CN116514581A - 低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料及其制备方法，其中氨基酸肥料的原料组成包括角蛋白20％‑30％、生石灰3％‑5％、三乙醇胺1.5％‑2％、甘油1.5％‑2％、磷酸5％‑7％、硝酸铜2％‑3％、其余为水；将角蛋白、甘油、磷酸、水放入高压高温下水解，然后加入石灰乳常压水解；将水解液的上清液脱脯氨酸后与下浊液混合，加入三乙醇胺和磷酸继续常压加热，滤去固体沉淀，控制脯氨酸含量占总氨基酸含量的百分比≦2.5％，调至中性即得。本发明的低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料作为叶面肥时渗透压低，有利于提高氨基酸浓度，减少了外源性脯氨酸对优渥水肥条件下作物生长的副作用，从而更大程度地发挥氨基酸对于促进植物生长、提高产量、改善品质、改良土壤的积极作用，表现出显著的技术优势和经济效益。

Description

低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料及其制备方法

技术领域

本发明涉及氨基酸肥料技术领域，尤其涉及一种低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料，以及该氨基酸肥料的制备方法。

背景技术

大量研究表明，氨基酸可以被植物直接吸收，作为肥料应用于农业生产具有十分显著的特点，不仅可以促进作物生长，增强叶片光合作用，而且能够增加产量，改善农产品品质，同时还可以增强农作物的抗逆性，比如抵抗干旱、盐碱、重金属、氧化和病害等胁迫条件。因此目前开发出酸碱水解、蛋白酶解、微生物发酵等多种技术，应用在利用畜禽、水产及屠宰等行业的废弃蛋白质特别是角质蛋白制备氨基酸肥料。但对比研究发现，作为动物代谢产物的角蛋白所包含的氨基酸与植物生长所需要的氨基酸在种类和数量上并不完全一致，与农家肥所含有的氨基酸同样不一致。

具体而言，羽毛中的角蛋白含有少量的蛋氨酸、色氨酸和赖氨酸，但丙氨酸、半胱氨酸、甘氨酸和丝氨酸含量较高。动物毛发中的半胱氨酸、甘氨酸、脯氨酸含量较高，而赖氨酸、蛋氨酸和组氨酸的含量较低。与农家肥相比，无论羽毛还是毛发等角蛋白中的脯氨酸、丝氨酸、精氨酸、胱氨酸在总蛋白质含量中的比值都高于常见农家肥如猪粪、鸡粪、牛粪和羊粪。另外，在农家肥中基本不含有精氨酸和胱氨酸。而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，它对RNA酶活性的上升有强烈的抑制作用，从而防止RNA水解，延迟植物叶片的衰老。脯氨酸可以作为一种信号分子调节线粒体功能，影响细胞增殖或细胞死亡，并触发特异性基因表达，这对植物从干旱、高盐度、高光照和紫外线照射、重金属、氧化胁迫和生物胁迫中恢复至关重要。但是，脯氨酸含量的增加导致植物早期开花，而且有研究报告显示，外源性脯氨酸可能对植物有害，并可抑制作物生长和细胞分裂。因此，为了进一步提高动物源氨基酸肥料在植物生长中的生物效应，对其氨基酸组分进行优化很有必要。

现有动物源氨基酸肥料主要从提高氨基酸收率、降低盐分、补加微量元素或其他养分等方面进行改进提高。针对植物生长需要，对氨基酸肥料中的氨基酸组分进行优化提高的技术未见报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述动物源废弃蛋白制备氨基酸肥料技术的不足，提供一种以动物毛发和禽类羽毛为原料制备低盐、低脯氨酸的氨基酸肥料的方法，降低高浓度脯氨酸对优渥水肥条件下栽培农作物的抑制作用，充分发挥复合氨基酸的积极作用。

本发明提供的低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料，包括按质量分数计的以下原料组成：角蛋白20％-30％、生石灰3％-5％、三乙醇胺1.5％-2％、甘油1.5％-2％、磷酸5％-7％、硝酸铜2％-3％、其余为水；

所述角蛋白选用废弃动物毛发、蹄甲角或禽类羽毛中的至少一种；

所述氨基酸肥料中，脯氨酸含量占总氨基酸含量的质量百分比≦2.5％。

同时，本发明还提供了所述低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料的其制备方法，包括以下步骤：

⑴角蛋白磷酸酸解：角蛋白粉碎后倒入高压水解釜，加入甘油、部分磷酸和适量水，在120℃-130℃下水解30min；

⑵碱性水解：将生石灰调制成20％-50％的石灰乳，滤去砂石；然后将石灰乳加入步骤⑴所述高压水解釜，搅拌均匀，在常压下于90℃-105℃下水解1h-2h，得水解液；将水解液静置1h-10h后分液，得到上清液A与下浊液B，备用；

⑶脱脯氨酸：往步骤⑵所述上层清液A中滴加30％-50％的硝酸铜溶液，搅拌10min后静置1h-10h，分液后得到上清液C和下浊液D；上清液C可以制备脯氨酸铜；

⑷中和、过滤：将步骤⑵所述下浊液B和步骤⑶所述下浊液D混合，加入三乙醇胺以及剩余的磷酸，升温至100℃加热搅拌2h-3h；静置冷却后，滤去固体沉淀，滤液检测脯氨酸含量后，再用稀硝酸调节pH至中性，即得低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料。

作为对上述技术方案的限定，通过延长步骤⑵和步骤⑶的静置时间，降低所述氨基酸肥料中脯氨酸含量占总氨基酸含量的质量百分比。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

与酶解和微生物发酵技术相比，本发明公开的酸解和碱性水解过程能够杀死病原菌等微生物，有效地阻断了有害生物从废弃角蛋白向氨基酸肥料中的转移，水解效果更彻底，避免由于微生物代谢而消耗氨基酸，工艺易于掌握。有报道称，发酵时脯氨酸含量会明显增加，这与本发明降低脯氨酸含量的目标不符。

与其他酸解和碱性水解技术相比，本发明利用了甘油和三乙醇胺溶胀角蛋白的作用，利用了甘油络合铜离子、三乙醇胺催化水解以及三乙醇胺分散絮状沉淀物的作用。本发明制备的氨基酸肥料含有较低浓度的盐分，有利于制备较高浓度的叶面肥，但是不会导致高渗透压进而危害叶片的正常生理生化活动。

本发明技术包括酸解和碱性水解两个过程，能够充分分解粗原料中所包含的油脂、纤维素等生物分子。制备过程中生成的副产物可以作为土壤养分施用，不产生二次废弃物。

本发明技术有效地降低了氨基酸肥料中脯氨酸的含量，对于优渥水肥条件下栽培的蔬菜、水果等经济作物来说，避免了过高浓度的外源性脯氨酸对于植物生长的抑制作用。本发明提供的氨基酸肥料含有显著高于猪粪、鸡粪、牛粪、羊粪等农家肥的精氨酸含量，而精氨酸具有促进植物根系发育，防止叶片衰老的作用。

本发明技术副产高脯氨酸含量的复合氨基酸可以作为盐碱、干旱、重金属等胁迫条件下作物的肥料。

本发明含有甘油和三乙醇胺，具有络合铁、铜、锌、锰等金属离子的作用，根据需要可以与微量元素肥料复配施用。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例与对比例涉及的原料均为市场购买的典型产品。

实施例1

一种低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料，其原料组成为：废弃牛羊毛20kg、生石灰5kg、三乙醇胺1.5kg、甘油1.5kg、磷酸7kg、硝酸铜3kg、水62kg，另外准备少量硝酸用于中和产物。

该氨基酸肥料的制备方法包括以下步骤：

角蛋白磷酸酸解：废弃牛羊毛粉碎后倒入高压水解釜，加入甘油、5kg的磷酸和40kg水，在120℃-130℃下水解30min。

碱性水解：将生石灰加10kg水调制成石灰乳，滤去砂石；然后，将石灰乳加入高压水解釜，搅拌均匀，在常压下于105℃下水解1.5h，得水解液；静置8h后分液，得到上清液A、下浊液B，备用；

脱脯氨酸：往碱性水解步骤所得上清液A中滴加硝酸铜溶液(3kg硝酸铜溶入10kg水中)，搅拌10min后静置8h，分液后得上清液C和下浊液D；上清液C可以用于制备脯氨酸铜；

中和、过滤：将碱性水解步骤所得下浊液B和脱脯氨酸步骤所得下浊液D混合，加入三乙醇胺以及剩余的2kg磷酸，升温至100℃加热搅拌2h；静置冷却后，滤去固体沉淀。

采用氨基酸自动分析仪，检测滤液中总氨基酸含量和脯氨酸含量，分别为14.62％和0.35％，脯氨酸占比为2.4％。最后，用稀硝酸调节pH至中性即得低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料浓液。

实施例2

按照以下组成及质量份数准备原料：废弃鸡鸭羽毛30kg、生石灰3kg、三乙醇胺2kg、甘油2kg、磷酸5kg、硝酸铜2kg、水59kg，另外准备少量硝酸用于中和产物。

该氨基酸肥料制备方法包括以下步骤：

角蛋白磷酸酸解：废弃鸡鸭羽毛粉碎后倒入高压水解釜，加入甘油、3kg的磷酸和48kg水，在120℃下水解30min。

碱性水解：将生石灰加7kg水调制成石灰乳，滤去砂石后加入高压水解釜，在常压下于105℃下水解1h，得水解液；静置5h后分液，得到上清液A、下层浊液B，备用；

脱脯氨酸：往碱性水解步骤所得上层清液A中滴加硝酸铜溶液(2kg硝酸铜溶入4kg水中)，搅拌10min后静置5h，分液后得上清液C和下浊液D；上清液C可以制备脯氨酸铜；

中和、过滤：将碱性水解步骤所得下浊液B和脱脯氨酸步骤所得下浊液D混合，加入三乙醇胺以及剩余的2kg磷酸，升温至100℃加热搅拌1h；静置冷却后，滤去固体沉淀。

采用氨基酸自动分析仪，检测滤液中总氨基酸含量和脯氨酸含量，分别为21.15％和0.53％，脯氨酸占比为2.5％。最后，用稀硝酸调节pH至中性即得低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料。

实施例3

将实施例1和实施例2制备的低盐低脯氨酸氨基酸肥料分别记作LP-AA1、LP-AA2进行肥效试验。土壤理化性状：pH6.8，有机质36.36g/kg，全氮2.43g/kg，全磷2.07g/kg，物理性粘粒33％，物理性砂粒67％。供试黄瓜品种为津春4号。对照处理喷施清水，试验处理在播种时以相等体积的氨基酸浓度为3％的溶液浇灌。移栽定植后，根据黄瓜苗的长势确定叶面喷施本发明氨基酸肥料，生长中后期每隔7天喷施一次。

黄瓜种子浸种催芽后，播于穴盘中，每穴一粒，每处理1盘，放置在28-30℃的日光温室。出苗后，白天温度保持26-28℃，夜间16-18℃，每天光照14h(小时)(8:00-22:00)。幼苗出土起开始记录出苗率，并观察长势情况。在3叶1心的时侯，从各个处理随机抽取10苗，测量黄瓜幼苗的株高、茎粗、鲜重干重等生物量。

结果发现，全部处理的出苗率都很高。对照出苗率98.8％，LP-AA1、LP-AA2出苗率均为100％。黄瓜幼苗3叶1心期的测量结果见表1。栽培结果见表2。

表1黄瓜幼苗3叶1心期的测量结果。

从表1可以看出，本发明制备的氨基酸肥料处理试验在株高、茎粗、地上部鲜重、根鲜重、根干重和全株干重等方面均高于对照，对于植物生长、发育具有显著的促进作用。

表2使用低盐低脯氨酸氨基酸肥料栽培黄瓜试验(试验时间：2021年10月-2022年5月)。

从表2中可以看出，本发明制备的低盐低脯氨酸氨基酸肥料能够促进植株生长，增加产量，提高黄瓜抗病性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的宗旨和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料，其特征在于：所述氨基酸肥料包括按质量分数计的以下原料组成：角蛋白20％-30％、生石灰3％-5％、三乙醇胺1.5％-2％、甘油1.5％-2％、磷酸5％-7％、硝酸铜2％-3％、其余为水；

所述角蛋白选用废弃动物毛发、蹄甲角或禽类羽毛中的至少一种；

所述氨基酸肥料中，脯氨酸含量占总氨基酸含量的质量百分比≦2.5％。

2.一种如权利要求1所述低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料的其制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

⑴角蛋白磷酸酸解：角蛋白粉碎后倒入高压水解釜，加入甘油、部分磷酸和适量水，在120℃-130℃下水解30min；

⑵碱性水解：将生石灰调制成20％-50％的石灰乳，滤去砂石；然后将石灰乳加入步骤⑴所述高压水解釜，搅拌均匀，在常压下于90℃-105℃下水解1h-2h，得水解液；将水解液静置1h-10h后分液，得到上清液A与下浊液B，备用；

⑶脱脯氨酸：往步骤⑵所述上层清液A中滴加30％-50％的硝酸铜溶液，搅拌10min后静置1h-10h，分液后得到上清液C和下浊液D；

⑷中和、过滤：将步骤⑵所述下浊液B和步骤⑶所述下浊液D混合，加入三乙醇胺以及剩余的磷酸，升温至100℃加热搅拌2h-3h；静置冷却后，滤去固体沉淀，滤液检测脯氨酸含量后，再用稀硝酸调节pH至中性，即得低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料。

3.根据权利要求2所述低盐、低脯氨酸含量的氨基酸肥料的其制备方法，其特征在于：通过延长步骤⑵和步骤⑶的静置时间，降低所述氨基酸肥料中脯氨酸含量占总氨基酸含量的质量百分比。