一种多肽复合肥及多肽复合肥和微晶纤维素的制备方法 |
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| 申请号 | CN202410156455.6 | 申请日 | 2024-02-04 | 公开(公告)号 | CN117682927B | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 四川大学; | 发明人 | 王辛龙; 徐露; 许德华; 严正娟; 钟本和; 李雪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种多肽 复合肥 及多肽复合肥和微晶 纤维 素的制备方法，属于复合 肥料 技术领域。此多肽复合肥包括多肽、 氨 基酸、单糖以及N/P/K元素肥。该制备方法包括如下步骤：（1）将豆渣与 碱 溶液混合加热，脱除木质素；（2）对脱木质素后的豆渣进行酸解；（3）对酸解后的物料进行过滤；（4）向滤液中通入氨气并加入 钾 肥，得到多肽复合肥；（5）对 滤饼 进行 酸洗 、漂白、洗涤和干燥，得到微晶 纤维素 。该方法原料易得，成本低，制备工艺简单，充分利用原料中各成分，制备的微晶纤维素应用广泛，多肽复合肥具有减肥增效的作用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种同时制备多肽复合肥和微晶纤维素的方法，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种多肽复合肥及多肽复合肥和微晶纤维素的制备方法技术领域背景技术[0002] 豆渣是大豆生产豆腐、豆皮、以及豆奶等产品过程中产生的副产品，由于其含水量高导致其易腐烂，利用程度低。但豆渣中含有较高的蛋白质与不溶性纤维是制造多肽肥料与MCC（微晶纤维素）的理想原料，因此需要新手段将低成本的豆渣进行资源化利用以及高值化。 [0003] 在现有技术中，已公开的一种多肽肥料及其制备方法，该方法通过水解动植物蛋白得到活性多肽，然后将其加入肥料中从而得到多肽肥料，该肥料的肥效高于等养分含量的其他肥料，但是该肥料缺少葡萄糖、木糖等有利于植物生长的营养物质；在另一项现有技术中公开了一种多肽肥料及其制备方法，该方法以尿素、磷酸一铵、氯化铵、氯化钾、组合脲酶抑制剂、组合硝化抑制剂、多肽增效剂、滑石粉为原料，原料经过加热、混合搅拌、喷淋造粒、冷却、筛分、计量、包装后得到该肥料，该肥料中的脲酶抑制剂和硝化抑制剂，能分别抑制尿素的水解和铵态氮的硝化，使肥效期得到延长，但其制备工艺复杂。 [0004] 现阶段的MCC制备多是用棉花等较纯的原料制备，原料要求高、制造过程复杂；传统的制备MCC工艺主要包含：碱溶液反应脱除木质素、洗涤、酸解脱除半纤维素及部分纤维素、洗涤、漂白；在传统工艺中脱除木质素后需要固液分离并对固体产品进行洗涤，此过程增加了工艺能耗与成本的同时没有充分利用滤液，滤液多是丢弃处理，并且酸解过后的滤液也多被丢弃。 发明内容[0005] 针对上述现有技术，本发明提供一种多肽复合肥及多肽复合肥和微晶纤维素的制备方法，解决目前豆渣难以大规模利用的难题并契合国家减肥增效的战略方向，同时解决现有技术中制备MCC时，原料要求高，成本高，制备过程复杂，并且对制作过程中产生的副产物利用不够充分等技术问题。 [0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种同时制备多肽复合肥和微晶纤维素的方法，其包括如下步骤： [0007] （1）将豆渣与碱溶液混合加热，脱除木质素； [0008] （2）对脱木质素后的豆渣进行酸解； [0009] （3）对酸解后的物料进行过滤； [0010] （4）向滤液中通入氨气并加入钾肥，即得多肽复合肥，多肽复合肥含有多肽、氨基酸、单糖以及N/P/K元素肥； [0012] 进一步，多肽复合肥为悬浮态液体肥；多肽的含量为0.3 0.4wt%；单糖包括葡萄~糖、木糖、半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖和果糖，氨基酸和单糖的含量均为100 300mg/L；N/P/K~ 元素肥的含量不低于25wt%。 [0013] 进一步，多肽的含量为0.3wt%；氨基酸和单糖的含量均为150 300mg/L；N/P/K元素~肥的含量为40wt%。 [0016] 进一步，步骤（2）中酸解所用的酸为浓度为35wt%的湿法磷酸。 [0017] 进一步，步骤（2）中酸解温度为90 100℃，酸解时间为60 80min。~ ~ [0020] 本发明的有益效果是： [0021] 1、用豆渣作为原料，成本低，为豆渣进行资源化以及高值化利用提供了新手段。 [0022] 2、制备工艺简单，在脱木质素后省略过滤和洗涤的步骤，降低了工艺能耗和成本，制备过程碳排放低。 [0023] 3、同时制备多肽复合肥和MCC，充分利用制备过程中产生的副产物，将滤液作为制备多肽复合肥的原料。 [0024] 4、制备的MCC纯度较高，并且该MCC由葡萄糖构成，应用广泛。 [0025] 5、多肽复合肥中除含有多肽外还含有氨基酸、葡萄糖、木糖、半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖和果糖等营养物质，这些营养物质可作为肥料增效剂，起到减肥增效的作用。 具体实施方式[0026] 下面结合实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。 [0027] 实施例1 [0028] 一种同时制备多肽复合肥和微晶纤维素的方法，该方法包括以下步骤： [0029] 向50mL的三颈烧瓶里加入1g的豆渣和10mL浓度为4wt%的氢氧化钾溶液，将三颈烧瓶固定在加热磁力搅拌器装置上，并连接冷凝管，然后升温至90℃，保温搅拌60min，然后加入10mL浓度为35wt%的湿法磷酸，升温至95℃，保温搅拌60min，然后过滤，得到滤液和滤饼，向滤液中通入氨气至滤液pH=4.5，再加入磷酸二氢钾，磷酸二氢钾的加入量为滤液质量的30%，混匀后得到含多肽的有机复合肥；用浓度为1M的HCl将滤饼洗涤3次，再用浓度为 0.3wt%的双氧水在pH=10和70℃的条件下洗涤滤饼20min，再次过滤，滤饼用去离子水洗涤3次后，将其放入真空冷冻干燥机中冻干，得到微晶纤维素。 [0030] 实施例2 [0031] 一种同时制备多肽复合肥和微晶纤维素的方法，该方法包括以下步骤： [0032] 向50mL的三颈烧瓶里加入1g的豆渣和8mL浓度为6wt%的氢氧化钾溶液，将三颈烧瓶固定在加热磁力搅拌器装置上，并连接冷凝管，然后升温至100℃，保温搅拌80min，然后加入10mL浓度为35wt%的湿法磷酸，在100℃条件下，保温搅拌80min，然后过滤，得到滤液和滤饼，向滤液中通入氨气至滤液pH=4.5，再加入磷酸二氢钾，磷酸二氢钾的加入量为滤液质量的15%，混匀后得到含多肽的有机复合肥；用浓度为1M的HCl将滤饼洗涤3次，再用浓度为0.3wt%的双氧水在pH=10和70℃的条件下洗涤滤饼20min，再次过滤，滤饼用去离子水洗涤3次后，将其放入喷雾干燥机中喷干，得到微晶纤维素。 [0033] 实施例3 [0034] 一种同时制备多肽复合肥和微晶纤维素的方法，该方法包括以下步骤： [0035] 向100mL的三颈烧瓶里加入2g的豆渣和30mL浓度为5wt%的氢氧化钾溶液，将三颈烧瓶固定在加热磁力搅拌器装置上，并连接冷凝管，然后升温至100℃，保温搅拌80min，然后加入20mL浓度为35wt%的湿法磷酸，降温至90℃，保温搅拌60min，然后过滤，得到滤液和滤饼，向滤液中通入氨气至滤液pH=4.5，再加入氯化钾，氯化钾的加入量为滤液质量的15%，混匀后得到含多肽的有机复合肥；用浓度为1M的HCl将滤饼洗涤3次，再用浓度为0.3wt%的双氧水在pH=10和70℃的条件下洗涤滤饼20min，再次过滤，滤饼用去离子水洗涤3次后，将其放入喷雾干燥机中喷干，得到微晶纤维素。 [0036] 对比例1 [0037] 一种同时制备多肽复合肥和微晶纤维素的方法，该方法包括以下步骤： [0038] 向50mL的三颈烧瓶里加入1g的豆渣和10mL浓度为4wt%的氢氧化钾溶液，将三颈烧瓶固定在加热磁力搅拌器装置上，并连接冷凝管，然后升温至90℃，保温搅拌60min，然后加入10mL浓度为15wt%的湿法磷酸，升温至95℃，保温搅拌60min，然后过滤，得到滤液和滤饼，向滤液中通入氨气至滤液pH=4.5，再加入磷酸二氢钾，磷酸二氢钾的加入量为滤液质量的30%，混匀后得到含多肽的有机复合肥；用浓度为1M的HCl将滤饼洗涤3次，再用浓度为 0.3wt%的双氧水在pH=10和70℃的条件下洗涤滤饼20min，再次过滤，滤饼用去离子水洗涤3次后，将其放入真空冷冻干燥机中冻干，得到微晶纤维素。 [0039] 对比例2 [0040] 一种同时制备多肽复合肥和微晶纤维素的方法，该方法包括以下步骤： [0041] 向50mL的三颈烧瓶里加入1g的豆渣和10mL浓度为4wt%的氢氧化钾溶液，将三颈烧瓶固定在加热磁力搅拌器装置上，并连接冷凝管，然后升温至90℃，保温搅拌60min，然后加入10mL浓度为35wt%的湿法磷酸，升温至95℃，保温搅拌60min，然后过滤，得到滤液和滤饼，向滤液中通入氨气至滤液pH=4.5，再加入氯化钾，氯化钾的加入量为滤液质量的9%，混匀后得到含多肽的有机复合肥；用浓度为1M的HCl将滤饼洗涤3次，再用浓度为0.3wt%的双氧水在pH=10和70℃的条件下洗涤滤饼20min，再次过滤，滤饼用去离子水洗涤3次后，将其放入真空冷冻干燥机中冻干，得到微晶纤维素。 [0042] 实验例 [0043] 1、测量多肽复合肥中游离氨基酸百分含量 [0044] 分别精密称取实施例1、实施例2、实施例3和对比例1所制备的有机复合肥试样5.000g，再分别置于250mL容量瓶中。充分溶解后，加水至刻度线，混匀，放置过夜后吸取上清液2mL于10mL离心管中，准确加入2mL浓度为50g/L的磺基水杨酸溶液，混匀，放置1h，再准确加入1mL浓度为20g/L的EDTA‑Na溶液和1mL浓度为0.06mol/L的HCl溶液，混匀，用离心机在11000r/min的条件下离心15min。吸取上清液1mL，并用氮气吹扫仪在60℃下将其吹干，再加入2mL pH为2.2的柠檬酸钠缓冲液使其溶解，然后取1.5mL溶解后的试样用氨基酸自动分析仪测定各种游离氨基酸的含量，这些氨基酸含量的总和，即为游离氨基酸的含量ω1，游离氨基酸的含量ω1以质量分数（%）表示，并将试样中游离氨基酸的质量分数换算为质量浓度（mg/L），测试结果如表1所示。 [0045] 表1 [0046] [0047] 2、测量多肽复合肥经水解后的氨基酸百分含量 [0048] 分别精密称取实施例1、实施例2、实施例3和对比例1所制备的有机复合肥试样5.000g，再分别置于250mL具塞三角瓶中。在25℃条件下，准确加入100mL浓度为150g/L的三氯乙酸溶液，摇匀后，用振荡器在频率为150r/min的条件下振荡30min，将上层溶液倒入 100mL的离心管中，用离心机在4000r/min的条件下离心5min，取2mL上清液置于20mL水解管中，加水至溶液总体积为5mL，再加入10mL浓度为6mol/L的HCl盐酸水解溶液，置液氮中冷冻，使用真空泵抽真空至7Pa，然后充氮气1min后旋紧管盖。将水解管放在110℃恒温干燥箱中，水解22h。冷却，混匀，开管，准确加入2mL浓度为20g/L的乙二胺四乙酸二钠溶液混匀并过滤，用移液管精确吸取滤液2mL于10mL离心管中，用氮气吹扫仪在60℃下蒸发至干。蒸干的样品再加入3mL PH为2.2的柠檬酸钠缓冲液，摇匀，过滤，取1.5mL滤液用全自动氨基酸分析仪测定其氨基酸含量，将此部分氨基酸的含量记为ω2，氨基酸的含量ω2以质量分数（%）表示，测试结果如表2所示。 [0049] 表2 [0050] [0051] 多肽百分含量为ω2‑ω1，有机复合肥试样中多肽的百分含量结果如表3所示，从表中可以看出实施例中所制备的有机复合肥试样中多肽的百分含量为0.3 0.4%，对比例中使~用的湿法磷酸浓度太低，导致蛋白质水解并不充分，一些大分子蛋白以及多肽被三氯乙酸沉淀除去，导致有机复合肥中多肽的百分含量较低。 [0052] 表3 [0053] [0054] 3、测量MCC中碳水化合物含量 [0056] 分别精密称取实施例1、实施例2和实施例3所制备的MCC试样125.00mg，用25mL水将其移入300mL锥形烧瓶中。加50.0mL重铬酸钾溶液，混合。然后小心地加入100mL硫酸并加热至沸。移去热源，于室温下静置15min，于水浴中冷却后移入250mL容量瓶中，用水稀释至接近刻度线，冷却至25℃，再用水稀释定容，混匀。取该试液50.0mL，加2滴1,10‑菲罗啉‑亚铁指示液，用0.1mol/L硫酸亚铁铵标准滴定溶液滴定，记录所耗量并记为V2。同时进行空白试验，记录0.1mol/L硫酸亚铁铵标准滴定溶液的消耗量并记为V1。 [0057] ω=(（V1‑V2）×3.38/m)×100% [0058] ω—MCC中碳水化合物含量； [0059] V1—空白试验消耗硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，单位为毫升(mL)； [0060] V2—试样消耗硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，单位为毫升(mL)； [0061] 3.38—换算系数； [0062] m—试样质量，单位为（mg），并按实测干燥减量值进行校正。 [0063] 测试结果如表4所示，从表中可以看出实施例中MCC的碳水化合物含量≥97%，本发明所制备的微晶纤维素可作为一种食品添加剂，其能增加食品的黏稠度，使食品更加细腻，口感更佳，也能提高食品的稳定性，防止食物在加热或冷冻过程中变质。此外，微晶纤维素具有粘合性和良好的塑性变形能力，能提高片剂的硬度，又具有促进崩解的作用，能广泛应用于药物制剂，可用作片剂的粘合剂、稀释剂和崩解剂，还可用作胶囊的稀释剂。微晶纤维素还可以帮助减肥，微晶纤维素是一种不溶性纤维素，吸水后膨胀，增加饱腹感，从而减少进食量，其还能促进肠胃蠕动，有助于消化和排便。 [0064] 表4 [0065] [0067] 用PJ‑FSY有机肥氮磷钾检测仪测实施例1、实施例2、实施例3和对比例2中所制备的有机复合肥中N、K、P的含量，测试结果如表5所示，在制备过程中，用氢氧化钾溶液脱除木质素时，氢氧化钾可以提供植物生长需要的K，用湿法磷酸酸解时提供了P，过滤后，向滤液中通入氨气增加了N的含量，之后加入钾肥也增加了N、K、P的含量，从表中可以看出在实施例中，向滤液中加入钾肥，并使其浓度为15 30wt%时，其N/P/K元素的含量≥25%，而对比例2~中加入钾肥，其钾肥浓度只有9wt%，所以N/P/K元素的含量只有20.6%。 [0068] 表5 [0069] [0070] 5、有机肥中单糖含量的测定 [0071] 先配置浓度均为50mg/mL的葡萄糖、木糖、果糖、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖的混合标准溶液，精密吸取1.0、3.0、5.0、7.0和9.0mL分别置于50mL容量瓶中，加去离子水定容后摇匀，得到单糖稀释液。 [0072] 取单糖稀释液适量装入1.5mL进样瓶中，并用高效液相色谱测定其含量得到不同峰面积于含量的对应关系，以单糖含量为纵坐标，峰面积为横坐标绘制标准曲线。 [0073] 分别精密称取实施例1、实施例2、实施例3和对比例1所制备的有机复合肥试样5.000g，再分别置于50mL容量瓶中。加入无水乙醇定容并摇匀，摇匀后，将稀释液倒入50mL的离心管中，用离心机在8000r/min的条件下离心10min，随后取上清液2mL于10mL离心管中，并用氮气吹扫仪吹干，吹干后再次加水复溶，并定容稀释10倍，随后再用浓度为2M的氢氧化钠溶液调节稀释液pH，使稀释液pH=7，然后用0.22μm孔径的微滤膜过滤稀释液，将滤液装入1.5mL进样瓶中并用高效液相色谱仪测量各单糖含量，采用标准曲线法计算各试样中单糖的含量，含量以质量分数（%）表示，并将试样中单糖的质量分数换算为质量浓度（mg/L），并将各试样中单糖的质量浓度相加，得到结果如表6所示，对比例1中使用的湿法磷酸浓度太低，豆渣中半纤维素与纤维素无定形区水解程度低，导致有机复合肥中单糖的质量浓度较低。 [0074] 表6 [0075] [0076] 6.肥效试验 [0077] 取5个直径为25cm塑料花盆，每盆装5.0kg的细土，测定该土壤总养分含量（N/P/K元素的含量），再加入500mL自来水后，定植玉米种子，每盆放置6粒，然后表面上覆土0.5kg，按时定量浇水。 [0078] 各取300g实施例1、实施例2、实施例3、对比例1和对比例2所制备的有机复合肥与土壤混匀，分别装盆；玉米苗长出2片真叶后，于各处理中挑选2株长势一致的植株，将其移栽到含有肥料的盆中，2个月后选取植株同一部位的叶片用叶绿素仪测定其叶绿素含量；利用卷尺测量地面至玉米植株顶端距离为其株高；选取植株根长为其根长，拔去盆中作物，将土壤全部倒出，去除杂草和石头等杂物，混合均匀，采集土壤样品进行风干处理，过筛，用于测定每盆里土壤的总养分含量，测定结果如表7所示，从表中可以看出，对玉米苗分别施用实施例和对比例中所制备的肥料，前者玉米苗株高、根长和SPAD值明显偏大，加入实施例中制备的肥料后土壤总养分含量也大于加入对比例中制备的肥料后土壤总养分含量，可见按照本发明制备方法所制备的有机复合肥的肥效更好。 [0079] 表7 [0080] |
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