一種水溶性羧基-鈣耦合多肽及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于蛋白廢棄物的處理及資源化利用技術領域，具體涉及一種水溶性羧 基-鈣耦合多肽及其制備方法和在水產養殖中的應用。
【背景技術】
[0002] 小龍蝦原名克氏原鰲蝦，也叫紅螯蝦或淡水小龍蝦，目前在國內已形成了一個大 產業鏈，年產值超過100億元人民幣（湖北潛江就超過70億元），其主要內容包括蝦的養殖、 加工、食用、出口、藥用成分(蝦殼素、蝦青素等)的提取等方面，而這一切成功的根本是由于 稻蝦共生養殖的技術創新或突破，由于小龍蝦對水質和飼養條件的要求不高，在種稻環境 下，推廣稻蝦共生(或叫稻蝦共生養殖)可有效提高稻田單位面積的經濟效益，為了實現稻 蟹共生養殖，必須滿足所施肥料既能滿足水稻生長又能滿足小龍蝦的生長，因此目前國內 主要采取如下措施：1、直接施用適合稻蝦生長的肥料，包括有機肥料、無機肥或化學肥料。 有機肥料中的綠肥和糞肥以及餅肥既可充當龍蝦飼料，又可用作水稻肥料。這些肥料的優 點是它不僅含有氮、磷、鉀及多種微量元素，可以供水稻和小龍蝦吸收利用，而且含有較多 的有機質，施到田里，可以改良土壤，也是我國稻區施用歷史悠久的完全肥料。有機肥中的 氨基酸肥是以氨基酸類物質為主要成分的肥料，已有研究表明氨基酸肥對水稻生長比傳統 肥料有明顯的促進作用，在水產養殖中主要用于高經濟價值的品種。在小龍蝦的生長過程 中，蛋白質蝦類需要特定的氨基酸組成，有十種氨基酸為蝦所不能合成或只有少量的合成 能力，這十種氨基酸對于蝦的成長與生理反應是必需的。氨基酸本身就是營養物質，還可以 被養殖生物所吸收，可提高其免疫能力和抗應激能力，減少病害的發生，且無殘留。氨基酸 是構成蛋白質的最小分子，可以被直接吸收，肥效好，見效快，是一種新型優質肥料。對于死 魚、豬、牛、雞、鴨、魚腸下腳料以及水溝、河汊等處的螺類、蚌、蚯蚓、水蚯蚓等也是龍蝦喜食 的飼料，下腳料本身是水稻肥料，同時小龍蝦食用后所產生的代謝物可間接作為肥料。無機 肥或化學肥料，其優點是所含肥分較高，肥效較快，能直接為水稻吸收利用，所以多為速效 性肥料，包括尿素、碳酸氫銨和氨水、硫酸銨、磷酸鈣、鈣鎂磷肥、磷礦粉、氯化鉀、硫酸鉀和 窖灰鉀肥、磷酸氫二鉀等。但這些肥料容易造成土壤板結、酸化，水體N/P失衡，同時會破壞 水體環境，不利用水體中龍蝦的生長發育。2、施用三大類間接肥料。間接肥料主要包括酸性 土壤使用的石灰，堿性土壤使用的石膏，以及各種菌肥，這些肥料的特點是不含有作物所需 的營養三要素，但是可以調節土壤的酸堿度，促進土壤有益微生物的活動，改善作物的營養 條件，間接的起到作物增產的作用。在小龍蝦生長過程中，每20天左右潑灑1次生石灰水， 667平方米每次用生石灰10千克，一方面改善稻田水質，增加水中溶氧量，一方面增加水中 鈣離子含量，促進小龍蝦蛻殼生長。菌肥中含有的微生物主要有光合細菌、乳酸菌、酵母菌 和放線菌等，這些微生物本身可以作為小龍蝦的餌料，同時能分解水中和肥料中的有機質， 提尚肥效。
[0003]上述提到的幾類肥料的優缺點可總結為如下幾點：①有機肥既可作為蝦肥又可作 為稻肥，是最適合的常規肥料，缺點是肥效慢，同時需再向稻田中施加石灰以提供蝦殼生長 過程中的鈣需求;②純無機或化學肥料對水稻生長具有較好作用，但對蝦的生長具有不利 因素，尤其是尿素、碳酸氫銨、氨水等絕對不能使用，否則將導致嚇的死亡;③蝦養殖過程必 須施加石灰以提供鈣離子;④氨基酸在施加石灰條件下是最好的速效有機肥，無論對水稻 或是蝦的生長均是優質有機肥，但成本高，因為將蛋白類轉化為氨基酸的過程復雜、設備 多、工藝要求嚴。
【發明內容】
[0004]鑒于現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種水溶性羧基-鈣耦合多 肽，所述水溶性羧基-鈣耦合多肽同時具有上述有機、無機、氨基酸肥、鈣離子的多重功能； 本發明的另一目的在于提供該水溶性羧基-鈣耦合多肽的制備方法，即利用含蛋白廢棄物 與石灰乳液或氧化鈣乳液在高溫高壓條件下制得;此外，本發明的還一目的在于提供所述 水溶性羧基-鈣耦合多肽在稻蝦共生養殖中的應用。
[0005] 為了實現本發明的上述第一個目的，本發明人通過大量試驗研究并不斷探索，最 終獲得了如下技術方案：
[0006] -種水溶性羧基-鈣耦合多肽，所述羧基-鈣耦合多肽的平均分子量為6000~ 16000道爾頓，所述羧基-鈣耦合多肽含有重量比為3.9~5.2%的氮元素，0.41~0.47%的 磷元素，還含有鉀元素、鈣元素及微量元素。
[0007] 進一步地，上述技術方案中所述水溶性羧基-鈣耦合多肽的pH值為8.2~11.2。
[0008]本發明的另一目的在于提供上述所述的羧基-鈣耦合多肽的制備方法，所述方法 包括如下步驟：
[0009] a)將含蛋白廢棄物與石灰乳液或氧化鈣乳液在反應釜中混合均勻，其中，所述石 灰或氧化鈣的用量為含蛋白廢棄物重量的7~36%，所述石灰乳液或氧化鈣乳液由石灰或 氧化鈣和水制備而成，所述石灰或氧化鈣與水的重量比為1:1 〇~12;
[0010]b)將所述反應爸加熱至70~175°C，攪拌，保溫反應1.5~5.0小時，使原料水解液 呈均勻膠質狀后濃縮，即得到所述水溶性羧基-鈣耦合多肽。
[0011]進一步地，上述技術方案中所述濃縮后羧基-鈣耦合多肽的pH值為8.2~11.2，平 均分子量為6000~16000道爾頓。
[0012]進一步地，上述技術方案中所述含蛋白廢棄物中蛋白質含量為42~60%。
[0013]進一步地，上述技術方案中所述水解液濃縮濃度為20~25波美。
[0014]進一步地，上述技術方案中所述含蛋白廢棄物可以為植物蛋白、微生物菌體、食品 工廠污泥、動物毛發、動物血液或蹄角中的任一種或幾種。
[0015]進一步優選地，上述技術方案中所述植物蛋白為植物餅柏。
[0016]進一步優選地，上述技術方案中步驟b)中所述的攪拌速度為每分鐘50~120轉。
[0017]本發明的還一目的在于提供一種本發明上述制得的水溶性羧基-鈣耦合多肽的應 用。
[0018] -種應用于水產養殖的有機肥，所述有機肥是利用本發明上述方法制備得到的水 溶性羧基-鈣耦合多肽。
[0019]本發明的制備原理如下：
[0020]本發明在將含蛋白廢棄物與石灰乳液或氧化鈣乳液原料在反應釜中水解過程中， 需進行取樣觀測，若上清液為黃色或棕色，分層明顯時，表明水解所產生的產物屬于羧基的 鈣鹽，屬于沉淀物，難溶于水，需繼續強制水解直至水解物呈現均勻的膠質狀態，即兩個羧 基與一個鈣離子耦合成為羧基-鈣耦合多肽，此時的多肽可溶于水，水解結束，然后再將水 解液經過濃縮，即得到所述水溶性羧基-鈣耦合多肽。
[0021] 與現有技術相比，本發明制得的水溶性羧基-鈣耦合多肽具有如下突出的實質性 特點和顯著的進步：
[0022] (1)本發明的水溶性羧基-鈣耦合多肽是一種純有機肥，能快速促進植物生長，研 究表明，施加本發明的羧基-鈣耦合多肽5~7天后水稻可變綠，其速度與尿素、氨基酸相當， 比有機肥快20天以上(有機肥通常25~30天方能有效），植物的葉綠素含量比所有有機肥都 高，作物生物量高、產量高、品質好，可實現既養殖小龍蝦又種植出優質大米的效果；
[0023] (2)本發明的水溶性羧基-鈣耦合多肽可作為礦物元素載體結合鈣、鎂離子、微量 元素成水溶性狀態，經過植物導管運輸到植物各個部分，提高作物或農產品品質；
[0024] (3)氨基酸、有機酸的鈣鹽通常是不溶于水的沉淀，微生物或植物都難以利用，但 本發明的羧基-鈣耦合多肽是一種含鈣的水溶性多肽，是一個鈣離子耦合兩個多肽分子的 羧基而成，因而具有水溶性;本發明的羧基-鈣耦合多肽既具有多肽的特點，又含有植物所 需大量元素鈣離子和小龍蝦生長過程所需的鈣離子，使用過程中無需再施加石灰等鈣離子 類物質，同時由于是水溶性，因而還可快速促進蝦殼的鈣離子吸收或蝦殼的生長；
[0025] (4)本發明的水溶性羧基-鈣耦合多肽平均分子量在6000~15000道爾頓以內，因 此進入水體后可快速被水體中微生物吸收，可作為微生物生長促進劑，而微生物本身可以 作為養殖生物的餌料，同時還能分解水中和肥料中的有機質，提高肥效；
[0026] (5)本發明的水溶性羧基-鈣耦合多肽可競爭性抑制水體中植物對重金屬的吸收， 降低種植作物、養殖蝦類的重金屬離子含量，許多重金屬離子一旦進入動植物體內后很難 排出，水體及水底土壤中的重金屬通過植物吸收，再經食物鏈間接威脅人體健康，危害極 大，本發明的羧基-鈣耦合多肽中鈣離子可作為競爭離子，與重金屬離子競爭植物的吸收位 點，抑制水體中植物對重金屬的吸收，從而間接降低作物、養殖動物重金屬積累，增加食品 的安全性；
[0027] (6)無病蟲卵、無病原微生物
[0028]本發明的水溶性羧基-鈣耦合多肽在制備過程中經過高溫處理，病蟲卵和病原菌 或病原微生物已全部被殺死并分解，因此，將本發明的溶性羧基-鈣耦合多肽用于水產養 殖，不會導致水產動物發生傳染性的細菌性和病毒性疾病。
【具體實施方式】
[0029]以下結合具體實施例，對本發明的技術方案進行更加詳細的說明，以便能夠更好 地理解本發明的發明點及其各方面的優點。然而，以下描述的【具體實施方式】和實施例僅是 說明的目的，而不是對本發明的限制。
[0030] 下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。
[0031] 下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。
[0032] 實施例1
[0033]本實施例以植物餅柏為原料制備水溶性羧基-鈣耦合多肽，包括如下步驟：
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