CN115160040A

CN115160040A - 一种海藻酸水溶肥料及其制备方法

Info

Publication number: CN115160040A
Application number: CN202211092926.9A
Authority: CN
Inventors: 国乃胜; 刘天英; 王一杰
Original assignee: Shandong Jiahe Marine Biotechnology Co ltd
Current assignee: Shandong Jiahe Marine Biotechnology Co ltd
Priority date: 2022-09-08
Filing date: 2022-09-08
Publication date: 2022-10-11

Abstract

本发明属于肥料技术领域，具体涉及海藻酸水溶肥料及其制备方法。本发明提供的一种海藻酸水溶肥料的制备方法，包括以下步骤：(1)海带预处理：将海带清洁去污除杂，加入水和软化剂软化后，冷冻处理，粉碎；(2)发酵：将被粉碎的海带和草木灰混合于发酵桶中，保温；加入微生物菌剂，搅拌发酵，过滤得到海带浆液；(3)酶解：将海带浆液调整pH后，加入复合酶，进行酶解后再次过滤；(4)：在步骤（3）所得滤液中加入黄腐酸钾、硝化抑制剂、脲酶抑制剂、聚天门冬氨酸后，加入悬浮剂，分散，得到海藻酸水溶肥料。本发明提供的海藻酸肥料，活性成分提取率高，能够提高肥料的利用率，且工艺过程简单，成本低，无毒无害。

Description

一种海藻酸水溶肥料及其制备方法

技术领域

本申请涉及肥料技术领域，尤其涉及一种海藻酸水溶肥料及其制备方法。

背景技术

肥料是提供一种或一种以上植物必需的营养元素，改善土壤性质，提高土壤肥力水平的一类物质，是农业生产的物质基础之一。我国是农业大国，同时也是世界化肥生产和消费的第一大国，但我国却不是农业强国，在化肥使用过程中，绝大部分还是使用大量固体肥料，存在化肥使用不合理、营养不均衡、吸收率低等问题，不仅造成资源的浪费、环境污染，还使得农业投入成本增加。同时生产的肥料存在较为严重的产能过剩问题。因此，提高农业肥料利用率是提高农业综合生产能力的必然要求。

地球上71％的面积被海洋覆盖，海洋里资源丰富，但是人类对海洋资源的开发还处于起步阶段。海带富含多种营养成分，包括多糖类物质、氨基酸类物质、生长调节物质、甜菜碱、不饱和脂肪酸、大环内酯类等等，具有多种生物学功能，海带提取物已被广泛应用于医药、食品、农业多种领域。在农业中，海带肥料具有广泛应用，且具有促进植物生长、改善土壤物理特性、提高作物抗逆性等功能。现有海带加工提取，提取率较低，影响肥效。其次，市场上海藻酸肥料主要是以液体跟粉末为主，且活性成分含量低，利用率较低，肥料浪费严重。因此需要提供一种活性成分提取率高、肥料利用率高的海藻酸水溶肥料。

鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明的一方面目的在于提供一种海藻酸水溶肥料的制备方法，提高活性成分的提取率，提高肥料的利用率，减少资源的浪费。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种海藻酸水溶肥料的制备方法，包括以下步骤：

(1)海带预处理：将海带清洁去污除杂，加入水和软化剂软化后，冷冻处理，粉碎；

(2)发酵：将被粉碎的海带和草木灰混合于发酵桶中，保温；加入微生物菌剂，搅拌发酵，过滤得到海带浆液；

(3)酶解：将海带浆液调整pH后，加入复合酶，进行酶解后再次过滤；

(4)：在步骤（3）所得滤液中加入黄腐酸钾、硝化抑制剂、脲酶抑制剂、聚天门冬氨酸后，加入悬浮剂，分散，得到海藻酸水溶肥料。

本申请中，先后将海带进行预处理、发酵、酶解等步骤，将海带中的活性成分进行提取，改善了制备工艺，有效提高活性成分的提取率。然后将海带处理后的滤液与黄腐酸钾、硝化抑制剂、脲酶抑制剂、聚天门冬氨酸等复配，能够使得肥料具有缓释的效果，提高肥料缓释水平，进一步提高肥料的利用率。

本申请中，首先将海带清洗，去除泥土、部分盐分等杂质；加入水和软化剂，将海带软化并充分浸润，海带细胞充分吸收水分，一方面，有助于后续溶出海带细胞间更多的有效成分，另一方面，以便为后续的冷冻处理增加冰晶的形成，利于细胞的破壁。之后进行冷冻处理，海带原料在冷冻的过程中，细胞内形成冰晶且细胞失水，造成海带细胞的机械性损伤，破坏细胞原生质，有利于细胞内活性成分的释放。冷冻处理后进行粉碎，一方面，将海带细胞进一步破壁，利于其内容物的进一步释放。另一方面，将海带破碎，增大其比表面积，有利于提高后续发酵、酶解的效率。

本申请中，粉碎的海带与草木灰一同发酵，草木灰中包含了种类更加丰富的无机矿质，尤其是被植物所需要的钾肥以碳酸钾的形式存在，一是能够提供部分营养元素，二是碳酸钾与被粉碎的海带处于同一水溶液中，碳酸根离子水解，使溶液体系呈碱性，从而促进海藻酸从海带细胞中扩散出来，海藻酸的大量释放降低有机液肥的表面张力，提高有机液肥在植物叶面和果实上的润湿能力。发酵后加入微生物菌剂，海带中的组织液和细胞液可与微生物接触的更加充分，实现充分发酵，缩短发酵的时间，促进海带中包含的物质被充分的利用。

海带中包括海藻多糖，海藻蛋白、多肽、氨基酸，脂质化合物等大分子类物质，还包括植物生长调节剂类物质以及多种矿物元素。本申请中在海带浆液中还加入复合酶，进一步将海带进行酶解，得到包含海藻酸、植物生长调节物质等活性成分的滤液。

本申请中，通过对工艺的调整，软化与冷冻破碎相结合，菌剂发酵与酶解相互结合，尽可能实现海带细胞内容物的释放，提高活性成分的提取率，实现最大程度的活性成分的提取。本申请提供的海藻酸水溶肥料中的营养成分98%以上以小分子的状态存在，极大的促进了养分的吸收，提高肥料的利用率。

所述水的质量为海带质量的2~5倍。

本申请中，水的质量可以为海带质量的2倍、3倍、4倍、5倍，在此范围内，既能够保证海带在水和软化剂的作用下，浸润软化充分，同时避免为后续的过滤等操作带来负担。

所述软化剂包括碳酸钠、碳酸氢钠、草酸钾、草酸钠、碳酸钾、磷酸钾及醋酸钾中的一种或多种;所述软化剂与海带的质量比为0.5~5：100。

本申请中，选择碳酸钠、碳酸氢钠、草酸钾、草酸钠、碳酸钾、磷酸钾及醋酸钾中的一种或多种将海带进行软化处理，构成海带韧性的主要原因是海带中的褐藻酸及其钙盐，这两种物质都是难溶性的，上述软化剂能够与其反应，使得海带组织迅速得到破坏。其中，软化剂的质量可以为海带质量的0.5%、1%、2%、3%、4%、5%。

所述步骤（2）保温温度为55℃~85℃，保温时间为24h~48h；所述步骤（2）发酵温度为20~40℃，发酵时间为36~48h。

本申请中，粉碎的海带与草木灰一同发酵，在温度55℃~85℃的条件下保温24h~48h，其中温度可以为55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃，时间可以为24h、36h、48h。加入微生菌剂，搅拌发酵，发酵温度可以为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃，发酵时间可以为36h、42h、48h。

所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、放线菌和地衣芽孢杆菌的混合物；枯草芽孢杆菌的添加量为1～2×10⁸CFU/g海带,放线菌的添加量为1～1.5×10⁸CFU/g海带,地衣芽孢杆菌的添加量为1.5～2×10⁸CFU/g海带。

本申请中，菌剂采用枯草芽孢杆菌、放线菌和地衣芽孢杆菌按重量份数的比例为1～2:1~1.5:1.5～2复配而成。如微生物的使用量过多，则会引起有机液肥中的营养物质被过分的新陈代谢进一步将种类丰富的大量的氨基酸分解掉，从而造成有机液肥的营养成分降低。因此，菌剂的添加量为3.5~5.5×10⁸CFU/g海带。在枯草芽孢杆菌菌体生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、短杆菌肽等活性物质，这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌有明显的抑制作用。枯草芽孢杆菌、放线菌和地衣芽孢杆菌的作用下，海带中的蛋白质被转化为菌体蛋白，产生维生素B族等有益物质，保持了海带中的营养物质，同时，由于三种菌种的存在，在使用有机液肥时还可以改变作物根系的微生物种群，提高作物的抗逆能力、促进作物的光合作用，提高根系的生长，提高作物对营养物质和水分的吸收能力。

所述酶解pH为4.5~6.5；所述酶解温度为35~37℃；所述酶解时间为1~1.5h；所述复合酶包括木瓜蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、鼠李糖酶、几丁质酶。

所述木瓜蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、鼠李糖酶、几丁质酶的质量之比为1~1.5：1.2~2：1.5~2：2~3：2~3。

本申请中采用的复合酶为木瓜蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、鼠李糖酶、几丁质酶按照质量之比1~1.5：1.2~2：1.5~2：2~3：2~3复配而成。木瓜蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、鼠李糖酶、几丁质酶按照特定的比例复配，5种酶之间协同作用，使得海带细胞被破坏，内含物释放，海带细胞中的大分子被分解，有助于提高活性成分的提取率，使得肥料效果更好。

所述硝化抑制剂包括2-氯-6-(三氯甲基)吡啶、2-氨基-4-氯-9-甲基吡啶、磺胺噻唑、双氰胺、4-氨基-1，2，3-三唑盐酸盐和脒基硫脲中的一种或多种；

所述脲酶抑制剂包括环乙基磷酸三酰胺、磷酰三胺、N-丁基硫代磷酰三胺、N-丁基磷酰三胺、苯基磷酰二胺和环乙基硫代磷酸三酰胺中的一种或多种；

所述悬浮剂包括黄原胶、羧甲基纤维素。

关于硝化抑制剂、脲酶抑制剂的选择，本领域技术人员知晓上述硝化抑制剂均能实现控制肥料的硝化反应速度，上述脲酶抑制剂均能实现抑制脲酶活性，而受文件篇幅的限制，本申请不再在实施例中穷举硝化抑制剂、脲酶抑制剂的选择，本领域技术人员能够知晓硝化抑制剂、脲酶抑制剂在上述范围内的具体的不同选择，均能实现本申请。

本申请中，通过在缓控释液体肥料中加入限定配比的硝化抑制剂，来控制肥料硝化反应速度，减少氮素的损失，提高氮肥的利用率。加入的脲酶抑制剂在土壤中抑制脲酶活性，延缓氮肥分解成氨，减少挥发，提高氮肥的利用率。聚天门冬氨酸作为控释剂，与硝化抑制剂、脲酶抑制剂协同作用，增强肥料的缓释性能，提高肥料的利用率。

本申请中，加入黄原胶、羧甲基纤维素等悬浮剂，可以使制备的缓控释液体肥料各组分颗粒分散稳定，肥料液体质地均匀，保质期长，缓释供肥性能稳定。

本申请中还添加了黄腐酸钾，一方面其作为有机质，为肥料提供营养元素，另一方面，能够固氮、解磷、活化钾，疏松土壤，提高土壤的保水保肥能力，与硝化抑制剂、脲酶抑制剂、聚天门冬氨酸协同作用，提高肥料的缓释能力，提高肥料的利用率。

所述硝化抑制剂的质量为海带质量的0.5%~2%；所述脲酶抑制剂的质量为海带质量的0.5%~2%；所述悬浮剂质量为海带质量的0.05%~1%。

其中，硝化抑制剂的质量可以为海带质量的0.5%、1%、1.5%、2%，脲酶抑制剂的质量可以为海带质量的0.5%、1%、1.5%、2%，悬浮剂质量可以为海带质量的0.05%、0.1%、0.5%、1%。

本发明还提供了一种利用上述方法制备得到的海藻酸水溶肥料。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过对制备工艺进行探索和优化，使得海带中的活性成分的提取率大大提高，使得水溶肥料中包括大量的葡萄糖、海藻酸、海藻多糖等小分子营养物质，制备得到的海藻酸水溶肥料营养物质丰富合理。

2、本申请通过对工艺的调整，软化与冷冻破碎相结合，菌剂发酵与酶解相互结合，实现了本申请提供的海藻酸水溶肥料中的营养成分98%以上以小分子的状态存在，极大的促进了养分的吸收。且本申请提供的海藻酸水溶肥料具有缓释的效果，能够大大提高肥料的利用率，以便实现提质增产的技术效果。

、本发明工艺流程简单、可操作性强、环保、无污染，完全性和重复性好，可实现大规模工业化连续性生产。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

如未特殊说明，在以下实施方式中，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

(1)海带预处理：将100kg海带清洁去污除杂，加入200kg水和0.5kg软化剂碳酸钠软化后，冷冻处理，粉碎；

(2)发酵：将被粉碎的海带和草木灰10kg混合于发酵桶中，与55℃保温48h；加入枯草芽孢杆菌1×10¹³CFU,放线菌1×10¹³CFU,地衣芽孢杆菌1.5×10¹³CFU，与20℃搅拌发酵36h，过滤得到海带浆液；

(3)酶解：将海带浆液调整pH至4.5，加入木瓜蛋白酶130g、纤维素酶155g、果胶酶195g、鼠李糖酶260g、几丁质酶260g，于35℃酶解1.5h再次过滤；

(4)：在步骤（3）所得滤液中加入黄腐酸钾10kg、硝化抑制剂2-氨基-4-氯-9-甲基吡啶0.5kg、脲酶抑制剂环乙基磷酸三酰胺0.5kg、聚天门冬氨酸1kg后，加入黄原胶50g，分散，得到海藻酸水溶肥料。

实施例2

(1)海带预处理：将100kg海带清洁去污除杂，加入500kg水和5kg软化剂碳酸钠软化后，冷冻处理，粉碎；

(2)发酵：将被粉碎的海带和草木灰15kg混合于发酵桶中，与85℃保温24h；加入枯草芽孢杆菌2×10¹³CFU,放线菌1.5×10¹³CFU,地衣芽孢杆菌2×10¹³CFU，与40℃搅拌发酵48h，过滤得到海带浆液；

(3)酶解：将海带浆液调整pH至6.5，加入木瓜蛋白酶172g、纤维素酶266g、果胶酶266g、鼠李糖酶398g、几丁质酶398g，于37℃酶解1h后再次过滤；

(4)：在步骤（3）所得滤液中加入黄腐酸钾10kg、硝化抑制剂磺胺噻唑2kg、脲酶抑制剂磷酰三胺2kg、聚天门冬氨酸1kg后，加入羧甲基纤维素1kg，分散，得到海藻酸水溶肥料。

实施例3

(1)海带预处理：将100kg海带清洁去污除杂，加入300kg水和2kg软化剂碳酸钠软化后，冷冻处理，粉碎；

(2)发酵：将被粉碎的海带和草木灰12kg混合于发酵桶中，与65℃保温36h；加入枯草芽孢杆菌1.5×10¹³CFU,放线菌1.2×10¹³CFU,地衣芽孢杆菌1.7×10¹³CFU，与30℃搅拌发酵48h，过滤得到海带浆液；

(3)酶解：将海带浆液调整pH至5.5，加入木瓜蛋白酶130g、纤维素酶196g、果胶酶222g、鼠李糖酶326g、几丁质酶326g，于36℃酶解1h后再次过滤；

(4)：在步骤（3）所得滤液中加入黄腐酸钾10kg、硝化抑制剂双氰胺1kg、脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺1kg、聚天门冬氨酸1kg后，加入黄原胶100g，分散，得到海藻酸水溶肥料。

对比例1

对比例1与实施例3的区别在于，不包括步骤（2），其余均相同。

对比例2

对比例2与实施例3的区别在于，不包括步骤（3），其余均相同。

对比例3

对比例3与实施例3的区别在于，不包括黄腐酸钾、硝化抑制剂双氰胺、脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰三胺、聚天门冬氨酸，其余均相同。

对比例4

对比例4与实施例3的区别在于，不包括悬浮剂黄原胶，其余均相同。

试验例1 复合酶制剂的筛选

1、复合酶制剂筛选试验

将海带去污除杂，加入水和软化剂软化，冷冻粉碎。取50g粉碎后的海带粉末，向其中加入900mL的水，制成匀浆，然后加入0.75g的表1所述复合酶制剂，于37℃、pH为5.5下酶解36h。将酶解液分离浓缩至150mL，得到海藻酸液，并参考“HG/T5050-2016海藻酸肥料”中记载的咔唑比色法测定海藻酸液中海藻酸的含量，结果如表1所示。

表1 复合酶制剂筛选

由表1可以看出，处理4~7比例下的复合酶制剂酶解获得的海藻酸液中海藻酸含量较高，其含量明显高于处理1~3以及8配比下的复合酶制剂，更加高于处理9~12下的复合酶制剂。

试验例2

将实施例1-3、对比例1-3所述的海藻有机水溶肥料用清水稀释60倍备用。

在葡萄果实膨大期分别喷施实施例1-3、对比例1-3所述的海藻酸水溶肥料，施药量以叶片滴液为限，以喷施等量清水为对照。喷施15天后，分别按照五点取样法采集5片葡萄成熟叶片，参照张宪政的方法(张宪政，植物叶绿素含量测定——丙酮乙醇混合液法，辽宁农业科学，1986年第3期)，测定提取液在645nm、663nm波长下的吸光度值，计算叶片的叶绿素含量，3个重复计算平均值。结果如下表2所述。

表2 叶绿素含量测定

由表2可以看出，本发明提供的海藻酸水溶肥料能够明显提高葡萄叶片中的叶绿素含量，有利于其生长发育，提质增产。

试验例3

分别取实施例1~3制备的海藻酸肥料各20kg，与市面上所售海藻酸液体肥料20kg做对比试验，选4个长势相似的5~6片真叶的黄瓜大棚做实验，在2个月内将20kg肥料分3次水冲实验(浇2次清水冲一次肥水)，在1月后进行验证，测量株高、坐果率、发病率、产量，实验结果如下表3：

表3 海藻酸肥对大棚黄瓜生长和抗病性的影响

从表3中可以看出，与市售肥料相比，采用本发明的实施例1、实施例2和实施例3制备的海藻酸肥料对大棚黄瓜的株高、坐果率和总产量具有显著的促进作用，对发病率具有显著的抑制作用。

试验例4

测试实施例1-3和对比例1~4所制备肥料在常温下的放置稳定性，结果如表4：

表4 常温稳定性结果

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种海藻酸水溶肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(4)：在步骤（3）所得滤液中加入黄腐酸钾、硝化抑制剂、脲酶抑制剂、聚天门冬氨酸后，加入悬浮剂，分散，得到海藻酸水溶肥料；

所述微生物菌剂包括枯草芽孢杆菌、放线菌和地衣芽孢杆菌的混合物；所述微生物菌剂的添加量为3.5~5.5×10⁸CFU/g海带；

所述复合酶包括木瓜蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、鼠李糖酶、几丁质酶。

2.根据权利要求1所述的一种海藻酸水溶肥料的制备方法，其特征在于，所述水的质量为海带质量的2~5倍。

3.根据权利要求1所述的一种海藻酸水溶肥料的制备方法，其特征在于，所述软化剂包括碳酸钠、碳酸氢钠、草酸钾、草酸钠、碳酸钾、磷酸钾及醋酸钾中的一种或多种;所述软化剂与海带的质量比为0.5~5：100。

4.根据权利要求1所述的一种海藻酸水溶肥料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中保温温度为55℃~85℃，保温时间为24h~48h；所述步骤（2）发酵温度为20~40℃，发酵时间为36~48h。

5.根据权利要求1所述的一种海藻酸水溶肥料的制备方法，其特征在于，所述枯草芽孢杆菌的添加量为1～2×10⁸CFU/g海带,所述放线菌的添加量为1～1.5×10⁸CFU/g海带,所述地衣芽孢杆菌的添加量为1.5～2×10⁸CFU/g海带。

6.根据权利要求1所述的一种海藻酸水溶肥料的制备方法，其特征在于，所述酶解pH为4.5~6.5；所述酶解温度为35~37℃；所述酶解时间为1~1.5h。

7.根据权利要求6所述的一种海藻酸水溶肥料的制备方法，其特征在于，所述木瓜蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、鼠李糖酶、几丁质酶的质量之比为1~1.5：1.2~2：1.5~2：2~3：2~3。

8.根据权利要求1所述的一种海藻酸水溶肥料的制备方法，其特征在于，所述硝化抑制剂包括2-氯-6-(三氯甲基)吡啶、2-氨基-4-氯-9-甲基吡啶、磺胺噻唑、双氰胺、4-氨基-1，2，3-三唑盐酸盐和脒基硫脲中的一种或多种；

所述悬浮剂包括黄原胶、羧甲基纤维素。

9.根据权利要求8所述的一种海藻酸水溶肥料的制备方法，其特征在于，所述硝化抑制剂的质量为海带质量的0.5%~2%；所述脲酶抑制剂的质量为海带质量的0.5%~2%；所述悬浮剂质量为海带质量的0.05%~1%。

10.权利要求1~9任一项所述的一种海藻酸水溶肥料的制备方法得到的海藻酸水溶肥料。