一種土壤改良劑的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種土壤改良劑的制備方法，以海藻類植物為原料，通過酸堿提取、酶解處理、微波處理，可明顯提高海藻活性物質(zhì)的提取效率，并通過菌群發(fā)酵、金益生菌發(fā)酵對其中的活性成分進(jìn)行改性使其具有分解大分子團(tuán)，去除有害物質(zhì)等功能，可應(yīng)用于改善生物體健康或改善水、空氣、土壤環(huán)境中。
【專利說明】一種土壤改良劑的制備方法及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種土壤改良劑的制備方法，特別涉及海藻類植物功能性活性物質(zhì)的 生物提取方法，以海藻類植物作為原料的土壤改良劑的制備方法及其應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，在城市環(huán)境保護(hù)越來越受到人們的重視，環(huán)境污染正在逐步得到控制的同 時(shí)，農(nóng)村環(huán)境問題卻越來越突出，各種污染與生態(tài)交織在一起，影響了農(nóng)村人口生活，威脅 到他們的健康，同時(shí)給農(nóng)村農(nóng)田帶來了嚴(yán)重的污染。農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生的農(nóng)田污染是指農(nóng)業(yè)部 門在施肥、灌溉等過程中，在土壤中添加了某些有害物質(zhì)或使某些固有物質(zhì)含量過高，其污 染負(fù)荷超過了土壤的承受容量。它一方面會使土壤的理化性質(zhì)變壞，肥力下降，影響作物的 生長；另一方面某些有毒物質(zhì)被農(nóng)作物吸收，殘留于作物的莖桿和顆粒，通過食物鏈影響人 畜健康，從而使土壤使用價(jià)值降低或喪失。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類的各種活動對農(nóng)田的污染 也在加重，致使農(nóng)村生活環(huán)境日趨惡化，農(nóng)業(yè)及其生產(chǎn)環(huán)境污染嚴(yán)重，從而最終影響農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)的質(zhì)量和效益。據(jù)中國水稻研究所與農(nóng)業(yè)部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心2010年 發(fā)布的《我國稻米質(zhì)量安全現(xiàn)狀及發(fā)展對策研究》稱，我國1/5的耕地受到了重金屬污染， 其中鎘污染的耕地涉及11個(gè)省25個(gè)地區(qū)。
[0003] 土壤質(zhì)量與水、肥、氣等多種元素息息相關(guān)，你可以把它看作是一種類生命體，它 同樣也需要呵護(hù)。從目前的情況來看，我國的土壤面臨"嚴(yán)重透支"。而且，農(nóng)地日益減少已 成現(xiàn)狀，至2012年底，耕地接近18億畝的紅線。
[0004] 海藻屬于低等植物，整個(gè)藻體都能夠從海水中吸收無機(jī)物和小分子有機(jī)物質(zhì)作養(yǎng) 料，同時(shí)還可向周圍分泌出有機(jī)或無機(jī)物質(zhì)，生長在海水復(fù)雜環(huán)境中的海藻，其代謝過程和 代謝產(chǎn)物與陸地植物相比是極為不同的。大多數(shù)海藻含有豐富的碳水化合物（木聚糖、干 露聚糖和糖醇等）、含氮化合物（氨基酸、肽類、胺類、細(xì)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（三酰甘油、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(jī)成分等。因此，海藻 具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值。
[0005] 海藻提取物取材于深海區(qū)域的大型經(jīng)濟(jì)藻類，它含有豐富的氨基酸、礦物質(zhì)、多 糖、維生素及生理活性物質(zhì)，對提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)和提早成熟并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(jìn)作物生 長、增加產(chǎn)量、減少病蟲害、增加作物抗寒、抗旱能力。而有關(guān)海藻提取物分解大分子團(tuán)，去 除有害物質(zhì)，如重金屬和有機(jī)物方面的作用還未見報(bào)道。
[0006] 實(shí)際上，海藻提取物的性質(zhì)和使用效果受提取方式的影響很大。目前，海藻提取物 的制備工藝主要有堿提取法、中性水解法、酸提取法和機(jī)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(tǒng)的提取方法中，海藻的生物活性成分受細(xì)胞 壁主要成分纖維素的阻礙，往往難以被有效提取，本發(fā)明恰當(dāng)?shù)貙鹘y(tǒng)的酸堿提取法、酶解 法與微波處理相結(jié)合以提高提取效率，同時(shí)通過菌群發(fā)酵調(diào)節(jié)提取物中活性成分的含量及 性質(zhì)，使提取物中各組分更好地協(xié)同作用，從而促進(jìn)大分子團(tuán)的分解，并能吸收或去除重金 屬和甲醛等有害物質(zhì)。
[0007] 本研究以海藻類植物為原料，通過酸堿提取、酶解處理、微波處理，可明顯提高海 藻活性物質(zhì)的提取效率，并通過菌群發(fā)酵對其中的活性成分進(jìn)行改性使其具有分解大分子 團(tuán)，去除有害物質(zhì)等功能，擴(kuò)大其在改善健康或空氣、土壤、水環(huán)境中的應(yīng)用，而有關(guān)海藻提 取液為主體用作土壤添加劑來去除有害物質(zhì)未見報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種土壤改良劑的制備方法及其應(yīng)用，特別涉及海藻類植物 功能性活性物質(zhì)的生物提取方法。
[0009] 在本發(fā)明的第一方面，提供了一種可分散大團(tuán)分子的海藻提取液，以重量百分比 計(jì)，其主要成分為水91. 7%，醋酸4. 2%，碳水化合物2. 4%，蛋白質(zhì)0. 1 %。此外，還含有微 量的脂質(zhì)、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(fā)明的另一方面，提供上述可分散大團(tuán)分子的海藻提取液的制備方法，其包括 以下步驟：
[0011] (1)萃取處理：
[0012] 將海藻洗凈切碎，以10?30倍的水或10?95 %乙醇提取，溫度為50?100°C， 共提取3次，合并3次提取液；
[0013] (2)微波處理：
[0014] 對步驟（1)的提取液進(jìn)行微波處理，輻射時(shí)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、木瓜蛋白酶的復(fù)合酶制劑，經(jīng)恒溫30°C水浴8-12小時(shí)后取出，置-18°C下速 凍成冰，取出置室溫下融化，該速凍融化循環(huán)重復(fù)三次；
[0017] (4)菌群發(fā)酵：
[0018] 在步驟（3)的酶解液中按1-5%的體積比接入發(fā)酵菌群，并在25?30°C下密閉發(fā) 酵3?6天，即得海藻提取液；所述發(fā)酵菌群為黑曲霉、根霉、里氏木霉、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(fā)酵菌群；
[0019] (5)金益生菌發(fā)酵：
[0020] 將上述步驟中制得的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(zhì)鐵混合均勻，再向其中加入3?5份的過氧化氫，養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，繼續(xù)添加 1?5份的氧化鈣和3?10份的粉煤灰，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，再加入10份金益生菌原液 發(fā)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(yōu)選馬尾藻，更優(yōu)選潿州馬尾 藻或亨氏馬尾藻。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，上述步驟（1)中可采用機(jī)械沖擊剪切磨、氣流式超微 粉碎磨、球磨機(jī)、攪拌磨或振動磨進(jìn)行超微粉碎。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，上述步驟（3)中采用的復(fù)合酶制劑由重量份數(shù)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(yōu)選的重 量份數(shù)比1.2 :2. 1 :1. 6。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，上述步驟（4)中所述發(fā)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(fā)酵周期72小時(shí)。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，上述步驟⑷中發(fā)酵菌群由重量份數(shù)比為1. 8 :1. 2 :1. 6 : 1. 1 :1. 5 :3. 1 :2. 4 :2. 7 :1. 9 :1. 3 :1的黑曲霉、根霉、里氏木霉、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、富硒酵母菌組成。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，由于海藻提取物中的金屬元素在發(fā)酵過程中可形成金 屬氧化物，將上述發(fā)酵后得到的提取物在超臨界狀態(tài)下制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(yuǎn)紅外發(fā)射能力，其輻射的遠(yuǎn)紅外線作用于附近接觸或非接觸的 物質(zhì)，如大的水分子團(tuán)，使水分子產(chǎn)生共振吸收，從而使得部分水分子之間的范德華力減 弱，部分水分子會分離，進(jìn)而使水分子團(tuán)簇變小而得到活化。且該提取液在通過燒結(jié)獲取 其他干燥手段支撐粉體或其他固體時(shí)，其超微納米粒子可呈超細(xì)納米晶粒的形式存在，依 然具有活性。
[0026] 本發(fā)明提供的土壤改良劑，其中的金屬元素在發(fā)酵過程中可形成金屬氧化物或金 屬絡(luò)合物，將上述發(fā)酵后得到的提取物在超臨界狀態(tài)下制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(yuǎn)紅外發(fā)射能力，其輻射的遠(yuǎn)紅外線作用于附近接觸或非接觸的 物質(zhì)，如大的水分子團(tuán)，使水分子產(chǎn)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(jìn)而使水分子團(tuán)簇變小而得到活化。在作用于土壤時(shí)，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(jìn)而解決重金屬離子的污染問題。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?bào)w及礦物質(zhì)，形 成土壤腐殖質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性狀。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 實(shí)施例1 :
[0028] 含紅藻提取液的土壤改良劑的制備
[0029] 取100g紅藻洗凈切碎，按照下述步驟制備：
[0030] (1)微波萃取處理：
[0031] 將海藻洗凈切碎，以40倍的重量的水進(jìn)行微波提取，輻射時(shí)間5-10min，微波功率 800-1200W，溫度為35°C，共提取3次，合并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(shù)比1. 2 : 2. 1 :1. 6的纖維素酶、0 -葡聚糖酶、木瓜蛋白酶組成的復(fù)合酶制劑，經(jīng)恒溫30°C水浴8小 時(shí)后取出，置-18°C下速凍成冰，取出置室溫下融化，該速凍融化循環(huán)重復(fù)三次；
[0034] (3)菌群發(fā)酵：
[0035] 在步驟（2)的酶解液中按1%的體積比接入發(fā)酵菌群，并在25?30°C下密閉發(fā)酵 3天，即得海藻提取液；所述發(fā)酵菌群為黑曲霉、根霉、里氏木霉、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(fā)酵菌群。
[0036] (4)金益生菌發(fā)酵：
[0037] 將上述步驟中制得的15的海藻提取液與2份的硫酸亞鐵，0. 5份的單質(zhì)鐵混合均 勻，再向其中加入5份的過氧化氫，養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，繼續(xù)添加5份的氧化鈣和10份的粉煤 灰，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，再加入10份金益生菌原液發(fā)酵5天即可得到土壤改良劑。
[0038] 實(shí)施例2 :含巨藻提取液的土壤改良劑的制備
[0039] (1)微波萃取處理：
[0040] 取100g巨藻洗凈切碎，按照下述步驟制備：
[0041] 將巨藻洗凈切碎，以10倍的重量的95%乙醇微波提取，輻射時(shí)間5-10min，微波功 率800-1200W，溫度為50°C，共提取3次，合并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(shù)比3. 6 :5. 2 :4. 5的纖維素酶、0 -葡聚糖酶、木瓜蛋白酶組成的復(fù)合酶制劑，經(jīng)恒溫30°C水浴8小 時(shí)后取出，置-18°C下速凍成冰，取出置室溫下融化，該速凍融化循環(huán)重復(fù)三次；
[0044] (4)菌群發(fā)酵：
[0045] 在步驟（3)的酶解液中按2%的體積比接入發(fā)酵菌群，并在30°C下密閉發(fā)酵6天， 即得提取液；所述發(fā)酵菌群為黑曲霉、根霉、里氏木霉、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(fā)酵菌 群。
[0046] (5)金益生菌發(fā)酵：
[0047] 將上述步驟中制得的15份的海藻提取液與2份的硫酸亞鐵，0. 3份的單質(zhì)鐵混合 均勻，再向其中加入4份的過氧化氫，養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，繼續(xù)添加3份的氧化鈣和6份的粉 煤灰，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，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(yīng)用于土壤中，以改善土壤環(huán)境，譬如，其可添加 在肥料中，在施肥過程中加入土壤，也可用水稀釋后，在避光條件下噴灑在土壤表面。
[0049] 實(shí)施例3 :以治理土壤中二氯乙醚污染為例
[0050] 土壤改良劑的配制：分別取實(shí)施例1和2中的土壤改良劑，按重量0. 1?0. 2%加 入受污染的土壤中，充分?jǐn)嚢杓纯伞?br> [0051] 依照國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)：《工業(yè)企業(yè)土壤環(huán)境質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)基準(zhǔn)（HJ/T25-1999)》中的土壤 基準(zhǔn)（遷移至地下水）為4. 7mg/kg。實(shí)施例中的二氯乙醚含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)。
[0052] 結(jié)論：由檢測結(jié)果可以看出，本海藻提取液土壤改良劑在使用時(shí)，能快速、高效的 降低土壤中的二氯乙醚含量，用于二氯乙醚土壤污染的治理修復(fù)。
[0053] 實(shí)施例4 :以某化工廠土壤為例
[0054] 土壤改良劑的配制：分別取實(shí)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?jǐn)嚢杓纯?。檢測結(jié)果見下表：
[0055] 樣品檢測報(bào)告表
[0056]

【權(quán)利要求】
1. 一種土壤改良劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 萃取處理： 將海藻洗凈切碎，以10?30倍的水或10?95%乙醇提取，溫度為50?KKTC，共提 取3次，合并3次提取液； (2) 微波處理： 對步驟（1)的提取液進(jìn)行微波處理，輻射時(shí)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、木瓜蛋白酶的復(fù)合酶制劑，經(jīng)恒溫30°C水浴8-12小時(shí)后取出，置-18°C下速 凍成冰，取出置室溫下融化，該速凍融化循環(huán)重復(fù)三次； (4) 菌群發(fā)酵： 在步驟（3)的酶解液中按1-5%的體積比接入發(fā)酵菌群，并在25?30°C下密閉發(fā)酵 3?6天，即得海藻提取液；所述發(fā)酵菌群為黑曲霉、根霉、里氏木霉、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(fā)酵菌群； (5) 金益生菌發(fā)酵： 將上述步驟中制得的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(zhì)鐵混合均勻，再向其中加入3?5份的過氧化氫，養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，繼續(xù)添加1? 5份的氧化鈣和3?10份的粉煤灰，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，再加入10份金益生菌原液發(fā)酵 3?5天即可得到土壤改良劑。
2. -種如權(quán)利要求1所述的土壤改良劑的制備方法，其特征在于所述海藻為巨藻、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(quán)利要求1所述的土壤改良劑的制備方法，其特征在于步驟（3)中所述復(fù) 合酶制劑的組成為：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(quán)利要求1所述的土壤改良劑的制備方法，其特征在于步驟（4)中所述發(fā)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(fā)酵周期72小 時(shí)。
5. -種如權(quán)利要求1所述土壤改良劑的制備方法，其特征在于所述的海藻提取液，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(zhì) 0.1 以及微量的脂質(zhì)、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(yīng)用，其特征在于，將由權(quán)利要求1所述的方法制備的土壤改良 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(yīng)用，其特征在于，將由權(quán)利要求1所述的方法制備的土壤改良 劑用水稀釋后，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(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:Pac生命科技研發(fā)有限公司