CN112167260A - 一种农药助剂用聚谷氨酸的快速制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于农药助剂技术领域，具体涉及一种农药助剂用聚谷氨酸的快速制备方法，制备方法为：聚谷氨酸发酵原液经酸解后加入沉淀剂，离心后上清液经陶瓷膜过滤出去菌体，再经过超滤去除小分子杂质，加入卡松或山梨酸钾即得到产品。通过本发明获得的农药助剂用聚谷氨酸外观为浅黄色至酒红色的澄清液体，无刺激性气味，pH值为4‑7，54℃热储30天无沉淀，在杀虫剂、除草剂、抗菌剂中加入一定浓度的本发明获得聚谷氨酸，既可以增加作物的保水能力，又可以减少农药喷洒频率，进而保护了土壤，减轻了农药的负面影响。

Description

一种农药助剂用聚谷氨酸的快速制备方法
技术领域
本发明属于农药助剂技术领域，具体涉及一种农药助剂用聚谷氨酸快速制备方法。
背景技术
聚谷氨酸(γ-PGA)是一种由若干个谷氨酸单体(D型或L型)通过微生物合成的高分子、阴离子型多肽聚合物，其一般由500-5000个谷氨酸单体构成，相对分子质量在10×103-10000×103。相邻两个谷氨酸由酰胺键连接，每个谷氨酸都留下一个游离的羧基。因此，γ-PGA主链上大量的游离羧基可进行交联、螯合、衍生化等反应。由于γ-PGA分子中有大量游离的亲水性羧基，可在分子内部或分子之间形成氢键，因此保水性能极好，同时又具有生物可降解性、吸附性、可食用性、生物相容性、无毒性以及非免疫原性等特点，从而作为保水剂、保肥剂、食品添加剂、药物载体等广泛应用于农业、食品、环保、医药等领域。尤其是在农业生产中，聚谷氨酸具有保水保肥，提高肥料利用率，生根壮根，提高作物抗逆性，双向调节pH，改良酸、碱土壤等诸多突出作用，使其在农业领域内的应用日益广泛。
聚谷氨酸在农业生产中的应用日益广泛，经过处理后可以作为一种农药助剂，成为一种缓释剂或粘附剂，在杀虫剂、除草剂、抗菌剂中加入一定浓度的聚谷氨酸，既可以促进作物生长，又可以减少农药喷洒频率，进而保护了土壤，减轻了农药负面影响。
现有的市售农用聚谷氨酸本身就含有大量固体悬浮物，作为农药助剂添加到农药中，会有大量的沉淀产生，严重影响在农药中发挥作用，甚至会影响药效。目前尚未发现通过现有技术制备的农用聚谷氨酸可直接作为农药制剂。
发明内容
针对上述技术存在的空白，本发明提供了一种农药助剂用聚谷氨酸的快速制备方法，制备获得的聚谷氨酸外观为浅黄色至酒红色的澄清液体，无刺激性气味，pH值为4-7，54℃热储无任何沉淀。在杀虫剂、除草剂、抗菌剂中加入一定浓度的聚谷氨酸，既可以增加作物的保水能力，又可以减少农药喷洒频率，进而保护了土壤，减轻了农药的负面影响。
本发明的具体技术方案如下：
一种农药助剂用聚谷氨酸制备方法，包括以下步骤：
本发明的具体技术方案如下：
一种农药助剂用聚谷氨酸制备方法，包括以下步骤：
1)取聚谷氨酸发酵原液，加入磷酸或浓硫酸调pH 2-3，70-80℃搅拌4-8h，使粘度降至8-10mPa·s，用KOH溶液调pH4-7；
2)加入2-4wt％的沉淀剂，继续搅拌2-4h，然后进行离心；
3)分离后的上清液加热至40-60℃，然后用陶瓷膜进行过滤；
4)过滤清液加入1-2wt％的沉淀剂，搅拌2-4h，然后进行离心；
5)分离后的上清液用超滤设备进行处理；
6)超滤清液加入0.1％-0.4％(m/v)的卡松或山梨酸钾即得产品。
本发明将聚谷氨酸发酵原液经酸解后加入沉淀剂，离心后上清液经陶瓷膜过滤出去菌体，再加入沉淀剂，再经过超滤去除小分子杂质，加入卡松或山梨酸钾即得到产品。
优选地，聚谷氨酸发酵原液中聚谷氨酸含量3.5％-4.5％(m/v)，通过专利申请号为CN201811617317.4的技术方案制备得到聚谷氨酸发酵原液，也可以利用其它技术获得聚谷氨酸发酵原液。
优选地，沉淀剂由硝酸钙与聚丙烯酰胺组成，两者的质量比例为1:1-1:3；
本发明获得产品即为农药助剂用聚谷氨酸制剂，外观为浅黄色至酒红色的澄清液体，无刺激性气味，pH值为4-7，54℃静置30天无沉淀。
优选地，所述陶瓷膜的孔径为0.2μm-0.8μm；进一步优选地，陶瓷膜孔径为0.2μm-0.4μm。
优选地，超滤设备的超滤膜截留分子量为5kDa-100kDa；进一步优选地，超滤膜截留分子量为5kDa-10kDa。
优选地，陶瓷膜为合肥世杰膜工程有限公司的陶瓷复合膜设备，型号为SJM-FHM-01；超滤设备选用合肥世杰膜工程有限公司的多功能膜设备，型号为SJM-DGN-010。
本发明之所以需要两次加入沉淀剂，主要原因在于聚谷氨酸发酵原液中存在大量的菌体与有机物杂物，第一次加入沉淀剂为了将发酵液中的菌体沉淀下来，加快后续的陶瓷膜过滤速度，第二次加入沉淀剂是为了将上清液中的细胞碎片、游离蛋白质等杂质进行进一步沉淀，防止超滤过程中对膜造成损坏。沉淀剂中硝酸钙可以与发酵液中的磷酸盐等生成微溶性的磷酸钙，形成沉淀析出，聚丙烯酰胺则是靠吸附和架桥，通过高分子链上的带电基团吸附作用，将细小的菌体细胞聚集到一起从而实现加速沉降，达到加快固液分离的目的；本发明获得的超滤清液中加入卡松或山梨酸钾，防止因长时间放置产生杂菌。
本发明所确定的处理顺序是不能改变的，发明人在探究的过程中发现若改变添加顺序会导致最终获得的产品出现沉淀从而难以达到预期效果。本发明获得产品无沉淀，澄清透亮，主要原因在于通过沉淀剂预先去除大量的菌体细胞，保证了膜过滤效率，再经过进一步的离心、超滤去除细胞碎片，最终获得澄清液体制剂，并避免现有技术中的诸多弊端。
利用本发明的制备方法得到的农药制剂用聚谷氨酸，无沉淀，澄清透亮，OD400在0.1以内，无刺激性气味，54℃静置30天无沉淀，性质稳定，获得产品经过经过冷冻干燥后固体中聚谷氨酸纯度可达90％以上，可以充分发挥聚谷氨酸与农药的农用效果。在杀虫剂、除草剂、抗菌剂中加入一定浓度的聚谷氨酸，既可以增加作物的保水能力，又可以减少农药喷洒频率，进而保护了土壤，减轻了农药的负面影响。本发明的制备方法，速度快、时间短、工艺简单、安全，易于操作，可工业化生产。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围，除特殊说明外，下述实施例中均采用常规现有技术完成。
下述实施例中，OD400是一个用分光光度计检测的澄清度指标，表示的是在波长400nm处的吸光度，数值越小，溶液越澄清。
实施例1
一种农药助剂用聚谷氨酸，其具体制备步骤：
取10L聚谷氨酸发酵原液，聚谷氨酸发酵原液中聚谷氨酸含量3.5％(m/v)，加入磷酸或浓硫酸调pH 2-3，70℃搅拌5h，使粘度降至8mPa·s，用KOH溶液调pH5；
加入4wt％的沉淀剂(沉淀剂中硝酸钙与聚丙烯酰胺两者的质量比例为1:1)，继续搅拌2h，然后进行离心；
分离后的上清液加热至40℃，然后用陶瓷膜(膜孔径为0.2μm)进行过滤；
过滤清液加入1wt％的沉淀剂，搅拌2h，然后进行离心；
分离后的上清液用超滤设备(截留分子量为20kDa)进行处理，超滤清液加入0.3％(m/v)的山梨酸钾即可。
制备完成的聚谷氨酸外观为浅黄色的澄清液体，OD400<0.1，无刺激性气味，pH值为6，54℃静置30天无沉淀。
实施例2
一种农药助剂用聚谷氨酸，其具体制备步骤：
取10L聚谷氨酸发酵原液，聚谷氨酸发酵原液中聚谷氨酸含量4.5％(m/v)，加入磷酸或浓硫酸调pH 2-3，80℃搅拌5h，使粘度降至8mPa·s，用KOH溶液调pH5；
加入4wt％的沉淀剂(沉淀剂中硝酸钙与聚丙烯酰胺两者的质量比例为1:2)，继续搅拌2h，然后进行离心；
分离后的上清液加热至50℃，然后用陶瓷膜(膜孔径为0.4μm)进行过滤；
过滤清液加入2wt％的沉淀剂，搅拌2h，然后进行离心；
分离后的上清液用超滤设备(截留分子量为50kDa)进行处理，超滤清液加入0.3％(m/v)的卡松即可。
制备完成的聚谷氨酸外观为酒红色的澄清液体，OD400<0.1，无刺激性气味，pH值为6，54℃静置30天无沉淀。
实施例3
一种农药助剂用聚谷氨酸，其具体制备步骤：
取10L聚谷氨酸发酵原液，聚谷氨酸发酵原液中聚谷氨酸含量4.0％(m/v)，加入磷酸或浓硫酸调pH 2-3，75℃搅拌5h，使粘度降至8mPa·s，用KOH溶液调pH5；
加入3wt％的沉淀剂(沉淀剂中硝酸钙与聚丙烯酰胺两者的质量比例为1:2)，继续搅拌2h，然后进行离心；
分离后的上清液加热至60℃，然后用陶瓷膜(膜孔径为0.5μm)进行过滤；
过滤清液加入1wt％的沉淀剂，搅拌2h，然后进行离心；
分离后的上清液用超滤设备(截留分子量为10kDa)进行处理，超滤清液加入0.4％(m/v)的山梨酸钾即可。
制备完成的聚谷氨酸外观为酒红色的澄清液体，OD400<0.1，无刺激性气味，pH值为6，54℃静置30天无沉淀。
实施例4
一种农药助剂用聚谷氨酸，其具体制备步骤：
取10L聚谷氨酸发酵原液，聚谷氨酸发酵原液中聚谷氨酸含量4.0％(m/v)，加入磷酸或浓硫酸调pH 2-3，78℃搅拌5h，使粘度降至8mPa·s，用KOH溶液调pH5；
加入3wt％的沉淀剂(沉淀剂中硝酸钙与聚丙烯酰胺两者的质量比例为1:2)，继续搅拌2h，然后进行离心；
分离后的上清液加热至50℃，然后用陶瓷膜(膜孔径为0.3μm)进行过滤；
过滤清液加入1wt％的沉淀剂，搅拌2h，然后进行离心；
分离后的上清液用超滤设备(截留分子量为20kDa)进行处理，超滤清液加入0.4％(m/v)的卡松即可。
制备完成的聚谷氨酸外观为酒红色的澄清液体，OD400<0.1，无刺激性气味，pH值为6，54℃静置30天无沉淀。
试验
聚谷氨酸对烟嘧磺隆药害的影响
对于本发明所得的农药助剂用聚谷氨酸进行促进植物生长效果、减缓药害的验证，所采用的农药助剂用聚谷氨酸为实施例4所制备的制剂。
(1)药液配制
用自来水定量稀释聚谷氨酸至溶液含PGA量为0.2g/L，然后加入不同量的烟嘧磺隆(纯度为80％)，使烟嘧磺隆在聚谷氨酸水溶液中的含量分别为0.16g/L、0.25g/L、3.2g/L，对照为不含聚谷氨酸的烟嘧磺隆水溶液，浓度分别为0.16g/L、0.25g/L、3.2g/L，共六个处理。
(2)育苗
土壤与有机肥以质量比2:1的比例混合均匀后作为育苗基质，每个实验盆中加入2kg基质土，将6株水培的玉米幼苗间隔均匀的种植在盆中，开始育苗。
(3)喷药
待实验盆中的玉米苗生长至有四个叶片时开始喷药，使每个叶片均有药液附着即可。每天观察每个处理的玉米苗生长情况，并测量株高。
表1聚谷氨酸对烟嘧磺隆药害的缓解作用
Figure BDA0002758064040000031
Figure BDA0002758064040000041
喷施药液后的实验结果如表1所示，玉米对烟嘧磺隆的耐受值为4g/亩，但0.16g/L烟嘧磺隆溶液直接对玉米幼苗喷施仍是造成了伤害，有一株死棵，其余均有1-2个叶片枯黄，继续提高烟嘧磺隆的浓度死棵较为严重，浓度为0.25g/L时死棵率为83.3％，0.32g/L时全部枯萎。烟嘧磺隆中加入聚谷氨酸后，0.16g/L的添加量对玉米未造成伤害，浓度为0.25g/L时有一株死棵，一株叶片发黄，较单纯喷施烟嘧磺隆溶液效果要好，可以明显看出，农药中加入聚谷氨酸后不仅可以有效的抑制农药对作物的药害，还可以促进植株的正常生长。
本发明制备的聚谷氨酸制剂直接由微生物发酵液处理后制得，无需醇沉、干燥等后处理工艺，方法简单，成本低，极易在生产中进行推广。利用本发明的制备方法得到的农药制剂用聚谷氨酸，无沉淀，澄清透亮，OD400在0.1以内，无刺激性气味，54℃静置30天无沉淀，性质稳定，获得产品经过经过冷冻干燥后固体中聚谷氨酸纯度可达90％以上，可以充分发挥聚谷氨酸与农药的农用效果。在杀虫剂、除草剂、抗菌剂中加入一定浓度的聚谷氨酸，既可以增加作物的保水能力，又可以减少农药喷洒频率，进而保护了土壤，减轻了农药的负面影响。本发明的制备方法，速度快、时间短、工艺简单、安全，易于操作，可工业化生产。

Claims (6)

1.一种农药助剂用聚谷氨酸的快速制备方法，其特征在于，制备方法具体包括以下步骤：
1)聚谷氨酸发酵原液中加入磷酸或浓硫酸调pH 2-3，70-80℃搅拌4-8h，使粘度降至8-10mPa·s，用KOH溶液调pH4-7；
2)加入2-4wt％的沉淀剂，继续搅拌2-4h，然后进行离心；
3)分离后的上清液加热至40-60℃，然后用陶瓷膜进行过滤；
4)过滤清液加入1-2wt％的沉淀剂，搅拌2-4h，然后进行离心；
5)分离后的上清液用超滤设备进行处理；
6)超滤清液加入质量浓度0.1％-0.4％的卡松或山梨酸钾即得产品。
2.根据权利要求1所述的一种农药助剂用聚谷氨酸的快速制备方法，其特征在于：所述聚谷氨酸发酵原液中聚谷氨酸质量浓度为3.5％-4.5％。
3.根据权利要求1所述的一种农药助剂用聚谷氨酸的快速制备方法，其特征在于：所述沉淀剂由硝酸钙与聚丙烯酰胺组成，两者的质量比为1:1-1:3。
4.根据权利要求1所述的一种农药助剂用聚谷氨酸的快速制备方法，其特征在于：所述步骤(6)获得的产品，为浅黄色至酒红色的澄清液体，无刺激性气味，pH值为4-7。
5.根据权利要求1所述的一种农药助剂用聚谷氨酸的快速制备方法，其特征在于：所述陶瓷膜的孔径为0.2μm-0.8μm。
6.根据权利要求1所述的一种农药助剂用聚谷氨酸的快速制备方法，其特征在于：所述超滤设备的超滤膜截留分子量为5kDa-100kDa。
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