CN103145496B - 一种生物酶解法制备海藻植物营养生长调节剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物酶解法制备海藻植物营养生长调节剂的方法。该方法包括将鲜海藻或干海藻预处理并粉碎为海藻浆，分别用纤维素酶、木瓜蛋白酶、果胶酶进行一级、二级、三级酶解，每一级的酶解温度50-55℃、酶解4-6小时；酶解结束后将酶解液过滤、浓缩，使其密度达到1.2-1.3克/立方厘米，即得。本发明的产品作为植物生长调节剂应用，本发明的方法无污染，提高了海藻素的活性及稳定性，能显著提高施用作物的产量。

Description

一种生物酶解法制备海藻植物营养生长调节剂的方法

技术领域

本发明涉及一种生物酶解法制备海藻植物营养生长调节剂的方法，属于生物技术与植物营养技术领域。

背景技术

中国为农业大国，化学肥料的使用量居世界首位，特别是近十年来中国的化学肥料大量投入，造成土壤板结恶化程度越来越严重，农作物产量、品质却反而降低，大量的化肥造成资源浪费和环境污染的加剧，与国际低碳、环保农业的差距越来越大，因此而带来的农产品残留问题已经威胁到人类的健康，中国农产品正遭受国际绿色、有机农业的重重壁垒，要从根本上解决中国农业大投入、少产出的不可持续性问题，关键措施在于提高肥料的利用率、提高植物对营养的吸收速率和抗逆性能。

中国是一个人口大国，随着全球大气环境的恶变，近几年中国的水资源缺乏，我国有4.2亿亩的耕地属于旱作区和半旱作区，普通的化肥和一般的水溶肥料对改变上述的农业问题针对性不强。根据国家“十二五”期间农业发展规划，发展低碳、环保、可持续性发展农业之要求研制新型植物营养调节剂，达到减少化肥投入，提高作物产量、降低环境恶化、提高农作物品质和安全成为亟待解决的技术难题。生物酶解技术生产海藻植物营养调节剂就是利用我国丰富的海藻资源，国家“蓝色海洋经济”发展规划引导高科技的生物技术向海洋要效益。CN1669441A(CN200510038823.4)提供了一种海藻作为植物生长调节剂的新用途，其特征在于：将大型海藻中江蓠属和马尾藻属中的一种或多种的全藻、藻粉或植物生长激动素提取物作为植物生长调节剂，在苗木培植、果树栽培以及实验室植物培育中的应用。本发明江蓠属和马尾藻属海藻中蕴含着大量的细胞激动素、植物生长素、类植物生长素、甜菜碱、吲哚乙酸等天然活性成分。这些成分易于被植物吸收，确实能促进植物快速、正常地生长、成熟，作为植物生长调节剂以直接填埋在植物根底、对植物进行包根、拌土或在植物根部平铺等方式，可在对环境没有污染、不改变植物生长机制的前提下缩短植物生长、成熟、开花、结果的时间。此外，这些海藻容易养殖，成本较低，可以大面积推广应用。

根据联合国粮农组织的统计，我国的海藻产量居世界第一，占世界总产量的65.7%，欧洲国家的海藻产量仅占全球产量的9%，但是国际市场上80%优质高端海藻肥产品均来自欧洲国家。而我国对海藻肥的研究起步晚、起点低，大部分海藻肥产品还是海藻化工企业迫于环保的压力利用废弃液体而开发出来的产品，简单的将废弃液体与化学肥料溶解混合，仅仅是化肥形态的改变，而采用海藻化工企业的酸碱法工艺生产的海藻肥，在强酸、强碱、高温、高压条件下又破坏了海藻中丰富的类细胞分裂素、维生素、氨基酸等高活性物质，而这些物质对提高陆地作物抗逆性能（抗旱、抗病、防冻、抗病毒）有极强的促进作用。

CN102391030A(CN201110231819.5上海理工大学)公开了一种有机海藻肥及其作为高效植物生长调节剂的应用。所述的海藻肥即将鲜海带化工中的海藻渣或鲜海带化工中的海藻渣与麦麸、秸秆、中药渣、果渣、活性污泥或酒糟中的一种或几种混合物的复配物，进行堆肥微好氧发酵而成的有机海藻肥。所用的菌种为细菌、酵母菌、真菌和放线菌中的一种或多种菌的混合；所述的海藻工业废渣为以鲜海带为原料生产褐藻酸钠、碘、甘露醇及褐藻胶过程中产生的鲜海带化工中的海藻渣的一种或几种复合物。堆肥微好氧发酵过程中，翻堆通氧，2～10h后保证培养基内的缺氧状态，发酵18～26天，待堆温自然降至室温后，进行日晒干燥，最终得有机海藻肥；可作为植物生长调节剂使用。但是该专利的还是以海藻化工企业的废弃物为初始原料，并掺入大量其他废渣，所得海藻肥的天然海藻活性成分少，营养不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种生物酶解法制备海藻植物营养生长调节剂的方法。

术语解释：

本发明所述海藻原料为红藻门江蓠属的龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)；褐藻门海带属的海带（Laminaria japonica Aresc）；褐藻门裙带菜属的裙带菜（Undaria pinnatifida）；褐藻门马尾藻属的海蒿子(Sargassum pallidum）；可选用其中的1种或几种，鲜品或干品均可。

本发明的技术方案如下：

一种海藻植物营养生长调节剂的制备方法，包括步骤如下：

(1)原料预处理

鲜海藻：将新鲜海藻用淡水冲洗、浸泡，去除沙子和盐分，然后粉碎成海藻浆；或/和

干海藻：用蒸汽对干海藻进行软化处理20-30min，再用清水浸泡3-4h，去除沙子和盐分，然后粉碎成海藻浆。

(2)一级酶解

将海藻浆加入酶解罐，调节pH6.0-7.0，并加温至50-55℃,加入酶活为16万～140万U/g的纤维素酶,加酶量0.8～3.0%质量比，搅拌均匀,保温50-55℃，酶解时间4～6h；

(3)二级酶解

将步骤（2）制得的一级酶解海藻浆调节pH6.0-7.0，并加温至50-55℃，加入酶活为60万～80万U/g的木瓜蛋白酶进行二级酶解，加酶量0.1～0.5%质量比，搅拌均匀,保温50-55℃，酶解时间4-6h。

（4）三级酶解

将步骤（3）制得的二级酶解海藻浆调节pH3.5-6.0，并加温至50-55℃，加入酶活为3万～6万U/ml液体果胶酶进行三级酶解，加酶量2.0～5.0%质量比，搅拌均匀,保温50-55℃，酶解时间4-6h。得酶解液；

(5)过滤

酶解结束后，将酶解液调节pH7.0，并加入板框压滤机过滤，分离残渣，取清液减压浓缩至密度1.2-1.3克/立方厘米，30°C测定，得海藻植物营养生长调节剂。

根据本发明优选的，步骤（5）中分离出的残渣，晾干后作为海藻有机肥原料再利用。

根据本发明优选的，步骤（5）制得的海藻植物营养生长调节剂分装在250ml-1000ml的塑料瓶中，作为成品包装。

根据本发明优选的，步骤（2）-（4）中，按质量百分比，酶的添加量分别为：纤维素酶1～2%；木瓜蛋白酶0.1%-0.3%；果胶酶3.0-4.0%。

根据本发明优选的，步骤（1）中所述的粉碎成海藻浆是指将大型海藻粉碎成粒度直径小于3mm的海藻。

根据本发明优选的，所述海藻原料优选海带或裙带菜。

本发明中纤维素酶、木瓜蛋白酶先加适量水溶解后再加入海藻浆中。纤维素酶、木瓜蛋白酶、果胶酶的加量均以海藻浆重量为基数计。

本发明的方法中先通过纤维素酶一级酶解使得海藻纤维素基本破解，再用木瓜蛋白酶二级酶解使得海藻蛋白质基本破解；最后采用果胶酶待海藻浆基本破解完全停止酶解。本发明的方法只通过分级酶解的方法使细胞壁破碎内容物释放，极大的保留了海藻天然的活性成分，集营养成分、抗生物质、植物激素于一体。

本发明的有益效果：

1、本发明所采用的原料不受季节和地域的限制，在没有新鲜海藻的季节和地区可以采用干海藻，特别优选使用我国产量大的海带，生产企业选址灵活，生产过程低耗能、无排放。

2、本发明的产品是具有一定抗逆能力的海藻植物营养生长调节剂，适用于各种植物，产品呈中性，可以与非强碱性农药混合使用，使用省工、方便经济。

3、本发明采用的生物酶无任何副作用,成本较低,工艺简单，适用于各种地域环境的企业。

4、本发明的产品是非常适合国家高效、生态农业之要求，生产过程基本不需要耗费能源和水资源，无任何废弃物对环境造成二次污染，是目前化学方法制备海藻类肥料产品的升级换代产品。

5、本发明利用海藻原料制备的海藻植物营养生长调节剂不仅具有增加作物产量、提高作物品质的功能，同时可以提高植物吸收营养的能力，减少化学肥料的流失，达到化肥投入减量不减产、提高农产品价值。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例中所有的各种酶均为市购产品,纤维素酶活性16万U/g、140万U/g选自湖州来色生物基因工程有限公司;木瓜蛋白酶活性60万U/g、80万U/g选自南宁赛普特生物科技有限公司;液态果胶酶活性3万U/ml、5万U/ml、6万U/ml选自山东隆大生物工程有限公司。

实施例1、原料：干海带（人工养殖）

将干海带去掉沙子和杂质，用蒸汽将海带蒸煮20-30min，使海带软化；然后添加淡水浸泡已软化的海带3h。添加淡水的比例为干海带与淡水之比为1：5。浸泡结束后，用淡水将已复水的海带冲洗干净，再用粉碎机将已复水冲洗干净的海带粉碎成粒度直径小于3mm海带浆。

称取200kg海带浆加入酶解罐，调制pH6.0-7.0，升温并保温50-55℃，加入已事先溶解好的酶活性140万U/g的纤维素酶1600g，搅拌均匀，进入一级酶解。搅拌、酶解5h，停止搅拌，进入二级酶解。二级酶解时调制pH6.0-7.0，升温并保温50-55°C，加入已溶解的活性为80万U/g的木瓜蛋白酶400克，搅拌均匀，搅拌、酶解5h，停止搅拌，进入三级酶解。三级酶解调制pH3.5-6.0，升温并保温50-55°C，加入活性为5万U/ml的液态果胶酶6000ml，搅拌均匀，搅拌、酶解5h，停止搅拌。把经三级酶解后的海带浆液体调制pH7.0并加入半框压滤机过滤，取得清液，剩余残渣晾干可以作为有机肥的原料。

将酶解的海带浆清液用减压浓缩蒸发器进行浓缩，不断用比重计检测比重，当比重达到1.2克/立方厘米（30°C测定）时即得海藻植物营养生长调节剂。分装在750ml的塑料瓶中。

实施例2、原料：鲜海带（人工养殖）

将新鲜海带用淡水冲洗、浸泡，去除沙子和盐分，然后称取200kg粉碎成粒度直径小于3mm的海带浆。将海带浆加入酶解罐，调制pH6.0-7.0，升温并保温50-55℃，加入已溶解好的酶活性为16万U/g的纤维素酶6000g，搅拌均匀,进入一级酶解。搅拌、酶解6h，停止搅拌，进入二级酶解。二级酶解时调节pH6.0-7.0，升温并保温50-55°C，加入已溶解的活性为600000U/g的木瓜蛋白酶600克，搅拌均匀，搅拌、酶解4h，停止搅拌，进入三级酶解。三级酶解调制pH3.5-6.0，升温并保温50-55°C，加入活性为6万U/ml的液态果胶酶4000ml，搅拌均匀，搅拌、酶解4h，停止搅拌。把经三级酶解后的海带浆液体调制pH7.0并加入半框压滤机过滤，取得清液，剩余残渣晾干可以作为有机肥的原料。将酶解的海带浆清液用减压浓缩蒸发器进行浓缩，不断用比重计检查比重，当比重达到1.3克/立方厘米时即可，制得的浓缩液体即为海藻植物营养生长调节剂；分装在1000ml的塑料瓶中。

实施例3、原料：鲜裙带菜

将人工养殖的新鲜裙带菜用淡水冲洗、浸泡，去除沙子和盐分，然后称取200kg粉碎成粒度直径小于3mm的裙带菜浆。将裙带菜浆加入酶解罐，调制pH6.0-7.0，升温并保温50-55℃，加入已溶解活性140万U/g的纤维素酶2000g，搅拌均匀,进入一级酶解。搅拌、酶解4h，停止搅拌，进入二级酶解。二级酶解时调制pH6.0-7.0，升温并保温50-55°C，加入已溶化的活性为80万U/g的木瓜蛋白酶200克，搅拌均匀，搅拌、酶解6h,停止搅拌，进入三级酶解。三级酶解调制pH3.5-6.0，升温并保温50-55°C，加入活性为3万U/ml的液态果胶酶8000ml，搅拌均匀，搅拌、酶解6h，停止搅拌。把经三级酶解后的裙带菜浆液体调制pH7.0并加入半框压滤机过滤，取得清液，剩余残渣晾干可以作为有机肥的原料。将酶解的裙带菜清液用减压浓缩蒸发器进行浓缩，不断用比重计检查比重，当比重达到1.2克/立方厘米时即可，所得浓缩液体即为海藻植物营养生长调节剂。分装在500ml的塑料瓶中。

实施例4、原料：干海带、干裙带菜、干龙须菜、干海蒿子

将干海带、干裙带菜、干龙须菜、干海蒿子去掉沙子和杂质分别称重计量，其配比按组分质量计为1:1:1:1，用蒸汽将海藻蒸煮20-30min，使干海藻软化；然后添加淡水浸泡已软化的干海藻4h。添加淡水的比例为干海藻与淡水之比为1:5。浸泡结束后，用淡水将已复水的海藻冲洗干净，再用粉碎机将已复水冲洗干净的海藻粉碎成粒度直径小于3mm的海藻浆。

称取200kg上述的海藻浆加入酶解罐，调制pH6.0-7.0，升温并保温50-55℃，加入已溶解的活性140万U/g的纤维素酶1600g，搅拌均匀，进入一级酶解。搅拌、酶解6h，停止搅拌，进入二级酶解。二级酶解时调制pH6.0-7.0，升温并保温50-55°C，加入已溶化的活性为80万U/g的木瓜蛋白酶400克，搅拌均匀，搅拌、酶解6h，停止搅拌，进入三级酶解。三级酶解调制pH3.5-6.0，升温并保温50-55°C，加入活性为5万U/ml的液态果胶酶6000ml，搅拌均匀，搅拌、酶解6h，停止搅拌。把经三级酶解后的海藻浆液体调制pH7.0并加入半框压滤机过滤，取得清液，剩余残渣晾干可以作为有机肥的原料。将酶解的海藻浆清液用减压浓缩蒸发器进行浓缩，不断用比重计检查比重，当比重达到1.3克/立方厘米时即可，取得浓缩液体即为海藻植物营养生长调节剂；分装在500ml的塑料瓶中。

田间肥效试验情况

自2011年9月起，在山东地区的多种作物上，以当地农民使用的腐植酸植物营养生长调节剂作对照，对本发明的海藻植物营养生长调节剂进行了等价肥效试验，即试验采用的本发明肥料和对照肥料的价值相等。

一、海藻植物营养生长调节剂在小麦上的试验效果

1、试验材料和方法

试验地点：济南市济阳县崔寨乡，

试验时间：2011年9月-2012年6月，

供试品种：鲁麦17，

供试肥料：实施例1的海藻植物营养生长调节剂，对照肥为腐植酸植物营养生长调节剂；

施肥方式：喷施，在麦苗返青期、抽穗前各喷一次。

田间管理：常规管理。

土壤类型：潮土；有机质：0.96%；碱解氮：57.3mg/Kg；速效磷：26.2mg/Kg；速效钾103.6mg/Kg。

2、试验设计

试验设2个处理，3次重复，小区面积18平方米，小区随机排列。

3、海藻植物营养生长调节剂对小麦产量的影响

从试验田观察，施用本发明产品的小区，小麦春季分蘖多，较整齐，长势稳，后期落黄较好，收获后对产量的影响为：对照肥试验田平均291公斤/666.7平方米，海藻植物营养生长调节剂试验田平均332公斤/666.7平方米，增产13.4%。

二、海藻植物营养生长调节剂在油菜上的试验效果

1、试验材料和方法

试验地点：青州市何官镇，

试验时间：2012年3月-2012年4月，

试验品种：上海青油菜，

供试肥料：实施例2的海藻植物营养生长调节剂，对照肥为腐植酸植物营养生长调节剂；

施肥方式：苗期喷施一次，浇施一次；田间管理：同常规。

供试大棚：大棚棚龄2年，

供试大棚土壤的基本情况：

土壤类型：潮土；有机质：0.92%；碱解氮：71mg/Kg；速效磷：16.3mg/Kg；速效钾112mg/Kg。

2、试验设计

试验设2个处理，3次重复，小区面积6平方米，小区随机排列。

3、海藻植物营养生长调节剂对油菜产量的影响

试验油菜从大棚内观察，使用本发明海藻植物营养生长调节剂的小区，油菜长势明显高于对照，主要表现为叶片增多，叶片肥厚，根系发达，新根多，收获后对产量的影响为：对照肥试验田平均1.56公斤/平方米，海藻植物营养生长调节剂试验田平均2.12公斤/平方米，增产35.9%。

三、海藻植物营养生长调节剂在西红柿上的试验效果

1、试验材料和方法

试验地点：商河县郑路镇，

试验时间：2012年2月-2012年5月，

试验品种：状元王西红柿，

供试肥料：实施例3的海藻植物营养生长调节剂，对照肥腐植酸植物营养生长调节剂；

施肥方式：苗期喷施一次，花期灌根二次。田间管理：同常规。

供试大棚：大棚棚龄3年，

供试大棚土壤的基本情况：

土壤类型：潮土；有机质：0.96%；碱解氮：72.3mg/Kg；速效磷：22.6mg/Kg；速效钾108mg/Kg。

2、试验设计

试验设2个处理，3次重复,小区面积12平方米,小区西红柿株数60株,小区随机排列。

3、海藻植物营养生长调节剂对西红柿产量的影响

从试验大棚内观察，使用本发明的海藻植物营养生长调节剂的西红柿根系发达，开花早，开花数量是对照肥的3倍以上，单果重量较对照肥提高9%以上。收获后对产量的影响为：对照肥试验田平均7.35公斤/平方米，海藻植物营养生长调节剂肥料平均8.92公斤/平方米，增产21.36%。

4、海藻植物营养生长调节剂对西红柿品质的影响

从试验西红柿中取样，品尝口感发现，试用本发明的海藻植物营养生长调节剂的西红柿颜色鲜红，个大，成熟度好，甜酸可口，而施用对照肥的西红柿口感较酸。取样对西红柿总酸、维生素C、总糖进行检验发现：对照肥组：总酸0.46%，维生素C14.3mg/100g,总糖3.15%；海藻植物营养生长调节剂组：总酸0.42%，维生素C15.8mg/100g,总糖3.63%。

四、海藻植物营养生长调节剂在菠菜上的试验效果

1、试验材料和方法

试验地点：青州市口埠镇，

试验时间：2012年3月-2012年4月，

试验品种：春秋大叶，

供试肥料：实施例4的海藻植物营养生长调节剂，对照肥为腐植酸植物营养生长调节剂；

施肥方式：苗期浇施一次，喷施一次。田间管理：同常规。

供试大棚：大棚棚龄3年，

供试大棚土壤的基本情况：

土壤类型：潮土；有机质：1.03%；碱解氮：75mg/Kg；速效磷：15.7mg/Kg；速效钾108mg/Kg。

2、试验设计

试验设2个处理，3次重复，小区面积6平方米，小区随机排列。

3、海藻植物营养生长调节剂对菠菜产量的影响

试验菠菜从大棚内观察，使用本发明海藻植物营养生长调节剂的小区，菠菜长势明显高于对照，主要表现为叶片增大，叶片肥厚，根系发达，新根多，收获后对产量的影响为：对照肥试验田平均1.49公斤/平方米，海藻植物营养生长调节剂试验田平均2.03公斤/平方米，增产36.24%。

Claims (5)

1.一种海藻植物营养生长调节剂的制备方法，步骤如下：

(1) 原料预处理

鲜海藻：将新鲜海藻用淡水冲洗、浸泡，去除沙子和盐分，然后粉碎成海藻浆；或/和

干海藻：用蒸汽对干海藻进行软化处理20-30min，再用清水浸泡3-4h，去除沙子和盐分，然后粉碎成海藻浆；

(2) 一级酶解

将海藻浆加入酶解罐，调节pH6.0-7.0，并加温至50-55℃,加入酶活为16万~140万U /g的纤维素酶,加酶量0.8~3.0%质量比，搅拌均匀,保温 50-55℃ ，酶解时间4~6h；

 (3) 二级酶解

将步骤（2）制得的一级酶解海藻浆调节pH6.0-7.0，并加温至50-55℃，加入酶活为60万~80万 U/g的木瓜蛋白酶进行二级酶解，加酶量0.1~0.5%质量比，搅拌均匀,保温 50-55 ℃，酶解时间4-6h；

（4）三级酶解

将步骤（3）制得的二级酶解海藻浆调节pH3.5-6.0，并加温至50-55℃，加入酶活为3万~6万 U /mL液体果胶酶进行三级酶解，加酶量2.0~5.0%质量比，搅拌均匀,保温 50-55 ℃，酶解时间4-6h；得酶解液；

(5)过滤

酶解结束后，将酶解液调节pH7.0，并加入板框压滤机过滤，分离残渣，取清液减压浓缩至密度1.2-1.3克/立方厘米，30℃测定，得海藻植物营养生长调节剂；

分离出的残渣，晾干后作为海藻有机肥原料再利用。

2. 根据权利要求1所述的海藻植物营养生长调节剂的制备方法，其特征在于步骤（5）制得的海藻植物营养生长调节剂分装在250mL-1000mL的塑料瓶中，作为成品包装。

3.根据权利要求1所述的海藻植物营养生长调节剂的制备方法，其特征在于步骤（2）-（4）中，按质量百分比，酶的添加量分别为：纤维素酶1~2%；木瓜蛋白酶0.1%-0.3%；果胶酶3.0-4.0%。

4. 根据权利要求1所述的海藻植物营养生长调节剂的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的粉碎成海藻浆是指将大型海藻粉碎成粒度直径小于3mm的海藻。

5. 根据权利要求1所述的海藻植物营养生长调节剂的制备方法，其特征在于所述海藻原料是海带或裙带菜。