一种利用农作物秸秆制备有机肥的方法
【专利摘要】本发明提供了一种利用农作物秸秆制备有机肥的方法。本发明还提供了一种鱼鳞蛋白酶解液及其制备方法和用途。本发明提供的有机肥养分全面、均衡，品质优良，单独施用就能大大提高农产品的产量和质量，效果强于化肥及一般秸秆有机肥，取得了较好的技术效果，应用前景良好。
【专利说明】
一种利用农作物秸秆制备有机肥的方法
技术领域
[0001] 本发明属于生物有机肥领域，涉及一种秸杆有机肥及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 我国是农业大国，农作物秸杆生产量超过8亿吨/年、四川省内排出量为5000万吨/ 年，大量的秸杆废弃物被野外焚烧，造成了严重的环境污染。2008年国务院办公厅印发了 《关于加强推进农作物秸杆综合利用的意见》（国办发[2008]105号）；2014年国家发改委同 农业部又编制了《秸杆综合利用技术目录》，提出了秸杆资源肥料化、饲料化、原料化、基料 化和燃料化等"五料化"利用途径，希望能推进秸杆利用的技术开发，实现秸杆的资源化。
[0003] 另一方面，国内农业大量化学肥料的使用使土壤基础肥力降低，土壤有机质含量 降低，直接影响到农作物的产量和品质。
[0004] 将农作物秸杆变成有机肥，不仅可以解决农业废弃物秸杆，还能改良土壤，提高土 壤肥力，对国家粮食安全和农业可持续发展都有重要意义。
[0005] 但由于农作物秸杆本身养分不均衡且含量偏低和不易腐熟，为了提高秸杆有机肥 质量，通常需要选择特定发酵菌种并添加一些有机废弃物，如畜禽粪便、污泥等，但制备的 有机肥营养成分不够全面，质量不佳。
[0006] 鱼鳞是常见的水产业加工废弃物，根据中国统计年鉴记载，2014年全国鱼产量 3972.8万吨/年、四川省130.7万吨。由此产生的鱼鳞量，根据鱼产量的2~3%计算，全国约 80万吨~120万吨/年、四川省约2.6万吨~3.9万吨/年。目前仅少量鱼鳞用于制取鱼鳞冻等 食品、鱼胶等工业产品，大多未被使用的鱼鳞被丢弃，造成鱼鳞资源的严重浪费。
[0007] 目前有少数将鱼鳞用于有机肥的报道，例如公布号为CN104557333A的专利申请公 开的一种玉米秸杆及鸡粪有机肥料，添加了鱼鳞作为发酵原料之一，但制备的有机肥仅比 普通化肥增产12 %，施肥效果不够理想。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供一种鱼鳞蛋白酶解液及其制备得到的秸杆有机肥。
[0009] 本发明提供了一种鱼鳞蛋白酶解液的制备方法，它包括如下步骤：
[0010] a、取鱼鳞，酸法脱灰，得脱灰后鱼鳞；
[0011] b、取步骤a的脱灰后鱼鳞，加入蛋白酶和水，调节pH为2.5-10,然后在45-60°C下保 持10-60分钟，得鱼鳞蛋白酶解液;其中，脱灰后鱼鳞的固体浓度为50-150g/l，蛋白酶的加 入量为脱灰后鱼鳞固体重量的5-10%。
[0012] 脱灰:去除鱼鳞中含有的灰分。
[0013] 鱼鳞蛋白酶解液:指鱼鳞用蛋白酶解得到的氨基酸溶液(含多肽）。
[0014] 其中，步骤a中，所述酸法脱灰前对鱼鳞进行清洗；
[0015] 所用原料鱼鳞较脏(污垢多时）时，利用海藻酸钠或乳化剂等进行清洗干净。然后 进行水洗。原料不脏时，无需清洗。
[001 ?]和/或，步骤a中，所述脱灰的方法为：取鱼鳞，加入终浓度为0.5-2N的盐酸溶液浸 泡20-24小时；
[0017]优选地，所述脱灰的方法为:取鱼鳞，加入终浓度为0.8N的盐酸溶液浸泡24小时。
[0018] N:同mol/L〇
[0019] 浸泡过程中可以搅拌，也可以不搅拌。
[0020] 脱灰后，利用过滤器进行过滤。脱灰后的鱼鳞和滤液分开。滤液中含有的主要成分 为羟基磷灰石Ca1Q(P04)6(0H)2。另外，因为鱼鳞中的无机物含有有机肥需要的磷和钙，根据 堆肥过程不仅可以作为水分调节使用，也可以供给磷和钙。
[0021 ]其中，步骤b中，所述蛋白酶为碱性蛋白酶、酸性蛋白酶或中性蛋白酶;所述45-60 °(：保持过程中进行搅拌。
[0022] 进一步地，所述蛋白酶来源为Bacillus subtilis蛋白酶或Bacillus sp蛋白酶。 [0023] 其中，步骤b中，调节pH为7-8，然后在50-60°C下保持30-60分钟，得鱼鳞蛋白酶解 液;其中，脱灰后鱼鳞的固体浓度为50g/l或125g/l，蛋白酶的加入量为脱灰后鱼鳞固体重 量的5 %;
[0024]优选地，步骤b中，调节pH为8,然后在60°C下保持60分钟，60°C保持过程中进行搅 拌，得鱼鳞蛋白酶解液。
[0025] 本发明还提供了上述方法制备的鱼鳞蛋白酶解液。
[0026] 本发明还提供了所述鱼鳞蛋白酶解液作为有机肥添加剂的用途。
[0027] 有机肥添加剂:是指为了加快有机肥进程或/和提高产品质量，在有机肥物料中加 入的微生物、有机或无机物质。
[0028]其中，所述有机肥为秸杆有机肥；
[0029]优选地，所述秸杆为玉米秸杆、水稻秸杆、小麦秸杆、油菜秸杆的至少一种。
[0030] 本发明还提供了一种秸杆有机肥的制备方法，它包括如下步骤：
[0031] 取秸杆50重量份、水50重量份、上述鱼鳞蛋白酶解液10-50重量份、成熟堆肥10重 量份，堆积发酵7-21天即可。
[0032]其中，所述秸杆经过粉碎处理，使长度为50mm以下；优选地，所述秸杆的长度为 20mm以下；
[0033] 和/或，所述鱼鳞酶解液为10-30重量份，堆积发酵12-21天即可。
[0034] 其中，所述鱼鳞酶解液为25重量份，堆积发酵16天，堆积发酵每4-5天翻堆一次； 和/或，堆积发酵过程中进行通气。
[0035] 本发明还提供了上述方法制备得到的秸杆有机肥。
[0036] -般认为有机肥中的营养成分比例不合理，不能满足作物对养分的需求，单独施 用效果不佳，最好将有机肥与化学肥料搭配施用效果较好【邹国元，科学施用有机肥保障蔬 菜安全生产，蔬菜，2003,12:25】。
[0037] 本发明方法制备的鱼鳞蛋白酶解液作为有机肥添加剂，得到的秸杆有机肥养分全 面、均衡，品质优良，单独施用就能大大提高农产品的产量和质量，不仅增产效果强于化肥 及一般秸杆有机肥，而且得到的农产品口感更好，取得了较好的技术效果。
[0038] 另外，也可以根据实际需要在本发明有机肥中添加相应的营养成分使用，本发明 有机肥可有效提高土壤有机质含量，改善农业生态环境，特别适用于发展绿色无公害农业， 应用前景良好。
[0039] 显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离 本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其他多种形式的修改、替换或变更。
[0040] 下面以实施例对本
【发明内容】
作进一步说明，但本发明不局限于这些实施例。凡基 于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
【附图说明】
[0041 ]图1为鱼鳞蛋白酶解液生产过程概要图。
[0042]图2为不同施肥区小白菜生长情况图，图中相同字母表示差异不显著。
【具体实施方式】
[0043]本发明所用试剂均为市售。
[0044] 实施例1本发明秸杆有机肥的制备
[0045] 1、制备鱼鳞蛋白酶解液
[0046] 制备流程图见图1。
[0047] 选择猪皮、鱼骨、鱼鳞进行成分分析，分析值均基于干重，结果见表1。
[0048]表1蛋白酶解液原料的成分組成
[0049]
[0050] *鱼鳞中的蛋白量约为50~80% (根据鱼种类不同）。
[0051 ]其它有机物:为从有机物全量减去蛋白质和脂质的值。
[0052]由表1可见，鱼鳞自身基本不含有脂质（小于1%)，无需进行脱脂前处理，制备蛋白 酶解液方法较简单;而猪皮、鱼骨均含有较高脂类，需要利用己烷等有机溶剂进行复杂的脱 脂前处理。另外因为鱼鳞中蛋白质含量高，超过了50%，蛋白酶解效果较好，因此选取鱼鳞 作为制备蛋白酶解液的原料。
[0053] 具体如下：
[0054] 1)取鱼鳞，利用海藻酸钠或乳化剂等进行清洗干净。然后进行水洗。
[0055] 2)利用盐酸溶液进行脱灰：用浓度为0.8N的盐酸溶液浸渍鱼鳞，浸渍过程中搅拌， 室温放置24小时。
[0056] 3)过滤:利用过滤器将脱灰后鱼鳞和滤液分开。滤液中含有的主要成分为羟基磷 灰石Ca1Q(P04)6(0H)2。另外，因为鱼鳞中的无机物含有有机肥需要的磷和钙，堆肥过程中不 仅可以将滤液作为水分调节使用，也可以供给磷和钙。
[0057] 4)脱灰后鱼鳞进行水解:取脱灰后鱼鳞的干物浓度在5%，8&(^111^叩.来源的蛋 白酶添加量为5%，在60°C、pH 8的条件下水解60分钟，得鱼鳞蛋白酶解液，即氨基酸溶液 (含有多肽）。
[0058] 2、秸杆处理
[0059] 取农作物秸杆(水分50% )，粉碎，使秸杆长度为20mm。
[0060] 3、制备本发明秸杆有机肥
[0061 ]取鱼鳞蛋白酶解液和成熟堆肥，添加到粉碎后秸杆中，鱼鳞蛋白酶解液添加量为 原料秸杆1〇〇时对应重量比为25%，成熟堆肥添加量为原料秸杆100时对应重量比为10%， 采用堆积的方式。每4天一次，用手进行翻堆，共计堆积天数为16天，得到本发明秸杆有机 肥。
[0062]本发明中，所用的成熟堆肥是为了提供堆肥过程需要的微生物，可通过购买市售 产品获得，也可以采用现有方法制备，本发明采用如下方法制备：
[0063]取奶牛粪污原料进行压榨，固体残渣水分约为70%，将此固体残渣投入堆肥室内， 升温至60°C，然后在60°C恒温3天，再自然降温至35°C，然后在35°C恒温至堆肥结束;整个堆 肥过程持续60天，期间，持续通入空气0.2L/min/kg-干重，得成熟堆肥。
[0064]实施例2本发明秸杆有机肥的制备 [0065] 1、制备鱼鳞蛋白酶解液
[0066] 制备流程图见图1。
[0067] 具体如下：
[0068] 1)取鱼鳞，由于原料污垢不多，直接利用盐酸溶液进行脱灰：用浓度为1N的盐酸溶 液浸渍鱼鳞，放置24小时。
[0069] 3)过滤:利用过滤器将脱灰后的鱼鳞和滤液分开。滤液中含有的主要成分为羟基 磷灰石Ca1()(P04)6(0H)2。另外，因为鱼鳞中的无机物含有有机肥需要的磷和钙，堆肥过程中 不仅可以将滤液作为水分调节使用，也可以供给磷和钙。
[0070] 4)脱灰后鱼鳞进行水解:取脱灰后鱼鳞的干物浓度在5%，8&(^111^8111^丨1丨8来 源的蛋白酶添加量为5%，在50°C、pH 7的条件下水解30分钟，得鱼鳞蛋白酶解液，即氨基酸 溶液(含有多肽）。
[0071] 2、秸杆处理
[0072] 取农作物秸杆，粉碎，使秸杆长度为50mm。
[0073] 3、制备本发明秸杆有机肥
[0074] 取鱼鳞蛋白酶解液和成熟堆肥，添加到粉碎后秸杆中，添加量为原料秸杆（水分 50 % ) 100时对应重量比为10 %，成熟堆肥添加量为原料秸杆(水分50 % ) 100时对应重量比 为10%，采用堆积的方式。利用装载机或铲车4~5天翻堆一次，堆肥过程中，在堆底部连续 通气。共计堆积天数为7天，得到本发明秸杆有机肥。
[0075] 实施例3本发明秸杆有机肥的制备
[0076] 除了堆积天数为21天外，其它均与实施例1的方法相同。
[0077] 下面以具体试验数据说明本发明的有益效果。
[0078] 试验例1不同有机肥添加剂的效果比较
[0079] 1、试验方法
[0080] 1)制备不同有机肥添加剂
[0081]鱼鳞酸水解液:取实施例1的脱灰后鱼鳞，利用盐酸溶液提取得到。操作如下:将脱 灰后鱼鱗放入一个 10L旋转蒸发仪中（Rotary Vacuum Evaporator N-11，EYELA,Tokyo)至 总固体浓度为125g/L.添加酸性溶液(pH 3，通过向IN HC1溶液中添加1/15M乙酸盐缓冲液 至pH为3)，提取在60°C下反应lh。
[0082] 鱼鳞碱水解液:取实施例1的脱灰后鱼鳞，利用氢氧化钠溶液提取得到。操作如下： 将脱灰后鱼鱗放入一个10L旋转蒸发仪中（Rotary Vacuum Evaporator N_11，EYELA， Tokyo)至总固体浓度为125g/L.添加碱性溶液(pH 12，通过向氢氧化钠溶液中添加水稀释 至pH为12)，提取在60°C下反应lh。
[0083] 鱼鳞蛋白酶解液:本发明实施例3制备得到的鱼鳞蛋白酶解液。
[0084] 对照：超纯水。
[0085] 取鱼鳞酸水解液、鱼鳞碱水解液与鱼鳞蛋白酶解液分别添加到秸杆中，堆积21天， 制备秸杆有机肥。
[0086] 2)将不同有机肥样品用于水序种子(Lepidium sativum L.)发芽实验
[0087] 将一张直径约9cm的滤纸(Whatman#2)放入已灭菌的9cm培养皿中，均匀放入10粒 水芹种子，用移液器吸取8.0ml堆肥样品水浸提液或超纯水(对照)于培养皿中，每个样品重 复三次，在20°C培养箱下避光培养48h。通过统计发芽种子的个数及测定根长度，按照如下 公式计算种子发芽指数。
[0088]
[0089] 2、试验结果
[0090]见表 2。
[0091]表2种子发芽试验
[0092]
[0093] 一般认为种子发芽率在80%以上表示有机肥腐熟（文献：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可见，使用酸或碱水解制备的添加剂得到的秸杆有机肥，种子发芽指数很 低，小于50%;而添加鱼鳞蛋白酶解液的秸杆有机肥21天后，发芽指数大于100%。
[0095] 因此，添加鱼鳞酸水解液、鱼鳞碱水解液的秸杆有机肥，腐熟程度差，无法生产出 成熟有机肥。而添加本发明鱼鳞蛋白酶解液的秸杆有机肥，腐熟度高，得到了成熟有机肥。
[0096] 试验例2本发明鱼鳞蛋白酶解液的蛋白酶筛选试验
[0097] 从市场销售的酶制剂选择16种，以脱灰后鱼鳞作为底物，评价了各酶制剂的分解 能力。
[0098]反应时间均为lh，各酶制剂的反应pH、温度及蛋白分解效率如表3所示。
[0099]表3脱灰鱼鳞的分解效果及市场酶制剂的评价
[0100]
[0101] 由表3可见，16种酶制剂均有一定的蛋白分解能力，分解率为36.5%~85.8%。其 中，6种酶制剂达到了60 %以上的分解率，尤其以Bacillus subtil is (酶制剂K)和Bacillus sp(酶制剂L)来源的酶效果最好，分别达到69.2%和85.8%。
[0102] 我们将Bacillus sp.来源（酶制剂L)调节到pH8(相对基质浓度添加量重量比为 5%)再次评价了酶制剂的效果，发现用Bacillus sp.来源酶制剂蛋白分解效率也达到了 83%(见编号Q)。
[0103] 使用Bacillus sp.来源酶制剂(酶制剂L)制备鱼鳞蛋白酶解液的具体步骤如下： 利用工作体积为1L的带有搅拌的发酵槽，反应pH为8、温度为60°C，底物浓度125g/L、酶浓度 6.25g/L，反应时间为1小时。
[0104] 鱼鳞酶解效率越高，氨基酸化程度越高，添加到秸杆中制备的有机肥中营养物质 更丰富，有机肥质量越高。
[0105] 考虑到pH过高不利于下一步秸杆有机肥成熟，在实验和生产中选择Bacillus sp. 来源酶制剂(酶制剂L)在pH为8时制备的鱼鳞蛋白酶解液添加到秸杆中制备有机肥。
[0106] 试验例3本发明秸杆有机肥用于种子发芽试验
[0107] 1、样品的制备
[0108] 1)秸杆有机肥的制备:除了堆积天数外，其它均与实施例1的方法相同。分别堆积4 天，8天，12天，16天，得到不同的秸杆有机肥。
[0109] 2)原料秸杆:仅使用秸杆，不堆积发酵。
[0110] 3)对照:超纯水。
[0111] 2、用于水序种子(Lepidium sativum L.)发芽试验
[0112] 结果见表4。
[0113] 表4种子发芽试验
[0114]
[0115]~由表4可见，使用本发明方法堆积8-16天制备的秸杆有机肥，种子发芽率均在80% 以上，说明有机肥腐熟度好，产品品质稳定，能够较好的作为肥料使用。
[0116] 试验例4本发明秸杆有机肥用于小白菜施肥试验
[0117] 1、试验方法
[0118] 5月初开始试验，进行4个区的对照试验，一个月后小白菜收获。
[0119]
[0120] 注:化学肥料：市场购买氮、磷、钾肥，通过Ν，Ρ205和K20成分测定后混合，使化学肥 料中Ν:Ρ205:Κ20的比例为1:1:1;
[0121] 堆肥:指按照本发明实施例1方法制备的秸杆有机肥。
[0122] B、C、D区的施肥面积：以氮的量为基准，按照施氮量为25kg/1000m2添加。堆肥首先 计算含氮量，根据堆肥中的含氮量确定施肥量。
[0123] 2、试验结果
[0124] 1)施肥对小白菜生长情况的影响，见图2。
[0125] 由图2可见，A区、B区的小白菜地上部分重量、根重、叶片数目、叶片长度均相当，仅 用化肥对小白菜的增产效果不明显；与A区、B区相比，C区、D区的小白菜地上部分重量、根重 显著提高;小白菜叶片数目以C区最佳，各个区的叶片长度均相当。
[0126] 可见，本发明秸杆有机肥可以显著提高小白菜地上部分重量、根重，与有机肥和化 学肥料混施效果相当；与仅施用化肥相比，增重效果可提高2倍以上，从而大大提高作物产 量。
[0127] 2)施肥对小白菜口感的影响
[0128] 10名研究人员对B区和C区栽培的小白菜进行了试吃。试吃前并不知用的是何种肥 料，结果10名人员均认为施用秸杆有机肥的小白菜口感更好，味道也显甜美。
[0129] 因此，本发明方法制备的鱼鳞蛋白酶解液作为有机肥添加剂，得到的秸杆有机肥 养分全面、均衡，品质优良，质量稳定，单独施用就能大大提高农产品的产量和质量，施用效 果强于一般秸杆有机肥及化肥，应用前景良好。
【主权项】
1. 一种鱼鳞蛋白酶解液的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤： a、 取鱼鳞，酸法脱灰，得脱灰后鱼鳞； b、 取步骤a的脱灰后鱼鳞，加入蛋白酶和水，调节pH为2.5-10,然后在45-60°C下保持 10-60分钟，得鱼鳞蛋白酶解液;其中，脱灰后鱼鳞的固体浓度为50-150g/l，蛋白酶的加入 量为脱灰后鱼鳞固体重量的5-10%。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中，所述酸法脱灰前对鱼鳞进行清 洗； 和/或，步骤a中，所述脱灰的方法为:取鱼鳞，加入终浓度为0.5-2N的盐酸溶液浸泡20-24小时； 优选地，所述脱灰的方法为:取鱼鳞，加入终浓度为0.8N的盐酸溶液浸泡24小时。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中，所述蛋白酶为碱性蛋白酶、酸性 蛋白酶或中性蛋白酶;所述45-60°C保持过程中进行搅拌。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述蛋白酶来源为Baci 1 lus subti 1 is蛋 白酶或Bacillus sp蛋白酶。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中，调节pH为7-8，然后在50-60°C下 保持30-60分钟，得鱼鳞蛋白酶解液;其中，脱灰后鱼鳞的固体浓度为50g/l或125g/l，蛋白 酶的加入量为脱灰后鱼鳞固体重量的5% ; 优选地，步骤b中，调节pH为8,然后在60°C下保持60分钟，60°C保持过程中进行搅拌，得 鱼鳞蛋白酶解液。6. 权利要求1-5任意一项方法制备的鱼鳞蛋白酶解液。7. 权利要求6所述鱼鳞蛋白酶解液作为有机肥添加剂的用途。8. 根据权利要求7所述的用途，其特征在于，所述有机肥为秸杆有机肥； 优选地，所述秸杆为玉米秸杆、水稻秸杆、小麦秸杆、油菜秸杆的至少一种。9. 一种秸杆有机肥的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤： 取秸杆50重量份、水50重量份、权利要求6所述的鱼鳞蛋白酶解液10-50重量份、成熟堆 肥10重量份，堆积发酵7-21天即可。10. 根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述秸杆经过粉碎处理，使长度为 50mm以下;优选地，所述秸杆的长度为20mm以下； 和/或，所述鱼鳞酶解液为10-30重量份，堆积发酵12-21天即可。11. 根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述鱼鳞酶解液为25重量份，堆积 发酵16天，堆积发酵每4-5天翻堆一次;和/或，堆积发酵过程中进行通气。12. 权利要求9-11任意一项方法制备得到的秸杆有机肥。
【文档编号】C05F17/00GK105837270SQ201610190579
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】木田建次, 孙照勇
【申请人】四川大学