CN107056342A - 利用低鲜度蛋白制备肥料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用低鲜度蛋白制备肥料的方法其步骤为：质构挤压预处理、碱水喷淋冲洗、封闭式碱煮、酶解、浓缩和干燥。本发明的有益效果是利用低鲜度蛋白制备氮含量高、钾含量丰富、无盐分、无重金属残留、保质期长的水溶性有机肥；本发明制备步骤简单，蛋白提取率高，有较高的经济效益；用本发明制备有机肥剩余的虾蟹壳残渣可用于甲壳素的制备，不会造成能源的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及有机肥料生产技术领域，具体是一种利用低鲜度蛋白制备肥料的方法。
背景技术
有机肥料是农业肥料的发展趋势，除基肥外，高效的有机肥料通常用于叶面喷施和滴灌使用，因此要求有机肥料必须有很高的水溶性。从营养角度要求，有机肥料不仅需要较高的营养成份，还应保留有机物中活性因子对植物增产提质的效果，并且不能含有重金属等有害农作物的杂质。目前有机肥料的生产原料主要有1、农业废弃物：比如秸秆、豆粕、棉粕等；2、畜禽粪便：比如鸡粪、牛羊马粪、兔粪；3、工业废弃物：比如酒糟、醋糟、木薯渣、糖渣、糠醛渣等；4、生活垃圾：比如餐厨垃圾等；5、城市污泥：比如河道淤泥、下水道淤泥等。随着生活品质的提高，海鲜越来越受到人们的喜爱，餐厅和食品加工剩余的虾蟹壳量巨大。因为运送到工厂的虾蟹壳已发生蛋白质自溶，将这些蛋白做为食品级原料或饲料成本高，不适合市场开发。本发明利用不新鲜蛋白开发肥料，尽量减低生产成本，同时扩大产品市场适应度。现有技术如授权公告号为CN104892037B的中国发明专利，公开了一种涉及有机肥料生产技术领域，特别涉及一种以鱼类为原料生产水溶性鱼蛋白有机肥的方法，具体步骤为：原料处理、发酵及酶水解、物理分离、水溶性酶解液净化处理、浓缩、干燥和包装。该生产方法步骤严谨，参数设置科学，既能防止鱼类下脚料产生的环境污染，同时将下脚料变废为宝，能够对各水产加工企业产生的下脚料做到集中收集处理。
发明内容
本发明提供一种利用低鲜度蛋白制备氮含量高、钾含量丰富、无盐分、无重金属残留、稳定性好的水溶性有机肥的方法。
本发明为解决上述背景技术中提出的问题所采取的技术方案为：
以新鲜虾蟹壳为原料，进行质构挤压预处理、碱水喷淋冲洗、封闭式碱煮、酶解、浓缩和干燥。具体步骤如下：
质构挤压预处理：将新鲜虾蟹壳原料加入质构挤压装置，进行质构挤压预处理。采用物理挤压方式分离出蛋白，不会有酸性或碱性废水排出，对环境友好；
挤压蛋白的提取：用质构挤压预处理后的虾蟹壳重量比 1∶4~1：10的浓度为1~4wt％的KOH溶液对质构挤压预处理后的虾蟹壳进行喷淋冲洗，得到含挤压蛋白的液体，用盐酸调节pH为4~5,使挤压蛋白析出。其中，KOH溶液中含有0.002~0.005份丙酮，丙酮能使挤压蛋白与虾蟹壳分离，使挤压蛋白的提取率提高。因为本发明采用酶解法分解蛋白质，所以要将蛋白质分离出来，不能使之存在在碱性环境下；
封闭式碱煮：将喷淋冲洗后的虾蟹壳，置于反应容器，加入喷淋冲洗后的虾蟹壳重量比1∶1.5~1∶3 的浓度为5~20wt％的KOH溶液，加热至 60~90℃，保温1~6h，排气采用负压式，水喷淋处理，得到含碱煮水解蛋白和自溶蛋白的液体。其中，KOH溶液中含有0.0001~0.0003份的K3PO4，K3PO4能使虾蟹壳中的结合蛋白更容易水解出来，使水解蛋白的提取率提高。使用KOH溶液作为碱煮液可使水解蛋白中含钾元素，最后制成的水溶性有机肥中钾元素丰富，提高有机肥的经济价值。再者，如果碱煮液为NaOH溶液，土壤会板结，对环境造成破坏。采用全封闭式碱煮工段，排气采用负压式，水喷淋处理，避免了传统碱煮工段刺激性碱性气体的蒸发造成的空气污染，厂区环境得到改善。对煮碱工段的废碱水，采取三道过滤循环使用达 5次以上，使废水中的蛋白含量达到饱和，碱液循环利用既可节约能源又能减少废液的排放；
水解蛋白的提取：用盐酸调节pH为4~5，使水解蛋白和自溶蛋白析出，再进行过滤。往挤压蛋白的提取过程中产生的酸废水和水解蛋白的提取过程中产生的酸废水中加入石灰进行碱化，再过滤，得氢氧化钙，处理后的废水呈弱碱性，回收用以配制煮碱液 ( 用于补充封闭式碱煮过程中消耗的碱液 )。这不仅处理了酸废水，还减少了碱煮液的用量，对环境友好且节约能源；
酶解：将过滤得到的挤压蛋白、水解蛋白和自溶蛋白合并，加入蛋白质和氨基酸总量重量比1:10~1:25的水，温度升至60~65℃，加入酶激活剂和复合酶制剂，酶解8~12小时。复合酶制剂的加入量为底物重量的0.1~0.2%，酶激活剂的加入量为复合酶制剂重量的0.05~0.06%。酶激活剂成分及其份数为：麦芽硒10~15份，硫酸铁20~23份，磷酸铵30~40份、和茶多酚20~32份。复合酶制剂成分及其份数为：胰蛋白酶10~13份，胃蛋白酶20~25份，中性蛋白酶22~26份，动物蛋白酶40~43份。利用酶对蛋白质进行水解，具有高效性和专一性的特点，且产物稳定性高，并且不会对环境造成污染；
浓缩：将上述得到的水溶性酶解液进行三效真空蒸发，可快速得到浓缩液，且不破坏酶解液的结构和活性；
干燥、包装：将浓缩液送入高速离心喷雾干燥器中进行干燥形成超微蛋白粉，当超微蛋白粉的含水量小于5%时，进行冷却、包装为水溶性蛋白有机肥料。蛋白粉颗粒小易被微生物分解，有机肥发挥作用的速度快。
与现有技术相比，本发明所具有的优点在于：挤压蛋白的提取过程中，KOH溶液中还含有0.002~0.005份丙酮，丙酮能使挤压蛋白与虾蟹壳分离，使挤压蛋白的提取率提高；封闭式碱煮过程中，KOH溶液中含有0.0001~0.0003份的K3PO4，K3PO4能使虾蟹壳中的结合蛋白更容易水解出来，使水解蛋白的提取率提高。酶解过程中加入酶激活剂，增加了酶的活性，提高了水解效率；酶激活剂成分及其百分比为：麦芽硒10~15份，硫酸铁20~23份，磷酸铵30~40份、和茶多酚20~32份；得到的有机肥具有含氮量高、钾元素丰富、无盐分、无重金属残留和保质期长的优点；该有机肥为水溶性物质，可充分被植物吸收，比现有的化肥利用率高；剩余的虾蟹壳残渣还可用于甲壳素的制备，不会造成能源的浪费。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明方案进行进一步的详细描述。
实施例1：
以新鲜虾蟹壳为原料，进行质构挤压预处理、碱水喷淋冲洗、封闭式碱煮、酶解、浓缩和干燥。具体步骤如下：
质构挤压预处理：将新鲜虾蟹壳原料加入质构挤压装置，进行质构挤压预处理。采用物理挤压方式分离出蛋白，不会有酸性或碱性废水排出，对环境友好；
挤压蛋白的提取：用质构挤压预处理后的虾蟹壳重量比 1∶4~1：10的浓度为1~4wt％的KOH溶液对质构挤压预处理后的虾蟹壳进行喷淋冲洗，得到含挤压蛋白的液体，用盐酸调节pH为4~5,使挤压蛋白析出。其中，KOH溶液中含有0.002~0.005份丙酮，丙酮能使挤压蛋白与虾蟹壳分离，使挤压蛋白的提取率提高。最优选为：虾蟹壳与KOH溶液重量比1:6，KOH溶液浓度为2 wt％，丙酮为0.003份，pH调节为4.5。因为本发明采用酶解法分解蛋白质，所以要将蛋白质分离出来，不能使之存在在碱性环境下；
封闭式碱煮：将喷淋冲洗后的虾蟹壳，置于反应容器，加入喷淋冲洗后的虾蟹壳重量比1∶1.5~1∶3 的浓度为5~20wt％的KOH溶液，加热至 60~90℃，保温1~6h，排气采用负压式，水喷淋处理，得到含碱煮水解蛋白和自溶蛋白的液体。其中，KOH溶液中含有0.0001~0.0003份的K3PO4，K3PO4能使虾蟹壳中的结合蛋白更容易水解出来，使水解蛋白的提取率提高。最优选为：虾蟹壳与KOH溶液重量比1:1.7，KOH溶液浓度12wt％，K3PO4为0.0002份，加热温度为70℃，保温5h。使用KOH溶液作为碱煮液可使水解蛋白中含钾元素，最后制成的水溶性有机肥中钾元素丰富，提高有机肥的经济价值。再者，如果碱煮液为NaOH溶液，土壤会板结，对环境造成破坏。采用全封闭式碱煮工段，排气采用负压式，水喷淋处理，避免了传统碱煮工段刺激性碱性气体的蒸发造成的空气污染，厂区环境得到改善。对煮碱工段的废碱水，采取三道过滤循环使用达 5 次以上，使废水中的蛋白含量达到饱和，碱液循环利用既可节约能源又能减少废液的排放；
水解蛋白的提取：用盐酸调节pH为4~5，使水解蛋白和自溶蛋白析出，再进行过滤，最优选为：4.5。往挤压蛋白的提取过程中产生的酸废水和水解蛋白的提取过程中产生的酸废水中加入石灰进行碱化，再过滤，得氢氧化钙，处理后的废水呈弱碱性，回收用以配制煮碱液( 用于补充封闭式碱煮过程中消耗的碱液 )。这不仅处理了酸废水，还减少了碱煮液的用量，对环境友好且节约能源；
酶解：将过滤得到的挤压蛋白、水解蛋白和自溶蛋白合并，加入蛋白质和氨基酸总量重量比1:10~1:25的水，温度升至60~65℃，加入酶激活剂和复合酶制剂，酶解8~12小时。复合酶制剂的加入量为底物重量的0.1~0.2%，酶激活剂的加入量为复合酶制剂重量的0.05~0.06%。酶激活剂成分及其份数为：麦芽硒10~15份，硫酸铁20~23份，磷酸铵30~40份、和茶多酚20~32份。复合酶制剂成分及其份数为：胰蛋白酶10~13份，胃蛋白酶20~25份，中性蛋白酶22~26份，动物蛋白酶40~43份。最优选为：蛋白质和氨基酸总量与水重量比为1:18，温度为62℃，酶解时间10小时，复合酶制剂的加入量为底物重量的0.13%，酶激活剂的加入量为复合酶制剂重量的0.05%。复合酶制剂最优选为胰蛋白酶12%，胃蛋白酶24份，中性蛋白酶22份，动物蛋白酶42份。酶激活剂最优选为麦芽硒10份，硫酸铁21份，磷酸铵38份、和茶多酚31份。利用酶对蛋白质进行水解，具有高效性和专一性的特点，产物稳定性好，并且不会对环境造成污染；
浓缩：将上述得到的水溶性酶解液进行三效真空蒸发，可快速得到浓缩液，且不破坏酶解液的结构和活性；
干燥、包装：将浓缩液送入高速离心喷雾干燥器中进行干燥形成超微蛋白粉，当超微蛋白粉的含水量小于5%时，进行冷却、包装为水溶性蛋白有机肥料。蛋白粉颗粒小易被微生物分解，有机肥发挥作用的速度快。
实施例2：
以新鲜虾蟹壳为原料，进行质构挤压预处理、碱水喷淋冲洗、封闭式碱煮、酶解，浓缩，干燥，具体步骤如下：
质构挤压预处理：将新鲜虾蟹壳原料加入质构挤压装置，进行质构挤压预处理；
挤压蛋白的提取：用质构挤压预处理后的虾蟹壳重量比 1:6的浓度为2wt％的KOH溶液对质构挤压预处理后的虾蟹壳进行喷淋冲洗，得到含挤压蛋白的液体，用盐酸调节pH为4.5，使挤压蛋白析出；
封闭式碱煮：将喷淋冲洗后的虾蟹壳，置于反应容器，加入喷淋冲洗后的虾蟹壳重量比1∶2的浓度为10wt％的KOH溶液，加热至 70℃，保温4h，排气采用负压式，水喷淋处理，得到含碱煮水解蛋白和自溶蛋白的液体。其中，KOH溶液中含有0.0002份的K3PO4，K3PO4能使虾蟹壳中的结合蛋白更容易水解出来，使水解蛋白的提取率提高。对煮碱工段的废碱水，采取三道过滤循环使用达 7次，使废水中的蛋白含量达到饱和；
水解蛋白的提取：用盐酸调节pH为4.5，使水解蛋白和自溶蛋白析出，再进行过滤。挤压蛋白的提取过程产生的酸废水和水解蛋白的提取过程中产生的酸废水中加入石灰进行碱化，再过滤，得氢氧化钙，处理后的废水呈弱碱性，回收用以配制煮碱液 ( 用于补充封闭式碱煮过程中消耗的碱液 )；
酶解：将过滤得到的挤压蛋白、水解蛋白和自溶蛋白合并，加入蛋白质和氨基酸总量重量比1:18的水，温度升至62℃，加入酶激活剂和复合酶制剂，酶解10小时。复合酶制剂的加入量为底物重量的0.13%，酶激活剂的加入量为复合酶制剂重量的0.05%。复合酶制剂配方为胰蛋白酶12份，胃蛋白酶24份，中性蛋白酶22份，动物蛋白酶42份。酶激活剂的配方为麦芽硒10份，硫酸铁21份，磷酸铵38份、和茶多酚31份；
浓缩：将上述得到的水溶性酶解液进行三效真空蒸发，所述的三效真空蒸发是对酶解液进行三阶段真空蒸发，第一阶段温度为92℃，真空度为0.04MPa，料液停留时间22分钟；第二阶段温度为80℃，真空度为0.01MPa，料液停留时间15分钟；第三阶段温度为63℃，真空度为-0.02MPa，料液停留时间为20分钟；经过三效真空蒸发得到浓度为50～65%的浓缩液；
干燥：将浓缩液送入高速离心喷雾干燥器中进行干燥形成超微蛋白粉，当超微蛋白粉的含水量小于5%时，进行冷却、包装为水溶性蛋白有机肥料。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (7)
1.利用低鲜度蛋白制备肥料的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）质构挤压预处理：将新鲜虾蟹壳原料加入质构挤压装置，进行质构挤压预处理；
2）挤压蛋白的提取：用质构挤压预处理后的虾蟹壳重量比 1:4~1：10的浓度为1~4wt％的KOH溶液对质构挤压预处理后的虾蟹壳进行喷淋冲洗，用盐酸调节含挤压蛋白的液体pH为4~5，过滤；
3）封闭式碱煮：将喷淋冲洗后的虾蟹壳，置于反应容器，加入与喷淋冲洗后的虾蟹壳重量比 1∶1.5~1∶3 的浓度为5~20wt％的KOH溶液，加热至 60~90℃，保温1~6h，排气采用负压式，水喷淋处理；
4）水解蛋白的提取：用盐酸调节含碱煮水解蛋白和自溶蛋白的液体pH为4~5，过滤；
5）酶解：将过滤得到的挤压蛋白、水解蛋白和自溶蛋白合并，加入蛋白质和氨基酸总量重量比1:10~1:25的水，温度升至60~65℃，加入酶激活剂和复合酶制剂，酶解8~12小时；
6）浓缩：将上述得到的水溶性酶解液进行三效真空蒸发；
7）干燥、包装：将浓缩液送入高速离心喷雾干燥器中进行干燥形成超微蛋白粉，当超微蛋白粉的含水量小5%时，进行冷却、包装为水溶性蛋白有机肥料；
所述的酶激活剂成分及其份数为：麦芽硒10~15份，硫酸铁20~23份，磷酸铵30~40份、和茶多酚20~32份。
2.根据权利要求1 所述的利用低鲜度蛋白制备肥料的方法，其特征在于：所述的挤压蛋白的提取，KOH溶液中还含有0.002~0.005份丙酮。
3.根据权利要求1 所述的利用低鲜度蛋白制备肥料的方法，其特征在于：所述的封闭式碱煮，其碱煮液KOH溶液中还含有0.0001~0.0003份的K3PO4。
4.根据权利要求1 所述的利用低鲜度蛋白制备肥料的方法，其特征在于：所述的复合酶制剂成分及其份数为：胰蛋白酶10~13份，胃蛋白酶20~25份，中性蛋白酶22~26份，动物蛋白酶40~43份。
5.根据权利要求1 所述的利用低鲜度蛋白制备肥料的方法，其特征在于：所述的挤压蛋白的提取过程中产生的酸废水和水解蛋白的提取过程中产生的酸废水中加入石灰进行碱化，再过滤。
6.根据权利要求1 所述的利用低鲜度蛋白制备肥料的方法，其特征在于：所述的封闭式碱煮过程中，对碱煮工段的废碱水，采取三道过滤循环使用达 5 次以上。
7.根据权利要求1 所述的利用低鲜度蛋白制备肥料的方法，其特征在于：所述的新鲜虾蟹壳原料为小龙虾壳、螃蟹壳和/或罗氏虾壳。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170818 |