專利名稱：一種農(nóng)用氨基酸的生物制取方法及其肥料產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種農(nóng)用氨基酸的生物制取方法及其制成的肥料產(chǎn)品，屬于農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)技術(shù)，專用于提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)、提高土壤生物活性等問題。
二、技術(shù)背景自上世紀(jì)70年代初以來，大量施用化肥后使我國的單產(chǎn)和總產(chǎn)成倍增長，25年來，由于化肥的貢獻(xiàn)使一個含有13億人口的中國徹底解決了糧食安全問題。由此可見，化肥對我國乃至整個世界作物生產(chǎn)的貢獻(xiàn)是不可磨滅的。
然而，正因為化肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的這種貢獻(xiàn)，使得人們現(xiàn)在過分依賴于化肥，尤其是化學(xué)氮肥，在中國過量施用化學(xué)氮肥已經(jīng)是一件司空見慣的事情，其造成的后果已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，如過量施用化學(xué)氮肥造成作物倒伏而減產(chǎn)，造成作物肉質(zhì)化而易受病蟲害侵襲(造成過多使用農(nóng)藥)，造成作物品質(zhì)和農(nóng)產(chǎn)品品味下降，造成土壤綜合肥力下降(土壤養(yǎng)分不平衡、土壤生物活性低下等)。針對上述問題，人們通過反思，重新提出施用有機(jī)肥料這個問題，但是，經(jīng)濟(jì)尤其是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展到今天，再也不可能讓農(nóng)民去施用傳統(tǒng)的有機(jī)肥料(organic manures)，因為傳統(tǒng)有機(jī)肥料具有體積大、養(yǎng)分低、臭味重等缺點。因此，解決上述矛盾的最有效途徑就是發(fā)展有機(jī)無機(jī)復(fù)合(混)肥料，施用這種肥料既能獲得與化肥差不多的產(chǎn)量，更能使作物生長老健而少用農(nóng)藥，明顯改善作物品質(zhì)，也能提高土壤綜合肥力，很多農(nóng)業(yè)與土壤肥料領(lǐng)域的專家預(yù)測今后的20-30年將是有機(jī)無機(jī)復(fù)合(混)肥的發(fā)展時期。
氨基酸有機(jī)肥和氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合(混)肥是所有有機(jī)肥和有機(jī)無機(jī)復(fù)合(混)肥品種中最好的一類，因此，圍繞著如何獲取農(nóng)用氨基酸，國內(nèi)外科學(xué)家們進(jìn)行了很多的研究，大多工作都是采用酸解和堿解廢棄蛋白來獲得，該方法的優(yōu)點是氨基酸得率較高，但明顯的缺點是水解工藝嚴(yán)重污染環(huán)境、生產(chǎn)成本高、廢棄蛋白殘渣炭化嚴(yán)重(浪費碳源)，所獲得的氨基酸生物活性低。本專利技術(shù)思路就是針對上述化學(xué)水解廢棄蛋白獲取氨基酸的缺點，采用能高效分泌蛋白酶的微生物菌株固體發(fā)酵酶解廢棄蛋白，用該工藝獲取農(nóng)用氨基酸的優(yōu)點是工藝簡單、不污染環(huán)境、成本很低、所獲得的氨基酸生物活性高、廢棄殘渣不會炭化，其缺點是氨基酸得率沒有化學(xué)方法的高，但實際上，用該含氨基酸的廢棄蛋白做成的氨基酸有機(jī)肥料、有機(jī)無機(jī)復(fù)合(混)肥中，所剩余的未被酶解的廢棄蛋白可作為該肥料在施入土壤后的中后期所釋放的氮素養(yǎng)分，這就是本肥料產(chǎn)品氮素養(yǎng)分供應(yīng)具備快、中、緩效果的機(jī)制所在。
此外，在目前煙草生產(chǎn)中的一個最大問題就是真正的煙草專用肥料品種幾乎沒有，而市場需求量又很大。傳統(tǒng)上種植煙草作物不允許施用有機(jī)肥，因為有機(jī)肥養(yǎng)分釋放在作物生長后期，而煙草需要土壤在中后期養(yǎng)分(氮素)釋放很少，這樣就可以收獲更多的上等葉，因此，煙農(nóng)們一般都施用無機(jī)復(fù)合肥。然而，長期施用無機(jī)肥，再加上煙草地上部幾乎全部收獲拿走，使得煙地土壤板結(jié)、養(yǎng)分不平衡、土壤微生物活性銳減，而進(jìn)一步導(dǎo)致煙草連作障礙的發(fā)生，嚴(yán)重威脅著煙草生產(chǎn)和煙葉的可持續(xù)發(fā)展。不少煙農(nóng)已經(jīng)認(rèn)識到煙草土壤上長期不施用有機(jī)肥料而導(dǎo)致的惡果，經(jīng)常在田頭做些堆肥或漚肥，再施入土壤，但由于腐熟度掌握不好，仍然使煙草上等葉明顯下降。因此，目前煙草生產(chǎn)中急需一種速效性的有機(jī)肥料品種，施入土壤后既能改善土壤的理化性狀和生物及生物化學(xué)性狀，又能將養(yǎng)分在煙草作物生長的前期釋放出來，含氨基酸的有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥就具有這些優(yōu)點和特征。

發(fā)明內(nèi)容
1.技術(shù)問題 本發(fā)明的目的在于研制出一種農(nóng)用氨基酸的生物制取方法及其制成的肥料產(chǎn)品，為我國氨基酸有機(jī)肥、氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥的發(fā)展提供微生物菌種、生產(chǎn)技術(shù)和工藝。
2.技術(shù)方案一種能高效分泌蛋白酶的微生物菌株，其特征在于，該微生物是革蘭氏染色陰性的嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)的菌株37-1，2005年11月23日寄存于中國微生物菌種保存管理委員會普通微生物中心，菌種保藏號為CGMCC No1543。從野豬胃腸等廢棄蛋白含量高的環(huán)境中分離篩選獲得，主要生物學(xué)特性為G-、短桿狀、好氧，接觸酶反應(yīng)、丙二酸利用、吲哚反應(yīng)為陽性，V.P反應(yīng)、M.R試驗、硝酸鹽還原、亞硝酸鹽還原和檸檬酸利用為陰性，分解牛奶產(chǎn)堿、酶凝，不能水解淀粉，耐鹽能力≤2％；用該菌株發(fā)酵液接種到廢棄蛋白(餅粕類)中，固體發(fā)酵、酶解4-5天(35-50℃)，可使游離氨基酸含量達(dá)到12％，以該氨基酸混合物材料為核心制成不同系列的肥料產(chǎn)品施入土壤后，增產(chǎn)效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
用上述高效分泌蛋白酶的微生物菌株生物制取農(nóng)用氨基酸及其肥料產(chǎn)品，其生產(chǎn)方法包括從野豬胃腸中分離得到一株能高效分泌蛋白酶的微生物菌株37-1，并將其發(fā)酵生產(chǎn)，液體發(fā)酵生產(chǎn)配方為玉米粉1.25-2.0％、餅粕1.8-3.0％、氯化鈉0.2-0.75％、碳酸鈉0.01-0.1％、淀粉酶0.1％-0.2％，液體發(fā)酵所獲得的菌液的活菌數(shù)可以達(dá)到1×1011個/ml，將該菌株的發(fā)酵液加入到菜粕等餅粕類原料中，調(diào)節(jié)含水量55-65％、pH6.0-7.5、進(jìn)行開放式固體發(fā)酵，待發(fā)酵溫度上升至50℃時立即開始翻堆，以后每天翻堆，使堆溫始終維持在35-50℃共5天，固體發(fā)酵開始后，堆物的pH會不斷上升，到發(fā)酵中后期隨著pH的逐步升高伴有一定量的氨揮發(fā)，因此，應(yīng)該趁每次翻堆時用味精下腳液體(含酸液體)調(diào)節(jié)含水量和pH，使它們分別維持在55-65％和6.0-7.0，以抑制氨揮發(fā)，發(fā)酵終止時用味精下腳液進(jìn)行噴灑，直至堆物pH調(diào)整為5.0左右，再進(jìn)行低溫干燥(＜80℃)或自然涼干(含水量＜30％)獲得含氨基酸的混合材料。
將上述的含氨基酸的混合材料粉碎后直接制備肥料或者與其他來源的有機(jī)堆肥進(jìn)行混配制成2-12％氨基酸含量的氨基酸有機(jī)肥；與一定比例的氮磷鉀化肥和黏結(jié)劑混合攪拌后造粒、干燥制成含2-10％氨基酸的有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥料產(chǎn)品。其中氨基酸有機(jī)肥料產(chǎn)品，主要技術(shù)含量可以調(diào)配為游離氨基酸2-12％，氮(N)1-5％，磷(P2O5)0-2％，鉀(K2O)0-2％，有機(jī)質(zhì)≥30％；氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合(混)肥產(chǎn)品，主要技術(shù)含量可以調(diào)配為游離氨基酸2-8％，氮(N)4-10％，磷(P2O5)1-5％，鉀(K2O)1-5％，有機(jī)質(zhì)≥20％。其生產(chǎn)方法中所用的無機(jī)氮肥是氯化銨或硫酸銨或尿素或硝酸銨，所用的無機(jī)磷肥為磷銨或過磷酸鈣，所用的無機(jī)鉀肥為氯化鉀或硫酸鉀。
有益效果本發(fā)明利用微生物來發(fā)酵生產(chǎn)農(nóng)用氨基酸，再與一定量的無機(jī)氮肥、磷肥和鉀肥混合后制成氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥，其肥料產(chǎn)品與目前市場上的產(chǎn)品相比具有如下優(yōu)點1.本發(fā)明方法可使產(chǎn)品中游離氨基酸含量達(dá)到12％，肥料產(chǎn)品中含有高量(2-12％)的氨基酸類物質(zhì)，對作物既有營養(yǎng)作用，又有活化土壤微生物活動，從而刺激植物生長的作用。
2.氨基酸混合材料可用作生產(chǎn)氨基酸有機(jī)肥、氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥和氨基酸葉面肥的原料。肥料產(chǎn)品中含有無機(jī)氮肥(速效)、氨基酸態(tài)氮(速、中效)和未被水解的一小部分有機(jī)態(tài)氮(緩效)，施用該肥料后土壤氮素的供應(yīng)更與植物需求過程相吻合，這是本產(chǎn)品能使作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的機(jī)制所在，尤其是適合煙草這類作物養(yǎng)分的需求特征。
3.本發(fā)明產(chǎn)品生產(chǎn)原料來源廣而豐富，且為農(nóng)業(yè)固體廢棄物，原料成本很低，生產(chǎn)工藝簡便，固定資產(chǎn)投入少，生產(chǎn)過程中耗電耗水極少，因此產(chǎn)品價位低而針對性強(qiáng)，而且象這種特制專用肥目前在市場上非常緊缺，因此本產(chǎn)品具有強(qiáng)大的社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)生命力。
4.田間生物試驗結(jié)果表明，直接施用該氨基酸混合物肥料，比直接施用原料餅粕類增產(chǎn)16％(等價格肥料相比)；施用以該氨基酸混合物為原料生產(chǎn)的氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥，比無機(jī)復(fù)合肥增產(chǎn)9％(等價格肥料相比)；施用以該氨基酸混合物為原料生產(chǎn)的氨基酸葉面肥，比用化學(xué)水解得到的氨基酸葉面肥增產(chǎn)6％(而產(chǎn)品價格則低50％)。施用含氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥后在水稻作物上的平均增產(chǎn)率16％，在煙草作物上的平均增產(chǎn)率9％，且能顯著提高煙草上等葉的比例和改善煙草土壤的性狀。施用含氨基酸有機(jī)肥料后能顯著克服作物連作土傳病害。
具體實施例方式
1.液體菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)保藏菌種→斜面活化(NB培養(yǎng)基、37度培養(yǎng)24-48小時)→搖瓶種子培養(yǎng)(種子培養(yǎng)基、37度培養(yǎng)24-36小時、轉(zhuǎn)速120-200轉(zhuǎn)/分鐘)→發(fā)酵種子培養(yǎng)(種子培養(yǎng)基、37度種子罐培養(yǎng)24-36小時)→發(fā)酵培養(yǎng)(液體發(fā)酵生產(chǎn)配方、37度發(fā)酵罐培養(yǎng)24-36小時)→發(fā)酵液→固體物吸附形成固體發(fā)酵菌種→低溫(4-10度)保存?zhèn)溆谩?br> 種子培養(yǎng)基配方為牛肉膏0.1-0.5％，蛋白胨0.25-0.8％，葡萄糖0.15-0.7％，氯化鈉0.15-0.6％，pH7.0-7.5。
液體發(fā)酵生產(chǎn)培養(yǎng)基配方為玉米粉1.25-2.0％、餅粕1.8-3.0％、氯化鈉0.2-0.75％、碳酸鈉0.01-0.1％、淀粉酶0.1％-0.2％。
2.固體發(fā)酵物料的制備生產(chǎn)原料餅粕與1-2％的氧化鈣和碳酸氫鈉進(jìn)行干混5-10分鐘后，邊攪拌邊流加自來水約1m3左右，含水量控制在60-65％、pH調(diào)整為6.0-7.5，要求物料混合均勻、疏松不結(jié)塊。
3.固體發(fā)酵調(diào)節(jié)與控制在配制好的物料中，按照1-5％的接種量接種液體菌種(發(fā)酵液)，接種物料建堆(高度2m左右)發(fā)酵，觀察堆溫和pH變化，當(dāng)堆溫上升到50度時開始第一次翻堆，以后1-2天堆溫持續(xù)快速上升，注意翻堆降溫，堆溫控制在50度以下；發(fā)酵過程中物料pH先下降后升高，當(dāng)pH上升到8.0時，有氨味出現(xiàn)，此時結(jié)合翻堆過程噴灑味精廢液(pH1-3)以調(diào)節(jié)pH和含水量，使pH始終維持在6.0-7.5，物料含水量維持在60-65％，繼續(xù)進(jìn)行發(fā)酵，5天后有一定的氨氣味出現(xiàn)終止酶解過程，立即使用味精廢液進(jìn)行噴灑使pH下降到5.0左右，同時進(jìn)行低溫干燥或者晾干，獲得含游離氨基酸10％-12％的混合材料。
4.含氨基酸肥料產(chǎn)品制作上述所獲得的酶解后的氨基酸混合材料可直接用作肥料，也可用作生產(chǎn)氨基酸有機(jī)肥、氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥和氨基酸葉面肥的原料。田間生物試驗結(jié)果還表明，直接施用該氨基酸混合物肥料，比直接施用原料餅粕類增產(chǎn)16％(等價格肥料相比)；施用以該氨基酸混合物為原料生產(chǎn)的氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥，比無機(jī)復(fù)合肥增產(chǎn)9％(等價格肥料相比)；施用以該氨基酸混合物為原料生產(chǎn)的氨基酸葉面肥，比用化學(xué)水解得到的氨基酸葉面肥增產(chǎn)6％(而產(chǎn)品價格則低50％)。
以本發(fā)明方法所獲得的含氨基酸的混合材料為主要原料粉碎后，與有機(jī)堆肥復(fù)配制成含氨基酸有機(jī)肥料(見表1)，與無機(jī)肥料復(fù)配制成含氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥料(見表2)，造粒烘干，制成相應(yīng)的產(chǎn)品。
表1本產(chǎn)品1(含氨基酸有機(jī)肥料)某些特性

表2本產(chǎn)品2(含氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥料)某些特性

所研制的含氨基酸有機(jī)肥(表1)施入土壤后對連作土壤上番茄和西瓜作物的增產(chǎn)效應(yīng)非常顯著(見表3)，由表3可知在有番茄和西瓜連作障礙的土壤上如果不施用本產(chǎn)品，番茄和西瓜的產(chǎn)量很低，而沒有連作障礙的同樣的土壤上產(chǎn)量較高，說明試驗所用的土壤連作障礙很嚴(yán)重，在有連作障礙的土壤上施用本產(chǎn)品后番茄和西瓜的產(chǎn)量聚增(表3第3行)，他們分別達(dá)到了沒有連作障礙土壤產(chǎn)量的84.8％和85.2％，說明本產(chǎn)品在克服經(jīng)濟(jì)作物連作障礙效果方面是非常明顯的。
表3所研制的特種含氨基酸有機(jī)肥對連作土壤上作物的增產(chǎn)效應(yīng)(田間試驗)

注所有肥料均一次性施入所研制的含氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥(表2)對煙草生長和煙草上等葉的促進(jìn)作用非常明顯，從表4可看出在煙草初采期施用氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥處理的煙草株高、葉數(shù)和葉片大小明顯高于當(dāng)?shù)赜袡C(jī)無機(jī)復(fù)合肥和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥處理，從田間的長勢長相也看出施用氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥處理的煙草要好于其他二個處理。
表4含氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥對煙草生長的影響云南小區(qū)試驗初采期農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果(cm)

注T1氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥，T2當(dāng)?shù)赜袡C(jī)無機(jī)復(fù)合肥，T3當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥。
從表5可看出施用氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥處理的煙草產(chǎn)量和煙草上等葉比例均顯著高于當(dāng)?shù)赜袡C(jī)無機(jī)復(fù)合肥和當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥，由于肥料用量均是按肥料產(chǎn)品當(dāng)?shù)氐葍r格肥料投入來計算的，因此，施用本氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥對煙農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入有明顯增加，顯示出該肥料有廣闊的市場前景。
表5含氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥對煙草上等葉和煙葉產(chǎn)量的影響(云南小區(qū)試驗)

注T1氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥，T2當(dāng)?shù)赜袡C(jī)無機(jī)復(fù)合肥，T3當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥。
權(quán)利要求
1.一種能高效分泌蛋白酶的微生物菌株，其特征在于，該微生物是革蘭氏染色陰性的嗜麥芽寡養(yǎng)單胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)的菌株37-1，2005年11月23日寄存于中國微生物菌種保存管理委員會普通微生物中心，菌種保藏號為CGMCC No1543。
2.一種農(nóng)用氨基酸的生物制取方法，其特征在于，將權(quán)利要求1所述菌株37-1，進(jìn)行液體發(fā)酵的發(fā)酵液加入到餅粕類原料中，調(diào)節(jié)含水量55-65％和pH6.0-7.5，進(jìn)行開放式固體發(fā)酵，待發(fā)酵溫度上升至50℃時立即開始翻堆，以后每天翻堆，使堆溫始終維持在35-50℃共5天，固體發(fā)酵開始后，堆物的pH會不斷上升，每次翻堆時用含酸液體調(diào)節(jié)含水量和pH，使它們分別維持在55-65％和6.0-7.0，發(fā)酵終止時再用含酸液體進(jìn)行噴灑，直至堆物pH調(diào)整為5.0左右，再進(jìn)行低溫干燥或自然涼干，即為獲得的含氨基酸的混合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種農(nóng)用氨基酸的生物制取方法，其特征在于，液體發(fā)酵生產(chǎn)質(zhì)量比配方為玉米粉1.25-2.0％、餅粕1.8-3.0％、氯化鈉0.2-0.75％、碳酸鈉0.01-0.1％、淀粉酶0.1％-0.2％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述一種農(nóng)用氨基酸的生物制取方法，其特征在于，用來調(diào)節(jié)含水量和pH值的含酸液體為味精下腳液體。
5.用權(quán)利要求2-4之一所述方法所制成的肥料產(chǎn)品。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的肥料產(chǎn)品，其特征在于，將權(quán)利要求2-4之一所述方法獲得的含氨基酸的混合材料粉碎后直接制備的肥料；或者與其他來源的有機(jī)堆肥進(jìn)行混配制成2-12％氨基酸質(zhì)量比含量的氨基酸有機(jī)肥；或者與氮磷鉀化肥混合制成含2-10％氨基酸的有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥料產(chǎn)品。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的肥料產(chǎn)品，其中氨基酸有機(jī)肥料產(chǎn)品，主要技術(shù)含量可以調(diào)配為游離氨基酸2-12％，氮(N)1-5％，磷(P2O5)0-2％，鉀(K2O)0-2％，有機(jī)質(zhì)≥30％；氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合(混)肥產(chǎn)品，主要技術(shù)含量可以調(diào)配為游離氨基酸2-8％，氮(N)4-10％，磷(P2O5)1-5％，鉀(K2O)1-5％，有機(jī)質(zhì)≥20％。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的肥料產(chǎn)品，其生產(chǎn)方法中所用的無機(jī)氮肥是氯化銨或硫酸銨或尿素或硝酸銨，所用的無機(jī)磷肥為磷銨或過磷酸鈣，所用的無機(jī)鉀肥為氯化鉀或硫酸鉀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種農(nóng)用氨基酸的生物制取方法及肥料產(chǎn)品，屬于農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)技術(shù)。從野豬胃腸中分離到一株能高效分泌蛋白酶的微生物菌株37－1，用該菌種接種到廢棄蛋白(餅粕類)中，固體酶解5天(30－50℃)，可使游離氨基酸含量達(dá)到12％，酶解后的氨基酸混合材料可用作生產(chǎn)氨基酸有機(jī)肥、氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥和氨基酸葉面肥的原料。試驗表明，直接施用該氨基酸混合物肥料，比直接施用原料餅粕類增產(chǎn)16％；施用氨基酸有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥，比無機(jī)復(fù)合肥增產(chǎn)9％；施用氨基酸葉面肥，比用化學(xué)水解得到的氨基酸葉面肥增產(chǎn)6％，本發(fā)明為我國農(nóng)用氨基酸的生物制取提供了經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)途徑。
文檔編號C12P13/00GK1924004SQ20061008612
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月1日
發(fā)明者沈其榮, 楊興明, 黃啟為, 徐陽春 申請人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)