一种改性生物炭固定化ZEN降解菌微球及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及饲料添加剂和有机污染物降解技术领域，具体涉及一种改性生物炭固定化ZEN降解菌微球及制备方法和应用。该微球是由芯材、内层壁材和外层壁材组成；芯材是由载体、可溶性淀粉和玉米赤霉烯酮降解菌制备而成；载体是由柠檬酸和十八烷基三甲基氯化铵对生物炭进行联合改性制备而成；玉米赤霉烯酮降解菌为枯草芽孢杆菌(BacillusSubtilis)168；内层壁材是由海藻酸钠和氯化钙交联制备而成；外层壁材是壳聚糖。本发明专利技术的降解菌微球能有效保持玉米赤霉烯酮降解菌的活性，结合生物炭的吸附作用和降解菌的生物脱毒作用，可以实现对玉米赤霉烯酮的高效降解。霉烯酮的高效降解。霉烯酮的高效降解。

【技术实现步骤摘要】
一种改性生物炭固定化ZEN降解菌微球及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及饲料添加剂和有机污染物降解
，具体涉及一种改性生物炭固定化ZEN降解菌微球及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]玉米赤霉烯酮(Zearalenone，ZEN)又称F
‑
2毒素，主要是由镰刀菌属、曲霉菌属和青霉菌属等真菌产生的次级代谢产物。玉米、大豆、小麦等作物及其副产物在高温高湿环境条件下极易受到玉米赤霉烯酮污染。ZEN具有较强的雌激素效应，在养殖生产中主要危害畜禽的生殖功能，造成畜禽不孕不育、流产畸胎甚至死亡。此外，ZEN还能造成畜禽机体肝脏毒性，免疫毒性以及致癌性损伤，严重降低养殖的经济效益，因此，对污染ZEN的饲料进行脱毒处理具有重要意义。
[0003]目前，脱除饲料真菌毒素的方法包括：物理脱毒法，化学脱毒法和生物脱毒法。其中，生物脱毒法即利用特定微生物对真菌毒素的生物转化和吸附活性进行的脱毒。该法因具有高效低毒、特异性强、环境友好、价格低廉、易于工业化生产等特点而成为饲料真菌毒素脱毒的重要发展方向。然而，在实际生产中直接应用游离微生物常常受限于环境因素导致的微生物活性下降以及由此造成的生物脱毒法修复效率降低的难题。
[0004]微生物固定化技术通过吸附、包埋和交联等方式将微生物限定在适宜的载体空间内，可以有效提高微生物的环境抵抗力和代谢活性，在环境污染物去除中广受关注。其中，载体性质是影响固定化微生物活性和生物量，进而制约微生物固定化技术成功实施的一个关键因素。生物炭是将农业废弃物在缺氧条件下热解产生的富碳类物质，具有丰富的微孔结构和官能团、较大的比表面积、较低的细胞毒性和成本、丰富的营养元素以及环境友好的特性，能有效为微生物提供趋利避害的空间。通过优化以水稻秸秆为原料的生物炭作为微生物固定化载体，可为水稻秸秆的资源化开发利用提供新思路，成为循环农业和低碳经济实现的重要途径。但是我们在试验过程中发现，直接使用生物炭作为载体固定微生物，不仅很难保持微生物在胃肠环境中的活性，且对玉米赤霉烯酮的选择性吸附能力较差。
[0005]根据已有的文献资料和专利成果来看，目前饲料真菌毒素的脱毒技术可归纳成四种类型：类型一是单纯利用具有真菌毒素降解作用的微生物降解毒素；类型二将具有真菌毒素降解作用的微生物与营养物质配伍降解真菌毒素；类型三是在饲料中直接添加吸附剂沸石、硅铝酸盐、酵母细胞壁等吸附真菌毒素。类型四是利用膨润土、蒙脱石等与脱毒微生物进行复配脱除真菌毒素。从上述解决饲料真菌毒素的技术手段看，类型一和二的报道较多，然而这种产品货架期微生物活性和数量下降较快，且微生物活性受胃肠因素(pH和消化酶)的影响很大，脱毒效果难以保持。类型三中单一使用吸附剂面对结构特异性很强的真菌毒素具有很大的应用局限性，而且吸附剂对真菌毒素的物理性吸附作用容易在胃肠因素影响下发生解析而重新释放。类型四的报道最少，且现有的成果虽然同时涉及了吸附剂和脱毒微生物，但是在制备工艺上只是这些原料的简单混合，无法做到对微生物的稳定固化，由此将会导致微生物活性下降，修复效率不高。
[0006]目前，以生物炭为载体的微生物固定化技术主要侧重于利用生物炭直接吸附微生物的固定化技术；很少有以生物炭为吸附剂的真菌毒素脱毒方面的报道。例如，中国专利(CN114768758A)侧重于使用活性剂K2CO3优化以花生壳为原料的生物炭吸附去除黄曲霉毒素的碳化和活化的温度、时间等条件，并未涉及微生物固定化技术；而中国专利(CN110683911A)主要针对种植领域防控黄曲霉毒素，该技术使用玉米秸秆生物炭吸附黄曲霉毒素防控菌以及氮磷钾复合肥，利用生物炭的目的之一是缓释氮磷钾肥料，使用枯草芽孢杆菌和壳聚糖是为了提高植物免疫力；所以上述公开的技术方案从制备工艺到原料使用目的方面对本专利技术均不具备启发性。

技术实现思路

[0007]为解决实际生产中直接应用游离微生物常常受限于环境因素导致的微生物活性下降问题，以及直接使用生物炭作为载体固定微生物，不仅很难保持微生物在胃肠环境中的活性，且对玉米赤霉烯酮的选择性吸附能力较差的问题，本专利技术的目的在于提供一种改性生物炭固定化ZEN降解菌微球及制备方法和应用。
[0008]我们已有的研究表明，以水稻秸秆为原料制备的生物炭在限制剂量范围内安全可控，在动物生产中可以作为饲料添加剂用于减少动物粪便有害气体的排放，调节动物肠道微生物区系结构和代谢产物。本专利技术利用改性有效提高生物炭的微生物承载能力以及污染物的吸附能力的特点，使用吸附和包埋两种固定化技术，利用改性生物炭吸附降解菌的作用形成芯材，并将芯材包埋于双层壁材内形成微球。壳聚糖作为最外层壁材在抑制有害菌繁殖的同时，促进其内部降解菌的生长。该微球在长时间保持菌剂活性的同时，有效提高对玉米赤霉烯酮的降解作用。因此，以改性生物炭为固定化载体用于饲料玉米赤霉烯酮的脱毒修复是一种安全环保且高效的修复技术。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
[0010]一种改性生物炭固定化ZEN降解菌微球，是由芯材、内层壁材和外层壁材组成；所述芯材是由载体、可溶性淀粉和玉米赤霉烯酮降解菌制备而成；所述载体是由柠檬酸和十八烷基三甲基氯化铵对生物炭进行联合改性制备而成；所述玉米赤霉烯酮降解菌为枯草芽孢杆菌(Bacillus Subtilis)168；所述内层壁材是由海藻酸钠和氯化钙交联制备而成；所述外层壁材是壳聚糖。
[0011]进一步，所述载体是由以下方法制备而成：将柠檬酸溶液和十八烷基三甲基氯化铵溶液混合制成混合改性剂；将生物炭与混合改性剂混合均匀后，进行恒温振荡，然后清洗至pH稳定，过滤得到改性生物炭。
[0012]更进一步，所述柠檬酸溶液的浓度为0.55～0.65mol/L；所述十八烷基三甲基氯化铵溶液的浓度为35～45g/L；所述柠檬酸溶液与所述十八烷基三甲基氯化铵溶液的体积比为1:1；所述生物炭与所述混合改性剂的用量比为1g:10mL。
[0013]本专利技术还提供一种改性生物炭固定化ZEN降解菌微球的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1、将柠檬酸溶液和十八烷基三甲基氯化铵溶液混合制成混合改性剂；将生物炭与混合改性剂混合均匀后，进行恒温振荡，然后清洗至pH稳定，过滤得到改性生物炭；
[0015]S2、将玉米赤霉烯酮降解菌制成玉米赤霉烯酮降解菌悬液；将S1的改性生物炭与可溶性淀粉混合均匀，然后在搅拌下加入到玉米赤霉烯酮降解菌悬液中，得到改性生物炭
固定化ZEN降解菌微球的芯材；
[0016]S3、将海藻酸钠溶液与S2的芯材混合均匀后，加入氯化钙溶液进行交联反应，制得交联微球；
[0017]S4、将S3的交联微球加入到壳聚糖溶液中，经恒温振荡，得到改性生物炭固定化ZEN降解菌微球。
[0018]进一步，S1中，所述柠檬酸溶液的浓度为0.55～0.65mol/L；所述十八烷基三甲基氯化铵溶液的浓度为35～45g/L；所述柠檬酸溶液与所述十八烷基三甲基氯化铵溶液的体积比为1:1；所述生物炭与所述混合改本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性生物炭固定化ZEN降解菌微球，是由芯材、内层壁材和外层壁材组成；其特征在于，所述芯材是由载体、可溶性淀粉和玉米赤霉烯酮降解菌制备而成；所述载体是由柠檬酸和十八烷基三甲基氯化铵对生物炭进行联合改性制备而成；所述玉米赤霉烯酮降解菌为枯草芽孢杆菌(BacillusSubtilis)168；所述内层壁材是由海藻酸钠和氯化钙交联制备而成；所述外层壁材是壳聚糖。2.根据权利要求1所述的改性生物炭固定化ZEN降解菌微球，其特征在于，所述载体是由以下方法制备而成：将柠檬酸溶液和十八烷基三甲基氯化铵溶液混合制成混合改性剂；将生物炭与混合改性剂混合均匀后，进行恒温振荡，然后清洗至pH稳定，过滤得到改性生物炭。3.根据权利要求2所述的改性生物炭固定化ZEN降解菌微球，其特征在于，所述柠檬酸溶液的浓度为0.55～0.65mol/L；所述十八烷基三甲基氯化铵溶液的浓度为35～45g/L；所述柠檬酸溶液与所述十八烷基三甲基氯化铵溶液的体积比为1:1；所述生物炭与所述混合改性剂的用量比为1g:10mL。4.一种改性生物炭固定化ZEN降解菌微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将柠檬酸溶液和十八烷基三甲基氯化铵溶液混合制成混合改性剂；将生物炭与混合改性剂混合均匀后，进行恒温振荡，然后清洗，过滤得到改性生物炭；S2、将玉米赤霉烯酮降解菌制成玉米赤霉烯酮降解菌悬液；将S1的改性生物炭与可溶性淀粉混合均匀，然后在搅拌下加入到玉米赤霉烯酮降解菌悬液中，得到改性生物炭固定化ZEN降解菌微球的芯材；S3、将海藻酸钠溶液与...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩杰，孟军，吴月，张娇，
申请(专利权)人：沈阳农业大学，
类型：发明
国别省市：