CN109020708A - 一种自身缓释海藻肥制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自身缓释海藻肥制备方法，包括以下步骤：原料预处理；酶解离心；改性海藻凝胶复合液制备；造粒；包膜。本发明产品以海藻自身的多糖和大分子物质进行交联结构的缓释成分与酶解后便于作物吸收的不溶物相混合包膜，所形成的自身缓释海藻肥可提高植株抗逆性和根系营养吸收，可显著提高化学肥料利用率，减轻环境污染；可减少化肥、农药使用量和施肥次数，降低施肥劳动强度，节省劳力，还可提升施肥土壤的地力水平。同时，自身缓释海藻肥在土壤中的吸水保水实验表明，施用自身缓释海藻肥能增加土壤的持水率和保水率，降低水分的蒸发，延长土壤的灌溉周期，提高水分的利用率，同时可防止土壤板结。
Description
技术领域
本发明涉及海藻有效成分综合利用技术领域，具体涉及一种自身缓释海藻肥制备方法。
背景技术
海藻储量丰富且海藻中含有多种有效成分，在食品、药品、日化、肥料、饲料等领域有重要的应用。依靠丰富的大型海藻资源，我国已经建立起规模庞大的大型海藻生产和加工产业，形成以褐藻和红藻为主体的大型海藻工业体系，涉及食品、饲料、医药、化工等多个领域，成为海洋经济的重要组成部分。目前我国大型海藻加工主要涉及海藻胶如海藻酸盐、琼胶、卡拉胶等提取加工。同时，从海藻中提取胡萝卜素、虾青素、藻胆蛋白等色素和抗氧化物，以及DHA和花生四烯酸等多不饱和脂肪酸等高值活性物质已成为海藻加工企业发展的重点方向。但是上述加工之后的残留物质，除部分可用于水产养殖的饲料外，大部分海藻渣亦采用填埋或焚烧等方式处理，不仅综合利用效率低下，亦存在难以解决的环境污染问题。
海藻肥料作为新一代天然海洋生物肥料，具有多种高活性成份和营养元素，有明显的增产效果和极强的抗逆作用。以其在环境保护、经济效益方面的突出表现而贡献于21世纪的农业生产。与化学肥料相比，海藻肥在促进作物增产、提高植物抗逆能力、以及无公害等方面都具有不可比拟的优势。相对于常规肥料，它不仅能显著地促进作物根系发育，提高植物光合作用，而且还能促进果品早熟，大大改善农作物品质，特别是对蔬菜、瓜果、花卉等经济作物，应用效果更为显著。目前，海藻肥料缓控释化已经成为海藻肥料的主要发展趋势，但目前高保水海藻缓控释肥鲜见产品报道。此外，传统的肥料缓释、控释技术主要是使用聚合物包膜(衣)工艺(例如喷雾干燥技术)。存在肥料原材料浪费大，成本高，不能实现作物对养分速效、长效的需要等问题。同时，现有技术中的缓释都是通过加入外源性的物质形成缓释颗粒，并没有依靠海藻自身中的多糖形成自身缓释颗粒的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自身缓释海藻肥制备方法，利用海藻自身含有的多糖和大分子物质之间交联形成大分子缓释物，解决肥料原材料浪费大，成本高，不能实现作物对养分速效、长效需要的问题。同时，海藻本身的成分得到了全面回收利用，节约资源，防止环境污染，并达到了节约能源的目的。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种自身缓释海藻肥制备方法，包括以下步骤：
(1)原料预处理：取海藻原料(包括工业生产的残留海藻渣、海藻下脚料、海藻等)用水浸泡、清洗数次；
(2)预处理后的海藻原料调整含水量40～50％，加入乙酸调节pH为4-7，按酶/藻质量比的量加入2-5％纤维素酶、1％果胶酶、2～3％非淀粉多糖酶、1-2％木瓜蛋白酶、1-2％蜗牛酶并控温25～45℃利用多级串联酶解10～24h，酶解结束后，离心；
(3)将离心后的上清液挤压滴加至装有氯化钙(3％，w/v)和氯化钾(3％，w/v)混合溶液的反应釜中，搅拌，该混合溶液在离子交联的作用下形成凝胶基质，将该凝胶基质在盐溶液中保持30分钟后，得改性海藻凝胶复合液备用；
(4)取步骤(2)获得的固形物挤压脱水干燥、粉碎；将粉碎物、化学肥料，混合搅拌均匀，放入滚动圆盘造粒机上，制造粒径2-3mm的颗粒；
(5)将上述颗粒置于圆盘中，置于包膜机中预热至50-70℃，在雾化液的作用下转动圆盘，将改性海藻凝胶复合液于喷雾装置中雾化并喷涂在颗粒表面，然后经过50-60℃的风干燥15-20分钟后得到包膜的颗粒；改性海藻凝胶复合液雾化压力为0.3-0.6Mpa，雾化速度为10-15ml/min。从而得到自身缓释海藻肥颗粒，并于40℃烘箱中烘干即得。
优选地，在步骤(2)中，所述多级串联酶解具体为：
多级串联酶解的级别设置为4-6级，每一级别酶解的温度范围控制在25～45℃之间，pH控制在4-7之间，且从第一级别到下一级别的温度逐渐升高，而pH值则逐渐降低。
需要注意的地方在于，多级串联酶解的级别设置为4-6级，然后每级之间串联，具体每一级别的温度与pH选取是通过大量的实验得到的适宜的范围，而且第一级别到下一级别的温度按照逐渐升高的趋势进行设定，而pH值则呈逐渐降低的趋势，以保证酶解产物的质量。
优选的，步骤(4)中所述的挤压脱水干燥、粉碎具体是指：将固形物用挤压脱水打包设备进行挤压脱水，脱去20-30％左右的游离水，含水含量降至60-70％，体积缩小为原来的1/4～1/5；用剪切机将挤压物破碎，进一步释放其中的游离水，然后进行二次挤压脱水，使含水量降至50％，此时利用热风进行气流干燥脱水，使水含量降至10％以下，利用旋风分离器除沙去杂；最后进入粉碎机进行粉碎，再过60目筛得到粒径统一的海藻渣颗粒。
优选的，步骤(4)中所述的化学肥料：包括腐植酸、农用硒肥、尿素、磷酸二氢钾、碳酸氢铵、硫酸钾、氯化钾的一种或多种复配，优选的，各组分的含量为：腐植酸5-15％，农用硒肥5-15％、尿素5-15％、磷酸二氢钾5-15％、碳酸氢铵5-15％、硫酸钾5-15％、氯化钾5-15％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明产品以海藻自身的多糖和大分子物质进行交联结构的缓释成分与酶解后便于作物吸收的不溶物相混合包膜，所形成的自身缓释海藻肥可提高植株抗逆性和根系营养吸收，可显著提高化学肥料利用率，减轻环境污染；可减少化肥、农药使用量和施肥次数，降低施肥劳动强度，节省劳力，还可提升施肥土壤的地力水平。同时，自身缓释海藻肥在土壤中的吸水保水实验表明，施用自身缓释海藻肥能增加土壤的持水率和保水率，降低水分的蒸发，延长土壤的灌溉周期，提高水分的利用率，同时可防止土壤板结。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售获得的常规产品。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。
实施例1制备自身缓释加钾海藻肥
具体为包括以下步骤：
(1)原料预处理：取100公斤海藻用水浸泡、清洗数次；
(2)预处理后的海藻原料调整含水量40～50％，加入乙酸调节pH为4-7，按酶/藻质量比的量加入3％纤维素酶、1％果胶酶、2％非淀粉多糖酶、1％木瓜蛋白酶、1％蜗牛酶并控温25～45℃利用多级串联酶解10～24h，多级串联酶解的级别设置为6级，每一级别酶解的温度范围控制在25～45℃之间，pH控制在4-7之间，且从第一级别到下一级别的温度逐渐升高，而pH值则逐渐降低。酶解结束后，离心；
(3)将离心后的上清液挤压滴加至装有氯化钙(3％，w/v)和氯化钾(3％，w/v)混合溶液的反应釜中，搅拌，该混合溶液在离子交联的作用下形成凝胶基质，将该凝胶基质在盐溶液中保持30分钟后，得改性海藻凝胶复合液备用；
(4)取步骤(2)获得的固形物用挤压脱水打包设备进行挤压脱水，脱去20-30％左右的游离水，含水含量降至60-70％，体积缩小为原来的1/4～1/5；用剪切机将挤压物破碎，进一步释放其中的游离水，然后进行二次挤压脱水，使含水量降至50％，此时利用热风进行气流干燥脱水，使水含量降至10％以下，利用旋风分离器除沙去杂；最后进入粉碎机进行粉碎，再过60目筛得到粒径统一的海藻渣颗粒。将粉碎物60％、腐植酸5％，农用硒肥5％、尿素5％、磷酸二氢钾10％、碳酸氢铵5％、硫酸钾5％、氯化钾5％，混合搅拌均匀，放入滚动圆盘造粒机上，制造粒径2-3mm的颗粒；
(5)将上述颗粒置于圆盘中，置于包膜机中预热至50-70℃，在雾化液的作用下转动圆盘，将改性海藻凝胶复合液于喷雾装置中雾化并喷涂在颗粒表面，然后经过50-60℃的风干燥15-20分钟后得到包膜的颗粒；改性海藻凝胶复合液雾化压力为0.3-0.6Mpa，雾化速度为10-15ml/min。从而得到自身缓释海藻肥颗粒，并于40℃烘箱中烘干即得。
实施例2制备自身缓释加硒海藻肥
具体为包括以下步骤：
(1)原料预处理：取200公斤海藻下脚料用水浸泡、清洗数次；
(2)预处理后的海藻原料调整含水量40～50％，加入乙酸调节pH为4-7，按酶/藻质量比的量加入5％纤维素酶、1％果胶酶、3％非淀粉多糖酶、2％木瓜蛋白酶、2％蜗牛酶并控温25～45℃利用多级串联酶解10～24h，多级串联酶解的级别设置为5级，每一级别酶解的温度范围控制在25～45℃之间，pH控制在4-7之间，且从第一级别到下一级别的温度逐渐升高，而pH值则逐渐降低。酶解结束后，离心；
(3)将离心后的上清液挤压滴加至装有氯化钙(3％，w/v)和氯化钾(3％，w/v)混合溶液的反应釜中，搅拌，该混合溶液在离子交联的作用下形成凝胶基质，将该凝胶基质在盐溶液中保持30分钟后，得改性海藻凝胶复合液备用；
(4)取步骤(2)获得的固形物用挤压脱水打包设备进行挤压脱水，脱去20-30％左右的游离水，含水含量降至60-70％，体积缩小为原来的1/4～1/5；用剪切机将挤压物破碎，进一步释放其中的游离水，然后进行二次挤压脱水，使含水量降至50％，此时利用热风进行气流干燥脱水，使水含量降至10％以下，利用旋风分离器除沙去杂；最后进入粉碎机进行粉碎，再过60目筛得到粒径统一的海藻渣颗粒。将粉碎物55％、腐植酸5％，农用硒肥15％、尿素5％、磷酸二氢钾5％、碳酸氢铵5％、硫酸钾5％、氯化钾5％，混合搅拌均匀，放入滚动圆盘造粒机上，制造粒径2-3mm的颗粒；
(5)将上述颗粒置于圆盘中，置于包膜机中预热至50-70℃，在雾化液的作用下转动圆盘，将改性海藻凝胶复合液于喷雾装置中雾化并喷涂在颗粒表面，然后经过50-60℃的风干燥15-20分钟后得到包膜的颗粒；改性海藻凝胶复合液雾化压力为0.3-0.6Mpa，雾化速度为10-15ml/min。从而得到自身缓释海藻肥颗粒，并于40℃烘箱中烘干即得。
实施例3自身缓释海藻肥保水效果验证
取实施实例1和2自身缓释加钾海藻肥和自身缓释加硒海藻肥，测定其对土壤保水率的影响。未添加肥料颗粒的土壤，其保水率为约40％，自然状态下干燥15天后，几乎损失掉所有水分；而分别添加1％、2％和3％肥料颗粒的土壤，其保水率分别为68％、90％和94％，自然状态下干燥15天后，其保水率仍为34％、49和68％。由此可见，该自身缓释海藻肥加入土壤后不仅具有良好的吸水能力，同时还具有较好的保水能力。肥料颗粒的这一特性主要归功于其海藻肥中的自身海藻糖及其大分子交联物，它可以吸收贮存大量的水分，并随土壤水分的降低而缓慢释放出所存储的水分，使其被作物充分吸收，同时减缓土壤中水分的蒸发，有效提高水资源的利用率。因此，本实验所制备的肥料颗粒在干旱、缺水或日蒸发量大的地区有较好的应用前景。
实施例4自身缓释海藻肥促生长效果验证
为验证本发明自身缓释海藻肥在提高产量、改善品质、提高农产品栽植的经济效益，减少肥料浪费保护生态环境等方面的作用，我们对本发明的缓释肥料应用效果进行了研究。
试验地：2017年选取在河北省某地大豆产业基地进行试验，试验土壤为粘土，土壤地力情况为：pH值为：5.3，有机质1.06％，碱解氮77mg/kg，速效磷46mg/kg，速效钾102mg/kg。试验地为地面平整，地力均匀。
试验方法与材料：在当地***(当地追肥方案为：尿素24kg，磷酸二铵20kg，硫酸钾5kg)的基础上，逐渐减少追肥量。试验设7个处理组合，分别为1.0g/l自身缓释海藻肥灌根+60kg追肥(代号为A)，1.0g/l自身缓释海藻肥灌根+45kg追肥(代号为B)，1.0g/1自身缓释海藻肥灌根+30kg追肥(代号为C)，相应重量的只追肥为对照(代号分别为a、b、c)。每个处理重复3次，随机排列，小区面积24m2。拉秧时统计各处理的产量。
表1不同处理组大豆产量
从上述表1的结果中可以看出，本发明的缓释肥增产效果显著，且从果实形态分析中可以得到，单株有效荚数、株粒数和百粒重均有显著提升，无效荚数有明显的减少。说明本缓释肥有利于增荚、增粒和提高粒重，这主要是由于本发明中的缓释肥养分释放合理，符合植株生长需求且与土壤中的多种微生物协同作用，所形成的微生态结构可提高植株抗逆性和根系营养吸收，可显著提高化学肥料利用率。与单一肥料相比，促进植物增产增收的效果更加显著。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种自身缓释海藻肥制备方法，包括以下步骤：
(1)原料预处理：
(2)酶解离心；
(3)改性海藻凝胶复合液制备；
(4)造粒；
(5)包膜。
2.如权利要求1所述的一种自身缓释海藻肥制备方法，具体为：
(1)原料预处理：取海藻原料(包括工业生产的残留海藻渣、海藻下脚料、海藻等)用水浸泡、清洗数次；
(2)预处理后的海藻原料调整含水量40～50％，加入乙酸调节pH为4-7，按酶/藻质量比的量加入2-5％纤维素酶、1％果胶酶、2～3％非淀粉多糖酶、1-2％木瓜蛋白酶、1-2％蜗牛酶并控温25～45℃利用多级串联酶解10～24h，酶解结束后，离心；
(3)将离心后的上清液挤压滴加至装有氯化钙(3％，w/v)和氯化钾(3％，w/v)混合溶液的反应釜中，搅拌，该混合溶液在离子交联的作用下形成凝胶基质，将该凝胶基质在盐溶液中保持30分钟后，得改性海藻凝胶复合液备用；
(4)取步骤(2)获得的固形物挤压脱水干燥、粉碎；将粉碎物、化学肥料，混合搅拌均匀，放入滚动圆盘造粒机上，制造粒径2-3mm的颗粒；
(5)将上述颗粒置于圆盘中，置于包膜机中预热至50-70℃，在雾化液的作用下转动圆盘，将改性海藻凝胶复合液于喷雾装置中雾化并喷涂在颗粒表面，然后经过50-60℃的风干燥15-20分钟后得到包膜的颗粒；改性海藻凝胶复合液雾化压力为0.3-0.6Mpa，雾化速度为10-15ml/min。从而得到自身缓释海藻肥颗粒，并于40℃烘箱中烘干即得。
3.如权利要求1所述的一种自身缓释海藻肥制备方法，在步骤(2)中，所述多级串联酶解具体为：多级串联酶解的级别设置为4-6级，每一级别酶解的温度范围控制在25～45℃之间，pH控制在4-7之间，且从第一级别到下一级别的温度逐渐升高，而pH值则逐渐降低。
4.如权利要求1所述的一种自身缓释海藻肥制备方法，步骤(4)中所述的挤压脱水干燥、粉碎具体是指：将固形物用挤压脱水打包设备进行挤压脱水，脱去20-30％左右的游离水，含水含量降至60-70％，体积缩小为原来的1/4～1/5；用剪切机将挤压物破碎，进一步释放其中的游离水，然后进行二次挤压脱水，使含水量降至50％，此时利用热风进行气流干燥脱水，使水含量降至10％以下，利用旋风分离器除沙去杂；最后进入粉碎机进行粉碎，再过60目筛得到粒径统一的海藻渣颗粒。
5.如权利要求1所述的一种自身缓释海藻肥制备方法，步骤(4)中所述的化学肥料：包括腐植酸、农用硒肥、尿素、磷酸二氢钾、碳酸氢铵、硫酸钾、氯化钾的一种或多种复配，优选的，各组分的含量为：腐植酸5-15％，农用硒肥5-15％、尿素5-15％、磷酸二氢钾5-15％、碳酸氢铵5-15％、硫酸钾5-15％、氯化钾5-15％。
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