CN103304304A - 一种碘化壳寡糖海藻生物肥料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碘化壳寡糖海藻生物肥料的制备方法，步骤如下：(1)壳聚糖的酶解反应：壳聚糖经剪切粉碎后，用非专一性复合酶进行酶解反应，得到分子聚合度在4-8的壳寡糖溶液。(2)壳寡糖的碘化反应：向得到的壳寡糖溶液中以一定的速度加入碘化钾溶液，进行壳寡糖的碘化反应，得到碘化壳寡糖溶液。(3)海藻提取液的螯合反应：取酶解方法制备的海藻提取液，与碘化壳寡糖溶液，按照一定的比例进行螯合反应，复配一定浓度的微量元素，最终得到碘化壳寡糖海藻生物肥料。通过上述方法制备的碘化壳寡糖海藻生物肥料具有明显的促生增产、抗病保健的作用，还兼具强而持久的杀菌作用，无残留无污染，是一种完全环保的“药肥合一”的生物肥料。

Description

一种碘化壳寡糖海藻生物肥料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种碘化壳寡糖海藻生物肥料的制备方法，是一种利用酶解螯合技术制备的绿色、环保、高效的生物肥料的方法。

背景技术

我国农业发展过程中，长期施用化肥和农药，破坏土壤，恶化生态环境，给农业的可持续发展带来了极大的隐患。2006年2月，国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》(以下简称《纲要》)指出“重点开发环保型肥料、农药创制关键技术，专用复混型缓释、控释肥料及施肥技术与相关设备，综合、高效、持久、安全的有害生物综合防治技术，建立有害生物检测预警及防范外来有害生物入侵体系；发展以提高土壤肥力，减少土壤污染、水土流失和退化草场功能恢复为主的生态农业技术”。这为我国肥料及农药的发展指明了研究的方向。

海藻肥做为我国肥料行业新兴的以海藻为主要原料的有机肥料，虽然从一定程度上缓解了化肥的大量施用带来的不良后果，但是，我国目前的海藻肥的生产绝大多数是将海藻进行简单的酸碱处理或提取，添加到肥料的生产过程中，未对其活性成分进行深入的研究，且酸碱处理后，海藻活性成分被大量破坏，难以真正发挥海藻的活性作用。

壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产品，是年产量仅次于纤维素的天然高分子，也是目前已知的在自然界存在的唯一的碱性多糖，具有多种生物活性功能，而且可生物降解，安全无毒，具有良好的生物相容性且化学性质稳定。同大分子壳聚糖相比，壳寡糖具有水溶性好，吸湿保湿性增强，抗菌抑菌作用增加等优点。

生物碘具有杀灭多种真菌、细菌及病毒的功效。但目前，对于壳聚糖和生物碘的应用都主要集中于医药卫生和食品工业，而且均为独立应用，尚未见有关在化肥行业的应用以及结合壳寡糖应用的相关报道，尤其是以碘化壳寡糖为基础，螯合海藻活性成分制备有机环保的生物肥料在国内外尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是利用近海海域丰富的海洋资源，特别是近年来持续爆发的浒苔资源，研究开发一种不但具有明显的促生增产、抗病保健的作用，还兼具强而持久的杀菌作用，并且无残留无污染，完全环保的“药肥双效”生物肥料。

本发明经过严格的科学实验，对壳聚糖的降解方法进行了研究，采用非专一性复合酶对壳聚糖进行降解，得到聚合度在4-8的壳寡糖溶液。在此基础上，研究壳寡糖的成盐反应，以壳寡糖和碘化钾或其他碘助剂为原料，制备碘化壳寡糖。同时，本发明利用我国近海海域丰富的海藻资源，特别是近年来持续爆发的大规模浒苔资源，提取海藻活性成分，与碘化壳聚糖制备技术相结合，复配植物生长必须的微量元素，开发碘化壳寡糖海藻生物肥料。本发明要解决的另一技术问题是，提供碘化壳寡糖海藻生物肥料的制备方法。

本发明是这样实现的，一种碘化壳寡糖海藻生物肥料，它有下属配比的原料制成：

壳聚糖：                        2-10％

非专一性复合酶：                0.02-5％

碘化钾：                        1-10％

海藻提取液：                    25-45％

Cu+Fe+Mn+Zn+B+Mo：              2％～3％

本发明产品的技术指标如下，见表1：

表1产品技术指标

本发明不是上述原材料的简单混合，而是经过生物降解及螯合反应而制备。本发明碘化壳寡糖海藻生物肥料的制备方法如下：

(1)壳聚糖的酶解反应：壳聚糖经剪切粉碎后，加水溶胀，加入比例为0.5-10％的醋酸进行溶解，同时加入比例为0.02-5％的非专一性复合酶，在20-65℃条件下进行酶解反应，反应时间为4-6小时，终止酶解反应，得到分子聚合度在4-8的壳寡糖溶液。

(2)壳寡糖的碘化反应：在0-40℃的条件下，向得到的壳寡糖溶液中以一定的速度加入浓度为0-3mol/L的碘化钾溶液，始终保持溶液澄清，碘化钾溶液的加入量控制在10-50％之间。搅拌反应0.5-3小时，得到碘化壳寡糖溶液。

(3)海藻提取液的螯合反应：取酶解方法制备的海藻提取液，与碘化壳寡糖溶液，按照一定的比例进行螯合反应，反应温度为40-90℃，反应时间为0.5-3小时，加入终浓度为2％-3％的微量元素，最终得到碘化壳寡糖海藻生物肥料。

(4)不同剂型的制备：对酶解方法制备的海藻提取液进行浓缩后，与碘化壳寡糖溶液按照一定的比例进行螯合反应，反应温度为40-90℃，反应时间为0.5-3小时，加入终浓度为2％-3％的微量元素，得到浓缩的碘化壳寡糖海藻生物肥料。将此浓缩的碘化壳寡糖海藻生物肥料通过不同的方法进行干燥，得到不同机型的粉状或者片状的碘化壳寡糖海藻生物肥料。

本发明碘化壳寡糖海藻生物肥料经过酶解、碘化、螯合反应后，跟普通的海藻肥相比具有以下优点：

(1)持久有效的杀菌效力

本发明中的碘化壳寡糖是在将壳聚糖降解为壳寡糖之后经过碘化反应得到的，降解后的壳聚糖不仅水溶性增加，且能稳定生物碘的活性，其本身的抑菌作用也被增强，同时生物碘可以氧化细菌病毒、与蛋白质结合促使其变性，具有极强的碘化和穿透动植物细胞的能力，杀菌力持久。

(2)药肥双效，环保无污染

本发明为了达到肥药双效的作用，将碘化壳寡糖与海藻提取液进行复配。海藻提取液是通过酶解法得到的，富含各种海藻硫酸多糖、氨基酸、维生素，对增加作物抗性，防治病毒性侵害等有明显的效果。目前我国化肥行业在涉及实现杀菌效果时，往往通过添加具有杀菌作用的化学合成物质来实现，这些化学合成物质的残留不但对人体有害，而且破坏土壤，污染环境。本发明杀菌作用强而持久，而且无残留无污染，不但不会污染环境，而且还可以作为土壤消毒剂来使用。

以传统海藻肥为对比，对本发明的碘化壳寡糖海藻生物肥料进行抗菌、增产效果的研究。

研究效果1

采用平板对峙法测试抑菌活性，平板中央接种指示菌菌块，在距离指示菌菌块2.5cm处打孔并注入碘化壳寡糖海藻生物肥料或者传统海藻肥200微升，另一侧不做处理，以供测量空白指示菌半径，10℃-40℃恒温培养1-10d，观察指示菌菌丝生长情况，测量抑菌结果。抑菌结果见表2。

抑制率的计算方法：

抑菌宽度(mm)＝空白侧指示菌半径-注入肥料侧指示菌半径

表2碘化壳寡糖海藻生物肥料抑菌效果表

效果研究2

以番茄为供试作物，常规施肥配合试验肥料的方法测试产品的增产效果。

处理1：常规施肥；2：常规施肥+普通海藻肥；3：常规施肥+本发明碘化壳寡糖海藻生物肥料，各试验组增产结果见表3。

表3碘化壳寡糖海藻生物肥料增产效果表

具体实施方式

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

实施例1

本发明的主要组分包括碘化壳寡糖、海藻提取物及微量元素。本发明中所述的碘化壳寡糖是通过非专一性复合酶对壳聚糖进行酶解后碘化制备而成。本发明为提高海藻提取物的生物活性，通过对不同海藻原料进行水提法、酸法、碱法、微波法和酶法等多个方法的研究及其交叉研究，对提取的活性组分进行抑菌、促增长等功能性检测，摸索每个方法的合适提取浓度及活性成分的降解程度，最终筛选出能够从不同海藻原料中获得抑菌、促增长成分的最佳提取及降解方法。

制备方法：(1)壳聚糖粉碎，过60目筛，加水溶胀，加入比例为2.0％的醋酸进行溶解，同时加入比例为0.8％的非专一性复合酶，在50℃条件下进行酶解反应，反应时间为4小时，终止酶解反应，反应液采用超滤膜进行分子量截留，得到分子聚合度在4-8的壳寡糖溶液。

(2)常温下，向得到的壳寡糖溶液中以1ml/秒的速度加入浓度为3mol/L的碘化钾溶液，始终保持溶液澄清，碘化钾溶液的加入量为10％。搅拌反应3小时，得到碘化壳寡糖溶液。

(3)取酶解方法制备的海藻提取液，与上述碘化壳寡糖溶液，按照1∶1比例进行螯合反应，反应温度为80℃，反应时间为0.5小时，加入终浓度为2.5％的微量元素，最终得到碘化壳寡糖海藻生物肥料。

实施例2

为了进一步提高本发明产品的效果，在实施例1的基础上增加真空浓缩的步骤，制备高浓度的碘化壳寡糖海藻生物肥料。

制备方法：(1)利用实施例1中制备的壳寡糖溶液，并通过超滤膜进行浓缩。

(2)利用实施例1中制备的碘化壳寡糖溶液。

(3)通过旋转蒸发仪对实施例3中得到的海藻提取液进行浓缩处理，使其浓缩后的体积为浓缩前的一半，与上述碘化壳寡糖溶液，按照2∶1比例进行螯合反应，反应温度为80℃，反应时间为0.5小时，加入终浓度为3.0％的微量元素，最终得到浓缩碘化壳寡糖海藻生物肥料。

实施例3

为了提高本发明产品的保质期，降低运输成本，在实施例2的基础上进行喷雾干燥，制备粉末状的碘化壳寡糖海藻生物肥料。

制备方法：(1)利用实施例2中制备的浓缩碘化壳寡糖海藻生物肥料。

(2)上述步骤中的浓缩碘化壳寡糖海藻生物肥料，通过喷雾干燥机进行干燥，进风温度为180℃，出风温度为70℃，并通过旋风收集器收集得到碘化壳寡糖海藻生物肥料。

实施例4

为了提高本发明产品的保质期，降低运输成本，在实施例2的基础上采用刮片法进行刮片，制备片状的碘化壳寡糖海藻生物肥料。

制备方法：(1)利用实施例2中制备的浓缩碘化壳寡糖海藻生物肥料。

(2)上述步骤中的浓缩碘化壳寡糖海藻生物肥料，通过刮片机进行刮片，滚筒内蒸汽压为0.6MPa，滚筒温度为170℃，滚筒转速为3转/分钟，刮片通过收集器得到片状碘化壳寡糖海藻生物肥料。

实施例5

为了提高本发明产品的保质期，降低运输成本，同时提高产品的溶解速率，在实施例2的基础上采用冷冻干燥法进行干燥，制备粉状的碘化壳寡糖海藻生物肥料。

制备方法：(1)利用实施例2中制备的浓缩碘化壳寡糖海藻生物肥料。

(2)上述步骤中的浓缩碘化壳寡糖海藻生物肥料，通过冷冻干燥机进行干燥，预冻温度为-70℃，冷阱温度为-80℃，干燥温度为25℃，制备粉状的碘化壳寡糖海藻生物肥料。

上述说明并非是对本发明的限制，本发明并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种碘化壳寡糖海藻生物肥料的制备方法，其特征在于：是以壳聚糖、海藻为原料，经过复合酶解、碘化、螯合、剂型制备等步骤制备绿色、环保、高效的生物肥料的方法。

2.如权利要求1所述的一种碘化壳寡糖海藻生物肥料的制备方法，其特征在于主要包括以下步骤：

(1)壳聚糖的酶解反应：壳聚糖经剪切粉碎后，加水溶胀，加入比例为0.5-10％的醋酸进行溶解，同时加入比例为0.02-5％的非专一性复合酶，在20-65℃条件下进行酶解反应，反应时间为4-6小时，终止酶解反应，得到分子聚合度在4-8的壳寡糖溶液；

(2)壳寡糖的碘化反应：在0-40℃的条件下，向得到的壳寡糖溶液中以一定的速度加入浓度为0-3mol/L的碘化钾溶液，始终保持溶液澄清，碘化钾溶液的加入量控制在10-50％之间。搅拌反应0.5-3小时，得到碘化壳寡糖溶液；

(3)海藻提取液的螯合反应：取酶解方法制备的海藻提取液，与碘化壳寡糖溶液，按照一定的比例进行螯合反应，反应温度为40-90℃，反应时间为0.5-3小时，加入终浓度为2％-3％的微量元素，最终得到碘化壳寡糖海藻生物肥料；

(4)不同剂型的制备：对酶解方法制备的海藻提取液进行浓缩后，与碘化壳寡糖溶液按照一定的比例进行螯合反应，反应温度为40-90℃，反应时间为0.5-3小时，加入终浓度为2％-3％的微量元素，得到浓缩的碘化壳寡糖海藻生物肥料。将此浓缩的碘化壳寡糖海藻生物肥料通过不同的方法制备成粉状或者片状的碘化壳寡糖海藻生物肥料。

3.如权利要求1中步骤(1)所述的壳聚糖酶解的底物浓度为1-5％。

4.如权利要求1中步骤(4)所述的不同机型的制备方法包括：喷雾干燥法、刮片法、冷冻干燥法。

5.如权利要求4中所述的喷雾干燥法的具体方法为：用喷雾干燥机进行干燥，进风温度为150-220℃，出风温度为50-90℃，并通过旋风收集器收集得到粉状碘化壳寡糖海藻生物肥料。

6.如权利要求4中所述的刮片法的具体方法为：用滚筒刮片机进行干燥刮片，滚筒内蒸汽压为0.3-0.8MPa，滚筒温度为150-200℃，滚筒转速为2-6转/分钟，刮片通过收集器得到片状碘化壳寡糖海藻生物肥料。

7.如权利要求4中所述的冷冻干燥法的具体方法为：通过冷冻干燥机进行干燥，预冻温度为-50℃--80℃，冷阱温度为-80℃，干燥温度为-55℃-+60℃，制备粉状的碘化壳寡糖海藻生物肥料。