一种大观霉素菌渣抗生素、耐药基因去除方法、大观霉素菌渣堆肥及其制备方法
阅读说明：本技术 一种大观霉素菌渣抗生素、耐药基因去除方法、大观霉素菌渣堆肥及其制备方法 (Spectinomycin mushroom residue antibiotic, drug-resistant gene removing method, spectinomycin mushroom residue compost and preparation method thereof ) 是由 董坤 王禄山 陈彤 沙国萌 贾传新 李欣 陶晓红 沈建国 于 2021-01-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及抗生素生产副产物处理技术领域,具体涉及一种大观霉素菌渣抗生素、耐药基因去除方法、大观霉素菌渣堆肥及其制备方法,所述去除方法包括将大观霉素菌渣、蘑菇渣和小麦秸秆按照4.5～5.5：1：1的重量比混合均匀得到混合物不翻堆厌氧发酵；厌氧发酵后的堆肥翻堆处理进行好氧发酵；所述大观霉素菌渣堆肥按照厌氧发酵、好氧发酵、陈化缓存的制备方法生产。本发明第一步选择原料并调节配比厌氧发酵富集能够降解抗生素的菌去除抗生素,第二步通过高温杀灭耐药菌并降解耐药基因,实现对抗生素残留及耐药性的有效控制；本发明对于抗生素菌渣的无害化处理及资源化利用进程具有重要意义。(The invention relates to the technical field of antibiotic production byproduct treatment, and particularly relates to a spectinomycin mushroom residue antibiotic, a drug resistance gene removing method, a spectinomycin mushroom residue compost and a preparation method thereof, wherein the removing method comprises the following steps of mixing 4.5-5.5 parts of spectinomycin mushroom residue, mushroom residue and wheat straw: 1: 1, uniformly mixing to obtain a mixture, and performing anaerobic fermentation without turning the mixture; turning the compost after anaerobic fermentation for aerobic fermentation; the spectinomycin bacterial residue compost is produced according to the preparation method of anaerobic fermentation, aerobic fermentation and aging cache. The method comprises the steps of firstly, selecting raw materials, adjusting and proportioning anaerobic fermentation and enriching bacteria capable of degrading antibiotics to remove the antibiotics, and secondly, killing drug-resistant bacteria at high temperature and degrading drug-resistant genes to effectively control antibiotic residues and drug resistance; the invention has important significance for the harmless treatment and resource utilization process of the antibiotic fungi residues.)
技术领域
本发明涉及抗生素生产副产物处理技术领域，具体涉及一种大观霉素菌渣抗生素、耐药基因去除方法、大观霉素菌渣堆肥及其制备方法。
背景技术
抗生素作为20世纪最重要的医学发现之一，在保障人民健康方面起到了不可替代的作用。大观霉素是一种非常重要的氨基糖苷类的抗生素，主要用于治疗无并发症的淋病及对青霉素过敏的情况，应用十分广泛。而在抗生素生产过程中会产生大量的副产物—抗生素菌渣，每年高达数百万吨，因此菌渣的安全处理成为了目前面临的严峻问题。抗生素菌渣中含有菌丝体、剩余的培养基、发酵代谢产物以及残留的抗生素。目前大部分企业对抗生素菌渣的处理为填埋和焚烧，不仅会浪费大量资源，填埋过程还会占用大量的土地，污染环境。同时焚烧过程也会产生二氧化氮和二噁英等有毒气体并需要大量的电能，这造成了抗生素生产企业的严重压力。
好氧堆肥是一种废弃物资源化利用的合理方式。但之前的研究多集中于畜禽粪便以及污泥等物料，对于抗生素菌渣固态发酵工艺的研究较少。CN108503399A公开一种高效去除畜禽粪便中抗生素的处理方法，该方法利用将农作物废弃物、新鲜畜禽粪便和接种物混合后进行厌氧发酵和堆肥，其中所述接种物是指厌氧发酵罐或沼气池底层的厌氧发酵剩余物，首先该禽畜粪便中的抗生素含量明显低于抗生素菌渣中的抗生素含量，且该方法中没有明确抗生素残留导致微生物产生的耐药性的变化，同时该现有技术也未说明抗生素去除的具体作用机制。
基于此，有必要提供一种能够有效去除大观霉素菌渣抗生素残留及耐药性的方法，这对于抗生素生产企业的发展具有深远意义。
发明内容
针对抗生素菌渣的现有处理方式存在的浪费资源、占用土地、污染环境、能源成本高的技术问题，本发明提供一种大观霉素菌渣抗生素、耐药基因去除方法、大观霉素菌渣堆肥及其制备方法，采用大观霉素菌渣混合小麦秸秆及蘑菇渣的二步法发酵过程，第一步厌氧发酵酵富集菌渣中能够降解抗生素的菌去除抗生素，第二步通过高温杀灭耐药菌并通过外源性和内源性的DNA酶来降解耐药基因；同时通过选择大观霉素菌渣堆肥原料并调节配比，进一步实现对抗生素残留及耐药性的有效控制；本发明对于抗生素菌渣的无害化处理及资源化利用进程具有重要意义。
第一方面，本发明提供一种大观霉素菌渣抗生素、耐药基因的去除方法，所述去除方法包括如下步骤：
(1)厌氧发酵：将大观霉素菌渣、蘑菇渣和小麦秸秆按照4.5～5.5：1：1的重量比混合均匀得到混合物，所述混合物的含水率控制在55％～65％，不翻堆厌氧发酵，发酵温度自然升温至45～55℃并维持5～7天；
(2)好氧发酵：对步骤(1)厌氧发酵后的堆肥翻堆处理进行好氧发酵，发酵温度自然升温至65～70℃并维持20～25天。
进一步的，所述大观霉素菌渣的含水率为70％～75％，所述蘑菇渣的含水率为20％～30％，所述小麦秸秆的含水率为12％～18％。
进一步的，所述大观霉素菌渣、蘑菇渣和小麦秸秆的重量比为5：1：1。
进一步的，所述步骤(2)的翻堆频率为每两天进行一次翻堆。
第二方面，本发明还提供一种大观霉素菌渣堆肥的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)厌氧发酵：将大观霉素菌渣、蘑菇渣和小麦秸秆按照4.5～5.5：1：1的重量比混合均匀得到混合物，所述混合物的含水率控制在55％～65％，不翻堆厌氧发酵，发酵温度自然升温至45～55℃并维持5～7天；
(2)好氧发酵：对步骤(1)厌氧发酵后的堆肥翻堆处理进行好氧发酵，发酵温度自然升温至65～70℃并维持20～25天；
(3)陈化缓存：步骤(2)好氧发酵后的堆肥进行陈化缓存，使堆肥的温度降低至室温，陈化缓存时间为15～20天。
进一步的，所述大观霉素菌渣的含水率为70％～75％，所述蘑菇渣的含水率为20％～30％，所述小麦秸秆的含水率为12％～18％。
进一步的，所述大观霉素菌渣、蘑菇渣和小麦秸秆的重量比为5：1：1。
进一步的，所述步骤(2)的翻堆频率为每两天进行一次翻堆。
进一步的，所述制备方法还包括如下步骤：
(4)粉碎筛分：对步骤(3)陈化缓存后的堆肥进行粉碎、筛分，粒径>4mm的粉状肥料作为辅料与步骤(1)的混合物混合，再次进行发酵。
进一步的，所述制备方法还包括如下步骤：
(5)造粒和/或包装：将粉状肥料包装得到成品，或将粉状肥料造粒后进行包装得到成品。
进一步的，所述制备方法的步骤(1)、(2)和(3)还包括收集发酵、陈化过程中的气体。
第三方面，本发明提供一种采用上述制备方法生产的大观霉素菌渣堆肥。
本发明的有益效果在于，
首先在堆肥前期采用不翻堆厌氧发酵方式，利用大观霉素菌渣中含有的在微好氧条件下生存的具备降解大观霉素作用的微生物分泌的氨基糖苷类抗生素的修饰酶，如乙酰转移酶、磷酸转移酶、核苷转移酶等，对大观霉素的氨基或羟基进行修饰，钝化大观霉素，使大观霉素失活，从而减少抗生素的含量，同时由于大观霉素生产菌为中温菌，本发明厌氧发酵过程温度可自然升温至45～55℃，该温度下大观霉素生产菌能够失活；
由于具备抗生素降解作用的微生物也是抗生素耐药菌，耐药基因借助转移原件可以导致耐药性在同种及不同种的微生物之间扩散，因此对耐药基因的控制尤为重要，因此本发明第二步通过翻堆增加堆肥中氧气，提高了堆肥温度，杀灭抗生素耐药菌，并对耐药基因结构进行破坏，根据对耐药基因及相关转移原件的检测，发现随随堆肥过程的进行，耐药基因的丰度逐渐降低，实现了菌渣中抗生素残留及耐药基因的双重控制；
将大观霉素菌渣与蘑菇渣、小麦秸秆配合使用，利用蘑菇渣与小麦秸秆属于疏松物料的特性提升混合物的通风、起温效果，利用小麦秸秆富含木质纤维素可作为碳源的特性调节混合物的碳氮比，利用蘑菇渣、小麦秸秆含水率低的特性调节混合物水分至满足堆肥初期的水分要求；
本发明所使用的原料重量配比为大观霉素菌渣：蘑菇渣：小麦秸秆＝4.5～5.5：1：1，大观霉素菌渣的用量最多，辅料(蘑菇渣、小麦秸秆)的用量很少，降低了堆肥成本，且蘑菇渣和小麦秸秆都是便宜易得的原料，为肥料的生产带来了极大便利；上述配比下结合堆肥特点，可实现厌氧发酵、好氧发酵温度升高至适合温度。
本发明提供的大观霉素菌渣堆肥的氮磷钾含量>5，抗生素和耐药基因有效消减。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例3、对比例1-2堆肥过程中抗生素含量变化图；
图2为实施例3、对比例1-2堆肥过程中耐药基因及转移原件绝对丰度变化图；
图3为实施例4大观霉素菌渣堆肥制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种大观霉素菌渣抗生素、耐药基因的去除方法，包括如下步骤：
(1)厌氧发酵：将大观霉素菌渣、蘑菇渣和小麦秸秆按照4.5：1：1的重量比混合均匀得到混合物，其中大观霉素菌渣的含水率为70％～75％，蘑菇渣的含水率为20％～30％，小麦秸秆的含水率为12％～18％，按上述比例混合后，混合物的含水率保持在55％～65％范围内，不翻堆厌氧发酵，发酵温度自然升温至45～55℃并维持5天；
(2)好氧发酵：对步骤(1)厌氧发酵后的堆肥翻堆处理进行好氧发酵，发酵温度自然升温至65～70℃并维持20天，翻堆频率为每两天一次。
实施例2
一种大观霉素菌渣抗生素、耐药基因的去除方法，包括如下步骤：
(1)厌氧发酵：将大观霉素菌渣、蘑菇渣和小麦秸秆按照5.5：1：1的重量比混合均匀得到混合物，其中大观霉素菌渣的含水率为70％～75％，蘑菇渣的含水率为20％～30％，小麦秸秆的含水率为12％～18％，按上述比例混合后，混合物的含水率保持在55％～65％范围内，不翻堆厌氧发酵，发酵温度自然升温至45～55℃并维持7天；
(2)好氧发酵：对步骤(1)厌氧发酵后的堆肥翻堆处理进行好氧发酵，发酵温度自然升温至65～70℃并维持25天，翻堆频率为每两天一次。
实施例3
一种大观霉素菌渣抗生素、耐药基因的去除方法，包括如下步骤：
(1)厌氧发酵：将大观霉素菌渣、蘑菇渣和小麦秸秆按照5：1：1的重量比混合均匀得到混合物，其中大观霉素菌渣的含水率为70％～75％，蘑菇渣的含水率为20％～30％，小麦秸秆的含水率为12％～18％，按上述比例混合后，混合物的含水率保持在55％～65％范围内，不翻堆厌氧发酵，发酵温度自然升温至45～55℃并维持6天；
(2)好氧发酵：对步骤(1)厌氧发酵后的堆肥翻堆处理进行好氧发酵，发酵温度自然升温至65～70℃并维持22天，翻堆频率为每两天一次。
对比例1
一种大观霉素菌渣抗生素、耐药基因的去除方法，包括如下步骤：
(1)厌氧发酵：将大观霉素菌渣、蘑菇渣和小麦秸秆按照1：1：1的重量比混合均匀得到混合物，其中大观霉素菌渣的含水率为70％～75％，蘑菇渣的含水率为20％～30％，小麦秸秆的含水率为12％～18％，按上述比例混合后，混合物的含水率保持在55％～65％范围内，不翻堆厌氧发酵，发酵温度自然升温至45～55℃并维持6天；
(2)好氧发酵：对步骤(1)厌氧发酵后的堆肥翻堆处理进行好氧发酵，发酵温度自然升温至65～70℃并维持22天，翻堆频率为每两天一次。
对比例2
一种大观霉素菌渣抗生素、耐药基因的去除方法，包括如下步骤：
(1)厌氧发酵：将大观霉素菌渣、蘑菇渣和小麦秸秆按照3：1：1的重量比混合均匀得到混合物，其中大观霉素菌渣的含水率为70％～75％，蘑菇渣的含水率为20％～30％，小麦秸秆的含水率为12％～18％，按上述比例混合后，混合物的含水率保持在55％～65％范围内，不翻堆厌氧发酵，发酵温度自然升温至45～55℃并维持6天；
(2)好氧发酵：对步骤(1)厌氧发酵后的堆肥翻堆处理进行好氧发酵，发酵温度自然升温至65～70℃并维持22天，翻堆频率为每两天一次。
对实施例3、对比例1-2堆肥过程中抗生素残留的变化进行检测，结果如图1所示。可以看出，随堆肥时间大观霉素的残留量逐渐降低，其中实施例3的堆肥抗生素的降解速度更快，在堆肥末期抗生素减少了90％以上。
对实施例3、对比例1-2堆肥过程中耐药基因及相关转移原件丰度进行检测，结果如图2所示。可以看出，随堆肥时间耐药基因的丰度逐渐降低，表明两步发酵过程，特别是好氧发酵时的高温对于堆肥耐药性能起到有效控制。
实施例4
如图3所示，一种大观霉素菌渣堆肥，该堆肥的制备方法包括如下步骤：
(1)厌氧发酵：将大观霉素菌渣、蘑菇渣和小麦秸秆按照4.5：1：1的重量比混合均匀得到混合物，其中大观霉素菌渣的含水率为70％～75％，蘑菇渣的含水率为20％～30％，小麦秸秆的含水率为12％～18％，按上述比例混合后，混合物的含水率保持在55％～65％范围内，不翻堆厌氧发酵，发酵温度自然升温至45～55℃并维持6天，期间收集堆肥释放气体，进行废气处理；
(2)好氧发酵：对步骤(1)厌氧发酵后的堆肥翻堆处理进行好氧发酵，发酵温度自然升温至65～70℃并维持22天，翻堆频率为每两天一次，期间收集堆肥释放气体，进行废气处理；
(3)陈化缓存：步骤(2)好氧发酵后的堆肥进行陈化缓存，使堆肥的温度降低至室温，陈化缓存时间为18天，期间收集堆肥释放气体，进行废气处理；
(4)粉碎筛分：对步骤(3)陈化缓存后的堆肥进行粉碎、筛分，粒径>4mm的粉状肥料作为辅料与步骤(1)的混合物混合，再次进行发酵；
(5)造粒和/或包装：将粉状肥料包装得到大观霉素菌渣堆肥成品，或将粉状肥料造粒后进行包装得到大观霉素菌渣堆肥成品。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种无臭生物碳基有机肥发酵池