一种废弃羽毛生物转化成有机肥的方法及应用

1.本发明属于畜禽养殖废弃物资源化利用领域，具体涉及一种废弃羽毛生物转化成有机肥 的方法及应用。


背景技术：

2.废弃羽毛是畜禽养殖业和肉类加工企业的主要副产物，年产量巨大。它富含角蛋白，钙 磷等矿物元素、维生素和一些未知营养因子，且水解后产生丰富的游离氨基酸和短肽，是一 种优质的富氮资源，具有重要的经济和应用价值。目前的研究主要集中于将废弃羽毛降解并 制备成动物饲料及饲料添加剂和生物有机肥等方面。其中，羽毛基氨基酸肥料能促进根系生 长，易被作物直接吸收和利用，从而提升作物的品质和产量，可替代由昂贵的豆粕和鱼粉等 用作生物有机肥的氮组分。羽毛基有机肥的使用可避免化肥对土壤造成的板结作用，增强土 壤微生态平衡，助力实施有机肥替代化肥行动，促进绿色循环发展。
3.羽毛角蛋白因含有大量的二硫键、氢键、疏水作用等作用力使其结构致密且性质稳定， 造成利用率普遍不高。这无疑限制了废弃羽毛的降解及成肥利用。羽毛的处理方式主要有高 温高压水解法、酶解法、膨化法和微生物降解法。目前，微生物降解法越来越受到关注，如 枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌降解羽毛的效果相对较好。基于羽毛的特殊结构，采用复合 菌群可产生更多种类的蛋白酶，利于打开羽毛结构中的共价键。此外，乳酸菌作为益生菌利 用碳氮源的产酸能力强，对羽毛具有一定的软化作用，进而提高其降解效率。相比液态发酵， 固态发酵的含水量低且可获得高浓度的发酵产物，同时可以利用廉价的基质原料如秸秆、麸 皮、稻草、甘蔗渣等为辅料。这不仅解决由其带来的环境污染问题，还能提高生物有机肥品 质，实现多种生物质废弃物的资源化联合利用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种废弃羽毛生物转化成有机肥的方法及该有机肥的应用，采用 复合微生物在固态发酵模式下降解废弃羽毛而制得有机肥，并检验其对黄瓜种子发芽的影响 来实现。
5.本发明的废弃羽毛生物转化成有机肥的方法，包括以下步骤：
6.将液态复合菌剂以(8～12):1(ml/g)比例与粉碎的农作物秸秆混合，获得固定化的复 合菌剂；
7.以相对液态复合菌剂体积的40～70％将羽毛粉添加至固定化的复合菌剂中，使混合物含水 量在40～70％之间，在30～50℃条件下进行固态发酵腐熟1～5天，期间翻转并补充水分，获得 废弃羽毛基有机肥；
8.所述的液态复合菌剂是由枯草芽孢杆菌菌液、解淀粉芽孢杆菌菌液和乳酸菌菌液复配及 优化而成。
9.优选，所述的液态复合菌剂的制备方法如下：将枯草芽孢杆菌菌液、解淀粉芽孢杆菌菌 液和乳酸菌菌液按照体积比1-5:1-3:1-2的比例混合。
10.进一步优选，所述的液态复合菌剂的制备方法如下：将枯草芽孢杆菌菌液、解淀粉芽孢 杆菌菌液和乳酸菌菌液按照体积比2:3:1的比例混合。
11.优选，所述的枯草芽孢杆菌菌液的制备方法是将活化的枯草芽孢杆菌接种到lb培养基 中，37℃培养16～20h。
12.优选，所述的解淀粉芽孢杆菌菌液的制备方法是将活化的解淀粉芽孢杆菌接种到lb培养 基中，37℃培养16～20h。
13.优选，所述的乳酸菌菌液的制备方法是将活化的乳酸菌接种到mrs培养基中，37℃振荡 培养24～36h。
14.所述的乳酸菌包括发酵乳杆菌、副干酪乳杆菌等。
15.优选，所述的期间翻转是期间每12h翻转1次。
16.优选，所述的羽毛粉是鸡毛、鸭毛、鹅毛粉。
17.优选，所述的农作物秸秆是玉米秸秆、小麦秸秆等。
18.本发明的第二个目的是提供废弃羽毛基有机肥在作为有机肥的应用。
19.优选，废弃羽毛基有机肥在促进种子发芽中的应用。
20.进一步优选，所述的种子包括但不仅限于黄瓜种子。
21.本发明与现有技术相比，具有如下优点：
22.1、与单菌株相比，复合菌株降解羽毛粉的效率显著高。
23.2、废弃羽毛生物转化成肥的过程操作简单、成本低，具有推动多产业生态循环的潜力。
24.3、羽毛粉无需酶解等处理可直接转化成肥，且有机肥含有高浓度的活性复合益生菌，具 有抗病菌潜力。故固态发酵结束后也无需除菌或灭菌，所得有机肥更有利于改善土壤质地。
25.4、本发明处理羽毛量大，可避免羽毛堆积造成的环境污染，促进废弃羽毛的资源化利用。
26.5、本发明的生物有机肥具有较高的种子发芽指数(90％以上)，具有实现废弃羽毛和农 作物秸秆双重增值应用的潜力。
附图说明
27.图1是菌株降解羽毛粉效率及其复配比对羽毛粉降解的影响；a：菌株对羽毛粉的降解效率，b：菌种复配比对羽毛粉降解的影响；
28.图2是制备的废弃羽毛基有机肥；
29.图3是制备的废弃羽毛基有机肥；图4是黄瓜种子的发芽情况；a：有机肥过滤液下黄瓜种子的发芽情况，b：对照。
具体实施方式
30.以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
31.枯草芽孢杆菌可以是常规的枯草芽孢杆菌，本实施例选择bacillus subtilis hc2，其于2022 年5月12日保藏于广东省微生物菌种保藏中心(gdmcc)，地址：广州市先烈中路100号 大院59号楼5楼，邮编：510070，保藏号gdmcc no：62466。
32.解淀粉芽孢杆菌可以是常规的解淀粉芽孢杆菌，本实施例选择解淀粉芽孢杆菌m15。
33.乳酸菌可以是常规乳酸菌，本实施例选择发酵乳杆菌b6。
34.农作物秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆等，本实施例选择玉米秸秆。
35.本发明的流程图如图1所示。
36.实施例1废弃羽毛的固态发酵成肥
37.废弃羽毛固态发酵成肥包括以下五个步骤：
38.1)种子液制备：在mrs平板上活化发酵乳杆菌b6，在lb平板上活化枯草芽孢杆菌 hc2和解淀粉芽孢杆菌m15，将前者接种至mrs培养基培养30h，后两株菌分别接种至lb 培养基培养18h，培养条件为37℃和180r/min，制备种子液。
39.枯草芽孢杆菌hc2、解淀粉芽孢杆菌m15、发酵乳杆菌b6三株菌种子液的od
600
值均 在6.7左右。
40.其中，mrs培养基：按质量分数计，包括1％酪蛋白酶消化物、1％牛肉膏粉、0.4％酵母 粉、2％葡萄糖、0.2％柠檬酸三铵、0.2％磷酸氢二钾、0.5％醋酸钠、0.02％硫酸镁、0.005％硫 酸锰、0.11％吐温-80，ph 5.7(固态时需添加1.5％琼脂)，溶剂为水，其配置方法是将各成 分混合均匀，121℃灭菌20min。
41.lb培养基：按质量分数计，包括0.5％酵母粉、1％胰蛋白胨、1％氯化钠，ph为6.5～7.5 (固态时需添加1.5％琼脂)，溶剂为水，其配置方法是将各成分混合均匀，经121℃灭菌20 min。
42.2)膨化鸡羽毛获得羽毛粉。
43.3)比较降解效率与优化菌种复配比：
44.将枯草芽孢杆菌hc2种子液、解淀粉芽孢杆菌m15种子液、发酵乳杆菌b6种子液均按 体积比8％的接种量分别接种至含羽毛粉1g/100ml的发酵培养基进行单菌株降解羽毛粉，在 37℃和200r/min条件下培养24h。
45.比较羽毛粉降解效率：结果发现，hc2菌、m15菌与b6菌均能降解羽毛粉，且三者对 羽毛粉降解率大小的关系是hc2菌》m15菌》b6菌，其中芽孢杆菌降解羽毛粉效果(78％ 左右)显著优于乳酸菌(30％左右)(图2a)。
46.在同样条件下，比较三者种子液的体积复配比(1:1:1、1:2:1、2:2:1、2:3:1、5:3:2)对羽 毛粉的降解效率。如图2b所示，经复配比的优化，发现枯草芽孢杆菌hc2-解淀粉芽孢杆菌 m15-发酵乳杆菌b6种子液的复配比为2:3:1时降解羽毛粉效果达到最佳(92％)。
47.发酵培养基：按质量分数计，包括0.05％氯化钠、0.04％磷酸二氢钾、0.03％磷酸氢二钾、 0.04％硫酸镁，1％羽毛粉，溶剂为水，ph为9。将上述成分按其含量混合均匀，121℃灭菌 20min。
48.4)固定化复合菌剂：将枯草芽孢杆菌-解淀粉芽孢杆菌-发酵乳杆菌种子液按体积比为2: 3:1进行混匀，获得液态复合菌剂；并以10:1(ml/g)比例将其与粉碎的玉米秸秆(过50 目筛)混合与固定化，获得固定化的复合菌剂。
49.5)固态发酵：以相对液态复合菌剂体积的60％将羽毛粉添加至固定化的复合菌剂，使混 合物含水量在50％左右，在40℃条件下进行固态发酵腐熟4天。期间每12h翻转1次，补充 适量水分，获得废弃羽毛基有机肥(图3)。
50.该有机肥的ph为6.46，通过梯度稀释培养法检测有机肥中的活性益生菌数量在4.34
×
10
8 cfu/g左右，符合生物有机肥标准要求的有效活菌数(≥0.2
×
108cfu/g，ny 884-2012)。
51.实施例2种子发芽指数试验
52.称取10克实施例1的废弃羽毛基有机肥，加入100ml去离子水，在150r/min摇床中震 荡1小时后过滤，获得过滤液。吸取5ml过滤液置于放有滤纸的培养皿中，记为处理组a， 以加入去离子水记为对照组b。分别向a和b两组放入颗粒饱满的黄瓜种子c粒(20左右)， 在25℃下恒温培养2天，记录发芽的种子数(a1、b1)和根长(a2、b2)，如图4和表1所示。 并按如下公式计算种子发芽指数。
53.公式(1)：
54.表1及图4的结果显示该有机肥滤液对黄瓜种子的发芽指数达到93.2％。根据有机肥料 标准要求的种子发芽指数(≥70％)(ny/t 525-2021)，表明该羽毛基有机肥具有较高的腐 熟度。
55.表1废弃羽毛基有机肥对黄瓜种子发芽的影响
56.