CN115849966A

CN115849966A - 一种纳米硒营养剂的制备方法

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Publication number: CN115849966A
Application number: CN202211322046.6A
Authority: CN
Inventors: 周鼎力; 高宝红; 卢一玮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-10-26
Filing date: 2022-10-26
Publication date: 2023-03-28

Abstract

本发明公开了一种纳米硒营养剂的制备方法，包括如下步骤：(1)用食叶草发酵制取氨基酸，(2)红色结晶体纳米硒的合成，(3)纳米硒营养剂的合成，其营养剂主要由活性纳米硒与多种氨基酸组成；本发明克服了现有微生物发酵制取纳米硒中释放的纳米硒往往黏附在细菌表面，生物活性小，制备的工艺流程长，步骤复杂、纳米硒纯度低的缺陷，本发明提供了一种生产成本低，合成工艺简单，纳米硒生物活性高，作物生长营养好，安全、绿色和环保的一种纳米硒营养剂。

Description

一种纳米硒营养剂的制备方法

技术领域

本发明涉及农业技术领域，具体地，属于一种纳米硒营养剂的制备方法；

背景技术

纳米硒(其粒径在1～100nm之间)，不溶于水，溶于碱液和酸液中，具有好的生物学活性，广泛应用于制药、肥料和生物产品领域；有关纳米硒的制备方法已有报道，在CN114031048A《一种纳米硒的制备方法》中，采用磷脂去包裹和阻止纳米硒粒子的团聚和变色，磷脂属于含有磷酸的脂类，脂类在室温下一般难溶于水，特别是冬季易凝固，导致包裹有磷脂的纳米硒产品不能作为液体或固体肥料在作物叶面或根部进行好的吸收，不能作为肥料使用；在加有难溶于水的磷脂混合液体中，混合液体内的还原剂(如维生素C)和硒源(硒酸钠、亚硒酸钠)被磷脂包裹，使得还原剂(如维生素C)与硒源不能进行分子间的接触，不易发生硒源生成单质硒的还原反应，导致单质硒的转化率低，硒的浓度小；在CN106699262A《富硒营养剂》中，一种富硒营养剂，主要由腐植酸、硒矿粉、磷酸氢钙、硫酸硅、石粉和菌种(包括乳酸菌、酵母菌)组成，采用生物发酵技术生产富硒营养剂，其中的磷酸氢钙、硫酸硅和石粉属于不溶于水的无机物，作为液体叶面肥料时，不能被植物吸收，有害无益；在CN114836484A《一种利用酵母菌高效还原纳米硒的方法》中，采用生物发酵技术制备纳米硒，经过培养基制备和含亚硒酸钠液体培养基制备、酵母活化、酵母菌扩大培养和合成纳米硒等步骤，最后得到菌泥沉淀与纳米硒混在一起，纳米硒的分离和提纯困难，发酵时的亚硒酸钠的浓度为5mg/mL或0.5％(Wt％，低浓度的亚硒酸钠去发酵，导致纳米硒产品的纯度含量低，生物活性小；

上述的微生物发酵还原成纳米硒的过程首先是在细胞内将硒酸盐或亚硒酸盐还原成纳米硒，进一步分泌多糖、蛋白等物质将纳米硒包被并释放至胞外，释放的纳米硒往往黏附在细菌表面，难以单独分离提取。因此，如何提取和分离细菌所产的纳米硒，是目前纳米硒制备过程中的难点；现有公开的生物发酵法制备纳米硒存在工艺流程长，步骤复杂、菌泥包裹纳米硒，菌泥与纳米硒混在一起，存在纳米硒纯度低，生物活性小的缺陷。

发明内容

本发明就是要克服现有技术的缺陷，提供一种生产成本低，合成工艺简单，纳米硒生物活性高，作物营养好，安全、绿色和环保的一种纳米硒营养剂；

一种纳米硒营养剂的制备方法，包括如下步骤：

1.用食叶草发酵制取氨基酸：

将食叶草进行清洗、除去泥沙，破碎打浆成为食叶草浆汁；按照60-70％(Wt％)食叶草浆汁、15～20％(Wt％)尿素，8～10％(Wt％)红糖，2～3％(Wt％)EM菌剂(镜检活菌含量：大于100亿个/m1)的比例进行生化发酵处理；将尿素与红糖加水溶解成为尿素溶液和红糖溶液，将食叶草浆汁、尿素溶液与红糖溶液发酵物料按照上述重量比例(Wt％)分别加入到密闭的带搅拌机的发酵罐内，给发酵罐内的发酵物料加热到100℃，启动搅拌机，保持5-15分钟杀菌灭活，然后，冷却至40-45℃；依照传统的生化发酵技术工艺，将市售EM菌剂加到发酵设备内，让EM菌剂与发酵物料混合，并搅拌均匀，进行厌氧发酵3-5天，发酵完毕后，过滤分离除去发酵后的固体残渣，收集发酵后的滤液，得到多组分的氨基酸液体；2.红色结晶体纳米硒的合成；

在带搅拌装置的密闭的容器中，加入亚硒酸钠(Na₂Se03)和水，配成含亚硒酸钠10-30％(Wt％)的水溶液，将二氧化硫(S02)气体通入带搅拌装置的密闭的反应器中，反应器内压力维持在0.03-0.1MPa，温度维持在20-90℃，在搅拌机搅拌下，使二氧化硫与亚硒酸钠水溶液充分接触，发生“气--液”二相氧化还原反应，亚硒酸钠中+4价硒元素被还原成零价的红色结晶体纳米硒(Se)，反应完毕后，停止通入二氧化硫气体；然后，将10-30％(Wt％)氢氧化钠溶液加入到反应器内调节溶液的PH值达到7(中性)，反应副产品硫酸被氢氧化钠中和成为硫酸钠，在PH为7的中性溶液中，红色结晶体纳米硒(Se)沉淀析出，通过静止固液分离或机械的固液分离方法，将反应器内生成的红色固体纳米硒与含有硫酸钠溶液进行固液分离，收集固液分离后得到的红色固体纳米硒；

3.纳米硒营养剂的合成：

将上述(1)中得到的复合型氨基酸液体与(2)中收集的固体红色纳米硒加入带有搅拌器的反应器内，按照氨基酸≥100g/Kg(纳米硒营养剂)，Se≥40g/Kg(纳米硒营养剂)含量进行物料配比，混合搅拌均匀30-50分钟后，得到成一种纳米硒营养剂；

本发明在上述(2)红色固体纳米硒的合成中，亚硒酸钠与二氧化硫接触后发生如下氧化还原反应，亚硒酸钠中+4价硒元素被还原成零价的红色固体结晶纳米硒(Se)(见图1)，反应方程式如下：

Na₂SeO₃+2SO₂+H₂O＝Na₂SO₄+Se+H₂SO₄：

亚硒酸盐在酸性环境中被强还原剂二氧化硫SO₂还原成元素态Se，元素态硒(Se)的晶体形式是α单斜晶系、β单斜晶系以及红色结晶体Se，所有这些晶体形式在水中都是难溶的，但红色的固体纳米硒能溶于硫酸和碱液，浓硫酸具有强的氧化性，在浓硫酸中红色的结晶硒被氧化变成+4价硒，发生氧化还原反应生成无色的亚硒酸，反应方程式：

Se+2H₂SO₄(浓)＝H₂SeO₃+2SO₂+H₂O；

反应物亚硒酸钠的浓度越高，生成物硫酸的浓度就越大，因此，低浓度的亚硒酸钠有利于反应产物单质硒的沉淀和收集；

亚硒酸钠的溶解度为950g/L(20℃)，硫酸钠(Na₂SO₄)溶解度为195g/L(20℃)，本发明中，反应的亚硒酸钠浓度控制在能水溶解的30％(Wt％)以内或300g/L(20℃)以内，低于950g/L(20℃)饱和溶解度，使生成物的硫酸钠溶度控制在能水溶解的25％(Wt％)或250g/L(20℃)以内，低于195g/L(20℃)饱和溶解度；使生成的硫酸含量小于20％(Wt％)，属于稀硫酸，稀硫酸不溶解红色结晶体硒，能够阻止固体红色纳米硒的溶解，便于产物固体红色纳米硒与含有硫酸钠和硫酸的溶液进行固液分离，有利于收集固体的红色纳米硒产物；

本发明中，红色结晶体纳米硒的合成所需还原剂二氧化硫，可以采用硫磺、硫化氢、硫铁矿、闪锌矿和亚硫酸钠多种方法制取：

(1)硫磺燃烧生成二氧化硫，反应方程式：S+O₂＝SO₂

(2)硫化氢燃烧生成二氧化硫，反应方程式：2H₂S+3O₂＝2H₂O+2SO₂

(3)加热硫铁矿、闪锌矿生成二氧化硫，反应方程式：

4FeS₂+11O₂＝2Fe₂O₃+8SO₂；2ZnS+3O₂＝2ZnO+2SO₂

(4)亚硫酸盐跟硫酸反应可制得较纯的二氧化硫；

H₂SO₄+NaSO₃＝NaSO₄+SO₂+H₂O

本发明中使用的EM菌剂属于市场上通用销售的菌剂(镜检活菌含量：大于100亿个/ml)，主要由双岐菌、乳酸菌、芽孢杆菌、光合细菌、酵母菌、放线菌、醋酸菌等单一菌种经工艺发酵-提纯-扩培-喷雾干燥-高效复合而成的有益微生物菌种；利用EM菌剂，能有效地将食叶草中的蛋白质发酵转化成氨基酸的有机营养剂；发酵中的尿素提供氮元素，红糖起到复活微生物菌剂的活性，提供碳元素含量，用尿素和红糖去调节发酵中的C/N比例；

本发明中所述的食叶草，中国国家卫健委于2021-10-25 13：42发布2021年第9号公告：食叶草属于新食晶原料食叶草；食叶草国含高自蛋成分达到32％以上又被称为蛋白草(菜)，并含有18中氨基酸，近十年来食叶草在我国河北、河南、山东、山西、陕西、甘肃、湖南、湖北和广东等多个省份开始大量种植并食用，食用部位为茎和叶，食用方式有凉拌、榨汁、炒菜、泡茶、制作豆腐、面食和食叶草大米等；食叶草是通过生物杂交技术而获得的新晶种，生长适应能力强，且生物量极大，一亩每年可达30-40吨，食叶草(蛋自草)不含重金属、抗生素、激素等残留威胁，食叶草发酵制取的氨基酸肥料是天然的肥料“加工厂”，完全能满足有机绿色农产晶生产，应用前景广阔；食叶草(蛋白草)通过生物技术生产的环保型无公害的多元素氨基酸肥料，富含氨基酸、蛋白质、钙元素、天然生长活性物质，具有显著的发根、促苗、壮杆、抗逆、增产、优质等作用，可广泛应用于绿色农业发展；

本发明以食叶草浆汁、尿素、红糖和EM菌剂发酵制取的十八种氨基酸如下：

氨基酸分子属于由氨基(-NH₂)和羧基(-COOH)组成的有机化合物，由好的生物活性，本发明用食叶草发酵提取的多种氨基酸分子去包裹红色结晶体纳米硒粒子，阻止红色结晶体纳米硒粒子相互聚合，减缓和控制硒粒子生长变大，能够保持红色结晶体纳米硒的生物活性稳定；

本发明使用的食叶草，价格低廉，来源广泛，食叶草发酵后能提取多种氨基酸，本发明一种纳米硒营养剂，是由生物活性纳米硒和多种氨基酸组成的营养剂，属于“绿色营养剂”，对环境和人体无害，对人体有好的保健作用，适用于各种作物、蔬菜和水果的施肥种植，特别能促进玉米，高粱、水稻、黄豆、花生、油菜、西瓜、西红柿、苹果、荔枝、桃子，烟草和茶叶的生长，将在未来生态农业和绿色食晶生产中起着重要作用和得到广泛性应用；

本发明一种纳米硒营养剂的制备方法，其先进性在于：

1.食叶草原料属于中国国家卫健委2021年第9号公告的新食晶原料，无毒、安全，不含重金属，食叶草种植简单，来源广泛，亩产量高，价格低廉，食叶草中蛋白质成分达到32％以上，并含有18中氨基酸和多种营养元素，本发明中合成的营养剂属于一种复合型多种氨基酸营养剂，具有促进植物增长、高产早熟的特别功效；

2.用食叶草发酵提取的高浓度的多种氨基酸，氨基酸分子去包裹红色纳米硒粒子，阻止红色结晶体纳米硒粒子相互聚合和团聚，能够保持红色结晶体纳米硒的生物活性稳定；

3.采用成本低的二氧化硫作为还原剂与亚硒酸钠反应制取红色纳米硒，工艺简单，反应速度快，生产成本低，单位产量的投资小，产物纳米硒纯度高，克服了微生物发酵中释放的纳米硒往往黏附在细菌表面，难以单独分离，提取单质硒存在工艺流程长，步骤复杂、纳米硒纯度低、生物活性小的缺陷；

附图说明

图1是本发明工艺流程图；

图2是本发明合成的红色纳米硒溶液实物图

图3是本发明合成的红色纳米硒光谱扫描图；

图4是本发明合成的红色纳米硒电镜扫描图；

图5是本发明合成的红色纳米硒溶液脱水干燥后的实物图

具体实施方式

下面结合附图1、图2、图3、图4和具体实施例对本发明做进一步的说明，但实施例不受其限制。

实施例

一种纳米硒营养剂的制备方法，由如下步骤实现：

1.用食叶草发酵制取氨基酸：

将食叶草进行清洗、除去泥沙，破碎打浆，配成750克食叶草浆汁，将150克尿素加到150克水中配成300克尿素溶液，尿素提供发酵中的氮元素，将80克红糖加到100克水中配成180克红糖溶液，红糖起到复活微生物菌剂的活性，提供碳元素含量，用尿素和红糖去调节发酵中的C/N比例；将750克食叶草浆汁、300克尿素溶液和180克红糖溶液分别加入到密闭的带搅拌机的发酵罐内，给发酵罐内的发酵物料加热到100℃，启动搅拌机，保持15分钟杀菌灭活，然后，冷却至45℃；依照生化发酵技术原理，将20克EM菌剂(来自北京康乔世纪环境科技有限公司，镜检活菌数≥100亿个/ml)加到发酵设备内，让EM菌剂与杀毒灭活后的发酵物料混合，并搅拌均匀，进行厌氧发酵5天，呈现果香味或酒味后，发酵完毕，过滤分离除去发酵后的固体残渣，收集发酵后的滤液，得到980克复合型氨基酸液体；

2.红色纳米硒的合成：

在带搅拌器的2000ml规格的耐压金属反应器(316L材质)中，加入100克亚硒酸钠粉剂(Na₂SeO₃)和900克水，配成1000克的10％(Wt％)含亚硒酸钠溶液，采用119克亚硫酸钠与161克的70％(Wt％)稀硫酸反应，制取二氧化硫气体(操作步骤：在一个耐压的金属容器(316L材质)里盛装119克亚硫酸钠，金属分液漏斗里盛装161克的稀硫酸溶液，将70％(Wt％)稀硫酸溶液逐滴加入耐压的316L不锈钢金属容器里，立即有二氧化硫气体发生)，将二氧化硫(SO₂)气体通入带搅拌装置的密闭的耐压金属反应器中，金属容器内压力维持在常压或稍高于常压，温度维持在45-70℃，在搅拌机搅拌下，二氧化硫气体与亚硒酸钠溶液充分接触，发生“气-液”二相氧化还原反应，亚硒酸钠中+4价硒元素被还原成零价的红色纳米硒(Se)，当161克的70％(Wt％)稀硫酸滴加毕时，二氧化硫气体停止产生，二氧化硫气体与亚硒酸钠溶液的氧化还原反应完毕；反应完毕后，将10-30％(Wt％)氢氧化钠溶液加入到反应器内调节溶液的PH值达到7(中性)，反应副产品硫酸被氢氧化钠中和成为硫酸钠，在PH为7的中性溶液中，得到红色纳米硒(Se)液体(见图2)，通过实验室常规的滤纸、锥形玻璃漏斗和真空泵进行负压过滤，收集滤纸上的红色纳米硒，烘干后，得到的固体红色纳米硒41.5克(见图5)，对红色纳米硒进行光谱扫描得到图3，对红色纳米硒进行电镜扫描得到图4；

3.一种纳米硒营养剂液体的合成：

取上述(1)中得到的复合型氨基酸液体980克与(2)中收集的红色纳米硒41.5克放入搅拌器中，搅拌混合均匀后，得到1021.2克一种纳米硒营养剂液体；依照中华人民共和国农业行业标准(NY/T 1972-2010)《水溶肥料钠硒硅含量的测定》方法，采用原子荧光光谱法对红色纳米硒营养剂中的Se元素进行取样测试，测试结果；每1000克纳米硒营养剂中硒(Se)含量为4.06g(或4.06g/Kg)，采用《NY/T 1975-2010水溶肥料游离氨基酸含量的测定》方法，利用“柱前衍生--液相色谱法”对红色纳米硒营养剂中的氨基酸取样进行测试，测试结果；每1000克纳米硒营养剂中氨基酸含量为112.5克(或112.5g/Kg)；

4.一种纳米硒营养剂固体的合成：

取上述(1)中得到的复合型氨基酸液体980克进行减压蒸馏、干燥脱水，得到154克红色的纳米硒营养剂粉末；依照中华人民共和国农业行业标准(NY/T 1972-2010)《水溶肥料钠硒硅含量的测定》方法，采用原子荧光光谱法对红色纳米硒营养剂粉末中的Se元素进行取样测试，测试结果：硒(Se)的含量为26.9g/100g或269g/kg，采用《NY/T 1975-2010水溶肥料游离氨基酸含量的测定》方法，利用“柱前衍生--液相色谱法”对红色纳米硒营养剂粉末中的氨基酸取样进行测试，测试结果：氨基酸的含量为73.5g/100g或735g/kg；

本实施例中，可以根据农业作物施肥的要求，选择上述的固体粉末红色纳米硒营养剂施肥，也可以选用液体的红色纳米硒营养剂施肥(或加水稀释后作为叶面肥喷雾施肥)，其应用效果如下：

本发明含有纳米硒和氨基酸的营养剂，它含有十八种氨基酸和核酸，同时含有丰富的矿物质，如钙、磷、钾、锰、锌、硼、镁，铁、钙，B族维生素非常丰富，β-胡萝卜素含量、异黄酮含量，大黄素含量也极大丰富，蛋白含量大于43％，氨基酸含量达到35％，所以本发明氨基酸液体肥是一种全营养肥料，对于促进植物增长、高产早熟、高品质、提高口味有特别的功效；适用于各种蔬菜，水果，草坪绿化施用；特别是对农作物的玉米，高粱、水稻、黄豆、花生、油菜、西瓜、西红柿、苹果、荔枝、桃子、烟草、茶叶施用有非常好的效果：

1.促进作物增长、早熟，可提高产量10-30％，如：提高稻谷产量10-25％，提2.高水果产量20-25％，

提高蔬菜产量20-30％，可提高早熟期10-20天左右；

3.提高品质：如玉米粒饱满，红面闪光；苹果大而光亮，口感香甜；大豆、花生、向日葵、油菜的出油率提高10-20％，大米丰收达到10-20％。

4.水稻种植中，纳米硒能遏制镉进入谷穗中，减少镉对大米的重金属污染。

Claims

1.一种纳米硒营养剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)用食叶草发酵制取氨基酸：

将食叶草进行清洗、除去泥沙，破碎打浆成为食叶草浆汁；按照60-70％(Wt％)食叶草浆汁、15～20％(Wt％)尿素，8～10％(Wt％)红糖，2～3％(Wt％)EM菌剂(镜检活菌含量：大于100亿个/ml)的比例进行生化发酵处理；将尿素与红糖加水溶解成为尿素溶液和红糖溶液，将食叶草浆汁、尿素溶液与红糖溶液发酵物料按照上述重量比例(Wt％)分别加入到密闭的带搅拌机的发酵罐内，给发酵罐内的发酵物料加热到100℃，启动搅拌机，保持5-15分钟杀菌灭活，然后，冷却至40-45℃；依照传统的生化发酵技术工艺，将市售EM菌剂加到发酵设备内，让EM菌剂与发酵物料混合，并搅拌均匀，进行厌氧发酵3-5天，发酵完毕后，过滤分离除去发酵后的固体残渣，收集发酵后的滤液，得到多组分的氨基酸液体；

(2)红色结晶体纳米硒的合成：

在带搅拌装置的密闭的容器中，加入亚硒酸钠(Na₂SeO₃)和水，配成含亚硒酸钠10-30％(Wt％)的水溶液，将二氧化硫(SO₂)气体通入带搅拌装置的密闭的反应器中，反应器内压力维持在0.03-0.1MPa，温度维持在20-90℃，在搅拌机搅拌下，使二氧化硫与亚硒酸钠水溶液充分接触，发生“气-液”二相氧化还原反应，亚硒酸钠中+4价硒元素被还原成零价的红色结晶体纳米硒(Se)，反应完毕后，停止通入二氧化硫气体；然后，将10-30％(Wt％)氢氧化钠溶液加入到反应器内调节溶液的PH值达到7(中性)，反应副产品硫酸被氢氧化钠中和成为硫酸钠，在PH为7的中性溶液中，红色结晶体纳米硒(se)沉淀析出，通过静止固液分离或机械的固液分离方法，将反应器内生成的红色固体纳米硒与含有硫酸钠溶液进行固液分离，收集固液分离后得到的红色固体纳米硒；

(3)纳米硒营养剂的合成：

将上述(1)中得到的复合型氨基酸液体与(2)中收集的固体红色纳米硒加入带有搅拌器的反应器内，按照氨基酸≥100g/Kg(纳米硒营养剂)，Se≥40g/Kg(纳米硒营养剂)含量进行物料配比，混合搅拌均匀30-50分钟后，得到成一种纳米硒营养剂。