CN108341700A - 一种复合酶制剂降解褐煤制备腐植酸肥料的方法 - Google Patents

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刘向伟
何雁林
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Abstract

本发明公开了一种复合酶制剂降解褐煤制备腐植酸肥料的方法，属于生物酶应用技术领域。本发明包括下述的步骤：将褐煤粉碎至80目以上过筛，加入调制成一定浓度的复合酶制剂溶液，混合均匀，然后保温静置酶解。本发明采用复合酶制剂降解活化腐植酸，条件温和，所用温度、PH均低于传统化学提取工艺，所得活性小分子含量高，更利于植物的吸收利用，同时节能减排，且不需要经过提取，在保证提高腐植酸肥效的同时，可实现褐煤的全组分利用，具有明显的成本优势，可以显著提高生产企业的经济效益。

Description

一种复合酶制剂降解褐煤制备腐植酸肥料的方法
技术领域
本发明涉及一种复合酶制剂降解褐煤制备腐植酸肥料的方法，属于生物酶应用技术领域。
背景技术
腐植酸(Humic acid，HA)又称胡敏酸，是由动植物残体经过微生物的分解、转化以及亿万年的地球化学过程所形成和积累起来的一类有机物质。它广泛分布于土壤、褐煤、风化煤、泥炭中，是由一组含有芳香结构、性质类似的无定型的酸性物质组成的混合物，包括黑腐酸、黄腐酸和棕腐酸。据国内外研究报道，腐植酸具有良好的生理活性，可以吸附交换氮、磷、钾、钙、锌、硼、镁等多种矿质元素，可以螯合难溶性的金属离子以利于作物吸收利用，长期使用还可以改良土壤理化性质。此外，褐煤、风化煤等低值煤源作为燃料使用价值不高，推广腐植酸的生产应用也可为煤化工的环保化和利润最大化提供有效的解决方案。褐煤腐植酸降解后所得的可溶性小分子腐植酸盐具有类似植物生长调节剂的作用，可以有效地促进农作物的生长发育，提高作物产量。
但矿物源的腐植酸多为大分子不溶性腐植酸，难以为作物直接吸收利用，必须经过活化处理，将结合态的大分子腐植酸降解为小分子水溶性腐植酸，才能应用于农业领域，实现腐植酸的最大化利用。目前国内外较为成熟的方法是用化学法对腐植酸进行降解处理，包括添加强酸、强碱、丙酮等进行高温高压处理之后再抽提分离，存在着污染严重、耗能巨大的问题，也增加了企业的环保成本和生产成本。而酶是一种温和高效的生物活性催化剂，可以在温和的反应条件下对褐煤腐植酸进行降解处理，提高腐植酸的水溶性，释放其中的功能性成分，同时避免强酸强碱的使用、节能减排。因此，高活性的腐植酸生物有机肥是一种绿色环境友好的肥料，具有广阔的市场应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、成本低廉、生产条件温和、废水排放少的用褐煤提取制备水溶性腐植酸肥料的方法。
本发明的一种复合酶制剂降解处理褐煤制备腐植酸肥料的方法包括下述步骤：
(1)将2-50份褐煤粉碎至80目以上，加入反应容器内备用；
(2)复合酶制剂的配置：所用复合酶制剂包括以下酶制剂中的至少两种：酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶、甘露聚糖酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、淀粉酶等；
(3)取步骤2中配成的活性复合酶制剂1-5份，添加3-25份去离子水溶解稀释，配置成溶液，均匀地喷洒在褐煤粉末上，搅拌均匀；
(4)搅拌均匀后的褐煤在反应器内静置酶解2-5h，保持反应器内温度为40-60℃。
上述的份均指重量份数。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)，将2-10份褐煤粉碎至80目以上，加入反应容器内备用。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)，所述复合酶制剂包括中性蛋白酶、碱性蛋白酶、酸性蛋白酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、脂肪酶、甘露聚糖酶中的至少两种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述复合酶制剂包括中性蛋白酶、碱性蛋白酶、木聚糖酶、纤维素酶、果胶酶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述复合酶制剂包括中性蛋白酶、酸性蛋白酶、木聚糖酶、半纤维素酶、脂肪酶、果胶酶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述复合酶制剂包括木聚糖酶、中性蛋白酶、甘露聚糖酶、纤维素酶、果胶酶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述复合酶制剂包括中性蛋白酶、碱性蛋白酶、纤维素酶、木聚糖酶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)每10份褐煤中添加1份复合酶制剂，所述复合酶制剂包括按重量比2:2:1:1:1混合的中性蛋白酶、碱性蛋白酶、木聚糖酶、纤维素酶、果胶酶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)每5份褐煤中添加1份复合酶制剂，所述复合酶制剂包括按重量比2:2:3:0.5:0.5:0.5混合的中性蛋白酶、酸性蛋白酶、木聚糖酶、半纤维素酶、脂肪酶、果胶酶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)每3份褐煤中添加1份复合酶制剂，所述复合酶制剂包括按重量比3:3:1:1:0.5混合的木聚糖酶、中性蛋白酶、甘露聚糖酶、纤维素酶、果胶酶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)每2份褐煤中添加1份复合酶制剂，所述复合酶制剂包括按重量比1:1:1:1混合的中性蛋白酶、碱性蛋白酶、纤维素酶、木聚糖酶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)搅拌均匀后的褐煤在反应器内静置酶解4h，保持反应器内温度为55℃。
本发明的有益效果如下：
(1)复合酶制剂的配置和使用方法简便快捷，生产工艺简单，生产过程中无需使用强腐蚀性的物质，对设备要求低投入少，同时生产周期短能耗也低，成本仅相当于传统化学提取方法的1/4～1/5，易于推广应用。
(2)生物酶法反应条件温和，不使用强酸强碱，生产中排出废水量少，环保无污染，符合环保政策和可持续发展方针。
(3)腐植酸的活化以降低分子量、增加活性官能团数量、提高腐植酸的水溶性等理化性状为目的。与传统工艺相比，生物酶法降解活化的腐植酸，活化效果更好，活性小分子含量高，复合酶制剂对腐植酸的结构和官能团产生影响，将大分子物质分解为小分子物质，增加活性官能团，提高腐植酸的应用性，可以改良土壤提高肥效，更利于植物的吸收利用。
具体实施方式
游离腐植酸含量的检测方法：总腐植酸含量和游离腐植酸含量的检测方法参考国标GB/T11957-2001“煤中腐植酸产率测定方法”及农业行业标准NY/T 1971-2010“水溶肥料腐植酸含量的测定”。
实施例1：
取重量为10份褐煤，粉碎至80目以上备用。取中性蛋白酶(25万U/g)、碱性蛋白酶(50万U/g)、木聚糖酶(20万U/g)、纤维素酶(1万U/g)、果胶酶(3万U/g)按重量比2:2:1:1:1配成复合生物酶制剂。于10份褐煤中添加1份复合酶制剂，5份去离子水，将配制成的复合活性酶制剂溶于去离子水中均匀喷洒于褐煤粉末上，并置于反应器中搅拌均匀，于反应器内酶解4h，同时保持反应器内温度为55℃。酶解结束后，将样品在80℃下烘干，检测游离腐植酸含量为61.8％。
实施例2：
取重量为5份褐煤，粉碎至80目以上备用。取中性蛋白酶(25万U/g)、酸性蛋白酶(10万U/g)、木聚糖酶(20万U/g)、半纤维素酶(1万U/g)、脂肪酶(2万U/g)、果胶酶(3万U/g)按重量比2:2:3:0.5:0.5:0.5配成复合生物酶制剂。于5份褐煤中添加1份复合酶制剂，5份去离子水，将配制成的复合活性酶制剂溶于去离子水中均匀喷洒于褐煤粉末上，并置于反应器中搅拌均匀，于反应器内酶解5h，同时保持反应器内温度为55℃。酶解结束后，将样品在80℃下烘干，检测游离腐植酸含量为70.6％。
实施例3：
取重量为3份褐煤，粉碎至80目以上备用。取木聚糖酶(20万U/g)、中性蛋白酶(25万U/g)、甘露聚糖酶(5万U/g)、纤维素酶(1万U/g)、果胶酶(3万U/g)按质量比3:3:1:1:0.5配成复合活性生物酶制剂。于3份褐煤粉末中加入1份复合酶制剂，5份去离子水，将配置成的复合酶制剂溶于去离子水中，与褐煤粉末混合均匀，置于反应器中酶解处理4h，同时保持反应器内温度为55℃。酶解结束后，将样品在80℃下烘干，检测游离腐植酸含量为68.4％。
实施例4：
取重量为2份褐煤，粉碎至80目以上备用。取中性蛋白酶(25万U/g)、碱性蛋白酶(50万U/g)、纤维素酶(1万U/g)、木聚糖酶(20万U/g)按质量比1:1:1:1配成复合活性生物酶制剂。于2份褐煤粉末中加入1份复合酶制剂，3份去离子水，将配置成的复合酶制剂溶于去离子水中，与褐煤粉末混合均匀，置于反应器中酶解处理4h，同时保持反应器内温度为55度。酶解结束后，将样品在80℃下烘干，检测得游离腐植酸含量为74.6％。
实施例5：
对本发明进行肥效实验，选取四块土质相同且相邻的实验田，记为A、B、C、D，均种植小麦。A地块施用普通基础肥料，B地块施用未经酶制剂活化处理的本发明所用的原料褐煤与普通基础肥料，C地块施用实施例4中复合酶制剂活化处理过的腐植酸与普通基础肥料，D地块施用对比例1中化学法活化处理过的腐植酸(添加HNO3与KOH活化)与普通基础肥料；四个地块所施用的肥料量相同，种植期间对小麦除草浇水施用农药等农田管理条件也完全相同。
小麦收割后，以A地块的亩产量记为100％，则B地块的亩产量为A地块的104％，C地块的亩产量为A地块的121％，D地块的亩产量为A地块的116％。由以上对比实验可以看出，经化学活化处理和酶制剂降解处理过的褐煤腐植酸对小麦的生长有较为明显的促进作用，效果远胜于未经活化降解处理的褐煤原料。而相对于化学活化方法，生物酶制剂的使用更为环境友好并且成本低廉，施用效果也更好。
对比例1化学法活化腐植酸
取重量为10份褐煤，粉碎至80目以上备用，于10份褐煤中添加0.5份浓HNO3，4.5份去离子水，将浓HNO3溶于去离子水中均匀喷洒于褐煤粉末上，混合均匀，于80℃加热提取1h，之后离心去除上层清液，反复洗涤离心去除上清至pH值为中性，再加入1份KOH，5份去离子水，将KOH溶于去离子水中均匀喷洒于褐煤粉末上，并置于反应器中搅拌均匀，于反应器内60℃保温4h。反应结束后将样品在80℃下烘干，检测游离腐植酸含量为57.8％。
对比例2
取重量为10份褐煤，粉碎至80目以上备用。取酸性蛋白酶(25万U/g)、纤维素酶(1万U/g)、果胶酶(3万U/g)按重量比2:2:1配成复合生物酶制剂。于10份褐煤中添加1份复合酶制剂，5份去离子水，将配制成的复合活性酶制剂溶于去离子水中均匀喷洒于褐煤粉末上，并置于反应器中搅拌均匀，于反应器内酶解4h，同时保持反应器内温度为55℃。酶解结束后，将样品在80℃下烘干，检测游离腐植酸含量为11.9％。
对比例3
取重量为10份褐煤，粉碎至80目以上备用。取酸性蛋白酶(25万U/g)、纤维素酶(1万U/g)、脂肪酶(2万U/g)、淀粉酶(4000U/g)按重量比2:2:1:1配成复合生物酶制剂。于10份褐煤中添加1份复合酶制剂，5份去离子水，将配制成的复合活性酶制剂溶于去离子水中均匀喷洒于褐煤粉末上，并置于反应器中搅拌均匀，于反应器内酶解24h，同时保持反应器内温度为55℃。酶解结束后，将样品在80℃下烘干，检测游离腐植酸含量为13.4％。
对比例4
取重量为5份褐煤，粉碎至80目以上备用。取酸性蛋白酶(25万U/g)、纤维素酶(1万U/g)按重量比1:1配成复合生物酶制剂a。于5份褐煤中添加1份复合酶制剂a，5份去离子水，将配制成的复合活性酶制剂溶于去离子水中均匀喷洒于褐煤粉末上，并置于反应器中搅拌均匀，于反应器内酶解4h，同时保持反应器内温度为50℃。之后取甘露聚糖酶(5万U/g)、淀粉酶(4000U/g)按重量比1:1配成复合生物酶制剂b，于上述5份褐煤中添加0.5份复合酶制剂b，搅拌均匀，于反应器内再酶解4h，同时保持反应器内温度为65℃。酶解结束后，将样品在80℃下烘干，检测游离腐植酸含量为18.2％。
对比例5
取重量为10份褐煤，粉碎至40目以下备用。取中性蛋白酶(25万U/g)、碱性蛋白酶(50万U/g)、木聚糖酶(20万U/g)、纤维素酶(1万U/g)、果胶酶(3万U/g)按重量比2:2:1:1:1配成复合生物酶制剂。于10份褐煤中添加1份复合酶制剂，5份去离子水，将配制成的复合活性酶制剂溶于去离子水中均匀喷洒于褐煤粉末上，并置于反应器中搅拌均匀，于反应器内酶解4h，同时保持反应器内温度为55℃。酶解结束后，将样品在80℃下烘干，检测游离腐植酸含量为39.3％。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种复合酶制剂降解处理褐煤制备腐植酸肥料的方法，特征在于，包括下述步骤：
(1)将2-50份褐煤粉碎至80目以上，加入反应容器内备用；
(2)复合酶制剂的配置：所用复合酶制剂包括以下酶制剂中的至少两种：酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶、甘露聚糖酶、葡聚糖酶、木聚糖酶、淀粉酶等；
(3)取步骤2中配成的活性复合酶制剂1-5份，添加3-25份去离子水溶解稀释，配置成溶液，均匀地喷洒在褐煤粉末上，搅拌均匀；
(4)搅拌均匀后的褐煤在反应器内静置酶解2-5h，保持反应器内温度为40-60℃。
上述的份均指重量份数。
2.根据权利要求1所述的一种复合酶制剂降解处理褐煤制备腐植酸肥料的方法，特征在于，步骤(2)，所述复合酶制剂包括中性蛋白酶、碱性蛋白酶、酸性蛋白酶、木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、脂肪酶、甘露聚糖酶中的至少两种。
3.根据权利要求1或2所述的一种复合酶制剂降解处理褐煤制备腐植酸肥料的方法，特征在于，步骤(2)所述复合酶制剂包括中性蛋白酶、碱性蛋白酶、木聚糖酶、纤维素酶、果胶酶。
4.根据权利要求1或2所述的一种复合酶制剂降解处理褐煤制备腐植酸肥料的方法，特征在于，步骤(2)所述复合酶制剂包括中性蛋白酶、酸性蛋白酶、木聚糖酶、半纤维素酶、脂肪酶、果胶酶。
5.根据权利要求1或2所述的一种复合酶制剂降解处理褐煤制备腐植酸肥料的方法，特征在于，步骤(2)所述复合酶制剂包括木聚糖酶、中性蛋白酶、甘露聚糖酶、纤维素酶、果胶酶。
6.根据权利要求1或2所述的一种复合酶制剂降解处理褐煤制备腐植酸肥料的方法，特征在于，步骤(2)所述复合酶制剂包括中性蛋白酶、碱性蛋白酶、纤维素酶、木聚糖酶。
7.根据权利要求1或2所述的一种复合酶制剂降解处理褐煤制备腐植酸肥料的方法，特征在于，步骤(2)每10份褐煤中添加1份复合酶制剂，所述复合酶制剂包括按重量比2:2:1:1:1混合的中性蛋白酶、碱性蛋白酶、木聚糖酶、纤维素酶、果胶酶；或者，步骤(2)每5份褐煤中添加1份复合酶制剂，所述复合酶制剂包括按重量比2:2:3:0.5:0.5:0.5混合的中性蛋白酶、酸性蛋白酶、木聚糖酶、半纤维素酶、脂肪酶、果胶酶。
8.根据权利要求1或2所述的一种复合酶制剂降解处理褐煤制备腐植酸肥料的方法，特征在于，步骤(2)每3份褐煤中添加1份复合酶制剂，所述复合酶制剂包括按重量比3:3:1:1:0.5混合的木聚糖酶、中性蛋白酶、甘露聚糖酶、纤维素酶、果胶酶；或者，每2份褐煤中添加1份复合酶制剂，所述复合酶制剂包括按重量比1:1:1:1混合的中性蛋白酶、碱性蛋白酶、纤维素酶、木聚糖酶。
9.根据权利要求1～8任一所述方法制备得到的腐植酸肥料。
10.权利要求9所述腐植酸肥料在增强土壤肥力或者提高植物产量中的应用。
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