CN107602183A - 一种氨基酸水溶性肥料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氨基酸水溶性肥料的制备方法，其特征在于，包括以下方面：（1）酸碱水解，使用醋酸和氨水分别对培养液进行酸碱水解；（2）酶解反应，其加入量为培养液质量的1.5%‑2%混合酶，30℃‑34℃温度下进行酶解；（3）培养液发酵，按照酶解培养液质量3.5%‑4.5%加入混合菌种，进行有氧发酵和无氧发酵；（4）脱色处理，加入活性炭对发酵液进行脱色；（5）干燥粉化，经低温烘干、粉化，得氨基酸粉；（6）溶解螯合，按照质量称取水、氨基酸粉、七水硫酸亚铁、五水硫酸铜、七水硫酸锌、一水硫酸锰、速溶硼，搅拌螯合后，制成氨基酸水溶性肥料。本发明方法蛋白质水解率高，氨基酸得率高，氨基酸水溶性肥料可促进植物生长，提高亩产产量。

Description

一种氨基酸水溶性肥料的制备方法

技术领域

本发明属于肥料加工技术领域，具体涉及一种氨基酸水溶性肥料的制备方法。

背景技术

氨基酸水溶肥料利用农副产品资源为主要原料，通过生物发酵技术和膜浓缩技术生产的高科技、多功能、环保型氨基酸液体肥料；它富含活性肽、氨基酸、钙元素、天然生长活性物质。氨基酸水溶肥料是适应现代农业用于绿色农产品生产的多功能水溶肥料，它与一般水溶肥的不同之处主要是除加入微量元素外还添加了作物生长发育过程中必需氨基酸，而且能够更加全面均衡的补充作物营养，增强作物抗病、抗旱的能力，增产效果显著。通过对农产品资源中大分子蛋白质成分，经分解作用，形成氨基酸，一般采用盐酸或硫酸酸解、NaOH碱解或酶解作用生产；但是，盐酸或硫酸酸解可使蛋白质完全水解，不引起消旋，而色氨酸完全被破坏，羟基氨基酸部分被分解；NaOH碱解多数氨基酸不同程度的被破坏，酶解不产生消旋，不破坏氨基酸，但分解率低。专利申请：申请号201510758077.X—一种水溶性氨基酸肥料及其制备方法，提供了氨基酸水溶性肥料的制作方法，其主要技术特征在于：（1）以动物血液作为生产原料，发酵液成分中氨基酸类8%-10%，氮3%-9%；可废物利用，其生产原料相对较少，发酵液中C/N比例低；（2）制备方法：先对动物血液使用90±5℃灭菌，再50±2℃温度下加入蛋白酶，酶解4-6小时；但是，其高灭菌和酶解温度，会导致蛋白质失活，分解率下降；（3）有氧和无氧发酵：有氧和无氧微生物可对蛋白质进行分解作用，并产生不同种类氨基酸；但是，蛋白质分解率较低，氨基酸生产得率低。

发明内容

本发明针对现有的问题：氨基酸使用，肥料如使用高纯度氨基酸，氨基酸种类及配比可进行调节，增加营养成分；但是，高纯度氨基酸价格高，大幅度增加肥料成本。酸解法，盐酸或硫酸酸解可使蛋白质完全水解，不引起消旋，而色氨酸完全被破坏，羟基氨基酸部分被分解，水解率高，但对氨基酸破坏程度也大。NaOH碱解，水解程度相对较高，但是多数氨基酸不同程度的被破坏；酶解不产生消旋，不破坏氨基酸，但分解率低。而一种水溶性氨基酸肥料及其制备方法，其所提供的氨基酸制作方法：发酵液中C/N比例低，不能为发酵微生物提供足够的营养成分，微生物分解和合成作用降低，氨基酸得率相对较低；高灭菌和酶解温度，会导致蛋白质失活，分解率下降。为解决上述问题，本发明提供了一种氨基酸水溶性肥料的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种氨基酸水溶性肥料的制备方法，包括以下步骤：

（1）酸碱水解：按照培养液质量3%-4%的量向培养液中加入醋酸，对蛋白质进行酸解，弱酸性醋酸，不会导致蛋白质和氨基酸变性，在27℃-32℃恒温下静置2-3h；然后，按照培养液质量4%-6%的量向培养液中加入氨水，对蛋白质进行碱解，弱碱性性质，不会导致蛋白质和氨基酸变性，对调整pH7.5-8，并在27℃-32℃恒温下静置1-2h；对蛋白质使用酸解和碱解，可提高蛋白质水解作用，增加氨基酸得率；

（2）酶解反应：向酸碱水解后的培养液中加入混合酶，淀粉酶可促进淀粉类物质水解成单糖，微生物可直接利用，提供C源和氨基酸合成原料，其加入量为培养液质量的1.5%-2%，均匀混合后，在30℃-34℃恒温箱中，提高酶活性，酶解作用加速，搅拌40-50min，制得酶解培养液；

（3）培养液发酵：向酶解培养液中按照酶解培养液质量3.5%-4.5%加入混合菌种，混合菌分解蛋白质种类多，氨基酸合成量增加，提高氨基酸得率，均匀混合后，置于发酵罐中进行发酵工艺；

所述的发酵工艺，其参数为：先进行有氧发酵，有氧阶段谷氨酸、谷氨酰氨、脯氨酸和精氨酸等产出率高，发酵罐升温速度5℃/30min，由于不同菌种及氨基酸合成温度不同，通过缓慢升高发酵温度，提高不同温度阶段氨基酸合成量，温度达到34℃-38℃，培养2-3h ，培养液中溶解氧通入量为5-7L/min，通过通入溶解氧，提高有氧发酵速率；再进行无氧发酵，亮氨酸、苯丙氨酸和缬氨酸等产出率高，停止通入溶解氧，将发酵罐抽至真空，发酵温度37℃-40℃，培养时间3-4h，得发酵液；进行有氧和无氧阶段发酵，可增加发酵液中氨基酸合成种类和含量；

（4）脱色处理：按照发酵液质量的5%-7%加入活性炭，除去发酵液中的色素成分，搅拌25-30min；经过滤除去活性炭和不溶部分，得氨基酸溶液；

（5）干燥粉化：将氨基酸溶液，置于烘干箱中，进行低温烘干，所得氨基酸经粉化处理，制得氨基酸粉；

（6）溶解螯合：按照质量称取水73-77份、氨基酸粉28-32份、七水硫酸亚铁0.4-0.8份、五水硫酸铜0.8-1.2份、七水硫酸锌8.2-8.6份、一水硫酸锰2.4-2.8份、速溶硼1.0-1.4份，并在超声波中搅拌处理30-40min，超声波可增加溶液中各分子活动力，增加相互螯合机率，微量元素与相对分子较大的氨基酸螯合，使微量元素在溶液中状态稳定，施肥后微量元素流失相对较少，得氨基酸水溶性肥料。

步骤（1）所述的培养液，其各配制成分质量计份为：

无菌水143-147份，大豆蛋白粉32-35份，水解淀粉12-16份，蔗糖7-9份，尿素4-6份。

步骤（2）所述的混合酶，其中淀粉酶：蛋白酶质量配比为2:3。

步骤（3）所述的混合菌种，其包括谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、短芽孢杆菌。

步骤（5）所述的低温烘干，其烘干温度为23℃-25℃。

步骤（6）所述的氨基酸水溶性肥料，优选的各配制成分质量计份为：

水75.9份、氨基酸粉30份、七水硫酸亚铁0.6份、五水硫酸铜1.0份、七水硫酸锌8.4份、一水硫酸锰2.6份、速溶硼1.2份。

本发明相比现有技术具有以下优点：酸碱水解方法，使用盐酸或氢氧化钠溶液对蛋白质水解，由于其酸性或碱性过高，会导致蛋白质变性、失活，从而使用氨基酸得率下降；而使用醋酸和氨水，其具有弱酸性和弱碱性，水解的同时，不会导致氨基酸变性，酸碱水解作用叠加，可提高蛋白质水解率。培养液配制，使用水解淀粉和蔗糖作为C源，大豆蛋白粉和尿素作为N原，C/N比例相对较高；加入淀粉酶和蛋白酶，淀粉酶可水解淀粉成单糖，微生物可直接利用，为微生物生长及氨基酸合成提供C源，在30℃-34℃恒温下搅拌水解，提高酶活性，加快酶水解作用。培养液发酵，混合菌种使用谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、短芽孢杆菌，发酵菌种类多，分解蛋白质种类多，氨基酸合成数量增加；有氧发酵阶段，不同菌种及氨基酸合成温度不同，通过缓慢升高发酵温度，提高不同温度阶段氨基酸合成量；同时，进行有氧和无氧发酵，有氧阶段谷氨酸、谷氨酰氨、脯氨酸和精氨酸等产出率高，并通过通入溶解氧，提高有氧发酵速率，而无氧阶段亮氨酸、苯丙氨酸和缬氨酸等产出率高，增加发酵液中氨基酸合成种类和含量。溶解螯合，将氨基酸粉溶于水后，加入微量元素成分，通过搅拌，微量元素与相对分子较大的氨基酸螯合，形成水溶性螯合物，使微量元素在溶液中状态稳定，施肥后微量元素流失相对较少。

具体实施方式

实施例1：

一种氨基酸水溶性肥料的制备方法，包括以下步骤：

（1）酸碱水解：按照培养液质量3.5%的量向培养液中加入醋酸，在28℃恒温下静置2.5h；然后，按照培养液质量4.5%的量向培养液中加入氨水，调整pH7.5-8，并在29℃恒温下静置1.5h；

（2）酶解反应：向酸碱水解后的培养液中加入混合酶，其加入量为培养液质量的1.5%，均匀混合后，在31℃恒温箱中，搅拌44min，制得酶解培养液；

（3）培养液发酵：向酶解培养液中按照酶解培养液质量3.5%加入混合菌种，均匀混合后，置于发酵罐中，进行发酵工艺；：

所述发酵工艺，其参数为：先进行有氧发酵，发酵罐升温速度5℃/30min，温度达到35℃，培养2h ，培养液中溶解氧通入量为5.5L/min；再进行无氧发酵，停止通入溶解氧，将发酵罐抽至真空，发酵温度38℃，培养时间3h，得发酵液；

（4）脱色处理：按照发酵液质量的5.5%加入活性炭，搅拌27min；经过滤除去活性炭和不溶部分，得氨基酸溶液；

（5）干燥粉化：将氨基酸溶液置于烘干箱中，进行低温烘干，所得氨基酸经粉化处理，制得氨基酸粉；

（6）溶解螯合：按照质量称取水75.9份、氨基酸粉30份、七水硫酸亚铁0.6份、五水硫酸铜1.0份、七水硫酸锌8.4份、一水硫酸锰2.6份、速溶硼1.2份，并在超声波中搅拌处理34min，得氨基酸水溶性肥料。

步骤（1）所述的培养液，其各配制成分质量计份为：

无菌水144份，大豆蛋白粉33份，水解淀粉14份，蔗糖7.5份，尿素4.2份。

步骤（2）所述的混合酶，其中淀粉酶：蛋白酶质量配比为2:3。

步骤（3）所述的混合菌种，其包括谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、短芽孢杆菌。

步骤（5）所述的低温烘干，其烘干温度为24℃。

实施例2：

本实施例2与实施例1比较，步骤变化在以下方面：

步骤（1）酸碱水解，其中醋酸加入量为培养液质量4%，酸解温度30℃，时间3h；氨水加入量为5%，碱解温度31℃，时间2h。

步骤（2）酶解反应，其中混合酶加入量为培养液质量的2%，酶解33℃，搅拌47min。

步骤（3）培养液发酵，其发酵参数为：

先进行有氧发酵，发酵罐升温速度5℃/30min，温度达到37℃，培养3h ，培养液中溶解氧通入量为6L/min；再进行无氧发酵，停止通入溶解氧，将发酵罐抽至真空，发酵温度39℃，培养时间4h，得发酵液。

步骤（6）所述的氨基酸水溶性肥料，其各配制成分质量计份为：

水75份、氨基酸粉30份、七水硫酸亚铁0.7份、五水硫酸铜1.1份、七水硫酸锌8.5份、一水硫酸锰2.7份、速溶硼1.3份。

对比1：

本对比1与实施例1比较，未进行步骤（1）酸碱水解，其他步骤与实施例1相同。

对比2：

本对比2与实施例1比较，步骤（1）酸碱水解，其中酸为盐酸，碱为氢氧化钠溶液，其他与实施例1相同。

对比3：

本对比3与实施例2比较，未进行步骤（2）酶解反应，其他步骤与实施例2相同。

对比4：

本对比4与实施例1比较，未进行步骤（3）培养液发酵，其他步骤与实施例1相同。

对比5：

本对比5与实施例1比较，步骤（3）培养液发酵中，仅使用有氧发酵，其他步骤与实施例1相同。

对照组：

对照组使用盐酸水解和蛋白酶水解，未使用本发明酸碱水解、酶解反应、培养液发酵方法。

通过对实施例1、实施例2、对比1、对比2、对比3、对比4、对比5及对照组实验方案，统计其蛋白质水解率、氨基酸种类、氨基酸得率。

实验数据：

项目	蛋白质水解率%	氨基酸种类 个	氨基酸得率%
				实施例1	78.64%	10	17.43%
实施例2	77.98%	9	16.89%
				对比1	70.30%	8	15.06%
对比2	81.38%	9	16.97%
				对比3	72.50%	6	15.35%
对比4	60.69%	8	14.31%
				对比5	71.35%	9	16.16%
对照组	48.37%	3	11.25%

综合结果：通过使用酸碱水解方法，可提高蛋白质水解率8.34%，氨基酸种类提高2个，氨基酸得率提高2.37%；使用酶解反应方法，可提高蛋白质水解率5.48%，氨基酸种类提高3个，氨基酸得率提高1.54%；使用培养液发酵方法，可提高蛋白质水解率17.95%，氨基酸种类提高2个，氨基酸得率提高3.12%。

使用实施例1、实施例2氨基酸水溶性肥料、与无氨基酸叶面肥，对棉花进行叶面喷洒，对比铃重、株高和皮棉产量。

实验数据：

项目	株高cm	铃重g	皮棉产量kg/亩
				实施例1	63.5	5.48	176
实施例2	62.2	5.47	174.1
				无氨基酸叶面肥	58.4	4.56	139.2

实验结果：通过使用氨基酸叶面肥对棉花进行喷洒，可提高棉花株高5.1cm，棉花铃重0.92g，皮面亩产提高36.8kg；而相对于实施例2，氨基酸水溶性肥料优选成分配制比例，较实施例2更能促进植物生长，提高产量。

Claims (6)

1.一种氨基酸水溶性肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）酸碱水解：按照培养液质量3%-4%的量向培养液中加入醋酸，在27℃-32℃恒温下静置2-3h；然后，按照培养液质量4%-6%的量向培养液中加入氨水，调整pH 7.5-8，并在27℃-32℃恒温下静置1-2h；

（2）酶解反应：向酸碱水解后的培养液中加入混合酶，其加入量为培养液质量的1.5%-2%，均匀混合后，在30℃-34℃恒温箱中搅拌40-50min，制得酶解培养液；

（3）培养液发酵：向酶解培养液中，按照酶解培养液质量3.5%-4.5%加入混合菌种，均匀混合后，置于发酵罐中进行发酵工艺；

所述的发酵工艺，其参数为：先进行有氧发酵，发酵罐升温速度5℃/30min，温度达到34℃-38℃，培养2-3h ，培养液中溶解氧通入量为5-7L/min；再进行无氧发酵，停止通入溶解氧，将发酵罐抽至真空，发酵温度37℃-40℃，培养时间3-4h，得发酵液；

（4）脱色处理：按照发酵液质量的5%-7%加入活性炭，搅拌25-30min；经过滤除去活性炭和不溶部分，得氨基酸溶液；

（5）干燥粉化：将氨基酸溶液置于烘干箱中，进行低温烘干，所得氨基酸经粉化处理，制得氨基酸粉；

（6）溶解螯合：按照质量称取水73-77份、氨基酸粉28-32份、七水硫酸亚铁0.4-0.8份、五水硫酸铜0.8-1.2份、七水硫酸锌8.2-8.6份、一水硫酸锰2.4-2.8份、速溶硼1.0-1.4份，并在超声波中搅拌处理30-40min，得氨基酸水溶性肥料。

2.如权利要求1所述氨基酸水溶性肥料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的培养液，其各配制成分质量计份为：无菌水143-147份，大豆蛋白粉32-35份，水解淀粉12-16份，蔗糖7-9份，尿素4-6份。

3.如权利要求1所述氨基酸水溶性肥料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的混合酶，其中淀粉酶：蛋白酶质量配比为2:3。

4.如权利要求1所述氨基酸水溶性肥料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的混合菌种，其包括谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌、短芽孢杆菌。

5.如权利要求1所述氨基酸水溶性肥料的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述的低温烘干，其烘干温度为23℃-25℃。

6.如权利要求1所述氨基酸水溶性肥料的制备方法，其特征在于，步骤（6）所述的氨基酸水溶性肥料，优选的各配制成分质量计份为：

水75.9份、氨基酸粉30份、七水硫酸亚铁0.6份、五水硫酸铜1.0份、七水硫酸锌8.4份、一水硫酸锰2.6份、速溶硼1.2份。