酵素菌發(fā)酵褐煤試驗研究

摘要 腐植酸是褐煤的主要成分，一般水溶性和生理活性很低，直接應用效果很差。通過酵素菌處理有望提高其活性，開發(fā)出腐植酸生物肥。該研究將酵素菌和淡紫擬青霉、白腐霉、栗褐鏈霉菌、淺黃鏈霉菌按不同菌株不同比例組配后制成復合微生物菌種，發(fā)酵處理褐煤，結(jié)果表明：4 d后，褐煤表面均布滿白色菌絲。7 d后，褐煤表面均呈現(xiàn)數(shù)量不同的液滴，用濾紙蘸吸后呈現(xiàn)棕褐色至黑褐色。酵素菌對褐煤失重率為（13.21±3.74）%～（18.72±5.17）%。說明，酵素菌對褐煤有著良好的轉(zhuǎn)化作用。

關鍵詞 酵素菌；褐煤；腐植酸；發(fā)酵；效果

中圖分類號 TD849+.3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）18-0204-02

Experimental Study on Fermenting Lignite Using BYM-FOOD

GAO Liang

（Shamomoto Biological Institute of Weifang in Shandong Province，Weifang Kitesway Bio-technology Co.，Ltd.，Weifang Shandong 261041）

Abstract Humic acid is the main components of lignite.It usually has low water-solubility and low biological activity，and the effects were very poor if applying directly.It could be expected to increase its activities applying BYM，and produce humic acid biological fertilizers.Composite microbial strains which ferment lignite were produced by BYM-FOOD and Penicillium janthinellum，Phanerochaete chrysosporium，Strepomyces badius，Sterptomyces flaveolus with different strains and different proportions.The results showed that four days later，lignite surface all covered with white mycelium.Seven days later，lignite surface appeared liquid droplets of different number，Dip and absorpt them with filter paper，appeared sepia to pitchy.The weightlessness rate of lignite treatmented by BYM were（13.21±3.74）% to （18.72±5.17）%.Thus，BYM had good effects of decoposing lignite.

Key words BYM-FOOD；lignite；humic acid；ferment；effect

褐煤（lignite）是成煤過程第二階段的產(chǎn)物，由泥炭經(jīng)過成巖階段而成。褐煤含水量為30%～60%，風干后為10%～40%，褐煤的碳含量增加。也有一種褐煤仍然保存有植物殘骸，煤化程度較淺，碳含量較低，腐植酸和瀝青含量也較一般褐煤少，稱之為木質(zhì)褐煤或柴煤。按照煤化程度的深淺，可將其分為土狀褐煤、致密褐煤和亮褐煤3類。按我國煤的分類方法，又將其分成2個小類，即透光率PM為30%～50%的稱為年老褐煤，PM≤30%稱之為年青褐煤。不同褐煤在性質(zhì)上有差異，從腐植酸的利用角度，不同褐煤的化學和生物活性不完全相同。一般是年青褐煤活性高，易加工；年老褐煤活性相對差，加工難度隨之增加。截至1989年，我國已探明的褐煤儲量為1 216.09億t，占全國已探明煤炭總儲量（1990年，9 257.46億t）的13.6%。褐煤主要集中在東北和西南兩地的晚侏羅紀及第三紀煤田中，包括內(nèi)蒙古東部、遼寧、吉林、黑龍江、河北、山東、云南、廣西、廣東、海南、四川、西藏等12個省區(qū)，其中內(nèi)蒙古保有量929.83億t，占全國的74.46%。云南保有量168.19億t，占全國的13.83%。我國褐煤多為老年褐煤，僅云南以年青褐煤為主[1]。

腐植酸（humic acid；HA）是動、植物遺骸，在微生物以及地球物理、化學作用下，經(jīng)過一系列分解和轉(zhuǎn)化形成的一類大分子有機弱酸混合物。腐植酸的主要組分為黃腐酸、棕腐酸、黑腐酸等，具有吸附、離子交換、螯（絡）合、氧化還原等獨特的物理、化學和生理特性，廣泛應用在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境等領域[2]。

我國褐煤資源豐富，但目前開發(fā)利用很有限。近年來，國際上利用微生物轉(zhuǎn)化褐煤的研究正在廣泛地進行，F(xiàn)akoussa等人研究發(fā)現(xiàn)臥孔菌（Poria moticola）能夠生長在褐煤上，并將固體褐煤轉(zhuǎn)化成黑褐色液體[3]，袁紅莉等也發(fā)現(xiàn)了許多微生物具有轉(zhuǎn)化褐煤的能力[4]。

本研究利用日本酵素菌（BYM-FOOD）為發(fā)酵微生物，配合一些自選的功能微生物菌株，對云南褐煤進行發(fā)酵試驗，研究其降解褐煤中腐植酸的能力，以期達到提高褐煤腐植酸活性和微生物活性的目的，以更好地應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

酵素菌系日本島本微生物工業(yè)株式會社生產(chǎn)，酵素菌是由細菌（bacteria）、酵母菌（yeast）和絲狀真菌（mold）組成的有益微生物群，是發(fā)酵有機質(zhì)材料的好（兼）氣性菌種[5]。endprint

自選菌株為山東省濰坊島本微生物技術研究所選育的2株真菌和2株放線菌，分別是淡紫擬青霉（Penicillium janth-inellum）、白腐霉（Phanerochaete chrysosporium）和栗褐鏈霉菌（Strepomyces badius）、淺黃鏈霉菌（Sterptomyces flaveolus）。

褐煤系云南年青褐煤，經(jīng)中國腐植酸工業(yè)協(xié)會腐植酸質(zhì)量檢測中心（太原）檢測，其主要技術指標為總腐植酸62.58%、游離腐植酸60.08%、有機質(zhì)69.22%。

1.2 試驗方法

1.2.1 微生物培養(yǎng)基。酵素菌采用麩皮馬鈴薯瓊脂培養(yǎng)基，淡紫擬青霉采用Czapek′s瓊脂培養(yǎng)基，白腐霉采用PDA培養(yǎng)基，栗褐鏈霉菌采用酵母麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基，淺黃鏈霉菌采用高氏合成一號培養(yǎng)基[6]。

1.2.2 菌種配制。將酵素菌擴大培養(yǎng)后制成的復合微生物菌種（以下簡稱BYM）。將淡紫擬青霉、白腐霉、栗褐鏈霉菌、淺黃鏈霉菌單獨培養(yǎng)后，在無菌條件下，用高壓滅菌后的有機固體載體吸附后，將淡紫擬青霉、白腐霉、栗褐鏈霉菌、淺黃鏈霉菌按1∶1∶1∶1質(zhì)量比混合后加入到酵素菌中，添加量為10%，制成復合微生物菌種（以下簡稱BYM1）。將淡紫擬青霉、栗褐鏈霉菌按1∶1質(zhì)量比混合后加入到酵素菌中，添加量為10%，制成復合微生物菌種（以下簡稱BYM2）。將白腐霉、淺黃鏈霉菌按1∶1質(zhì)量比混合后加入到酵素菌中，添加量為10%，制成復合微生物菌種（以下簡稱BYM3）。

1.2.3 發(fā)酵試驗。將褐煤粉碎（<60目）后，添加米糠、麩皮、稻殼、餅粕、蔗糖，加水攪拌，保持含水量55%，分別接種BYM、BYM1、BYM2、BYM3，以不接種作對照（CK）。置入28～32 ℃下培養(yǎng)，觀察其外觀性狀，分析其功能微生物存在情況及對褐煤腐植酸的轉(zhuǎn)化能力。

1.2.4 測定方法。微生物分離、計數(shù)采用平板培養(yǎng)法[7]。褐煤腐植酸的微生物轉(zhuǎn)化能力測定，參照固體培養(yǎng)定性分析[8]。

1.3 試驗統(tǒng)計方法

使用Microsoft Excel 2010軟件和SPSS 19.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 褐煤微生物發(fā)酵情況

2.1.1 菌絲生長情況。用固態(tài)好氣性自然發(fā)酵法處理褐煤4 d后，空白（CK）的褐煤外觀沒有變化，其他不同處理間菌絲發(fā)育情況存在差異（圖1），所有處理的褐煤表面均布滿白色絲狀菌絲，其中BYM處理的褐煤表面菌絲數(shù)量較少，BYM1、BYM2和BYM3處理的菌絲數(shù)量較多，僅從外觀看差異不大。

2.1.2 功能菌發(fā)育情況。待褐煤發(fā)酵7 d時，取樣檢測其功能菌情況，空白（CK）由于沒有接種微生物，褐煤除了質(zhì)地疏松外，沒有任何變化，同其他處理差異很大（表1）。

2.2 微生物轉(zhuǎn)化褐煤的情況

2.2.1 固態(tài)培養(yǎng)褐煤外觀變化。待褐煤固體好氣性發(fā)酵處理7 d后，取出，立即觀察褐煤表面變化情況，所有處理的褐煤表面均呈現(xiàn)數(shù)量不同的液滴，用濾紙蘸吸后呈現(xiàn)棕褐色至黑褐色，說明微生物對褐煤有轉(zhuǎn)化作用。BYM處理的褐煤液滴數(shù)量小而少，顏色呈現(xiàn)黑褐色，其他處理液滴數(shù)量較大較多，顏色呈現(xiàn)棕褐色至黑褐色。在外部觀察5 min后，BYM處理的液滴消失，觀察10 min后，其他處理的液滴均消失。

2.2.2 pH值變化和褐煤質(zhì)量損失情況。通過測定褐煤發(fā)酵物，發(fā)現(xiàn)不同處理的pH值均呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，pH值范圍為6.5～9.2。為了進一步驗證微生物對褐煤的轉(zhuǎn)化情況，不接種的CK褐煤失重率為（0.72±0.27）%，接種BYM的褐煤失重率為（13.21±3.74）%，接種BYM1的褐煤失重率為（18.72±5.17）%，接種BYM2的褐煤失重率為（17.51±2.82）%，接種BYM3的褐煤失重率為（18.07±2.64%）。由此可見，接種酵素菌能夠加速褐煤的轉(zhuǎn)化和質(zhì)量損失，其作用效果為BYM1>BYM3>BYM2>BYM。

3 結(jié)論與討論

褐煤中的腐植酸都是大分子有機物，微生物一般很難（下轉(zhuǎn)第208頁）

（上接第205頁）

利用。目前發(fā)現(xiàn)土壤、風化煤、褐煤、林地等都存在能利用煤中含碳物質(zhì)的微生物，主要是白腐菌、曲霉、木霉和青霉，另外鏈霉菌中的一些屬，一些假單胞菌、酵母菌和芽孢桿菌也具有降解煤類物質(zhì)活性[9-10]。本研究也發(fā)現(xiàn)，一些細菌、酵母菌、放線菌和絲狀真菌能夠分解和轉(zhuǎn)化褐煤，其中添加了放線菌和霉菌的微生物處理褐煤的效果更加明顯。

微生物對褐煤的轉(zhuǎn)化表現(xiàn)在溶解和降解2個方面。溶解只是一個物理作用，物質(zhì)的濃度提高，但其組成成分可能沒有改變。降解是生物化學作用，物質(zhì)的濃度和組成成分都發(fā)生了變化。褐煤液滴的產(chǎn)生和濾紙被染成棕褐色至黑褐色是褐煤被酵素菌分解或溶解的明顯現(xiàn)象。

微生物降解褐煤的直觀現(xiàn)象是質(zhì)量損失。本研究證實采用酵素菌及其復合菌種能夠造成褐煤質(zhì)量損失，失重率為（13.21±3.74）%～（18.72±5.17）%。

資料表明，降解褐煤的微生物種類還有枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）、蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）等。酵素菌中的復合微生物起到類似于加快煤炭腐植酸自然風化作用。如褐煤在自然風化過程中，不同類型微生物之間存在演替現(xiàn)象，放線菌是降解的先鋒菌，隨后是細菌，而真菌則在降解后期起主要作用，這些在酵素菌發(fā)酵褐煤的過程中十分類似。

截至目前，微生物發(fā)酵褐煤的機理，被人們公認的主要有3種，即堿作用機理、生物鰲合劑的作用機理和生物酶作用機理。根據(jù)初步研究，我們認為，褐煤的微生物降解是一個十分復雜的過程，不同的微生物對不同的褐煤有著不同的降解效果，而且降解的產(chǎn)物往往不同，發(fā)酵產(chǎn)物既包括降解產(chǎn)物，還包括微生物代謝產(chǎn)物，為復雜的混合物，存在氣體、液體等不同形式，給物質(zhì)的鑒別和分離帶來很大的困難。Maka等認為，只有當pH值升高到8以上時煤才會發(fā)生溶解，微生物分泌的堿性物質(zhì)是煤溶解的主要原因。本研究也發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象，但在pH值<8.0時，微生物對褐煤的作用可能是酶解或其他因子在起作用。酵素菌發(fā)酵褐煤的產(chǎn)物及作用機理非常復雜，可能存在多種物質(zhì)共同起作用的情況，還有待于進一步研究[11-13]。

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