一种用于厨余垃圾堆肥的复合酶制剂及其制备与应用方法与流程

1.本发明属于厨余垃圾堆肥处理领域，具体涉及一种用于改善厨余垃圾堆肥效果的复合酶 制剂的制备与应用方法。


背景技术：

2.厨余垃圾含有淀粉、食物纤维、脂肪、蛋白质等有机物，极易腐败变质，不经妥善处理 容易诱发众多严重的环境问题。厨余垃圾堆肥化是利用微生物将厨余垃圾中的有机物实现降 解，最终生成稳定的富含腐殖质的有机肥料的过程，从而实现无害化、减量化、资源化。但 微生物易受堆肥条件的影响，以及在堆肥刚开始时活性低作用发挥不明显，部分有机质转化 为含硫化氢、氨氮化合物的恶臭物质，造成有机质的损失和环境污染。
3.复合酶作为高效生物催化剂，具有反应迅速、降解效果好、不受底物浓度的影响的特点， 添加复合酶能充分利用纤维素蛋白质等大分子有机物，弥补受影响的微生物活性，使其快速 进入高温期，缩短堆肥时间。目前，利用复合酶的除臭方面，选用的酶多数是单一酶或是氧 化酶，酶发挥作用时间短，制备工艺复杂，酶活性不易保持。找到一种使用方便、应用范围 广、使用条件宽松、稳定高效的复合酶已成为研究的热点问题。
三、

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种制备方法简单、效果明显的复合酶制剂，主要应用于厨余垃 圾处理设备实现厨余垃圾高质高效堆肥化处理，所要解决的技术问题在于：通过调整微生物 菌群结构，降低堆肥前期嗜温型微生物活性，减少有机质的不良转化，利用复合酶高效降解 有机质产生的大量热量以及嗜热型微生物的生长繁殖推动堆肥进入高温期，提高有机质的有 效转化，提高堆肥产品品质。
5.本发明为实现目的，采用如下技术方案：
6.本发明首先公开了一种用于厨余垃圾堆肥的复合酶制剂，其包括制剂a和制剂b；
7.所述制剂a含有浓度为1.0～5.0g/l的溶菌酶、浓度为0.5～5.0g/l的抗菌剂、浓度为 2.0～10.0g/l的甘氨酸，溶剂为水；
8.所述制剂b包括复合酶和载体，所述复合酶是由蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶和脂肪酶构 成，所述载体包括缓冲溶液、硅藻土和多糖；在所述制剂b中，蛋白酶的浓度为1.0～10.0g/l、 纤维素酶的浓度为2.0～12.0g/l、淀粉酶的浓度为1.0～8.0g/l、脂肪酶的浓度为1.0～10.0g/l、 硅藻土的浓度为10.0～40.0g/l、多糖的浓度为5.0～20.0g/l。
9.进一步地，所述溶菌酶为酶活性大于105u/g的蛋清溶菌酶，可由市场购买。
10.进一步地，所述抗菌剂为乳铁蛋白和乙二胺四乙酸二钠中的至少一种，均可由市场购买。
11.进一步地，所述复合酶中各酶的酶活性均大于103u/g。
12.进一步地，所述缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液或柠檬酸
‑
柠檬酸钠缓冲溶液，所述缓冲溶液 的ph为6.0
‑
7.0。
13.进一步地，所述多糖为海藻糖、山梨醇、木糖醇和阿拉伯胶中的至少一种，优选为海藻 糖。
14.本发明所述复合酶制剂的制备方法为：
15.所述制剂a按如下方法制备：将抗菌剂和甘氨酸加入35℃的水中，超声振荡至充分溶解 混匀，再加入溶菌酶，得到制剂a；
16.所述制剂b按如下方法制备：将多糖溶解在缓冲溶液中，再加入硅藻土，超声振荡至充 分分散，然后静置1～3h，得到含有硅藻土的载体；将复合酶加入到所述载体中，在35℃～45℃、 100～150r/min的振荡器中振荡2h～4h，使复合酶活化、分散、吸附在硅藻土上，即获得制剂b。
17.本发明还公开一种通过添加复合酶制剂提高厨余垃圾堆肥效果的方法，其为：将厨余垃 圾与调理剂、制剂a混合，以调节含水率为45％～60％、c/n比为25～35:1，得到堆肥原料；然 后将所述的制剂b均匀洒在堆肥原料中并搅拌至混合均匀，堆肥20～24d，得到堆肥产品。
18.进一步地，所述制剂a的加入量与所述厨余垃圾的质量比为1:1000，所述制剂b的加入量 与所述厨余垃圾的质量比为1:800～1200。
19.进一步地，所述调理剂为作物秸秆、锯末和木屑中的任意一种，长度在2～4cm，含水率 低于20％。调理剂调节厨余垃圾的含水率、c/n比、孔隙率，避免堆肥时物料压实进行局部厌 氧反应；调理剂优选玉米秸秆。
20.进一步地，堆肥处理反应过程强制通风：堆肥升温期和降温期每间隔2h通风30～50min， 通风量为1.0～1.5m3/min；堆肥高温期每间隔1h通风20～30min，通风量为2.0～4.0m3/min；每7 天翻堆一次，以保证物料受气均匀。
21.本发明的复合酶制剂体系中：溶菌酶最适温度为35℃、最适ph为6.5，具有胞壁质酶的 活性，破坏细胞表面的肽聚糖层，使细胞的通透性增加，最终使细胞瓦解。溶菌酶对革兰氏 阳性菌(g
+
)的杀菌作用强；革兰氏阴性菌(g
‑
)的外层有脂多糖层，将肽聚糖层包裹在里 面，溶菌酶难以与肽聚糖层接触，效果不明显。抗菌剂、甘氨酸与溶菌酶对多种g
‑
有协调杀 菌的作用，甘氨酸的外膜渗透性改善功能和抗菌剂使细胞表面的脂多糖部分溶解，协助溶菌 酶更容易穿过脂多糖层与肽聚糖层结合杀死微生物。在外加复合酶和微生物的作用，有机质 降解为小分子物质并释放大量的热量，溶菌酶的活性大幅度降低甚至丧失；此时，嗜热型微 生物大量繁殖，堆肥反应继续进行。
22.本发明中的载体由缓冲溶液、硅藻土和多糖构成。缓冲溶液在固定酶的操作中能保持酸 碱平衡，保护酶活性；硅藻土具有较大的比表面积和多孔结构，吸附能力强，复合酶吸附在 硅藻土表面和孔隙中；多糖良好的隔热性和凝胶性，最大限度的保护复合酶生物活性，增强 未吸附到硅藻土上的游离酶与底物分子的作用力。
23.本发明中复合酶在堆肥升温期高效分解糖类、胺类化合物、油类和纤维素类物质，替代 前期微生物的作用，使有机质的转化路径发生改变，减少臭气产生源而有效控制臭气的释放， 在分解过程中释放大量的热量和转化成易被吸收的小分子有机物，使堆体快速进入高温期， 为嗜热微生物大量繁殖提供条件。
24.本发明具有以下有益技术效果：
25.(1)本发明对恶臭气体的控制效果显著，臭味在堆肥5～8d后消失，臭味消除时间
提前了 6天以上，厨余垃圾单独堆肥直到堆肥结束仍能闻到臭味；同时，与厨余垃圾单独堆肥的对照 组相比，堆肥产品中氮素和硫素含量分别提高了40％和49％以上，有效提高了堆肥产品的营 养价值。
26.(2)本发明复合酶吸附在载体上是利用了高分子之间的氢键、范德华力等分子间相互作 用力完成的，不涉及化学反应，操作简单，反应条件温和，酶活性损失小，不会造成二次污 染。
27.(3)本发明的复合酶制剂性质稳定、作用效果明显，且现用现配，使用灵活，工艺简单。
具体实施方式
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例对本发明的具 体实施方式做详细的说明。以下内容仅仅是对本发明的构思所做的举例和说明，所属本技术 领域的技术人员对所描述的具体实施案例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式代替， 只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
29.实施例1
30.(1)、配置复合酶制剂
31.制剂a：
32.制剂a含有浓度为1.0g/l的溶菌酶(酶活性大于105u/g的蛋清溶菌酶)、浓度为1.0g/l 的抗菌剂(edat)、浓度为2.0g/l的甘氨酸，溶剂为水。
33.将抗菌剂和甘氨酸加入35℃的水中，超声振荡至充分溶解混匀，再加入溶菌酶，得到制 剂a。
34.制剂b：
35.制剂b包括复合酶和载体，复合酶是由酶活性均大于103u/g的蛋白酶、纤维素酶、淀粉 酶和脂肪酶构成，载体包括缓冲溶液(浓度为0.01mol/l、ph为6.5的柠檬酸
‑
柠檬酸钠缓冲 溶液)、硅藻土和多糖(海藻糖)；在制剂b中，蛋白酶的浓度为2.0g/l、纤维素酶的浓度为 3.0g/l、淀粉酶的浓度为1.0g/l、脂肪酶的浓度1.0g/l、硅藻土的浓度为20.0g/l、多糖的浓 度为5.0g/l。
36.将多糖溶解在缓冲溶液中，再加入硅藻土，超声振荡至充分分散，然后静置2h，得到含 有硅藻土的载体；将复合酶加入到载体中，在35℃、150r/min的振荡器中振荡2h，使复合酶 活化、分散、吸附在硅藻土上，即获得制剂b。
37.(2)堆肥
38.将厨余垃圾与玉米秸秆、制剂a混合，以调节含水率为60％、c/n比为35:1，得到堆肥 原料，其中制剂a与厨余垃圾的质量比为1:1000；然后再将制剂b均匀洒在堆肥原料中，在 小型厨余垃圾处理设备中不断搅拌使其混合均匀，制剂b与厨余垃圾的质量比为1:1200。堆 肥20d，得到堆肥产品。堆肥处理反应过程强制通风：堆肥升温期和降温期每间隔2h通风 30min，通风量为1.5m3/min；堆肥高温期每间隔1h通风30min，通风量为2.0m3/min；每7 天翻堆一次，以保证物料受气均匀。
39.实施例2
40.(1)、配置复合酶制剂
41.制剂a：
42.制剂a含有浓度为3.0g/l的溶菌酶(酶活性大于105u/g的蛋清溶菌酶)、浓度为3.0g/l 的抗菌剂(乳铁蛋白)、浓度为6.0g/l的甘氨酸，溶剂为水。
43.将抗菌剂和甘氨酸加入35℃的水中，超声振荡至充分溶解混匀，再加入溶菌酶，得到制 剂a。
44.制剂b：
45.制剂b包括复合酶和载体，复合酶是由酶活性均大于103u/g的蛋白酶、纤维素酶、淀粉 酶和脂肪酶构成，载体包括缓冲溶液(浓度为0.02mol/l、ph为6.8的磷酸盐缓冲溶液)、硅 藻土和多糖(海藻糖)；在制剂b中，蛋白酶的浓度为4.0g/l、纤维素酶的浓度为6.0g/l、淀 粉酶的浓度为2.0g/l、脂肪酶的浓度2.0g/l、硅藻土的浓度为30.0g/l、多糖的浓度为10.0g/l。
46.将多糖溶解在缓冲溶液中，再加入硅藻土，超声振荡至充分分散，然后静置2h，得到含 有硅藻土的载体；将复合酶加入到载体中，在35℃、150r/min的振荡器中振荡2h，使复合酶 活化、分散、吸附在硅藻土上，即获得制剂b。
47.(2)堆肥
48.将厨余垃圾与玉米秸秆、制剂a混合，以调节含水率为60％、c/n比为35:1，得到堆肥 原料，其中制剂a与厨余垃圾的质量比1:1000；然后再将制剂b均匀洒在堆肥原料中，在小 型厨余垃圾处理设备中不断搅拌使其混合均匀，制剂b与厨余垃圾的质量比为1:800。堆肥 22d，得到堆肥产品。堆肥处理反应过程强制通风：堆肥升温期和降温期每间隔2h通风40min， 通风量为1.0m3/min；堆肥高温期每间隔1h通风25min，通风量为4.0m3/min；每7天翻堆一 次，以保证物料受气均匀。
49.实施例3
50.(1)、配置复合酶制剂
51.制剂a：
52.制剂a含有浓度为5.0g/l的溶菌酶(酶活性大于105u/g的蛋清溶菌酶)、浓度为5.0g/l 的抗菌剂乳铁蛋白、浓度为10.0g/l的甘氨酸，溶剂为水。
53.将抗菌剂和甘氨酸加入35℃的水中，超声振荡至充分溶解混匀，再加入溶菌酶，得到制 剂a。
54.制剂b：
55.制剂b包括复合酶和载体，复合酶是由酶活性均大于103u/g的蛋白酶、纤维素酶、淀粉 酶和脂肪酶构成，载体包括缓冲溶液(浓度为0.01mol/l、ph为6.5的柠檬酸
‑
柠檬酸钠缓冲 溶液)、硅藻土和多糖(海藻糖)；在制剂b中，蛋白酶的浓度为10.0g/l、纤维素酶的浓度为 12.0g/l、淀粉酶的浓度为6.0g/l、脂肪酶的浓度8.0g/l、硅藻土的浓度为40.0g/l、多糖的浓 度为20.0g/l。
56.将多糖溶解在缓冲溶液中，再加入硅藻土，超声振荡至充分分散，然后静置2h，得到含 有硅藻土的载体；将复合酶加入到载体中，在35℃、150r/min的振荡器中振荡2h，使复合酶 活化、分散、吸附固定在硅藻土上，即获得制剂b。
57.(2)堆肥
58.将厨余垃圾与玉米秸秆、制剂a混合，以调节含水率为60％、c/n比为35:1，得到堆肥原 料，其中制剂a与厨余垃圾的质量比1:1000；然后再将制剂b均匀洒在堆肥原料中，在小型厨 余垃圾处理设备中不断搅拌使其混合均匀，制剂b与厨余垃圾的质量比为1:800。堆肥24d，得 到堆肥产品。堆肥处理反应过程强制通风：堆肥升温期和降温期每间隔2h通风40min，通风量 为1.0m3/min；堆肥高温期每间隔1h通风30min，通风量为2.0m3/min；每7天翻堆一次，以保证 物料受气均匀。
59.使用效果：
60.本实施例1
‑
3复合酶制剂对厨余垃圾堆肥过程中除臭效果的试验：
61.试验组：各实施例添加复合酶制剂处理
62.对照组：将厨余垃圾与玉米秸秆混合，以调节含水率为60％、c/n比为35:1，得到堆肥原 料，在小型厨余垃圾处理设备中不断搅拌使其混合均匀，堆肥24d，得到堆肥产品。堆肥处理 反应过程强制通风：堆肥升温期和降温期每间隔2h通风40min，通风量为1.0m3/min；堆肥高 温期每间隔1h通风30min，通风量为2.0m3/min；每7天翻堆一次，以保证物料受气均匀。
63.由表1可以看出，添加复合酶制剂可有效降低在堆肥反应过程中臭气的挥发，在堆肥第 12d左右基本无异味产生，而对照组在第15d时依然可以闻到臭味，一直到堆肥结束仍可以 闻到异味，说明复合酶制剂对厨余垃圾堆肥除臭效果明显。
64.与对照组相比，添加合酶制剂的厨余垃圾堆肥产品中氮素和硫素含量分别提高了40％和 49％以上。
65.表1复合酶制剂对厨余垃圾堆肥臭味的影响
[0066][0067]
注：臭味指标采用六级分类法：0：无臭味；1：勉强感觉到臭味；2：微弱的臭味；3： 明显的臭味；4：很强的臭味；5：难以忍受的臭味
[0068]
以上仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则 之内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。