专利名称：一种复合甲壳素及其制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合甲壳素的制备方法，属于生物化工技术领域，应用于农业领域。
背景技术：
众所周知，农药能有效控制农作物病虫害的发生、发展，保证农业的丰收。据统计，我国农药年使用量在25万吨左右，使用农药可挽回15％-30％的农作物产量损失。但是，如果使用农药不当，也会带来药效不易发挥，破坏农田生态平衡，增加农产品中的农药残留量和环境污染等副作用问题，严重者还会对农作物造成药害，使人畜中毒。
人类离不开粮食，而肥料又是农作物的粮食。施用肥料是提高作物产量，改善作物品质的重要手段。据统计，一般作物增产的40％-60％是靠施肥取得的，但是，由于化肥的大量使用(我国目前年使用化肥总量在4000万吨左右)和化肥利用率较低(平均利用率在30％左右)，又造成化肥的巨大流失和农业成本的提高，同时，还造成土地板结，水源污染，土壤生态破坏，“菜无味，瓜不香，果不甜”，农产品中硝酸盐、亚硝酸盐超标，营养价值、经济价值降低。
如何科学使用化学农药、化学肥料，如何寻求无公害的药肥替代部分化学农药、化学肥料，保护环境，生产无公害农产品，绿色食品、有机食品，是世界各国尤其是发达国家亟待研究开发的课题之一。
1991年，美国、欧洲医学家发现甲壳素是人体第六大生命要素后，甲壳素的研究非常活跃。在初步从海洋生物中提取甲壳素并发现了其在农业上的功效后，我们提出如下定义(1)肥料和土壤调理剂用于保持或改善植物营养和土壤物理、化学性能，以及生物流行性的各种物料，可以单独或一起使用；(2)肥料以提供植物养分为其主要功效的物料；(3)农药凡是用于防治农林作物及其产品害虫，病菌，杂草，害鼠等有害生物的制剂和植物生长调节剂，以及提高这些药剂效果的辅助剂、增效剂等都属农药的范畴。从甲壳素的功效分析可知，甲壳素既是肥料也不是传统的肥料，既是农药也不是传统的农药。特别是在研究了甲壳素的诱导抗病、诱导作物根细胞分生，提高作物产量，改善作物品质的机理后，我们认为甲壳素是一种新型的药肥合一的海洋生物药肥。
不同分子量段的复合甲壳素在诱导作物抗病、减少农药使用量、提高作物产量、改善作物品质、生产无公害农产品方面的功能不同。利用特定分子量段复合甲壳素生产功效稳定生物药肥是当前亟待解决的课题之一。
目前，国内外甲壳素常用的制备方法有1、化学降解法将干燥的虾、蟹壳碎片用3％盐酸浸泡30h左右，至不冒气泡为止，然后用水反复冲洗至中性，再用10％左右的氢氧化钠溶液煮沸1h，并用水冲洗至中性。用稀高锰酸钾溶液浸泡1h，草酸溶液70℃-80℃水浴30min，水洗至中性，105℃烘干、粉碎，制成白色甲壳素成品。
将甲壳素放置在饱和氢氧化钠溶液中保温1h(100℃～110℃)，然后水洗。再在碱溶液中处理，水洗，反复2～3次，除去反应生成的全部乙酸盐后即得脱乙酰度较高的甲壳胺。
2、物理降解法蟹壳用10％的盐酸浸泡3～4天，水洗，再用10％的氢氧化钠煮沸1～2小时。高锰酸钾溶液脱色处理，干燥，粉碎得甲壳素。微波处理10分钟，在室温条件过夜。再水洗，得甲壳胺。
3、生物降解法虾壳、蟹壳用10％的盐酸浸泡3～4天，水洗，再用10％的氢氧化钠煮沸1～2小时。干燥，粉碎甲壳素，然后加入酶进行降解。过滤，干燥，得甲壳素。
上述化学降解法、物理降解法和生物降解法生产的甲壳素的不足之处在于所得产品甲壳胺的分子量分布范围较窄，局限在一定的范围内，一般为200-2000、2000-6000和6000-100000，分子量分布范围较窄的甲壳胺在作为生物药肥使用时，功效不稳定。
发明内容针对现有技术的不足，本发明提供一种分子量分布较宽的复合甲壳素及其制备方法与应用。该方法以现有技术生产的甲壳胺为原料，通过复合制备成由不同分子量段组成的，分子量分布较宽的复合甲壳素，功效稳定。
本发明的复合甲壳素，由寡糖分子量200-2000、低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-100000复配得到的分子量分布在200～100000范围内、由不同分子量段的甲壳素组成的复合甲壳素，各组分重量百分比各占0.1～95％。
复合甲壳素的制备方法，将寡糖分子量200-2000、低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-100000，按重量百分比各占0.1～95％在20℃-80℃下复配，得到分子量分布在200～100000范围内由不同分子量段的甲壳素组成的复合甲壳素。
上述复配产物可以进一步用NaOH溶液调PH值到9-10，放置20-30小时后，过滤回收沉淀物，将沉淀物用清水冲洗至中性，而后在50-70℃烘干机中烘干，得200～100000由不同分子量段组成的复合甲壳素。
上述寡糖分子量200-2000、低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-100000，分别是现有技术中化学降解法、物理降解法和生物降解法的产品。
上述寡糖分子量200-2000、低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-100000，是以平均分子量大于100000的甲壳胺为原料，采用生物催化法降解而得，具体方法如下以Streptomyces SP菌种为生物催化剂，甲壳胺原料的投料系数(原料体积/反应釜容积)为0.4-0.6，Streptomyces SP菌种浓度为2.0×106～2.0×107个/ml，PH值6-6.5，密封，20℃-50℃培养1～10天，将甲壳胺降解为寡糖分子量200-1500，低聚糖分子量2000-6000，和多糖分子量3000-100000。
所用的Streptomyces SP菌种CICC编号11010，中文菌名为链霉菌属，用途产葡萄糖异构酶。
上述寡糖分子量2000-1500、低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-100000，是以平均分子量大于100000的甲壳胺为原料，采用化学降解法将甲壳胺降解而得，具体方法是向甲壳胺原料中加入重量百分比浓度1～10％的盐酸溶液，甲壳胺原料与1～10％(WT)盐酸溶液的重量比为1∶20～500，密封，在10℃-90℃的条件下反应1～10小时，将甲壳胺降解为寡糖分子量200-2000，低聚糖分子量2000-6000，和多糖分子量6000-100000。
上述的平均分子量大于100000的甲壳胺，是用现有技术制备的甲壳胺产品。
本发明复合甲壳素的制备方法，将化学降解法、物理降解法、生物降解法获得的分子量大于30000的甲壳胺，采用生物催化法或化学降解法继续降解，使其成为寡糖(分子量200～2000)；低聚糖(分子量2000-6000)；多糖(分子量6000-100000)，然后将寡糖、低聚糖和多糖复合，使其成为具有分子量具有200-100000的复合甲壳素。也可将化学降解法、物理降解法、生物降解法生产的寡糖、低聚糖、多糖直接复合成分子量为200-100000的复合甲壳素。
本发明的方法易于规模化生产具有寡糖、低聚糖和多糖复合性质的复合甲壳素。生产复合过程中不添加任何有毒、有害成分，适用于绿色安全农作物的生产。
复合甲壳素粉剂为本发明的直接产物，复合甲壳素水剂为重量百分比6％的复合甲壳素的水溶液。
本发明复合甲壳素用作农作物药肥，具体作为抗病增产剂或诱导抗性增产剂。具体方法如下对于蔬菜灌根、微灌、滴灌、冲施或叶面喷施，其中，喷施复合甲壳素水剂每100毫升兑水10-200公斤，苗期、开花前、幼果膨大期各喷1-2次。灌根复合甲壳素水剂每100毫升兑水10-200公斤，苗期、移栽期、根系生长不良时灌根。冲施亩用量复合甲壳素水剂100-1500毫升随水冲施。复合甲壳素含量极高，所以其稀释倍数不可过低，避免产生抑制。
叶面喷施，复合甲壳素水剂1∶600-800倍，不应低于600倍。通过叶面直接吸收，促进根系发达。
浇灌(灌根)，复合甲壳素水剂1∶1000-1200倍，不应低于600倍。
对于粮食拔节期、抽穗期、灌浆初期复合甲壳素粉剂2克或复合甲壳素水剂20毫升兑水1-100公斤，在三个时期各叶面喷施1次。
对于水果萌芽期、开花前、幼果膨大期、果实着色期、成熟落叶期，复合甲壳素粉剂2克或复合甲壳素水剂20毫升兑水1-100公斤。根据果树长势，在整个生育期喷施4-5次，萌芽期和开花前可结合尿素同时喷施。或根据不同果树的栽培特点选择重点时期使用。
具体实施方式
实施例11、降解将平均分子量大于100000的甲壳胺及Streptomyces SP菌种浓度2.0×106个/ml的生物催化剂置于反应釜中，PH值6-6.5，投料系数0.4，密封。培养温度25℃-28℃，培养3天，分别于第3天、第4天、第5天各取出三分之一的培养料，它们分别是寡糖分子量200-1000，低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-100000。
2、复配将三次的培养料按重量百分比30％、40％、40％在0～70℃下混合，用40％(WT)NaOH溶液调PH值到10，放置24小时后，过滤回收沉淀物，将沉淀物反复用清水冲洗至中性，而后在60℃烘干机中烘干，即得200～100000由不同分子量段组成的复合甲壳素。
实施例1制备的复合甲壳素具有抗病增产的效果，应用方法和效果如下(1)6000倍复合甲壳素粉剂和雷多米尔500倍交替喷雾+大量元素液体肥30公斤/亩冲施；奇数次喷杀菌剂(雷多米尔)，偶数次喷复合甲壳素粉剂，共2次/月。
(2)腐殖酸液体肥50公斤/亩冲施+雷多米尔500倍和大量元素液体肥500倍喷雾，4次/月。
(3)空白对照(不施肥，不施药，浇、喷等量水)。4次/月。
防治霜霉病效果见表1表1
从表1中可以看出，处理(1)防治黄瓜霜霉病效果好，防效达82.5％，与处理(2)药效相当，差异不显著。
增产效果见表2表2
注产量为40平方米商品瓜的产量。
从上表可以看出，处理(1)产量比空白对照(3)增产55.6％，比对照(2)增产10.9％，与空白对照比其叶色浓绿，叶片增厚，茎杆粗壮，果实(瓜)顺条。
实施例21、降解将平均分子量大于100000的甲壳胺放入反应釜中，同时加入10％的盐酸溶液，重量比1∶100，密封。在70℃-75℃的条件下反应，分别于1小时、2小时、4小时各取出1/3的反应物，它们分别是寡糖分子量200-1500，低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-100000。
2、复配将上面三次取出的反应物0～70℃混合，用40％(WT)NaoH溶液调PH值到10，放置24小时后，过滤，回收沉淀物，将沉淀物反复用清水冲洗至中性，然后在55℃烘干，即得分子量为200～100000的不同分子量段的复合甲壳素。
实施例2制备的复合甲壳素具有诱导抗性增加产量的作用，应用方法和效果如下盆栽试验结果(见表3)表明，复合甲壳素水剂400倍、500倍、600倍液诱导西瓜苗期抗枯萎病的防效随浓度增高而递增。三个浓度的防治效果分别为63.03％、49.26％、34.14％，其400倍的防效显著优于其600倍的防效，并极显著优于标准对照黄腐植酸的防效(18.94％)；各处理浓度的病指为25.94-56.90，均极显著低于接菌对照病指70.19。
表3 复合甲壳素水剂诱导西瓜抗枯萎病试验结果
复合甲壳素水剂对西瓜苗期促进生长作用测定结果(见表4)表明，复合甲壳素水剂除诱导西瓜苗期抗枯萎病外，还具有明显促进植株生长的作用，其400、500、600倍处理对接菌西瓜苗的株高、根长和单株鲜重随浓度增高而递增。三个浓度处理和标准对照黄腐植酸处理的株高分别为56.84cm、54.64cm、49.78cm、和50.94cm，均极显著高于接菌对照株高(42.03cm)，均显著低于空白对照的株高(66.3cm)。三个浓度的根长分别为7.88cm、7.21cm、6.18cm，其中400倍、500倍的根长和空白对照根长(8.05cm)均极显著高于其600倍和黄腐植酸以及接菌对照的根长(5.66cm和5.12cm)。三个浓度的单株鲜重分别为3.67g、3.18g和2.08g，其中400倍的和空白对照的单株鲜重(3.80g)均极显著高于其500倍、600倍和黄腐植酸以及接菌对照的单株鲜重(2.42g和1.88g)。
表4 复合甲壳素水剂对西瓜苗的促进生长作用结果
实施例31、将平均分子量大于100000的甲壳胺及Streptomyces SP菌种浓度2.0×107个/ml的生物催化剂置于反应釜中，PH值6-6.5，投料系数0.6，密封。培养温度25℃-28℃，培养4天，分别于第4天、第5天、第6天各取出三分之一的培养料，它们分别是寡糖分子量200-2000，低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-30000。
2、将三次的培养料按重量百分比15％、42.5％、42.5％混合，用40％(WT)NaOH溶液调PH值到10，放置24小时后，过滤回收沉淀物，将沉淀物反复用清水冲洗至中性，而后在65℃烘干机中烘干，即得200～100000由不同分子量段组成的复合甲壳素。
使用实施例3制备的复合甲壳素具有增加产量、促进根系发达、改善品质的作用，应用方法和效果见表5-7，其中A复合甲壳素水剂，B复合甲壳素粉剂，C磷酸二氢钾+萘乙酸，CK对照。
表5
表6 各处理对草莓结实的影响
表7 对草莓内在品质的影响
实施例4将现有技术化学降解法、物理降解法、生物降解法生产的寡糖、低聚糖、多糖室温下直接复配成分子量为200-30000的甲壳素生物制剂，寡糖、低聚糖和多糖的重量百分比为1％、37％和62％。
使用实施例4制备的复合甲壳素具有增加产量、改善品质的作用，具体实验如下表8 西红柿结果数量记录表
注①②③④代表一、二、三、四穗果表9 西红柿单株结果数量统计表
注①②③④代表一、二、三、四穗果。
表9表明复合甲壳素水剂、复合甲壳素粉剂单株结果数量分别比对照增加10％、14％。西红柿产量统计分析见表10表10 西红柿小区产量统计表
使用上述方法种植的西红柿经农业部食品质量监督检验测试中心(济南)检测结果见表11表1权利要求
1.一种复合甲壳素，其特征是由寡糖分子量200-2000、低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-100000复配得到的分子量分布在200～100000范围内、由不同分子量段的甲壳素组成的复合甲壳素，各组分重量百分比各占0.1～95％。
2.权利要求1所述的复合甲壳素的制备方法，其特征是将寡糖分子量200-2000、低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-100000，按重量百分比各占0.1～95％在20℃-80℃下复配，得到分子量分布在200～100000范围内由不同分子量段的甲壳素组成的复合甲壳素。
3.如权利要求2所述的复合甲壳素的制备方法，其特征是所述寡糖分子量200-2000、低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-100000，是以平均分子量大于100000的甲壳胺为原料，采用生物催化法降解而得，具体方法是以Streptomyces SP菌种为生物催化剂，甲壳胺原料的投料系数为0.4-0.6，Streptomyces SP菌种浓度为2.0×106～2.0×107个/ml，PH值6-6.5，密封，20℃-50℃培养1～10天，将甲壳胺降解而得。
4.如权利要求2所述的复合甲壳素的制备方法，其特征是所述寡糖分子量2000-1500、低聚糖分子量2000-6000和多糖分子量6000-100000，是以平均分子量大于100000的甲壳胺为原料，采用化学降解法将甲壳胺降解而得，具体方法是向甲壳胺原料中加入重量百分比浓度1～20％的盐酸溶液，甲壳胺原料与1～200％WT盐酸溶液的重量比为1∶20～500，在10℃-90℃的条件下反应0.5～10小时，将甲壳胺降解而得。
5.权利要求1所述的复合甲壳素的应用，用作农作物药肥。
6.如权利要求5所述的复合甲壳素的应用，其特征是作为农作物抗病增产剂或诱导抗性增产剂。
7.如权利要求5所述的复合甲壳素的应用，其特征是对于蔬菜采用灌根或微灌、滴灌、冲施或叶面喷施；其中，喷施复合甲壳素水剂每100毫升兑水10-200公斤，苗期、开花前、幼果膨大期各喷1-2次；灌根复合甲壳素水剂每100毫升兑水10-200公斤，苗期、移栽期、根系生长不良时灌根；冲施亩用量复合甲壳素水剂100-1500毫升随水冲施。
8.如权利要求5所述的复合甲壳素的应用，其特征是对于粮食在拔节期、抽穗期、灌浆初期复合甲壳素粉剂2克或复合甲壳素水剂20毫升兑水1-100公斤，在三个时期各叶面喷施1次。
9.如权利要求5所述的复合甲壳素的应用，其特征是对于水果在萌芽期、开花前、幼果膨大期、果实着色期、成熟落叶期整个生育期喷施4-5次，复合甲壳素粉剂2克或复合甲壳素水剂20毫升兑水1-100公斤，萌芽期和开花前结合尿素同时喷施。
全文摘要
一种复合甲壳素的制备方法，属于生物化工技术领域，应用于农业领域。复合甲壳素是分子量分布在200～100000范围内、由寡糖、低聚糖和多糖复配得到的不同分子量段的甲壳素组成，各组分重量百分比各占0.1～95％。本发明复合甲壳素用作农作物药肥，作为农作物抗病增产剂或诱导抗性增产剂。本发明生产复合过程中不添加任何有毒、有害成分，适用于绿色安全农作物的生产。对于蔬菜采用灌根或微灌、滴灌、冲施或叶面喷施，对于粮食和水果根据生长期灌施或叶面喷施。
文档编号A01N31/00GK1654525SQ20051004203
公开日2005年8月17日 申请日期2005年1月20日 优先权日2005年1月20日
发明者李向群, 刘有利 申请人:李向群