一種土壤改良劑的製備方法及其應用的製作方法

2023-06-30 23:35:56

一種土壤改良劑的製備方法及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種土壤改良劑的製備方法，以海藻類植物為原料，通過酸鹼提取、酶解處理、微波處理，可明顯提高海藻活性物質的提取效率，並通過菌群發酵、金益生菌發酵對其中的活性成分進行改性使其具有分解大分子團，去除有害物質等功能，可應用於改善生物體健康或改善水、空氣、土壤環境中。
【專利說明】一種土壤改良劑的製備方法及其應用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種土壤改良劑的製備方法，特別涉及海藻類植物功能性活性物質的 生物提取方法，以海藻類植物作為原料的土壤改良劑的製備方法及其應用。

【背景技術】
[0002] 當前，在城市環境保護越來越受到人們的重視，環境汙染正在逐步得到控制的同 時，農村環境問題卻越來越突出，各種汙染與生態交織在一起，影響了農村人口生活，威脅 到他們的健康，同時給農村農田帶來了嚴重的汙染。農業活動產生的農田汙染是指農業部 門在施肥、灌溉等過程中，在土壤中添加了某些有害物質或使某些固有物質含量過高，其汙 染負荷超過了土壤的承受容量。它一方面會使土壤的理化性質變壞，肥力下降，影響作物的 生長；另一方面某些有毒物質被農作物吸收，殘留於作物的莖杆和顆粒，通過食物鏈影響人 畜健康，從而使土壤使用價值降低或喪失。隨著經濟的發展，人類的各種活動對農田的汙染 也在加重，致使農村生活環境日趨惡化，農業及其生產環境汙染嚴重，從而最終影響農業生 產的質量和效益。據中國水稻研究所與農業部稻米及製品質量監督檢驗測試中心2010年 發布的《我國稻米質量安全現狀及發展對策研究》稱，我國1/5的耕地受到了重金屬汙染， 其中鎘汙染的耕地涉及11個省25個地區。
[0003] 土壤質量與水、肥、氣等多種元素息息相關，你可以把它看作是一種類生命體，它 同樣也需要呵護。從目前的情況來看，我國的土壤面臨"嚴重透支"。而且，農地日益減少已 成現狀，至2012年底，耕地接近18億畝的紅線。
[0004] 海藻屬於低等植物，整個藻體都能夠從海水中吸收無機物和小分子有機物質作養 料，同時還可向周圍分泌出有機或無機物質，生長在海水複雜環境中的海藻，其代謝過程和 代謝產物與陸地植物相比是極為不同的。大多數海藻含有豐富的碳水化合物（木聚糖、幹 露聚糖和糖醇等）、含氮化合物（胺基酸、肽類、胺類、細胞色素C、吲哚類化合物和糖酶類 等）、色素（葉綠素、類胡蘿b素和藻膽蛋白）、脂類化合物（三醯甘油、烴類、蠟酯、脂肪酸、 磷脂類和糖脂類等）、酚類化合物、維生素（維生素A和D的前體以及維生素E、K等脂溶性 維生素和B族維生素等水溶性維生素）、海藻藥類（凝集素等）和無機成分等。因此，海藻 具有豐富的營養價值和藥用價值。
[0005] 海藻提取物取材於深海區域的大型經濟藻類，它含有豐富的胺基酸、礦物質、多 糖、維生素及生理活性物質，對提高作物產量、改善品質和提早成熟並在水果保鮮和抵抗病 蟲害等方面均有明顯的效果。大量的研究表明某些海洋藻類中的提取物能夠促進作物生 長、增加產量、減少病蟲害、增加作物抗寒、抗旱能力。而有關海藻提取物分解大分子團，去 除有害物質，如重金屬和有機物方面的作用還未見報導。
[0006] 實際上，海藻提取物的性質和使用效果受提取方式的影響很大。目前，海藻提取物 的製備工藝主要有鹼提取法、中性水解法、酸提取法和機械破碎提取法。此外，還有超聲破 碎法、酶解法和熱水浸泡法。然而，在這些傳統的提取方法中，海藻的生物活性成分受細胞 壁主要成分纖維素的阻礙，往往難以被有效提取，本發明恰當地將傳統的酸鹼提取法、酶解 法與微波處理相結合以提高提取效率，同時通過菌群發酵調節提取物中活性成分的含量及 性質，使提取物中各組分更好地協同作用，從而促進大分子團的分解，並能吸收或去除重金 屬和甲醛等有害物質。
[0007] 本研究以海藻類植物為原料，通過酸鹼提取、酶解處理、微波處理，可明顯提高海 藻活性物質的提取效率，並通過菌群發酵對其中的活性成分進行改性使其具有分解大分子 團，去除有害物質等功能，擴大其在改善健康或空氣、土壤、水環境中的應用，而有關海藻提 取液為主體用作土壤添加劑來去除有害物質未見報導。


【發明內容】

[0008] 本發明的目的是提供一種土壤改良劑的製備方法及其應用，特別涉及海藻類植物 功能性活性物質的生物提取方法。
[0009] 在本發明的第一方面，提供了一種可分散大團分子的海藻提取液，以重量百分比 計，其主要成分為水91. 7%，醋酸4. 2%，碳水化合物2. 4%，蛋白質0. 1 %。此外，還含有微 量的脂質、灰分、鈉、鉀、鈣、鎂、磷、鐵、亞鉛、銅、維他命A、維他命D、維他命B1、維他命B2、煙 酸、維他命B6、維他命B12、葉酸、泛酸、維他命C。
[0010] 本發明的另一方面，提供上述可分散大團分子的海藻提取液的製備方法，其包括 以下步驟：
[0011] (1)萃取處理：
[0012] 將海藻洗淨切碎，以10?30倍的水或10?95 %乙醇提取，溫度為50?100°C， 共提取3次，合併3次提取液；
[0013] (2)微波處理：
[0014] 對步驟（1)的提取液進行微波處理，輻射時間5-10min、微波功率800-1200W ;
[0015] (3)酶解：
[0016] 將步驟（1)的微波處理提取液減壓濃縮至原體積的1/3-1/4,加入包含纖維素酶、 3 -葡聚糖酶、木瓜蛋白酶的複合酶製劑，經恆溫30°C水浴8-12小時後取出，置-18°C下速 凍成冰，取出置室溫下融化，該速凍融化循環重複三次；
[0017] (4)菌群發酵：
[0018] 在步驟（3)的酶解液中按1-5%的體積比接入發酵菌群，並在25?30°C下密閉發 酵3?6天，即得海藻提取液；所述發酵菌群為黑麴黴、根黴、裡氏木黴、地衣芽孢桿菌、枯草 芽孢桿菌、玫瑰微球菌、植物乳酸桿菌、假單胞菌、交替單胞菌、植物酵母菌、富硒酵母菌所 組成的發酵菌群；
[0019] (5)金益生菌發酵：
[0020] 將上述步驟中製得的15?20份的海藻提取液與1?2. 5份的硫酸亞鐵，0. 1? 〇. 5份的單質鐵混合均勻，再向其中加入3?5份的過氧化氫，養護一段時間後，繼續添加 1?5份的氧化鈣和3?10份的粉煤灰，繼續養護一段時間後，再加入10份金益生菌原液 發酵3?5天即可得到土壤改良劑。具體地，所述海藻原料可選自巨藻、墨角藻、馬尾藻、海 囊藻、泡葉藻、紅藻的任一種，或選用兩種以上海藻物的混合。優選馬尾藻，更優選潿州馬尾 藻或亨氏馬尾藻。
[0021] 根據本發明的另一個方面，上述步驟（1)中可採用機械衝擊剪切磨、氣流式超微 粉碎磨、球磨機、攪拌磨或振動磨進行超微粉碎。
[0022] 根據本發明的另一個方面，上述步驟（3)中採用的複合酶製劑由重量份數比為 1.2?3. 6:2. 1?5. 2:1.6?4. 5的纖維素酶、0 -葡聚糖酶、木瓜蛋白酶組成。優選的重 量份數比1.2 :2. 1 :1. 6。
[0023] 根據本發明的另一個方面，上述步驟（4)中所述發酵條件為：溫度28°C，初始pH 值6. 5,攪拌速度100r/min，間歇攪拌5min/2h，發酵周期72小時。
[0024] 根據本發明的又一方面，上述步驟⑷中發酵菌群由重量份數比為1. 8 :1. 2 :1. 6 : 1. 1 :1. 5 :3. 1 :2. 4 :2. 7 :1. 9 :1. 3 :1的黑麴黴、根黴、裡氏木黴、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢杆 菌、玫瑰微球菌、植物乳酸桿菌、假單胞菌、交替單胞菌、植物酵母菌、富硒酵母菌組成。
[0025] 根據本發明的另一個方面，由於海藻提取物中的金屬元素在發酵過程中可形成金 屬氧化物，將上述發酵後得到的提取物在超臨界狀態下製成金屬氧化物的超微納米粒子， 該超微納米粒子具有高的遠紅外發射能力，其輻射的遠紅外線作用於附近接觸或非接觸的 物質，如大的水分子團，使水分子產生共振吸收，從而使得部分水分子之間的範德華力減 弱，部分水分子會分離，進而使水分子團簇變小而得到活化。且該提取液在通過燒結獲取 其他乾燥手段支撐粉體或其他固體時，其超微納米粒子可呈超細納米晶粒的形式存在，依 然具有活性。
[0026] 本發明提供的土壤改良劑，其中的金屬元素在發酵過程中可形成金屬氧化物或金 屬絡合物，將上述發酵後得到的提取物在超臨界狀態下製成金屬氧化物的超微納米粒子， 該超微納米粒子具有高的遠紅外發射能力，其輻射的遠紅外線作用於附近接觸或非接觸的 物質，如大的水分子團，使水分子產生共振吸收，從而使得部分水分子之間的氫鍵斷裂，使 該部分水分子會分離，進而使水分子團簇變小而得到活化。在作用於土壤時，能將土壤中的 金屬氧化成金屬氧化物，將金屬粒子還原成金屬原子，進而解決重金屬離子的汙染問題。而 所述土壤改良劑中的金益生菌和其他益生菌能分解土壤中各種動、植物殘體及礦物質，形 成土壤腐殖質，改善土壤結構和理化性狀。

【具體實施方式】
[0027] 實施例1 :
[0028] 含紅藻提取液的土壤改良劑的製備
[0029] 取100g紅藻洗淨切碎，按照下述步驟製備：
[0030] (1)微波萃取處理：
[0031] 將海藻洗淨切碎，以40倍的重量的水進行微波提取，輻射時間5-10min，微波功率 800-1200W，溫度為35°C，共提取3次，合併3次提取液；
[0032] (2)酶解：
[0033] 將步驟（1)的微波處理提取液減壓濃縮至原體積的1/3,加入重量份數比1. 2 : 2. 1 :1. 6的纖維素酶、0 -葡聚糖酶、木瓜蛋白酶組成的複合酶製劑，經恆溫30°C水浴8小 時後取出，置-18°C下速凍成冰，取出置室溫下融化，該速凍融化循環重複三次；
[0034] (3)菌群發酵：
[0035] 在步驟（2)的酶解液中按1%的體積比接入發酵菌群，並在25?30°C下密閉發酵 3天，即得海藻提取液；所述發酵菌群為黑麴黴、根黴、裡氏木黴、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢 桿菌、玫瑰微球菌、植物乳酸桿菌、假單胞菌、交替單胞菌、植物酵母菌、富硒酵母菌所組成 的發酵菌群。
[0036] (4)金益生菌發酵：
[0037] 將上述步驟中製得的15的海藻提取液與2份的硫酸亞鐵，0. 5份的單質鐵混合均 勻，再向其中加入5份的過氧化氫，養護一段時間後，繼續添加5份的氧化鈣和10份的粉煤 灰，繼續養護一段時間後，再加入10份金益生菌原液發酵5天即可得到土壤改良劑。
[0038] 實施例2 :含巨藻提取液的土壤改良劑的製備
[0039] (1)微波萃取處理：
[0040] 取100g巨藻洗淨切碎，按照下述步驟製備：
[0041] 將巨藻洗淨切碎，以10倍的重量的95%乙醇微波提取，輻射時間5-10min，微波功 率800-1200W，溫度為50°C，共提取3次，合併3次提取液；
[0042] ⑵酶解：
[0043] 將步驟（1)的微波處理提取液減壓濃縮至原體積的1/4,加入重量份數比3. 6 :5. 2 :4. 5的纖維素酶、0 -葡聚糖酶、木瓜蛋白酶組成的複合酶製劑，經恆溫30°C水浴8小 時後取出，置-18°C下速凍成冰，取出置室溫下融化，該速凍融化循環重複三次；
[0044] (4)菌群發酵：
[0045] 在步驟（3)的酶解液中按2%的體積比接入發酵菌群，並在30°C下密閉發酵6天， 即得提取液；所述發酵菌群為黑麴黴、根黴、裡氏木黴、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、玫瑰 微球菌、植物乳酸桿菌、假單胞菌、交替單胞菌、植物酵母菌、富硒酵母菌所組成的發酵菌 群。
[0046] (5)金益生菌發酵：
[0047] 將上述步驟中製得的15份的海藻提取液與2份的硫酸亞鐵，0. 3份的單質鐵混合 均勻，再向其中加入4份的過氧化氫，養護一段時間後，繼續添加3份的氧化鈣和6份的粉 煤灰，繼續養護一段時間後，再加入10份金益生菌即可得到土壤改良劑。
[0048] 所述土壤改良劑可通過各種方式應用於土壤中，以改善土壤環境，譬如，其可添加 在肥料中，在施肥過程中加入土壤，也可用水稀釋後，在避光條件下噴灑在土壤表面。
[0049] 實施例3 :以治理土壤中二氯乙醚汙染為例
[0050] 土壤改良劑的配製：分別取實施例1和2中的土壤改良劑，按重量0. 1?0. 2%加 入受汙染的土壤中，充分攪拌即可。
[0051] 依照國內標準：《工業企業土壤環境質量風險評價基準（HJ/T25-1999)》中的土壤 基準（遷移至地下水）為4. 7mg/kg。實施例中的二氯乙醚含量均低於國家標準。
[0052] 結論：由檢測結果可以看出，本海藻提取液土壤改良劑在使用時，能快速、高效的 降低土壤中的二氯乙醚含量，用於二氯乙醚土壤汙染的治理修復。
[0053] 實施例4 :以某化工廠土壤為例
[0054] 土壤改良劑的配製：分別取實施例1和2中的土壤改良劑，按重量0. 1?0. 2%加 入到化工廠的土壤中，充分攪拌即可。檢測結果見下表：
[0055] 樣品檢測報告表
[0056]

【權利要求】
1. 一種土壤改良劑的製備方法，其特徵在於包括以下步驟： (1) 萃取處理： 將海藻洗淨切碎，以10?30倍的水或10?95%乙醇提取，溫度為50?KKTC，共提 取3次，合併3次提取液； (2) 微波處理： 對步驟（1)的提取液進行微波處理，輻射時間5-10min、微波功率800-1200W; (3) 酶解： 將步驟（1)的微波處理提取液減壓濃縮至原體積的1/3-1/4,加入包含纖維素酶、 β -葡聚糖酶、木瓜蛋白酶的複合酶製劑，經恆溫30°C水浴8-12小時後取出，置-18°C下速 凍成冰，取出置室溫下融化，該速凍融化循環重複三次； (4) 菌群發酵： 在步驟（3)的酶解液中按1-5%的體積比接入發酵菌群，並在25?30°C下密閉發酵 3?6天，即得海藻提取液；所述發酵菌群為黑麴黴、根黴、裡氏木黴、地衣芽孢桿菌、枯草芽 孢桿菌、玫瑰微球菌、植物乳酸桿菌、假單胞菌、交替單胞菌、植物酵母菌、富硒酵母菌所組 成的發酵菌群； (5) 金益生菌發酵： 將上述步驟中製得的15?20份的海藻提取液與1?2. 5份的硫酸亞鐵，0. 1?0. 5 份的單質鐵混合均勻，再向其中加入3?5份的過氧化氫，養護一段時間後，繼續添加1? 5份的氧化鈣和3?10份的粉煤灰，繼續養護一段時間後，再加入10份金益生菌原液發酵 3?5天即可得到土壤改良劑。
2. -種如權利要求1所述的土壤改良劑的製備方法，其特徵在於所述海藻為巨藻、墨 角藻、馬尾藻、海囊藻、泡葉藻、紅藻的任一種，或選用兩種以上海藻物的混合。
3. -種如權利要求1所述的土壤改良劑的製備方法，其特徵在於步驟（3)中所述復 合酶製劑的組成為：纖維素酶、β -葡聚糖酶、木瓜蛋白酶重量份配比為1. 2?3. 6 :2. 1? 5. 2 :1· 6 ?4. 5〇
4. 一種如權利要求1所述的土壤改良劑的製備方法，其特徵在於步驟（4)中所述發酵 條件為：溫度28°C，初始pH值6. 5,攪拌速度100r/min，間歇攪拌5min/2h，發酵周期72小 時。
5. -種如權利要求1所述土壤改良劑的製備方法，其特徵在於所述的海藻提取液，其 提取液包括以下主要成分： 主要成分 重量％ 水 91.7 醋酸 4.2 碳水化合物 2.4 蛋白質 0.1 以及微量的脂質、灰分、鈉、鉀、鈣、鎂、磷、鐵、亞鉛、銅、鈦、鋅、鋯、銠、鈀、維他命八、維他 命D、維他命B1、維他命B2、煙酸、維他命B6、維他命B12、葉酸、泛酸、維他命C。
6. -種土壤改良劑的應用，其特徵在於，將由權利要求1所述的方法製備的土壤改良 劑添加在肥料中，在施肥過程中加入土壤。
7. -種土壤改良劑的應用，其特徵在於，將由權利要求1所述的方法製備的土壤改良 劑用水稀釋後，在避光條件下噴灑在土壤表面。
【文檔編號】C09K17/00GK104263371SQ201410331903
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月14日 優先權日:2014年7月14日
【發明者】不公告發明人 申請人:Pac生命科技研發有限公司