藻提取物，具有极高的生物活性，可以高效地促进植物生长，海藻肥中含有的海藻多糖、酚类、多聚合物、甘露醇、甜菜碱、海藻酸、植物生长调节物质和氮、磷、钾及铁、硼、钼、碘等元素，可以使种植的农作物营养价值更高、含糖量更高，果实风味、色泽等更佳，作物抗寒、抗旱、抗病虫害、抗逆变能力更强，改良土壤肥力，建立良好的土壤植物生态系统。海藻肥对人、畜无害，对环境无污染，是生产有机食品专用肥料，符合现代农业发展趋势，市场前景非常广阔。
[0004]
海藻肥是使用海藻进行制备的，需要使海藻充分降解形成小分子，释放内部的营养物质，才能被植物充分吸收，但是海藻表层有一层纤维素细胞壁，对内部的营养物质起到保护作用，要释放内部的营养物质，需要先破坏这层细胞壁，但是海藻是海洋生物，这层纤维素细胞壁很难被破坏。
[0005]
cn201310238066.x公开了一种酶解高活性海藻有机肥料的制备方法，先用放线菌发酵，再用芽孢杆菌发酵，制备出了含海藻活性成份高的有机肥料。cn200910014719.x公开了一种浒苔活性成分的有效提取技术，并提出了浒苔海藻肥的制备方法。其特点是：以浒苔为原料，经过原料预处理、浸提、中和、浓缩、复配等工艺过程，有效提取浒苔活性成分，并以此提取液为基液，与腐植酸、尿素、磷酸二氢钾、硫酸钾、磷酸一铵、微量元素中的至少一种复配，制成高活性浒苔海藻肥。cn201710701092.x公开了一种将浒苔磨浆液化快速提取营养成分的方法，将所述营养成分经酸碱水解、浓缩后制备浒苔有机复合肥。cn201610027046.1公开了一种纯植物发酵提取的高效叶面肥，由以下重量份的原料制备而成：红糖30-70份、土豆25-55份、紫云英15-35份、米糠10-20份、豆饼15-35份、秸秆30-70份、微生物发酵剂0.2-0.5份。 cn201810863372.5公开了一种水溶性有机肥组合肥料的制备方法；通过该方法制备的有机肥是利用微生物发酵技术，促使植物各种大分子物质变成小分子物质。
[0006]
现有技术制备破坏海藻细胞壁的方法主要有化学法、物理法、生物酶法和微生物发酵法，化学法最简单，但是对环境存在不可预期的污染，且对海藻的营养物质破坏极大，物理法成本高昂，需要高端的设备，难以推广，生物酶法效率低，海藻提取的有效物质含量低，且非常缓慢，细胞无法破壁，发酵成有机肥就会受阻，因此，海藻细胞破壁是发酵成有机
肥的关键，如何提高海藻细胞的破壁效率非常重要。


技术实现要素：

[0007]
本发明提供一种使用芽孢杆菌的藻类微生物发酵方法，以及破坏海藻细胞壁的方法，相对于市场上普通的复合肥，所得藻类微生物发酵产物作为有机肥肥效更好，且能更好地促进植株生根，果实更大。
[0008]
一种使用芽孢杆菌的藻类微生物发酵方法，其特征在于，包括如下步骤：按质量份：(1)破除细胞壁：将10-20份的藻类、20-50份的水、0. 5-3份粒径为10-50nm的离子液改性纳米氧化铁、0.1-0.5份离子液体混合均匀，常温下加入到均质乳化机中通过高速碰撞打碎细胞壁，乳化机线速度为40-48m/s，乳化时间为1-3h，得到浆液备用；(2)浆液发酵：将得到的浆液、0.02-0.12份的氮磷钾肥、0.1-0.3份的马齿苋、0.06-0.2份的火山灰、0.005-0.06份的腐殖酸、0.001-0.01份的3-吲哚乙酸、0.05-0.2份的木薯渣，混合均匀，加入0.008-0.06份的发酵剂密封发酵，发酵温度为20-30
o
c，发酵时间为6-20天；(3)藻类微生物发酵产物：将得到的发酵物固液分离，取得滤液，然后将滤液置于1t的磁块上方，静置8-13h，分离出离子液改性纳米氧化铁，藻类微生物发酵产物。
[0009]
优选地，步骤(1)所述藻类为小球藻、绿球藻、雨生红球藻、富油新绿藻、四肩突四鞭藻中一种或几种的组合物。
[0010]
优选地，提供一种硅烷化纳米氧化铁的制备方法为：按质量分数，用300-500份无水乙醇，20-26份纳米氧化铁，0.3-1.7份乙烯基三甲氧基硅烷，50-60℃搅拌30-100min，氨水调节至ph=10-11，反应结束后离心，干燥，得到硅烷化纳米氧化铁；所述的离子液改性纳米氧化铁，其制备方法如下：按照质量份数，将0.1-0.4份1-烯丙基-3-乙基咪唑溴盐、2-5份烯丙基乙基巯醚、30-40份硅烷化纳米氧化铁粉、1-3份过氧化苯甲酰，300-500份水，混合均匀，70-85℃搅拌2-5h、过滤，滤液循环使用，固体烘干，得到离子液改性纳米氧化铁。
[0011]
本发明采用1-烯丙基-3-乙基咪唑溴盐、烯丙基乙基巯醚、与硅烷化纳米氧化铁的双键共聚合，得到离子液硅烷化纳米氧化铁粉。
[0012]
优选地，所述阳离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、木质素磺酸盐、硬脂酸钠中一种或几种的组合物。
[0013]
优选地，步骤(1)所述的离子液体为溴化-1-丁基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐、氯化-1-丁基-3-甲基咪唑、1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3甲基咪唑硫酸氢盐中一种或几种的组合物。
[0014]
优选地，步骤(2)所述的发酵剂为芽孢杆菌，选自解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌中一种或几种的组合物。
[0015]
所述的离子液改性纳米氧化铁，使团聚状态的纳米氧化铁被均匀分散。
[0016]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、通过结合高速乳化机的物理破碎、离子液及硅烷改性纳米氧化铁，与液相相容性提高，提高了破壁及离子液体对细胞内有效成分的提取作用，使破壁效率和有效物质的提取
效率大大提高，最终得到的有机肥肥效与普通复合肥相比大大提高。
[0017]
2、通过提取得到的有效物质和配方的复配，所得有机肥具有促进生根的作用，且施用相同量的有机肥比普通复合肥所得植株的主根长度更长。
[0018]
3、通过提取得到的有效物质和配方的复配，所得有机肥具有促进果实生长的作用，且施用相同量的有机肥比普通复合肥所得果实更大。
[0019]
4、离子液改性纳米氧化铁通过磁铁吸收，可以充分回收再利用，既减少离子液改性纳米氧化铁对环境的污染，还可以降低成本。
[0020]
5、通过物理方法、离子液改性纳米氧化铁及离子液体法的结合，大大提高了提取效率。
附图说明
[0021]
图1为实施例3所得改性纳米氧化铁的傅里叶红外光谱图：在558cm-1
附近存在氧化铁的吸收峰，说明纳米氧化铁参与了反应；在2933/2841/1469cm-1
附近存在碳氢的反对称伸缩/对称伸缩/不对称弯曲吸收峰，在1192cm-1
附近存在硫离子的反对称伸缩吸收峰，在1122cm-1
附近存在醚键的反对称伸缩吸收峰，说明脂烯丙基乙基巯醚参与了反应。
[0022]
图2为硅烷化纳米氧化铁的反应方程式示意图。
[0023]
图3为离子液改性纳米氧化铁的反应方程式示意图。
[0024]
图4为团聚状态的纳米氧化铁被均匀分散的示意图。
具体实施方式
[0025]
以下实施例中所用原料均为市售产品，实施例是对本发明的进一步说明，而非限制本发明的范围；各性能测试方法如下：1、肥效测试：将长势相同的丝瓜地平均分成若干份，然后进行施肥，其中1块地施用市场上卖的普通复合肥作为对比组，每次施肥的量都相同，然后待丝瓜成熟后，将得到的丝瓜进行称重，然后计算其肥效，肥效=(实验组的产量-对比组的产量)/对比组的产量*100％；2、丝瓜主根长度：测试60天后丝瓜的主根长度，统计平均值；3、丝瓜长度：测试60天后的丝瓜长度，统计平均值；4、有机肥中离子液改性纳米氧化铁的含量：将液体有机肥进行离心分离干燥测试有机肥中离子液改性纳米氧化铁的含量。
[0026]
实施例1(1)破除细胞壁：将1kg的小球藻、2kg的水、0.05kg粒径为10nm的纳米氧化铁、0.01kg溴化-1-丁基-3-甲基咪唑混合均匀，常温下加入到均质乳化机中通过高速碰撞打碎细胞壁，乳化机线速度为40m/s，乳化时间为3h，得到浆液备用；(2)浆液发酵：将得到的浆液、0.02kg的氮磷钾肥、0.3kg的马齿苋、0.06kg的火山灰、0.005kg的腐殖酸、0.001kg的3-吲哚乙酸、0.2kg的木薯渣，混合均匀，加入0.008kg的解淀粉芽孢杆菌密封发酵，发酵温度为30
o
c，发酵时间为6天；(3)藻类微生物发酵产物：将得到的发酵物固液分离，取得滤液，然后将滤液置于1t的
磁块上方，静置8h，分离出离子液改性纳米氧化铁，藻类微生物发酵产物。
[0027]
所述离子液改性纳米氧化铁的制备方法为：将0.1kg1-烯丙基-3-乙基咪唑溴盐、2kg烯丙基乙基巯醚、30kg硅烷化纳米氧化铁粉、1kg过氧化苯甲酰，300kg水，混合均匀，70℃搅拌2h、过滤，滤液循环使用，固体烘干，得到离子液改性纳米氧化铁。
[0028]
一种硅烷化纳米氧化铁的制备方法为：用300kg无水乙醇，20kg纳米氧化铁，0.3kg乙烯基三甲氧基硅烷，50℃搅拌30min，氨水调节至ph=10，反应结束后离心，干燥，得到硅烷化纳米氧化铁；所得有机肥的肥效为15%，丝瓜平均主根长度为40cm，丝瓜长度为220cm，有机肥中离子液改性纳米氧化铁的含量为0.9%。
[0029]
实施例2(1)破除细胞壁：将1.2kg的绿球藻、2.7kg的水、0.1kg粒径为50nm的纳米氧化镍、0.02kg1-丁基-3-甲基咪唑硝酸盐混合均匀，常温下加入到均质乳化机中通过高速碰撞打碎细胞壁，乳化机线速度为40.9m/s，乳化时间为2.6h，得到浆液备用；(2)浆液发酵：将得到的浆液、0.04kg的氮磷钾肥、0.2kg的马齿苋、0.08kg的火山灰、0.009kg的腐殖酸、0.005kg的3-吲哚乙酸、0.1kg的木薯渣，混合均匀，加入0.009kg的枯草芽孢杆菌密封发酵，发酵温度为29
o
c，发酵时间为8.5天；(3)藻类微生物发酵产物：将得到的发酵物固液分离，取得滤液，然后将滤液置于1t的磁块上方，静置8.9h，分离出离子液改性纳米氧化铁，藻类微生物发酵产物。
[0030]
所述离子液改性纳米氧化铁的制备方法为：将0.2kg1-烯丙基-3-乙基咪唑溴盐、3kg烯丙基乙基巯醚、32kg硅烷化纳米氧化铁粉、1.3kg过氧化苯甲酰，330kg水，混合均匀，75℃搅拌3h、过滤，滤液循环使用，固体烘干，得到离子液改性纳米氧化铁。
[0031]
一种硅烷化纳米氧化铁的制备方法为：用330kg无水乙醇，22kg纳米氧化铁，0.5kg乙烯基三甲氧基硅烷，52℃搅拌 50min，氨水调节至 ph=10，反应结束后离心，干燥，得到硅烷化纳米氧化铁；所得有机肥的肥效为17.6%，丝瓜平均主根长度为41cm，丝瓜长度为222cm，有机肥中离子液改性纳米氧化铁的含量为0.7%。
[0032]
实施例3(1)破除细胞壁：将1.4kg的雨生红球藻、3.3kg的水、0.15kg粒径为20nm的离子液改性纳米氧化铁、0.03kg氯化-1-丁基-3-甲基咪唑混合均匀，常温下加入到均质乳化机中通过高速碰撞打碎细胞壁，乳化机线速度为41.8m/s，乳化时间为2h，得到浆液备用；(2)浆液发酵：将得到的浆液、0.06kg的氮磷钾肥、0.1kg的马齿苋、0.09kg的火山灰、0.008kg的腐殖酸、0.007kg的3-吲哚乙酸、0.05kg的木薯渣，混合均匀，加入0.02kg的短小芽孢杆菌密封发酵，发酵温度为26.8
o
c，发酵时间为11.8天；(3)藻类微生物发酵产物：将得到的发酵物固液分离，取得滤液，然后将滤液置于1t的磁块上方，静置9.6h，分离出离子液改性纳米氧化铁，藻类微生物发酵产物。
[0033]
所述离子液改性纳米氧化铁的制备方法为：将0.3kg1-烯丙基-3-乙基咪唑溴盐、4kg烯丙基乙基巯醚、37kg硅烷化纳米氧化铁粉、
2kg过氧化苯甲酰，420kg水，混合均匀，79℃搅拌4h、过滤，滤液循环使用，固体烘干，得到离子液改性纳米氧化铁。
[0034]
一种硅烷化纳米氧化铁的制备方法为：用450kg无水乙醇，25kg纳米氧化铁，0.8kg乙烯基三甲氧基硅烷，57℃搅拌80min，氨水调节至ph=10.5，反应结束后离心，干燥，得到硅烷化纳米氧化铁；所得有机肥的肥效为19%，丝瓜平均主根长度为41.6cm，丝瓜长度为224.8cm，有机肥中离子液改性纳米氧化铁的含量为0.6%。
[0035]
实施例4(1)破除细胞壁：将2kg的绿球藻、5kg的水、0.15kg粒径为30nm的离子液改性纳米氧化铁、0.03kg1-丁基-3甲基咪唑四氟硼酸盐混合均匀，常温下加入到均质乳化机中通过高速碰撞打碎细胞壁，乳化机线速度为48m/s，乳化时间为1h，得到浆液备用；(2)浆液发酵：将得到的浆液、0.12kg的氮磷钾肥、0.3kg的马齿苋、0.2kg的火山灰、0.06kg的腐殖酸、0.007kg的3-吲哚乙酸、0.18kg的木薯渣，混合均匀，加入0.06kg的胶质芽孢杆菌密封发酵，发酵温度为20
o
c，发酵时间为20天；(3)藻类微生物发酵产物：将得到的发酵物固液分离，取得滤液，然后将滤液置于1t的磁块上方，静置13h，分离出离子液改性纳米氧化铁，藻类微生物发酵产物。
[0036]
所述离子液改性纳米氧化铁的制备方法为：将0.4kg1-烯丙基-3-乙基咪唑溴盐、5kg烯丙基乙基巯醚、40kg硅烷化纳米氧化铁粉、3kg过氧化苯甲酰，500kg水，混合均匀，85℃搅拌5h、过滤，滤液循环使用，固体烘干，得到离子液改性纳米氧化铁。
[0037]
一种硅烷化纳米氧化铁的制备方法为：用500kg无水乙醇，26kg纳米氧化铁，1.7kg乙烯基三甲氧基硅烷，60℃搅拌100min，氨水调节至ph=11，反应结束后离心，干燥，得到硅烷化纳米氧化铁；所得有机肥的肥效为25%，丝瓜平均主根长度为45cm，丝瓜长度为230cm，有机肥中离子液改性纳米氧化铁的含量为0.1%。
[0038]
对比例1相对于实施例1，乳化机线速度为5m/s，其余相同，所得有机肥的肥效为10%，丝瓜平均主根长度为36cm，丝瓜长度为213cm，有机肥中离子液改性纳米氧化铁的含量为0.9%。
[0039]
对比例2相对于实施例4，加入离子液改性纳米氧化铁的含量为0kg，其余相同，所得有机肥的肥效为12%，丝瓜平均主根长度为33cm，丝瓜长度为217cm，有机肥中离子液改性纳米氧化铁的含量为0%。
[0040]
对比例3相对于实施例4，加入离子液体的含量为0kg，其余相同，所得有机肥的肥效为13%，丝瓜平均主根长度为38cm，丝瓜长度为215cm，有机肥中离子液改性纳米氧化铁的含量为1.4%。
[0041]
对比例4相对于实施例4，加入3-吲哚乙酸的含量为0kg，其余相同，所得有机肥的肥效为14.5%，丝瓜平均主根长度为33cm，丝瓜长度为212cm，有机肥中离子液改性纳米氧化铁的含量为0.9%。
[0042]
对比例5相对于实施例4，放在无磁性的平板上静置，其余相同，所得有机肥的肥效为14%，丝瓜平均主根长度为39.3cm，丝瓜长度为217cm，有机肥中离子液改性纳米氧化铁的含量为1.8%。