CN115745674B - 一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥及其制备方法 - Google Patents

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本发明公开了一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥及其制备方法，涉及水溶肥制备技术领域，采用屎肠球菌进行发酵，发酵的同时添加过量的微量元素，形成多糖‑微量元素复合物，然后在发酵结束后加入酶液进行降解，再经过离心过滤得含寡糖微量元素液体肥。本发明通过将各种微量元素在发酵前以培养基成分的形式进行添加，依靠微生物的生物作用与多糖进行螯合，可以形成稳定的多糖‑微量元素复合体，然后经酶解最终得到寡糖‑微量元素液体肥；本发明产品性能更加稳定，制备工艺比其他方法更为简便。

Description

一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥及其制备方法
技术领域
本发明涉及水溶肥制备技术领域，具体是一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥及其制备方法。
背景技术
寡糖(Oligosaccharide)，也称低聚糖，一般指2-10个单糖组成的低聚合度的糖类物质，分子量通常小于3000Da，是生物体内重要的功能性物质。相比于多糖等大分子量物质，寡糖具有更高的溶解度和利用度，可以更好的被吸收和利用，目前已经广泛应用于食品、保健品、医药、添加剂等领域。而近年来，寡糖类物质在农业领域的应用近年来正日益引起人们的关注，作为植物体内重要的信号分子，寡糖类物质可促进植物的生长，提高植物对病害的抵抗力，增强植物对环境的适应能力，提高作物产量和品质，在提高植物抗逆性、促进植物生长方面具有广阔的应用前景。根据2017年8月1日新实施的新版《农药管理条例》，在农业生产中所使用的糖类物质主要归属于天然植物诱抗剂和天然植物生长调节剂。
将寡糖类物质进行深加工获得衍生产品，是近年来在本领域的又一个研究热点。其中，寡糖螯合微量元素以提高其生物学活性和利用效率的研究日益增多。微量元素是动植物生长发育的重要营养物质，也是动植物体内多种酶的重要组成部分，对机体代谢和健康发育起着十分重要的作用。目前，寡糖螯合锌等元素的微量元素添加剂已被证实在养殖业中有较好的利用效果，但农业领域中应用此技术的研究基本上还都停留在实验室阶段。由于无机盐中的金属元素很容易在土壤中被固定，成为不溶物而失去作用，肥效受到严重影响；且由于元素之间的拮抗作用，易被土壤胶体吸附固定，吸收效果差。人们发现将微量元素的无机盐转化为有机螯合物态后可获得较好的施用效果，如氨基酸螯合微量元素肥料在土壤中的有效性要优于无机微肥，更易于被小麦吸收，促进小麦的生长，因此螯合微量元素的开发近年来逐渐增多。
现有技术一般是将甲壳素、海藻等富含多糖的原料经过酶解或化学处理降解成寡糖，然后再与微量元素螯合或者复配，或者是采用微生物发酵富含多糖的原料后，再与微量元素螯合。
如专利：一种海藻酸壳寡糖螯合中微量元素生物技术水溶肥及其制备方法；申请号：CN201710895784.2；申请公布号：CN107805154A；该专利以化学螯合为主，将壳寡糖与微量元素简单混合加热，螯合效率较低。
如专利：化学反应联合多级发酵制备含海藻寡糖微量元素液体肥的方法；申请号：CN201610977803.1；公开号：CN106588251A；该专利以化学螯合为主，通过发酵法制备海藻寡糖，但后期与微量元素的螯合依然采用简单混合加热的方式，螯合效率较低。
如专利：一种用于提高小麦产量的壳寡糖复配制剂及其应用；申请号：CN201310689965.1；公开号：CN104710231A；该专利直接将寡糖与微量元素混合，螯合效率不够高。
综上，寡糖螯合微量元素的制备工艺主要有以下不足：
(1)以简单的化学螯合为主，即将寡糖与微量元素直接按比例复配混合，螯合效率低；
(2)寡糖来源大多为甲壳动物或者海藻，需要进行复杂的前期处理。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥及其制备方法。
本发明的技术解决方案如下：
一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥的制备方法，采用屎肠球菌进行发酵，发酵的同时添加过量的微量元素，形成多糖-微量元素复合物，然后在发酵结束后加入酶液进行降解，再经过离心过滤得含寡糖微量元素液体肥。
具体地，包括以下步骤：
S1：采用MRS培养基培养屎肠球菌，静置培养，得到屎肠球菌菌液；
S2：往发酵罐中加入发酵培养基，同时加入微量元素，调节罐内pH值为7.5～7.8，升温至115～121℃，灭菌，冷却；
S3：往发酵罐中接种屎肠球菌菌液，发酵温度为28～33℃，静置培养，间歇性搅动发酵液，发酵时间为36-40小时；
S4：发酵结束后，往S3中的发酵液中加入复合酶液，保持温度30-35℃，反应时间8-10小时；
S5：经过离心过滤，得到含微生物寡糖-微量元素液体肥。
作为本发明的优选方案，步骤S1中，培养时间为8-12小时，培养温度30-34℃。
作为本发明的优选方案，步骤S2中，微量元素为硫酸锌、硫酸锰、硫酸镁的至少一种，添加量为占发酵培养基的0.1-0.5wt％。
作为本发明的优选方案，步骤S2中，发酵培养基具体包括：蔗糖2-3.0wt％、蛋白胨0.5-1.0wt％、磷酸二氢钾0.02-0.05wt％、磷酸氢二钾0.02-0.05wt％、硫酸镁0.1-0.5wt％、硫酸锰0.001-0.002wt％，余量为水。
作为本发明的优选方案，步骤S3中，屎肠球菌菌液的接种量为物料体积的3～5％。
作为本发明的优选方案，所述复合酶液包括淀粉酶和糖苷酶的至少一种。
作为本发明的优选方案，所述复合酶液的加入量与发酵液体积的0.005-0.01％。
一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥，采用如上任一所述的制备方法制。
本发明的有益效果是：
本发明通过将各种微量元素在发酵前以培养基成分的形式进行添加，依靠微生物的生物作用与多糖进行螯合，可以形成稳定的多糖-微量元素复合体，然后经酶解最终得到寡糖-微量元素液体肥；本发明产品性能更加稳定，制备工艺比其他方法更为简便。
具体实施方式
以下以具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥的制备方法，包括以下步骤：
S1：采用MRS培养基(蛋白胨10.0g，牛肉膏10.0g，酵母5.0g，柠檬酸氢二铵[(NH4)2HC6H5O7]2.0g,葡萄糖(C6H12O6·H2O)20.0g,吐温80 1.0mL,乙酸钠(CH3COONa·3H2O)5.0g,磷酸氢二钾(K2HPO4·3H2O)2.0g,硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.58g,硫酸锰(MnSO4·H2O)0.25g,蒸馏水1000mL,pH 6.2～6.6)培养屎肠球菌，静置培养12小时，培养温度30℃；
S2：发酵罐中加入发酵培养基(蔗糖3.0％、蛋白胨1.0％、磷酸二氢钾0.05％、磷酸氢二钾0.05％、硫酸镁0.5％、硫酸锰0.002％，余量为水，所有比例均为质量百分比)，同时加入微量元素(0.3wt％硫酸锌、0.1wt％硫酸锰、0.3wt％硫酸镁，以发酵培养基总质量100％计)，调节罐内pH值为7.5，升温至120℃，灭菌20min，冷却至30℃；
S3：向发酵罐中接种屎肠球菌的菌液，接种量为物料体积的3％，发酵温度为30℃，静置培养，间歇性搅动发酵液，发酵时间为36小时；
S4：发酵结束后，向发酵液中加入复合酶液(含α-淀粉酶、糖苷酶，两者体积比1:1，复合酶液与发酵液体积比0.01％)，保持温度35℃，反应时间10小时；S5：经离心过滤，得含微生物寡糖-微量元素液体肥，调整寡糖含量为0.1％，其余成分为溶剂。
实施例2
一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥的制备方法，包括以下步骤：
S1：采用MRS培养基(蛋白胨10.0g，牛肉膏10.0g，酵母5.0g，柠檬酸氢二铵[(NH4)2HC6H5O7]2.0g,葡萄糖(C6H12O6·H2O)20.0g,吐温80 1.0mL,乙酸钠(CH3COONa·3H2O)5.0g,磷酸氢二钾(K2HPO4·3H2O)2.0g,硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.58g,硫酸锰(MnSO4·H2O)0.25g,蒸馏水1000mL,pH 6.2～6.6)培养屎肠球菌，静置培养10小时，培养温度34℃；
S2：发酵罐中加入发酵培养基(蔗糖3.0％、蛋白胨1.0％、磷酸二氢钾0.05％、磷酸氢二钾0.05％、硫酸镁0.5％、硫酸锰0.002％，余量为水，所有比例均为质量百分比)，同时加入微量元素(0.2wt％硫酸锌、0.1wt％硫酸锰、0.3wt％硫酸镁，以发酵培养基总质量100％计)，调节罐内pH值为7.5，升温至116℃，灭菌15min，冷却至30℃；
S3：向发酵罐中接种屎肠球菌的菌液，接种量为物料体积的4％，发酵温度为30℃，静置培养，间歇性搅动发酵液，发酵时间为40小时；
S4：发酵结束后，向发酵液中加入复合酶液(含淀粉酶、糖苷酶，两者体积比1:1，复合酶液与发酵液体积比0.01％)，保持温度35℃，反应时间10小时；S5：经离心过滤，得含微生物寡糖-微量元素液体肥，调整寡糖含量为0.1％，其余成分为溶剂。
实施例3
一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥的制备方法，包括以下步骤：
S1：采用MRS培养基(蛋白胨10.0g，牛肉膏10.0g，酵母5.0g，柠檬酸氢二铵[(NH4)2HC6H5O7]2.0g,葡萄糖(C6H12O6·H2O)20.0g,吐温80 1.0mL,乙酸钠(CH3COONa·3H2O)5.0g,磷酸氢二钾(K2HPO4·3H2O)2.0g,硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.58g,硫酸锰(MnSO4·H2O)0.25g,蒸馏水1000mL,pH 6.2～6.6)培养屎肠球菌，静置培养8-12小时，培养温度30-34℃；
S2：发酵罐中加入发酵培养基(蔗糖3.0％、蛋白胨1.0％、磷酸二氢钾0.05％、磷酸氢二钾0.05％、硫酸镁0.5％、硫酸锰0.002％，余量为水，所有比例均为质量百分比)，同时加入微量元素(0.2wt％硫酸锌、0.3wt％硫酸锰、0.4wt％硫酸镁，以发酵培养基总质量100％计)，调节罐内pH值为7.8，升温至121℃，灭菌30min，冷却至35℃；
S3：向发酵罐中接种屎肠球菌的菌液，接种量为物料体积的5％，发酵温度为30℃，静置培养，间歇性搅动发酵液，发酵时间为36-40小时；
S4：发酵结束后，向发酵液中加入复合酶液(含淀粉酶、糖苷酶，两者体积比1:1，复合酶液与发酵液体积比0.01％)，保持温度35℃，反应时间10小时；S5：经离心过滤，得含微生物寡糖-微量元素液体肥，调整寡糖含量为0.1-0.2％，其余成分为溶剂。
对照组1：与实施例1不同的是，发酵培养基中不添加微量元素。
对照组2：与实施例1不同的是，直接将同等浓度的微量元素溶于水，没有发酵培养基。
测试1:
试验组：对杂交晚稻喷施实施例1制得的含寡糖-微量元素(含锌、锰、镁)水溶肥；
对照组1：对杂交晚稻喷施对照组1含微生物多糖的水溶肥；
对照组2：对杂交晚稻喷施对照组2的微量元素肥(含锌、锰、镁)；
试验地点：江西农业大学生物科学与工程学院实训基地，水稻栽培20天之后开始喷施，间隔10天，共喷施3次，在水稻成熟期测量各项指标。采用喷壶喷施，每亩大约喷施20L。
表1寡糖-微量元素水溶肥对改善杂交晚稻经济性状的影响
从试验结果可知，试验组与对照组2(单纯微量元素)相比，平均株高增加1.9cm，有效穗增加0.6万穗/亩，每穗实粒数增加3.5粒，结实率提高2.0个百分点，千粒重增加0.5克。
测试2
对照组3：与实施例2不同的是，发酵培养基中不添加微量元素。
对照组4：与实施例2不同的是，直接将同等浓度的微量元素溶于水，没有发酵培养基。
试验组：对小白菜喷施含实施例2制得的寡糖-微量元素(含锌、锰、镁)水溶肥；
对照组3：对小白菜喷施对照组3含微生物多糖的水溶肥；
对照组4：对小白菜喷施对照组4的微量元素肥(含锌、锰、镁)；
试验地点：江西农业大学生物科学与工程学院实训基地，采用盆栽方式进行(盆的直径为20cm，装40kg土壤)，小白菜第4片真叶长出之后开始喷施，间隔7天，共喷施4次，最后一次喷施1周后测量各项指标。具体用量为每喷施8mL。
表2寡糖-微量元素水溶肥对改善小白菜性状的影响
从试验结果可知，试验组与对照组2(单纯微量元素)相比，平均株高增加1.8cm，鲜重增加3.85g/株，维生素C含量提高22.0mg/kg。
综上可知，本发明的水溶肥的实施，可以提高水稻等农作物的生长性能，同时抗病虫害能力也得到显著的提升。
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，采用屎肠球菌进行发酵，发酵的同时添加过量的微量元素，形成多糖-微量元素复合物，然后在发酵结束后加入酶液进行降解，再经过离心过滤得含寡糖微量元素液体肥；具体包括以下步骤：
S1：采用MRS培养基培养屎肠球菌，静置培养，得到屎肠球菌菌液；
S2：往发酵罐中加入发酵培养基，同时加入微量元素，调节罐内pH值为7.5～7.8，升温至115～121℃，灭菌，冷却；
S3：往发酵罐中接种屎肠球菌菌液，发酵温度为28～33℃，静置培养，间歇性搅动发酵液，发酵时间为36-40小时；
S4：发酵结束后，往S3中的发酵液加入复合酶液，保持温度30-35℃，反应时间8-10小时；
S5：经离心过滤，得到含微生物寡糖-微量元素液体肥。
2.根据权利要求1所述的一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，步骤S1中，培养时间为8-12小时，培养温度30-34℃。
3.根据权利要求1所述的一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，步骤S2中，微量元素为硫酸锌、硫酸锰、硫酸镁的至少一种，添加量为占发酵培养基的0.1-0.5wt％。
4.根据权利要求1所述的一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥及其制备方法，其特征在于，步骤S2中，发酵培养基具体包括：蔗糖2-3.0wt％、蛋白胨0.5-1.0wt％、磷酸二氢钾0.02-0.05wt％、磷酸氢二钾0.02-0.05wt％、硫酸镁0.1-0.5wt％、硫酸锰0.001-0.002wt％，余量为水。
5.根据权利要求1所述的一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，步骤S3中，屎肠球菌菌液的接种量为物料体积的3～5％。
6.根据权利要求1所述的一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，所述复合酶液包括淀粉酶和糖苷酶的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，所述复合酶液的加入量占发酵液体积的0.005-0.01％。
8.一种微生物寡糖螯合微量元素水溶肥，其特征在于，采用权利要求1-7任一所述的制备方法制得。
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