CN117362084A - 一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥及生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥及生产工艺，包括以下重量份原料：黄豆100‑300份、液体发酵复合菌剂5‑20份、糖200‑300份、水500‑700份；所述液体发酵复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌，且有效菌含量≥1×108cfu/mL；其通过S1水解黄豆、步骤S2制备螯合糖液、步骤S3制作氨基酸水溶肥等步骤制得水溶肥，其中水解黄豆过程中将预处理、萃取、醇沉、施用超声‑磁交联辅助酶解，使黄豆减少抗营养因子和酶抑制物质，并使其营养成分易于溶出，含有植物生长所需的多种氨基酸、多种微量元素和有机质，能够提供植物全面的营养；糖液经螯合后含有丰富的氨基酸、腐植酸、维生素、生物刺激剂等物质能有效刺激作物生长、提高作物产质量。

Description

一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥及生产工艺
技术领域
本发明涉及生物氨基酸水溶肥技术领域，特别涉及一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥及生产工艺。
背景技术
水溶性肥料，是一种可以完全溶于水的肥料，它能迅速地溶解于水中，更容易被作物吸收，其利用率可达到90％以上。水溶肥料可以通过叶面喷施将营养元素直接透过植物的表面细胞进入到植物体内，参与植物的各项新陈代谢活动，可提高植物体内多种酶的活性和叶绿素含量，促进植物更好的生长。水溶性肥料与普通化肥相比，具有减少养分流失，肥料利用率高，节水等优点，是发展节水农业的重要措施。
氨基酸水溶肥是指以游离氨基酸为主体，按适合植物生长所需比例，添加适量的铜、铁、锰、锌、硼、钼微量元素或钙元素而制成的液体或固体水溶肥料。氨基酸作为构成蛋白质的最小分子，补充植物必需的氨基酸，刺激和调节植物快速生长，促使植物生长健壮，促进对营养物质的吸收。增强植物的代谢功能，提高光合作用，促进植物根系发达，加快植物生长繁殖。
黄豆及其加工副产品是世界上最常用的食品和饲料原料，含有丰富的蛋白质和平衡的氨基酸，但是黄豆制备水溶肥料可能会遇到以下问题：
1、蛋白质分解不完全：黄豆中的蛋白质需要经过一系列酶的分解才能被植物吸收利用。然而，黄豆中的抗营养因子和酶抑制物质可能会妨碍蛋白质的分解，导致植物无法充分吸收所需的养分，严重阻碍了蛋白质和其它营养物质的有效利用；大豆中的抗营养因子主要包括热不稳定抗营养因子和热稳定性抗营养因子,其中热不稳定性抗营养因子包括蛋白酶抑制剂、植物红细胞凝集素等,这类抗营养因子通过加热的方法就可以去除:热稳定性抗营养因子包括大豆抗原蛋白、硫苷、单宁和植酸等,这些抗营养因子往往难以去除，使其利用率大大降低；
2.营养成分不均衡：黄豆虽然富含蛋白质，但在其他必需肥料成分方面可能不够全面。比如缺乏某些关键的微量元素，如氮、磷、钾等，这可能会导致植物营养失衡，影响其生长和发展。
发明内容
鉴于此，本发明提出一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥及生产工艺，解决上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥，包括以下重量份原料：黄豆100-300份、液体发酵复合菌剂5-20份、糖200-300份、水500-700份；所述液体发酵复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌，且有效菌含量≥1×108cfu/mL。
进一步的，一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥，包括以下重量份原料：黄豆200份、液体发酵复合菌剂15份、糖250份、水600份。
进一步的，所述糖为质量比为1:1-3的红糖和白糖的混合物。
进一步的，所述氨基酸水溶肥的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、水解黄豆：将黄豆原料破碎后通过超临界CO2萃取，收集油脂，得到饼粕，醇沉得到蛋白质粉，往蛋白质粉中加入酶制剂使用超声-磁交联辅助酶解，酶解液除杂过滤，取上清液，即为水解黄豆液；
步骤S2、制备螯合糖液：取上述糖进行热溶解，加入其重量0.5-0.8倍的水混合搅拌溶解成糖液，加入螯合剂进行螯合反应30-60min，调节pH至8.0-8.2，温度25-30℃，得到螯合糖液；
步骤S3、制作氨基酸水溶肥：将步骤S1水解黄豆液和步骤S2的螯合糖液搅拌混合均匀，加入液体发酵复合菌剂和水，静置发酵12-24h，过滤，得到氨基酸水溶肥。
进一步的，所述水解黄豆包括以下具体步骤：
步骤S11、预处理：将黄豆原料清洗，打浆破碎，调节pH为6-7，得到粗液I；
步骤S12、萃取：将粗液I进行超临界CO2萃取60-120min，获得饼粕，加入蒸馏水在≥100℃下浸泡40-60min，得到粗液II；
步骤S13、醇沉：将粗液II浓缩，并加入粗液II质量70-90％的无水乙醇，3-5℃下静置4-6h，400-600rpm的速率离心，收集上清液和沉淀，所述沉淀即为蛋白质粉；
步骤S14、酶解：将酶制剂加入到蛋白质粉中，搅拌混合均匀，同时施用超声-磁交联辅助酶解5-8h，酶解温度35-45℃，超声功率为400-600W，超声频率20-35kHz，磁感应强度为0.3-1.3T，作用频率为0.2-1.0kHz，脉冲次数30-50次，得到酶解液，除杂过滤，取上清液，即为水解黄豆液。
进一步的，所述步骤S12中超临界CO2萃取压力为1.8-5.5MPa，萃取温度60-80℃。
进一步的，所述步骤S14中酶制剂和蛋白质粉的质量比为0.3-0.8:10-15。
进一步的，所述步骤S14中酶制剂为质量比(22-30):(6-18):(1-3)的β-葡聚糖酶、葡糖淀粉酶、普鲁兰酶。
进一步的，所述步骤S2中的螯合剂选自包含锌、铁、铜、锰、硼中的至少一种微量元素的无机盐。
进一步的，所述步骤S3中发酵温度为28-35℃，pH6-8。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明充分利用黄豆资源制作氨基酸水溶肥，容易被植物吸收利用，采用水溶液形式，粒子小、溶解度高，能够迅速被植物根系吸收，提高肥料利用率，促进植物生长，大豆氨基酸水溶肥中的氨基酸可以作为植物的氮源，能够促进叶片的光合作用、增加叶绿素含量，促进植物生长，大豆氨基酸水溶肥中的氨基酸具有一定的抗逆性，能够增强植物对逆境的抵抗能力，提高产量；
其中，通过本发明的水解黄豆的方法，减少抗营养因子和酶抑制物质，使得黄豆中的营养成分易于溶出，含有植物生长所需的多种氨基酸、多种微量元素和有机质，能够提供植物全面的营养；同时，将糖进行螯合物螯合后，使其分子较小且容易被植物根系吸收，能够迅速提供植物所需的营养，含有丰富的氨基酸、腐植酸、维生素、生物刺激剂等物质能有效刺激作物生长、提高作物产质量。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥，包括以下重量份原料：黄豆100份、液体发酵复合菌剂5份、糖200份、水500份；所述液体发酵复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌，且有效菌含量≥1×108cfu/mL；述糖为质量比为1:1的红糖和白糖的混合物。
实施例2
一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥，包括以下重量份原料：黄豆300份、液体发酵复合菌剂20份、糖300份、水700份；所述液体发酵复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌，且有效菌含量≥1×108cfu/mL；述糖为质量比为1:3的红糖和白糖的混合物。
实施例3
一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥，包括以下重量份原料：黄豆200份、液体发酵复合菌剂15份、糖250份、水600份；所述液体发酵复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌，且有效菌含量≥1×108cfu/mL；述糖为质量比为1:2的红糖和白糖的混合物；
上述实施例1-3的水溶肥采用以下制备方法：
步骤S1、水解黄豆包括以下具体步骤：
S11、预处理：将黄豆原料清洗，打浆破碎，调节pH为6，得到粗液I；
S12、萃取：将粗液I进行超临界CO2萃取90min，超临界CO2萃取压力为3.5MPa，萃取温度70℃，获得饼粕，加入蒸馏水在≥100℃下浸泡50min，得到粗液II；
S13、醇沉：将粗液II浓缩，并加入粗液II质量80％的无水乙醇，4℃下静置5h，500rpm的速率离心，收集上清液和沉淀，所述沉淀即为蛋白质粉；
S14、酶解：将酶制剂加入到蛋白质粉中，酶制剂和蛋白质粉的质量比为0.5:12，酶制剂为质量比26:12:2的β-葡聚糖酶、葡糖淀粉酶、普鲁兰酶，搅拌混合均匀，同时施用超声-磁交联辅助酶解7h，酶解温度40℃，超声功率为500W，超声频率26kHz，磁感应强度为0.8T，作用频率为0.6kHz，脉冲次数40次，得到酶解液，除杂过滤，取上清液，即为水解黄豆液；
步骤S2、制备螯合糖液：取上述糖进行热溶解，加入其重量0.7倍的水混合搅拌溶解成糖液，加入螯合剂进行螯合反应45min，螯合剂选自氯化铜，调节pH至8.1，温度28℃，得到螯合糖液；
步骤S3、制作氨基酸水溶肥：将步骤S1水解黄豆液和步骤S2的螯合糖液搅拌混合均匀，加入液体发酵复合菌剂和水，在温度为31℃，pH7下静置发酵20h，过滤，得到氨基酸水溶肥。
实施例4
一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥，包括以下重量份原料：黄豆200份、液体发酵复合菌剂15份、糖250份、水600份；所述液体发酵复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌，且有效菌含量≥1×108cfu/mL；述糖为质量比为1:2的红糖和白糖的混合物；
上述水溶肥采用以下制备方法：
步骤S1、水解黄豆包括以下具体步骤：
S11、预处理：将黄豆原料清洗，打浆破碎，调节pH为6，得到粗液I；
S12、萃取：将粗液I进行超临界CO2萃取60min，超临界CO2萃取压力为1.8MPa，萃取温度60℃，获得饼粕，加入蒸馏水在≥100℃下浸泡40min，得到粗液II；
S13、醇沉：将粗液II浓缩，并加入粗液II质量70％的无水乙醇，3℃下静置4h，400rpm的速率离心，收集上清液和沉淀，所述沉淀即为蛋白质粉；
S14、酶解：将酶制剂加入到蛋白质粉中，酶制剂和蛋白质粉的质量比为0.3:10，酶制剂为质量比22:6:1的β-葡聚糖酶、葡糖淀粉酶、普鲁兰酶，搅拌混合均匀，同时施用超声-磁交联辅助酶解5h，酶解温度35℃，超声功率为400W，超声频率20kHz，磁感应强度为0.3T，作用频率为0.2kHz，脉冲次数30次，得到酶解液，除杂过滤，取上清液，即为水解黄豆液
步骤S2、制备螯合糖液：取上述糖进行热溶解，加入其重量0.5倍的水混合搅拌溶解成糖液，加入螯合剂进行螯合反应30min，螯合剂选自氯化锌，调节pH至8.0，温度25℃，得到螯合糖液；
步骤S3、制作氨基酸水溶肥：将步骤S1水解黄豆液和步骤S2的螯合糖液搅拌混合均匀，加入液体发酵复合菌剂和水，在温度为28℃，pH6下静置发酵12h，过滤，得到氨基酸水溶肥。
实施例5
一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥，包括以下重量份原料：黄豆200份、液体发酵复合菌剂15份、糖250份、水600份；所述液体发酵复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌，且有效菌含量≥1×108cfu/mL；述糖为质量比为1:2的红糖和白糖的混合物；
上述水溶肥采用以下制备方法：
步骤S1、水解黄豆包括以下具体步骤：
S11、预处理：将黄豆原料清洗，打浆破碎，调节pH为7，得到粗液I；
S12、萃取：将粗液I进行超临界CO2萃取120min，超临界CO2萃取压力为5.5MPa，萃取温度80℃，获得饼粕，加入蒸馏水在≥100℃下浸泡60min，得到粗液II；
S13、醇沉：将粗液II浓缩，并加入粗液II质量90％的无水乙醇，5℃下静置6h，600rpm的速率离心，收集上清液和沉淀，所述沉淀即为蛋白质粉；
S14、酶解：将酶制剂加入到蛋白质粉中，酶制剂和蛋白质粉的质量比为0.8:15，酶制剂为质量比30:18:3的β-葡聚糖酶、葡糖淀粉酶、普鲁兰酶，搅拌混合均匀，同时施用超声-磁交联辅助酶解8h，酶解温度45℃，超声功率为600W，超声频率35kHz，磁感应强度为1.3T，作用频率为1.0kHz，脉冲次数50次，得到酶解液，除杂过滤，取上清液，即为水解黄豆液
步骤S2、制备螯合糖液：取上述糖进行热溶解，加入其重量0.8倍的水混合搅拌溶解成糖液，加入螯合剂进行螯合反应60min，螯合剂选自包硫酸铁，调节pH至8.2，温度30℃，得到螯合糖液；
步骤S3、制作氨基酸水溶肥：将步骤S1水解黄豆液和步骤S2的螯合糖液搅拌混合均匀，加入液体发酵复合菌剂和水，在温度为35℃，pH8下静置发酵24h，过滤，得到氨基酸水溶肥。
对比例1
本对比例与实施例3的区别在于，所述水解黄豆的步骤中未进行超声-磁交联辅助酶解。
具体为以下步骤：
S11、预处理：将黄豆原料清洗，打浆破碎，调节pH为6，得到粗液I；
S12、萃取：将粗液I进行超临界CO2萃取90min，超临界CO2萃取压力为3.5MPa，萃取温度70℃，获得饼粕，加入蒸馏水在≥100℃下浸泡50min，得到粗液II；
S13、醇沉：将粗液II浓缩，并加入粗液II质量80％的无水乙醇，4℃下静置5h，500rpm的速率离心，收集上清液和沉淀，所述沉淀即为蛋白质粉；
S14、酶解：将酶制剂加入到蛋白质粉中，酶制剂和蛋白质粉的质量比为0.5:12，酶制剂为质量比26:12:2的β-葡聚糖酶、葡糖淀粉酶、普鲁兰酶，搅拌混合均匀，酶解温度40℃下酶解7h，得到酶解液，除杂过滤，取上清液，即为水解黄豆液。
对比例2
本对比例与实施例3的区别在于，所述糖液未经螯合，具体为取上述糖进行热溶解，加入其重量0.7倍的水混合搅拌溶解成糖液。
对比例3
本对比例与实施例3的区别在于，一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥，包括以下重量份原料：黄豆200份、液体发酵复合菌剂15份、糖250份、水600份；
一、抗营养因子成分测定
1.硫苷：使用高效液相色谱法(HPLC)测定硫苷的含量。该方法通过分离和定量分析样品中的硫苷成分。提取样品中的硫苷成分，然后将提取物进一步净化并分离，最后使用HPLC仪器进行定量测定。
2.单宁：使用巯基还原法(Folin-Ciocalteu法)来测定单宁的含量。通过与单宁反应，生成可测定的产物，然后使用紫外-可见光光谱法或比色法测定产物的吸光度来计算单宁含量。
3、植酸：使用格氏试剂法(Gelfiltrationmethod)来测定植酸的含量。将样品与格氏试剂反应，生成可沉淀的复合物，并使用离心或滤纸过滤的方法去除杂质。然后，通过干燥、称重和计算质量的方法，计算植酸的含量。
4、大豆抗原蛋白：使用采用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)方法检测大豆中的抗原蛋白含量。
5、测试结果：
将本发明的实施例1-5和对比例1制得的水溶肥按照上述方法测定硫苷、单宁、植酸和大豆抗原蛋白的含量，计算去除率。
去除率＝
从上述表格结果可知，本发明实施例组和对比例1比较，可以知道在水解黄豆的中通过每个步骤的协同作用，特别是使用超声-磁交联辅助酶解，使黄豆有更好的去除硫苷、单宁和植酸等抗营养因子，硫苷去除率为81.3-89.5％，单宁去除率为90.3-94.0％，植酸去除率为75.0-79.3％，大豆抗原蛋白去除率为95.2-98.3％。
二、田间试验处理
试验采用田间小区试验，设置9块试验块，区块面积为3m×4m，小区间设置0.5m×4m保护行，分别种植白菜，播种密度数1×105株/hm2，按照大田统一管理，水溶肥施用量为230kg/hm2，施肥分别使用本发明实施例1-5和对比例1-3制得的水溶肥和市售的大豆氨基酸水溶肥，每个处理重复3次，种植收成后，对白菜植株指标状态进行观察测评，
(1)单株根重通过天平对其进行称重；
(2)产量(t/hm2)＝单株根重×亩株数×15÷1000；
(3)肥料表观利用率：表征作物对施入土壤中的肥料的回收效率；
肥料表观利用率(％)＝(施肥区吸肥量-不施肥区吸肥量)/施肥量；
测评结果如下：
从上述结果可知，本发明的水溶肥和市售的水溶肥按照大田管理方法施肥，单株根重1.94-1.98kg/株，产量138.5-143.5t/hm2，表观利用率26.9-28.9％，说明本发明的水溶肥利用大豆资源能较好的提供植物营养的吸收，刺激根系分生组织细胞的分裂和增长，使根量增加，根系伸长，能够促进叶片的光合作用、增加叶绿素含量，促进植物生长；
实施例组与对比例1比较，明显可知黄豆通过本发明的水解方法，减少抗营养因子和酶抑制物质，使得黄豆中的营养成分易于溶出，含有植物生长所需的多种氨基酸、多种微量元素和有机质，能够提供植物全面的营养；
实施例组与对比例2比较，将糖进行螯合物螯合后，使其分子较小且容易被植物根系吸收，能够迅速提供植物所需的营养，并加速植物的生长和发育，螯合糖液中的糖类物质含有丰富的氢、氧和碳元素，可以参与植物代谢过程中的能量传递和物质转化，促进植物正常的代谢功能，促进光合作用的进行及其产物的转运和储存。
实施例组合对比例3比较，可知各原料在适当的比例下能达到较佳的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥，其特征在于：包括以下重量份原料：黄豆100-300份、液体发酵复合菌剂5-20份、糖200-300份、水500-700份；所述液体发酵复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌，且有效菌含量≥1×108cfu/mL。
2.如权利要求1所述的一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥，其特征在于：包括以下重量份原料：黄豆200份、液体发酵复合菌剂15份、糖250份、水600份。
3.如权利要求1所述的一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥，其特征在于：所述糖为质量比为1:1-3的红糖和白糖的混合物。
4.如权利要求1所述的一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1、水解黄豆：将黄豆原料破碎后通过超临界CO2萃取，收集油脂，得到饼粕，醇沉得到蛋白质粉，往蛋白质粉中加入酶制剂使用超声-磁交联辅助酶解，酶解液除杂过滤，取上清液，即为水解黄豆液；
步骤S2、制备螯合糖液：取上述糖进行热溶解，加入其重量0.5-0.8倍的水混合搅拌溶解成糖液，加入螯合剂进行螯合反应30-60min，调节pH至8.0-8.2，温度25-30℃，得到螯合糖液；
步骤S3、制作氨基酸水溶肥：将步骤S1水解黄豆液和步骤S2的螯合糖液搅拌混合均匀，加入液体发酵复合菌剂和水，静置发酵12-24h，过滤，得到氨基酸水溶肥。
5.如权利要求4所述的一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥的制备方法，其特征在于：所述水解黄豆包括以下具体步骤：
步骤S11、预处理：将黄豆原料清洗，打浆破碎，调节pH为6-7，得到粗液I；
步骤S12、萃取：将粗液I进行超临界CO2萃取60-120min，获得饼粕，加入蒸馏水在≥100℃下浸泡40-60min，得到粗液II；
步骤S13、醇沉：将粗液II浓缩，并加入粗液II质量70-90％的无水乙醇，3-5℃下静置4-6h，400-600rpm的速率离心，收集上清液和沉淀，所述沉淀即为蛋白质粉；
步骤S14、酶解：将酶制剂加入到蛋白质粉中，搅拌混合均匀，同时施用超声-磁交联辅助酶解5-8h，酶解温度35-45℃，超声功率为400-600W，超声频率20-35kHz，磁感应强度为0.3-1.3T，作用频率为0.2-1.0kHz，脉冲次数30-50次，得到酶解液，除杂过滤，取上清液，即为水解黄豆液。
6.如权利要求5所述的一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥的制备方法，其特征在于：所述步骤S12中超临界CO2萃取压力为1.8-5.5MPa，萃取温度60-80℃。
7.如权利要求5所述的一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥的制备方法，其特征在于：所述步骤S14中酶制剂和蛋白质粉的质量比为0.3-0.8:10-15。
8.如权利要求5所述的一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥的制备方法，其特征在于：所述步骤S14中酶制剂为质量比(22-30):(6-18):(1-3)的β-葡聚糖酶、葡糖淀粉酶、普鲁兰酶。
9.如权利要求4所述的一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的螯合剂选自包含锌、铁、铜、锰、硼中的至少一种微量元素的无机盐。
10.如权利要求4所述的一种利用黄豆制作氨基酸水溶肥的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中发酵温度为28-35℃，pH6-8。
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