蚯蚓酶解制造系列农用生化产品项目可行性报告.doc

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1项目概述 本项目技术由中国农业大学资源环境学院提供。内容包括蚯蚓酶解生产花卉专用蚯蚓粪有机肥、生产猪、鸡、鱼用复合营养保健液、生产氨基酸叶面肥、氨基酸农药等系列农用生化产品开发。 该项目预计总投入1652万元。 2项目的意义 农业废弃物(畜禽粪便和作物秸杆)及生活垃圾的资源化利用对改善生态环境，促进农业的可持续发展有现实和深远的意义。目前国内处理方法多以堆肥等方法为主。但占地大，用工多高，而且不能有效地利用生物有机能源和营养物质生产高质量的有机肥，有时容易产生二次污染。利用蚯蚓的生命活动来处理易腐有机废物是一项古老而又年轻的生物技术。经过发酵的有机废物，通过蚯蚓的消化系统，在蛋白酶、脂肪分解酶、纤维酶、淀粉酶的作用下，能迅速分解、转化，成为自身或其他生物易于利用的营养物质，即利用蚯蚓处理利用有机废物，既可生产优良的动物蛋白，又可生产肥沃的复合有机肥。这项技工艺简便、费用低廉，不与动植物争食、争场地，能获得优质有机肥料和高级蛋白饲料，对环境污染不产生二次污染，因而使这项古老技术获得了新生。1996年仅加利福尼亚州圣河塞市一个名叫杰克钱伯的蚯蚓养殖场，一年就出售了4000磅蚯蚓，用于垃圾的处理，其蚯蚓的价格为每磅20美元。由于每吃掉1吨垃圾可得到600kg的生物腐殖土(蚓粪)，而用州粪为肥料生产出来的食品无化学制品的污染，因此蚯蚓养殖业的发展日益受到欢迎。 近二十年来，各国对蚯蚓的研究和利用在更大范围内进行，集生物工程学、营养学、土壤学、化学、生态学等多学科知识并交*应用，对贩州系列产品作了不同程度的开发研究，其中有些高科技产品，如复合氨基酸药肥、复合氨基酸整合物饲料添加剂，从蚯蚓和蚓粪利用出发，与蚯蚓处理有机废物的养殖相联系，自觉地在饲料添加剂中添加特殊配制的物质，如营养元素和生物制剂，既提高处理效率(提高蚯蚓产量)，又提高蚯蚓的使用价值(提高经济效益)，这一思路及其应用，在国内外属创举。更重要的是：这些产品为安全、无毒、无公害、无污染产品，用于动植物生产，不仅起到促进作用，而且生产的产品为有机产品，在化学农业的延伸日益受到限制；有机食品”将成为未来国际尚战中攻守相宜的利器之时，蚯蚓系列农用生化产品的开发研究，无疑有它自身的价值和深远意义，也必将极大促进我国生态农业的发展。 3市场预测 有机食品已成为我国沿海城市和内陆大中城市人们追求的目标。因此，大力发展天然的动物营养饲料添加剂和安全、无毒、无污染、无公害的新型氨基酸肥料必会极大促进无公害有机食品的生产，其市场前景广阔。 (1)本项目以蚯蚓为原料，利用其营养、药用的双重作用，开发研制复合蚯蚓营养液，作为一种天然的新型饲料添加剂。该添加剂具有吸收率高，促消化代谢作用强的特点。在施用方法上，即可用于动物饮水中，又可拌在饲料中。目前，生产上见到的这类添加剂多为氨基酸整合物，由于生产工艺较复杂，成本较高，价格较贵，在生产中推广受到一定限制。随着无公害食品发展的需要，天然生物药品和营养强化添加剂发展很快并有逐步取代化学品的趋势。因此，这种天然的新型饲料添加剂具有广阔的推广应用前景。 (2)如果以蚯蚓酶解产物复合氨基酸适当条件下添加营养元素将会得到一种新型的安全、无毒无污染、无公害的植物营养叶面肥料。与化肥比较养分齐全；由于含有多种氨基酸，增加作物糖分，增强作物抗旱、抗病能力；使用后土地不板结，可改良土壤，使用安全，因而是生产有机食品的理想肥料。 (3)通过贩州消化有机废弃物生产出的蚯蚓粪便为小而均匀的颗粒状，其营养价值比处理前提高2030%同时含有有益的微生物和酶类。此种生物肥料集营养、防病、刺激动植物生长于一体，是生产有机食品的最佳肥料。实验证明，此种生物肥用于花齐上，可显著延长花期，花更鲜艳；在美国，蚯蚓生物肥料的售价比一般化肥高23倍。这说明通过蚯蚓对有机废弃物进行处理，即可以使废弃物得到有效利用，改变生态环境，又可以变废为宝，得到生产有机食品所必须的生物肥料，一举多得，市场前景看好。 由此可见，蚯蚓酶解制造系列农用生化产品将活跃于国内、国际市场，前景广阔。本项目的实施对我国生态农业和绿色食品的发展将具有极大的促进作用。 4项目主要内容 I规模化蚯蚓养殖高产技术 蚯蚓是一种经济价值很高的无脊椎动物。在前人研究工作的基础上，合作方重点对人工饵料条件下蚯蚓的高产生态因子进行了研究，并创立了贩州高产养殖理论与系列技术。 (1)蚯蚓高产人工养殖的理论特点： 蚯蚓最适的繁殖条件是：25、70湿度和PH6。对于生产增重为主要目的的蚯蚓，其适宜条件是18、温度65和pH 89。蚯蚓在饵料中潜入的最大深度达70cm299。2分布于50cm深度范围内。蚯蚓生长饵料厚度加大到50cm是可行的。蚯蚓产卵空间主要在620cm深度范围内，在15cm范围内产卵数随着饵料深度增加而增加。种蚓池的饵料厚度以1520cm为宜。种蚓养殖密度，放养成蚓以每平方米10000i200条，繁殖性能最佳。蚯蚓个体性成熟为6070天。90100天个体重达最大值。达性成熟和达个体最大重的时间与放养密度无关；随着密度增大，个体重降低。但群体生物量随密度增大而增加。生产群虹州放养密度可以增加到55万条米。一般管理条件以35万条米为宜；蚯蚓增重曲线呈“S”型。在快速增长期与增重缓慢期的拐点处为蚯蚓最佳收获期，此时外部特征为环带刚形成，个体重随放养密度变化而有变化。5-55万条米条件下，为038i002g时收获经济效益最佳。牛粪、食用菌渣(锯末)、果渣为蚯蚓高产饲料因子。这几种饲料搭配，最适宜蚯蚓生长、繁殖。不同饵料对鲜蚓、干蚓、蚓粪氨基酸含量有直接影响。牛粪加蘑菇渣高产优质配方饲料的蚯蚓，干蚓氨基酸含量接近进口鱼粉，优于国产鱼粉；蚓粪氨基酸含量较麸皮低，但某些限制性氨基酸含量高于麸皮，蚓粪完全可作为麸皮替代物在畜牧上应用。 (2)高产养殖系列技术要点 该系列技术包括深层高密度养殖、温床塑料大棚高产养殖与周年循环养殖。解决了蚯蚓养殖中产量低、生产不连续多年来一直未解决好的问题。而且，简便易行，成本低，适合农村和养殖场推广。其技术要点为：深层高密度养殖(生产群)。养殖深度由常规的20cm加深到50cm，养殖密度由常规的152万条m加大到3-5万条m。采用种蚓、生产蚓分开养殖，全进全出，连接作业养殖工艺。选用含有牛粪、食用菌渣、果渣最佳饲料因子的高产优质蚯蚓饲料配方。最佳收获期(蚯蚓刚出现环带)适时收获，缩短养殖周期，提高经济效益。 II蚯蚓的综合利用 蚯蚓的综合利用包括蚓体的利用和蚓粪的利用两个方面： (1)蚓体的综合利用 蚓体的综合利用按应用层次可分为直接利用的初级层次、蛋白质层次和氨基酸层次，把蚯蚓蛋白进一步水解可制取复合氨基酸，即得到更深层次，更为广泛的用途。 蚯蚓液的加工工艺与营养价值分析蚯蚓消化道内有10多种蛋白水解酶如蚯蚓纤溶酶等，这些蛋白酶类对蛋白质有较强的水解活性，可使蛋白质发生水解作用。合作方的中国农大，利用此特性通过数次实验得到加工工艺：蚯蚓预处理酶解蚯蚓原液去杂灭菌蚯蚓氨基酸原液一系列产品，该方法使蚯蚓体内酶保持较高活性，把蚯蚓体蛋白水解成可溶性小分子活性多肽和氨基酸，从而得到较高营养价值的蚯蚓液，以此为基础生产酶、活性肽等活性物质的营养液和叶面肥。 表一蚯蚓液氨基酸分析*(g1) 氨基酸名称碱解氨基酸含量酶解氨基酸含量备注 天冬氨酸9.5 5.9 苏氨酸5.0 4.3 同一批 丝氨酸4.73.1 样品用 谷氨酸3.710.4瑞典产 甘氨酸4.52.71030 丙氨酸9.3 6.0自动定 半光氨酸1.9 1.2氮分析 濒氨酸6.45.4仪测定 异亮氨酸3.2 3.0 蛋白质 亮氨酸4.54.7 含量为 酪氨酸4.49.4939 苯丙氨酸5.23.2 赖氨酸7.5 7.2 组氨酸3.2 1.8 精氨酸8.35.5 脯氨酸3.62.1 总量90.5 80.1 表2蚯蚓液矿物元素含量分析 元素名称 含量 钾990 锌6.9 铁330 锰3.27 钙330 铜1.08 钠310 硒0.3 镁110 铅0.3 表3蚯蚓液维生素含量分析 名称 含量 维生素A1346 维生素B15465 维生素B28306 维生素E3164 维生素C2920 蚯蚓复合营养保健液的研制 合作方的中国农大依据蚯蚓液的理化特性和上述的营养价值，并参照鱼、猪、鸡等的营养要求，研究了蚯蚓液作为营养补饲、抗病防病和诱食剂的可能性，发现：蚯蚓中的氨基酸组成与畜禽及鱼类等体内组织蛋白质的氨基酸的组成相仿，并且水解产物中含有抗病和促进动物生长等多种功能的活性多肽，根据营养学理论，如果将各种必需氨基酸以最适宜的比例投喂动物体，则能得到最高的利用效率，故采用蚯蚓作添加剂生产配合饲料，动物能充分的吸收，极大促进生长；而且其氨基酸中谷氨酸占10(味精中的鲜味是谷氨酸)，氨基酸种类齐全，可使养殖动物肉嫩鲜美，品质提高；目前，作为补充动物生长发育所必须的微量元素的添加剂中氨基酸整合盐是公认的动物的理想的饲料添加剂，但由于生产工艺较复杂，成本较高，价格较贵，在生产中推广受到一定限制，合作方利用蚯蚓自身酶，以酶法水解蛋白后，与金属螯合反应，并以吸附剂百分之百利用螯合反应液，能耗低、工艺简单、生产成本低，原料丰富。 综上，作为一种新型饲料添加剂用于规模化生产是可行的。与此同时，合作方对机理进行了研究，首次发现蚯蚓体内含有高活性的植酸梅，植酸梅能显著提高单胃动物饲料中矿物元素的消化吸收，这可能部分地解释了复合蚯蚓营养保健液促进幼畜生长发育的机理；还证明了蚯蚓体液含有广抗菌谱的抗菌物质，并首次分离纯化出一种抗菌肽酸性四十肽，它可能是蚯蚓体液抗菌组分之一。复合蚯蚓营养保健液的抗病保健作用与之有关。即，该研究依据充分，效果明显，因此，前景广阔。 氨基酸肥料 以蚯蚓酶解产物复合氨基酸，在适当的条件下整合镁、锌、锰、铁、钼、硼等中量、微量元素，同时酌量添加氮、磷、钾常量元素所得的植物营养氨基酸肥料，具有多种功能：含有蚓体水解液18种氨基酸。由于其以分子状态穿过细胞膜进入植物细胞内，易被植物吸收，肥效快。另外，氨基酸对植物的营养贡献不只是提供氮源，还对植物的生理代谢有不可低估的影响，如氨基酸，具有减轻植物重金属离子的毒害作用。含有必需的微量元素。这是由于微量元素的作用是参与许多酶系统的活动，酶在植物体的生理活动中起到触媒的作用，虽然含量很少，却非常洗跃，对植物叶绿素和蛋的质的合成、光合作用起着重要的促进和调节作用。所以它与常量元素(N、P、K、Ca、Mg、S、C1)同样重要，不能互相代替。植物缺乏微量元素，常会引起生长不良，造成农作物减产或品质低下，甚至颗粒无收。诸如：植物缺铁会发生“黄叶病”；果树缺铜会发生“枯枝病”；禾谷类缺锌发生“白苗病”；缺硼的油菜会造成“开花不结实”等。所以80年代以来，微肥的制造方法从单一元素向着多种元素复配的方向发展。含有稀土元素(镧和铈等)。现代科学研究已经证实，稀土元素能强烈刺激植物对营养元素的吸收并加速养分在植物体内的运转。微量元素和稀土元素以氨基酸络合螯合态形式存在，容易被植物吸收，提高肥料的利用率。含有一定量的表面活性剂，对内可使络合态稳定存在，对外具有润湿作用，便于吸收植物营养物质。 通过在北京市顺义区三高示范区蔬菜基地，对西红柿、黄瓜、茄子、青椒等四种作物进行了肥效对比的应用试验得出，其效果明显。表明复合氨基酸肥料具有增产效果好的特点，可以进行规模生产。 氨基酸农药 合作方对近几年相关发明专利进行了综合分析，提出了氨基酸药肥双重功能的产品(集杀虫、驱虫、杀菌、营养等多种功能为一体)设计方案，其产品的组成物与复合氨基酸有机微肥基本相同；A含有18种氨基酸和作物所需的微量元素及稀土元素。氨基酸可对作物直接补充蛋白质，微量元素和稀土元素能起到活泼植物体内机制的独特功能，既全面了作物所需的营养，又提高了对N、P、K等常量元素的利用率。B有机微量元素能提高作物抗疫能力，具有抵抗病虫害功能。我国农业，近年来农药用量逐年增长，其主要原因是土壤中的微量元素随着水土流失和作物吸收而逐年减少，历年来没有得到足够的补充，造成作物“缺微”。失去抗疫能力，而病虫害又逐年适应在农药环境中的生存，抗药性增强，两者成反比发展。农业要发展，只有大量利用农药抗病虫害，如此就形成恶性循环。所以解决这问题的根本途径只有从提高作物机体的免疫力入手，才能减少农业投入、提高经济效益，改良作物品质(降低作物的毒素残留量)。本研究的微量元素和氨基酸呈整合态结合，有利于植物吸收“补微”。C原料充足，生产工艺简单。氨基酸原料取之于有机废物饲养的蚯蚓体，构成生态的良性循环链，可以永续地利用。 对试制的氨基酸药肥液的杀效果进行了初步试验，其结果为可使生长在蔬菜叶上的蚜虫于一周左右时间内全部干死。因此，适合于进一步的开发研究。 (2)蚓粪的利用 蚓粪对改善土壤肥力的作用，已做过大量的研究。就现阶段科学上承认的蚓粪作为肥料，其主要特点可归纳为：富有合理的团粒结构和保持水肥的能力。蚯蚓吞食有机物后，经消化系统的作用，形成酸碱中性、水气调和、孔隙大的团粒结构，耐水冲刷，且有保水、保肥的性能，适合于农作物的生长发育。含有丰富的养分，有效成分高。蚯蚓为了自身生活的需要，吞食大量的有机物等营养成分，经蚯蚓消化、分解的代谢过程，排出的蚓粪不但含有植物所需的常量元素，而更重要的是通过微生物作用，使矿物质元素变成水溶性的易被植物吸收的有效成分以及未知的植物生长素。这是蚓粪与传统堆肥法生产的肥料之间的一大区别。含有蚯蚓消化道微生物产生的活性物质。蚯蚓消化道是某些细菌和放线菌等微生物的一个小型的活的“培养室”。当蚯蚓吃进带有微生物的有机废物后，随着食物在消化道中的流水作业过程，某些微生物大量繁殖，有人测试表明，从消化道的前端到后端，往往以数学指数的速度增加数量。这样，在排出的蚓粪中含有大量的微生物，由于蚓粪营养丰富，排出的蚓粪在第一周内细菌的数量还要成倍增加，直到数周后仍不下降。因而，带有保持旺盛活力微生物的蚓粪便成了土壤微生物的传播中心，也是土壤有机物的分解中心，极大地提高了地力，所以这也是其他肥料无可替代的再生性肥料。肥料稳定、无味。较之传统的混合肥料，消除了加工中的不利条件：恶臭、苍蝇等污染。 蚯蚓处理废物及蚓粪作为多功能生物肥受到世界各国普遍关注，因而蚯蚓生物反应器高效处理有机废物的技术也就因运而生。蚯蚓生物反应器是世界著名蚯蚓专家爱得华兹(美国)80年代中期设计的一种有机废弃物处理装置，90年代以来，对该肥应器进行了较大的改进，处理效率更高。1998年，受爱得华兹教授的邀请，中国农业大学孙振钧赴美合作研究，对该技术作了改进，使之成本更低，更能符合发展中国家的推广应用。并在蚯蚓饲料中接种了有益微生物和添加矿物元素，生产的多功能生物肥料效果更好。其工艺流程为： 利用蚯蚓生物反应器生产高级有机肥工艺流程： 工程菌一维肥一蚯蚓生物反应器一原始蚯蚓粪肥一筛分加工一精蚯蚓粪肥一种群控制一温、湿度控制一包装一空气干燥一大于50mm粗粒 因此，规模化生产多功能蚓粪生物肥料，不仅可行，还是21世纪环保和有机食品发展的必由之路。 5技术经济指标 (1)复合蚯蚓营养保健液生产成本350Ag，售价1000元kg，产品推广应用后，每公斤复合蚯蚓营养液可为用户带来的经济效益为35元。 (2)蚯蚓氨基酸叶面肥的质量达到国家标准GBTl74191998。推广应用后，粮食作物可增产1020%经济作物可增产2070。 (3)蚯蚓氨基酸农药达到国家标准，推广应用后，对蔬菜、瓜果、粮食的病害防治均获得很好的效果，可使蔬菜增产2070，粮食增产2040。 6规模产业化分析 在五年的合作期限内，实现年产花卉专用有机肥1500吨；年产饲用蚯蚓营养保健液150吨；年产蚯蚓氨基酸叶面肥300吨；年产氨基酸农药50吨，以形成该系列产品的规模生产能力。 7效益分析 I经济效益 (1)多功能蚯蚓粪生物有机肥 按每吨多功能蚯蚓粪肥销售价600元计(极保守价格，若制成小包装花肥，每吨市价在1800元以上)，扣除成本18055元，可获利41945元吨，年产1500吨，可获利639万元。 (2)复合蚯蚓营养保健液 每生产1公斤复合蚯蚓营养保健液，其生产成本35元，售价100元，纯利润650元。产品规模化生产后，年生产保健液150吨，年获利975万元。在生产单位推广应用后，按公斤复合蚯蚓营养保健液可为企业或用户带来的经济效益为150元计，可带来经济效益225万元。综合经济效益达3225万元。 11生态效益 该技术应用后，一改过去养殖场粪便成堆，注水横流，蝇蛆成群，恶臭熏天的旧面貌，如今的试验养殖场，粪便集中起来为蚯蚓提供饵料，成吨的活蚓用于生产贩州营养液及制品，再反过来用于农业生产中，促进农牧业的发展。这一系列技术使有机废弃物作为一种资源被高价值的合理循环利用。养殖业通过此项技术体系的开发，从整体上走合理的生态模式，沿着这一思路进行广泛研究与开发，将为畜牧业规模化生产后解决粪便的注集问题开拓了一条解决途径。 8运作与管理方式 (1)合作双方、企业、农户复合运行机制 该项目由项目引进单位与中国农业大学资环学院合作开发、具体组织实施。以企业形式运作。并采用公司加农户的方式吸收农民联合养殖为蚯蚓深加工提供充足的原料。 (2)公司运行管理机制 公司按现代企业管理模式，对产、加、销全过程进行一体化管理。公司的组织框架如下： 生产系统： 蚯蚓粪有机肥生产线：花卉等专用肥料 蚯蚓复合氨基酸生产线：动物营养保健液；植物氨基酸叶面肥和氨基酸农药 示范培训中心： 技术服务部培训部 研究开发部 管理系统： 生产管理部 市场营销部 财务管理部 (3)建立利益共享的机制 技术引进单位与中国农业大学资源环境学院本着优势互补、互惠互利