CN105461386A - 一种水溶性羧基-钙耦合多肽及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水溶性羧基-钙耦合多肽及其制备方法和在水产养殖中的应用，属于蛋白废弃物的处理及资源化利用技术领域。本发明的水溶性羧基-钙耦合多肽的平均分子量为6000～16000道尔顿，pH值为8.2～11.2，所述羧基-钙耦合多肽含有重量比为3.9～5.2%的氮元素，0.41～0.47%？的磷元素，还含有钾元素、钙元素及微量元素。本发明是利用含蛋白废弃物与石灰乳液或氧化钙乳液在70～175℃条件下保温反应1.5～5.0小时制得。本发明的羧基-钙耦合多肽既具有多肽的特点，又含有植物所需大量元素钙离子和小龙虾生长过程所需的钙离子，使用过程中无需再施加石灰等钙离子类物质，同时由于是水溶性，因而还可快速促进虾壳的钙离子吸收或虾壳的生长。

Description

一种水溶性羧基-钙耦合多肽及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于蛋白废弃物的处理及资源化利用技术领域，具体涉及一种水溶性羧基-钙耦合多肽及其制备方法和在水产养殖中的应用。

背景技术

小龙虾原名克氏原鳌虾，也叫红螯虾或淡水小龙虾，目前在国内已形成了一个大产业链，年产值超过100亿元人民币(湖北潜江就超过70亿元)，其主要内容包括虾的养殖、加工、食用、出口、药用成分(虾壳素、虾青素等)的提取等方面，而这一切成功的根本是由于稻虾共生养殖的技术创新或突破，由于小龙虾对水质和饲养条件的要求不高，在种稻环境下，推广稻虾共生(或叫稻虾共生养殖)可有效提高稻田单位面积的经济效益，为了实现稻蟹共生养殖，必须满足所施肥料既能满足水稻生长又能满足小龙虾的生长，因此目前国内主要采取如下措施：1、直接施用适合稻虾生长的肥料，包括有机肥料、无机肥或化学肥料。有机肥料中的绿肥和粪肥以及饼肥既可充当龙虾饲料，又可用作水稻肥料。这些肥料的优点是它不仅含有氮、磷、钾及多种微量元素，可以供水稻和小龙虾吸收利用，而且含有较多的有机质，施到田里，可以改良土壤，也是我国稻区施用历史悠久的完全肥料。有机肥中的氨基酸肥是以氨基酸类物质为主要成分的肥料，已有研究表明氨基酸肥对水稻生长比传统肥料有明显的促进作用，在水产养殖中主要用于高经济价值的品种。在小龙虾的生长过程中，蛋白质虾类需要特定的氨基酸组成，有十种氨基酸为虾所不能合成或只有少量的合成能力，这十种氨基酸对于虾的成长与生理反应是必需的。氨基酸本身就是营养物质，还可以被养殖生物所吸收，可提高其免疫能力和抗应激能力，减少病害的发生，且无残留。氨基酸是构成蛋白质的最小分子，可以被直接吸收，肥效好，见效快，是一种新型优质肥料。对于死鱼、猪、牛、鸡、鸭、鱼肠下脚料以及水沟、河汊等处的螺类、蚌、蚯蚓、水蚯蚓等也是龙虾喜食的饲料，下脚料本身是水稻肥料，同时小龙虾食用后所产生的代谢物可间接作为肥料。无机肥或化学肥料，其优点是所含肥分较高，肥效较快，能直接为水稻吸收利用，所以多为速效性肥料，包括尿素、碳酸氢铵和氨水、硫酸铵、磷酸钙、钙镁磷肥、磷矿粉、氯化钾、硫酸钾和窖灰钾肥、磷酸氢二钾等。但这些肥料容易造成土壤板结、酸化，水体N/P失衡，同时会破坏水体环境，不利用水体中龙虾的生长发育。2、施用三大类间接肥料。间接肥料主要包括酸性土壤使用的石灰，碱性土壤使用的石膏，以及各种菌肥，这些肥料的特点是不含有作物所需的营养三要素，但是可以调节土壤的酸碱度，促进土壤有益微生物的活动，改善作物的营养条件，间接的起到作物增产的作用。在小龙虾生长过程中，每20天左右泼洒1次生石灰水，667平方米每次用生石灰10千克，一方面改善稻田水质，增加水中溶氧量，一方面增加水中钙离子含量，促进小龙虾蜕壳生长。菌肥中含有的微生物主要有光合细菌、乳酸菌、酵母菌和放线菌等，这些微生物本身可以作为小龙虾的饵料，同时能分解水中和肥料中的有机质，提高肥效。

上述提到的几类肥料的优缺点可总结为如下几点：①有机肥既可作为虾肥又可作为稻肥，是最适合的常规肥料，缺点是肥效慢，同时需再向稻田中施加石灰以提供虾壳生长过程中的钙需求；②纯无机或化学肥料对水稻生长具有较好作用，但对虾的生长具有不利因素，尤其是尿素、碳酸氢铵、氨水等绝对不能使用，否则将导致吓的死亡；③虾养殖过程必须施加石灰以提供钙离子；④氨基酸在施加石灰条件下是最好的速效有机肥，无论对水稻或是虾的生长均是优质有机肥，但成本高，因为将蛋白类转化为氨基酸的过程复杂、设备多、工艺要求严。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种水溶性羧基-钙耦合多肽，所述水溶性羧基-钙耦合多肽同时具有上述有机、无机、氨基酸肥、钙离子的多重功能；本发明的另一目的在于提供该水溶性羧基-钙耦合多肽的制备方法，即利用含蛋白废弃物与石灰乳液或氧化钙乳液在高温高压条件下制得；此外，本发明的还一目的在于提供所述水溶性羧基-钙耦合多肽在稻虾共生养殖中的应用。

为了实现本发明的上述第一个目的，本发明人通过大量试验研究并不断探索，最终获得了如下技术方案：

一种水溶性羧基-钙耦合多肽，所述羧基-钙耦合多肽的平均分子量为6000～16000道尔顿，所述羧基-钙耦合多肽含有重量比为3.9～5.2％的氮元素，0.41～0.47％的磷元素，还含有钾元素、钙元素及微量元素。

进一步地，上述技术方案中所述水溶性羧基-钙耦合多肽的pH值为8.2～11.2。

本发明的另一目的在于提供上述所述的羧基-钙耦合多肽的制备方法，所述方法包括如下步骤：

a)将含蛋白废弃物与石灰乳液或氧化钙乳液在反应釜中混合均匀，其中，所述石灰或氧化钙的用量为含蛋白废弃物重量的7～36％，所述石灰乳液或氧化钙乳液由石灰或氧化钙和水制备而成，所述石灰或氧化钙与水的重量比为1：10～12；

b)将所述反应釜加热至70～175℃，搅拌，保温反应1.5～5.0小时，使原料水解液呈均匀胶质状后浓缩，即得到所述水溶性羧基-钙耦合多肽。

进一步地，上述技术方案中所述浓缩后羧基-钙耦合多肽的pH值为8.2～11.2，平均分子量为6000～16000道尔顿。

进一步地，上述技术方案中所述含蛋白废弃物中蛋白质含量为42～60％。

进一步地，上述技术方案中所述水解液浓缩浓度为20～25波美。

进一步地，上述技术方案中所述含蛋白废弃物可以为植物蛋白、微生物菌体、食品工厂污泥、动物毛发、动物血液或蹄角中的任一种或几种。

进一步优选地，上述技术方案中所述植物蛋白为植物饼粕。

进一步优选地，上述技术方案中步骤b)中所述的搅拌速度为每分钟50～120转。

本发明的还一目的在于提供一种本发明上述制得的水溶性羧基-钙耦合多肽的应用。

一种应用于水产养殖的有机肥，所述有机肥是利用本发明上述方法制备得到的水溶性羧基-钙耦合多肽。

本发明的制备原理如下：

本发明在将含蛋白废弃物与石灰乳液或氧化钙乳液原料在反应釜中水解过程中，需进行取样观测，若上清液为黄色或棕色，分层明显时，表明水解所产生的产物属于羧基的钙盐，属于沉淀物，难溶于水，需继续强制水解直至水解物呈现均匀的胶质状态，即两个羧基与一个钙离子耦合成为羧基-钙耦合多肽，此时的多肽可溶于水，水解结束，然后再将水解液经过浓缩，即得到所述水溶性羧基-钙耦合多肽。

与现有技术相比，本发明制得的水溶性羧基-钙耦合多肽具有如下突出的实质性特点和显著的进步：

(1)本发明的水溶性羧基-钙耦合多肽是一种纯有机肥，能快速促进植物生长，研究表明，施加本发明的羧基-钙耦合多肽5～7天后水稻可变绿，其速度与尿素、氨基酸相当，比有机肥快20天以上(有机肥通常25～30天方能有效)，植物的叶绿素含量比所有有机肥都高，作物生物量高、产量高、品质好，可实现既养殖小龙虾又种植出优质大米的效果；

(2)本发明的水溶性羧基-钙耦合多肽可作为矿物元素载体结合钙、镁离子、微量元素成水溶性状态，经过植物导管运输到植物各个部分，提高作物或农产品品质；

(3)氨基酸、有机酸的钙盐通常是不溶于水的沉淀，微生物或植物都难以利用，但本发明的羧基-钙耦合多肽是一种含钙的水溶性多肽，是一个钙离子耦合两个多肽分子的羧基而成，因而具有水溶性；本发明的羧基-钙耦合多肽既具有多肽的特点，又含有植物所需大量元素钙离子和小龙虾生长过程所需的钙离子，使用过程中无需再施加石灰等钙离子类物质，同时由于是水溶性，因而还可快速促进虾壳的钙离子吸收或虾壳的生长；

(4)本发明的水溶性羧基-钙耦合多肽平均分子量在6000～15000道尔顿以内，因此进入水体后可快速被水体中微生物吸收，可作为微生物生长促进剂，而微生物本身可以作为养殖生物的饵料，同时还能分解水中和肥料中的有机质，提高肥效；

(5)本发明的水溶性羧基-钙耦合多肽可竞争性抑制水体中植物对重金属的吸收，降低种植作物、养殖虾类的重金属离子含量，许多重金属离子一旦进入动植物体内后很难排出，水体及水底土壤中的重金属通过植物吸收，再经食物链间接威胁人体健康，危害极大，本发明的羧基-钙耦合多肽中钙离子可作为竞争离子，与重金属离子竞争植物的吸收位点，抑制水体中植物对重金属的吸收，从而间接降低作物、养殖动物重金属积累，增加食品的安全性；

(6)无病虫卵、无病原微生物

本发明的水溶性羧基-钙耦合多肽在制备过程中经过高温处理，病虫卵和病原菌或病原微生物已全部被杀死并分解，因此，将本发明的溶性羧基-钙耦合多肽用于水产养殖，不会导致水产动物发生传染性的细菌性和病毒性疾病。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的发明点及其各方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

本实施例以植物饼粕为原料制备水溶性羧基-钙耦合多肽，包括如下步骤：

将蛋白质含量为42～60％的植物饼粕经过粉碎后输入高压反应釜中，再将相当于植物饼粕重量7～36％(W/W，石灰或氧化钙/蛋白物料)的石灰或氧化钙加入到所述高压反应釜中，随后再向反应釜中添加相当于石灰或氧化钙重量10～12倍的水，或先配制石灰乳液，再将粉碎的饼粕粉加入到石灰乳液中，搅拌后利用输料泵送入高压反应釜中，通入蒸汽将物料加热至70℃～175℃，保温反应1.5～5.0小时，如上清液为黄色或棕色，分层明显时，表明水解所产生的产物属于羧基的钙盐，属于沉淀物，难溶于水，需继续强制水解直至水解物呈现均匀的胶质状态，即两个羧基与一个钙离子耦合成为羧基-钙耦合多肽，此时的多肽可溶于水，水解结束，将水解液经过浓缩为浓度20～25波美，即得到所述水溶性羧基-钙耦合多肽。

更具体地，在10m³的配料桶中将600kg生石灰或氧化钙溶解于6000kg水中，再将2000kg菜子饼加入石灰乳液中，经过机械搅拌均匀后，用泵输送到10m³的反应釜中，通入0.2Mpa～0.7Mpa蒸汽加热至135℃，保温1.5h，待取样后的水解液呈现均匀的胶质状态，即两个羧基与一个钙离子耦合成为羧基-钙耦合多肽，此时即得到所述水溶性羧基-钙耦合多肽，将水解液经多效蒸发器浓缩直至20～25波美，即制得具有多功能的水溶性羧基-钙耦合多肽，也可将获得的水溶性羧基-钙耦合多肽喷雾干燥为干粉以便运输。

实施例2

本实施例以食品工厂污泥为原料制备水溶性羧基-钙耦合多肽，包括如下步骤：

在10m³的配料桶中加入食品工厂污泥4000kg(含水80％，干品含蛋白质的重量比为55％，含干污泥800kg左右)，用2000kg水溶化170～200kg的生石灰，制备出石灰乳溶液，将此石灰溶液输入添加有污泥的配料桶中，搅拌均匀，用泵输入10m³的反应釜中，通入0.2～0.7Mpa蒸汽加热至155～165℃，保温1.5～4h，打开排气阀，查看是否具有污泥臭味，如有污泥的臭味说明不能取样测定，需继续保温0.5～1小时，当无臭味时用量筒取样，如果溶液呈现均匀的胶质状态，即表明蛋白已强制分解转化羧基-钙耦合多肽，利用蒸汽余压将羧基-钙耦合多肽输入缓冲罐以降低压力和温度，此时利用40m²左右规格的板框机过滤，将滤液进行多效蒸发器浓缩，直至20～25波美，利用高效液相色谱法测定羧基-钙耦合多肽的平均分子量为6000～16000道尔顿，pH试纸测定其pH值为8.2～11.2，此浓缩液即所述的具有多功能的水溶性羧基-钙耦合多肽。

应用试验例1

本应用试验例是将本发明制得的水溶性羧基-钙耦合多肽应用于稻虾共生养殖。

4～5月，在稻田(中稻种植稻田)中按每亩放养3cm的幼虾1～1.5万尾或重量85～125kg/亩，并按常规养殖方法可直接投喂绞碎的米糠、豆饼、麸皮、杂鱼、螺蚌肉、蚕蛹、蚯蚓、屠宰场下脚料或配合饲料等，日投饲量为虾体重的1～3％，并每亩施加本发明制得的含氮5％左右(相当于含蛋白30～35％)的水溶性羧基-钙耦合多肽20～50kg，以供水生植物和浮游生物的生长和为幼虾虾壳生长提供钙离子(栽秧之前每20天左右只投一次)，当水稻秧苗扦插并成活10天后，每亩施加羧基-钙耦合多肽50～80kg，5～7天后水稻幼苗以及稻田中的浮游生物、杂草(苦草、黑藻、凤眼莲、水花生等，人为种植)将快速生长或将明显变绿，并且比有机肥快20天以上，所有植物，尤其是水稻苗生物量、叶绿素含量均高于所有市售商品肥和有机肥，外观呈现墨绿色，十分明显，以后每间隔20～25天施加一次本发明的水溶性羧基-钙耦合多肽50～100kg/亩，同时可适当减少饲料的投放量，即由常规的日投饲量为虾体重的1～3％降低为0.5～1.3％，或适当施加有机肥；当水稻进入灌浆期，即停止施加羧基-钙耦合多肽，可按常规施肥措施适当施加磷肥和钾肥以供稻米的灌浆和淀粉的积累，此过程所生产的稻米产量高、品质高，小龙虾生长旺盛、产量高。

具体而言，在湖北地区的江汉平原稻田(中稻种植稻田，人工改造后)，在4～5月投放幼虾苗，按每亩放养3cm的幼虾1～1.5万尾或重量85～125kg/亩，直接投喂绞碎的米糠、豆饼、麸皮等直接饲料，日投饲量为虾体重的1.2％，投放3～5天后，每亩施加含氮5％左右的本发明实施例2制得的羧基-钙耦合多肽20kg，并且投放稻田区域的1/3面积，由于其水溶性可自行缓慢扩散到整体稻田面积，以缓冲幼虾对羧基-钙耦合多肽的适应性，以后每间隔20天左右施加相同量上述相同的羧基-钙耦合多肽，直至栽秧(5月底或6月初)，当水稻秧苗扦插并成活10天后，每亩施加羧基-钙耦合多肽60kg，5～7天后水稻幼苗以及稻田中的浮游生物、杂草(苦草、黑藻、凤眼莲、水花生等，人为种植)将快速生长或将明显变绿，尤其是水稻苗生物量、叶绿素含量均高于所有市售商品肥和有机肥，外观呈现墨绿色，十分明显，此时测定叶绿素含量，其测定方法为：取新鲜水稻叶子洗净，擦干，称取0.5克左右，于试管中，加25ml、95％的乙醇，用黑袋子包住，放入冰箱中冷藏，直到叶子无色，在A665，A649和A470三种波长的光下测吸光度，并通过公式计算出叶绿素含量，具体结果参见表1。从表1可以看出，水稻比未施加本发明水溶性羧基-钙耦合多肽的水稻叶明显增高0.4～0.8mg/g，

从栽秧后的第一次施加60kg羧基-钙耦合多肽后为起点，每20～25后施加一次羧基-钙耦合多肽，每次在上次基础上增加10kg，即初始一次为60kg，第二次为70kg、第三次为80kg，依次增加，同时可适当减少饲料的投放量,即由常规的日投饲量为虾体重的1～3％降低为0.5％，或两天投放一次饲料均可，当水稻进入灌浆期，即停止施加羧基-钙耦合多肽，以减少水稻的营养生长，可按常规施肥措施适当施加磷肥和钾肥以供稻米的灌浆和淀粉的积累，此过程所生产的稻谷产量比常规稻虾共生养殖要高10～15％、小龙虾产量增高8～12％，具体结果参见表1。

表1施用不同肥料的稻田中各项性能指标结果

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种水溶性羧基-钙耦合多肽，其特征在于：所述羧基-钙耦合多肽的平均分子量为6000～16000道尔顿，所述羧基-钙耦合多肽含有重量比为3.9～5.2%的氮元素，0.41～0.47%的磷元素，还含有钾元素、钙元素及微量元素。

2.根据权利要求1所述的一种水溶性羧基-钙耦合多肽，其特征在于：所述水溶性羧基-钙耦合多肽的pH值为8.2～11.2。

3.一种根据权利要求1或2所述的水溶性羧基-钙耦合多肽的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

a）将含蛋白废弃物与石灰乳液或氧化钙乳液在反应釜中混合均匀，其中，所述石灰或氧化钙的用量为含蛋白废弃物重量的7～36%，所述石灰乳液或氧化钙乳液由石灰或氧化钙和水制备而成，所述石灰或氧化钙与水的重量比为1：10～12；

b）将所述反应釜加热至70～175℃，搅拌，保温反应1.5～5.0小时，使原料水解液呈均匀胶质状后浓缩，即得到所述水溶性羧基-钙耦合多肽。

4.根据权利要求3所述的水溶性羧基-钙耦合多肽的制备方法，其特征在于：所述浓缩后羧基-钙耦合多肽的pH值为8.2～11.2，平均分子量为6000～16000道尔顿。

5.根据权利要求3所述的水溶性羧基-钙耦合多肽的制备方法，其特征在于：所述含蛋白废弃物中蛋白质含量为42～60%。

6.根据权利要求3所述的水溶性羧基-钙耦合多肽的制备方法，其特征在于：所述水解液浓缩浓度为20～25波美。

7.根据权利要求3所述的水溶性羧基-钙耦合多肽的制备方法，其特征在于：所述含蛋白废弃物可以为植物蛋白、微生物菌体、食品工厂污泥、动物毛发、动物血液或蹄角中的任一种或几种。

8.根据权利要求7所述的水溶性羧基-钙耦合多肽的制备方法，其特征在于：所述植物蛋白为植物饼粕。

9.根据权利要求3所述的水溶性羧基-钙耦合多肽的制备方法，其特征在于：步骤b）中所述的搅拌速度为每分钟50～120转。

10.一种应用于水产养殖的有机肥，其特征在于：所述有机肥是利用权利要求3～9任一项所述方法制备得到的水溶性羧基-钙耦合多肽。