CN107311756B - 含聚谷氨酸的肥料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含聚谷氨酸的肥料的制备方法，包括：取苏云金芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌的菌株分别活化并经发酵，三种菌液混合得混合菌液；在混合菌液中加入0.01～0.03份海藻酸钠和魔芋粉，混合发酵，然后加入谷氨酸、卵白肽以及谷胱甘肽，再混合发酵，发酵液升温灭菌，然后过滤、浓缩得到浓缩液；按重量份数计，肥料中包括氨基酸8～15份，七水硫酸锌3～6份，硼酸3～8份以及浓缩液1～3份。本发明通过混合菌液的两次发酵，得到的含聚谷氨酸的肥料保水性能更佳，促进增产效果更明显，且肥效更长。
Description
技术领域
本发明涉及肥料制备领域，更具体地说，尤其涉及一种含聚谷氨酸的肥料的制备方法。
背景技术
随着我国现代农业的快速发展，特别是绿色有机农业种植面积不断扩大，将特定微生物菌融入到肥料中来，生产出对土壤有益并且功能全面的肥料产品成为当今肥料生产企业研制的重点。
复合微生物肥料是一种复合肥为基肥，富含多种功能菌的无公害生物肥料。其中的功能菌会调节土壤菌群的平衡，具有改良土壤结构、提高土壤肥力与产出水平，改善植物品质等作用。尤其本产品添加了γ- 聚谷氨酸，具有更好的保水、保肥效果。
目前对于复合微生物菌肥的研发已成为趋势，γ- 聚谷氨酸（γ-PGA）是自然界中微生物发酵产生的细胞外阴离子型多聚氨基酸，由D 型谷氨酸、L 型谷氨酸单体之间通过α氨基和γ- 羧基以酰胺键形式形成的高分子聚合物。γ-PGA可生物降解、吸水性好并具有良好的生物相容性。
γ-PGA 在农业上具有促进作物生长从而提高作物产量潜在的功能，因此研究含聚谷氨酸的肥料也是复合微生物菌肥的一大热门研究方向，但是现有的含聚谷氨酸的肥料的制备方法指得的肥料，往往存在制作的肥料肥效不长，同时制备工艺较复杂，成本较高的问题，因此亟需寻找一种保水性能更佳，促进增产效果更明显，肥效更长，降低制备成本的含聚谷氨酸的肥料的制备方法。
发明内容
本发明的含聚谷氨酸的肥料的制备方法，通过在混合菌液的两次发酵加入不同的辅助成分控制发酵进程，得到的含聚谷氨酸的肥料保水性能更佳，促进增产效果更明显，且肥效更长。
本发明提供了一种含聚谷氨酸的肥料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取苏云金芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌的菌株分别活化并经发酵培养，对应得到的三种菌液依次按照质量比为2:2:1混合后得到混合菌液；
步骤二、按重量份数计，在90~150份混合菌液中加入0.01~0.03份海藻酸钠和0.01~0.03份魔芋粉后，进行第一次混合发酵，发酵后调节pH为6.6~7.0，然后在混合菌液中加入0.02~0.05份谷氨酸，0.01~0.03份卵白肽以及0.01~0.03份谷胱甘肽，进行第二次混合发酵，发酵后调节pH为6.8~7.2，将得到的发酵液升温到90℃~110℃灭菌，然后将发酵液过滤，将滤液浓缩得到浓缩液；
步骤三、按重量份数计，含聚谷氨酸的肥料中包括氨基酸8~15份，七水硫酸锌3~6份，硼酸3~8份以及浓缩液1~3份。
优选的是，所述步骤三中，含聚谷氨酸的肥料为液体肥料，含聚谷氨酸的肥料中还包括预先在120℃下熔化成浆料的尿素，含聚谷氨酸的肥料中浓缩液与尿素的质量比为1:5~15。
优选的是，所述步骤三中，含聚谷氨酸的肥料为颗粒状肥料，所述
颗粒状肥料包括：内部的中心层，过渡层和包裹在所述过渡层的外部的缓释层，按重量份数计，颗粒状肥料的中心层中包括氨基酸10份，七水硫酸锌5份，硼酸6份，尿素5份以及浓缩液1份，所述过渡层为将熔化后的尿素浆料包裹在所述中心层表面得到，所述缓释层中包括海藻酸钠-壳聚糖缓释微球；所述缓释微球的内部浓缩液中含有海藻酸钠。
优选的是，所述步骤三中，含聚谷氨酸的肥料中所述氨基酸由精氨酸、络氨酸、赖氨酸以及谷氨酸四种氨基酸组成，且四种氨基酸的质量比依次为1:1:1:2。
优选的是，所述步骤一中菌株分别活化的具体步骤为：将菌株分别划线接种于固体培养基上，在0~5℃培养15~24h ，然后挑取活化的菌落，分别接种于液体培养基中摇床培养，在36~38℃且转速为100~150rpm 培养10~15h得到对应菌种的种子液。
优选的是，所述步骤一中发酵培养的具体步骤为：将培养好的对应菌种的种子液以3~5%的接种量接种至发酵培养基，在36~38℃，转速为200~250rpm，通风比为1:1的条件下发酵24h后收集对应菌种的菌液。
优选的是，按重量份数计，所述发酵培养基中包括：1~3份葡萄糖，0.5~1份磷酸氢钾，0.2~0.5份磷酸二氢钾，1~3份尿素，0.2~1份硝酸钾，0.4~0.8份酵母粉，80~100份水。
优选的是，所述步骤二中第一次混合发酵的发酵时间为3~6h，第二次混合发酵的发酵时间为5~10h，将发酵液灭菌过滤后调节pH为7.0~7.4。
本发明方案提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明的含聚谷氨酸的肥料的制备方法，通过在混合菌液的两次发酵加入不同的辅助成分控制发酵进程，最终得到的含聚谷氨酸的肥料的肥效更长且保水性能更佳，促进增产效果更明显，且相比传统方法降低了制备成本。混合菌液的第一次发酵中通过加入海藻酸钠和魔芋粉，改善混合发酵的环境，建立可容纳不同菌种的稳定体系，同时海藻酸钠和魔芋粉作为糖类不仅可以提供营养物质，二者共有的特殊的凝胶作用促进菌种在此休眠期后的生长，有助于γ- 聚谷氨酸的生成与积累，另一方面魔芋粉的加入一定程度上也能抑制其他杂菌的繁殖，从而降低病株率。混合菌液的第一次发酵中通过谷氨酸和多肽的加入，能更好的诱导产生γ- 聚谷氨酸，同时通过两次发酵后对pH的调节使发酵环境稳定，使发酵后的浓缩液中γ- 聚谷氨酸含量与纯度较高，使得通过与氨基酸、七水硫酸锌、硼酸配合制成含聚谷氨酸的肥料后肥料的缓释效果更佳、肥效更长，且保水性能更佳，促进增产效果更明显，同时制备工艺较简单，降低了成本。
具体实施方式
为了更好的理解本发明技术方案，下面将结合具体实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例1
步骤一、取苏云金芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌的菌株分别活化并经发酵培养，对应得到的三种菌液依次按照质量比为2:2:1混合后得到混合菌液。
步骤二、按重量份数计，在90份混合菌液中加入0.01份海藻酸钠和0.01份魔芋粉后，进行第一次混合发酵，发酵后调节pH为6.6，然后在混合菌液中加入0.02份谷氨酸，0.01份卵白肽以及0.01份谷胱甘肽，进行第二次混合发酵，发酵后调节pH为6.8，将得到的发酵液升温到90℃℃灭菌，然后将发酵液过滤，将滤液浓缩得到浓缩液。
步骤三、含聚谷氨酸的肥料为液体肥料，按重量份数计，含聚谷氨酸的肥料中包括氨基酸8份，七水硫酸锌3份，硼酸3份以及浓缩液1份，还包括预先在120℃下熔化成浆料的尿素，其中浓缩液与尿素的质量比为1:5，此外还包括水，尿素与水的质量比为1:6，按配比混合后灌装得到液体肥料。液体肥料使用方便且制备工艺简单，成本不高。
实施例2
步骤一、取苏云金芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌的菌株分别活化并经发酵培养，对应得到的三种菌液依次按照质量比为2:2:1混合后得到混合菌液。
步骤二、按重量份数计，在150份混合菌液中加入0.03份海藻酸钠和0.03份魔芋粉后，进行第一次混合发酵，发酵后调节pH为7.0，然后在混合菌液中加入0.05份谷氨酸，0.03份卵白肽以及0.03份谷胱甘肽，进行第二次混合发酵，发酵后调节pH为
7.2，将得到的发酵液升温到110℃灭菌，然后将发酵液过滤，将滤液浓缩得到浓缩液。
步骤三、含聚谷氨酸的肥料为液体肥料，按重量份数计，含聚谷氨酸的肥料中包括氨基酸15份，七水硫酸锌6份，硼酸8份以及浓缩液3份，还包括预先在120℃下熔化成浆料的尿素，其中浓缩液与尿素的质量比为1:15，此外还包括水，尿素与水的质量比为1: 8，按配比混合后灌装得到液体肥料。
实施例3
步骤一、取苏云金芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌的菌株分别活化并经发酵培养，对应得到的三种菌液依次按照质量比为2:2:1混合后得到混合菌液。
步骤二、按重量份数计，在100份混合菌液中加入0.02份海藻酸钠和0.02份魔芋粉后，进行第一次混合发酵，发酵后调节pH为6.8，然后在混合菌液中加入0.03份谷氨酸，0.02份卵白肽以及0.02份谷胱甘肽，进行第二次混合发酵，发酵后调节pH为7.0，将得到的发酵液升温到100℃灭菌，然后将发酵液过滤，将滤液浓缩得到浓缩液。
步骤三、含聚谷氨酸的肥料为液体肥料，按重量份数计，含聚谷氨酸的肥料中包括氨基酸10份，七水硫酸锌5份，硼酸5份以及浓缩液2份，还包括预先在120℃下熔化成浆料的尿素，其中浓缩液与尿素的质量比为1:8，此外还包括水，尿素与水的质量比为1:7，按配比混合后灌装得到液体肥料。
实施例4
步骤一、取苏云金芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌的菌株分别活化，活化的具体步骤为：将菌株分别划线接种于固体培养基上，在0℃培养15h ，然后挑取活化的菌落，分别接种于液体培养基中摇床培养，在36℃且转速为100rpm 培养10h得到对应菌种的种子液。
将培养好的对应菌种的种子液以3%的接种量接种至发酵培养基进行发酵培养，在36℃，转速为200rpm，通风比为1:1的条件下发酵24h后收集对应菌种的菌液。
按重量份数计，所述发酵培养基中包括：1份葡萄糖，0.5份磷酸氢钾，0.2份磷酸二氢钾，1份尿素，0.2份硝酸钾，0.4份酵母粉，80份水。
经发酵培养后，对应得到的三种菌液依次按照质量比为2:2:1混合后得到混合菌液。
步骤二、按重量份数计，在90份混合菌液中加入0.01份海藻酸钠和0.01份魔芋粉后，进行第一次混合发酵，发酵时间为3h，发酵后调节pH为6.6，然后在混合菌液中加入
0.02份谷氨酸，0.01份卵白肽以及0.01份谷胱甘肽，进行第二次混合发酵，发酵时间为5h，发酵后调节pH为6.8，将得到的发酵液升温到90℃℃灭菌，然后将发酵液过滤，过滤后调节pH为7.0，然后将滤液浓缩得到浓缩液。
步骤三、含聚谷氨酸的肥料为颗粒状肥料，所述颗粒状肥料包括：内部的中心层，过渡层和包裹在所述过渡层的外部的缓释层，按重量份数计，颗粒状的所述中心层中包括氨基酸10份，所述氨基酸包括精氨酸、络氨酸、赖氨酸以及谷氨酸四种氨基酸，且四种氨基酸的质量比依次为1:1:1:2，七水硫酸锌5份，硼酸6份，尿素5份以及浓缩液1份，所述过渡层为将熔化后的尿素浆料包裹在所述中心层表面得到，所述缓释层中包括海藻酸钠-壳聚糖缓释微球，结合初期魔芋粉的加入，增强了植物的抗病能力，从而降低了病株率。通过颗粒状三层结构，进一步增强了肥料的缓释效果，通过海藻酸钠-壳聚糖缓释微球和内部浓缩液中含有的海藻酸钠相互“呼应”，结合相似相溶原理和海藻酸钠独特的凝胶作用进一步增强了保水性能，使缓释效果更佳。
实施例5
步骤一、取苏云金芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌的菌株分别活化，活化的具体步骤为：将菌株分别划线接种于固体培养基上，在5℃培养24h ，然后挑取活化的菌落，分别接种于液体培养基中摇床培养，在38℃且转速为150rpm 培养15h得到对应菌种的种子液。
将培养好的对应菌种的种子液以3~5%的接种量接种至发酵培养基进行发酵培养，在38℃，转速为250rpm，通风比为1:1的条件下发酵24h后收集对应菌种的菌液。
按重量份数计，所述发酵培养基中包括：3份葡萄糖，1份磷酸氢钾，0.5份磷酸二氢钾，3份尿素，1份硝酸钾，0.8份酵母粉，100份水。
经发酵培养后，对应得到的三种菌液依次按照质量比为2:2:1混合后得到混合菌液。
步骤二、按重量份数计，在150份混合菌液中加入0.03份海藻酸钠和0.03份魔芋粉后，进行第一次混合发酵，发酵时间为6h，发酵后调节pH为7.0，然后在混合菌液中加入0.05份谷氨酸，0.01~0.03份卵白肽以及0.03份谷胱甘肽，进行第二次混合发酵，发酵时间为10h，发酵后调节pH为7.2，将得到的发酵液升温到110℃灭菌，然后将发酵液过滤，过滤后调节pH为7.4，然后将滤液浓缩得到浓缩液。
步骤三、含聚谷氨酸的肥料为颗粒状肥料，所述颗粒状肥料包括：内部的中心层，过渡层和包裹在所述过渡层的外部的缓释层，按重量份数计，颗粒状的所述中心层中包括氨基酸10份，所述氨基酸包括精氨酸、络氨酸、赖氨酸以及谷氨酸四种氨基酸，且四种氨基酸的质量比依次为1:1:1:2，七水硫酸锌5份，硼酸6份，尿素5份以及浓缩液1份，所述过渡层为将熔化后的尿素浆料包裹在所述中心层表面得到，所述缓释层中包括海藻酸钠-壳聚糖缓释微球，结合初期魔芋粉的加入，增强了植物的抗病能力，从而降低了病株率。通过颗粒状三层结构，进一步增强了肥料的缓释效果，通过海藻酸钠-壳聚糖缓释微球和内部浓缩液中含有的海藻酸钠相互“呼应”，结合相似相溶原理和海藻酸钠独特的凝胶作用进一步增强了保水性能，使缓释效果更佳。
实施例6
步骤一、取苏云金芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌的菌株分别活化，活化的具体步骤为：将菌株分别划线接种于固体培养基上，在3℃培养18h，然后挑取活化的菌落，分别接种于液体培养基中摇床培养，在37℃且转速为120rpm 培养12h得到对应菌种的种子液。
将培养好的对应菌种的种子液以4%的接种量接种至发酵培养基进行发酵培养，在37℃，转速为220rpm，通风比为1:1的条件下发酵24h后收集对应菌种的菌液。
按重量份数计，所述发酵培养基中包括：2份葡萄糖，0.8份磷酸氢钾，0.3份磷酸二氢钾，2份尿素，0.6份硝酸钾，0.5份酵母粉，90份水。
经发酵培养后，对应得到的三种菌液依次按照质量比为2:2:1混合后得到混合菌液。
步骤二、按重量份数计，在100份混合菌液中加入0.02份海藻酸钠和0.02份魔芋粉后，进行第一次混合发酵，发酵时间为4h，发酵后调节pH为6.8，然后在混合菌液中加入0.03份谷氨酸，0.02份卵白肽以及0.02份谷胱甘肽，进行第二次混合发酵，发酵时间为8h，发酵后调节pH为7.0，将得到的发酵液升温到100℃灭菌，然后将发酵液过滤，过滤后调节pH为7.2，然后将滤液浓缩得到浓缩液。
步骤三、含聚谷氨酸的肥料为颗粒状肥料，所述颗粒状肥料包括：内部的中心层，过渡层和包裹在所述过渡层的外部的缓释层，按重量份数计，颗粒状的所述中心层中包括氨基酸10份，所述氨基酸包括精氨酸、络氨酸、赖氨酸以及谷氨酸四种氨基酸，且四种氨基酸的质量比依次为1:1:1:2，七水硫酸锌5份，硼酸6份，尿素5份以及浓缩液1份，所述过渡层为将熔化后的尿素浆料包裹在所述中心层表面得到，所述缓释层中包括海藻酸钠-壳聚糖缓释微球，结合初期魔芋粉的加入，增强了植物的抗病能力，从而降低了病株率。通过颗粒状三层结构，进一步增强了肥料的缓释效果，通过海藻酸钠-壳聚糖缓释微球和内部浓缩液中含有的海藻酸钠相互“呼应”，结合相似相溶原理和海藻酸钠独特的凝胶作用进一步增强了保水性能，使缓释效果更佳。
为了说明本发明的效果，发明人分别选取各方面条件相同的多个种植区，随机选择相同品种的油菜和番茄分别种在不同的种植区中作为实验材料，第一个油菜种植区编号为1组，施用本发明的实施例3中制备的含聚谷氨酸的肥料，第二个油菜种植区编号为2组，施用市售的聚谷氨酸肥料，第三个油菜种植区编号为3组，施用的自制肥料在制备时，除步骤二中仅采用相同量的混合菌液一次发酵，然后灭菌及后续过程均与实施例3中的制备方法相同，同时分别按照25℃静水溶出率测试方法，以达到75%累计释放率时所需的天数作为肥效期，测定不同组别肥料的肥效期，测定油菜生长相关数据如表1所示。
同时，随机选择相同品种的番茄分别种在不同的种植区中作为实验材料，第一个番茄种植区编号为4组，施用本发明的实施例6中制备的含聚谷氨酸的肥料，第二个番茄种植区编号为5组，施用市售的聚谷氨酸肥料，第三个番茄种植区编号为6组，施用的肥料在制备时，除步骤二中仅采用相同量的混合菌液一次发酵，且步骤三中颗粒状肥料仅包括相同制作方法的中心层而没有过渡层和缓释层，然后灭菌及后续过程均与实施例6中的制备方法相同，第四个番茄种植区编号为7组，施用的肥料在制备时，除步骤三中颗粒状肥料仅包括相同制作方法的中心层而没有过渡层和缓释层，其余过程均与实施例6中的制备方法相同，同时分别按照25℃静水溶出率测试方法，以达到75%累计释放率时所需的天数作为肥效期，测定不同组别肥料的肥效期，测定番茄生长相关数据如表2所示。
表1油菜生长情况测定
组别 肥效期/天 亩产量/kg 株高/cm
1组 168 231 21
2组 142 211 20
3组 125 207 19
表2番茄生长情况测定
组别 肥效期/天 单株产量/kg 病株率/%
4组 192 1.32 9
5组 136 1.20 19
6组 119 0.99 25
7组 161 1.21 17
从表1中可以看出，本发明的含聚谷氨酸的肥料，通过在混合菌液的两次发酵中加入了加入海藻酸钠和魔芋粉等辅助成分调节发酵过程，使得1组的结果中肥效期明显长于未进行两次发酵的3组和采用市售的聚谷氨酸肥料的2组，且1组中油菜的株高和产量也高于2组和3组，从而证明了通过在混合菌液的两次发酵中加入了加入海藻酸钠和魔芋粉等辅助成分调节发酵过程，最终得到的含聚谷氨酸的肥料的肥效更长，促进增产效果更明显，也保证植物生长茁壮。
从表2中可以看出，本发明的含聚谷氨酸的肥料，通过在混合菌液的两次发酵中加入了加入海藻酸钠和魔芋粉等辅助成分调节发酵过程，使得4组和7组的结果中肥效期明显长于未进行两次发酵的6组和采用市售的聚谷氨酸肥料的5组，且4组和7组中番茄的产量也高于5组和6组，从而证明了通过在混合菌液的两次发酵中加入了加入海藻酸钠和魔芋粉等辅助成分调节发酵过程，最终得到的含聚谷氨酸的肥料的肥效更长。进一步的，4组和7组对比可以看出，由于4组中颗粒状肥料包括中心层、过渡层和缓释层的三层结构，使得4组中病株率明显低于7组，同时促进增产效果更明显。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (3)
1.一种含聚谷氨酸的肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、取苏云金芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、短小芽孢杆菌的菌株分别活化并经发酵培养，对应得到的三种菌液依次按照质量比为2:2:1混合后得到混合菌液；
步骤二、按重量份数计，在90~150份混合菌液中加入0.01~0.03份海藻酸钠和0.01~0.03份魔芋粉后，进行第一次混合发酵，发酵后调节pH为6.6~7.0，然后在混合菌液中加入0.02~0.05份谷氨酸，0.01~0.03份卵白肽以及0.01~0.03份谷胱甘肽，进行第二次混合发酵，发酵后调节pH为6.8~7.2，将得到的发酵液升温到90℃~110℃灭菌，然后将发酵液过滤，将滤液浓缩得到浓缩液；
步骤三、按重量份数计，含聚谷氨酸的肥料中包括氨基酸8~15份，七水硫酸锌3~6份，硼酸3~8份以及浓缩液1~3份，所述步骤三中，含聚谷氨酸的肥料为颗粒状肥料，所述颗粒状肥料包括：内部的中心层，过渡层和包裹在所述过渡层的外部的缓释层，按重量份数计，颗粒状肥料的中心层包括氨基酸10份，七水硫酸锌5份，硼酸6份，尿素5份以及浓缩液1份，所述过渡层为将熔化后的尿素浆料包裹在所述中心层表面得到，所述缓释层中包括海藻酸钠-壳聚糖缓释微球，所述缓释微球的内部浓缩液中含有海藻酸钠；
所述步骤二中第一次混合发酵的发酵时间为3~6h，第二次混合发酵的发酵时间为5~10h，将发酵液灭菌过滤后调节pH为7.0~7.4；
所述步骤三中，含聚谷氨酸的肥料中所述氨基酸由精氨酸、络氨酸、赖氨酸以及谷氨酸四种氨基酸组成，且四种氨基酸的质量比依次为1:1:1:2。
2.根据权利要求1所述的含聚谷氨酸的肥料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中发酵培养的具体步骤为：将培养好的对应菌种的种子液以3~5%的接种量接种至发酵培养基，在36~38℃，转速为200~250rpm，通风比为1:1的条件下发酵24h后收集对应菌种的菌液。
3.根据权利要求1所述的含聚谷氨酸的肥料的制备方法，其特征在于，按重量份数计，所述发酵培养基中包括：1~3份葡萄糖，0.5~1份磷酸一氢钾，0.2~0.5份磷酸二氢钾，1~3份尿素，0.2~1份硝酸钾，0.4~0.8份酵母粉，80~100份水。
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