利用制糖滤泥生产生物腐殖酸的技术及工艺

摘要

本发明涉及一种利用制糖滤泥和蔗渣制备的生物腐殖酸及其制备方法，特别适用于农业生产中的肥料，能快速增加土壤有机质、提高土壤肥力，增加作物产量，改善品质，适合企业大力推广使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用制糖滤泥和蔗渣制备的生物腐殖酸及其制 备方法，属于废液废渣综合处理与利用技术领域。

背景技术

中国是全球食糖主要生产国和消费国之一，2011年中国食糖产 量居世界第三位，消费量居世界第二位。中国主要的制糖原料是甘 蔗，2012年我国甘蔗种植面积2300万亩，甘蔗产量10781.5万吨， 分布在广西、广东、云南三个省，其中广西的面积最大，约占全国 的60%；甘蔗产量6468.75万吨，占全国的60%以上。

甘蔗糖业废弃物主要是指蔗渣、滤泥、糖蜜、酒精废液、甘蔗 叶、蔗尾等，其中滤泥是蔗汁经澄清后，由压滤机或真空吸滤机所 排出的残渣，大约占榨蔗量的2%，全国每年预计产生制糖滤泥有 300万吨左右，蔗渣200万吨。

目前我国制糖业具有广阔的发展前景和潜力，但也遭遇诸多发展 瓶颈，存在着以下问题：

1、产品结构单一，制糖行业整体经济效益下滑。

根据中国糖业协会统计，制糖企业中，亏损企业占比达38.5%。 主要原因是国内制糖行业产品结构单一，产业链短，产品附加值不高， 制糖企业综合利用低、抗风险能力不高。由于制糖产业的周期波动明 显，在单价值链下，制糖企业在经营环境、市场价格等方面往往面临 极大的风险，而容易导致业绩的起伏不定。

广西虽然率先在全国形成了“甘蔗—制糖—糖蜜—酒精—酒精废 液—复合肥”和“甘蔗—制糖—蔗渣—制浆造纸”两条综合利用链条， 少数大型企业已形成工业化规模生产的糖业综合利用产品有：精制 糖、蔗渣浆、纸、酒精、酵母、有机复合肥等，但目前综合利用产值 仅占糖业总产值的23%。

2、滤泥的处置还处于较低水平。

刚从生产线出来的滤泥，细腻松软，颜色为淡黄、暗褐以至黑色， 略带甘蔗甜香及青草味，主要含蔗糖（残留2-5%）、有机酸、无机盐、 胶体物质、不溶性非糖物质（叶绿素、蔗屑、泥土等）、非糖可溶性 杂质等，亚硫酸法滤泥干物中有机物总量80%左右。而新鲜的滤泥因 为营养丰富，极易分解，放置过程中会放出大量的热和氨，呈稀泥状 带有臭味，立即施于蔗田会烧死蔗芽和蔗根。

目前全国滤泥处置处于较低水平，糖厂为此付出不菲的运输费和 土地占用费，滤泥堆肥产生的臭气污染环境问题十分严重，部分地区 甚至发生水域污染、农田污染事件，成为糖厂和环保部门急需解决的 环保难题。

腐植酸（HA）是动植物（主要是植物残体）等有机物经过长期 复杂的生物化学及地质物理化学过程形成的结构复杂的有机化合物， 具有较强的生理活性。采用工业有机废渣、农林业副产物经微生物发 酵制成的腐植酸称为生物腐植酸。研究表明（何立千，1999）生物腐 植酸与矿源腐殖酸具有相同的结构特征，其功能也类似。

由于生物腐植酸分子链中含有多种活性基团，故其性质及功能也 是多方面的。经过我国科技人员的努力和大量的试验,总结出生物腐 植酸的五大功效：改良土壤、提高化肥利用率、刺激作物生长、增强 作物抗逆能力、改善产品品质。国外学术界也认为，生物腐植酸在植 物营养领域主要起植物生长刺激物质、营养元素载体、改良土壤及使 肥料增效等方面作用。

目前，国内外生产生物腐植酸的制备工艺是将特定的多种微生物 菌种接种到植物培养基（如作物秸秆、木屑、蔗渣等农业有机废弃物） 中，通过自然发酵并提取而制成的（刘可星等，2008；叶水英，1999）。 但发酵时间长，一般在14-21天，同时腐植酸含量低，一般在30-35% 左右。目前国内外利用制糖滤泥和蔗渣作为培养基生产生物腐植酸的 研究尚未见报道。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种利用制糖滤泥和 蔗渣为原料，BGB复合菌为发酵菌株，在高温好氧条件下发酵制备的 生物腐殖酸。该产品特别适用于农业生产中的肥料，能快速增加土壤 有机质、提高土壤肥力，增加作物产量和改善品质。

本发明涉及的BGB复合菌为申请人于2006年5月31日提交的申请 号为200610083429.7、名称为“采用复合菌对餐厨有机废弃物进行资 源循环处理的方法”的中国专利申请中公开的复合菌，其含有以下菌 种：枯草芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆 菌等、酵母菌、乳酸菌，各个菌种可单独地按常规方法从低温保存的 菌种中挑取菌种划线接种到固体平板培养基，于合适条件下养，待长 出菌落，再接种于液体培养基进行振荡培养，根据需要再进行扩大培 养；上述培养的各菌种可以液体形式培养后，按枯草芽孢杆菌、环状 芽孢杆菌、球形芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌等、酵母菌、乳酸菌的 活菌数为(1-1.2)∶(0.8-1.1)∶(1.2-1.5)∶(2.2-3)∶(1.2-1.5)∶(0.8-1.2)， 进行混合制成液体发酵菌剂，于4℃保存备用；也可单独保存，即时 混合、即时使用；还可将液态培养物冷冻干燥得到固体菌粉，制成固 体形式的发酵菌剂。申请人发现此复合菌剂(命名为BGB高温复合 菌，可购自北京嘉博文生物科技有限公司)能够产生诸如蛋白酶、脂 肪酶、淀粉酶、几丁质酶和纤维素酶等多种酶，可将有机物中的大分 子蛋白和脂肪降解为小分子的多肽和寡糖，并且此BGB复合菌最大的 特点是可在高温(如80℃)下正常发酵。本申请引用了专利号 200610083429.7(公开号CN1850965A)的中国发明专利的全文作为 参考文献。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用制糖滤泥和蔗渣制备的生物腐殖酸，其中含有如下成 分：

检测项目 技术指标 总腐植酸HA_t（Total Humic Acid）,d% 45-47     黄腐酸Fulvic acid,d% 22.2-24.4 棕腐酸Brown humic acid,d% 18.3-20.0 黑腐酸Dark humic acid,d% 3.5-5.0     有机物总量（Total of organic compound），d% 65-67 有机质（Organic matter），d% 60-66 水分（Moisture），d% 12-13 总氮N（Total nitrogen content），d% 1.6-1.9 P₂O₅（Total phosphorus content），d% 3.0-3.5 K₂O（Total potassium content），d%） 0.3-0.5

本发明还提供上述生物腐殖酸的制备方法，以滤泥和蔗渣为原 料，以BGB复合菌为发酵菌株，经BGB复合菌培养物高温好氧发酵制 备得到生物腐殖酸。

在本发明制备方法中，所述高温好氧发酵条件为：温度55-70℃ 优选60-65℃，发酵时间8-10小时。

在本发明制备方法中，所述滤泥与蔗渣质量比为7-10:1-3，优选 8-9:1-2，更优选9:1。

在本发明制备方法中，每公斤所述滤泥中添加1-3g BGB复合菌培 养物，优选1.4-1.7g；其中每克BGB复合菌培养物含活菌数 2.0-4.0×10¹⁰。

作为本发明优选的实施方式，所述生物腐殖酸的制备方法，包 括如下步骤：

1）物料粉碎：

将蔗渣粉碎至3-5mm，备用；

2）培养：

将BGB复合菌扩大培养，得到培养物；

3）掺混：

将BGB复合菌培养物与物料按比例混合均匀，其中：

4）发酵：

将混合后物料投入BGB生化处理机中，在55-70℃条件下发酵 8-10小时，发酵完成后需干燥到含水率15%以下，以备储存和运输。

本申请所述BGB生化处理机为申请人(北京嘉博文生物科技有 限公司)的产品，可直接从本公司购买获得。其相关技术方案详细记 载在专利号为200620124647.6(公开号CN2928276A)的中国实用新 型专利中。

在本发明制备过程中，高温和充分好氧是生物腐植酸形成的关 键。发酵过程中温度过高会使发酵菌种死亡，但温度过低会影响腐 植酸的形成，因此找到一个合理的、经济的发酵条件尤为重要。

选用BGB复合菌，即以好氧菌—枯草芽孢杆菌（Bacillus  subtillis）为主的高温菌群，还包括木质素酶、纤维素酶、蛋白酶、 淀粉酶及脂肪酶等多种酶，这些酶的酶促反应温度比微生物生长最 适温度高8-10℃，有利于加快有机物碳链的裂解反应，加速腐殖酸 碳结构和官能团的形成，从而大大缩短发酵时间。在微生物发酵、 酶的生化降解及高温、充分好氧的生物化学合成的共同作用下，使 生物腐植酸转化在12小时完成。

采用本发明技术方案，既解决制糖企业滤泥处理的问题，又弥 补了自然发酵的缺陷。一方面，所得生物腐植酸产品发酵时间短， 仅10小时，而目前常规的技术方法需发酵14-21天，节约时间进而 降低能耗和生产成本，为产业化运作提供可行性，能够形成产业规 模。另一方面，本发明所述生物腐植酸产品制备过程中有机质转化 率高，可达到60%以上。且生物腐植酸营养丰富，总腐植酸、黄腐 酸、棕腐酸和黑腐酸含量分别达到46.81%、19.96%和5.00%；产品 中氮磷钾等大量元素含量达到5%以上；不仅含有氮磷钾等大量元 素，还含有锌、铁、锰等多种微量元素和活性物质，特别适用于农 业生产中的肥料，能快速增加土壤有机质、提高土壤肥力和作物产 量，适合企业大力推广使用。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发 明中涉及的％如无特殊说明外，均指的是重量百分比。

实施例1

按下述方法生产本发明的生物腐植酸：

1）物料粉碎：将蔗渣粉碎至3-5mm；

2）BGB复合菌培养：

将BGB复合菌按照常规培养方法进行扩大培养，得到其培养物；

3）掺混：

将BGB复合菌培养物与滤泥、蔗渣按照下述比例混合均匀；其 中：

滤泥：2550kg；

蔗渣：450kg；

BGB复合菌培养物：4.0kg；

发酵时间：10小时；

发酵温度：65℃。

实施例2

生产方法同实施例1，原料比例如下：

滤泥：2700kg；

蔗渣：300kg；

BGB复合菌：4.0kg；

发酵时间：10小时；

发酵温度：60℃。

实施例3

生产方法同实施例1，原料比例如下：

滤泥：2400kg；

蔗渣：600kg；

BGB复合菌培养物：4.0kg；

发酵时间：10小时；

发酵温度：65℃。

实施例4

上述实施例1-3得到的生物腐殖酸的技术指标检测如下表2所 示。其中总腐植酸和游离腐植酸检测标准为GB/P11957-2001，水溶 性腐植酸的检测标准为HG/P3278-87。

表2

技术指标 实施例1 实施例2 实施例3 总腐植酸HAt（Total Humic Acid）,d% 46.81 46.23 46.14 黄腐酸Fulvic acid 23.27% 24.35 22.86 棕腐酸Brown humic acid,d% 19.03 19.96 18.65 黑腐酸Dark humic acid,d% 4.20 3.60 5.00 有机物总量（Total of organic compound），d% 65.80 65.01 66.10 有机质（Organic matter），d% 62.05 61.67 65.23 水分（Moisture），d% 12.87 12.97 12.84 总氮N（Total nitrogen content），d% 1.70 1.90 1.60 磷P₂O₅（Total phosphorus content），d% 3.30 3.50 3.13 钾K₂O（Total potassium content），d%） 0.45 0.32 0.50

由表2可以看出，制糖滤泥经本发明的技术方案处理后有机质转 化率较高，可达到60％以上。且生物腐植酸营养丰富，总腐植酸、黄 腐酸、棕腐酸和黑腐酸含量分别达到46.14-46.81%、18.65-19.96%和 3.60-5.00%；产品中氮磷钾等大量元素含量达到5%以上，高于有机肥 标准（NY525-2012），特别适用于农业生产中的肥料，能快速增加土 壤有机质、提高土壤肥力和作物产量，是我国中低产田改造和培肥地 力的理想肥料，也是国家提高耕地质量、保证粮食安全的优先鼓励发 展的环境友好型肥料品种。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了 详尽的描述，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 的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。