CN110734316A - 绿色氨基酸肥料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于肥料制备技术领域，公开了绿色氨基酸肥料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将氨基酸缓释肥料和无机肥料按照1:5‑10的质量比混匀，包装，即得。本发明制备方法中主要使用了发酵废弃物，操作工艺简单，实现了变废为宝。

Description

绿色氨基酸肥料的制备方法
技术领域
本发明属于肥料制备技术领域，具体涉及绿色氨基酸肥料的制备方法。
背景技术
氨基酸肥料中的氨基酸可被作物直接用来合成蛋白质、核酸及个别内源激素，所以是一种见效快、效果好的好肥料，能代替部分氮肥，光合作用增强，叶色变得浓绿。不同的氨基酸类型功能各异，其中，天冬氨酸能提高种子发芽，蛋白质的合成，并在压力时期的生长提供氮；异亮氨酸和亮氨酸能够提高抵抗盐胁迫，提高花粉活力和萌发，芳香味的前体物质；苯丙氨酸能够增加植物的木质化、控梢、增加花青素；精氨酸能够增强根系发育，是植物内源激素多胺合成的前体，并能提高作物的抗盐胁迫能力；丙氨酸增加合成叶绿素，调节开放气孔，对病菌有抵御作用；甘氨酸对作物的光合作用有独特的效果，利于作物生长，增加作物糖的含量；色氨酸是内源激素生长素吲哚乙酸合成的前体，提高芳香族化合物的合成；组氨酸能够调节气孔开放，并提供碳骨架激素的前体，细胞分裂素合成的催化酶；赖氨酸能够增强叶绿素合成，增加耐旱性；酪氨酸能够增加耐旱性，提高花粉萌发；谷氨酸能够刺激植物生长，提高对不利气候条件的抵抗力。
现有技术已经有较多关于氨基酸螯合肥料的研究，例如“CN101050153 A”公开了一种含中微量元素的缓释型螯合追施肥，由尿素10～50份、硫酸铵0～30份、氯化铵0～35份、氯化钾0～30份、硫酸钾0～40份、氨基酸螯合钙0～1份、氨基酸螯合镁0～1份、氨基酸螯合铁0～1份、氨基酸螯合锌0～1份、氨基酸螯合铜0～0.2份、氨基酸螯合钼0～0.1份、氨基酸螯合锰0～0.1份、棒土2～8份、硼砂0～1份、双氰胺0.02～0.1份配制成。该肥料添加了多种螯合物，各种物质均需要单独购买，然后进行复配，原料成本较高。
氨基酸在发酵过程中会产生大量的菌体蛋白，现有技术一般将其制备成饲料，申请人对菌体蛋白的利用进行了进一步地研究，包括制备成培养基的氮源组分或氨基酸肥料，例如中国专利“CN201410519206，一种利用苏氨酸发酵废弃物制备的肥料”将菌体蛋白进行了处理，用于制备氨基酸螯合肥料，其中，制备氨基酸螯合物的方法为：将菌体蛋白烘干，粉碎机粉碎成粉末状，然后置于反应釜中, 加入6-8mol/L的盐酸，以没过原料为准，在60℃温度下搅拌水解12-15小时，搅拌速度为100转/min，反应终止后用氢氧化钾中和残余盐酸，得到氨基酸水溶液，然后按照氨基酸与金属离子的摩尔比为3：1的比例添加金属离子，控制温度为40℃，时间为30min，pH为7.0，进行螯合反应，最后将螯合产物浓缩，干燥以及粉碎，得到氨基酸螯合物；该方法采用酸水解得到的是L-氨基酸，但是色氨酸被沸酸完全破坏；含有羟基的氨基酸如丝氨酸或苏氨酸有一小部分被解；天门冬酰胺和谷氨酰胺侧链的酰胺基被水解成了羧基。而现有技术采用碱水解的产物是D-型和L-型氨基酸，由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率不高。可见，采用强酸碱水解菌体蛋白，获得游离氨基酸部分属于右螺旋，活性较差，不利于被植物所吸收，而且用于合成植物生长激素的色氨酸被破坏。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了绿色氨基酸肥料的制备方法，该制备方法主要使用了发酵废弃物，操作工艺简单，成本低廉，实现了变废为宝。
本发明是通过如下技术方案来实现的。
绿色氨基酸肥料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将氨基酸缓释肥料和无机肥料按照1:5-10的质量比混匀，包装，即得。
优选地，所述无机肥料为氮磷钾复合肥。
进一步地，所述氨基酸缓释肥料按照如下步骤制备得到：
步骤（1）分离氨基酸发酵液：分离氨基酸发酵液，收集菌体蛋白和液体，将液体于提取氨基酸，提取过程产生的发酵废水备用；
步骤（2）制备氨基酸金属螯合液：将菌体蛋白至于80℃烘干，然后研磨，过50-100目筛，然后添加含有钙盐、锰盐以及锌盐的水溶液，保持菌体蛋白含量为40-100g/L，采用超声波进行处理，处理时间为8-10min，再置于高速剪切机中以10000rpm的速度剪切60-80s，停止剪切，添加中性蛋白酶和木瓜蛋白酶，温度为50℃、时间为8-9h；然后升温至60℃，保温1-2h，得到氨基酸金属螯合液；
步骤（3）制备炭化颗粒：将农作物秸秆粉碎得到秸秆粉，然后往发酵废水中依次添加秸秆粉和膨润土，混匀，静置12h，然后置于造粒机中造粒，将颗粒置于管式炉中，在氮气氛围下进行炭化，温度控制在500℃，时间为30min，取出，自然冷却，得到炭化颗粒；
步骤（4）喷洒、搅拌以及包装：将步骤（2）所得氨基酸金属螯合液喷洒到步骤3）所得炭化颗粒，搅拌均匀，55-65℃烘干，即得。
优选地，所述钙盐、锰盐以及锌盐的浓度均为0.03-0.05mol/L。
优选地，所述钙盐选用硝酸钙、氯化钙或者二者的混合物。
优选地，所述锰盐选用硫酸锰、硝酸锰或二者的混合物。
优选地，所述锌盐选用硫酸锌、硝酸锌或二者的混合物。
优选地，所述中性蛋白酶的添加量为1200U/L，所述木瓜蛋白酶的添加量为1000U/L。
优选地，所述氨基酸金属螯合液和炭化颗粒的比例为1L:4-5kg。
优选地，所述发酵废水：秸秆粉：膨润土=1L：200-300g：150-200g.
优选地，所述超声波的频率为20-25kHz。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
本发明采用超声波处理和高速剪切处理，能够将菌体细胞壁充分破碎，同时导致部分蛋白肽键断裂，有利于后续酶解反应；本发明首先在菌体蛋白溶液中添加金属盐离子，有利于提高渗透压促进菌体裂解，而且有助于提高酶活力，还可以作为氨基酸螯合用的金属离子用于制备氨基酸螯合物，同时解决了多个技术问题，酶解和螯合同时进行，节约了成本和操作流程；本发明通过试验发现，中性蛋白酶和木瓜蛋白酶配伍能够提高水解率和氨基酸产率。
氨基酸废水处理较为困难，企业投入成本较高，本发明利用工艺改进了传统的堆放、焚烧处置方式，不仅减少了对环境的负面影响，还充分利用了其含有的营养物质；本发明制备的炭化颗粒利用了废水和农业废弃物，通过添加膨润土，吸附作用增强，能够将氨基酸螯合物通过配位、氢键以及库仑力等方式进行吸附，避免了氨基酸随水分流失以及释放过快的缺陷，而且炭化颗粒最终能够被植物充分利用，为植物提供养料。
附图说明
图1：酶解温度对氨基酸含量的影响；
图2：酶解时间对氨基酸含量的影响。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
绿色氨基酸肥料的制备方法，其包括如下步骤：
利用谷氨酸棒杆菌发酵制得谷氨酸发酵液，离心发酵液，收集菌体蛋白和滤过液，将滤过液用于提取谷氨酸，提取过程产生的发酵废水备用；
将菌体蛋白至于80℃烘干，然后研磨，过100目筛，然后添加含有钙盐、锰盐以及锌盐的水溶液，保持菌体蛋白含量为70g/L，采用20kHz的超声波进行处理，处理时间为10min，再置于高速剪切机中以10000rpm的速度剪切80s，停止剪切，添加中性蛋白酶（12万U/g）和木瓜蛋白酶（10万U/g），添加量分别为1200U/L和1000U/L，温度为50℃、时间为8h；然后升温至60℃，保温1h，得到氨基酸金属螯合液；
所述钙盐、锰盐以及锌盐的浓度均为0.05mol/L；
钙盐选用硝酸钙；锰盐选用硫酸锰；锌盐选用硫酸锌；
将玉米秸秆粉碎得到秸秆粉，然后往废水中依次添加秸秆粉和膨润土，添加量为废水：秸秆粉：膨润土=1L：300g：200g，混匀，静置12h，然后置于造粒机中造粒（粒径为1mm），将颗粒置于管式炉中，在氮气氛围下进行炭化，温度控制在500℃，时间为30min，取出，自然冷却，得到炭化颗粒；
将氨基酸金属螯合液喷洒到炭化颗粒，搅拌均匀，60℃烘干，即得氨基酸缓释肥料；所述氨基酸金属螯合液和炭化颗粒的比例为1L:5kg；
将氨基酸缓释肥料和氮磷钾三元肥（氮磷钾的含量比例为15:14:12）按照1:7的质量比混匀，包装，得到绿色氨基酸肥料。
实施例2
绿色氨基酸肥料的制备方法，其包括如下步骤：
利用黄色短杆菌按照常规发酵方式发酵制得苏氨酸发酵液，分离发酵液，收集菌体蛋白和液体，将液体用于提取苏氨酸，提取过程产生的发酵废水备用；
将菌体蛋白至于85℃烘干，然后研磨，过50目筛，然后添加含有钙盐、锰盐以及锌盐的水溶液，保持菌体蛋白含量为60g/L，采用25kHz的超声波进行处理，处理时间为8min，再置于高速剪切机中以10000rpm的速度剪切70s，停止剪切，添加中性蛋白酶（12万U/g）和木瓜蛋白酶（10万U/g），添加量分别为1000U/L和800U/L，温度为50℃、时间为8h；然后升温至60℃，保温2h，得到氨基酸金属螯合液；
所述钙盐、锰盐以及锌盐的浓度均为0.04mol/L；
钙盐选用氯化钙；锰盐选用硝酸锰；锌盐选用硝酸锌；
将玉米秸秆粉碎得到秸秆粉，然后往废水中依次添加秸秆粉和膨润土，添加量为废水：秸秆粉：膨润土=1L：250g：150g，混匀，静置12h，然后置于造粒机中造粒（粒径为2mm），将颗粒置于管式炉中，在氮气氛围下进行炭化，温度控制在550℃，时间为20min，取出，自然冷却，得到炭化颗粒；
将氨基酸金属螯合液喷洒到炭化颗粒，搅拌均匀，65℃烘干，得到氨基酸缓释肥料；所述氨基酸金属螯合液和炭化颗粒的比例为1L:4kg；
将氨基酸缓释肥料和氮磷钾三元肥（氮磷钾的含量比例为15:10:10）按照1:10的质量比混匀，包装，得到绿色氨基酸肥料。
实施例3
氨基酸金属螯合液的性能测试：
螯合率(％)=（W1-W0）×100/Wl；
W1：总金属离子的含量；
W0：游离金属离子的含量。
组别：
实验组：实施例1；
对比组1：仅使用中性蛋白酶，添加量为2200U/L；
对比组2：仅使用木瓜蛋白酶，添加量为2200U/L；
对比组3：不采用超声波和高速剪切处理。
具体见表1。
表1
1. 指标 2. 螯合率(％) 3. 氨基酸含量g/L
4. 本发明 5. 91.4 6. 3.35
7. 对比组1 8. 86.9 9. 2.31
10. 对比组2 11. 88.5 12. 2.74
13. 对比组3 14. 75.8 15. 1.77
如表1所示，与对比组1-3相比较，本发明实验组在螯合率和氨基酸含量两个指标均明显提高。本发明先后采用超声波处理和高速剪切处理，能够将菌体细胞壁充分破碎，同时使得部分蛋白肽键断裂，有利于后续酶解反应；本发明首先在菌体蛋白溶液中添加钙盐、锰盐、锌盐，有利于提高渗透压促进菌体裂解，而且能够有助于提高酶活力，还可以作为氨基酸螯合用的金属离子用于制备氨基酸螯合物，酶解和螯合同时进行，节约了成本和操作流程；本发明采用中性蛋白酶和木瓜蛋白酶配伍能够提高水解率和氨基酸产率。
实施例4
酶解温度和时间对氨基酸含量的影响。
如图1-2所示，酶解温度选择45-50℃氨基酸含量最高，考虑到氨基酸螯合物的形成需要较高的温度（60℃为最佳），综合酶活力和螯合温度进行考虑，选择50℃为最佳温度。随着酶解时间的增加，氨基酸含量不断增加，酶解8小时左右得到氨基酸含量接近峰值，继续增加酶解时间，氨基酸含量并没有明显提高，但是综合考虑到氨基酸和金属离子螯合的时间和所需要的温度，在酶解反应基本完成后，升高温度至60℃，保温1小时，从而提高螯合率。
实施例5
本发明肥效试验，以冬小麦为例。
设置肥料组别：
组1：不施肥；
组2：本发明实施例1制备的肥料；
组3：氮磷钾三元肥，每小区施加8kg；
设置9个小区，每个小区面积为100m2，每个组重复种植3次，完全随机分布。
土壤为棕壤土，种植冬小麦，各小区种植条件完全相同；具体见表2。
表2
16. 组别 17. 小区产量kg 18. 穗长cm 19. 株高cm 20. 穗粒数 21. 蛋白质含量%
22. 组1 23. 26.2 24. 6.3 25. 75.3 26. 27.8 27. 20.9
28. 组2 29. 49.6 30. 7.2 31. 89.5 32. 38.1 33. 23.4
34. 组3 35. 43.1 36. 7.0 37. 86.4 38. 35.9 39. 22.7
结论：本发明将氨基酸缓释肥和氮磷钾三元肥进行混合制备绿色氨基酸肥料，其中，氨基酸缓释肥可使叶片的叶绿素含量提高，光合能力增强，粒重增加，从而使产量提高；与组3仅使用复合肥相比较，本发明肥料使得小麦生物性状均有所提升，穗长、株高以及每穗粒数提高，还能提高小麦籽粒蛋白质含量和产量，应用前景广阔。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.绿色氨基酸肥料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将氨基酸缓释肥料和无机肥料按照1:5-10的质量比混匀，包装，即得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机肥料为氮磷钾复合肥。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨基酸缓释肥料按照如下步骤制备得到：
步骤（1）分离氨基酸发酵液：分离氨基酸发酵液，收集菌体蛋白和液体，将液体于提取氨基酸，提取过程产生的发酵废水备用；
步骤（2）制备氨基酸金属螯合液：将菌体蛋白至于80℃烘干，然后研磨，过50-100目筛，然后添加含有钙盐、锰盐以及锌盐的水溶液，保持菌体蛋白含量为40-100g/L，采用超声波进行处理，处理时间为8-10min，再置于高速剪切机中以10000rpm的速度剪切60-80s，停止剪切，添加中性蛋白酶和木瓜蛋白酶，温度为50℃、时间为8-9h；然后升温至60℃，保温1-2h，得到氨基酸金属螯合液；
步骤（3）制备炭化颗粒：将农作物秸秆粉碎得到秸秆粉，然后往发酵废水中依次添加秸秆粉和膨润土，混匀，静置12h，然后置于造粒机中造粒，将颗粒置于管式炉中，在氮气氛围下进行炭化，温度控制在500℃，时间为30min，取出，自然冷却，得到炭化颗粒；
步骤（4）喷洒、搅拌以及包装：将步骤（2）所得氨基酸金属螯合液喷洒到步骤3）所得炭化颗粒，搅拌均匀，55-65℃烘干，即得。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钙盐、锰盐以及锌盐的浓度均为0.03-0.05mol/L。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钙盐选用硝酸钙、氯化钙或者二者的混合物。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锰盐选用硫酸锰、硝酸锰或二者的混合物。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐选用硫酸锌、硝酸锌或二者的混合物。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述中性蛋白酶的添加量为1200U/L，所述木瓜蛋白酶的添加量为1000U/L。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氨基酸金属螯合液和炭化颗粒的比例为1L:4-5kg。
10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述发酵废水：秸秆粉：膨润土=1L：200-300g：150-200g。
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