本發(fa)明屬于生物工程(cheng)，涉及一(yi)種(zhong)用于秸稈沼氣發(fa)酵預(yu)處理的菌種(zhong)及其應用。

背景技術：

1、我(wo)國是農業生(sheng)產大國，各類農作物秸稈資(zi)源(yuan)豐富。目前我(wo)國秸稈處理處置技術主(zhu)要采用直接(jie)還田、就(jiu)地(di)焚(fen)燒或與畜禽糞便(bian)堆漚等(deng)，這些(xie)處置方法不僅(jin)導致資(zi)源(yuan)浪(lang)費、微生(sheng)態環(huan)境(jing)遭到破壞(huai)、地(di)力損(sun)傷和(he)土地(di)肥力下降等(deng)問(wen)題，更嚴重影響環(huan)境(jing)質量(liang)(liang)危害人體健康。堆積(ji)秸稈不僅(jin)侵占土地(di)、滋生(sheng)蚊蠅(ying)經雨水澆濕后被沖(chong)入河(he)流還會污染(ran)水體；露(lu)天(tian)焚(fen)燒產生(sheng)的(de)煙塵嚴重污染(ran)大氣(qi)質量(liang)(liang)環(huan)境(jing)，環(huan)境(jing)污染(ran)和(he)氣(qi)候(hou)變化等(deng)問(wen)題日益嚴峻。農作物秸稈作為生(sheng)物質能(neng)中(zhong)重要的(de)一(yi)部分，其中(zhong)蘊含大量(liang)(liang)的(de)化學能(neng)，若(ruo)能(neng)將農作物秸稈有效利用不僅(jin)可(ke)以(yi)(yi)減少資(zi)源(yuan)浪(lang)費和(he)環(huan)境(jing)污染(ran)，沼氣(qi)作為一(yi)種(zhong)重要的(de)可(ke)再生(sheng)能(neng)源(yuan)，可(ke)以(yi)(yi)緩解中(zhong)國能(neng)源(yuan)危機。

2、傳統(tong)沼氣(qi)發(fa)酵通常采用農(nong)牧業廢棄(qi)物(wu)(wu)等(deng)有(you)(you)機原料，如(ru)玉(yu)米(mi)秸(jie)稈、畜禽糞便等(deng)，經(jing)過厭氧發(fa)酵產(chan)生甲(jia)烷(wan)和(he)二氧化(hua)碳(tan)等(deng)氣(qi)體。然而(er)，農(nong)作物(wu)(wu)秸(jie)稈作為(wei)一(yi)種重(zhong)要的(de)(de)廢棄(qi)物(wu)(wu)資源，在傳統(tong)處(chu)理(li)中(zhong)常被視(shi)為(wei)垃圾處(chu)理(li)，無法(fa)有(you)(you)效(xiao)利用其(qi)能(neng)量(liang)價值(zhi)；此外(wai)，玉(yu)米(mi)秸(jie)稈中(zhong)纖(xian)(xian)維(wei)素(su)(su)、半(ban)(ban)纖(xian)(xian)維(wei)素(su)(su)、木(mu)質(zhi)(zhi)(zhi)素(su)(su)為(wei)主(zhu)要化(hua)學成(cheng)分(fen)，還含有(you)(you)一(yi)定量(liang)蛋白質(zhi)(zhi)(zhi)和(he)脂肪(fang)等(deng)組(zu)(zu)分(fen)；其(qi)中(zhong)，纖(xian)(xian)維(wei)素(su)(su)是(shi)由(you)d-葡萄糖以(yi)(yi)β-1,4糖苷鍵(jian)組(zu)(zu)成(cheng)的(de)(de)線狀(zhuang)高分(fen)子(zi)化(hua)合物(wu)(wu)，半(ban)(ban)纖(xian)(xian)維(wei)素(su)(su)是(shi)由(you)各種糖單元(yuan)相互連接(jie)形(xing)成(cheng)具(ju)有(you)(you)支鏈的(de)(de)高分(fen)子(zi)聚合物(wu)(wu)，木(mu)質(zhi)(zhi)(zhi)素(su)(su)是(shi)由(you)苯基丙烷(wan)結構(gou)(gou)單元(yuan)(c6-c3)通過醚鍵(jian)、碳(tan)-碳(tan)鍵(jian)連接(jie)而(er)成(cheng)的(de)(de)芳香族的(de)(de)高分(fen)子(zi)聚合物(wu)(wu)。玉(yu)米(mi)秸(jie)稈中(zhong)的(de)(de)纖(xian)(xian)維(wei)素(su)(su)、半(ban)(ban)纖(xian)(xian)維(wei)素(su)(su)、木(mu)質(zhi)(zhi)(zhi)素(su)(su)結構(gou)(gou)較為(wei)復雜(za)，難以(yi)(yi)被微(wei)生物(wu)(wu)降解，導致發(fa)酵產(chan)沼氣(qi)的(de)(de)效(xiao)率(lv)較低，影(ying)響了(le)沼氣(qi)發(fa)酵的(de)(de)穩定性和(he)產(chan)量(liang)。

技術實現思路

1、本(ben)(ben)發明為解(jie)決現(xian)有技術中秸稈中的(de)復(fu)雜有機結(jie)構導致發酵產(chan)沼氣的(de)效率較(jiao)低，穩定性和(he)產(chan)量較(jiao)差的(de)技術問題，本(ben)(ben)發明提供一(yi)種地衣(yi)芽孢(bao)桿菌(jun)nf-101、微生(sheng)物制劑及其預處(chu)理方法和(he)應用。

2、本發明的目的之(zhi)一在于(yu)提(ti)供一種(zhong)(zhong)地衣芽孢(bao)桿菌(jun)(jun)nf-101，所述地衣芽孢(bao)桿菌(jun)(jun)nf-101的保(bao)藏(zang)號(hao)為cgmcc?no.28579，分類命名為bacillus?licheniformis，保(bao)藏(zang)于(yu)中國(guo)微(wei)生物(wu)菌(jun)(jun)種(zhong)(zhong)保(bao)藏(zang)管(guan)理委員(yuan)會(hui)普(pu)通微(wei)生物(wu)中心(xin)，保(bao)藏(zang)地址(zhi)為北京市朝陽區(qu)北辰西路1號(hao)院3號(hao)中國(guo)科學(xue)院微(wei)生物(wu)研究所，保(bao)藏(zang)日期為2023年(nian)10月07日。

3、本(ben)發明的目的之二在于提供(gong)一種(zhong)含有上述地(di)衣芽孢桿菌nf-101的微生(sheng)物(wu)制劑。

4、本發(fa)明的目的之三(san)在于提(ti)供上述地衣芽孢桿(gan)菌nf-101或微生物制劑在發(fa)酵產沼氣中的應用。

5、在本發(fa)明的一種(zhong)優選實施例(li)中(zhong)，所述應(ying)用是指在秸稈發(fa)酵產沼氣的發(fa)酵預處(chu)理中(zhong)的應(ying)用。

6、本發明的(de)目的(de)之四(si)在于提供一種預處(chu)理(li)玉米(mi)(mi)秸(jie)(jie)稈(gan)(gan)發酵產沼氣(qi)的(de)方(fang)法(fa)，所(suo)述預處(chu)理(li)方(fang)法(fa)包(bao)括以下步驟：將玉米(mi)(mi)秸(jie)(jie)稈(gan)(gan)切碎/粉碎，先潤濕，再浸泡；再向上述處(chu)理(li)后的(de)秸(jie)(jie)稈(gan)(gan)中加入上述地衣芽孢桿菌nf-101或微生物制劑進(jin)行(xing)玉米(mi)(mi)秸(jie)(jie)稈(gan)(gan)預處(chu)理(li)。

7、在(zai)本發明的一種優選實(shi)施例中，所述地衣芽孢桿(gan)菌nf-101或微生物(wu)制劑的有效添加量為104-105cfu/ml。

8、在本發(fa)明(ming)的一種(zhong)優選實(shi)施(shi)例中，所述(shu)的切碎(sui)是(shi)將玉米(mi)秸稈鍘成小于或(huo)等(deng)于6cm的秸稈段；所述(shu)的粉碎(sui)是(shi)將玉米(mi)秸稈粉碎(sui)成粒度小于或(huo)等(deng)于10mm的顆粒。

9、在本發(fa)明的一(yi)種優選實(shi)施例中，所(suo)述(shu)的潤濕(shi)是使用牛糞水將切碎/粉碎的玉(yu)米(mi)秸稈(gan)潤濕(shi)。

10、在本發明的一(yi)種(zhong)優選實施例中，所述的浸泡(pao)是(shi)將(jiang)濕(shi)潤后的玉米秸稈(gan)與水按照1：(1-2)的重(zhong)量比(bi)混合(he)浸泡(pao)，浸泡(pao)時間為1d。

11、在本發明(ming)的一種優選實施例中(zhong)，所述(shu)的預處(chu)(chu)(chu)理(li)溫(wen)度(du)為(wei)30-55℃，預處(chu)(chu)(chu)理(li)ph值(zhi)為(wei)6-8.5，預處(chu)(chu)(chu)理(li)時(shi)間為(wei)2-12d。

12、本(ben)發明(ming)的(de)有益效果：本(ben)發明(ming)提(ti)(ti)供了一種地(di)衣(yi)芽孢桿菌(jun)nf-101或(huo)微生物(wu)制(zhi)劑在預處理玉米(mi)秸(jie)稈發酵(jiao)產(chan)(chan)沼氣中(zhong)的(de)應用(yong)(yong)，前期切碎/粉碎和浸泡步(bu)驟，不僅有利于增(zeng)加菌(jun)種與秸(jie)稈的(de)接觸面積，還(huan)能有效降(jiang)(jiang)(jiang)低底(di)物(wu)的(de)抗性(xing)，為后(hou)續地(di)衣(yi)芽孢桿菌(jun)nf-101的(de)降(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)作用(yong)(yong)提(ti)(ti)供更好的(de)條件；地(di)衣(yi)芽孢桿菌(jun)nf-101使得纖維(wei)素(su)、半纖維(wei)素(su)和木質(zhi)素(su)被降(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)為較(jiao)小的(de)可(ke)溶性(xing)糖類物(wu)質(zhi)，為后(hou)續的(de)沼氣發酵(jiao)提(ti)(ti)供充足的(de)發酵(jiao)底(di)物(wu)；其中(zhong)，經(jing)過8d預處理的(de)玉米(mi)秸(jie)稈纖維(wei)素(su)、半纖維(wei)素(su)和木質(zhi)素(su)的(de)降(jiang)(jiang)(jiang)解(jie)率顯著(zhu)提(ti)(ti)高(gao)，從而實現顯著(zhu)提(ti)(ti)高(gao)產(chan)(chan)甲烷量(liang)和產(chan)(chan)氣量(liang)的(de)目(mu)的(de)。

13、本發(fa)明(ming)(ming)通過對經過預(yu)(yu)處(chu)(chu)理(li)(li)玉(yu)米(mi)秸(jie)(jie)稈(gan)(gan)發(fa)酵產沼(zhao)氣(qi)(qi)的(de)(de)產氣(qi)(qi)量和(he)甲(jia)烷含量進行監測和(he)分析，結果表明(ming)(ming)，經過本發(fa)明(ming)(ming)預(yu)(yu)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)玉(yu)米(mi)秸(jie)(jie)稈(gan)(gan)產沼(zhao)氣(qi)(qi)效(xiao)(xiao)果顯(xian)著優(you)于(yu)未經預(yu)(yu)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)玉(yu)米(mi)秸(jie)(jie)稈(gan)(gan)產沼(zhao)氣(qi)(qi)效(xiao)(xiao)果，本發(fa)明(ming)(ming)經預(yu)(yu)處(chu)(chu)理(li)(li)后的(de)(de)產甲(jia)烷量相較(jiao)于(yu)未經預(yu)(yu)處(chu)(chu)理(li)(li)的(de)(de)增加(jia)了22.93％，總產氣(qi)(qi)量提(ti)(ti)高(gao)了59.13％，證明(ming)(ming)本發(fa)明(ming)(ming)提(ti)(ti)供的(de)(de)秸(jie)(jie)稈(gan)(gan)沼(zhao)氣(qi)(qi)發(fa)酵預(yu)(yu)處(chu)(chu)理(li)(li)方(fang)法有效(xiao)(xiao)提(ti)(ti)高(gao)了玉(yu)米(mi)秸(jie)(jie)稈(gan)(gan)發(fa)酵產沼(zhao)氣(qi)(qi)和(he)甲(jia)烷含量的(de)(de)效(xiao)(xiao)果。

14、本(ben)發(fa)(fa)明(ming)提(ti)供的秸稈(gan)沼氣發(fa)(fa)酵預處理方(fang)法(fa)屬(shu)于(yu)微生(sheng)物降解技術，無需(xu)添(tian)加化(hua)學藥(yao)劑，過程中無排放有害(hai)物質，對環(huan)境友好；本(ben)發(fa)(fa)明(ming)將廢棄的玉米秸稈(gan)轉化(hua)為沼氣等可(ke)再生(sheng)能(neng)源，實現了農作物廢棄物的資源化(hua)利用(yong)，減少(shao)了資源浪費(fei)和環(huan)境污(wu)染(ran)，符合可(ke)持續發(fa)(fa)展的要求。

15、【生物(wu)保(bao)藏(zang)(zang)信息】：地衣芽孢桿菌命名(ming)(ming)為nf-101，保(bao)藏(zang)(zang)號(hao)為cgmcc?no.28579，分類(lei)命名(ming)(ming)為bacillus?licheniformis，保(bao)藏(zang)(zang)在中國普通微(wei)生物(wu)保(bao)藏(zang)(zang)管理中心，保(bao)藏(zang)(zang)時間為2023年10月07日，保(bao)藏(zang)(zang)地址為北京市朝(chao)陽區北辰(chen)西路(lu)1號(hao)院(yuan)3號(hao)中國科學院(yuan)微(wei)生物(wu)研(yan)究(jiu)所。

技術特征：

1.一(yi)種(zhong)(zhong)地(di)衣(yi)芽孢(bao)桿(gan)菌nf-101，其特征在于，所述(shu)地(di)衣(yi)芽孢(bao)桿(gan)菌nf-101的保(bao)藏號(hao)為(wei)(wei)cgmccno.28579，分(fen)類命名(ming)為(wei)(wei)bacillus?licheniformis，保(bao)藏于中(zhong)(zhong)國(guo)微生物菌種(zhong)(zhong)保(bao)藏管理委員會(hui)普通微生物中(zhong)(zhong)心，保(bao)藏地(di)址為(wei)(wei)北京市(shi)朝(chao)陽區北辰(chen)西路1號(hao)院3號(hao)中(zhong)(zhong)國(guo)科(ke)學院微生物研究所，保(bao)藏日(ri)期為(wei)(wei)2023年10月07日(ri)。

2.含有權利(li)要求1所述地衣芽孢(bao)桿菌nf-101的微生物制劑。

3.權(quan)利(li)要求1所(suo)述的地衣(yi)芽(ya)孢桿菌nf-101或權(quan)利(li)要求2所(suo)述的微生物(wu)制劑在發酵(jiao)產沼氣中的應用。

4.根據權利要求3所述(shu)的應(ying)用，其(qi)特征在(zai)于，所述(shu)應(ying)用是(shi)指(zhi)在(zai)秸(jie)稈發(fa)酵產沼(zhao)氣的發(fa)酵預處(chu)理中的應(ying)用。

5.一種玉米(mi)秸(jie)(jie)稈發酵產沼氣的(de)(de)預(yu)處(chu)理(li)(li)方法(fa)，其特(te)征在于，所述預(yu)處(chu)理(li)(li)方法(fa)包括以下步驟：將(jiang)玉米(mi)秸(jie)(jie)稈切碎/粉碎，先潤濕，再(zai)(zai)浸泡；再(zai)(zai)向(xiang)上(shang)述處(chu)理(li)(li)后的(de)(de)秸(jie)(jie)稈中(zhong)加入權(quan)利要求1所述的(de)(de)地衣芽孢桿菌(jun)nf-101或(huo)權(quan)利要求2所述的(de)(de)微生物制劑進行玉米(mi)秸(jie)(jie)稈預(yu)處(chu)理(li)(li)。

6.根據(ju)權(quan)利要求5所(suo)述的(de)預處理方法，其特征(zheng)在于，所(suo)述地(di)衣芽孢桿菌nf-101或微(wei)生物制劑的(de)有(you)效(xiao)添加(jia)量(liang)為104-105cfu/ml。

7.根據權(quan)利(li)要求5所(suo)述(shu)的預處理方(fang)法，其特(te)征在于(yu)(yu)，所(suo)述(shu)的切碎(sui)是將(jiang)玉米(mi)(mi)秸(jie)(jie)稈(gan)鍘(zha)成(cheng)小于(yu)(yu)或(huo)等于(yu)(yu)6cm的秸(jie)(jie)稈(gan)段(duan)；所(suo)述(shu)的粉碎(sui)是將(jiang)玉米(mi)(mi)秸(jie)(jie)稈(gan)粉碎(sui)成(cheng)粒度(du)小于(yu)(yu)或(huo)等于(yu)(yu)10mm的顆粒。

8.根據(ju)權(quan)利要(yao)求(qiu)5所(suo)述的預處理方法(fa)，其特(te)征(zheng)在于，所(suo)述的潤濕是(shi)使用牛糞水將切(qie)碎(sui)/粉碎(sui)的玉米秸(jie)稈潤濕。

9.根據權利要求5所述(shu)的(de)預處理方法，其特征在于(yu)，所述(shu)的(de)浸(jin)泡是將濕潤后的(de)玉米(mi)秸稈(gan)與水按照1：(1-2)的(de)重量比混(hun)合浸(jin)泡，浸(jin)泡時(shi)間為1d。

10.根據(ju)權利要求5所(suo)述(shu)的預處(chu)理(li)(li)方法，其特征在于，所(suo)述(shu)的預處(chu)理(li)(li)溫度為(wei)30-55℃，預處(chu)理(li)(li)ph值為(wei)6-8.5，預處(chu)理(li)(li)時(shi)間為(wei)2-12d。

技術總結
一種地衣芽孢桿菌NF?101、微生物制劑及其預處理方法和應用，屬于生物工程技術領域。本發明為解決現有技術中秸稈中的復雜有機結構導致發酵產沼氣的效率較低，穩定性和產量較差的技術問題，提供一種地衣芽孢桿菌NF?101和含有上述菌種的微生物制劑，及其在秸稈沼氣發酵預處理中的應用，通過前期對發酵底物進行切碎/粉碎和浸泡，結合地衣芽孢桿菌NF?101預處理，實現了提高玉米秸稈發酵產沼氣和甲烷含量的效果。本發明提供的地衣芽孢桿菌NF?101和微生物制劑可應用于發酵產沼氣，且無需添加化學藥劑，無排放有害物質，對環境友好，符合可持續發展的要求。

技術研發人員：劉建生,章圣龍,張智,孫家佳,張曉彤,呂歌
受保護的技術使用者：黑龍江國宏節能環保有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/9/19