一種長效凈水菌膠囊及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及菌劑固定化包埋領域，主要是涉及一種包埋凈水菌劑和緩釋碳源的核殼結構長效凈水膠囊及其制備方法。
【背景技術】
[0002]微生物在污染水體生態(tài)修復中扮演著無可替代的角色，在降低水體化學需氧量、氨氮和總氮等方面發(fā)揮著重要的作用。污染水體生態(tài)修復過程中，人工投加菌劑會伴隨水體流動而流失或沉降到水底，導致應用效果降低，對菌劑凈水性能的定點高效發(fā)揮不利。將凈水菌劑進行固定化處理，并輔以適宜的碳源促進其活性的發(fā)揮，則可規(guī)避流失和沉降的問題，并能提高凈水效果，利于污染水體定點高效治理。
[0003]經(jīng)過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，菌劑固定化包埋研宄較多，常見高分子壁材如海藻酸鈉、聚乙烯醇、卡拉膠、聚谷氨酸等，常見輔料如活性炭、硅藻土、沸石粉、粘土、多孔珍珠巖粉和聚氨酯泡沫等。常見高分子壁材菌劑固定化包埋應用中，既有單獨應用的，也有組合應用的，如海藻酸鈉-卡拉膠組合、海藻酸鈉-聚乙醇組合、卡拉膠-海藻酸鈉-聚乙烯醇組合等；在加工工藝上，有的采用冷凍成型法、有的采用固化液固定成型法、也有采用先冷凍后固化成型的方法；在產(chǎn)品類型上，有薄膜型、顆粒狀和有塊狀等，均為內(nèi)外質(zhì)地一致的結構，未見核殼結構菌劑包埋物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明公開了一種核殼結構凈水菌膠囊及其制備方法。該核殼結構膠囊的核為以檸檬酸鈣為主的混合碳源，殼為負載凈水菌的海藻酸鈉、聚乙烯醇和竹炭混合多孔材料。碳源釋放到殼中后被負載菌劑優(yōu)先利用，因此單位碳源的凈水貢獻率大幅提高。本發(fā)明核殼結構長效凈水膠囊最大特點之一為長效，主要借助碳源的緩慢釋放實現(xiàn)。與已有技術對比發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明涉及的核殼結構凈水膠囊特征尚未見報道，以檸檬酸鈣為主的復合緩釋碳源配方和加工工藝未見報道，由海藻酸鈉、聚乙烯醇和竹炭形成的膠囊外殼配方和加工工藝未見報道，尤其是膠囊外殼的固化方法未見報道。
[0005]本發(fā)明的目的是發(fā)明一種同時包埋緩釋碳源和菌劑的凈水微生物固定化制劑，為了提高碳源的負載率，延長膠囊凈水時效，提高固定化菌劑對碳源的利用幾率，確保固定化菌劑與外界水體接觸充分，本發(fā)明采用了核殼結構的設計思路，并以水溶性較差的檸檬酸鈣為主要碳源。膠囊內(nèi)核為經(jīng)緩釋處理的混合碳源，膠囊外殼為包埋凈水菌劑的有機-無機復合多孔材料?；旌咸荚吹闹饕煞职?檸檬酸鈣、硬脂酸鈣、醋酸鈣、黃原膠和蔗糖；膠囊外殼的主要成分包括:凈水菌劑、海藻酸鈉、聚乙烯醇和竹炭。
[0006]一方面，本發(fā)明提供一種包埋緩釋碳源和凈水菌劑的核殼結構膠囊，其特征在于:膠囊為核殼兩層結構，其中，緩釋碳源為膠囊內(nèi)核，主要成分包括:檸檬酸鈣、硬脂酸鈣、醋酸鈣、黃原膠和蔗糖；包埋凈水菌劑的有機-無機復合多孔材料為膠囊外殼，主要成分包括:凈水菌劑、海藻酸鈉、聚乙烯醇和竹炭，凈水菌總活菌數(shù)2.0 X 17?2.0X108CFU/g濕重膠囊殼。其中，所述的凈水菌劑為保藏號為CGMCC N0.2288的枯草芽孢桿菌BJ和保藏號為ATCC14580的地衣芽孢桿菌DSM 13所產(chǎn)生。
[0007]優(yōu)選的，所述的膠囊內(nèi)核為:檸檬酸鈣、硬脂酸鈣、醋酸鈣、黃原膠和蔗糖的混合物，可以是任意形狀，如球型、方型、柱狀、餅狀、橄欖型、星型等，最大外形尺寸可以是
1.0cm?50cm。膠囊外殼為枯草芽孢桿菌BJ和地衣芽孢桿菌DSM 13菌粉、海藻酸鈉、聚乙烯醇和竹炭的混合物，包覆于膠囊內(nèi)核表面，厚度為1.0cm?10cm，菌劑包封率90?99%。
[0008]另一方面，本發(fā)明涉及上述核殼結構凈水菌劑膠囊的制備方法，包括以下步驟:
[0009]第一步，配置膠囊內(nèi)核物料，即緩釋碳源混合物:將:檸檬酸鈣、硬脂酸鈣、醋酸鈣、黃原膠和蔗糖按比例混合均勻，其中檸檬酸鈉的質(zhì)量百分比含量為65?85%、硬脂酸鈣的質(zhì)量百分比含量為I?10%、醋酸鈣的質(zhì)量百分比含量為0.5?4.0%、硼酸的質(zhì)量百分比含量為1.0?6.0%、碳酸媽的質(zhì)量百分比含量為1.0?10.0%、黃原膠的質(zhì)量百分比含量為0.5?4%和蔗糖的質(zhì)量百分比含量為0.1?1%。最適比例為:檸檬酸鈣82.0%、硬脂酸鈣8.0%、醋酸鈣1.6%、硼酸5.0%、碳酸鈣1.0%、黃原膠2.0 %和蔗糖0.4%
[0010]第二步，膠囊內(nèi)核制作成型:將第一步的混合物與水按照質(zhì)量比=10:1?10:3混合均勻，制成面團狀物料，并加工成所需形狀，然后于50?100°C烘干獲得成型膠囊內(nèi)核。
[0011]第三步，膠囊外殼物料準備:將0.4?4.0g海藻酸鈉和1.0?10.0g聚乙烯醇加入到10mL水中，加熱至溶解充分，然后加入20.0?80.0g竹炭混合均勻，待溫度降低到50°C時，加入枯草芽孢桿菌BJ菌粉0.5?5.0g和地衣芽孢桿菌DSM 13菌粉0.5?5.0g,并迅速攪拌均勻獲得外殼物料，于45°C下備用。
[0012]第四步，核殼膠囊制備:將第三步獲得的外殼物料倒入一定形狀的模具中，然后將第二步獲得的成型膠囊內(nèi)核嵌入外殼物料內(nèi)部，使內(nèi)核完全沒入外殼物料中，于20?40°C固化4?24h成型，從模具中取出后，于20?40°C下烘干過夜，即可獲得本發(fā)明最終核殼結構膠囊。在固化過程中，氯化鈣和硼酸會溶解于外殼中含有的水分中，然后由內(nèi)向外擴散，并分別固化海藻酸鈉和聚乙烯醇，最后形成固態(tài)水凝膠。
[0013]本發(fā)明所有的百分比含量，沒有特備指明，都屬于質(zhì)量百分比含量。
[0014]本發(fā)明所制備核殼結構膠囊，其內(nèi)核碳源釋放90%所需時長為:6.0?36.0個月；膠囊外殼菌劑釋放85%所需時長為:6.0?40.0個月；膠囊外殼中活菌數(shù)為2.0X 17?
2.0X 108CFU/g濕重膠囊殼，其中枯草芽孢桿菌BJ為1.0X 17?1.0X 10 8CFU/g濕重膠囊殼，地芽孢桿菌DSM13為1.0X107— 1.0X108CFU/g濕重膠囊殼。
[0015]有益效果
[0016]本發(fā)明制備操作簡單，所得核殼膠囊一體成型，不易發(fā)生碳源泄露，應用于城鄉(xiāng)河道污染水體能起到優(yōu)異的定點高效污水治理效果，在降低化學需氧量、水體氨氮和總氮等方面表現(xiàn)優(yōu)異。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明核殼膠囊結構示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明一個【具體實施方式】中的膠囊外觀和剖面圖。
[0019]圖3為膠囊外殼內(nèi)部多孔結構圖(電子顯微鏡下的結構圖)。
【具體實施方式】
[0020]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0021]以下實施例的涉及包埋緩釋碳源和凈水菌劑的核殼結構膠囊包括:緩釋碳源膠囊內(nèi)核和包埋凈水菌劑的膠囊外殼兩部分。其中膠囊內(nèi)核由檸檬酸鈣、硬脂酸鈣、醋酸鈣、硼酸、碳酸鈣、黃原膠和蔗糖構成，膠囊外殼由菌劑、海藻酸鈉、聚乙烯醇和竹炭構成。將預制成型的膠囊內(nèi)核嵌入尚未固化成型的膠囊外殼物料混合物中，靜置一定時間即可自動固化成型，獲得本發(fā)明所述核殼結構膠囊。
[0022]在下列所有實施例子中的菌劑為枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌菌粉。其中，枯草芽孢桿菌BJ (分類命名:枯草芽孢桿菌BJ，拉丁學名:Bacillus subtilis BJ，保藏號:CGMCC N0.2288，保藏單位為:中國普通微生物菌種保藏管理中心)與已授權發(fā)明專利:用于凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的微生物制劑及其制備方法(申請?zhí)?cN200810059104)中所訴枯草芽孢桿菌BJ為同一菌株。
[0023]地衣芽孢桿菌DSM 13，于2014年7月購自江南大學工業(yè)微生物資源和信息中心，分類命名:地衣芽孢桿菌DSM 13，拉丁學名:Bacillus licheniformis DSM 13，保藏號:ATCC14580，保藏單位:美國典型培養(yǎng)物保藏中心。
[0024]實施例1
[0025]步驟1: