CN106915987A - 一种葡萄专用海藻肥的制备方法 - Google Patents

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彭红
刘玉环
巫小丹
张锦胜
万益琴
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Abstract

一种葡萄专用海藻肥的制备方法，以海藻酸钠生产加工企业副产物‑‑‑‑海带渣为原料，建立原料预处理方法，开发基于酶的二步法催化转化海带渣生物炼制工艺，通过建立底物和酶补料策略，减少底物抑制，实现高浓度底物体系酶高效催化转化，制备高浓度海藻肥，实现海带加工废弃物资源化利用和保护环境，延伸海带产业链，提高海带加工技术和海藻肥生产水平。本发明创新了海藻肥制备模式，以海带生产加工企业副产物为原料，实现废弃物资源化，提高海带资源利用效率，保护了环境，同时降低了海藻肥生产成本，施用后葡萄增产效果显著，实用性很强，易于规模化，所生产海藻肥是纯天然产品，无污染可降解，是一种满足工业化需求、环境友好型的新方法。

Description

一种葡萄专用海藻肥的制备方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域。
背景技术
海带，是一种在低温海水中生长的大型海生褐藻植物，属海藻类植物。海带褐藻纲，海带科。孢子体大型，褐色，扁平带状，最长可达20M。生长于水温较低的海中。中国北部沿海及浙江、福建沿海大量栽培，产量居世界第一。富含褐藻胶和碘等矿物质元素，可食用及提取碘、褐藻胶、甘露醇等工业原料。其叶状体可入药。海带具有降血脂、降血糖、调节免疫、抗凝血、抗肿瘤、排铅解毒和抗氧化等多种生物功能，是当前人们最常食用的蔬菜之一，海带被加工成各式各样的蔬菜。
海带渣是指海藻酸钠生产过程中，浸泡后的海带经过碱液消化,粗过滤得到的不溶性组分及胶液经稀释、发泡、漂浮后得到的悬浮性固体组分。海带渣是海带工业中比例最大的固体杂质。对于海带渣有效的综合利用,可以将海带固形物的利用率由30%提高到45%以上。
海藻肥是天然有机肥，海藻肥含有丰富的营养。海藻肥中的核心物质是纯天然海藻（如：海带、巨藻等）提取物，主要原料选自天然海藻，经过特殊生化工艺处理，提取海藻中的精华物质，极大地保留了天然活性组份，含有大量的非含氮有机物，有陆生植物无法比拟的钾、钙、镁、铁、锌、碘等40余种矿物质元素和丰富的维生素，特别含有海藻中所特有的海藻多糖、藻酝酸、高度不饱和脂肪酸和多种天然植物生长调节剂，如植物生长素、赤霉素、类细胞分裂素、多酚化合物及抗生素类物质等,具有很高的生物活性，可刺激植物体内非特异性活性因子的产生和调节内源激素的平衡。
海带渣是海带生产海藻酸钠过程中的残余生物质，目前没有得到充分利用，主要作为废弃物处理。这既造成了环境污染问题，又导致了海带渣资源的严重浪费。从细胞成分角度分析，海带渣较完整海带主要缺失了部分海藻酸；而海带是生产海藻肥的优质原料。一方面为保护环境，解决海带渣遗弃引起的环境污染问题；另一方面降低海藻肥生产成本；开发海带渣生物催化转化海藻肥技术意义重大。
发明内容
针对海藻酸钠生产过程中海带渣废弃造成环境污染和资源浪费，海藻肥生产原料成本居高不下等问题。本发明的目的在于提供一种葡萄专用海藻肥的制备方法，通过建立二步法酶解工艺，实现海藻多糖和蛋白质降解，分别采用底物连续补加和酶连续流加策略，减轻底物抑制现象的发生，该方法海带渣生物催化转化效率高、所产海藻肥纯天然、可降解、质量佳、保护环境、减少资源浪费。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种葡萄专用海藻肥的制备方法，按以下步骤。
(1) 海带渣预处理：以海藻酸钠生产中的海带渣与蒸馏水以质量比1:6~20混匀，磁力搅拌器100转/分钟搅拌10分钟，再经8000转/分钟离心5分钟，离心后去除上清液；以上过程重复3次，冷冻干燥。
(2) 第一步酶解反应：预处理后海带渣与蒸馏水以1:10~30质量比混匀，置于反应器中，按照海带渣与酶质量比10~100:1添加酶，调节pH至4.5~6.5，搅拌转速100~200转/分钟，搅拌5~15分钟后，搅拌转速调整为50~150转/分钟，整个酶生物催化转化反应过程3小时，温度控制在45~65℃；反应起始15~30分钟后，采用连续补加海带渣和酶策略，反应结束前10~30分钟停止补加海带渣和酶。
(3) 第二步酶解反应：步骤(2)中酶解产物经80~110℃处理5~30分钟后，按酶浓度500~10000毫克/升添加酶，调节pH至5.0~7.0，按100~200转/分钟搅拌5~15分钟后，搅拌转速调整为50~150转/分钟，整个酶生物催化转化反应过程3小时，温度控制在50~70℃；反应起始15~30分钟后，采用连续补加酶策略补充酶，反应结束前10~30分钟停止补加，反应结束后酶解液经80~110℃处理5~30分钟。
本发明步骤(2)中所述的酶为纤维素酶和β-葡萄糖苷酶，以质量比1~5:1混合；补加的海带渣与酶以质量比5~100:1混合而成，海带渣和酶混合物连续补加速度0.15千克/小时~1千克/小时。
本发明步骤(3)中所述的酶为中性蛋白酶和碱性蛋白酶，以质量比1~3:1混合；酶连续补加速度2.5克/小时~50克/小时。
本发明步骤(2)中所述第一步酶解反应，主要将海带细胞壁等结构中的海藻多糖转化成葡萄利用效率高的游离态海藻多糖，海藻多糖、海藻酸等产物可以诱导葡萄特异蛋白的表达，防治葡萄相关病害。
本发明步骤(3)中所述第二步酶解反应，主要是为了将海带蛋白质催化转化成氨基酸、多肽等产物。
本发明建立一种葡萄专用海藻肥的制备方法，基于多种酶联合二步法催化转化海带渣，通过建立底物和酶补料策略，减少底物抑制，实现高浓度底物体系酶高效催化转化，提高海带渣催化转化效率，达到海带渣资源化利用且保护环境的目的，同时降低海藻肥生产成本，所生产海藻肥是纯天然产品，无污染可降解，是一种实用性很强且满足工业化需求的新方法。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
以下实施例所用到的海带渣购自山东日照沃力生物科技有限公司。
以下实施例所用的纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶购自Sigma-Aldrich公司。
实施例1。
海带渣与蒸馏水以质量比1:20混匀，磁力搅拌器100转/分钟搅拌10分钟，再经8000转/分钟离心5分钟，离心后去除上清液；以上过程重复3次，冷冻干燥。预处理后海带渣与蒸馏水以质量比1:30混匀，置于反应器中，按照海带渣与酶质量比100:1添加酶，调节pH至4.5，搅拌转速100转/分钟，搅拌5分钟后，搅拌转速调整为50转/分钟，整个酶生物催化转化反应过程3小时，温度控制在45℃；反应起始15分钟后，采用连续补加海带渣和酶策略，纤维素酶和β-葡萄糖苷酶以质量比1:1混合；补加的海带渣与酶以质量比5:1混合而成，海带渣和酶混合物连续补加速度0.15千克/小时，反应结束前10分钟停止补加海带渣和酶。酶解产物经80℃处理5分钟后，按酶浓度500毫克/升添加酶，调节pH至5.0，100转/分钟搅拌5分钟后，搅拌转速调整为50转/分钟，整个酶生物催化转化反应过程3小时，温度控制在50℃；反应起始15分钟后，采用连续补加酶策略补充酶，中性蛋白酶和碱性蛋白酶以质量比1:1混合；酶连续补加速度2.5克/小时。反应结束前10分钟停止补加，反应结束后酶解液经80℃处理5分钟。
实施例2。
海带渣与蒸馏水以质量比1:6混匀，磁力搅拌器100转/分钟搅拌10分钟，再经8000转/分钟离心5分钟，离心后去除上清液；以上过程重复3次，冷冻干燥。预处理后海带渣与蒸馏水以质量比1:10混匀，置于反应器中，按照海带渣与酶质量比10:1添加酶，调节pH至6.5，搅拌转速200转/分钟，搅拌15分钟后，搅拌转速调整为150转/分钟，整个酶生物催化转化反应过程3小时，温度控制在65℃；反应起始30分钟后，采用连续补加海带渣和酶策略，纤维素酶和β-葡萄糖苷酶以质量比5:1混合；补加的海带渣与酶以质量比100:1混合而成，海带渣和酶混合物连续补加速度1千克/小时，反应结束前30分钟停止补加海带渣和酶。酶解产物经110℃处理30分钟后，按酶浓度10000毫克/升添加酶，调节pH至7.0，200转/分钟搅拌15分钟后，搅拌转速调整为150转/分钟，整个酶生物催化转化反应过程3小时，温度控制在70℃；反应起始30分钟后，采用连续补加酶策略补充酶，中性蛋白酶和碱性蛋白酶以质量比3:1混合；酶连续补加速度50克/小时。反应结束前30分钟停止补加，反应结束后酶解液经110℃处理30分钟。
实施例3。
海带渣与蒸馏水以质量比1:10混匀，磁力搅拌器100转/分钟搅拌10分钟，再经8000转/分钟离心5分钟，离心后去除上清液；以上过程重复3次，冷冻干燥。预处理后海带渣与蒸馏水以质量比1:20混匀，置于反应器中，按照海带渣与酶质量比40:1添加酶，调节pH至6.0，搅拌转速150转/分钟，搅拌10分钟后，搅拌转速调整为100转/分钟，整个酶生物催化转化反应过程3小时，温度控制在60℃；反应起始30分钟后，采用连续补加海带渣和酶策略，纤维素酶和β-葡萄糖苷酶以质量比2:1混合；补加的海带渣与酶以质量比20:1混合而成，海带渣和酶混合物连续补加速度0.50千克/小时，反应结束前20分钟停止补加海带渣和酶。酶解产物经90℃处理20分钟后，按酶浓度4000毫克/升添加酶，调节pH至7.0，150转/分钟搅拌10分钟后，搅拌转速调整为100转/分钟，整个酶生物催化转化反应过程3小时，温度控制在60℃；反应起始20分钟后，采用连续补加酶策略补充酶，中性蛋白酶和碱性蛋白酶以质量比2:1混合；酶连续补加速度25克/小时。反应结束前20分钟停止补加，反应结束后酶解液经90℃处理20分钟。
对比例1。
海带渣与蒸馏水以质量比1:10混匀，磁力搅拌器100转/分钟搅拌10分钟，再经8000转/分钟离心5分钟，离心后去除上清液；以上过程重复3次，冷冻干燥。预处理后海带渣与蒸馏水以质量比1:200混匀，置于反应器中，不添加酶，调节pH至4.5，搅拌转速150转/分钟，搅拌10分钟后，搅拌转速调整为100转/分钟，整个反应过程3小时，温度控制在45℃，反应起始30分钟后，连续补加海带渣策略；海带渣连续补加速度0.50千克/小时，反应结束前20分钟停止补加海带渣。产物经80℃处理20分钟后，不添加酶，调节pH至5.0，150转/分钟搅拌10分钟后，搅拌转速调整为100转/分钟，整个反应过程3小时，温度控制在50℃；整个反应过程不补加酶。
对比例2。
海带渣与蒸馏水以质量比1:6混匀，磁力搅拌器100转/分钟搅拌10分钟，再经8000转/分钟离心5分钟，离心后去除上清液；以上过程重复3次，冷冻干燥。预处理后海带渣与蒸馏水以质量比1:10混匀，置于反应器中，不添加酶，调节pH至6.5，搅拌转速200转/分钟，搅拌15分钟后，搅拌转速调整为150转/分钟，整个反应过程3小时，温度控制在65℃；反应起始30分钟后，采用连续补加海带渣策略，海带渣连续补加速度1千克/小时，反应结束前30分钟停止补加海带渣。产物经110℃处理30分钟后，不添加酶，调节pH至7.0，200转/分钟搅拌15分钟后，搅拌转速调整为150转/分钟，整个反应过程3小时，温度控制在70℃；整个过程不补加酶。
对比例3。
市售普通葡萄叶面肥。
以上实施例1-3和对比例1-3的应用效果如下：
大田肥效试验
试验地点：江西省吉安市吉安县横江镇。属中亚热带丘陵山市季风湿润气候，气候温和，日照丰富，四季分明，冬夏长，春秋短，雨量充沛，无霜期较长，年平均气温为17.5-18.6℃。
供试土壤：红壤土，养分含量为：有机质9.80克/千克，全氮186.25毫克/千克，速效磷5.89毫克/千克，速效钾45.66毫克/千克，土壤pH5.8。
供试品种：巨峰葡萄。
试验设计：本试验共设6个处理，具体处理见表1，每处理重复3次，随机区组排列，试验小区面积为40平方米。
试验于2016年进行，小区设置区间起垄，葡萄树栽种规格200株/亩，幼苗期50克叶面肥，兑水10公斤，搅拌均匀，叶面喷施一次；浆果生长期，100克叶面肥，兑水10公斤，搅拌均匀叶面喷施一次。基肥及各处理田间管理方法相同，不喷施农药。
考察葡萄大褐斑病、黄叶病、黑腐病、裂果病等病害情况及电子天平法测定葡萄产量、分光光度法测定葡萄可溶性糖含量。
表1 海藻肥处理葡萄效果
从表1试验结果可以看出，不同施肥处理对葡萄裂果病等病害、葡萄产量和可溶性糖含量的影响达到显著差异水平，可溶性糖含量高低与葡萄品质相关。可溶性糖含量越高，葡萄品质越佳。实施例2制备得到的海藻肥施用后葡萄产量最高，可溶性糖含量最高，裂果病等发病率最低。实施例1-3制备得到的海藻肥施用后葡萄产量、可溶性糖含量较对比例3大幅提高，而发病率大大下降。从试验结果中可以得出，本发明葡萄专用海藻肥能促进葡萄生长，有效防治葡萄病害，显著提高葡萄产量和品质。

Claims (3)

1.一种葡萄专用海藻肥的制备方法，其特征是按以下步骤：
(1) 海带渣预处理：以海藻酸钠生产中的海带渣与蒸馏水以质量比1:6~20混匀，磁力搅拌器100转/分钟搅拌10分钟，再经8000转/分钟离心5分钟，离心后去除上清液；以上过程重复3次，冷冻干燥；
(2) 第一步酶解反应：预处理后海带渣与蒸馏水以1:10~30质量比混匀，置于反应器中，按照海带渣与酶质量比10~100:1添加酶，调节pH至4.5~6.5，搅拌转速100~200转/分钟，搅拌5~15分钟后，搅拌转速调整为50~150转/分钟，整个酶生物催化转化反应过程3小时，温度控制在45~65℃；反应起始15~30分钟后，采用连续补加海带渣和酶策略，反应结束前10~30分钟停止补加海带渣和酶；
(3) 第二步酶解反应：步骤(2)中酶解产物经80~110℃处理5~30分钟后，按酶浓度500~10000毫克/升添加酶，调节pH至5.0~7.0，按100~200转/分钟搅拌5~15分钟后，搅拌转速调整为50~150转/分钟，整个酶生物催化转化反应过程3小时，温度控制在50~70℃；反应起始15~30分钟后，采用连续补加酶策略补充酶，反应结束前10~30分钟停止补加，反应结束后酶解液经80~110℃处理5~30分钟。
2.根据权利要求1所述的一种葡萄专用海藻肥的制备方法，其特征是步骤(2)中所述的酶为纤维素酶和β-葡萄糖苷酶，以质量比1~5:1混合；补加的海带渣与酶以质量比5~100:1混合而成，海带渣和酶混合物连续补加速度0.15千克/小时~1千克/小时。
3.根据权利要求1所述的一种葡萄专用海藻肥的制备方法，其特征是步骤(3)中所述的酶为中性蛋白酶和碱性蛋白酶，以质量比1~3:1混合；酶连续补加速度2.5克/小时~50克/小时。
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