CN108947743A - 一种基于蚓激酶-凹凸棒的土壤修复肥的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于蚓激酶‑凹凸棒的土壤修复肥的制备方法；称取凹凸棒石原矿，干燥后粉碎至120～200目的粉料，加入蒸馏水浸泡；称取六偏磷酸钠分散剂加入到凹凸棒粉料水溶液中，六偏磷酸钠的质量为凹凸棒质量的1％～4％；然后搅拌、过滤，得到湿的滤饼；将湿的滤饼加入到蚓激酶提取液中，混合液搅拌后进行真空冷冻干燥，最后粉碎并造粒得到蚓激酶‑凹凸棒土壤修复肥。凹凸棒和蚓激酶的结合能够极大的提升蚓激酶土壤修复肥的利用效率，修复土壤无机或有机污染，减轻化肥对土壤的损害，改善农作物生长的土壤环境，保肥保水，为农作物的生长发育提供有益的微量元素，是一种绿色安全、环境友好型土壤修复肥。

Description

一种基于蚓激酶-凹凸棒的土壤修复肥的制备方法

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体主要涉及一种以二甲醚为萃取剂提取蚓激酶的亚临界流体萃取方法及蚓激酶土壤修复肥的制备方法。

背景技术

随着现代农业的发展进步，肥料成为一种必不可少的生产资料。但是肥料的长期使用容易破坏土壤健康，造成土壤板结、酸化和盐碱化，使植物对肥料吸收能力减弱，农产品品质低，高投入低回报。还可使食品、饲料和饮用水中有毒成分增加，对人畜健康造成潜在危害。施用土壤修复肥，不仅能增加土壤有机质，土壤微生物，改良土壤结构，提高作物的抗逆性，同时还能减少肥料的浪费，补充土壤所需的钾、磷和优质氮源，避免对土壤环境造成污染，是土壤化肥污染的最佳防治措施。

蚯蚓，无脊椎动物，属环节动物门寡毛纲。在中医学上称为“地龙”，地龙性寒、味微苦，具有清热定惊、通络、平喘、利尿之功效，是传统的中药。蚯蚓肠道能分泌出许多特殊的酶类，包括纤维素酶、几丁质酶、蛋白酶、淀粉酶、过氧化物酶等多种生物酶，这些天然酶制剂活性极高，能够与微生物协同分解腐烂有机物，并可有效阻止病原菌对土壤和农作物的危害。目前，研究主要还是集中在蚓激酶的提取分离方面。蚓激酶是分子量为16000-50000KD的多组分蛋白酶，且是一种有机物质，作为肥料使用能够促进土壤中蚯蚓量和微生物量的增加，同时能够有效的活化、疏松土壤，增加土壤中有机质的含量，改善土壤结构和理化性质，促进根系对养分的吸收。凹凸棒又名坡缕石，是一种层链状过渡结构的以含水富镁硅酸盐为主的粘土矿。凹凸棒巨大的比表面的特点决定了其具有良好的吸附性能，独特的棒状结构和多孔的透气性能是改良土壤的关键。凹凸棒本身不是肥料，在农业生产上用作肥料添加剂。将蚓激酶与凹凸棒混合制备土壤修复肥，制得的天然肥料可以改良土壤，提高土壤活性，改善农产品品质，减少土壤环境污染。

CN105907738A公开了一种采用分段盐析的方式提取蚓激酶的方法。此方法中蚯蚓匀浆液经硫酸铵盐析处理后需静置过夜，耗费时间长，且提取效率低，获得的酶活性和纯度不高，不适宜工业化生产。CN105130697A公开了一种蚯蚓酶土壤修复肥的制备方法，该修复肥料包括原始肥料和蚯蚓酶。此方法对原始肥料中氮、磷含量要求严格，虽然在一定程度上能提高肥料的利用率，但是仍会有一部分未被利用的肥料进入土壤，长期积累和转化，造成土壤污染。

发明内容

本发明的目的是在于克服已有技术的缺点，主要提供一种蚓激酶土壤修复肥的制备方法；同时提出了以二甲醚为萃取剂提取蚓激酶的亚临界流体萃取方法；该萃取方法提取速度快、效率高，产物无溶剂残留，提取出的蚓激酶组分多，杂志含量少、酶比活高，可实现工业化大规模生产；制备的蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥能够极大的改善土壤环境，提高农作物产量和品质。

本发明的目的通过以下方案来实现：

一种基于蚓激酶-凹凸棒的土壤修复肥的制备方法；包括如下步骤：

1)称取凹凸棒石原矿，干燥后粉碎至120～200目的粉料，加入蒸馏水浸泡；

2)称取六偏磷酸钠分散剂加入到凹凸棒粉料水溶液中，六偏磷酸钠的质量为凹凸棒质量的1％～4％；然后搅拌、过滤，得到湿的滤饼；

3)将湿的滤饼加入到蚓激酶提取液中，混合液搅拌后进行真空冷冻干燥，最后粉碎并造粒得到蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥。

所述优选步骤1)中加入蒸馏水浸泡1～3h，凹凸棒与蒸馏水的固液比为1:2～1:4(kg:L)。

所述优选步骤2)搅拌60～100min，过滤并用100～500mL蒸馏水冲洗滤饼，滤饼的含水率为3％～17％。

所述优选步骤3)并将湿的滤饼加入到蚓激酶提取液中，湿的凹凸棒与蚓激酶提取液的固液比为1:5～1:15(g:mL).

所述优选步骤3)混合液搅拌10～20min后进行真空冷冻干燥，冷冻温度-80℃～-60℃，干燥时间为8～12h。

本发明的蚓激酶提取液可以采用现有技术方法制备，或直接购买，同时可以采用如下方法制备：方法包括如下步骤：

1)称取新鲜蚯蚓流水冲洗，使其体内的污染物尽量排出；取洗净后的蚯蚓吸干水分，加0.1mol/L、pH为6.5～8.5的磷酸盐缓冲液(PBS)，匀浆，得到蚯蚓匀浆液；

2)将所得蚯蚓匀浆液静置，然后在离心机中离心，弃去沉淀，取上清液；将上清液投入亚临界萃取釜中，密闭萃取釜，通入0.7～1L体积的二甲醚，调节萃取釜内的温度至20～55℃，压力至0.51～1.31Mpa，保证萃取剂以亚临界流体状态存在，连续萃取；

3)萃取结束后，将萃取液投入溶剂回收釜，密闭萃取釜，通入二甲醚，并保持温度40～60℃，减压至0.13～1.26Mpa，二甲醚亚临界流体气化，回收溶剂，得到蚓激酶提取液。

所述步骤1)优选中新鲜蚯蚓与磷酸缓冲液(PBS)的固液比为1:3～1:5(kg:L)，匀浆5min～8min，得到蚯蚓匀浆液。

所述步骤2)优选将所得蚯蚓匀浆液静置2～4h后，随即在离心机中以5000～10000r/min离心10～15min。

所述步骤2)优选连续动态萃取40～260min。

与现有的蚓激酶提取方法及蚓激酶土壤修复肥制备方法相比，本发明具有以下优势：

(1)蚓激酶亚临界流体萃取技术提取速度快、效率高，产物无溶剂残留，能保留提取物的活性成分不破坏不氧化，生产连续性好，提取得到的蚓激酶组分多，酶活性和纯度高，可实现工业化大规模生产。

(2)凹凸棒和蚓激酶的结合能够极大的提升蚓激酶土壤修复肥的利用效率，修复土壤无机或有机污染，减轻化肥对土壤的损害，改善农作物生长的土壤环境，保肥保水，为农作物的生长发育提供有益的微量元素，是一种绿色安全、环境友好型土壤修复肥。

蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥对长期施用化肥土壤的修复效果检测实验，具体过程为：

样本为天津市武清区某蔬菜大棚土壤，进行实验室研究。随机选取大棚内三块不同区域的土壤作为采样单元进行采样，记为A、B、C。施肥前依次从每个采样单元称取1kg土样作进行测定，测定结果记为A1、B1、C1作为对照。然后分别加入实施例1～3中所制备的蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥，两周后进行测定，测定结果记为A2、B2、C2。

称取的土样经预处理后进行检测。土样PH采用PH计进行测定；土样有机质、氮、磷、钾采用土壤养分速测仪进行检测；土样Cr含量采用原子吸收光谱法进行测量。得到的测量结果如下表所示：

从以上检测结果可知，通过该方法制备的土壤修复肥修复效果良好，调节了土壤的酸碱度，增加了有机质，补充了土壤所需要的磷、钾和优质氮源，另外由于凹凸棒的吸附作用，使得本修复肥对土壤重金属也有很好的去除效果。

具体实施方式

上述修复效果检测实验所述的土样A1、B1、C1中所加的蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥分别来源于下述实施例1、2、3中的制备，下面通过具体的实施案例对本发明进一步详细阐述。

实施例1

1)称取凹凸棒石原矿，干燥后粉碎至120目的粉料；加入蒸馏水浸泡1h，凹凸棒与蒸馏水的固液比为1:2(kg:L)；

2)称取六偏磷酸钠分散剂加入到凹凸棒粉料水溶液中，六偏磷酸钠的质量为凹凸棒质量的1％；然后搅拌60min，过滤并用100mL蒸馏水冲洗滤饼，得到湿的滤饼，滤饼的含水率为3％；

3)将湿的滤饼加入到蚓激酶提取液中，湿的凹凸棒与蚓激酶提取液的固液比为1:5(g:mL)；将该混合液搅拌10min后进行真空冷冻干燥，冷冻温度-80℃，干燥时间为8h，最后粉碎并造粒得到蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥。

实施的蚓激酶提取液可以采用现有技术方法制备，或直接购买，同时可以采用如下方法制备：方法包括如下步骤：

1)称取新鲜蚯蚓流水冲洗，使其体内的污染物尽量排出；取洗净后的蚯蚓吸干水分，加0.1mol/L、pH为6.5的磷酸盐缓冲液(PBS)，新鲜蚯蚓与磷酸缓冲液(PBS)的固液比为1:3(kg:L)；匀浆5min，得到蚯蚓匀浆液；

2)将所得蚯蚓匀浆液静置2h后，然后在离心机中以5000r/min离心10min，弃去沉淀，取上清液；将上清液投入亚临界萃取釜中，密闭萃取釜，通入0.7L体积的二甲醚，调节萃取釜内的温度至20℃，压力至0.51Mpa，保证萃取剂以亚临界流体状态存在，连续萃取40min；

3)萃取结束后，将萃取液投入溶剂回收釜，密闭萃取釜，并保持温度40℃，减压至0.13Mpa，二甲醚亚临界流体气化，回收溶剂，得到蚓激酶提取液。

实施例1制得的蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥加入A土样中，两周后进行测定，测定结果记为A2；与原土样测定值A1进行比较，结果表明，蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥有效的调节了土样A的酸碱度，增加了有机质，补充了土壤所需要的磷、钾和优质氮源，对土壤重金属也有一定的去除效果。

实施例2

1)称取凹凸棒石原矿，干燥后粉碎至150目的粉料；加入蒸馏水浸泡2h，凹凸棒与蒸馏水的固液比为1:3(kg:L)；

2)称取六偏磷酸钠分散剂加入到凹凸棒粉料水溶液中，六偏磷酸钠的质量为凹凸棒质量的2％；然后搅拌80min，过滤并用300mL蒸馏水冲洗滤饼，得到湿的滤饼，滤饼的含水率为9％；

3)将湿的滤饼加入到蚓激酶提取液中，湿的凹凸棒与蚓激酶提取液的固液比为1:10(g:mL)；将该混合液搅拌15min后进行真空冷冻干燥，冷冻温度-72℃，干燥时间为9h，最后粉碎并造粒得到蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥。

实施的蚓激酶提取液可以采用现有技术方法制备，或直接购买，同时可以采用如下方法制备：方法包括如下步骤：

1)称取新鲜蚯蚓流水冲洗，使其体内的污染物尽量排出；取洗净后的蚯蚓吸干水分，加0.1mol/L、pH为7.2的磷酸盐缓冲液(PBS)，新鲜蚯蚓与磷酸缓冲液(PBS)的固液比为1:4(kg:L)；匀浆6min，得到蚯蚓匀浆液；

2)将所得蚯蚓匀浆液静置2.5h后，然后在离心机中以8000r/min离心10min，弃去沉淀，取上清液；将上清液投入亚临界萃取釜中，密闭萃取釜，通入0.8L体积的二甲醚，调节萃取釜内的温度至42℃，压力至1.18Mpa，保证萃取剂以亚临界流体状态存在，连续萃取180min；

3)萃取结束后，将萃取液投入溶剂回收釜，密闭萃取釜，并保持温度55℃，减压至0.86Mpa，二甲醚亚临界流体气化，回收溶剂，得到蚓激酶提取液。

实施例2制得的蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥加入B土样中，两周后进行测定，测定结果记为B2；与原土样测定值B1进行比较，结果表明，蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥有效的调节了土壤B的酸碱度，增加了有机质，补充了土壤所需要的磷、钾和优质氮源，对土壤重金属也有一定的去除效果。

实施例3

1)称取凹凸棒石原矿，干燥后粉碎至200目的粉料；加入蒸馏水浸泡3h，凹凸棒与蒸馏水的固液比为1:4(kg:L)；

2)称取六偏磷酸钠分散剂加入到凹凸棒粉料水溶液中，六偏磷酸钠的质量为凹凸棒质量的4％；然后搅拌100min，过滤并用500mL蒸馏水冲洗滤饼，得到湿的滤饼，滤饼的含水率为17％；

3)将湿的滤饼加入到蚓激酶提取液中，湿的凹凸棒与蚓激酶提取液的固液比为1:15(g:mL)；将该混合液搅拌20min后进行真空冷冻干燥，冷冻温度-60℃，干燥时间为12h，最后粉碎并造粒得到蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥。

实施的蚓激酶提取液可以采用现有技术方法制备，或直接购买，同时可以采用如下方法制备：方法包括如下步骤：

1)称取新鲜蚯蚓流水冲洗，使其体内的污染物尽量排出；取洗净后的蚯蚓吸干水分，加0.1mol/L、pH为8.5的磷酸盐缓冲液(PBS)，新鲜蚯蚓与磷酸缓冲液(PBS)的固液比为1:5(kg:L)；匀浆8min，得到蚯蚓匀浆液；

2)将所得蚯蚓匀浆液静置4h后，然后在离心机中以10000r/min离心15min，弃去沉淀，取上清液；将上清液投入亚临界萃取釜中，密闭萃取釜，通入1L体积的二甲醚，调节萃取釜内的温度至55℃，压力至1.31Mpa，保证萃取剂以亚临界流体状态存在，连续萃取260min；

3)萃取结束后，将萃取液投入溶剂回收釜，密闭萃取釜，并保持温度60℃，减压至1.26Mpa，二甲醚亚临界流体气化，回收溶剂，得到蚓激酶提取液。

实施例3制得的蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥加入C土样中，两周后进行测定，测定结果记为C2；与原土样测定值C1进行比较，结果表明，蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥有效的调节了土壤C的酸碱度，增加了有机质，补充了土壤所需要的磷、钾和优质氮源，对土壤重金属也有一定的去除效果。

本发明公开和提出的一种基于蚓激酶-凹凸棒的土壤修复肥的制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (9)

1.一种基于蚓激酶-凹凸棒的土壤修复肥的制备方法；其特征是包括如下步骤：

1)称取凹凸棒石原矿，干燥后粉碎至120～200目的粉料，加入蒸馏水浸泡；

2)称取六偏磷酸钠分散剂加入到凹凸棒粉料水溶液中，六偏磷酸钠的质量为凹凸棒质量的1％～4％；然后搅拌、过滤，得到湿的滤饼；

3)将湿的滤饼加入到蚓激酶提取液中，混合液搅拌后进行真空冷冻干燥，最后粉碎并造粒得到蚓激酶-凹凸棒土壤修复肥。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是步骤1)中加入蒸馏水浸泡1～3h，凹凸棒与蒸馏水的固液比为1:2～1:4(kg:L)。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是步骤2)搅拌60～100min，过滤并用100～500mL蒸馏水冲洗滤饼，滤饼的含水率为3％～17％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是步骤3)并将湿的滤饼加入到蚓激酶提取液中，湿的凹凸棒与蚓激酶提取液的固液比为1:5～1:15(g:mL)。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是步骤3)混合液搅拌10～20min后进行真空冷冻干燥，冷冻温度-80℃～-60℃，干燥时间为8～12h。

6.如权利要求1所述的方法，其特征是蚓激酶提取液制备方法包括如下步骤：

1)称取新鲜蚯蚓流水冲洗，使其体内的污染物尽量排出；取洗净后的蚯蚓吸干水分，加0.1mol/L、pH为6.5～8.5的磷酸盐缓冲液(PBS)，匀浆，得到蚯蚓匀浆液；

2)将所得蚯蚓匀浆液静置，然后在离心机中离心，弃去沉淀，取上清液；将上清液投入亚临界萃取釜中，密闭萃取釜，通入0.7～1L体积的二甲醚，调节萃取釜内的温度至20～55℃，压力至0.51～1.31Mpa，保证萃取剂以亚临界流体状态存在，连续萃取；

3)萃取结束后，将萃取液投入溶剂回收釜，密闭萃取釜，通入二甲醚，并保持温度40～60℃，减压至0.13～1.26Mpa，二甲醚亚临界流体气化，回收溶剂，得到蚓激酶提取液。

7.如权利要求6所述的方法，其特征是所述步骤1)中新鲜蚯蚓与磷酸缓冲液(PBS)的固液比为1:3～1:5(kg:L)，匀浆5min～8min，得到蚯蚓匀浆液。

8.如权利要求6所述的方法，其特征是步骤2)将所得蚯蚓匀浆液静置2～4h后，随即在离心机中以5000～10000r/min离心10～15min。

9.如权利要求6所述的方法，其特征是步骤2)连续动态萃取40～260min。