一种长效净水菌胶囊及其制备方法
一种长效净水菌胶囊及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及菌剂固定化包埋领域，主要是涉及一种包埋净水菌剂和缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微生物在污染水体生态修复中扮演着无可替代的角色，在降低水体化学需氧量、氨氮和总氮等方面发挥着重要的作用。污染水体生态修复过程中，人工投加菌剂会伴随水体流动而流失或沉降到水底，导致应用效果降低，对菌剂净水性能的定点高效发挥不利。将净水菌剂进行固定化处理，并辅以适宜的碳源促进其活性的发挥，则可规避流失和沉降的问题，并能提高净水效果，利于污染水体定点高效治理。
[0003]经过对现有技术的检索发现，菌剂固定化包埋研宄较多，常见高分子壁材如海藻酸钠、聚乙烯醇、卡拉胶、聚谷氨酸等，常见辅料如活性炭、硅藻土、沸石粉、粘土、多孔珍珠岩粉和聚氨酯泡沫等。常见高分子壁材菌剂固定化包埋应用中，既有单独应用的，也有组合应用的，如海藻酸钠-卡拉胶组合、海藻酸钠-聚乙醇组合、卡拉胶-海藻酸钠-聚乙烯醇组合等；在加工工艺上，有的采用冷冻成型法、有的采用固化液固定成型法、也有采用先冷冻后固化成型的方法；在产品类型上，有薄膜型、颗粒状和有块状等，均为内外质地一致的结构，未见核壳结构菌剂包埋物。
【发明内容】
[0004]本发明公开了一种核壳结构净水菌胶囊及其制备方法。该核壳结构胶囊的核为以柠檬酸钙为主的混合碳源，壳为负载净水菌的海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭混合多孔材料。碳源释放到壳中后被负载菌剂优先利用，因此单位碳源的净水贡献率大幅提高。本发明核壳结构长效净水胶囊最大特点之一为长效，主要借助碳源的缓慢释放实现。与已有技术对比发现，本发明涉及的核壳结构净水胶囊特征尚未见报道，以柠檬酸钙为主的复合缓释碳源配方和加工工艺未见报道，由海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭形成的胶囊外壳配方和加工工艺未见报道，尤其是胶囊外壳的固化方法未见报道。
[0005]本发明的目的是发明一种同时包埋缓释碳源和菌剂的净水微生物固定化制剂，为了提高碳源的负载率，延长胶囊净水时效，提高固定化菌剂对碳源的利用几率，确保固定化菌剂与外界水体接触充分，本发明采用了核壳结构的设计思路，并以水溶性较差的柠檬酸钙为主要碳源。胶囊内核为经缓释处理的混合碳源，胶囊外壳为包埋净水菌剂的有机-无机复合多孔材料。混合碳源的主要成分包括:柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、黄原胶和蔗糖；胶囊外壳的主要成分包括:净水菌剂、海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭。
[0006]一方面，本发明提供一种包埋缓释碳源和净水菌剂的核壳结构胶囊，其特征在于:胶囊为核壳两层结构，其中，缓释碳源为胶囊内核，主要成分包括:柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、黄原胶和蔗糖；包埋净水菌剂的有机-无机复合多孔材料为胶囊外壳，主要成分包括:净水菌剂、海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭，净水菌总活菌数2.0 X 17?2.0X108CFU/g湿重胶囊壳。其中，所述的净水菌剂为保藏号为CGMCC N0.2288的枯草芽孢杆菌BJ和保藏号为ATCC14580的地衣芽孢杆菌DSM 13所产生。
[0007]优选的，所述的胶囊内核为:柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、黄原胶和蔗糖的混合物，可以是任意形状，如球型、方型、柱状、饼状、橄榄型、星型等，最大外形尺寸可以是
1.0cm?50cm。胶囊外壳为枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13菌粉、海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭的混合物，包覆于胶囊内核表面，厚度为1.0cm?10cm，菌剂包封率90?99%。
[0008]另一方面，本发明涉及上述核壳结构净水菌剂胶囊的制备方法，包括以下步骤:
[0009]第一步，配置胶囊内核物料，即缓释碳源混合物:将:柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、黄原胶和蔗糖按比例混合均匀，其中柠檬酸钠的质量百分比含量为65?85%、硬脂酸钙的质量百分比含量为I?10%、醋酸钙的质量百分比含量为0.5?4.0%、硼酸的质量百分比含量为1.0?6.0%、碳酸妈的质量百分比含量为1.0?10.0%、黄原胶的质量百分比含量为0.5?4%和蔗糖的质量百分比含量为0.1?1%。最适比例为:柠檬酸钙82.0%、硬脂酸钙8.0%、醋酸钙1.6%、硼酸5.0%、碳酸钙1.0%、黄原胶2.0 %和蔗糖0.4%
[0010]第二步，胶囊内核制作成型:将第一步的混合物与水按照质量比=10:1?10:3混合均匀，制成面团状物料，并加工成所需形状，然后于50?100°C烘干获得成型胶囊内核。
[0011]第三步，胶囊外壳物料准备:将0.4?4.0g海藻酸钠和1.0?10.0g聚乙烯醇加入到10mL水中，加热至溶解充分，然后加入20.0?80.0g竹炭混合均匀，待温度降低到50°C时，加入枯草芽孢杆菌BJ菌粉0.5?5.0g和地衣芽孢杆菌DSM 13菌粉0.5?5.0g,并迅速搅拌均匀获得外壳物料，于45°C下备用。
[0012]第四步，核壳胶囊制备:将第三步获得的外壳物料倒入一定形状的模具中，然后将第二步获得的成型胶囊内核嵌入外壳物料内部，使内核完全没入外壳物料中，于20?40°C固化4?24h成型，从模具中取出后，于20?40°C下烘干过夜，即可获得本发明最终核壳结构胶囊。在固化过程中，氯化钙和硼酸会溶解于外壳中含有的水分中，然后由内向外扩散，并分别固化海藻酸钠和聚乙烯醇，最后形成固态水凝胶。
[0013]本发明所有的百分比含量，没有特备指明，都属于质量百分比含量。
[0014]本发明所制备核壳结构胶囊，其内核碳源释放90%所需时长为:6.0?36.0个月；胶囊外壳菌剂释放85%所需时长为:6.0?40.0个月；胶囊外壳中活菌数为2.0X 17?
2.0X 108CFU/g湿重胶囊壳，其中枯草芽孢杆菌BJ为1.0X 17?1.0X 10 8CFU/g湿重胶囊壳，地芽孢杆菌DSM13为1.0X107— 1.0X108CFU/g湿重胶囊壳。
[0015]有益效果
[0016]本发明制备操作简单，所得核壳胶囊一体成型，不易发生碳源泄露，应用于城乡河道污染水体能起到优异的定点高效污水治理效果，在降低化学需氧量、水体氨氮和总氮等方面表现优异。
【附图说明】
[0017]图1为本发明核壳胶囊结构示意图。
[0018]图2为本发明一个【具体实施方式】中的胶囊外观和剖面图。
[0019]图3为胶囊外壳内部多孔结构图(电子显微镜下的结构图)。
【具体实施方式】
[0020]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]以下实施例的涉及包埋缓释碳源和净水菌剂的核壳结构胶囊包括:缓释碳源胶囊内核和包埋净水菌剂的胶囊外壳两部分。其中胶囊内核由柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、硼酸、碳酸钙、黄原胶和蔗糖构成，胶囊外壳由菌剂、海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭构成。将预制成型的胶囊内核嵌入尚未固化成型的胶囊外壳物料混合物中，静置一定时间即可自动固化成型，获得本发明所述核壳结构胶囊。
[0022]在下列所有实施例子中的菌剂为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌菌粉。其中，枯草芽孢杆菌BJ (分类命名:枯草芽孢杆菌BJ，拉丁学名:Bacillus subtilis BJ，保藏号:CGMCC N0.2288，保藏单位为:中国普通微生物菌种保藏管理中心)与已授权发明专利:用于净化水产养殖水体的微生物制剂及其制备方法(申请号:cN200810059104)中所诉枯草芽孢杆菌BJ为同一菌株。
[0023]地衣芽孢杆菌DSM 13，于2014年7月购自江南大学工业微生物资源和信息中心，分类命名:地衣芽孢杆菌DSM 13，拉丁学名:Bacillus licheniformis DSM 13，保藏号:ATCC14580，保藏单位:美国典型培养物保藏中心。
[0024]实施例1
[0025]步骤1: 将65.0g柠檬酸钙，10.0g硬脂酸钙，4.0g醋酸钙，6.0g硼酸，10.0g碳酸钙，4.0g黄原胶和1.0g蔗糖混合均匀。然后加入1g水混合均匀，调制成面团状碳源混合物。
[0026]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径1.0cm，高1.0cm的柱状体，然后于50°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0027]步骤3:将0.4g海藻酸钠、1.0g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入20g竹炭混合均匀，待冷却到50°C后加入菌粉1.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0028]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径3.0cm,高3.0cm的圆柱状模具中。
[0029]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于20°C下静置4h自动凝固成型，这种固化不需要外部辅助一些条件。
[0030]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于20°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0031]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为1.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:1，烘干温度为50°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠0.4g，聚乙烯醇1.0g,竹炭20.0g,菌粉1.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为1.0 X 107CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为6.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为6.0个月。
[0032]实施例2
[0033]步骤1:将85.0g柠檬酸钙，2.0g硬脂酸钙，1.0g醋酸钙，6.0g硼酸，1.0g碳酸钙，4.0g黄原胶和1.0g鹿糖混合均勾。然后加入30g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0034]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径50.0cm,高50.0cm的柱状体，然后于100°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0035]步骤3:将4.0g海藻酸钠、10.0g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入80g竹炭混合均匀，待冷却到50 V后加入菌粉10.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0036]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径70.0cm,高70.0cm的圆柱状模具中。
[0037]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于40°C下静置24h凝固成型。
[0038]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于40°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0039]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为50.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:3，烘干温度为100°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠4.0g,聚乙烯醇10.0g,竹炭80.0g,菌粉10.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为1.0X 108CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为30.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为32.0个月。
[0040]实施例3
[0041]步骤1:将75.0g柠檬酸钙，5.0g硬脂酸钙，1.0g醋酸钙，6.0g硼酸，10.0g碳酸钙，2.5g黄原胶和0.5g鹿糖混合均勾。然后加入20g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0042]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径25.0cm,高25.0cm的柱状体，然后于75°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0043]步骤3:将2.0g海藻酸钠、5.0g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入50g竹炭混合均匀，待冷却到50°C后加入菌粉5.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0044]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径35.0cm,高35.0cm的圆柱状模具中。
[0045]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于30°C下静置14h凝固成型。
[0046]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于30°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0047]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为25.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:2，烘干温度为75°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠2.0g,聚乙烯醇5.0g,竹炭50.0g,菌粉5.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为5.0X 107CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为32.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为35.0个月。
[0048]实施例4
[0049]步骤1:将82.0g柠檬酸钙，8.0g硬脂酸钙，1.6g醋酸钙，5.0g硼酸，1.0g碳酸钙，2.0g黄原胶和0.4g鹿糖混合均勾。然后加入15g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0050]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径50.0cm,高50.0cm的柱状体，然后于70°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0051]步骤3:将0.5g海藻酸钠、8.5g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入60g竹炭混合均匀，待冷却到50°C后加入菌粉5.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0052]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径70.0cm,高70.0cm的圆柱状模具中。
[0053]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于30°C下静置24h凝固成型。
[0054]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于30°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0055]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为50.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:1.5，烘干温度为70°0 ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠0.5g，聚乙烯醇8.5g，竹炭60.0g,菌粉5.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为5.0X 107CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为36.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为40.0个月。
[0056]实施例5
[0057]步骤1:将82.0g柠檬酸钙，5.0g硬脂酸钙，2.5g醋酸钙，3.0g硼酸，5.0g碳酸钙，
2.0g黄原胶和0.5g鹿糖混合均勾。然后加入25g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0058]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径50.0cm,高50.0cm的柱状体，然后于70°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0059]步骤3:将0.5g海藻酸钠、8.5g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入60g竹炭混合均匀，待冷却到50°C后加入菌粉5.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0060]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径70.0cm,高70.0cm的圆柱状模具中。
[0061]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于30°C下静置24h凝固成型。
[0062]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于30°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的 核壳结构长效净水胶囊。
[0063]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为50.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:2.5，烘干温度为70°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠0.5g，聚乙烯醇8.5g，竹炭60.0g,菌粉5.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为5.0X 107CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为31.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为35.0个月。
[0064]实施例6
[0065]步骤1:将85.0g柠檬酸钙，1.0g硬脂酸钙，0.5g醋酸钙，1.0g硼酸，10.0g碳酸钙，
2.0g黄原胶和0.5g鹿糖混合均勾。然后加入15g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0066]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径50.0cm,高50.0cm的柱状体，然后于100°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0067]步骤3:将4.0g海藻酸钠、10.0g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入80g竹炭混合均匀，待冷却到50 V后加入菌粉10.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0068]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径70.0cm,高70.0cm的圆柱状模具中。
[0069]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于40°C下静置24h凝固成型。
[0070]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于40°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0071]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为50.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:3，烘干温度为100°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠4.0g,聚乙烯醇10.0g,竹炭80.0g,菌粉10.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为1.0X 108CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为29.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为30.5个月。
[0072]实施例7
[0073]步骤1:将85.0g柠檬酸钙，2.9g硬脂酸钙，0.5g醋酸钙，1.0g硼酸，10.0g碳酸钙，0.5g黄原胶和0.1g鹿糖混合均勾。然后加入1g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0074]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径50.0cm,高50.0cm的柱状体，然后于100°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0075]步骤3:将4.0g海藻酸钠、10.0g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入80g竹炭混合均匀，待冷却到50 V后加入菌粉10.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0076]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径70.0cm,高70.0cm的圆柱状模具中。
[0077]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于40°C下静置24h凝固成型。
[0078]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于40°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0079]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为50.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:3，烘干温度为100°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠4.0g,聚乙烯醇10.0g,竹炭80.0g,菌粉10.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为1.0X 108CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为35.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为38.0个月。
【主权项】
1.一种长效净水菌胶囊，其特征在于:该胶囊为核壳结构，以混合缓释碳源为核，以菌剂和有机-无机复合多孔材料为壳；其中，核壳结构胶囊的核为混合缓释碳源，并由柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、硼酸、碳酸钙、黄原胶和蔗糖混合而成；混合物中柠檬酸钙的质量百分比含量为65.0?85.0%、硬脂酸钙的质量百分比含量为1.0?10.0%、醋酸钙的质量百分比含量为0.5?4.0 %、硼酸的质量百分比含量为1.0?6.0%，碳酸妈的质量百分比含量为1.0?10.0%、黄原胶的质量百分比含量为0.5?4.0%，蔗糖的质量百分比含量为0.1 ?2.根据权利要求1所述，核壳结构胶囊的外形可以是球型、方形、柱状、条状、线状或饼状，胶囊核最大外形尺寸为1.0cm?50cm，胶囊外壳的厚度为1.0?10cm。3.根据权利要求1所述，核壳胶囊的壳为菌剂和有机-无机复合多孔材料，其特征是:由菌粉、海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭按比例混合并溶解或分散于水中而成；其中，每10mL水中菌剂1.0?10.0g，海藻酸钠0.4?4.0g,聚乙稀醇1.0?10.0g，竹炭20.0?80.0g ；菌剂由枯草芽孢杆菌BJ菌粉和地衣芽孢杆菌DSM 13菌粉根据菌数混合而成，二者活菌数均为L OX 17?1.0X108CFU/g湿重胶囊壳。4.一种净水菌剂胶囊的制备方法，包括以下步骤: 第一步，配置胶囊内核物料，即缓释碳源混合物:将:柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、黄原胶和蔗糖按比例混合均匀，其中柠檬酸钠的质量百分比含量为65?85%、硬脂酸钙的质量百分比含量为I?10%、醋酸1?的质量百分比含量为0.5?4.0%、硼酸的质量百分比含量为1.0?6.0%、碳酸1?的质量百分比含量为1.0?10.0%、黄原胶的质量百分比含量为0.5?4%和蔗糖的质量百分比含量为0.1?1% ; 第二步，胶囊内核制作成型:将第一步的混合物与水按照质量比=10:1?10:3混合均匀，制成面团状物料，并加工成所需形状，然后于50?100°C烘干获得成型胶囊内核； 第三步，胶囊外壳物料准备:将0.4?4.0g海藻酸钠和1.0?10.0g聚乙烯醇加入到10mL水中，加热至溶解充分，然后加入20.0?80.0g竹炭混合均匀，待温度降低到50°C时，加入枯草芽孢杆菌BJ菌粉0.5?5.0g和地衣芽孢杆菌DSM 13菌粉0.5?5.0g,并迅速搅拌均匀获得外壳物料，于45°C下备用； 第四步，核壳胶囊制备:将第三步获得的外壳物料倒入一定形状的模具中，然后将第二步获得的成型胶囊内核嵌入外壳物料内部，使内核完全没入外壳物料中，于20?40°C固化4?24h成型，从模具中取出后，于20?40°C下烘干过夜，即可获得本发明最终核壳结构胶费ο5.根据权利要求4所述的方法，胶囊核的制备方法为:将混合碳源与水按质量比10:1?10:3混合均匀，调制成面团状，然后借助模具成型，最后于50?100°C烘干制得。
【专利摘要】本发明提供一种包埋净水菌剂和缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊，其特征在于：胶囊为核壳结构,其中，胶囊核为以柠檬酸钙为主的复合缓释碳源，为预先加工成型的均质实心混合碳源块；胶囊壳为有机-无机复合多孔材料，净水菌剂包埋于多孔材料中。将胶囊内科埋入胶囊外壳物料中后，无需经额外固化处理即可实现胶囊外壳固化，并形成核壳结构胶囊。该核壳结构长效净水胶囊加工方法简单，胶囊内核碳源释放周期长，胶囊外壳强度高、透水性佳、菌剂净水活性高，在污染水体定点高效净化治理方面极具应用潜力。
【IPC分类】C12N11/08, C12N11/14, C12R1/10, C12R1/125, C12N11/10, C02F3/34
【公开号】CN104894097
【申请号】CN201510233776
【发明人】汤江武, 柳永, 王新, 孙宏, 姚晓红, 吴逸飞
【申请人】浙江省农业科学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月9日
【技术领域】
[0001]本发明涉及菌剂固定化包埋领域，主要是涉及一种包埋净水菌剂和缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微生物在污染水体生态修复中扮演着无可替代的角色，在降低水体化学需氧量、氨氮和总氮等方面发挥着重要的作用。污染水体生态修复过程中，人工投加菌剂会伴随水体流动而流失或沉降到水底，导致应用效果降低，对菌剂净水性能的定点高效发挥不利。将净水菌剂进行固定化处理，并辅以适宜的碳源促进其活性的发挥，则可规避流失和沉降的问题，并能提高净水效果，利于污染水体定点高效治理。
[0003]经过对现有技术的检索发现，菌剂固定化包埋研宄较多，常见高分子壁材如海藻酸钠、聚乙烯醇、卡拉胶、聚谷氨酸等，常见辅料如活性炭、硅藻土、沸石粉、粘土、多孔珍珠岩粉和聚氨酯泡沫等。常见高分子壁材菌剂固定化包埋应用中，既有单独应用的，也有组合应用的，如海藻酸钠-卡拉胶组合、海藻酸钠-聚乙醇组合、卡拉胶-海藻酸钠-聚乙烯醇组合等；在加工工艺上，有的采用冷冻成型法、有的采用固化液固定成型法、也有采用先冷冻后固化成型的方法；在产品类型上，有薄膜型、颗粒状和有块状等，均为内外质地一致的结构，未见核壳结构菌剂包埋物。
【发明内容】
[0004]本发明公开了一种核壳结构净水菌胶囊及其制备方法。该核壳结构胶囊的核为以柠檬酸钙为主的混合碳源，壳为负载净水菌的海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭混合多孔材料。碳源释放到壳中后被负载菌剂优先利用，因此单位碳源的净水贡献率大幅提高。本发明核壳结构长效净水胶囊最大特点之一为长效，主要借助碳源的缓慢释放实现。与已有技术对比发现，本发明涉及的核壳结构净水胶囊特征尚未见报道，以柠檬酸钙为主的复合缓释碳源配方和加工工艺未见报道，由海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭形成的胶囊外壳配方和加工工艺未见报道，尤其是胶囊外壳的固化方法未见报道。
[0005]本发明的目的是发明一种同时包埋缓释碳源和菌剂的净水微生物固定化制剂，为了提高碳源的负载率，延长胶囊净水时效，提高固定化菌剂对碳源的利用几率，确保固定化菌剂与外界水体接触充分，本发明采用了核壳结构的设计思路，并以水溶性较差的柠檬酸钙为主要碳源。胶囊内核为经缓释处理的混合碳源，胶囊外壳为包埋净水菌剂的有机-无机复合多孔材料。混合碳源的主要成分包括:柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、黄原胶和蔗糖；胶囊外壳的主要成分包括:净水菌剂、海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭。
[0006]一方面，本发明提供一种包埋缓释碳源和净水菌剂的核壳结构胶囊，其特征在于:胶囊为核壳两层结构，其中，缓释碳源为胶囊内核，主要成分包括:柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、黄原胶和蔗糖；包埋净水菌剂的有机-无机复合多孔材料为胶囊外壳，主要成分包括:净水菌剂、海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭，净水菌总活菌数2.0 X 17?2.0X108CFU/g湿重胶囊壳。其中，所述的净水菌剂为保藏号为CGMCC N0.2288的枯草芽孢杆菌BJ和保藏号为ATCC14580的地衣芽孢杆菌DSM 13所产生。
[0007]优选的，所述的胶囊内核为:柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、黄原胶和蔗糖的混合物，可以是任意形状，如球型、方型、柱状、饼状、橄榄型、星型等，最大外形尺寸可以是
1.0cm?50cm。胶囊外壳为枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13菌粉、海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭的混合物，包覆于胶囊内核表面，厚度为1.0cm?10cm，菌剂包封率90?99%。
[0008]另一方面，本发明涉及上述核壳结构净水菌剂胶囊的制备方法，包括以下步骤:
[0009]第一步，配置胶囊内核物料，即缓释碳源混合物:将:柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、黄原胶和蔗糖按比例混合均匀，其中柠檬酸钠的质量百分比含量为65?85%、硬脂酸钙的质量百分比含量为I?10%、醋酸钙的质量百分比含量为0.5?4.0%、硼酸的质量百分比含量为1.0?6.0%、碳酸妈的质量百分比含量为1.0?10.0%、黄原胶的质量百分比含量为0.5?4%和蔗糖的质量百分比含量为0.1?1%。最适比例为:柠檬酸钙82.0%、硬脂酸钙8.0%、醋酸钙1.6%、硼酸5.0%、碳酸钙1.0%、黄原胶2.0 %和蔗糖0.4%
[0010]第二步，胶囊内核制作成型:将第一步的混合物与水按照质量比=10:1?10:3混合均匀，制成面团状物料，并加工成所需形状，然后于50?100°C烘干获得成型胶囊内核。
[0011]第三步，胶囊外壳物料准备:将0.4?4.0g海藻酸钠和1.0?10.0g聚乙烯醇加入到10mL水中，加热至溶解充分，然后加入20.0?80.0g竹炭混合均匀，待温度降低到50°C时，加入枯草芽孢杆菌BJ菌粉0.5?5.0g和地衣芽孢杆菌DSM 13菌粉0.5?5.0g,并迅速搅拌均匀获得外壳物料，于45°C下备用。
[0012]第四步，核壳胶囊制备:将第三步获得的外壳物料倒入一定形状的模具中，然后将第二步获得的成型胶囊内核嵌入外壳物料内部，使内核完全没入外壳物料中，于20?40°C固化4?24h成型，从模具中取出后，于20?40°C下烘干过夜，即可获得本发明最终核壳结构胶囊。在固化过程中，氯化钙和硼酸会溶解于外壳中含有的水分中，然后由内向外扩散，并分别固化海藻酸钠和聚乙烯醇，最后形成固态水凝胶。
[0013]本发明所有的百分比含量，没有特备指明，都属于质量百分比含量。
[0014]本发明所制备核壳结构胶囊，其内核碳源释放90%所需时长为:6.0?36.0个月；胶囊外壳菌剂释放85%所需时长为:6.0?40.0个月；胶囊外壳中活菌数为2.0X 17?
2.0X 108CFU/g湿重胶囊壳，其中枯草芽孢杆菌BJ为1.0X 17?1.0X 10 8CFU/g湿重胶囊壳，地芽孢杆菌DSM13为1.0X107— 1.0X108CFU/g湿重胶囊壳。
[0015]有益效果
[0016]本发明制备操作简单，所得核壳胶囊一体成型，不易发生碳源泄露，应用于城乡河道污染水体能起到优异的定点高效污水治理效果，在降低化学需氧量、水体氨氮和总氮等方面表现优异。
【附图说明】
[0017]图1为本发明核壳胶囊结构示意图。
[0018]图2为本发明一个【具体实施方式】中的胶囊外观和剖面图。
[0019]图3为胶囊外壳内部多孔结构图(电子显微镜下的结构图)。
【具体实施方式】
[0020]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]以下实施例的涉及包埋缓释碳源和净水菌剂的核壳结构胶囊包括:缓释碳源胶囊内核和包埋净水菌剂的胶囊外壳两部分。其中胶囊内核由柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、硼酸、碳酸钙、黄原胶和蔗糖构成，胶囊外壳由菌剂、海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭构成。将预制成型的胶囊内核嵌入尚未固化成型的胶囊外壳物料混合物中，静置一定时间即可自动固化成型，获得本发明所述核壳结构胶囊。
[0022]在下列所有实施例子中的菌剂为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌菌粉。其中，枯草芽孢杆菌BJ (分类命名:枯草芽孢杆菌BJ，拉丁学名:Bacillus subtilis BJ，保藏号:CGMCC N0.2288，保藏单位为:中国普通微生物菌种保藏管理中心)与已授权发明专利:用于净化水产养殖水体的微生物制剂及其制备方法(申请号:cN200810059104)中所诉枯草芽孢杆菌BJ为同一菌株。
[0023]地衣芽孢杆菌DSM 13，于2014年7月购自江南大学工业微生物资源和信息中心，分类命名:地衣芽孢杆菌DSM 13，拉丁学名:Bacillus licheniformis DSM 13，保藏号:ATCC14580，保藏单位:美国典型培养物保藏中心。
[0024]实施例1
[0025]步骤1: 将65.0g柠檬酸钙，10.0g硬脂酸钙，4.0g醋酸钙，6.0g硼酸，10.0g碳酸钙，4.0g黄原胶和1.0g蔗糖混合均匀。然后加入1g水混合均匀，调制成面团状碳源混合物。
[0026]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径1.0cm，高1.0cm的柱状体，然后于50°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0027]步骤3:将0.4g海藻酸钠、1.0g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入20g竹炭混合均匀，待冷却到50°C后加入菌粉1.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0028]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径3.0cm,高3.0cm的圆柱状模具中。
[0029]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于20°C下静置4h自动凝固成型，这种固化不需要外部辅助一些条件。
[0030]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于20°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0031]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为1.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:1，烘干温度为50°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠0.4g，聚乙烯醇1.0g,竹炭20.0g,菌粉1.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为1.0 X 107CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为6.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为6.0个月。
[0032]实施例2
[0033]步骤1:将85.0g柠檬酸钙，2.0g硬脂酸钙，1.0g醋酸钙，6.0g硼酸，1.0g碳酸钙，4.0g黄原胶和1.0g鹿糖混合均勾。然后加入30g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0034]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径50.0cm,高50.0cm的柱状体，然后于100°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0035]步骤3:将4.0g海藻酸钠、10.0g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入80g竹炭混合均匀，待冷却到50 V后加入菌粉10.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0036]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径70.0cm,高70.0cm的圆柱状模具中。
[0037]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于40°C下静置24h凝固成型。
[0038]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于40°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0039]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为50.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:3，烘干温度为100°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠4.0g,聚乙烯醇10.0g,竹炭80.0g,菌粉10.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为1.0X 108CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为30.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为32.0个月。
[0040]实施例3
[0041]步骤1:将75.0g柠檬酸钙，5.0g硬脂酸钙，1.0g醋酸钙，6.0g硼酸，10.0g碳酸钙，2.5g黄原胶和0.5g鹿糖混合均勾。然后加入20g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0042]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径25.0cm,高25.0cm的柱状体，然后于75°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0043]步骤3:将2.0g海藻酸钠、5.0g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入50g竹炭混合均匀，待冷却到50°C后加入菌粉5.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0044]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径35.0cm,高35.0cm的圆柱状模具中。
[0045]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于30°C下静置14h凝固成型。
[0046]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于30°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0047]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为25.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:2，烘干温度为75°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠2.0g,聚乙烯醇5.0g,竹炭50.0g,菌粉5.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为5.0X 107CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为32.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为35.0个月。
[0048]实施例4
[0049]步骤1:将82.0g柠檬酸钙，8.0g硬脂酸钙，1.6g醋酸钙，5.0g硼酸，1.0g碳酸钙，2.0g黄原胶和0.4g鹿糖混合均勾。然后加入15g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0050]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径50.0cm,高50.0cm的柱状体，然后于70°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0051]步骤3:将0.5g海藻酸钠、8.5g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入60g竹炭混合均匀，待冷却到50°C后加入菌粉5.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0052]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径70.0cm,高70.0cm的圆柱状模具中。
[0053]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于30°C下静置24h凝固成型。
[0054]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于30°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0055]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为50.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:1.5，烘干温度为70°0 ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠0.5g，聚乙烯醇8.5g，竹炭60.0g,菌粉5.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为5.0X 107CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为36.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为40.0个月。
[0056]实施例5
[0057]步骤1:将82.0g柠檬酸钙，5.0g硬脂酸钙，2.5g醋酸钙，3.0g硼酸，5.0g碳酸钙，
2.0g黄原胶和0.5g鹿糖混合均勾。然后加入25g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0058]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径50.0cm,高50.0cm的柱状体，然后于70°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0059]步骤3:将0.5g海藻酸钠、8.5g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入60g竹炭混合均匀，待冷却到50°C后加入菌粉5.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0060]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径70.0cm,高70.0cm的圆柱状模具中。
[0061]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于30°C下静置24h凝固成型。
[0062]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于30°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的 核壳结构长效净水胶囊。
[0063]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为50.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:2.5，烘干温度为70°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠0.5g，聚乙烯醇8.5g，竹炭60.0g,菌粉5.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为5.0X 107CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为31.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为35.0个月。
[0064]实施例6
[0065]步骤1:将85.0g柠檬酸钙，1.0g硬脂酸钙，0.5g醋酸钙，1.0g硼酸，10.0g碳酸钙，
2.0g黄原胶和0.5g鹿糖混合均勾。然后加入15g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0066]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径50.0cm,高50.0cm的柱状体，然后于100°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0067]步骤3:将4.0g海藻酸钠、10.0g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入80g竹炭混合均匀，待冷却到50 V后加入菌粉10.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0068]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径70.0cm,高70.0cm的圆柱状模具中。
[0069]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于40°C下静置24h凝固成型。
[0070]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于40°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0071]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为50.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:3，烘干温度为100°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠4.0g,聚乙烯醇10.0g,竹炭80.0g,菌粉10.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为1.0X 108CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为29.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为30.5个月。
[0072]实施例7
[0073]步骤1:将85.0g柠檬酸钙，2.9g硬脂酸钙，0.5g醋酸钙，1.0g硼酸，10.0g碳酸钙，0.5g黄原胶和0.1g鹿糖混合均勾。然后加入1g水混合均勾，调制成面团状碳源混合物。
[0074]步骤2:将面团状碳源混合物压入模具，制成直径50.0cm,高50.0cm的柱状体，然后于100°C下烘干成型，获得胶囊内核。
[0075]步骤3:将4.0g海藻酸钠、10.0g聚乙烯醇分散于10mL水中，并加热使海藻酸钠和聚乙烯醇充分溶解，然后加入80g竹炭混合均匀，待冷却到50 V后加入菌粉10.0g并混合均匀，获得胶囊外壳物料，然后于45°C下备用。
[0076]步骤4:将步骤3制备的混合胶囊外壳物料倒入直径70.0cm,高70.0cm的圆柱状模具中。
[0077]步骤5:将步骤2所得胶囊内核埋入到步骤4中胶囊外壳物料中，使胶囊内核位于模具中央且被胶囊外壳物料完全淹没。然后，于40°C下静置24h凝固成型。
[0078]步骤6:将步骤5凝固成型的胶囊取出，于40°C下烘干过夜，即获得包埋缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊。
[0079]该胶囊为核壳结构，胶囊内核最大外形尺寸为50.0cm,内核成型加工过程，物料与水的质量比为10:3，烘干温度为100°C ;外壳各组分含量为每10mL水中海藻酸钠4.0g,聚乙烯醇10.0g,竹炭80.0g,菌粉10.0g,外壳中枯草芽孢杆菌BJ和地衣芽孢杆菌DSM 13活菌数均为1.0X 108CFU/g湿重胶囊壳；胶囊内核释放90%水溶性碳源的周期为35.0个月，释放85%包埋菌剂的周期为38.0个月。
【主权项】
1.一种长效净水菌胶囊，其特征在于:该胶囊为核壳结构，以混合缓释碳源为核，以菌剂和有机-无机复合多孔材料为壳；其中，核壳结构胶囊的核为混合缓释碳源，并由柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、硼酸、碳酸钙、黄原胶和蔗糖混合而成；混合物中柠檬酸钙的质量百分比含量为65.0?85.0%、硬脂酸钙的质量百分比含量为1.0?10.0%、醋酸钙的质量百分比含量为0.5?4.0 %、硼酸的质量百分比含量为1.0?6.0%，碳酸妈的质量百分比含量为1.0?10.0%、黄原胶的质量百分比含量为0.5?4.0%，蔗糖的质量百分比含量为0.1 ?2.根据权利要求1所述，核壳结构胶囊的外形可以是球型、方形、柱状、条状、线状或饼状，胶囊核最大外形尺寸为1.0cm?50cm，胶囊外壳的厚度为1.0?10cm。3.根据权利要求1所述，核壳胶囊的壳为菌剂和有机-无机复合多孔材料，其特征是:由菌粉、海藻酸钠、聚乙烯醇和竹炭按比例混合并溶解或分散于水中而成；其中，每10mL水中菌剂1.0?10.0g，海藻酸钠0.4?4.0g,聚乙稀醇1.0?10.0g，竹炭20.0?80.0g ；菌剂由枯草芽孢杆菌BJ菌粉和地衣芽孢杆菌DSM 13菌粉根据菌数混合而成，二者活菌数均为L OX 17?1.0X108CFU/g湿重胶囊壳。4.一种净水菌剂胶囊的制备方法，包括以下步骤: 第一步，配置胶囊内核物料，即缓释碳源混合物:将:柠檬酸钙、硬脂酸钙、醋酸钙、黄原胶和蔗糖按比例混合均匀，其中柠檬酸钠的质量百分比含量为65?85%、硬脂酸钙的质量百分比含量为I?10%、醋酸1?的质量百分比含量为0.5?4.0%、硼酸的质量百分比含量为1.0?6.0%、碳酸1?的质量百分比含量为1.0?10.0%、黄原胶的质量百分比含量为0.5?4%和蔗糖的质量百分比含量为0.1?1% ; 第二步，胶囊内核制作成型:将第一步的混合物与水按照质量比=10:1?10:3混合均匀，制成面团状物料，并加工成所需形状，然后于50?100°C烘干获得成型胶囊内核； 第三步，胶囊外壳物料准备:将0.4?4.0g海藻酸钠和1.0?10.0g聚乙烯醇加入到10mL水中，加热至溶解充分，然后加入20.0?80.0g竹炭混合均匀，待温度降低到50°C时，加入枯草芽孢杆菌BJ菌粉0.5?5.0g和地衣芽孢杆菌DSM 13菌粉0.5?5.0g,并迅速搅拌均匀获得外壳物料，于45°C下备用； 第四步，核壳胶囊制备:将第三步获得的外壳物料倒入一定形状的模具中，然后将第二步获得的成型胶囊内核嵌入外壳物料内部，使内核完全没入外壳物料中，于20?40°C固化4?24h成型，从模具中取出后，于20?40°C下烘干过夜，即可获得本发明最终核壳结构胶费ο5.根据权利要求4所述的方法，胶囊核的制备方法为:将混合碳源与水按质量比10:1?10:3混合均匀，调制成面团状，然后借助模具成型，最后于50?100°C烘干制得。
【专利摘要】本发明提供一种包埋净水菌剂和缓释碳源的核壳结构长效净水胶囊，其特征在于：胶囊为核壳结构,其中，胶囊核为以柠檬酸钙为主的复合缓释碳源，为预先加工成型的均质实心混合碳源块；胶囊壳为有机-无机复合多孔材料，净水菌剂包埋于多孔材料中。将胶囊内科埋入胶囊外壳物料中后，无需经额外固化处理即可实现胶囊外壳固化，并形成核壳结构胶囊。该核壳结构长效净水胶囊加工方法简单，胶囊内核碳源释放周期长，胶囊外壳强度高、透水性佳、菌剂净水活性高，在污染水体定点高效净化治理方面极具应用潜力。
【IPC分类】C12N11/08, C12N11/14, C12R1/10, C12R1/125, C12N11/10, C02F3/34
【公开号】CN104894097
【申请号】CN201510233776
【发明人】汤江武, 柳永, 王新, 孙宏, 姚晓红, 吴逸飞
【申请人】浙江省农业科学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月9日
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