CN108383559A - 一种微生物发酵酶解制备有机海藻液肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微生物发酵酶解制备有机海藻液肥的方法，属于肥料制造领域。本发明采用复合酶解技术及微生物发酵技术降解海藻，通过微生物发酵产生的复杂酶系及包含蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、多糖降解酶等的复合酶对海藻进行逐步降解，去除海藻细胞壁，使海藻酸、多糖、植物激素等内含物充分释放，在温和的工艺条件下避免海藻酸、植物促生长因子等活性物质的分解，最大限度地保留了海藻中的有效活性成分。本发明节能节水低碳环保，所得海藻生物有机液肥富含丰富的矿物质及植物生长所需的大量元素、微量元素等有效成分，能改善土壤结构保持水土，促进植物根际微生物的生长，显著提高施用作物的产量，有巨大的市场潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物发酵酶解制备有机海藻液肥的方法，属于肥料制造领域。
背景技术
我国是农业大国，但是长久以来传统农业所使用的化学肥料投入造成了资源浪费和和环境污染，使土壤板结恶化程度越来越严重，农作物的产量和品质却反而降低，由此而来的农产品残留问题已经威胁到国人的健康。我国还是一个水资源匮乏的国家，有4.2亿亩耕地属旱作区和半旱作区，普通的化学肥料使用难以解决这些紧迫的问题，要从根本上解决我国农业生产中的不可持续性问题，关键措施在于研制新型植物营养调节剂，减少化肥投入，提高肥料的利用率，提高植物对营养的吸收速率和抗逆性能。
我国有丰富的海藻资源，海藻中含有大量的非含氮有机物、钾、钙、镁、锌、碘等40余种矿物质元素和丰富的维生素，以及海藻中所特有的海藻多糖、海藻酸、高度不饱和脂肪酸及多种天然植物生长调节剂，具有很高的生物活性。海藻肥作为一种环保高效的新型生态肥料，能够同时满足农业生产中化肥农药减施和保证粮食高产以及对环境友好等多种需求，与化学肥料相比优势明显，越来越为广大农民所接受，市场广阔、开发潜力巨大。同时研发高效优质海藻肥，符合国家大力发展海洋经济的发展战略，也为农业增产增收，解决土壤污染问题提供了有力保障。
目前国内外较成熟的海藻肥生产工艺主要是采用物理破碎、化学提取的方法。化学提取是使用酸、碱及有机溶剂处理海藻细胞，使细胞消解或内源物质增溶，该方法操作简单容易实现，但化学试剂对海藻细胞内的活性物质破坏很大，严重影响后期加工制作肥料的效果，残留的试剂也容易对环境造成潜在危害。物理提取的方法主要是利用高压低温冷却技术破碎海藻细胞壁，对仪器设备要求严苛，成本较高，难以实现大规模生产。生物酶解法是利用微生物发酵产生的多种酶类将海藻大分子物质降解为植物容易吸收利用的小分子物质，该方法生产条件温和、产物安全环保无毒副作用无污染，并且可以最大限度地保留海藻中的生物活性成分和营养物质，是最为理想的海藻肥生产方法。利用海藻生产海藻肥料的工艺难点是在尽量降解海藻中纤维素、果胶质、蛋白质等主要成分的同时，最大限度地保留海藻中细胞激动素、赤霉素、类细胞***素、多酚化合物、抗生素类物质及植物生长所需大量元素、微量元素等有效成分的活性。但是目前生物法降解海藻生产海藻肥料的企业大多会同时辅以酸碱降解的方式，对其活性营养物质存在不同程度的破坏。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明拟采用复合酶解技术及微生物发酵技术降解海藻，通过微生物发酵产生的复杂酶系及包含蛋白酶、纤维素酶、果胶酶等的复合酶对海藻进行逐步降解，去除海藻细胞壁，使海藻酸、多糖、植物激素等内含物充分释放，同时避免海藻酸等物质的分解，保留海藻中的有效活性成分。
本发明的第一个目的是提供一种微生物发酵酶解制备有机海藻液体肥料的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)海藻的预处理：新鲜海藻原料过水清洗，去除沙粒和其他杂质；
(2)洗净后的海藻，加入海藻质量1-3倍的水，破碎研磨；
(3)将海藻浆液加入发酵罐中，添加海藻质量0.3-0.8％的微生物发酵菌剂，搅拌均匀后加热至20-40℃，保温发酵36-48h；
(4)在经发酵之后的海藻浆液中添加海藻质量0.5-1.2％的复合酶制剂，搅拌均匀后加热至40-60℃，保温酶解3h；
(5)将酶解之后的溶液过滤得上清液，浓缩，即得有机海藻液肥。
在本发明的一种实施方式中，所述复合酶制剂包括中性蛋白酶25万u/g、酸性蛋白酶10万U/g、碱性蛋白酶50万u/g、木聚糖酶20万u/g、纤维素酶1万u/g、果胶酶3万u/g。
在本发明的一种实施方式中，所述的海藻包括海带、裙带菜、浒苔、龙须菜中的一种或几种的混合物。
在本发明的一种实施方式中，微生物发酵菌剂为地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌中的一种或两种的混合物，微生物菌剂的添加量为1～5×108CFU/g海藻。
在本发明的一种实施方式中，所述的复合酶制剂为酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶或淀粉酶中的一种或两种的混合物。
在本发明的一种实施方式中，所述的复合酶制剂为酸性蛋白酶和纤维素酶，酶量之比为2︰1。
在本发明的一种实施方式中，所述的复合酶制剂为酸性蛋白酶和果胶酶，酶量之比为1︰1。
在本发明的一种实施方式中，所述的复合酶制剂为果胶酶和纤维素酶，酶量之比为3︰1。
本发明的第二个目的是提供所述方法制备获得的液肥。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明所针对海藻主要包括褐藻门的大型海藻海带和裙带菜，红藻门的龙须菜等，用其中一种或几种的混合物，经清洗粉碎匀浆后用作生产原料。其中海带作为我国主要的海藻养殖品种，分布广，产量巨大，综合利用海带产品，增加其生产价值也是极有市场潜力的。
(2)本发明提供一种微生物发酵酶解制备海藻液体肥料的方法，生产过程低耗能、无排放无污染、工艺简单，成本比物理化学法降低30％左右，且符合环保政策和可持续发展方针，具有良好的社会效益和经济效益。
(3)本发明采用复合酶解技术及微生物发酵技术降解海藻，通过微生物发酵产生的复杂酶系及包含蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、多糖降解酶等的复合酶对海藻进行逐步降解，去除海藻细胞壁，使海藻酸、多糖、植物激素(吲哚乙酸，异戊烯腺苷，异戊烯腺嘌呤，反式玉米素核苷，脱落酸，苯乙酸，水杨酸，赤霉素和茉莉酸)等内含物充分释放，同时避免了强碱、高温、高压的破坏作用，在温和的工艺条件下避免海藻酸、植物促生长因子等活性物质的分解，最大限度地保留了海藻中的有效活性成分。
(4)本发明生产的海藻生物有机液肥富含丰富的矿物质、岩藻多糖及植物生长所需的大量元素、微量元素等有效成分，能促进植物根系的生长发育和矿物质吸收，能促进植株生长提高光合效率增加果实产量，抵抗不良环境胁迫和病虫害，提高植物抗逆性，并且促进植物根际微生物的生长，改善土壤结构保持水土。海藻提取物的抑菌抑虫效果与化学杀虫剂相当，将来有望替代化学农药，有巨大的市场潜力。
具体实施方式
在以下具体实施方式中，酶制剂均采用商业化酶制剂，其中中性蛋白酶25万u/g、酸性蛋白酶(10万U/g)、碱性蛋白酶50万u/g、木聚糖酶20万u/g、纤维素酶1万u/g、果胶酶3万u/g。
实施例1：
一种微生物发酵酶解制备有机海藻液体肥料的方法，具体制备步骤如下：
(1)新鲜海带原料过水清洗，去除沙粒和其他杂质；
(2)在洗净后的海带50g中加入占海带质量1.2倍的纯净淡水，破碎研磨；
(3)将破碎后海带浆液加入发酵容器中，添加2.5×109CFU的枯草芽孢杆菌和2.5×109CFU的解淀粉芽孢杆菌(菌量之比为1︰1)，搅拌均匀后加热至37℃，保温发酵48h；
(4)经发酵之后的海带浆液由绿色变为褐色，检测pH值小于6，在其中添加0.6g酸性蛋白酶和纤维素酶(2︰1)，搅拌均匀后加热至55℃，保温酶解3h；
(5)将酶解之后的溶液过滤得上清液，浓缩，即得有机海藻液肥。
实施例2：
一种微生物发酵酶解制备有机海藻液体肥料的方法，具体制备步骤如下：
(1)新鲜海带和裙带菜(3︰1)原料过水清洗，去除沙粒和其他杂质；
(2)在洗净后的混合海藻50g中加入占海藻质量2倍的纯净淡水，破碎研磨；
(3)将海藻浆液加入发酵容器中，添加2.5×109CFU的枯草芽孢杆菌和2.5×109CFU的地衣芽孢杆菌(菌量之比为1︰1)，搅拌均匀后加热至37℃，保温发酵48h；
(4)在经发酵之后的海藻浆液中添加0.6g的酸性蛋白酶和果胶酶(1︰1)，搅拌均匀后加热至55℃，保温酶解3h；
(5)将酶解之后的溶液过滤得上清液，浓缩，即得有机海藻液肥。
实施例3：
一种微生物发酵酶解制备有机海藻液体肥料的方法，具体制备步骤如下：
(1)新鲜海带和浒苔(3︰1)原料过水清洗，去除沙粒和其他杂质；
(2)在洗净后的混合海藻50g中加入占海藻质量3倍的纯净淡水，破碎研磨；
(3)将海藻浆液加入发酵容器中，添加4×109CFU的解淀粉芽孢杆菌和4×109CFU的地衣芽孢杆菌(菌量之比为1︰1)，搅拌均匀后加热至37℃，保温发酵48h；
(4)在经发酵之后的海藻浆液中添加0.5g海藻质量的果胶酶和纤维素酶(3︰1)，搅拌均匀后加热至55℃，保温酶解3h；
(5)将酶解之后的溶液过滤得上清液，浓缩，即得有机海藻液肥。
根据《植物激素理化检测方法》对实施案例1-3进行成分检测，结果如表1所示。
表1不同实施例制备的海藻液肥中活性成分含量
实施例4
根据实施例3制备海藻液肥。
选取长势较均匀，生长健壮的草莓、水稻、葡萄、大豆
实验方法：叶喷，在植物叶子反正喷洒，在花期喷洒一次，使用时稀释成品1000倍，坐果喷洒一次，使用时稀释600倍左右，间隔时间10～15天重复2～3次；
大豆、水稻四株为一个重复区，草莓两株为一重复区，葡萄一株为重复区。
统计实验：取大豆成熟后在重复区取百粒，草莓成熟后在重复区取2颗，葡萄成熟后在重复区取2串，水稻成熟后在重复区取四穗分别取四次取均值后在室温条件下用糖度仪和天平分别测糖度值、质量。
结果如下表所示：
从上表可以看出来，使用了本专利的海藻液肥实例三与清水做对比，不仅可以提高果实的甜度还可以提高产量。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (9)
1.一种制备有机海藻液体肥料的方法，其特征在于，将海藻原料粉碎、加水制成海藻浆液，再将海藻浆液中接种微生物进行发酵，发酵结束后采用复合酶制剂进行酶解，并对酶解后的液体进行过滤、浓缩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)海藻的预处理：新鲜海藻原料过水清洗，去除沙粒和其他杂质；
(2)洗净后的海藻，加入海藻质量1-3倍的水，破碎研磨；
(3)将海藻浆液加入发酵罐中，添加海藻质量0.3-0.8％的微生物发酵菌剂，搅拌均匀后加热至20-40℃，保温发酵36-48h；
(4)在经发酵之后的海藻浆液中添加海藻质量0.5-1.2％的复合酶制剂，搅拌均匀后加热至40-60℃，保温酶解3h；
(5)将酶解之后的溶液过滤得上清液，浓缩，即得有机海藻液肥。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合酶制剂含有酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶或淀粉酶中的至少两种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的海藻包括海带、裙带菜、浒苔、龙须菜中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微生物发酵菌剂为地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌中的一种或两种的混合物，微生物菌剂的添加量为1～5×108CFU/g海藻。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的复合酶制剂为酸性蛋白酶和纤维素酶，加酶质量之比为2︰1；或酸性蛋白酶和果胶酶，加酶质量之比为1︰1；或果胶酶和纤维素酶，加酶质量之比为3︰1。
7.应用权利要求1～6任一所述方法制备获得的有机海藻液肥。
8.权利要求7所述有机海藻液肥在农业种植领域的应用。
9.一种植物的培育方法，其特征在于，应用权利要求7所述的有机海藻液肥培育植物；所述植物包括农作物、水果、蔬菜；所述有机海藻液肥通过喷洒或灌溉的方式作用于植物。
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