利用赖氨酸废弃母液制备的生物有机肥

摘要

本发明属于生物发酵行业发酵废液处理领域，公开了利用赖氨酸废弃母液制备的生物有机肥，该生物有机肥有效利用发酵废弃母液和生物有机质，采用了氨化以及造粒技术。本发明生物有机肥全过程无废弃物产生，环保无污染；本发明在制备肥料的同时，还制备了高纯度蛋白和饲料。

权利要求

1.利用赖氨酸废弃母液制备的生物有机肥，其特征在于，所述生物有机肥的制备方法包括如下步骤：

步骤1）赖氨酸发酵液经过孔径为1mm的过滤器，收集滤液A和固体纤维物质；滤液A经微滤膜过滤，分别收集截留物和滤液B；然后将滤液B继续进行超滤膜过滤，收集浓缩液和滤液C；滤液C经过蒸发器浓缩至原液体积的四分之一，然后结晶，最后离心收集赖氨酸晶体和废液；合并上述截留物、浓缩液和废液，得到废弃母液；

步骤2）将废弃母液加热，使温度达到100℃，保温10min，得到变性后的菌体溶液，然后冷却至室温，将变性后的菌体溶液泵入碟式离心机中，以4000r/min的转速离心12min后，收集下层菌体和上层液体；然后将菌体置于40℃真空干燥箱中烘至恒重，随后紫外线照射

5min；然后将菌体添加到搅拌反应器中，并加入相当于菌体两倍重量的1M的盐酸溶液，100转/min搅拌反应15min，随后用碟片分离机以3000r/min的转速离心5min去除细胞壁，收集上清液，浓缩成膏状物，最后通过喷浆造粒流化床干燥，得到蛋白；

步骤3）将步骤1）所得固体纤维物质、步骤2）所得上层液体以及步骤2）所得细胞壁合并，自然沉降固液分离，得上清液和沉淀物；将沉淀物、高粱粉、稻糠、鸡蛋壳粉以及麦麸按照5：2：1：1：1的质量比混合，加入占混合物质量3%的氨水，添加纯净水调整含水率至50%，混合均匀，置于密闭环境下氨化72小时；调整氨化后的混合物的pH为5.0，加入占混合物质量的2%的纤维素酶和1%的木聚糖酶，混合均匀，酶解20h；100℃灭酶5min，最后30℃通风干燥，粉碎得到牛饲料；

步骤4）往步骤3）所得上清液中添加腐植酸钾、硅藻土、沸石粉、豆粕以及草炭，搅拌均匀，静置12小时，然后加入氨水，搅拌均匀，所述上清液、腐植酸钾、硅藻土、沸石粉、豆粕、草炭以及氨水的质量比为100：30：10：8：6：6：5，置于密闭环境下氨化72小时，得到主料；将主料、磷酸一铵、聚天冬氨酸、硫酸锌按照200：10：1：1的质量比混合均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中，造粒包装制得复混肥。

2.根据权利要求1所述的生物有机肥，其特征在于，所述步骤1）中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为3000Da，微滤温度为36℃；超滤膜截留分子量为300Da，超滤温度为36℃。

3.根据权利要求1所述的生物有机肥，其特征在于，所述紫外线的强度为2000uW/cm2。

4.根据权利要求1所述的生物有机肥，其特征在于，所述纤维素酶和木聚糖酶的酶活分别为5000U/g和10000U/g。

说明书

利用赖氨酸废弃母液制备的生物有机肥

技术领域

[0001] 本发明属于生物发酵行业发酵废液处理领域，具体涉及利用赖氨酸废弃母液制备的生物有机肥。

背景技术

[0002] 赖氨酸是人体必需氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用。赖氨酸为碱性必需氨基酸。由于谷物食品中的赖氨酸含量甚低，且在加工过程中易被破坏而缺乏，故称为第一限制性氨基酸。赖氨酸是人体需要的一种氨基酸，一种不可缺少的营养物质。人们知道，蛋白质是构成人体细胞的主要成份，食物中的蛋白质进入人体后经过消化先分解成氨基酸，然后人体又利用这些氨基酸再合成新的人体蛋白质，如免疫抗体、消化酶、血浆蛋白、生长激素等都是合成后的人体蛋白质。在合成蛋白质的各种氨基酸中，L-赖氨酸是最重要的一种，少了它，其它氨基酸就受到限制或得不到利用，科学家称它为人体第一必需氨基酸。科学家还发现，L-赖氨酸是控制人体生长的重要物质抑长素 (Somatotation,ss) 中最重要的也是最必需的成份，对人的中枢神经和周围神经系统都起着重要作用。人体不能自身合成L-赖氨酸，必须从食物中吸取赖氨酸是帮助其它营养物质被人体充分吸收和利用的关键物质，人体只有补充了足够的L-赖氨酸才能提高食物蛋白质的吸收和利用，达到均衡营养，促进生长发育。目前，生产赖氨酸的主要方法包括二步发酵法，直接发酵法，酶法等。但是，目前发酵培养基的成本较高，很多生产氨基酸的企业面临亏损，如何降低发酵成本是企业需要解决的问题。

[0003] 目前，发酵副产物菌体蛋白通过絮凝沉淀板框过滤后，直接作为廉价饲料蛋白销售，产品附加值较低；废水通过简单处理直接排出；但是上述方法并没有将各种废料分别进行处理，没有最大限度的利用附加值。如何有效地利用发酵废弃母液，最大限度的提高工业附加值，是企业一直追求的方向。

[0004] 我国肥料的发展和应用历程，是从农家肥到使用无机肥为主要阶段，因农家肥污染源多，运输量大，在操作上费时费力并且效果不是特别明显；而无机肥成份单一，利用率较低，而且往往会造成土壤板结和伴随水土流失污染水源，影响生态环境。目前，市场多采用含氮磷钾的无机复合肥等，该复合肥的肥效全面，但是也存在肥效不持久，容易流失等缺陷；更重要的是，目前复合肥的价格较高，给农民带来较大的负担，如何降低肥料成本，提高农民收入是现代化农业需要解决的技术问题。

发明内容

[0005] 为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了利用赖氨酸废弃母液制备的生物有机肥，该生物有机肥有效利用了废弃母液成分，全过程无废弃物产生，环保无污染；制备肥料的同时，还制备了高纯度蛋白和饲料。

[0006] 为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

[0007] 利用赖氨酸废弃母液制备的生物有机肥，所述生物有机肥的制备方法包括如下步骤：

[0008] 步骤1）赖氨酸发酵液经过孔径为1mm的过滤器，收集滤液A和固体纤维物质；滤液A经微滤膜过滤，分别收集截留物和滤液B；然后将滤液B继续进行超滤膜过滤，收集浓缩液和滤液C；滤液C经过蒸发器浓缩至原液体积的四分之一，然后结晶，最后离心收集苏氨酸晶体和废液；合并上述截留物、浓缩液和废液，得到废弃母液；

[0009] 步骤2）将废弃母液加热，使温度达到100℃，保温10min，得到变性后的菌体溶液，然后冷却至室温，将变性后的菌体溶液泵入碟式离心机中，以4000r/min的转速离心12min后，收集下层菌体和上层液体；然后将菌体置于40℃真空干燥箱中烘至恒重，随后紫外线照射5min；然后将菌体添加到搅拌反应器中，并加入相当于菌体两倍重量的1M的盐酸溶液，100转/min搅拌反应15min，随后用碟片分离机以3000r/min的转速离心5min去除细胞壁，收集上清液，浓缩成膏状物，最后通过喷浆造粒流化床干燥，得到蛋白；

[0010] 步骤3）将步骤1）所得固体纤维物质、步骤2）所得上层液体以及步骤2）所得细胞壁合并，自然沉降固液分离，得上清液和沉淀物；将沉淀物、高粱粉、稻糠、鸡蛋壳粉以及麦麸按照5：2：1：1：1的质量比混合，加入占混合物质量3%的氨水，添加纯净水调整含水率至50%，混合均匀，置于密闭环境下氨化72小时；调整氨化后的混合物的pH为5.0，加入占混合物质量的2%的纤维素酶和1%的木聚糖酶，混合均匀，酶解20h；100℃灭酶5min，最后30℃通风干燥，粉碎得到牛饲料；

[0011] 步骤4）往步骤3）所得上清液中添加腐植酸钾、硅藻土、沸石粉、豆粕以及草炭，搅拌均匀，静置12小时，然后加入氨水，搅拌均匀，置于密闭环境下氨化72小时，得到主料；将主料、磷酸一铵、聚天冬氨酸、硫酸锌按照200：10：1：1的质量比混合均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中，造粒包装制得复混肥。

[0012] 优选地，

[0013] 所述步骤1）中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为3000Da，微滤温度为36℃；超滤膜截留分子量为300Da，超滤温度为36℃。

[0014] 所述紫外线的强度为2000uW/cm2。

[0015] 所述纤维素酶和木聚糖酶的酶活分别为5000U/g和10000U/g。

[0016] 所述高粱粉和鸡蛋壳粉分别由高粱和鸡蛋壳粉碎制得。

[0017] 所述步骤4）中，步骤3）所得上清液、腐植酸钾、硅藻土、沸石粉、豆粕、草炭以及氨水的质量比为100：30：10：8：6：6：5。

[0018] 本发明有益效果主要包括：

[0019] 由于赖氨酸废弃母液含有大量的发酵菌体、蛋白、糖分以及纤维类物质，本发明在生产赖氨酸的同时，利用了废弃母液，省去了母液处理过程，降低生产成本，实现了变废为宝，大幅度提高了资源的利用率；本发明同时制备了高纯度蛋白、饲料以及生物有机肥，有效利用了废弃母液成分，全过程无废弃物产生，环保无污染；本发明采用分级处理方式，制备的高纯度蛋白工业附加值高，制备的饲料养殖效果好，制备的复混肥肥效持久，成本低廉，适用于多种作物；本发明结合高速离心、紫外照射以及酸水解多种技术，大大提高了菌体的裂解率，提高了蛋白产量；本发明饲料采用氨化和酶处理技术，有效利用了发酵废料和农业废料，使得饲料营养成分更全面；本发明采用废水来制备肥料，避免了浪费水资源，并且提供了微量元素和氨基酸成分，使得肥料养分更加全面持久；本发明避免了将废水应用于饲料中，给饲料的安全性带来隐患。

具体实施方式

[0020] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0021] 实施例1

[0022] 利用赖氨酸废弃母液制备的生物有机肥，其制备方法包括如下步骤：

[0023] 1）赖氨酸发酵液经过孔径为1mm的过滤器，收集滤液A和固体纤维物质；滤液A经微滤膜过滤，分别收集截留物和滤液B；然后将滤液B继续进行超滤膜过滤，收集浓缩液和滤液C；滤液C经过蒸发器浓缩至原液体积的四分之一，然后结晶，最后离心收集苏氨酸晶体和废液；合并上述截留物、浓缩液和废液，得到废弃母液；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为3000 Da，微滤温度为36℃；超滤膜截留分子量为300 Da，超滤温度为36℃；

[0024] 2）将废弃母液加热，使温度达到100℃，保温10min，得到变性后的菌体溶液，然后冷却至室温，将变性后的菌体溶液泵入碟式离心机中，以4000r/min的转速离心12min后，收集下层菌体和上层液体；然后将菌体置于40℃真空干燥箱中烘至恒重，然后紫外线照射5min，菌体厚度为10cm，紫外线强度为2000uW/cm2；然后将菌体添加到搅拌反应器中，并加入两倍重量的1M的盐酸溶液，100转/min搅拌反应15min，随后用碟片分离机以3000r/min的转速离心5min去除细胞壁，收集上清液，浓缩成膏状物，最后通过喷浆造粒流化床干燥，得到蛋白；

[0025] 3）将步骤1）所得固体纤维物质、步骤2）所得上层液体以及步骤2）所得细胞壁合并，自然沉降固液分离，得上清液和沉淀物；将沉淀物、高粱粉、稻糠、鸡蛋壳粉以及麦麸按照5：2：1：1：1的质量比混合，加入占混合物质量3%的氨水，添加纯净水调整含水率至50%质量分数，混合均匀，置于密闭环境下氨化72小时；调整氨化后的混合物的pH为5.0，加入占混合物质量的2%的纤维素酶和1%的木聚糖酶，混合均匀，酶解20h；100℃灭酶5min，最后30℃通风干燥，粉碎得到牛饲料；所述纤维素酶和木聚糖酶的酶活分别为5000U/g和10000U/g；所述高粱粉和鸡蛋壳粉分别由高粱和鸡蛋壳粉碎制得；

[0026] 4）往步骤3）所得上清液中添加腐植酸钾、硅藻土、沸石粉、豆粕以及草炭，搅拌均匀，静置12小时，然后加入氨水，搅拌均匀，置于密闭环境下氨化72小时，得到主料；将主料、磷酸一铵、聚天冬氨酸、硫酸锌按照200：10：1：1的质量比混合均匀，加入到双螺杆挤出造粒机中，造粒包装制得复混肥；其中，步骤3）所得上清液、腐植酸钾、硅藻土、沸石粉、豆粕、草炭以及氨水的质量比为100：30：10：8：6：6：5。

[0027] 实施例2

[0028] 本发明将实施例1制备的蛋白，纯度可达到90%以上，替代市售标准YPD培养基中的酵母粉，其余成分不变，在相同条件下培养酿酒酵母和毕赤酵母，通过比较细胞的生长情况（OD600）评价产品的培养效果。具体见表1：

[0029] 表1

[0030]

[0031] 结论：利用比浊法测定OD600表征细胞的生长情况，表明以本产品可以替代市售酵母粉产品，培养效果更佳，能给企业带来巨大的经济效益。

[0032] 实施例3

[0033] 实施例1制备的饲料对于犊牛生长发育的影响

[0034] 选用健康初生的犊牛分组于对照组和试验组，每组50只，公母各半，于180日龄测定牛的体重。犊牛出生后 0-10天喂初乳，第10天后进行基础日粮和饲料的喂养。分别统计犊牛在30～90天平均日增重量、120～180天平均日增重量、第180天胸围和第180天体高四项指标。对照组：基础日粮：普通型饲料＝8：1；

[0035] 试验组：基础日粮：实施例1饲料＝8：1。结果见表2。

[0036] 表2 犊牛的生长指标测定

[0037]组别 30-90天平均日增重（kg/头） 120-180天平均日增重（kg/头） 第180天胸围（cm） 第180天体高（cm）对照组 0.51 0.53 115.9 93.5
试验组 0.57 0.60 121.3 98.7

[0038] 结论：试验组的犊牛生长速度好于对照组，且在胸围和体高上比对照组的有明显的优势，说明食用本发明的饲料后，利于犊牛生长。

[0039] 实施例4

[0040] 本发明实施例1制备的生物有机肥的田间试验效果：以小麦为例。

[0041] 对照组：普通复合肥：氮磷钾含量为15∶15∶15；

[0042] 试验组：实施例1制备的生物有机肥。

[0043] 实验方法：选试验田种植冬小麦，两组肥料分别处理的试验田面积均10亩地，每组试验田肥料的使用量均为40kg，其他种植条件完全相同；同时收获小麦，测定小麦亩产量以及增产率；同时检测小麦穗粒数、千粒重。实验结果：参照表3。

[0044] 表3

[0045]组别 穗粒数 千粒重（g） 亩产量(kg)
对照组 28.9 45.3 365
试验组 31.2 46.9 387

[0046] 结论：通过表3比较发现，试验组小麦穗粒数、千粒重以及亩产量明显高于对照组，具备统计学意义。

[0047] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方式对本案作了详尽的说明，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所作的修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。