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CN114164240B - 一种分段酶解海藻提取物的制备方法 - Google Patents

一种分段酶解海藻提取物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种分段酶解海藻提取物的制备方法，属于肥料增效剂制备技术领域，包括以下步骤：(1)将海藻粉碎后加入碳酸钠与碳酸氢钠的混合溶液中保温浸泡；(2)调节pH后加入复合酶进行酶解，分离滤液得到提取液；(3)将所述提取液冷冻干燥制粉，制得所述海藻提取物；本发明结合碱解和酶解的优势，对海藻进行分段提取处理，减少提取条件对提取产物活性的影响，同时加快提取效率。

Description

一种分段酶解海藻提取物的制备方法
技术领域
本发明涉及肥料增效剂制备技术领域，具体涉及一种分段酶解海藻提取物的制备方法。
背景技术
近年来我国农业倡导节肥增效、品质提升、绿色发展，而单纯的通过节肥来增加肥效，有可能对作物产量带来影响，因此，节肥增效必须匹配一定的增效技术。现有的肥料增效技术较多，海藻提取物便是一种效果较好、安全、稳定的增效物质，受到消费者青睐。
海藻提取物中含有大量有利于植物生长发育的天然生物活性物质和矿物质元素，如海藻多糖、海藻低聚糖、甜菜碱、甘露醇、固醇类物质及天然生长调解物质，具有显著的生长调解和抗逆作用，能够增加作物对高温、低温、干旱等逆境的抵抗能力。海藻提取物天然安全无公害，与陆生植物有良好的亲和性，对人、畜无毒无害，对环境无污染，具有其他任何化学肥料都无法比拟的优点。含海藻精粉的海藻肥料与传统肥料相比，其营养全面，施用后作物生长均衡，提高作物产量和品质，尤其是在果实和蔬菜上施用，增产效果更显著。
海藻提取技术包括碱解、酶解等工艺。碱解工艺常使用强碱高温消化处理，这会导致海藻提取物中很多活性物质在高温强碱的环境下失去活性；酶解工艺的提取过程温和，提取物活性物质含量高，pH为中性(pH7.0-7.5)，应用效果更优，但酶解的效率较低，该提取工艺的时间成本过高。
发明内容
针对现有海藻提取工艺难以兼顾效率和活性的问题，本发明提供一种分段酶解海藻提取物的制备方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种分段酶解海藻提取物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜的海藻洗净，干燥后粉碎，将粉碎后的海藻加入到碳酸钠与碳酸氢钠的混合溶液中，液料比为(10-12)：1，混合溶液逐渐升温至50-60℃，以50-60rpm的转速保温搅拌6-12h，使混合溶液的运动粘度在70s以下，然后撤去热源并自然降温，用酸溶液调节混合溶液的pH值至7.5-8.5，待冷却至35℃以下后入胶体磨打浆，得到浆体，在浆体中加入复合酶进行酶解处理，酶解温度30-40℃，酶解时间2-4h，酶解完成后固液分离得到酶解液，低温减压浓缩至固含量不小于35％，得到提取液；
其中，所述复合酶由糖化酶、纤维素酶、果胶酶和中性蛋白酶组成，添加量分别为800U/g、1000U/g、1000U/g、600U/g；
(2)将所述提取液进行冷冻干燥制粉，制得所述海藻提取物。
优选的，所述海藻为绿藻、红藻或褐藻，所述褐藻为泡叶藻、巨藻、昆布、海带或马尾藻。
优选的，所述碳酸钠与碳酸氢钠的混合溶液的pH为10。
优选的，所述酸溶液为磷酸。
优选的，步骤(1)中所述低温减压浓缩的温度不超过65℃。
优选的，所述制备方法还包括表面保护处理，所述表面保护处理包括以下步骤：
S1、碳凝胶微粉制备
称取丙烯酰胺单体和丙烯酸钠作为单体并溶解在50vol％的乙醇溶液中，得到乙烯基浓度为1mol/L的单体溶液，加入乙烯基摩尔量2％的N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，混合均匀后通氮除氧，逐渐升温至60-70℃，待温度稳定后加入混合溶液体积10％的2,2'-偶氮二异丁基脒盐酸盐溶液、乙烯基摩尔量1-5％的乙烯基咪唑，混合均匀后得到前体溶液，密封反应体系，保持温度在60-70℃，并搅拌保温反应6-8h，反应完成后保持搅拌并自冷至室温，得到微乳液；将所述微乳液转移到水热反应釜中进行水热反应，水热温度160-220℃，水热时间3-6h，反应完成后分离沉淀，沉淀依次以无水乙醇和去离子水洗涤，干燥后在氮气氛中保温热处理10-90min，热处理温度600-900℃，冷却后粉碎，制得碳凝胶微粉；
其中，所述2,2'-偶氮二异丁基脒盐酸盐溶液的浓度为1wt.％；
S2、粘合剂包覆
边搅拌边在所述碳凝胶微粉中滴加加入3-5wt.％的硅酸钠溶液，滴加质量比为100：(0.5-2)，混合均匀后加入到与所述海藻提取物中，充分搅拌后干燥制得表面保护处理的海藻提取物。
优选的，所述前体溶液中按添加有纳米碳酸钙或纳米二氧化硅，所述碳凝胶微粉包括以下后处理：
将制得的碳凝胶微粉加入到浓度为1wt.％的聚乙二醇溶液中稀释分散，分散液固比为10-30g/100ml，搅拌并逐渐升温至60-70℃，加入终浓度为1-5％的等电点小于7的氨基酸，搅拌反应40-60min，固液分离得到沉淀，沉淀以稀酸溶液洗涤3-5次，真空干燥。
优选的，所述纳米碳酸钙或纳米二氧化硅的粒径在50-1000nm，添加的液固比为0.5-1g/100ml。
优选的，所述氨基酸为天冬氨酸、谷氨酸中的一种或两种。
本发明的有益效果为：
(1)针对现有的海藻提取工艺无法兼顾提取效率和提取物活性的问题，本发明结合了碱解和酶解的优势，对海藻进行分段酶解提取处理，既降低提取条件对海藻提取产物的活性影响，同时具有较高的提取效率，具体的，先采用弱碱性的碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液作为碱解液，一方面降低溶液pH，缓和提取条件，另一方面是碱解破坏海藻细胞的细胞壁，提高了海藻细胞的通透性，有利于促进后续酶解效率的提高；再通过复合酶制剂进行酶解处理，可以对细胞壁、结合蛋白以及糖化产物进行充分的酶解，促进海藻的胞内物质的溶出，同时提取工艺全程采用不超过65℃的低温工艺，有效保留海藻提取物的活性。
(2)在海藻肥的生产过程中，受高温和盐分的影响，海藻提取物中的活性成分同样很容易失去活性，基于此，本发明在制备得到的海藻提取物基础上，以水溶性硅酸盐为粘结剂，以高气含的碳凝胶为绝热剂，在海藻提取物表面覆盖一层绝热层，具体的，本发明以丙烯酰胺和丙烯酸为亲水单体，以乙烯基咪唑为疏水单体，通过交联聚合后制备得到分散有微型凝胶的乳液，再通过水热碳化以及高温碳化热处理制备得到质轻、高强、隔热的碳凝胶微粉，将其粘结在海藻提取物表面可以减少后续加工生产中的高温条件使海藻提取物中活性物质失活。
(3)为进一步避免海藻肥生产过程中盐分对海藻提取物中活性物质的影响，本发明还通过在微型凝胶中掺入纳米二氧化硅以及纳米碳酸钙，以掺入的纳米二氧化硅与纳米碳酸钙为活性位点，将酸性氨基酸修饰负载在所述碳凝胶微粉上，得到具有酸性表面的碳凝胶微粉，其具有一定的阳离子交换特性，可以与肥料中的Ca2+、Mg2+等阳离子进行交换，进而减少在海藻肥制备中盐分对海藻提取物活性的影响。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例涉及一种分段酶解的海藻提取物，其制备方法包括以下步骤：
(1)将新鲜的海藻洗净，干燥后粉碎，将粉碎后的海藻加入到pH为10.0的碳酸钠与碳酸氢钠的混合溶液中，液料比为10：1，混合溶液逐渐升温至50-60℃，以50-60rpm的转速保温搅拌8h，使混合溶液的运动粘度在70s以下，然后自然降温，用磷酸溶液调节混合溶液的pH值至8.5，待冷却至35℃以下后入胶体磨打浆，得到浆体，在浆体中加入复合酶进行酶解处理，酶解温度30-40℃，酶解时间3h，酶解完成后固液分离得到酶解液，60℃低温减压浓缩至固含量不小于35％，得到提取液；
其中，所述海藻为泡叶藻、巨藻、昆布、海带或马尾藻；所述复合酶由糖化酶、纤维素酶、果胶酶和中性蛋白酶组成，添加量分别为800U/g、1000U/g、1000U/g、600U/g；
(2)将所述提取液进行冷冻干燥制粉，制得所述海藻提取物。
实施例2
本实施例涉及一种分段酶解的海藻提取物，其制备方法包括以下步骤：
(1)将新鲜的海藻洗净，干燥后粉碎，将粉碎后的海藻加入到pH为10.0的碳酸钠与碳酸氢钠的混合溶液中，液料比为10：1，混合溶液逐渐升温至50-60℃，以50-60rpm的转速保温搅拌8h，使混合溶液的运动粘度在70s以下，然后自然降温，用磷酸溶液调节混合溶液的pH值至8.5，待冷却至35℃以下后入胶体磨打浆，得到浆体，在浆体中加入复合酶进行酶解处理，酶解温度30-40℃，酶解时间2-4h，酶解完成后固液分离得到酶解液，60℃低温减压浓缩至固含量不小于35％，得到提取液；
其中，所述海藻为泡叶藻、巨藻、昆布、海带或马尾藻，所述复合酶由糖化酶、纤维素酶、果胶酶和中性蛋白酶组成，添加量分别为800U/g、1000U/g、1000U/g、600U/g；
(2)将所述提取液进行冷冻干燥制粉，制得所述海藻提取物；
(3)边搅拌边在碳凝胶微粉中滴加加入5wt.％的硅酸钠溶液，滴加质量比为100：1，混合均匀后加入到与所述海藻提取物中，充分搅拌后干燥，制得表面保护处理的海藻提取物；
所述碳凝胶微粉的制备方法为：
称取丙烯酰胺单体和丙烯酸钠作为单体并溶解在50vol％的乙醇溶液中，得到乙烯基浓度为1mol/L的单体溶液，加入乙烯基摩尔量2％的N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，混合均匀后通氮除氧，逐渐升温至60-70℃，待温度稳定后加入混合溶液体积10％的浓度为1wt.％的2,2'-偶氮二异丁基脒盐酸盐溶液、乙烯基摩尔量1-5％的乙烯基咪唑，混合均匀后得到前体溶液，密封反应体系，保持温度在60-70℃，并搅拌保温反应6h，反应完成后保持搅拌并自冷至室温，得到微乳液；将所述微乳液转移到水热反应釜中进行水热反应，水热温度200℃，水热时间4h，反应完成后分离沉淀，沉淀依次以无水乙醇和去离子水洗涤，干燥后在氮气氛中保温热处理30min，热处理温度800℃，冷却后粉碎，制得碳凝胶微粉。
实施例3
本实施例涉及一种分段酶解的海藻提取物，其制备方法包括以下步骤：
(1)将新鲜的海藻洗净，干燥后粉碎，将粉碎后的海藻加入到pH为10.0的碳酸钠与碳酸氢钠的混合溶液中，液料比为10：1，混合溶液逐渐升温至50-60℃，以50-60rpm的转速保温搅拌8h，使混合溶液的运动粘度在70s以下，然后自然降温，用磷酸溶液调节混合溶液的pH值至8.5，待冷却至35℃以下后入胶体磨打浆，得到浆体，在浆体中加入复合酶进行酶解处理，酶解温度30-40℃，酶解时间2-4h，酶解完成后固液分离得到酶解液，60℃低温减压浓缩至固含量不小于35％，得到提取液；
其中，所述海藻为泡叶藻、巨藻、昆布、海带或马尾藻，所述复合酶由糖化酶、纤维素酶、果胶酶和中性蛋白酶组成，添加量分别为800U/g、1000U/g、1000U/g、600U/g；
(2)将所述提取液进行冷冻干燥制粉，制得所述海藻提取物；
(3)边搅拌边在碳凝胶微粉中滴加加入5wt.％的硅酸钠溶液，滴加质量比为100：1，混合均匀后加入到与所述海藻提取物中，充分搅拌后干燥，制得表面保护处理的海藻提取物；
所述碳凝胶微粉的制备方法为：
称取丙烯酰胺单体和丙烯酸钠作为单体并溶解在50vol％的乙醇溶液中，得到乙烯基浓度为1mol/L的单体溶液，加入乙烯基摩尔量2％的N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，混合均匀后通氮除氧，逐渐升温至60-70℃，待温度稳定后加入混合溶液体积10％的浓度为1wt.％的2,2'-偶氮二异丁基脒盐酸盐溶液、乙烯基摩尔量1-5％的乙烯基咪唑，按液固比1g/100ml加入粒径在50-500nm的纳米碳酸钙或纳米二氧化硅，混合均匀后得到前体溶液，密封反应体系，保持温度在60-70℃，并搅拌保温反应6h，反应完成后保持搅拌并自冷至室温，得到微乳液；将所述微乳液转移到水热反应釜中进行水热反应，水热温度200℃，水热时间4h，反应完成后分离沉淀，沉淀依次以无水乙醇和去离子水洗涤，干燥后在氮气氛中保温热处理30min，热处理温度800℃，冷却后粉碎，制得碳凝胶微粉；将制得的碳凝胶微粉加入到浓度为1wt.％的聚乙二醇溶液中稀释分散，分散液固比为20g/100ml，搅拌并逐渐升温至60-70℃，加入终浓度均为2％的天冬氨酸和谷氨酸，搅拌反应40min，固液分离得到沉淀，沉淀以稀酸溶液洗涤3-5次，真空干燥。
对比例
所述褐藻未经过碳酸钠与碳酸氢钠的混合溶液的碱解处理，其它同实施例1。
测定各实施例和对比例制备的海藻提取物在80℃保温1h前后的的海藻多糖和生长素的含量，海藻多糖的检测采用硫酸-苯酚法，生长素(IAA)含量按照小麦胚芽鞘切段生物试法测定，测定结果如下：
Figure BDA0003251301920000061
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种分段酶解海藻提取物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将新鲜的海藻洗净，干燥后粉碎，将粉碎后的海藻加入到碳酸钠与碳酸氢钠的混合溶液中，液料比为(10-12)：1，混合溶液逐渐升温至50-60℃，以50-60rpm的转速保温搅拌6-12h，使混合溶液的运动粘度在70s以下，然后撤去热源并自然降温，用酸溶液调节混合溶液的pH值至7.5-8.5，待冷却至35℃以下后入胶体磨打浆，得到浆体，在浆体中加入复合酶进行酶解处理，酶解温度30-40℃，酶解时间2-4h，酶解完成后固液分离得到酶解液，低温减压浓缩至固含量不小于35％，得到提取液；
其中，所述复合酶由糖化酶、纤维素酶、果胶酶和中性蛋白酶组成，添加量分别为800U/g、1000U/g、1000U/g、600U/g；
(2)将所述提取液进行冷冻干燥制粉，制得所述海藻提取物；
所述制备方法还包括表面保护处理，所述表面保护处理包括以下步骤：
S1、碳凝胶微粉制备
称取丙烯酰胺单体和丙烯酸钠作为单体并溶解在50vol％的乙醇溶液中，得到乙烯基浓度为1mol/L的单体溶液，加入乙烯基摩尔量2％的N,N-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，混合均匀后通氮除氧，逐渐升温至60-70℃，待温度稳定后加入混合溶液体积10％的2,2'-偶氮二异丁基脒盐酸盐溶液、乙烯基摩尔量1-5％的乙烯基咪唑，混合均匀后得到前体溶液，密封反应体系，保持温度在60-70℃，并搅拌保温反应6-8h，反应完成后保持搅拌并自冷至室温，得到微乳液；将所述微乳液转移到水热反应釜中进行水热反应，水热温度160-220℃，水热时间3-6h，反应完成后分离沉淀，沉淀依次以无水乙醇和去离子水洗涤，干燥后在氮气氛中保温热处理10-90min，热处理温度600-900℃，冷却后粉碎，制得碳凝胶微粉；
其中，所述2,2'-偶氮二异丁基脒盐酸盐溶液的浓度为1wt.％；
S2、粘合剂包覆
边搅拌边在所述碳凝胶微粉中滴加加入3-5wt.％的硅酸钠溶液，滴加质量比为100：(0.5-2)，混合均匀后加入到所述海藻提取物中，充分搅拌后干燥制得表面保护处理的海藻提取物。
2.根据权利要求1所述的一种分段酶解海藻提取物的制备方法，其特征在于，所述海藻为绿藻、红藻或褐藻，所述褐藻为泡叶藻、巨藻、昆布、海带或马尾藻。
3.根据权利要求1所述的一种分段酶解海藻提取物的制备方法，其特征在于，所述碳酸钠与碳酸氢钠的混合溶液的pH为10。
4.根据权利要求1所述的一种分段酶解海藻提取物的制备方法，其特征在于，所述酸溶液为磷酸。
5.根据权利要求1所述的一种分段酶解海藻提取物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述低温减压浓缩的温度不超过65℃。
6.根据权利要求1所述的一种分段酶解海藻提取物的制备方法，其特征在于，所述前体溶液中添加有纳米碳酸钙或纳米二氧化硅，所述碳凝胶微粉包括以下后处理：
将制得的碳凝胶微粉加入到浓度为1wt.％的聚乙二醇溶液中稀释分散，分散液固比为10-30g/100ml，搅拌并逐渐升温至60-70℃，加入终浓度为1-5％的等电点小于7的氨基酸，搅拌反应40-60min，固液分离得到沉淀，沉淀以稀酸溶液洗涤3-5次，真空干燥。
7.根据权利要求6所述的一种分段酶解海藻提取物的制备方法，其特征在于，所述纳米碳酸钙或纳米二氧化硅的粒径在50-1000nm，添加的液固比为0.5-1g/100ml。
8.根据权利要求6所述的一种分段酶解海藻提取物的制备方法，其特征在于，所述氨基酸为天冬氨酸、谷氨酸中的一种或两种。
9.一种海藻提取物，其特征在于，根据权利要求1-8之一所述的制备方法制备得到。
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