專利名稱：農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為液體燃料和有機(jī)肥料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于利用微生物發(fā)酵綜合利用秸桿的方法，尤其涉及一種農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為液體燃料和有機(jī)肥料的方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)每年農(nóng)作物秸桿量達(dá)6億噸，有大量被就地焚燒，其產(chǎn)生的煙霧嚴(yán)重影響鐵路和高速公路的交通安全，國(guó)家三令五申要求解決此問(wèn)題。目前推薦的利用手段大致有秸稈氣化作農(nóng)戶燃料、秸稈制顆粒飼料、秸稈制板、秸稈制一次性快餐餐具及減壓包裝材料和秸稈粉碎還田，它們或需要較多設(shè)備、投資或?qū)嶋H運(yùn)作有困難。ZL93118064.3公開(kāi)了一種《微生物發(fā)酵復(fù)合菌及其應(yīng)用于生產(chǎn)家畜秸桿飼料的方法》，利用木質(zhì)纖維分解菌與厭氧無(wú)毒的有機(jī)酸發(fā)酵菌等復(fù)合菌，將其接種在鍘短的農(nóng)作物秸桿上，厭氧下發(fā)酵生產(chǎn)出食草家畜粗飼料的方法。該專利尚存有需要接種商品純菌種，一般農(nóng)戶難于掌握菌種接種技術(shù)，作業(yè)過(guò)程繁瑣和發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)(該專利文件敘述需要10～30天)等缺陷。
申請(qǐng)人注意到單胃食草動(dòng)物中，家兔有其獨(dú)特的消化器官，兔盲腸特別發(fā)達(dá)。在所有單胃食草動(dòng)物中，兔的盲腸比例最大，它是卷曲的錐形體，盲腸基部粗大，向尖端方向緩緩變細(xì)，內(nèi)壁有發(fā)達(dá)的螺旋形皺襞，行發(fā)酵、消化功能。盲腸的末端形成一細(xì)長(zhǎng)，壁肥厚，色灰白的蚓突，蚓突壁內(nèi)有豐富的淋巴濾泡，粘膜下層充滿淋巴集結(jié)；在兔子回腸和盲腸連接處有一個(gè)異常發(fā)達(dá)的圓形球囊組織，球囊主要行使消化吸收功能。兔子的消化生理既不同于結(jié)腸酵解的馬，也不同于瘤胃酵解的牛、羊。兔盲瘍中擁有很龐大的微生物區(qū)系。
據(jù)《畜禽業(yè)》1999年第11期趙義斌等《八種微生物對(duì)粗纖維分解能力的比較研究》介紹，在兔盲腸內(nèi)分離到可能對(duì)粗纖維具有分解能力的7種細(xì)菌和1種真菌的混合菌群。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述背景技術(shù)的啟發(fā)，申請(qǐng)人萌生了利用兔子盲腸中的微生物體系分泌的纖維素酶，對(duì)農(nóng)作物秸桿進(jìn)行工業(yè)化加工的想法。其技術(shù)方案為研制一種農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為液體燃料的方法，包括以秸桿為培養(yǎng)基，利用使秸桿發(fā)酵的菌種在適宜的溫度、濕度下使秸桿發(fā)酵轉(zhuǎn)化，秸桿中可利用的纖維素被分解為葡萄糖及揮發(fā)性脂肪酸，進(jìn)一步在釀酒酵母作用下制成混醇類液體燃料，其特征是先制備活化增殖的兔盲腸混合菌群菌液，以秸桿為培養(yǎng)基接種兔盲腸混合菌群和釀酒酵母，再經(jīng)發(fā)酵、蒸餾得到液體燃料。
其中制備活化增殖的兔盲腸混合菌群菌液的步驟是①母液制備 馬鈴薯泥160～200份、瓊脂16～20份和葡萄糖16～20份，加水800～1000份加溫制成混懸液，調(diào)節(jié)至PH5.5～6.5、36～39.5℃?zhèn)溆茫虎诮臃N活化整個(gè)鮮活兔盲腸1份用0～5℃水洗凈內(nèi)容物，置于上述母液中培養(yǎng)1h；③添加營(yíng)養(yǎng)鹽重量配比是母液∶營(yíng)養(yǎng)鹽＝1∶0.018～0.020；營(yíng)養(yǎng)鹽組成蛋白胨18～20份、磷酸二氫鉀4.5～5.0份、硫酸鎂0.8～1.0份、硫胺0.8～1.0份、豆粉45～50份和農(nóng)作物秸桿粉4500～5000份混勻；④混合菌群增殖培養(yǎng)添加營(yíng)養(yǎng)鹽和兔盲腸接種活化后的母液，于PH5.5～6.5、36～39.5℃攪拌下培養(yǎng)36～60h，制得增殖后的混合菌群菌液備用。
其中秸桿發(fā)酵、蒸餾得到液體燃料的步驟是①將農(nóng)作物秸桿粉碎至20～40目；②接種、發(fā)酵的重量配比是秸桿∶水∶混合菌群增殖菌液∶釀酒酵母∶催化劑核苷酸＝100∶200～300∶0.01～0.015∶0.0075～0.015∶0.00015～0.0002；③發(fā)酵條件是溫度36～39℃，攪拌速度50～80rpm，PH4～6，時(shí)間48～96h；④蒸餾條件是常壓蒸餾，收集餾程76～120℃。
進(jìn)一步研制一種農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料的方法，包括發(fā)酵和干燥，其特征是利用農(nóng)作物秸桿經(jīng)提取液體燃料后的糟粕作為培養(yǎng)基，接種活化增殖后的厭氧菌群，經(jīng)發(fā)酵和干燥后制得有機(jī)顆粒肥料。
其中厭氧菌群的制備步驟是①厭氧菌群采集將健康成年人糞便，經(jīng)800目篩網(wǎng)過(guò)濾，濾出物加8～12重量份的0～5℃水稀釋得厭氧菌群原液；
②厭氧菌群增殖培養(yǎng)重量配比是厭氧菌群原液∶營(yíng)養(yǎng)鹽＝1∶0.1；營(yíng)養(yǎng)鹽組成淀粉80～120份、磷酸二氫鉀1.5～3份、豆粉15～25份、復(fù)合維生素B0.05～0.1份、糟粕粉800～1200份和水2300～2500份混勻。
在溫度36～39℃下經(jīng)36～48h增殖培養(yǎng)，即得厭氧菌群增殖菌劑。
其中發(fā)酵和干燥的步驟是①接種、發(fā)酵的重量配比是糟粕∶水∶厭氧菌群增殖菌劑＝1∶0.3～0.4∶0.04～0.06；②發(fā)酵條件是拌勻后在溫度36～38℃，靜置48～72h發(fā)酵完成；③干燥條件是罐內(nèi)真空度0.05Mp，夾層蒸汽壓力0.1Mp干燥至蒸不出水，內(nèi)容物呈顆粒狀停止。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用仿生學(xué)原理，對(duì)農(nóng)作物秸稈進(jìn)行兩次發(fā)酵處理，同時(shí)制得適于農(nóng)村使用的綠色能源一液體燃料和有機(jī)肥料，工藝簡(jiǎn)化，最大限度地利用了農(nóng)作物秸稈資源，從根本上解決了秸稈加工技術(shù)上的局限性。所使用的兔盲腸混合菌群，屬于《畜禽業(yè)》1999年第11期公開(kāi)報(bào)道的對(duì)粗纖維具有分解能力的7種細(xì)菌和1種真菌的混合菌群；釀酒酵母是普通的釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)；厭氧菌群是文獻(xiàn)公開(kāi)報(bào)道的大腸桿菌(Escherichia coli)和擬桿菌(Bacteroides)；都是已有技術(shù)的菌種，可以方便地自制。一般農(nóng)戶易于掌握此接種、培養(yǎng)技術(shù)，作業(yè)過(guò)程簡(jiǎn)易和發(fā)酵時(shí)間相對(duì)較短。
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述實(shí)施例11.制備活化增殖的兔盲腸混合菌群菌液的步驟①母液制備馬鈴薯泥200份、瓊脂20份和葡萄糖20份，加水1000份加溫制成混懸液，調(diào)節(jié)至PH5.5～6.5、36～39.5℃?zhèn)溆?；②接種活化整個(gè)鮮活兔盲腸1份用0～5℃水洗凈內(nèi)容物，置于上述母液中培養(yǎng)1h；③添加營(yíng)養(yǎng)鹽重量配比是母液∶營(yíng)養(yǎng)鹽＝1∶0.018～0.020；營(yíng)養(yǎng)鹽組成蛋白胨20份、磷酸二氫鉀5.0份、硫酸鎂1.0份、硫胺1.0份、豆粉50份和農(nóng)作物秸桿粉5000份混勻；④混合菌群增殖培養(yǎng)添加營(yíng)養(yǎng)鹽和兔盲腸接種活化后的母液，于PH5.5～6.5、36～39.5℃攪拌下培養(yǎng)60h，制得增殖后的混合菌群菌液備用。
2.其秸桿發(fā)酵、蒸餾得到液體燃料的步驟是①將農(nóng)作物秸桿粉碎至20～40目；②接種、發(fā)酵的重量配比是秸桿∶水∶混合菌群增殖菌液∶釀酒酵母∶催化劑核苷酸＝100∶300∶0.015∶0.015∶0.0002；③發(fā)酵條件是溫度36～39℃，攪拌速度50～80rpm，PH4～6，時(shí)間96h；④蒸餾條件是常壓蒸餾，收集餾程76～120℃。
制得的液體燃料系混醇與揮發(fā)性脂肪酸酯的混合物，可燃性好相當(dāng)于酒精—煤油，適用于燃油爐灶。
實(shí)施例2在兔盲腸混合菌群菌液制備時(shí)，用馬鈴薯泥160份、瓊脂16份和葡萄糖16份，加水800份；在添加營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)重量配比是母液∶營(yíng)養(yǎng)鹽＝1∶0.018；營(yíng)養(yǎng)鹽蛋白胨18份、磷酸二氫鉀4.5份、硫酸鎂0.8份、硫胺0.8份、豆粉45份和農(nóng)作物秸桿粉4500份；混合菌群增殖培養(yǎng)攪拌下36h。在接種、發(fā)酵時(shí)的重量配比是秸桿∶水∶混合菌群增殖菌液∶釀酒酵母∶催化劑核苷酸＝100∶200∶0.01∶0.0075∶0.00015；發(fā)酵48h；其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例3混合菌群增殖培養(yǎng)攪拌下36h，發(fā)酵96h，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例4混合菌群增殖培養(yǎng)攪拌下48h，發(fā)酵96h，其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例5混合菌群增殖培養(yǎng)攪拌下36h，發(fā)酵72h，其余同實(shí)施例2。
實(shí)施例6混合菌群增殖培養(yǎng)攪拌下48h，發(fā)酵72h，其余同實(shí)施例2。
實(shí)施例7在兔盲腸混合菌群菌液制備時(shí)，用馬鈴薯泥180份、瓊脂18份和葡萄糖18份，加水900份；在添加營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)重量配比是母液∶營(yíng)養(yǎng)鹽＝1∶0.019；營(yíng)養(yǎng)鹽蛋白胨19份、磷酸二氫鉀4.8份、硫酸鎂0.9份、硫胺0.9份、豆粉48份和農(nóng)作物秸桿粉4800份；混合菌群增殖培養(yǎng)攪拌下48h。在接種、發(fā)酵時(shí)的重量比是秸桿∶水∶混合菌群增殖菌液∶釀酒酵母∶催化劑核苷酸＝100∶250∶0.012∶0.01∶0.00017；發(fā)酵72h；余同例1。
實(shí)施例8混合菌群增殖培養(yǎng)攪拌下36h，發(fā)酵48h，其余同實(shí)施例7。
實(shí)施例9混合菌群增殖培養(yǎng)攪拌下48h，發(fā)酵48h，其余同實(shí)施例7。
實(shí)施例10混合菌群增殖培養(yǎng)攪拌下36h，發(fā)酵96h，其余同實(shí)施例7。
實(shí)施例11混合菌群增殖培養(yǎng)攪拌下48h，發(fā)酵96h，其余同實(shí)施例7。
實(shí)施例12一種農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料的方法，包括發(fā)酵和干燥，其特征是利用上述農(nóng)作物秸桿經(jīng)提取液體燃料后的糟粕作為培養(yǎng)基，接種活化增殖后的厭氧菌群，經(jīng)發(fā)酵和干燥后制得有機(jī)顆粒肥料。其中厭氧菌群的制備步驟是①厭氧菌群采集將健康成年人糞便，經(jīng)800目篩網(wǎng)過(guò)濾，濾出物加12重量份的0～5℃水稀釋得厭氧菌群原液；②厭氧菌群增殖培養(yǎng)重量配比是厭氧菌群原液∶營(yíng)養(yǎng)鹽＝1∶0.1；營(yíng)養(yǎng)鹽組成淀粉120份、磷酸二氫鉀3份、豆粉25份、復(fù)合維生素B 0.1份、糟粕粉1200份和水2500份混勻。在溫度36～39℃下經(jīng)48h增殖培養(yǎng)，即得厭氧菌群增殖菌劑。
其中發(fā)酵和干燥的步驟是①接種、發(fā)酵的重量配比是糟粕∶水∶厭氧菌群增殖菌劑＝1∶0.4∶0.06；②發(fā)酵條件是拌勻后在溫度36～38℃，靜置72h發(fā)酵完成；③干燥條件是罐內(nèi)真空度0.05Mp，夾層蒸汽壓力0.1Mp干燥至蒸不出水，內(nèi)容物呈顆粒狀停止。出料，包裝，入庫(kù)。
實(shí)施例13厭氧菌群采集糞便濾出物加8重量份的0～5℃水稀釋得厭氧菌群原液；在厭氧菌群增殖培養(yǎng)時(shí)營(yíng)養(yǎng)鹽組成淀粉80份、磷酸二氫鉀1.5份、豆粉15份、復(fù)合維生素B 0.05份、糟粕粉800份和水2300份混勻。在溫度36～39℃下經(jīng)36h增殖培養(yǎng)，即得厭氧菌群增殖菌劑。其發(fā)酵和干燥的步驟是接種、發(fā)酵的重量配比是糟粕∶水∶厭氧菌群增殖菌劑＝1∶0.3∶0.04；發(fā)酵條件是拌勻后在溫度36～38℃，靜置48h發(fā)酵完成；其余同實(shí)施例12。
實(shí)施例14厭氧菌群增殖培養(yǎng)48h；靜置發(fā)酵48h；其余同實(shí)施例12。
實(shí)施例15厭氧菌群增殖培養(yǎng)36h；靜置發(fā)酵60h；其余同實(shí)施例12。
實(shí)施例16厭氧菌群增殖培養(yǎng)48h；靜置發(fā)酵48h；其余同實(shí)施例13。
實(shí)施例17厭氧菌群增殖培養(yǎng)36h；靜置發(fā)酵60h；其余同實(shí)施例13實(shí)施例18厭氧菌群采集糞便濾出物加10重量份的0～5℃水稀釋得厭氧菌群原液；在厭氧菌群增殖培養(yǎng)時(shí)營(yíng)養(yǎng)鹽組成淀粉100份、磷酸二氫鉀2.2份、豆粉20份、復(fù)合維生素B0.08份、糟粕粉1000份和水2400份混勻。在溫度36～39℃下經(jīng)36h增殖培養(yǎng)，即得厭氧菌群增殖菌劑。其發(fā)酵和干燥的步驟是接種、發(fā)酵的重量配比是糟粕∶水∶厭氧菌群增殖菌劑＝1∶0.3∶0.04；發(fā)酵條件是拌勻后在溫度36～38℃，靜置60h發(fā)酵完成；其余同實(shí)施例12。
實(shí)施例19厭氧菌群增殖培養(yǎng)48h；靜置72h；其余同實(shí)施例12。
實(shí)施例20厭氧菌群增殖培養(yǎng)36h；靜置48h；其余同實(shí)施例12。
實(shí)施例21厭氧菌群增殖培養(yǎng)48h；靜置72h；其余同實(shí)施例13。
實(shí)施例22厭氧菌群增殖培養(yǎng)36h；靜置48h；其余同實(shí)施例13。
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為液體燃料的方法，包括以秸桿為培養(yǎng)基，利用使秸桿發(fā)酵的菌種在適宜的溫度、濕度下使秸桿發(fā)酵轉(zhuǎn)化，秸桿中可利用的纖維素被分解為葡萄糖及揮發(fā)性脂肪酸，進(jìn)一步在釀酒酵母作用下制成混醇類液體燃料，其特征是先制備活化增殖的兔盲腸混合菌群菌液，以秸桿為培養(yǎng)基接種兔盲腸混合菌群和釀酒酵母，再經(jīng)發(fā)酵、蒸餾得到液體燃料。
2.按照權(quán)利要求1所述的農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為液體燃料的方法，其中制備活化增殖的兔盲腸混合菌群菌液的步驟是①母液制備 馬鈴薯泥160～200份、瓊脂16～20份和葡萄糖16～20份，加水800～1000份加溫制成混懸液，調(diào)節(jié)至PH5.5～6.5、36～39.5℃?zhèn)溆茫虎诮臃N活化整個(gè)鮮活兔盲腸1份用0～5℃水洗凈內(nèi)容物，置于上述母液中培養(yǎng)1h；③添加營(yíng)養(yǎng)鹽重量配比是母液∶營(yíng)養(yǎng)鹽＝1∶0.018～0.020；營(yíng)養(yǎng)鹽組成蛋白胨18～20份、磷酸二氫鉀4.5～5.0份、硫酸鎂0.8～1.0份、硫胺0.8～1.0份、豆粉45～50份和農(nóng)作物秸桿粉4500～5000份混勻；④混合菌群增殖培養(yǎng)添加營(yíng)養(yǎng)鹽和兔盲腸接種活化后的母液，于PH5.5～6.5、36～39.5℃攪拌下培養(yǎng)36～60h，制得增殖后的混合菌群菌液備用。
3.按照權(quán)利要求1所述的農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為液體燃料的方法，其中秸桿發(fā)酵、蒸餾得到液體燃料的步驟是①將農(nóng)作物秸桿粉碎至20～40目；②接種、發(fā)酵的重量配比是秸桿∶水∶混合菌群增殖菌液∶釀酒酵母∶催化劑核苷酸＝100∶200～300∶0.01～0.015∶0.0075～0.015∶0.00015～0.0002；③發(fā)酵條件是溫度36～39℃，攪拌速度50～80rpm，PH4～6，時(shí)間48～96h；④蒸餾條件是常壓蒸餾，收集餾程76～120℃。
4.一種農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料的方法，包括發(fā)酵和干燥，其特征是利用農(nóng)作物秸桿經(jīng)提取液體燃料后的糟粕作為培養(yǎng)基，接種活化增殖后的厭氧菌群，經(jīng)發(fā)酵和干燥后制得有機(jī)顆粒肥料。
5.按照權(quán)利要求4所述的農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料的方法，其中厭氧菌群的制備步驟是①厭氧菌群采集將健康成年人糞便，經(jīng)800目篩網(wǎng)過(guò)濾，濾出物加8～12重量份的0～5℃水稀釋得厭氧菌群原液；②厭氧菌群增殖培養(yǎng)重量配比是厭氧菌群原液∶營(yíng)養(yǎng)鹽＝1∶0.1；營(yíng)養(yǎng)鹽組成淀粉80～120份、磷酸二氫鉀1.5～3份、豆粉15～25份、復(fù)合維生素B0.05～0.1份、糟粕粉800～1200份和水2300～2500份混勻。在溫度36～39℃下經(jīng)36～48h增殖培養(yǎng)，即得厭氧菌群增殖菌劑。
6.按照權(quán)利要求4所述的農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料的方法，其中發(fā)酵和干燥的步驟是①接種、發(fā)酵的重量配比是糟粕∶水∶厭氧菌群增殖菌劑＝1∶0.3～0.4∶0.04～0.06；②發(fā)酵條件是拌勻后在溫度36～38℃，靜置48～72h發(fā)酵完成；③干燥條件是罐內(nèi)真空度0.05Mp，夾層蒸汽壓力0.1Mp干燥至蒸不出水，內(nèi)容物呈顆粒狀停止。
全文摘要
農(nóng)作物秸桿轉(zhuǎn)化為液體燃料和有機(jī)肥料的方法，系利用微生物發(fā)酵綜合利用秸桿的方法。包括以秸桿為培養(yǎng)基，利用使秸桿發(fā)酵的菌種在適宜的溫度、濕度下使秸桿發(fā)酵轉(zhuǎn)化，秸桿中可利用的纖維素被分解為葡萄糖及揮發(fā)性脂肪酸，進(jìn)一步在釀酒酵母作用下制成混醇類液體燃料，其特征是先制備活化增殖的兔盲腸混合菌群菌液，以秸桿為培養(yǎng)基接種兔盲腸混合菌群和釀酒酵母，再經(jīng)發(fā)酵、蒸餾得到液體燃料。進(jìn)一步利用農(nóng)作物秸桿經(jīng)提取液體燃料后的糟粕作為培養(yǎng)基，接種活化增殖后的厭氧菌群，經(jīng)發(fā)酵和干燥后制得有機(jī)顆粒肥料。所用兔盲腸混合菌群、釀酒酵母、大腸桿菌和擬桿菌都是已知菌種，農(nóng)戶易于掌握此接種、培養(yǎng)技術(shù)，過(guò)程簡(jiǎn)易和發(fā)酵時(shí)間較短。
文檔編號(hào)C10L1/02GK1407068SQ0112734
公開(kāi)日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2001年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月23日
發(fā)明者耿慶祥 申請(qǐng)人:耿慶祥