一種利用農作物秸稈制備有機肥的方法
【專利摘要】本發明提供了一種利用農作物秸稈制備有機肥的方法。本發明還提供了一種魚鱗蛋白酶解液及其制備方法和用途。本發明提供的有機肥養分全面、均衡，品質優良，單獨施用就能大大提高農產品的產量和質量，效果強于化肥及一般秸稈有機肥，取得了較好的技術效果，應用前景良好。
【專利說明】
一種利用農作物秸稈制備有機肥的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于生物有機肥領域，涉及一種秸桿有機肥及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 我國是農業大國，農作物秸桿生產量超過8億噸/年、四川省內排出量為5000萬噸/ 年，大量的秸桿廢棄物被野外焚燒，造成了嚴重的環境污染。2008年國務院辦公廳印發了 《關于加強推進農作物秸桿綜合利用的意見》（國辦發[2008]105號）；2014年國家發改委同 農業部又編制了《秸桿綜合利用技術目錄》，提出了秸桿資源肥料化、飼料化、原料化、基料 化和燃料化等"五料化"利用途徑，希望能推進秸桿利用的技術開發，實現秸桿的資源化。
[0003] 另一方面，國內農業大量化學肥料的使用使土壤基礎肥力降低，土壤有機質含量 降低，直接影響到農作物的產量和品質。
[0004] 將農作物秸桿變成有機肥，不僅可以解決農業廢棄物秸桿，還能改良土壤，提高土 壤肥力，對國家糧食安全和農業可持續發展都有重要意義。
[0005] 但由于農作物秸桿本身養分不均衡且含量偏低和不易腐熟，為了提高秸桿有機肥 質量，通常需要選擇特定發酵菌種并添加一些有機廢棄物，如畜禽糞便、污泥等，但制備的 有機肥營養成分不夠全面，質量不佳。
[0006] 魚鱗是常見的水產業加工廢棄物，根據中國統計年鑒記載，2014年全國魚產量 3972.8萬噸/年、四川省130.7萬噸。由此產生的魚鱗量，根據魚產量的2~3%計算，全國約 80萬噸~120萬噸/年、四川省約2.6萬噸~3.9萬噸/年。目前僅少量魚鱗用于制取魚鱗凍等 食品、魚膠等工業產品，大多未被使用的魚鱗被丟棄，造成魚鱗資源的嚴重浪費。
[0007] 目前有少數將魚鱗用于有機肥的報道，例如公布號為CN104557333A的專利申請公 開的一種玉米秸桿及雞糞有機肥料，添加了魚鱗作為發酵原料之一，但制備的有機肥僅比 普通化肥增產12 %，施肥效果不夠理想。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于提供一種魚鱗蛋白酶解液及其制備得到的秸桿有機肥。
[0009] 本發明提供了一種魚鱗蛋白酶解液的制備方法，它包括如下步驟：
[0010] a、取魚鱗，酸法脫灰，得脫灰后魚鱗；
[0011] b、取步驟a的脫灰后魚鱗，加入蛋白酶和水，調節pH為2.5-10,然后在45-60°C下保 持10-60分鐘，得魚鱗蛋白酶解液;其中，脫灰后魚鱗的固體濃度為50-150g/l，蛋白酶的加 入量為脫灰后魚鱗固體重量的5-10%。
[0012] 脫灰:去除魚鱗中含有的灰分。
[0013] 魚鱗蛋白酶解液:指魚鱗用蛋白酶解得到的氨基酸溶液(含多肽）。
[0014] 其中，步驟a中，所述酸法脫灰前對魚鱗進行清洗；
[0015] 所用原料魚鱗較臟(污垢多時）時，利用海藻酸鈉或乳化劑等進行清洗干凈。然后 進行水洗。原料不臟時，無需清洗。
[001 ?]和/或，步驟a中，所述脫灰的方法為：取魚鱗，加入終濃度為0.5-2N的鹽酸溶液浸 泡20-24小時；
[0017]優選地，所述脫灰的方法為:取魚鱗，加入終濃度為0.8N的鹽酸溶液浸泡24小時。
[0018] N:同mol/L〇
[0019] 浸泡過程中可以攪拌，也可以不攪拌。
[0020] 脫灰后，利用過濾器進行過濾。脫灰后的魚鱗和濾液分開。濾液中含有的主要成分 為羥基磷灰石Ca1Q(P04)6(0H)2。另外，因為魚鱗中的無機物含有有機肥需要的磷和鈣，根據 堆肥過程不僅可以作為水分調節使用，也可以供給磷和鈣。
[0021 ]其中，步驟b中，所述蛋白酶為堿性蛋白酶、酸性蛋白酶或中性蛋白酶;所述45-60 °(：保持過程中進行攪拌。
[0022] 進一步地，所述蛋白酶來源為Bacillus subtilis蛋白酶或Bacillus sp蛋白酶。 [0023] 其中，步驟b中，調節pH為7-8，然后在50-60°C下保持30-60分鐘，得魚鱗蛋白酶解 液;其中，脫灰后魚鱗的固體濃度為50g/l或125g/l，蛋白酶的加入量為脫灰后魚鱗固體重 量的5 %;
[0024]優選地，步驟b中，調節pH為8,然后在60°C下保持60分鐘，60°C保持過程中進行攪 拌，得魚鱗蛋白酶解液。
[0025] 本發明還提供了上述方法制備的魚鱗蛋白酶解液。
[0026] 本發明還提供了所述魚鱗蛋白酶解液作為有機肥添加劑的用途。
[0027] 有機肥添加劑:是指為了加快有機肥進程或/和提高產品質量，在有機肥物料中加 入的微生物、有機或無機物質。
[0028]其中，所述有機肥為秸桿有機肥；
[0029]優選地，所述秸桿為玉米秸桿、水稻秸桿、小麥秸桿、油菜秸桿的至少一種。
[0030] 本發明還提供了一種秸桿有機肥的制備方法，它包括如下步驟：
[0031] 取秸桿50重量份、水50重量份、上述魚鱗蛋白酶解液10-50重量份、成熟堆肥10重 量份，堆積發酵7-21天即可。
[0032]其中，所述秸桿經過粉碎處理，使長度為50mm以下；優選地，所述秸桿的長度為 20mm以下；
[0033] 和/或，所述魚鱗酶解液為10-30重量份，堆積發酵12-21天即可。
[0034] 其中，所述魚鱗酶解液為25重量份，堆積發酵16天，堆積發酵每4-5天翻堆一次； 和/或，堆積發酵過程中進行通氣。
[0035] 本發明還提供了上述方法制備得到的秸桿有機肥。
[0036] -般認為有機肥中的營養成分比例不合理，不能滿足作物對養分的需求，單獨施 用效果不佳，最好將有機肥與化學肥料搭配施用效果較好【鄒國元，科學施用有機肥保障蔬 菜安全生產，蔬菜，2003,12:25】。
[0037] 本發明方法制備的魚鱗蛋白酶解液作為有機肥添加劑，得到的秸桿有機肥養分全 面、均衡，品質優良，單獨施用就能大大提高農產品的產量和質量，不僅增產效果強于化肥 及一般秸桿有機肥，而且得到的農產品口感更好，取得了較好的技術效果。
[0038] 另外，也可以根據實際需要在本發明有機肥中添加相應的營養成分使用，本發明 有機肥可有效提高土壤有機質含量，改善農業生態環境，特別適用于發展綠色無公害農業， 應用前景良好。
[0039] 顯然，根據本發明的上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離 本發明上述基本技術思想前提下，還可以做出其他多種形式的修改、替換或變更。
[0040] 下面以實施例對本
【發明內容】
作進一步說明，但本發明不局限于這些實施例。凡基 于本發明上述內容所實現的技術均屬于本發明的范圍。
【附圖說明】
[0041 ]圖1為魚鱗蛋白酶解液生產過程概要圖。
[0042]圖2為不同施肥區小白菜生長情況圖，圖中相同字母表示差異不顯著。
【具體實施方式】
[0043]本發明所用試劑均為市售。
[0044] 實施例1本發明秸桿有機肥的制備
[0045] 1、制備魚鱗蛋白酶解液
[0046] 制備流程圖見圖1。
[0047] 選擇豬皮、魚骨、魚鱗進行成分分析，分析值均基于干重，結果見表1。
[0048]表1蛋白酶解液原料的成分組成
[0049]
[0050] *魚鱗中的蛋白量約為50~80% (根據魚種類不同）。
[0051 ]其它有機物:為從有機物全量減去蛋白質和脂質的值。
[0052]由表1可見，魚鱗自身基本不含有脂質（小于1%)，無需進行脫脂前處理，制備蛋白 酶解液方法較簡單;而豬皮、魚骨均含有較高脂類，需要利用己烷等有機溶劑進行復雜的脫 脂前處理。另外因為魚鱗中蛋白質含量高，超過了50%，蛋白酶解效果較好，因此選取魚鱗 作為制備蛋白酶解液的原料。
[0053] 具體如下：
[0054] 1)取魚鱗，利用海藻酸鈉或乳化劑等進行清洗干凈。然后進行水洗。
[0055] 2)利用鹽酸溶液進行脫灰：用濃度為0.8N的鹽酸溶液浸漬魚鱗，浸漬過程中攪拌， 室溫放置24小時。
[0056] 3)過濾:利用過濾器將脫灰后魚鱗和濾液分開。濾液中含有的主要成分為羥基磷 灰石Ca1Q(P04)6(0H)2。另外，因為魚鱗中的無機物含有有機肥需要的磷和鈣，堆肥過程中不 僅可以將濾液作為水分調節使用，也可以供給磷和鈣。
[0057] 4)脫灰后魚鱗進行水解:取脫灰后魚鱗的干物濃度在5%，8&(^111^叩.來源的蛋 白酶添加量為5%，在60°C、pH 8的條件下水解60分鐘，得魚鱗蛋白酶解液，即氨基酸溶液 (含有多肽）。
[0058] 2、秸桿處理
[0059] 取農作物秸桿(水分50% )，粉碎，使秸桿長度為20mm。
[0060] 3、制備本發明秸桿有機肥
[0061 ]取魚鱗蛋白酶解液和成熟堆肥，添加到粉碎后秸桿中，魚鱗蛋白酶解液添加量為 原料秸桿1〇〇時對應重量比為25%，成熟堆肥添加量為原料秸桿100時對應重量比為10%， 采用堆積的方式。每4天一次，用手進行翻堆，共計堆積天數為16天，得到本發明秸桿有機 肥。
[0062]本發明中，所用的成熟堆肥是為了提供堆肥過程需要的微生物，可通過購買市售 產品獲得，也可以采用現有方法制備，本發明采用如下方法制備：
[0063]取奶牛糞污原料進行壓榨，固體殘渣水分約為70%，將此固體殘渣投入堆肥室內， 升溫至60°C，然后在60°C恒溫3天，再自然降溫至35°C，然后在35°C恒溫至堆肥結束;整個堆 肥過程持續60天，期間，持續通入空氣0.2L/min/kg-干重，得成熟堆肥。
[0064]實施例2本發明秸桿有機肥的制備 [0065] 1、制備魚鱗蛋白酶解液
[0066] 制備流程圖見圖1。
[0067] 具體如下：
[0068] 1)取魚鱗，由于原料污垢不多，直接利用鹽酸溶液進行脫灰：用濃度為1N的鹽酸溶 液浸漬魚鱗，放置24小時。
[0069] 3)過濾:利用過濾器將脫灰后的魚鱗和濾液分開。濾液中含有的主要成分為羥基 磷灰石Ca1()(P04)6(0H)2。另外，因為魚鱗中的無機物含有有機肥需要的磷和鈣，堆肥過程中 不僅可以將濾液作為水分調節使用，也可以供給磷和鈣。
[0070] 4)脫灰后魚鱗進行水解:取脫灰后魚鱗的干物濃度在5%，8&(^111^8111^丨1丨8來 源的蛋白酶添加量為5%，在50°C、pH 7的條件下水解30分鐘，得魚鱗蛋白酶解液，即氨基酸 溶液(含有多肽）。
[0071] 2、秸桿處理
[0072] 取農作物秸桿，粉碎，使秸桿長度為50mm。
[0073] 3、制備本發明秸桿有機肥
[0074] 取魚鱗蛋白酶解液和成熟堆肥，添加到粉碎后秸桿中，添加量為原料秸桿（水分 50 % ) 100時對應重量比為10 %，成熟堆肥添加量為原料秸桿(水分50 % ) 100時對應重量比 為10%，采用堆積的方式。利用裝載機或鏟車4~5天翻堆一次，堆肥過程中，在堆底部連續 通氣。共計堆積天數為7天，得到本發明秸桿有機肥。
[0075] 實施例3本發明秸桿有機肥的制備
[0076] 除了堆積天數為21天外，其它均與實施例1的方法相同。
[0077] 下面以具體試驗數據說明本發明的有益效果。
[0078] 試驗例1不同有機肥添加劑的效果比較
[0079] 1、試驗方法
[0080] 1)制備不同有機肥添加劑
[0081]魚鱗酸水解液:取實施例1的脫灰后魚鱗，利用鹽酸溶液提取得到。操作如下:將脫 灰后魚鱗放入一個 10L旋轉蒸發儀中（Rotary Vacuum Evaporator N-11，EYELA,Tokyo)至 總固體濃度為125g/L.添加酸性溶液(pH 3，通過向IN HC1溶液中添加1/15M乙酸鹽緩沖液 至pH為3)，提取在60°C下反應lh。
[0082] 魚鱗堿水解液:取實施例1的脫灰后魚鱗，利用氫氧化鈉溶液提取得到。操作如下： 將脫灰后魚鱗放入一個10L旋轉蒸發儀中（Rotary Vacuum Evaporator N_11，EYELA， Tokyo)至總固體濃度為125g/L.添加堿性溶液(pH 12，通過向氫氧化鈉溶液中添加水稀釋 至pH為12)，提取在60°C下反應lh。
[0083] 魚鱗蛋白酶解液:本發明實施例3制備得到的魚鱗蛋白酶解液。
[0084] 對照：超純水。
[0085] 取魚鱗酸水解液、魚鱗堿水解液與魚鱗蛋白酶解液分別添加到秸桿中，堆積21天， 制備秸桿有機肥。
[0086] 2)將不同有機肥樣品用于水序種子(Lepidium sativum L.)發芽實驗
[0087] 將一張直徑約9cm的濾紙(Whatman#2)放入已滅菌的9cm培養皿中，均勻放入10粒 水芹種子，用移液器吸取8.0ml堆肥樣品水浸提液或超純水(對照)于培養皿中，每個樣品重 復三次，在20°C培養箱下避光培養48h。通過統計發芽種子的個數及測定根長度，按照如下 公式計算種子發芽指數。
[0088]
[0089] 2、試驗結果
[0090]見表 2。
[0091]表2種子發芽試驗
[0092]
[0093] 一般認為種子發芽率在80%以上表示有機肥腐熟（文獻：Tiquia SM，Tam NFY.Elimination of phytotoxicity during co-composting of spent pig-manure sawdust litter and pig sludge[J].Bioresour Technol，1998,65:43-49)〇
[0094] 由表2可見，使用酸或堿水解制備的添加劑得到的秸桿有機肥，種子發芽指數很 低，小于50%;而添加魚鱗蛋白酶解液的秸桿有機肥21天后，發芽指數大于100%。
[0095] 因此，添加魚鱗酸水解液、魚鱗堿水解液的秸桿有機肥，腐熟程度差，無法生產出 成熟有機肥。而添加本發明魚鱗蛋白酶解液的秸桿有機肥，腐熟度高，得到了成熟有機肥。
[0096] 試驗例2本發明魚鱗蛋白酶解液的蛋白酶篩選試驗
[0097] 從市場銷售的酶制劑選擇16種，以脫灰后魚鱗作為底物，評價了各酶制劑的分解 能力。
[0098]反應時間均為lh，各酶制劑的反應pH、溫度及蛋白分解效率如表3所示。
[0099]表3脫灰魚鱗的分解效果及市場酶制劑的評價
[0100]
[0101] 由表3可見，16種酶制劑均有一定的蛋白分解能力，分解率為36.5%~85.8%。其 中，6種酶制劑達到了60 %以上的分解率，尤其以Bacillus subtil is (酶制劑K)和Bacillus sp(酶制劑L)來源的酶效果最好，分別達到69.2%和85.8%。
[0102] 我們將Bacillus sp.來源（酶制劑L)調節到pH8(相對基質濃度添加量重量比為 5%)再次評價了酶制劑的效果，發現用Bacillus sp.來源酶制劑蛋白分解效率也達到了 83%(見編號Q)。
[0103] 使用Bacillus sp.來源酶制劑(酶制劑L)制備魚鱗蛋白酶解液的具體步驟如下： 利用工作體積為1L的帶有攪拌的發酵槽，反應pH為8、溫度為60°C，底物濃度125g/L、酶濃度 6.25g/L，反應時間為1小時。
[0104] 魚鱗酶解效率越高，氨基酸化程度越高，添加到秸桿中制備的有機肥中營養物質 更豐富，有機肥質量越高。
[0105] 考慮到pH過高不利于下一步秸桿有機肥成熟，在實驗和生產中選擇Bacillus sp. 來源酶制劑(酶制劑L)在pH為8時制備的魚鱗蛋白酶解液添加到秸桿中制備有機肥。
[0106] 試驗例3本發明秸桿有機肥用于種子發芽試驗
[0107] 1、樣品的制備
[0108] 1)秸桿有機肥的制備:除了堆積天數外，其它均與實施例1的方法相同。分別堆積4 天，8天，12天，16天，得到不同的秸桿有機肥。
[0109] 2)原料秸桿:僅使用秸桿，不堆積發酵。
[0110] 3)對照:超純水。
[0111] 2、用于水序種子(Lepidium sativum L.)發芽試驗
[0112] 結果見表4。
[0113] 表4種子發芽試驗
[0114]
[0115]~由表4可見，使用本發明方法堆積8-16天制備的秸桿有機肥，種子發芽率均在80% 以上，說明有機肥腐熟度好，產品品質穩定，能夠較好的作為肥料使用。
[0116] 試驗例4本發明秸桿有機肥用于小白菜施肥試驗
[0117] 1、試驗方法
[0118] 5月初開始試驗，進行4個區的對照試驗，一個月后小白菜收獲。
[0119]
[0120] 注:化學肥料：市場購買氮、磷、鉀肥，通過Ν，Ρ205和K20成分測定后混合，使化學肥 料中Ν:Ρ205:Κ20的比例為1:1:1;
[0121] 堆肥:指按照本發明實施例1方法制備的秸桿有機肥。
[0122] B、C、D區的施肥面積：以氮的量為基準，按照施氮量為25kg/1000m2添加。堆肥首先 計算含氮量，根據堆肥中的含氮量確定施肥量。
[0123] 2、試驗結果
[0124] 1)施肥對小白菜生長情況的影響，見圖2。
[0125] 由圖2可見，A區、B區的小白菜地上部分重量、根重、葉片數目、葉片長度均相當，僅 用化肥對小白菜的增產效果不明顯；與A區、B區相比，C區、D區的小白菜地上部分重量、根重 顯著提高;小白菜葉片數目以C區最佳，各個區的葉片長度均相當。
[0126] 可見，本發明秸桿有機肥可以顯著提高小白菜地上部分重量、根重，與有機肥和化 學肥料混施效果相當；與僅施用化肥相比，增重效果可提高2倍以上，從而大大提高作物產 量。
[0127] 2)施肥對小白菜口感的影響
[0128] 10名研究人員對B區和C區栽培的小白菜進行了試吃。試吃前并不知用的是何種肥 料，結果10名人員均認為施用秸桿有機肥的小白菜口感更好，味道也顯甜美。
[0129] 因此，本發明方法制備的魚鱗蛋白酶解液作為有機肥添加劑，得到的秸桿有機肥 養分全面、均衡，品質優良，質量穩定，單獨施用就能大大提高農產品的產量和質量，施用效 果強于一般秸桿有機肥及化肥，應用前景良好。
【主權項】
1. 一種魚鱗蛋白酶解液的制備方法，其特征在于，它包括如下步驟： a、 取魚鱗，酸法脫灰，得脫灰后魚鱗； b、 取步驟a的脫灰后魚鱗，加入蛋白酶和水，調節pH為2.5-10,然后在45-60°C下保持 10-60分鐘，得魚鱗蛋白酶解液;其中，脫灰后魚鱗的固體濃度為50-150g/l，蛋白酶的加入 量為脫灰后魚鱗固體重量的5-10%。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a中，所述酸法脫灰前對魚鱗進行清 洗； 和/或，步驟a中，所述脫灰的方法為:取魚鱗，加入終濃度為0.5-2N的鹽酸溶液浸泡20-24小時； 優選地，所述脫灰的方法為:取魚鱗，加入終濃度為0.8N的鹽酸溶液浸泡24小時。3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b中，所述蛋白酶為堿性蛋白酶、酸性 蛋白酶或中性蛋白酶;所述45-60°C保持過程中進行攪拌。4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述蛋白酶來源為Baci 1 lus subti 1 is蛋 白酶或Bacillus sp蛋白酶。5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b中，調節pH為7-8，然后在50-60°C下 保持30-60分鐘，得魚鱗蛋白酶解液;其中，脫灰后魚鱗的固體濃度為50g/l或125g/l，蛋白 酶的加入量為脫灰后魚鱗固體重量的5% ; 優選地，步驟b中，調節pH為8,然后在60°C下保持60分鐘，60°C保持過程中進行攪拌，得 魚鱗蛋白酶解液。6. 權利要求1-5任意一項方法制備的魚鱗蛋白酶解液。7. 權利要求6所述魚鱗蛋白酶解液作為有機肥添加劑的用途。8. 根據權利要求7所述的用途，其特征在于，所述有機肥為秸桿有機肥； 優選地，所述秸桿為玉米秸桿、水稻秸桿、小麥秸桿、油菜秸桿的至少一種。9. 一種秸桿有機肥的制備方法，其特征在于，它包括如下步驟： 取秸桿50重量份、水50重量份、權利要求6所述的魚鱗蛋白酶解液10-50重量份、成熟堆 肥10重量份，堆積發酵7-21天即可。10. 根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述秸桿經過粉碎處理，使長度為 50mm以下;優選地，所述秸桿的長度為20mm以下； 和/或，所述魚鱗酶解液為10-30重量份，堆積發酵12-21天即可。11. 根據權利要求10所述的制備方法，其特征在于，所述魚鱗酶解液為25重量份，堆積 發酵16天，堆積發酵每4-5天翻堆一次;和/或，堆積發酵過程中進行通氣。12. 權利要求9-11任意一項方法制備得到的秸桿有機肥。
【文檔編號】C05F17/00GK105837270SQ201610190579
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】木田建次, 孫照勇
【申請人】四川大學