CN100569905C

CN100569905C - 一种油菜渣制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法

Info

Publication number: CN100569905C
Application number: CNB2007100178004A
Authority: CN
Inventors: 赵西宁; 吴普特; 冯浩; 杜健; 许晓平; 杜璇; 张燕
Original assignee: Institute Of Soil And Water Conservation Ministry Of Water Resources Chinese Academy Of Sciences; Northwest A&F University
Current assignee: Institute Of Soil And Water Conservation Ministry Of Water Resources Chinese Academy Of Sciences; Northwest A&F University
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2027-04-30
Also published as: CN101045660A

Abstract

本发明公开了一种利用油菜渣制备的土壤扩蓄增容剂，制得的该土壤扩蓄增容剂由以下原料及其重量百分比组成：油菜渣：45%～60%、磷酸二氢钾：10%～20%、磷酸二铵：15%～20%、尿素：1%～3%，高脂膜：1%～2%、作物混合秸秆：10%～18%。其制备方法是先将油菜渣剔除杂物，经粉碎后研磨至1mm以下，过20目筛，将辅料磷酸二氢钾，磷酸二铵，油菜渣，作物混合秸秆风干，分别粉碎并研磨至1mm以下，过20目筛，然后混合，搅拌均匀，经制粒、包装即得。每公顷施用750kg-1500kg。棉花等作物可增产12%以上，提高水分利用效率10%以上，在干旱半干旱地区，能充分利用天然降雨，保水保肥提高土壤肥力，有利于生态保护。

Description

一种油菜渣制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种新型土壤保水剂保肥剂及其生产方法。特别是利用油料生产加工废弃资源(油菜渣)为原料制备的土壤扩蓄增容剂及其制备方法，该方法为面向节水农业、综合利用城乡废弃资源，变废为宝开辟了一条新途径。

背景技术

1.我国油菜籽粕现状

油菜是我国第一大油料作物，年产油菜籽1000多万吨，菜籽粕产量达600万吨以上。菜籽粕的营养价值很高，粗蛋白含量达40％左右，氨基酸比较齐全，钙、磷、镁、铁、锰等元素含量丰富，同时，它也是维生素的良好来源，因此，菜籽粕是一种价廉易得的优质蛋白资源。目前，国内外主要利用菜籽粕作饲料，但是由于菜籽粕中含有多种毒素和抗营养因子如硫代葡萄糖甙(以下简称硫甙)、芥酸、植酸、单宁等，以及由于制油加工时不脱除皮壳造成菜籽粕粗纤维含量较高而影响了它作为饲料的利用价值，极大地限制了菜籽蛋白的合理利用。几十年来，为了提高菜籽粕的利用价值，降低有毒有害因子的含量，国内外许多科技工作者进行了大量的基础研究和应用研究，提出了许多脱毒工艺或方法，包括物理的、化学的、生物的等，取得了不少成果，但用这些方法处理菜籽粕，尽管各有特点，由于其加工成本较高，易使蛋白质变性，而且营养成分的损失较大，影响其饲料价值，加之理化处理也难于彻底避免其危害，造成三废污染等，难以在生产上推广普及。

因此，随着我国对于资源利用和环境保护的各项法律法规的颁布和实施，如何合理及充分利用菜籽粕已经成为当前一个重要的课题。

2.国内外油菜籽粕研究利用现状

2.1油菜籽粕限制因素及综合利用

菜籽饼粕是优良的蛋白质资源，这一优良的蛋白质资源未能得到充分利用的主要原因是由于饼粕中存在着一些有害成分(硫代葡萄糖苷、植酸等)，对动物的生长发育有很强的抑制与毒害作用，而使它的营养价值大大降低。此外，油菜饼粕中含有约25％的壳，主要是纤维素、多酚等非营养性成分，适口性差。

由于以上原因，极大地限制了菜籽蛋白的合理利用。国内外为了解决油菜饼粕的利用问题，作了不懈的努力。主要从解决硫苷问题着手，培育低硫苷新品种。国外从七十年年代开始，成功地培育和推广了低硫苷新品种。我国将培育低硫苷新品种作为国家重点攻关项目，得到了一些低硫苷新品种，并已在全国推广应用。而对于高硫苷油菜籽饼粕，采用各种方法除去硫苷，目前有蒸煮脱毒，酶解脱毒，坑埋、堆放等方法。但是，经用这些方法脱除了硫苷的饲料，颜色发黑，蛋白质变性，营养价值已大大降低。然而不论育种方法或脱毒方法只能解决单一的问题，即除去有毒物质硫苷，而对其它抗营养物质植酸、酚类等，均没有触及或极少触及。因此，不是理想的畜禽饲料，更不可能作为人类食用的蛋白质资源。目前的研究还表明，食用含硫苷的菜籽饼粕，硫苷能积累于禽畜的内脏中，亦不能在饲料中随意使用。

此外，国内油菜籽制油工艺几乎都是高温带壳预榨后浸出，得到的菜籽饼粕中蛋白质的变性大。如赖氨酸经热榨后，损失30％以上，有效生物效价已大大降低。必须要彻底改变目前制油工艺为脱壳低温制油工艺，这样得到的不带壳饼粕才是理想的饲用蛋白原料和制备食用蛋白的原料。国内外亦有利用目前带壳油菜籽经预榨一浸出工艺所得到的带壳菜籽饼粕作为原料，或去除有害物质硫苷后，提取制备食用蛋白和氨基酸的研究报道。此研究工艺上是可行的，产品中硫苷已基本除尽。缺点是由于植酸和单宁与蛋白的紧密结合，浓缩蛋白产品中含有更高量的植酸(5-6％，甚至8-10％)和酚类物质(单宁等)。同时蛋白质转化为浓缩蛋白的转化率只有55-62％。其余作饲料蛋白，由于杂质较多，纯化困难，产率低，成本高，产业化生产较为困难。

2.2油菜饼粕产业化研究情况

目前我国的油菜籽加工都是带壳菜籽的预榨-浸出工艺，所得到带壳菜籽饼粕的增值利用主要是作为禽、畜饲料。经研究利用酶解技术制备饲用蛋白、提取植酸钠制备无毒饲用蛋白、对脱壳低温制油工艺所获得的无壳菜籽饼粕制备食用蛋白能得到质量和性能更好的浓缩蛋白或分离蛋白。

(1)利用酶解技术制备饲用蛋白。研究了将目前预榨-浸出工艺所得到的双低带壳菜籽饼粕，除去大部分植酸、多酚类、硫苷等特质后，作为禽、畜、鱼配合饲料中粗蛋白的主要来源的酶解技术。经研究表明，酶解处理的优点在于：设备简单，酶解技术易于操作，投资少，见效快。年处理一万吨饼粕的酶解决设备只需50万元左右。建设周期只需三个月左右。适合于现有饲料工厂的技术改造。此酶解技术去除有害物质硫苷和抗营养物质效果好。经酶解后，带壳饼粕中有害物质和抗营养物质消除率达80％以上；用此饼粕作配合饲料，饲养效果好。

(2)提取植酸(钠)制备无毒饲用蛋白。菜籽饼粕中的植酸和单宁都是极重要的精细化工产品。在食品，医药，化工等行业中有广泛的用途。可以将它们提取出来，综合利用。经研究，带壳饼粕为原料时，植酸(钠)产率为2％，饼粕产率为70％。经提取植酸后，菜籽饼粕中的硫苷已降至20umol/g以下，变成了无毒饲料。而饼粕中的蛋白质含量相应提高2-5％。无毒饼粕的性能与上述酶解产物相同。

(3)制备食用蛋白。利用脱壳低温制油技术得到的不带壳、几乎不变性的菜籽饼粕作原料，制备食用浓缩蛋白或分离蛋白是可行的，菜籽分离蛋白的氮溶解指数低，吸油性好，乳化性和乳化稳定性优，有同时具有良好的起泡性和起泡稳定性，凝胶性较差，综合性成本低，蛋白质回收率高。此工艺可望在近期内产业化。

虽然已有技术使菜籽粕综合利用变得较为现实，但还有许多技术难关需要克服。因此如何更为合理地利用油菜籽粕是目前亟待解决的问题。我国是农业大国，水资源紧缺且肥料水分利用率低下，水肥高效利用是农业生产的关键，因此，如何减少水肥损失，提高水肥利用效率是当前农业生产中面临的重大问题。同时，随着科学技术的不断进步，如何有效地利用油菜籽粕，变废为宝，减轻环境污染，是当前全世界共同关注的话题。目前，油菜籽粕再利用的科技越来越多，但是这些大多用于饲料，而将其作为保水保肥剂用于农业上的研究相对较少且不成熟。

发明内容

本发明目的在于提供一种油菜渣制备的土壤扩蓄增容剂及其生产方法，主要原料采用油菜籽粕、农作物混合秸秆，生产出有利生态农业的新型土壤扩蓄增容剂产品，该产品可广泛应用于生态农业节水工程中，有利于充分利用天然降水，保水保肥，增产增收。

本发明的指导思想就是利用外来介质即油菜籽粕，生产土壤扩蓄增容剂，施入土壤后提高土壤持水保水能力，减少农业发展中用水量同时其还可提高土壤的肥力，这样既促进农业发展，又变废为宝保护了环境。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种油菜渣制备的土壤扩蓄增容剂，其特征在于，制得的该土壤扩蓄增容剂由以下原料及其重量百分比组成：油菜渣粉末：45％～60％、磷酸二氢钾：10％～20％、磷酸二铵：15％～20％、尿素：1％～3％，高脂膜：1％～2％、农作物混合秸秆：10％～18％，上述原料的百分比之和为100％。

上述土壤扩蓄增容剂的制备方法，其特征在于，该方法选用经筛选分级的油菜渣为主要原料，并加入磷酸二氢钾、磷酸二铵、秸秆、尿素、高脂膜，具体包括下列步骤：

首先将油菜渣粉末剔除杂物，分级，经粉碎后研磨至1mm以下，过20目筛，得到煤矸石粉末；

将辅料磷酸二氢钾，磷酸二铵，农作物混合秸秆风干，分别粉碎并研磨至1mm以下，过20目筛备用；

将油菜渣粉末45％～60％、磷酸二氢钾10％～20％、磷酸二铵15％～20％、尿素1％～3％，高脂膜1％～2％、作物混合秸秆10％～18％混合，搅拌均匀，经制粒、包装即得。

采用本发明制备的油菜渣土壤扩蓄增容剂，可充分提高油菜渣的综合利用效率，变废为宝。用其制备的土壤扩蓄增容剂，可提高水分利用率10％以上，更能增产增收。经实验研究证明，本发明制备的土壤扩蓄增容剂，施用于棉花等作物，离地表面20cm-30cm的土壤层含水量增高2％，每公顷节水900m³～1000m³，可增产12％以上，农民节约投资2250元/hm²～3000元/hm²。日产100吨的企业，年可生产30000余吨土壤扩蓄增容剂产品，产值3000余万元，节约天然雨水1800万m³～3000万m³。可安排农村剩余劳动力300-500人，农民增收300-500万元，每年产品可施用土地面积200万公顷，增产增收7500万元。因此具有良好的社会效益，环境效益和生态效益。

附图说明

图1是本发明的制备方法工艺流程图；

图2是基础材料吸水效果图；

图3是基础材料保水效果图；

图4是保水保肥剂对苗干重的影响图。

以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明所述的土壤扩蓄增容剂是指能有效改善土壤团粒结构、增加土壤有效孔隙的扩蓄增容，抑制土壤表面无效蒸发、有效改善土壤持水保水能力的复合材料。

以下是发明人给出的实施例，需要说明的是这些实施例均为本发明较优的实例，本发明并不限于这些实施例，本领域的技术人员按照本发明公开的方案，对其中的技术特征所作的等效替换、添加，均属于本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例的油菜渣制备的土壤扩蓄增容剂，由以下原料及其重量百分比组成：油菜渣粉末：50％、磷酸二氢钾：10％、磷酸二铵：20％、尿素：1％，高脂膜：1％、作物混合秸秆：18％。

制作上述土壤扩蓄增容剂方法，具体包括下列步骤：

(1)将原料油菜渣剔除其中杂物另作他用。将煤矸石等原料分级，然后粉碎研磨至1mm(20目)以下，研磨后过筛备用。

(2)再将辅料磷酸二氢钾，磷酸二铵，混合作物秸秆等风干，粉碎，研磨，过1毫米(20目)筛备用。

(3)将油菜渣粉末50％、磷酸二氢钾10％、磷酸二铵20％、尿素1％，高脂膜1％、作物混合秸秆18％混合，搅拌均匀。

经常规的制粒机制粒(采用山东青山市制粒机)、包装(25公斤/袋)即可得到油菜渣土壤扩蓄增容剂。

实施例2：

本实施例与实施例1所不同的是原料的成分有所不同，其制备方法与实施例1相同。

原料及其重量百分比组成为：油菜渣粉末50％、磷酸二氢钾：15％、磷酸二铵：15％、尿素：2％，高脂膜：1.5％、作物混合秸秆：16.5％。

实施例3：

原料及其重量百分比组成为：油菜渣粉末：50％、磷酸二氢钾：18％、磷酸二铵：15％、尿素：1％，高脂膜：1％、作物混合秸秆：15％。

实施例4：

原料及其重量百分比组成为：油菜渣粉末：55％、磷酸二氢钾：16％、磷酸二铵：15％、尿素：1％，高脂膜：2％、作物混合秸秆：11％。

实施例5：

原料及其重量百分比组成为：油菜渣粉末52％、磷酸二氢钾：15％、磷酸二铵：15％、尿素：3％，高脂膜：1％、作物混合秸秆：14％。

实施例6：

原料及其重量百分比组成为：油菜渣粉末：55％、磷酸二氢钾：15％、磷酸二铵：15％、尿素：2％，高脂膜：1％、作物混合秸秆：12％。

采用本发明的油菜渣制备的土壤扩蓄增容剂，每公顷用量为750kg-1500kg。实验表明，棉花等作物可增产12％以上，提高水分利用效率10％以上，在干旱半干旱地区，能充分利用天然降雨，保水保肥提高土壤肥力，有利于生态保护。

上述实施例中的高脂膜是20年前由北京农业大学韩金声教授研究成功，在果树等作物上应用有一定效果。高脂膜是一种油性物质，实验证明加入适量的高脂膜对保水保墒有一定的促进作用。

保水、失水实验实施例：

保水保肥剂的基础材料的选择最重要，所有合成剂所使用的原料及辅料均有吸水、保水、失水等功能。据此，发明人设计了不同质地基础材料的吸水、保水、失水实验，实验结果见表1、表2、图1、图2。

表1基础材料吸水效果表(g)

	一次	二次	三次	四次	五次
	一次	二次	三次	四次	五次	土壤(CK)	52.13	58.38	61.33	62.49	64.92
秸秆木炭	103.93	132.65	134.96	136.95	155.59	土壤(CK)	52.13	58.38	61.33	62.49	64.92
秸秆木炭	103.93	132.65	134.96	136.95	155.59	煤矸石	75.21	75.72	76.49	77.24	85.06
玉米秸秆	75.90	400.15	421.55	442.45	1011.75	煤矸石	75.21	75.72	76.49	77.24	85.06
玉米秸秆	75.90	400.15	421.55	442.45	1011.75	小麦秸秆	94.41	543.15	601	652.25	1066.95
生活炉渣	97.08	124.53	126.7	128.28	133.75	小麦秸秆	94.41	543.15	601	652.25	1066.95
生活炉渣	97.08	124.53	126.7	128.28	133.75	建筑垃圾	56.86	57.88	58.76	59.29	61.4
油菜籽粕	72.56	93.65	95.14	95.61	182.03	建筑垃圾	56.86	57.88	58.76	59.29	61.4

表2基础材料失水效果表

	土壤(ck)	木炭	煤矸石	玉米秸秆	小麦秸秆	生活炉渣	建筑垃圾	油菜籽粕
	土壤(ck)	木炭	煤矸石	玉米秸秆	小麦秸秆	生活炉渣	建筑垃圾	油菜籽粕	六天后含水量(g)	11.098	68.098	23.426	526.215	565.363	27.403	13.39	108.444

由表1、表2、图2、图3可知：小麦和玉米秸秆吸水性最强，为本身重量的20倍以上；油菜籽粕吸水性明显高于土壤(对照)；经六天(温度50℃、湿度30％)失水后，含水量比对照(土壤)高97个百分点，因此，具有一定保水性；且是磷酸二铵、磷酸二氢钾的良好载体。因此，以上基础材料是合成保水保肥剂的优质材料。

保水保肥剂的实验研究结果

本发明利用基础材料合成的油菜渣土壤扩蓄增容剂，经实验研究，对作物(棉花等)苗期鲜、干重具有良好的促进作用，详见表3、图4。

表3土壤扩蓄增容剂不同水平对棉苗干重的影响(g/株)

	对照1	配方对照2	对照2	配方1	配方2	配方3	配方4	配方5	配方6
	对照1	配方对照2	对照2	配方1	配方2	配方3	配方4	配方5	配方6	1-28CK	9-12CK	1-24CK	平均	平均	平均	平均	平均	平均
苗干重	0.039	0.046	0.064	0.064	0.048	0.062	0.069	0.063	0.068	1-28CK	9-12CK	1-24CK	平均	平均	平均	平均	平均	平均

由表3、图4可知，利用油菜渣生产的土壤扩蓄增容剂，在棉花苗期实验结果显示，比土壤(对照)高3个百分点，说明油菜渣土壤扩蓄增容剂不仅节水保墒，而且能提高土壤肥力，促进棉苗生长，增加干物质积累，因此，利用油菜渣废弃资源生产土壤保水保肥剂，无疑是节水农业，生态农业的一项创新技术。

本发明带来的技术效果是：

(1)环境效益

利用油菜渣、作物秸秆等废弃物生产的油菜渣土壤扩蓄增容剂，大大减少蚊蝇等的滋生机会，降低病原菌存活时间，切断了病原菌传播到人类的途径，避免了城市污水污泥二次污染和城市垃圾的潜在威胁。将城市固体废物回用到自然中，在保护城市环境的同时，又解决了农业上造成的偏施无机肥，使土壤养分比例失调、土壤退化等问题，有利于农业生态环境良性循环和农业经济的可持续发展。

(2)社会效益

把油菜渣、作物秸秆等废弃资源充分综合利用，生产农用油菜渣土壤扩蓄增容剂，为农业部门提供了优质、价廉、高效的生态肥料，也使作物增产增收，同时变废为宝，既发展了环保产业，同时也为城市、乡村增加了新的就业机会。

(3)经济效益

若按年产3000万吨的生产能力进行经济核算，按照本研究的方法生产出的土壤扩蓄增容剂成本价为800～850元/吨，而市售高效三元复合肥市场售价一般为1100～1200元/吨，每年可增加3000万元产值。因此本发明的土壤扩蓄增容剂有较好的经济效益，市场应用前景广泛。

Claims

1.一种油菜渣制备的土壤扩蓄增容剂，其特征在于，制得的该土壤扩蓄增容剂由以下原料及其重量百分比组成：油菜渣：45％～60％、磷酸二氢钾：10％～20％、磷酸二铵：15％～20％、尿素：1％～3％，高脂膜：1％～2％、农作物混合秸秆：10％～18％，上述原料的百分比之和为100％。

2.权利要求1所述的油菜渣土壤扩蓄增容剂的生产方法，其特征在于，具体包括下列步骤：

首先将油菜渣剔除杂物，分级，经粉碎后研磨至1mm以下，过20目筛，得到油菜渣粉末；

将辅料磷酸二氢钾，磷酸二铵，作物混合秸秆风干，分别粉碎并研磨至1mm以下，过20目筛备用；

将油菜渣粉末45％～60％、磷酸二氢钾10％～20％、磷酸二铵15％～20％、尿素1％～3％，高脂膜1％～2％、农作物混合秸秆10％～18％混合，搅拌均匀，经制粒、包装即得。