基本信息
- 项目名称：
- 利用餐厨垃圾进行Bt和Bs共培养固态发酵生产Bt生物农药
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目将餐厨垃圾作为培养基，接入苏云金芽孢杆菌Bt和枯草芽孢杆菌Bs共培养，固态发酵生产Bt生物农药。其中益生菌Bs可高效降解油脂，优化Bt生长条件，提高餐厨垃圾的利用率和Bt的生长效率，提高产品毒力效价，解决了仅用Bt单菌种发酵时餐厨垃圾含油量过高影响Bt生长的问题，为工业化生产Bt生物农药提供了可能。整个过程变废为宝，创收减排，无污染零排放，达到资源化处理餐厨垃圾和推广绿色Bt生物农药的目的。
- 详细介绍：
- 生物农药与广泛使用的化学农药相比，对环境友好、对人畜安全、杀虫特异性强、防治作用持久、易与其他植物保护措施协调配合使用。随着人们对环保重要性认识的深入，生物农药取代化学农药是目前的发展趋势。然而目前生物农药的高成本阻碍了其推广。污染严重的餐厨垃圾营养丰富，经抽样测定后发现其适宜作为微生物的培养基。因此，将廉价的餐厨垃圾作为培养基固态发酵生产Bt（苏云金芽孢杆菌）生物农药。研究初期，我们以餐厨垃圾为培养基接入Bt单菌种固态发酵生产Bt生物农药。研究发现，由于餐厨垃圾含油量大，抑制了Bt的生长，其营养未被充分利用，所得产品质量也无大的突破。在进一步研究过程中，我们创新性地提出引入可降解油脂的另一微生物与Bt共同培养。经筛选后，选用益生菌枯草芽孢杆菌（Bs）作为共培养菌种，其在发酵过程中可降解油脂，优化Bt生长条件，提高餐厨垃圾的利用率和Bt的生长效率，所得产品的毒力效价普遍高于Bt单菌种发酵和市售产品。整个生产过程变废为宝，创收减排，对人畜安全无害，实现零排放无污染。此外，产品可能具有的叶面肥等功能（进一步研究中）提升了其品质，将进一步扩大市场应用前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：生物农药取替化学农药是目前的发展趋势，但其高成本造成推广困难。本作品用营养丰富的餐厨垃圾作为培养基发酵生产Bt生物农药，降低成本，可推广替代化学农药，减少对人类和环境的危害，也使污染严重的餐厨垃圾得到合理的资源化处置。但餐厨垃圾含油量高，抑制Bt生长，利用效率低，产品难以实现突破。在餐厨垃圾为原料发酵生产Bt生物农药的研究基础上，引入降解油脂的益生菌Bs共同发酵培养，提高餐厨垃圾的利用率和Bt生长效率，提高产品毒力效价，对人畜无害，生态友好。 基本思路：餐厨垃圾经晾晒、分拣、干燥、粉碎、灭菌等前处理后作为培养基，接入Bt和Bs共培养固态发酵。发酵产物即为Bt生物农药原粉，剂型调配后得到可直接用于农业生产的粉剂、泡腾片剂、水悬浮剂和可湿性粉剂。 创新点：1.仅以餐厨垃圾作原料，来源广，成本低，方法可操作性强。2.将餐厨垃圾发酵生产Bt生物农药由单菌种发酵改为双菌种共培养发酵，降低油脂含量，提高原料利用率，利于Bt生长，产品质量好。3. Bs为益生菌，人畜安全，无毒无害。4.该过程无污染零排放，实现对餐厨垃圾的资源化处置。5.推广绿色生物农药，推动绿色农业发展，人畜安全，生态友好，变废为宝，创收减排。 技术关键：共培养技术是以餐厨垃圾为原料发酵Bt生物农药的核心技术，其中菌种筛选和培养条件研究是主要实验内容。 技术指标：Bt生物农药的毒力效价是主要技术指标。实验所得产品毒力效价在16000 IU/mg以上，普遍优于单菌种发酵产品和市售产品（13000IU/mg）。
科学性、先进性
- 现有生物农药制备技术复杂，生产成本高。本作品相较现有技术优点如下： 1．原料廉价，营养丰富：来源广，成本低，最大化利用其营养物质，实现资源化处理。 2．固态发酵，降低能耗：固态发酵产率高于液体发酵，能避免大量发酵废水产生，省去通气与机械搅拌的高能耗。 3．共培养，新突破：益生菌Bs高效降解油脂，优化Bt的生长条件，提高Bt生长效率和餐厨垃圾利用率，安全无害。 4．低投入，高产出：低廉的餐厨垃圾经处理后成为价值可观的生物农药，经济效益大，发展价值高。产品可能作为叶面肥等品质扩大了其内涵。 5．变废为宝，节能减排：生产过程变废为宝，无毒无害，节能减排，绿色环保。 邢汝明等在《北京市餐厨垃圾管理对策讨论》提到餐厨垃圾处理技术主要有饲料化、制生物柴油、蚯蚓堆肥等，它们大多无法有效利用餐厨垃圾中丰富的营养物，技术不成熟，扩大生产困难，收益低。而利用餐厨垃圾发酵生产Bt生物农药，可充分利用氮磷等营养元素，共培养为工业化生产提供可能。 本方法在国内外尚无相关报道（附件一科技查新报告）。
获奖情况及鉴定结果
- 1.2010年12月获学校第十二届“摇篮杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。 2.2011年6月获省级“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。 3.2010年2月在《环境卫生工程》发表学术论文《北京市餐厨垃圾的处理现状及发展趋势》。 4.《餐厨垃圾的处理方法综述》一文已被《环境卫生工程》接收，将于2010年8月份发表。 5.经中国农业科学院植物保护研究所农药室测定，利用餐厨垃圾发酵所得的Bt生物农药样品毒力效价达到16000U/mg以上。 6.经北京科技大学农药残留与环境毒理实验室检测，利用餐厨垃圾发酵所得的Bt生物农药样品中常规化学农药均未检出。
作品所处阶段
- 作品目前处于中试阶段，已与北京中讯阳光科技有限公司签订工业化生产合作意向书。
技术转让方式
- 有偿技术转让。
作品可展示的形式
- 实物产品，模型，现场演示，图片，录像，样品。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：本作品发酵所得原粉经制剂处理后得到直接用于田间使用的粉剂、可湿性粉剂、水悬浮剂和泡腾片剂4种剂型，主要使用方式为喷洒和田间投放。可杀灭鳞翅、双翅、膜翅等16目共3000多种昆虫，广泛用于农业、林业等领域的害虫防治。 技术特点和优势：作品前期研究了以餐厨垃圾为培养基发酵生产Bt生物农药，获得初步成果。但餐厨垃圾含油量高，影响Bt生长，产品质量无突破。进一步引入益生菌Bs共培养，降解油脂，提高Bt生长效率和产品毒力效价。 推广前景：生物农药代替化学农药是当前的发展趋势，在我国生物农药因成本高推广困难，以餐厨垃圾为原料生产Bt生物农药将大大降低成本，有利于其推广，实现绿色农业生产。且使污染严重的餐厨垃圾得到资源化处置。产品可能具有叶面肥等其它功效（研究中）增加了产品的内涵，提高了其品质。 经济效益预测：餐厨垃圾变成Bt生物农药，身价倍增（目前Bt生物农药市场售价约2.6万元/吨），能够带来巨大的经济效益。经数学模型计算，年处理餐厨垃圾1万吨，经济效益可达1250万/年。
同类课题研究水平概述
- 【生物农药】 生物农药具有环境友好、人畜安全、杀虫特异性强、防治作用持久、易与其他植物保护措施协调配合使用等优点。随着人们对环保认识的深入，生物农药取代化学农药是未来的发展趋势。Bt生物农药，即以苏云金芽孢杆菌（Bt）为微生物活体进行杀虫的农药，是目前用途最广，开发最长，产量最大，应用最成功的生物杀虫剂。自1901年发现Bt以来，国内外科学家对其进行了广泛的研究，积累了大量的研究成果。据报道，已发现并被保藏的Bt菌株达60000多株，已有60多个国家登记制备生产Bt产品120多种，占生物防治剂总量的90%以上， 可杀灭鳞翅、膜翅、鞘翅等16个目共计3000多种昆虫，被广泛用于农业、林业等领域的害虫防治。1965年我国成立第一个工业化生产Bt的车间后，几十年间，我国对Bt的研究已达到国际水平。随着基因工程的发展，对Bt的研究也已进入基因水平。目前生物农药所占市场份额在国际上约为20%，而在我国这一比例仅为2%。现有生产方式成本高，售价远超化学农药，成为在我国推广的最大难题。目前Bt生物农药的发酵原料逐渐从成本很高的牛肉膏蛋白胨培养基转变为成本低廉的工农业副产物培养基，但大部分仍处于实验室阶段。现有生产方式主要为深层液态发酵和固态发酵两种，其中深层液态发酵适用范围广、精确控制、效率高、易于机械化和自动化，但存在能耗高、倒罐率高、成本高、效价低等缺点；固态发酵具有环境污染小、能耗低、工艺简单、投资省、产物浓度高且后处理方便等优点，在Bt生物农药的生产中逐渐显示出其优越性。 【餐厨垃圾】 餐厨垃圾剩饭菜的通称，是城市垃圾的重要组成部分。其营养物质丰富、脂肪含量高、含水量高，易为微生物利用降解，如处理不当，会造成多种危害。餐厨垃圾产量极大，具有很高的再生利用价值，因此如何对其进行资源化、减量化、无害化处理是一个重要课题。目前，主要的处理方法有饲料化、生物厌氧发酵、制生物柴油、发酵产燃料酒精、生物堆肥等。现有方法的共有缺点有1.餐厨垃圾中大量营养物质利用效率有限，营养成分浪费严重。2.处理技术不成熟，难以扩大生产，成本高，产品价格低廉，经济效益低。目前，我国尚未建立健全餐厨垃圾处理管理体系，餐厨垃圾的处理是城市发展面临的严峻问题。 经科技查新，本作品中利用餐厨垃圾发酵进行Bt和Bs固态共培养发酵生产Bt生物农药在国内外尚未有文献报道（见附加材料）。
