一种基于可食用明胶的多肽叶面肥及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明属于高效叶面肥技术领域，涉及一种基于可食用明胶的多肽叶面肥及其制备方法和使用方法。

背景技术

明胶是胶原部分水解后的产物，其分子量分布因工艺条件不同而又有所差别。明胶的原料来源于动物皮的边角料、骨和筋腱，属于天然生物质材料，外观为淡黄色至黄色颗粒，具有粘度高、冻力高、易凝冻等物理特点。市面上常见的明胶产品有工业明胶和可食用明胶。工业明胶是制革废料粗加工的产物，其中含有多种对人体有毒害的重金属，如铬，锰，铝等，不适宜制作肥料或食品。可食用明胶原料中严禁使用制革废料，适宜制作肥料或食品，其应用广泛如制作氨基酸叶面肥，果冻，酸奶等。

多肽是由可食用明胶通过降解获得的，其富含大量的有机氮及18种以上氨基酸，并含有钙、磷、铁、锰、硒等矿物质元素，可生物降解，是一种优良的复合氮肥替代材料。多肽各方面性能优良，应用广泛，但应用在农业领域的报道不多。

现代农业的发展离不开化肥相关技术的革新。但是伴随着对化肥巨大的需求量，由于化肥的使用不合理、不科学，造成了肥料营养的大量流失，不仅导致了巨大的经济损失，更严重危害自然生态系统和人体健康。而叶面肥作为一种新兴肥料，不仅可以避免肥料营养的流失，还可以通过植物叶片的小孔和气孔直接被植物吸收利用。不仅吸收利用率高，而且使用简单易操作。通过科学的添加微量元素还可以促进植物生长，提高植物抵抗力，避免染上一些由于微量元素不足而导致的元素缺乏症，如铁萎黄症，小叶症等。

因此，针对现有施作应用中，提高化肥对小分子营养物质的螯合能力的同时，还要避免化肥因褐变而产生有毒物质，是化肥制造工艺和应用中亟待解决的重要问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于可食用明胶的多肽叶面肥及其制备方法和使用方法，本发明所述基于可食用明胶的多肽叶面肥，螯合能力强易被植物吸收，安全稳定，能够有效降低褐变并避免产生有毒物质。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种基于可食用明胶的多肽叶面肥，所述基于可食用明胶的多肽叶面肥的各原料组分的质量百分比为：5％～11％可食用明胶、8％～14％浓硫酸、0.5％～3％表面活性剂、23％～29％氢氧化钠和50％～56％水。

优选地，所述氢氧化钠为质量分数为30％的氢氧化钠溶液。

优选地，所述浓硫酸的质量分数为98.3％。

优选地，表面活性剂为吐温-80。

本发明还公开了上述基于可食用明胶的多肽叶面肥的制备方法，包括以下步骤：

1)将可食用明胶加入水中，待可食用明胶吸水膨胀后加热搅拌，得到均匀的可食用明胶溶液；

2)向所得可食用明胶溶液中滴加浓硫酸进行蛋白降解反应，反应停止后冷却，得到含有多肽的反应液；

3)先用氢氧化钠将所得含有多肽的反应液的pH值调至6～7，得到混合液，然后向所得混合液中加入表面活性剂并混合均匀，得到基于可食用明胶的多肽叶面肥。

优选地，步骤1)中，可食用明胶和水的投料质量比为1:3～1:7；步骤2)中，可食用明胶与浓硫酸的投料质量比1:0.75～1:1.5；步骤3)中，表面活性剂添加量为混合液质量的0.5％～3％。

优选地，步骤1)中，加热温度为65～75℃；步骤1)中，加热搅拌具体包括以下操作：搅拌转速为120r/min，搅拌时间为3～5min。

优选地，步骤2)中，蛋白降解的反应温度为65～75℃，反应时间为5～8h。

本发明还公开了上述基于可食用明胶的多肽叶面肥的使用方法，根据实际所需用水将上述基于可食用明胶的多肽叶面肥稀释至质量分数浓度的4％～6％，得到均匀分散的基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液；

将所得基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液喷洒于农作物叶面，其中，喷洒次数为2～4次/月，如遇阴雨天需待天晴后补喷一次。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种基于可食用明胶的多肽叶面肥，所述基于可食用明胶的多肽叶面肥具有高氨基氮含量、无有害褐变物质的使用稳定性，本发明采用可食用明胶作为原料提供丰富的多肽组分，利用浓硫酸将可食用明胶中的明胶蛋白水解为多肽，由于多肽中的氨基含量高，因此利用氨基中的氮原子提供电子同金属离子提供的空轨结合，能够形成稳定的配合键，所以螯合效果好(多肽溶液中氨基氮含量可以反应溶液螯合能力的大小)。同时，所述基于可食用明胶的多肽叶面肥中，原料选择可食用明胶而非工业明胶，避免对农作物生长环境中引入重金属铬、锰等污染物，具有环境友好性。经相关实验验证表示，本发明公开的基于可食用明胶的多肽叶面肥中，其氨基氮含量最高能够达到125.49mg/mL。此外，采用表面活性剂可以降低水滴的表面张力，提高粘附性，有利于肥料与叶片的粘合吸附。采用氢氧化钠能够将所得肥料体系的pH值调节至能够配合施做土壤的条件。因此，本发明公开的上述基于可食用明胶的多肽叶面肥，具有稳定不褐变、且氨基氮含量高的优点。叶面肥有利于生产者大批量工业化生产。

本发明还提供了上述基于可食用明胶的多肽叶面肥的制备方法。不同于传统的酶法制备，本发明先通过浓硫酸降解明胶蛋白得到多肽，再利用氢氧化钠调节体系pH值，之后加入表面活性剂，提高混合体系稳定度，同时降低体系喷洒后的水滴表面张力。本发明所述制备方法操作简单，所用原料易得、成本低，且采用了生物质材料，易于环境降解，环保无污染。其中，利用硫酸对蛋白质进行降解反应，可以降低成本并节省原料配制及反应时间，同时，本发明通过单因素实验和正交实验优化了最佳的反应条件，探索出氨基氮含量高且适宜螯合微量元素的多肽叶面肥的制备条件，能够避免生成褐变有毒物质。此外，经过此方法制备的基于可食用明胶的多肽叶面肥，其分子量小易于植物吸收，安全稳定，有利于促进生物质原料叶面肥的发展。其中，因为单因素实验误差太大所以需要正交实验降低误差，并且可以为制造者提供一个影响因素的重要性排名，有利于生产者大批量工业化生产。

本发明还公开了上述基于可食用明胶的多肽叶面肥的使用方法。通过将所得基于可食用明胶的多肽叶面肥经过稀释并喷洒，能够简单便捷的应用于农业作业中。

附图说明

图1为本发明的多肽液分子量大小分示意图；

图2为本发明的多肽红外谱图；

图3为本发明的实施例6制得的多肽叶面肥放置30天后的稳定性实验对比图；其中，(A)为本发明所制得的基于可食用明胶的多肽叶面肥，左方为优化产品多肽液，右方为100℃制备的多肽液，(B)为30天后基于可食用明胶的多肽叶面肥的溶液状态。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明提供了一种基于可食用明胶的多肽叶面肥，其原料包括可食用明胶、浓硫酸、吐温-80、氢氧化钠和水，各原料组分的质量百分比为：5％～11％可食用明胶、8％～14％浓硫酸、0.5％～3％表面活性剂、23％～29％氢氧化钠和50％～56％水。

本发明提供了上述基于可食用明胶的多肽叶面肥的制备方法，将可食用明胶与蒸馏水分别放于三口烧瓶中，可食用明胶因吸水而膨胀。将三口烧瓶置于50～80℃的油浴锅中，于120r/min低速搅拌3～5min待其混合均匀，得到可食用明胶水溶液；混合均匀后将质量分数为98.3％的浓硫酸缓慢滴加到可食用明胶水溶液中，盖上盖子，提高搅拌速度为300r/min，反应5～8h后，反应温度为65～75℃，反应结束后自然条件下冷却至室温(25～28℃)，得到反应液；向所得反应液中加入表面活性剂吐温-80，然后使用质量分数为30％的氢氧化钠溶液中和反应液，将反应液的pH值调至6～7，得到基于可食用明胶的多肽叶面肥。

其中，可食用明胶与蒸馏水质量比为1:3～1:7，可食用明胶与浓硫酸质量比1:0.75～1:1.5，表面活性剂的添加量为混合液的质量的0.5％～3％。

现有的多肽制备工艺通常分为三大类，分别是酸法、碱法和酶法。由于目前多肽类产品大部分都应用于保健和美容行业，使用酶法制备多肽的研究比较多。使用酶法的缺点也比较明显，例如生产时间长、制备效率低、反应后酶灭活提纯难度大、制备成本高等。此外，用碱法制作的肥料偏碱性会加重土壤盐碱化的程度。而本发明避免了上述制备方法具有的缺点，采用硫酸对蛋白质进行降解反应，从而得到多肽成分，因此具有制备方法简单高效的特点。

本发明提供了一种基于可食用明胶的多肽叶面肥的使用方法：根据实际所需用水将基于可食用明胶的叶面肥稀释至质量分数浓度的4％～6％，超声1～2min使其分散均匀后，得到均匀分散的基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液；将所得基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液喷洒于农作物叶面使用，其中，喷洒次数为每月2～4次，如遇阴雨天需待天晴时补喷一次。

下面结合具体实施例和数据对本发明作进一步说明。

实施例1

将可食用明胶与蒸馏水分别放于三口烧瓶中，可食用明胶因吸水而膨胀。将三口烧瓶置于65℃的油浴锅中，于120r/min低速搅拌3min待其混合均匀，得到可食用明胶水溶液；混合均匀后将质量分数为98.3％的浓硫酸缓慢滴加到可食用明胶水溶液中，盖上盖子，提高搅拌速度为300r/min，反应8h后，反应温度为50℃，反应结束后自然条件下冷却至室温(25℃)，得到反应液；使用质量分数为30％的氢氧化钠溶液中和反应液，将反应液的pH值调至6，得到混合液，然后向所得混合液中加入表面活性剂吐温-80，得到基于可食用明胶的多肽叶面肥。

其中，各原料组分的质量百分含量为：5％可食用明胶、6.25％浓硫酸、3％表面活性剂、30.75％氢氧化钠和55％水。

本发明提供了一种基于可食用明胶的多肽叶面肥的使用方法：根据实际所需用水将基于可食用明胶的叶面肥稀释至质量分数浓度为4％，超声1～2min使其分散均匀后，得到均匀分散的基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液；将所得基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液喷洒于农作物叶面使用，其中，喷洒次数为每月2次，如遇阴雨天需待天晴时补喷一次。

实施例2

将可食用明胶与蒸馏水分别放于三口烧瓶中，可食用明胶因吸水而膨胀。将三口烧瓶置于65℃的油浴锅中，于120r/min低速搅拌3min待其混合均匀，得到可食用明胶水溶液；混合均匀后将质量分数为98.3％的浓硫酸缓慢滴加到可食用明胶水溶液中，盖上盖子，提高搅拌速度为300r/min，反应8h后，反应温度为50℃，反应结束后自然条件下冷却至室温(25℃)，得到反应液；使用质量分数为30％的氢氧化钠溶液中和反应液，将反应液的pH值调至6，得到混合液，然后向所得混合液中加入表面活性剂吐温-80，得到基于可食用明胶的多肽叶面肥。

其中，各原料组分的质量百分含量为：5％可食用明胶、8％浓硫酸、3％表面活性剂、29％氢氧化钠和55％水。

本发明提供了一种基于可食用明胶的多肽叶面肥的使用方法：根据实际所需用水将基于可食用明胶的叶面肥稀释至质量分数浓度为4％，超声1～2min使其分散均匀后，得到均匀分散的基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液；将所得基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液喷洒于农作物叶面使用，其中，喷洒次数为每月2次，如遇阴雨天需待天晴时补喷一次。

实施例3

将可食用明胶与蒸馏水分别放于三口烧瓶中，可食用明胶因吸水而膨胀。将三口烧瓶置于80℃的油浴锅中，于120r/min低速搅拌5min待其混合均匀，得到可食用明胶水溶液；混合均匀后将质量分数为98.3％的浓硫酸缓慢滴加到可食用明胶水溶液中，盖上盖子，提高搅拌速度为300r/min，反应5h后，反应温度为75℃，反应结束后自然条件下冷却至室温(28℃)，得到反应液；使用质量分数为30％的氢氧化钠溶液中和反应液，将反应液的pH值调至7，得到混合液，然后向所得混合液中加入表面活性剂吐温-80，得到基于可食用明胶的多肽叶面肥。

其中，各原料组分的质量百分含量为：11％可食用明胶、14％浓硫酸、0.5％表面活性剂、23％氢氧化钠和51.5％水。

本发明提供了一种基于可食用明胶的多肽叶面肥的使用方法：根据实际所需用水将基于可食用明胶的叶面肥稀释至质量分数浓度为6％，超声1～2min使其分散均匀后，得到均匀分散的基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液；将所得基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液喷洒于农作物叶面使用，其中，喷洒次数为每月4次，如遇阴雨天需待天晴时补喷一次。

实施例4

将可食用明胶与蒸馏水分别放于三口烧瓶中，可食用明胶因吸水而膨胀。将三口烧瓶置于70℃的油浴锅中，于120r/min低速搅拌4min待其混合均匀，得到可食用明胶水溶液；混合均匀后将质量分数为98.3％的浓硫酸缓慢滴加到可食用明胶水溶液中，盖上盖子，提高搅拌速度为300r/min，反应6.5h后，反应温度为70℃，反应结束后自然条件下冷却至室温(26℃)，得到反应液；使用质量分数为30％的氢氧化钠溶液中和反应液，将反应液的pH值调至6.5，得到混合液，然后向所得混合液中加入表面活性剂吐温-80，得到基于可食用明胶的多肽叶面肥。

其中，各原料组分的质量百分含量为：9.5％可食用明胶、13.5％浓硫酸、2％表面活性剂、25％氢氧化钠和50％水。

本发明提供了一种基于可食用明胶的多肽叶面肥的使用方法：根据实际所需用水将基于可食用明胶的叶面肥稀释至质量分数浓度为5％，超声1～2min使其分散均匀后，得到均匀分散的基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液；将所得基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液喷洒于农作物叶面使用，其中，喷洒次数为每月3次，如遇阴雨天需待天晴时补喷一次。

实施例5

将可食用明胶与蒸馏水分别放于三口烧瓶中，可食用明胶因吸水而膨胀。将三口烧瓶置于70℃的油浴锅中，于120r/min低速搅拌4min待其混合均匀，得到可食用明胶水溶液；混合均匀后将质量分数为98.3％的浓硫酸缓慢滴加到可食用明胶水溶液中，盖上盖子，提高搅拌速度为300r/min，反应6h后，反应温度为70℃，反应结束后自然条件下冷却至室温(27℃)，得到反应液；使用质量分数为30％的氢氧化钠溶液中和反应液，将反应液的pH值调至6，得到混合液，然后向所得混合液中加入表面活性剂吐温-80，得到基于可食用明胶的多肽叶面肥。

其中，各原料组分的质量百分含量为：8％可食用明胶、10.2％浓硫酸、2％表面活性剂、23.8％氢氧化钠和56％水。

本发明提供了一种基于可食用明胶的多肽叶面肥的使用方法：根据实际所需用水将基于可食用明胶的叶面肥稀释至质量分数浓度为4％，超声1～2min使其分散均匀后，得到均匀分散的基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液；将所得基于可食用明胶的多肽叶面肥溶液喷洒于农作物叶面使用，其中，喷洒次数为每月4次，如遇阴雨天需待天晴时补喷一次。

实施例6

一种基于可食用明胶的多肽叶面肥，其包括原料为可食用明胶、浓硫酸、吐温-80、氢氧化钠和水，其原料具体用量的质量分数为30％的氢氧化钠溶液30g；对应其各组分质量百分比为：9％可食用明胶、11％浓硫酸、2％吐温-80、24％氢氧化钠和54％水。

其中，上述可食用明胶中的含有的明胶蛋白在剧烈的反应条件下会发生非酶褐变，生成醛和杂环胺等产物，有研究表明其中某些产物是致癌物质，某些产物和阿兹海默症有关，需要避免褐变反应的发生。因此，需要筛选出安全稳定的反应条件，确定以下单因素实验方案。进行单因素实验，通过调整其中一项条件，观察溶液状态，筛选出正交实验水平因素，如表1，表2所示。明胶蛋白水解，产生了大量游离的氨基和羧基。而螯合反应主要依靠氨基中氮原子同金属元素形成稳定的配位键，故多肽溶液中氨基氮含量可以反应溶液螯合能力的大小。以氨基氮含量为指标，进行正交实验，分析不同条件对明胶蛋白水解程度的影响，优化出最佳反应条件，并对影响因素的结果如表3所示。分析正交实验结果可以得到对于产物氨基氮含量的影响因素中，反应温度>明胶蛋白与酸比>明胶蛋白与水比>反应时间。最终得到最优的反应条件，所得多肽液中氨基氮含量最高为125.49mg/mL。

表1明胶蛋白单因素实验结果

注：Gel为明胶蛋白缩写，CSA为浓硫酸缩写。

表2正交实验因素水平确定结果

表3明胶蛋白正交实验结果

注：①Ki表示i水平对应的实验指标之和；

②ki表示i水平对应的实验指标的平均值；

③Rj表示极差，j为因素的最大kmax与最小kmin之差，即Rj＝kmax-kmin。

实施例7

一种基于可食用明胶的多肽叶面肥的制备方法，其包括可食用明胶、浓硫酸、吐温-80、氢氧化钠和水，其原料具体用量的质量分数为30％的氢氧化钠溶液30g；对应其各组分质量百分比为：9％可食用明胶、11％浓硫酸、2％吐温-80、24％氢氧化钠和54％水。

所制备的多肽液分子量分布及大小如图1所示，具体结果如表4所示。

参见图1可知，本发明制备的基于可食用明胶的多肽叶面肥，其中所含的多肽液分布均匀，多分散性良好。结合表4，可知制备的多肽液分子量在1500左右，适合被植物叶面吸收利用，适合制作叶面肥。

表4多肽液分子量结果

实施例8

一种基于可食用明胶的多肽叶面肥的方法，其包括可食用明胶、浓硫酸、吐温-80、氢氧化钠和水，对应其原料具体用量的质量分数为30％的氢氧化钠溶液30g；对应其各组分质量百分比为：9％可食用明胶、11％浓硫酸、2％吐温-80、24％氢氧化钠和54％水。

多肽液的红外图如图2所示。参见图2可知，其中在3458.26cm

实施例9

一种基于可食用明胶的多肽叶面肥的方法，其包括可食用明胶、浓硫酸、吐温-80、氢氧化钠和水，对应其原料具体用量的质量分数为30％的氢氧化钠溶液30g；对应其各组分质量百分比为：9％可食用明胶、11％浓硫酸、2％吐温-80、24％氢氧化钠和54％水。

种植实验：在植物培养间中，保持湿度在65％～75％，温度白天28℃，晚上22℃，进行种植实验。设置清水对照组、市售肥组(磷酸二氢钠叶面肥，四川国光农化股份有限公司生产)、多肽叶面肥组三组进行苏州青小油菜种植实验。用水将多肽叶面肥稀释至4％-6％，超声1-2分钟使其分散均匀后，喷洒于农作物叶面使用。市售叶面肥和多肽叶面肥30天内共喷洒3次，平时正常补水，收获后所得结果如表5所示。可以看出多肽叶面肥各项指标均优于市售叶面肥和对照组，其中叶绿素含量比市售叶面肥提升了13.29％，比清水对照组提升了62.73％，促进生长效果明显。

表5种植实验结果

注：所得数据为三次实验数据的平均值

实施例10

一种基于可食用明胶的多肽叶面肥的制备方法，其包括可食用明胶、浓硫酸、吐温-80、氢氧化钠和水，对应其原料具体用量的质量分数为30％的氢氧化钠溶液30g；对应其各组分质量百分比为：9％可食用明胶、11％浓硫酸、2％吐温-80、24％氢氧化钠和54％水。

为了验证多肽液的稳定性，按照实施例5得出的优化条件制备的多肽液同100℃其他反应条件不变的情况下制备的多肽液一起置与室温下，放置30天后，观察其溶液变化。实验结果如图3所示，参见图3中对比(A)和(B)可以明显观察到后者颜色由黄色变为红褐色，前者颜色并未发生太大变化。故实施例5中优化条件制备的多肽液更稳定安全。

综上所述，本发明公开了一种基于可食用明胶的多肽叶面肥及其制备方法和使用方法。其制备方法方法为，浓硫酸和明胶蛋白相互反应，明胶蛋白的空间结构被浓硫酸破坏降解为多肽。通过优化明胶蛋白与蒸馏水的质量比、明胶蛋白与浓硫酸的质量比、反应温度和反应时间，以产物多肽液中氨基氮含量为指标，制备出氨基氮含量高，有利于微量元素螯合适宜做叶面肥的多肽液。其包括可食用明胶、浓硫酸、氢氧化钠、表面活性剂和水，各组分质量百分比为：5％～11％可食用明胶、8％～14％浓硫酸、0.5％～3％表面活性剂、23％～29％氢氧化钠和50％～56％水。产品多肽叶面肥具有分子量小易吸收，绿色环保，无公害，稳定性好等优点。其合成工艺简单易操作，制备的多肽液氨基氮含量高，便于同微量元素螯合制备微量元素螯合叶面肥，有利于促进叶面肥多样化的发展。本发明公开的基于可食用明胶的多肽叶面肥本发明选择酸法制备多肽叶面肥，不仅优化了反应条件，而且制备出特定的易于同微量元素螯合的多肽叶面肥。本发明公开的基于可食用明胶的多肽叶面肥产品具有分子量小易吸收、螯合能力强、种植效果好，绿色环保，安全无公害，稳定性好等优点。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。