CN102584495A - 一种含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，它是由包膜缓释液喷涂在尿素颗粒外表面烘干制得，所述的包膜缓释液含有γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂。本发明还公开了上述缓释尿素的制备方法。本发明的缓释尿素中的γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂具有协同作用，γ-聚谷氨酸可以在肥料和脲酶抑制剂表面形成一层保护膜，从而提高了肥料的利用率，减轻了环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种缓释肥料，特别是涉及一种含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素及其制备方法。
背景技术
在现代农业生产中，化肥发挥着越来越重要的作用。2011年我国化肥年用量5460万吨(折纯氮磷钾)，其中尤以氮肥消费量最大，约2800万吨(折纯)。然而，氮肥通过挥发、淋溶和径流等途径，平均损失高达45％，致使每年损失的氮素高达1200多万吨，相当于2700多万吨尿素，更为严重的是，化肥已经并将继续给我们的生存环境带来诸多不良的后果，如土壤板结、水质污染、农产品污染、温室效应等问题。
γ-聚谷氨酸(γ-poly-glutamic acid，简称γ-PGA)是微生物发酵产生的阴离子型多聚氨基酸，对环境无污染，为绿色生物产品，具极佳的生物可降解性、成膜性、成纤维性、可塑性、粘结性、保湿性等许多独特的理化和生物学特性，这些特性使其具有增稠、乳化、凝胶、成膜、保温、缓释、助溶和粘结等有益功能，使其在农业、医药、环境保护、食品、化妆品等诸多领域具有十分广阔的应用前景。
我国每年因肥料利用率低，造成的浪费直接经济损失近千亿元。因此在国家大力提倡节能减排的今天，为了减轻环境污染，提高肥料的利用率，研制一种新型环保的缓释肥就具有更加深远的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素。针对现有缓释尿素会对环境造成二次污染，或者成本太高的问题，本发明将γ-聚谷氨酸与脲酶抑制剂同时添加到肥料中，利用γ-聚谷氨酸的螯合及成膜性能在脲酶抑制剂与肥料表面形成一层聚谷氨酸保护层，γ-聚谷氨酸与脲酶抑制剂会产生协同作用，从而提高了肥料的利用率，延长了肥料释放期。
本发明还要解决的技术问题是提供上述缓释尿素的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，它是由包膜缓释液喷涂在尿素颗粒外表面烘干制得，所述的包膜缓释液含有γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂。
其中，所述的包膜缓释液包括如下质量百分比的组分：
γ-聚谷氨酸 1～4％，
脲酶抑制剂 1～4％，
有机酸 0.1-3％，
成膜剂 0.05～2％，
表面活性剂 0.1～2％，
其余为水；
pH 5.5-7.0。
其中，所述的γ-聚谷氨酸为γ-聚谷氨酸纯品、或γ-聚谷氨酸溶液、或γ-聚谷氨酸盐纯品、或含有γ-聚谷氨酸的发酵培养物、或含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂，优选γ-聚谷氨酸溶液。γ-聚谷氨酸优选的质量分数为2～4％。γ-聚谷氨酸盐纯品、含有γ-聚谷氨酸的发酵培养物、含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂的用量以其中所含的γ-聚谷氨酸计，γ-聚谷氨酸的平均分子量为10～2000道尔顿。其中，所述的γ-聚谷氨酸溶液按如下方法制备得到：微生物发酵产生γ-聚谷氨酸，发酵结束后的发酵液，先用硫酸调发酵液pH为2～4，加0.1～2.5％的硅藻土搅拌均匀，经板框压滤除菌，再用30～40％NaOH回调pH至6.0～8.0即可得到所需求的γ-聚谷氨酸溶液。其中，在γ-聚谷氨酸溶液中，γ-聚谷氨酸的含量为2～6％。但本发明不局限于上述γ-聚谷氨酸溶液的制作方法，通过现有的任何γ-聚谷氨酸生产菌株，任何现有的发酵方法制备得到的γ-聚谷氨酸，再经过滤除菌、得到的产品都可以用作γ-聚谷氨酸溶液。
其中，所述的脲酶抑制剂为氢醌或N-丁基硫代磷酰三胺，优选氢醌。脲酶抑制剂优选的质量分数为2～4％。
其中，所述的有机酸为柠檬酸和酒石酸中的任意一种或两种的混合物。有机酸优选的质量分数为0.1～2％。
其中，所述的成膜剂为聚乙烯醇、淀粉和阿拉伯树胶中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。成膜剂优选的质量分数为0.1～2％。
其中，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸中的任意一种或两种的混合物。表面活性剂优选的质量分数为0.1～1％。
其中，所述的包膜缓释液的质量占尿素颗粒质量的0.1～0.5％。
上述含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素的制备方法，在反应器中加入配方量的水，加热至50～60℃，加入配方量的脲酶抑制剂，混匀，再加入配方量的有机酸、成膜剂和表面活性剂，混匀，最后加入配方量的γ-聚谷氨酸搅拌至溶解，调节pH 5.5～7.0，冷却后，即得包膜缓释液，利用高塔造粒系统将包膜缓释液喷涂在尿素颗粒表面，干燥即得。
其中，用高塔造粒系统将包膜缓释液喷涂在尿素表面制备含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素的具体方法如下：在0.35-0.65MPa空气压力下，将包膜缓释液由存储罐经流量计吸入喷射器，使其与压缩空气混合雾化后由尿素造粒塔内下部1/4处的3个喷射器喷入造粒塔内，雾化后的包膜缓释液与下落的尿素颗粒充分接触，在尿素表面成膜，借助尿素的余热(尿素在132.7℃熔化，它在形成颗粒下落的过程中还有余热)，将包膜层的水分蒸发掉，尿素颗粒外层干固，即可获得含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素。
本发明的有益效果：
1、本发明的高效包膜缓释液基本组分中的γ-聚谷氨酸，不但具有保护根毛的功能，更能有效的提高肥料的溶解、存储、输送与吸收。阻止硫酸盐、磷酸盐、草酸盐与金属元素产生沉淀作用，使作物能更有效的吸收土壤中微量元素。
2、本发明肥料中同时添加γ-聚谷氨酸与脲酶抑制剂，使γ-聚谷氨酸与脲酶抑制剂作用互补，γ-聚谷氨酸具有包膜、螯合尿素和脲酶抑制剂的作用，延长脲酶抑制剂的作用时间，减少尿素的水解，减少氨的挥发损失，可以实现一次性施肥不用追肥，农业生产中省工省时，同时还能大幅提高作物产量。
3、本发明中的γ-聚谷氨酸与脲酶抑制剂会产生一种协同作用，γ-聚谷氨酸生物大分子可以螯合吸附脲酶抑制剂和尿素肥料，使二者不易发生分离，同时还会在二者表面形成一层保护膜，改善土壤微生物区系，提高土壤质量。
4、本发明对缓释尿素的加工而言，设备投资少，生产工艺简单，操作方便，易于实现，投资回报率高，市场需求潜力大、前景好，是绿色环保的新产品，是肥料发展的新方向。
5、γ-聚谷氨酸是纯生物发酵而成，不会对环境造成任何污染，其中含有氮、磷、钾等各种元素及植物生长调节剂，因此同时起到了营养、生理调节的作用，增强作物抗逆能力，有利于作物的生长。
6、缓释效果好，尿素缓慢放出植物可吸收的氮营养，不产生烧苗现象，本发明的高效缓释尿素可以延长尿素肥效期70天左右，肥效期可达120天以上。
7、能够改善作物品质，本发明中的γ-聚谷氨酸可以提高瓜果的糖分含量，增加蔬菜中的VC含量，降低硝酸盐在农产品中的积累，提高了作物品质。
附图说明
图1为水稻不同取样期土壤脲酶活性的变化。
图2为不同尿素对水稻产量的影响。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
以下实施例所使用的高塔造粒系统购自于潍坊鑫福复合肥设备制造有限公司。
实施例1：适用于水稻的缓释尿素。
1.包膜缓释液由以下质量百分含量的物质组成：
γ-聚谷氨酸2.5％，氢醌3.0％，柠檬酸0.1％，聚乙烯醇0.2％，阿拉伯树胶0.2％，十二烷基苯磺酸钠0.2％，其余为水，pH 6.5。
2.包膜缓释液的制备：在反应器中加入配方量的水，开动搅拌，加热至水温达到60℃，加入配方量的氢醌，搅拌8min，再加入配方量的柠檬酸、聚乙烯醇、阿拉伯树胶、十二烷基苯磺酸钠，搅拌10min，最后加入配方量的γ-聚谷氨酸搅拌至全部溶解，调节pH 6.5，冷却后转至储存罐备用。
3.缓释尿素的制备：在0.60MPa空气压力下，将包膜缓释液由存储罐经流量计吸入喷射器，使其与压缩空气混合雾化后由尿素造粒塔内下部1/4处的3个喷射器喷入造粒塔内，雾化后的包膜缓释液与下落的尿素颗粒充分接触，在尿素表面成膜，借助尿素的余热，将包膜层的水分蒸发掉，尿素颗粒外层干固，即可获得含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，其中包膜缓释液喷出质量占尿素质量的0.5％。
实施例2：适用于番茄的缓释尿素。
1.包膜缓释液由以下质量百分含量的物质组成：
γ-聚谷氨酸3％，氢醌3.0％，柠檬酸1％，阿拉伯树胶0.5％，十二烷基苯磺酸钠0.4％，其余为水，pH 6.8。
2.包膜缓释液的制备：在反应器中加入配方量的水，开动搅拌，加热至水温达到55℃，加入配方量的氢醌，搅拌10min，再加入配方量的柠檬酸、阿拉伯树胶、十二烷基苯磺酸钠，搅拌10min，最后加入配方量的γ-聚谷氨酸搅拌至全部溶解，调节pH 6.8，冷却后转至储存罐备用。
3.缓释尿素的制备：在0.55MPa空气压力下，将包膜缓释液由存储罐经流量计吸入喷射器，使其与压缩空气混合雾化后由尿素造粒塔内下部1/4处的3个喷射器喷入造粒塔内，雾化后的包膜缓释液与下落的尿素颗粒充分接触，在尿素表面成膜，借助尿素的余热，将包膜层的水分蒸发掉，尿素颗粒外层干固，即可获得含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，其中包膜缓释液喷出量占尿素质量的0.5％。
实施例3：适用于柑橘的缓释尿素。
1.包膜缓释液由以下质量百分含量的物质组成：
γ-聚谷氨酸3.5％，氢醌2.5％，柠檬酸0.5％，酒石酸0.2％，阿拉伯树胶0.5％，十二烷基苯磺酸钠0.7％，其余为水，pH 6.8。
2.包膜缓释液的制备：在反应器中加入配方量的水，开动搅拌，加热至水温达到50℃，加入配方量的氢醌，搅拌10min，再加入配方量的柠檬酸、酒石酸、阿拉伯树胶、十二烷基苯磺酸钠，搅拌10min，最后加入配方量的γ-聚谷氨酸搅拌至全部溶解，调节pH 6.5，冷却后转至储存罐备用。
3.缓释尿素的制备：在0.50MPa空气压力下，将包膜缓释液由存储罐经流量计吸入喷射器，使其与压缩空气混合雾化后由尿素造粒塔内下部1/4处的3个喷射器喷入造粒塔内，雾化后的包膜缓释液与下落的尿素颗粒充分接触，在尿素表面成膜，借助尿素的余热，将包膜层的水分蒸发掉，尿素颗粒外层干固，即可获得含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，其中包膜缓释液喷出量占尿素质量的0.4％。
实施例4：适用于小麦的缓释尿素。
由γ-聚谷氨酸3％(质量百分含量，以下相同)，氢醌2％，酒石酸0.3％，淀粉0.5％，十二烷基苯磺酸钠0.2％，其余为水，调节pH至6.5，将上述包膜缓释液经高塔造粒系统喷涂在尿素表面制成了适于小麦的缓释尿素，其中包膜缓释液喷出质量占尿素质量的0.6％。
为了研究本产品对土壤脲酶和小麦的产量的影响，我们还加工了下面两种肥料作为对照，(1)由γ-聚谷氨酸3％，酒石酸0.3％，淀粉0.5％，十二烷基苯磺酸钠0.2％，其余为水，调节pH至6.5，将上述包膜缓释液经高塔造粒系统喷涂在尿素表面制成的尿素A，其中包膜缓释液喷出质量占尿素质量的0.6％；(2)由氢醌2％，酒石酸0.3％，淀粉0.5％，十二烷基苯磺酸钠0.2％，其余为水，调节pH至6.5，将上述包膜缓释液经高塔造粒系统喷涂在尿素表面制成的尿素B，其中包膜缓释液喷出质量占尿素质量的0.6％。
试验于2011年6月20日至2011年11月10日在江苏省句容市土肥站科研基地进行，供试品种为：镇稻10号。试验设4个处理，4次重复，共16个小区，小区长5m，宽4m，小区面积20m2，四周设保护行，随即区组排列。所有处理用N量为15kg/亩，磷肥用过磷酸钙(含P2O5，12％)，亩用量50kg；钾肥用硫酸钾(含K2O，50％)，亩用量20kg。试验设计：(1)普通尿素(N 46％)基施，即为试验对照CK；(2)尿素A基施；(3)尿素B基施；(4)γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂包膜的缓释尿素(即本发明的缓释尿素)。
由图1可知，单独使用γ-PGA对抑制土壤脲酶的活性的影响不大，单独使用尿酶抑制剂氢醌对土壤脲酶的活性影响也不是很大，但是当γ-PGA与氢醌在一起与尿素造粒时可以明显降低脲酶的活性，并且对脲酶活性的抑制可以持续整个水稻的生长周期，由图2可以看出当γ-PGA与氢醌共同存在时水稻的产量明显高于单独使用其中的一种，因此γ-PGA与氢醌存在协同作用，推测可能原因是γ-PGA是生物大分子具有很强的螯合包裹能力，可以包裹脲酶抑制剂氢醌，防止氢醌的流失，延长尿素水解时间，从而提高了氮肥的利用率，提高了水稻产量。
实施例5：适用于茶叶的缓释尿素。
由γ-聚谷氨酸4％(质量百分含量，以下相同)，氢醌4％，酒石酸0.3％，阿拉伯树胶1.2％，十二烷基苯磺酸钠0.8％，其余为水，调节pH至6.0，将上述包膜缓释液经高塔造粒系统喷涂在尿素表面制成了适于茶叶的缓释尿素，其中包膜缓释液喷出质量占尿素质量的0.2％。
为了研究本产品对小区茶叶品质的影响，我们还加工了下面两种肥料作为对照，(1)由γ-聚谷氨酸4％，酒石酸0.3％，阿拉伯树胶1.2％，十二烷基苯磺酸钠0.8％，其余为水，调节pH至6.0，将包膜缓释液经高塔造粒系统喷涂在尿素表面制成了尿素A，其中包膜缓释液喷出质量占尿素质量的0.2％；(2)由氢醌4％，酒石酸0.3％，阿拉伯树胶1.2％，十二烷基苯磺酸钠0.8％，其余为水，调节pH至6.0，将包膜缓释液经高塔造粒系统喷涂在尿素表面制成了尿素B，其中包膜缓释液喷出质量占尿素质量的0.2％。
试验于2011年2月10日至2011年5月20日在江苏省茶叶研究所进行。试验设4个处理，4次重复，共16个小区，小区长20m，宽1m，小区面积20m2，四周设保护行，随即区组排列。所有处理用N量为10kg/亩，磷肥用过磷酸钙(含P2O5，12％)，亩用量40kg；钾肥用硫酸钾(含K2O，50％)，亩用量15kg。试验设计：(1)普通尿素(N46％)基施，即为试验对照CK；(2)尿素A基施；(3)尿素B基施；(4)γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂包膜的缓释尿素(即本发明的缓释尿素)。2011年2月10日施肥，2011年4月15日至2011年5月20日采茶。
表1γ-聚谷氨酸对秋茶游离氨基酸含量的影响
注：同一列不同小写英文字母表示差异显著，α＝0.05，n＝4。
游离氨基酸是影响茶叶色、香味的重要化学成分。与对照相比，γ-PGA和脲酶抑制剂组合型尿素可以显著提高春茶中的游离氨基酸41.6％，提高效果远远超过单独使用两种成分中的一种，说明γ-PGA和脲酶抑制剂存在协同作用，二者共同存在时对提高茶叶质量效果更好。
实施例6：
由γ-聚谷氨酸1％(质量百分含量，以下相同)，N-丁基硫代磷酰三胺2％，酒石酸2％，阿拉伯树胶0.1％，硬脂酸0.1％，其余为水，调节pH至5.5，将上述包膜缓释液经高塔造粒系统喷涂在尿素表面制成了适于茶叶的缓释尿素，其中包膜缓释液喷出质量占尿素质量的0.1％。
实施例7：
由γ-聚谷氨酸1％(质量百分含量，以下相同)，N-丁基硫代磷酰三胺1％，酒石酸0.1％，阿拉伯树胶2％，硬脂酸1％，其余为水，调节pH至7.0，将上述包膜缓释液经高塔造粒系统喷涂在尿素表面制成了适于茶叶的缓释尿素，其中包膜缓释液喷出质量占尿素质量的0.2％。
实施例8：
由γ-聚谷氨酸1％(质量百分含量，以下相同)，N-丁基硫代磷酰三胺1％，酒石酸3％，阿拉伯树胶0.05％，硬脂酸0.1％，其余为水，调节pH至7.0，将上述包膜缓释液经高塔造粒系统喷涂在尿素表面制成了适于茶叶的缓释尿素，其中包膜缓释液喷出质量占尿素质量的0.2％。
实施例9：
由γ-聚谷氨酸1％(质量百分含量，以下相同)，N-丁基硫代磷酰三胺1％，酒石酸3％，阿拉伯树胶2％，硬脂酸2％，其余为水，调节pH至7.0，将上述包膜缓释液经高塔造粒系统喷涂在尿素表面制成了适于茶叶的缓释尿素，其中包膜缓释液喷出质量占尿素质量的0.2％。
Claims (9)
1.一种含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，其特征在于，它是由包膜缓释液喷涂在尿素颗粒外表面烘干制得，所述的包膜缓释液含有γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂。
2.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，其特征在于，所述的包膜缓释液包括如下质量百分比的组分：
γ-聚谷氨酸 1～4％，
脲酶抑制剂 1～4％，
有机酸 0.1-3％，
成膜剂 0.05～2％，
表面活性剂 0.1～2％，
其余为水；
pH 5.5-7.0。
3.根据权利要求1或2所述的含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，其特征在于，所述的γ-聚谷氨酸为γ-聚谷氨酸纯品、或γ-聚谷氨酸溶液、或γ-聚谷氨酸盐纯品、或含有γ-聚谷氨酸的发酵培养物、或含有γ-聚谷氨酸的可湿性粉剂。
4.根据权利要求1或2所述的含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，其特征在于，所述的脲酶抑制剂为氢醌或N-丁基硫代磷酰三胺。
5.根据权利要求1或2所述的含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，其特征在于，所述的有机酸为柠檬酸和酒石酸中的任意一种或两种的混合物。
6.根据权利要求1或2所述的含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，其特征在于，所述的成膜剂为聚乙烯醇、淀粉和阿拉伯树胶中的任意一种或两种以上任意比例的混合物。
7.根据权利要求1或2所述的含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，其特征在于，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸中的任意一种或两种的混合物。
8.根据权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素，其特征在于，所述的包膜缓释液的质量占尿素颗粒质量的0.1～0.5％。
9.权利要求1所述的含γ-聚谷氨酸和脲酶抑制剂的缓释尿素的制备方法，其特征在于，在反应器中加入配方量的水，加热至50～60℃，加入配方量的脲酶抑制剂，混匀，再加入配方量的有机酸、成膜剂和表面活性剂，混匀，最后加入配方量的γ-聚谷氨酸搅拌至溶解，调节pH 5.5～7.0，冷却后，即得包膜缓释液，利用高塔造粒系统将包膜缓释液喷涂在尿素颗粒表面，干燥即得。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 210000 Building 10, Building A, Phase I, Zhongdan Life Science Industrial Park, 3-1 Xinjinhu Road, Jiangbei New District, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee after: Nanjing xuankai Biotechnology Co.,Ltd. Patentee after: Nanjing Tech University Address before: 509-5 room 15, building 210029, hi tech Development Zone, Jiangsu, Nanjing Patentee before: NANJING SHINEKING BIOTECH Co.,Ltd. Patentee before: Nanjing Tech University |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131016 Termination date: 20210217 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |