一种水稻秸秆发酵处理工艺制造技术

本发明专利技术属于生物发酵领域，涉及一种水稻秸秆预处理和干发酵产沼气工艺。技术方案为：一株伞枝犁头菌，保藏编号为CGMCC No.16486。利用所述伞枝犁头菌制备菌剂；按重量比为200:2:1，将干的水稻秸秆、菌剂和尿素混合，调整秸秆水分为60～75％，得发酵底物，装入两相发酵反应器中进行发酵；调整水分时获得的滤液为发酵液；发酵过程中，每天至少使用发酵液对所述发酵底物喷淋一次，单次喷淋所用发酵液的量为所述发酵底物体积的1/3；发酵40～50天，处理完成，根据需要获得发酵产物即可。本发明专利技术提供了一种新的伞枝犁头菌属菌株，该菌株可与物理法结合，应用于水稻秸秆处理和发酵，实现绿色环保的资源高效重复利用。

【技术实现步骤摘要】
一种水稻秸秆发酵处理工艺
本专利技术属于生物发酵领域，具体涉及一种水稻秸秆发酵处理工艺。
技术介绍
近年来，由于化石燃料大量使用，CO2等温室气体排放已经造成了强烈的温室效应和气候变化。而随着国家对环境保护和资源利用的关注加深，对再生能源的探索和开发显得越来越重要和急迫。沼气是一种比化石燃料更加稳定、清洁的可再生能源。利用农作物秸秆发酵产沼气不仅有效的处理秸秆，而且还能产生清洁的、便于利用的能源-甲烷，同时产生的副产物沼渣和沼液，因其富含氮和磷等植物营养元素，是优质的有机肥料，用于农业生产，能有效地提高作物产量。这种处理方式不仅能够提升农民生活水平、改善农村能源结构，还能减少污染、保护环境。我国是农业生产大国，农作物秸秆资源非常丰富。然而，由于农作物秸秆中富含半纤维素、纤维素和木质素等物质，在利用秸秆发酵沼气时，存在发酵周期长、产气率低、秸秆利用率低等问题。目前，主要通过物理、化学和生物法对秸秆进行预处理，促进秸秆发酵产沼气过程、缩短发酵周期。但无论物理法还是化学法都有各自的局限和不足，物理法预处理秸秆成本较高，化学法预处理容易造成二次污染。相较物理法和化学法，生物法处理有成本低和环境友好等优点，但其缺点是处理时间较长。因此，有效的、新型的预处理方式的开发和利用变得更加重要。这些处理能破坏秸秆致密结构，降解其中纤维木质素，缩短处理时间，促进后续的发酵产沼气过程，解决秸秆产沼气的发酵周期长、产气率低、秸秆利用率低等问题。沼气发酵根据底物浓度不同可分为湿发酵和干发酵。湿法酵具有发酵条件受控制、产气浓度高且稳定、能连续进料等优点，但也存在装置规模较大、秸秆易结壳、搅拌耗能大、沼液量大难处理等缺点。而干发酵虽有占地面积小、处理量大、无污排放、用水量下优势，但由于发酵原料的干物质浓度高，易导致进出料难、传热传质不均匀、易酸中毒等问题。两种处理方式各有优劣，结合两种处理方式的优势，开发出新型的沼气发酵技术对于作物秸秆处理不仅具有重大的社会效益，也具有重大的经济价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水稻秸秆发酵处理工艺。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一株伞枝犁头菌，于2018年9月25日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCCNo.16486。相应的，一株伞枝犁头菌，其18SrDNA序列测试结果如SEQIDNO1所示。相应的，所述伞枝犁头菌在处理水稻秸秆中的应用。优选的，所述应用的温度为28～35℃，所述应用的pH为6～8。相应的，一种水稻秸秆处理工艺，包括如下步骤：(1)利用所述伞枝犁头菌制备驯化接种物；(2)将驯化接种物按水稻秸秆发酵底物质量的25～45％进行接种、混匀，并调节水分至70～80％，35℃恒温条件下进行发酵；调节水分时获得的滤液为发酵液；(3)发酵过程中，每天至少使用发酵液对所述水稻秸秆发酵底物喷淋一次，单次喷淋所用发酵液的量为所述发酵底物体积的1/3。优选的，所述驯化接种物的制备方法为：将所述伞枝犁头菌按水稻秸秆质量25～45％接种至水稻秸秆上，在发酵池内进行发酵，发酵至发酵池内气体的甲烷体积分数超过60％后，再稳定发酵一周，取发酵池底部污泥，即得驯化接种物。优选的，所述水稻秸秆经所述伞枝犁头菌预处理后得到水稻秸秆发酵底物，所述预处理的方法为：将所述伞枝犁头菌制备为菌剂，将所述水稻秸秆粉碎至粒径1～2cm，取质量为水稻秸秆干重1％的所述菌剂和质量为水稻秸秆干重0.5％的尿素，将所述水稻秸秆、菌剂和尿素混匀，调节水分至65％～70％，覆膜，35℃恒温条件下处理1～5天，即得水稻秸秆发酵底物。优选的，所述菌剂的制备方法为：将所述伞枝犁头菌接种至牛肉膏蛋白胨培养基中，30℃、120rmp，培养至培养基中长满微小毛球状菌丝体，得种子液；按质量份数，将7份米糠、1.8份麸皮、1份稻壳、0.2份尿素混匀后调节水分至80％，121℃，6rpm/min条件下灭菌30min，冷却至30℃，得培养基；按种子液体积为培养基体积的10％接种所述种子液，30℃，4rpm/min,通气量1.5vvm，培养至培养基中基质70％～80％被菌丝缠绕包裹，取出培养基及菌丝混合物，即得菌剂。优选的，发酵过程中，每天定时对水稻秸秆发酵底物喷淋3次，每次喷淋的间隔时间相同。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供了一种新的伞枝犁头菌属菌株(又名伞枝犁头霉)，该菌株从四川成都市双流区永安镇农田中腐烂的水稻秸秆中筛选得到，不会对周围环境与生态平衡造成危害。该菌株可与物理法结合，应用于水稻秸秆处理和发酵，实现绿色环保的资源高效重复利用。2、水稻秸秆与普通作物秸秆成分有所不同，非常难以发酵，具体成分(平均值)区别见下表1。表1各类秸秆半纤维素、纤维素和木质素含量秸秆种类半纤维素/％纤维素/％木质素/％玉米秸秆27.6538.6113.82小麦秸秆28.1435.4414.21水稻秸秆24.2836.1323.64从上表可以看出，水稻秸秆中木质素含量远高于其它秸秆，难以被普通的微生物所利用、降解。本专利技术提供了一种利用特定菌种高效处理水稻秸秆产沼气的方法。物理法和生物法联合预处理后，能加快秸秆产沼气进程和提高产量，且预处理过程，受温度影响小，在常温条件下仍具有较好的预处理效果，适用范围广。3、预处理后的秸秆利用两相厌氧发酵的方式进行产沼气试验，产气周期短、产气量高、甲烷浓度稳定、无污排放，整个工艺可操作性强、无需大型配套设备与技术、投资规模小。附图说明图1为伞枝犁头菌属的系统发育树；图2本专利技术的流程示意图；图3为本专利技术一种实施方式的结构示意图。具体实施方式一、筛选并鉴定菌株。1、筛选菌株(1)涉及的培养基1)羧甲基纤维素钠培养基组分为：羧甲基纤维素钠2g、硫酸铵2g、氯化钠0.5g、磷酸氢二钾1g、七水合硫酸镁0.5g、刚果红0.4g、琼脂18g、水1000mL、pH＝7.0。2)土豆培养基(PDA培养基)：马铃薯200g、葡萄糖20g、水1000ml、不调pH，121℃灭菌20min。3)固态发酵扩大培养基：按重量份数，7份米糠，1.8份麸皮，1份稻壳，0.2份尿素，混匀后调节水分至80％，装入固体发酵罐，121℃，6rpm/min条件下灭菌30min。(2)从四川省成都市双流区永安镇农田中采集腐烂的水稻秸秆。将采集的腐烂的水稻秸秆与去离子水按质量比1:10混匀，稀释成10-2、10-3、10-4、10-5、10-65个梯度，每个稀释梯度下吸取0.05ml于羧甲基纤维素钠培养基平板涂布，30℃恒温培养，当平板上出现白色菌丝体时，挑取菌丝于新的羧甲基纤维素钠培养基平板，待菌丝再次生长起来，再重复上述操作3～5次，获得纯化后的菌株。2、菌株鉴定(1)生理生化特征：该菌在PDA培养基中，28～30℃培养，细胞为丝状。在30℃培养2～3天，产生大量菌丝，菌丝初期为纯白色，后期变为灰白色或浅白色。菌丝无隔、多核、分枝状，在培养基内外能广泛蔓延，无假根或匍匐菌丝，也不产生定形菌落。菌丝体上生出单生、总状分枝或假轴状分枝的孢囊梗，并于分枝顶端形成球形孢子囊，内有形状各异的囊轴，无囊托囊内产大量球形、椭圆形、壁薄、光滑的孢囊孢子。孢子成熟后孢子囊即破裂并释放孢子。孢子大小0.6～0.9×1～1.5μm，为椭本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一株伞枝犁头菌，于2018年9月25日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为 CGMCC No.16486。

【技术特征摘要】
1.一株伞枝犁头菌，于2018年9月25日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,保藏编号为CGMCCNo.16486。2.一株伞枝犁头菌，其18SrDNA序列测试结果如SEQIDNO1所示。3.权利要求1或2所述伞枝犁头菌在处理水稻秸秆中的应用。4.根据权利要求3所述的伞枝犁头菌在处理水稻秸秆中的应用，其特征在于：所述应用的温度为28～35℃，所述应用的pH为6～8。5.一种水稻秸秆处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：(1)利用权利要求1或2所述伞枝犁头菌制备驯化接种物；(2)将驯化接种物按水稻秸秆发酵底物质量的25～45％进行接种、混匀，并调节水分至70～80％，35℃恒温条件下进行发酵；调节水分时获得的滤液为发酵液；(3)发酵过程中，每天至少使用发酵液对所述水稻秸秆发酵底物喷淋一次，单次喷淋所用发酵液的量为所述发酵底物体积的1/3。6.根据权利要求5所述的水稻秸秆处理工艺，其特征在于：所述驯化接种物的制备方法为：将所述伞枝犁头菌按水稻秸秆质量25～45％接种至水稻秸秆上，在发酵池内进行发酵，发酵至发酵池内气体的甲烷体积分数超过60％后，再稳定发酵一周，取发酵池底部污泥，即得驯化接种物。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫志英，刘杨，许力山，姬高升，房俊楠，曾勇，宦臣臣，佟欣宇，赵琪琪，
申请(专利权)人：中国科学院成都生物研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51