一种固体化生物刺激素及其制备工艺

文献发布时间：2023-06-19 19:37:02

技术领域

本发明涉及资源固体化领域，具体涉及一种固体化生物刺激素及其制备工艺。

背景技术

“生物刺激素”一词基本指的就是“植物生物刺激素”，往前探索该名称最初是由西班牙格莱西姆矿业公司于1976年提出，但当时并未对”生物刺激素”进行详细、明确地定义，更多的只是一种商业概念。一直到2007年，Kauffman等将生物刺激素科学定义为：一种不同于其他肥料的物质，低浓度应用可以促进植物的生长。此后，生物刺激素的研究发展急剧加快，2011年欧洲生物刺激素产业联盟(EBIC)成立，并在2012年7月重新将植物生物刺激素定义为：一种包含某些成分和(或)微生物的物质，这些成分和(或)微生物施用于植物叶片或根际时，能调节植物体内的生理过程。如有益于吸收营养、抵抗非生物胁迫及提高作物品质等，而与营养成分无关(EBIC，2012)。

近年来，我国对于生物刺激素的认知也越来越清晰，生物刺激素相关原料及产品在国内的规模也越来越大。我国对于生物刺激素的定义基本沿用了欧洲的定义，NY/T3831-2021中将生物刺激素定义为：能使植物通过合成生长促进物质和(或)通过不受养分物质影响的养分过程来刺激其生长的成分，可达到提高植物养分利用率或吸收率，提高植物非生物胁迫耐受性，及/或改良作物品质性质等效果目标。现今，我国国内主要的生物刺激素种类包含了：腐植酸类、海藻酸类、氨基酸类、复合有机物质、有益化学元素、非有机矿物、微生物菌剂及代谢产物等。

生物刺激素作为近年来被国内广为认知和推崇的产品，其相关生产技术方面的专利极少，现有的主要为生物刺激素产品配方相关的专利。例如：中国专利CN202111117374公开了一种生物刺激素及其制备工艺，其内容是通过茶皂素和海藻提取物来制备一种生物刺激素。中国专利CN20210657745公开了生物刺激素组合物、肥料及其制备和使用方法，其内容主要是通过二氢茉莉酸丙酯和半叶素组合物A以及半叶素、5-氨基乙酰丙盐酸、氮肥组合物B组合的生物刺激素的制备和使用方法。中国专利CN202021454294公布了一种海藻与鱼蛋白复合液体生物刺激素制备装置，其内容主要是以海藻、鱼蛋白主要生产原料通过该发明装置(包括发酵罐、过滤器、混合罐)生产出一种海藻与鱼蛋白复合液体的生测刺激素。本申请是涉及生物刺激素生产技术方面的专利，与上述专利关注的方向、内容领域完全不同。

此外，我国液体生物刺激素原料固体化方面的相关技术专利同样基本没有。较为相近的，其他领域关于水分吸收的相关专利包括：中国专利CN201210477963公布了一种水合物利用聚光太阳灶转化热能的方法，其中提到通过结晶水合物结晶水失水及吸水来进行转化热能；中国专利CN202111617708公布一种特异性吸水复合材料及其制备工艺和在高水分低NMP含量废气处理中的应用中提到通过结晶水合物来吸水。但上述这些涉及水分吸收的专利的运用领域及实施目的、过程方法、结果与本申请完全不同。

同时，由于生物刺激素其具有自身的特殊属性，是作为作物种植的生产资料来使用，所以安全性很重要，在选择、使用水分吸附材料时，应考虑水分吸附材料本身对于种植环境是无害，甚至最好有益于作物的生长。

就国内现有的相关专利来说，生物刺激素相关专利性技术基本都是生物刺激素产品配方的技术；在目前实际生产过程中通常部分固体生物刺激素原料是通过对液体生物刺激素原料进行浓缩和干燥两步法完成的。浓缩工艺一般采用蒸发浓缩方式和膜过滤浓缩方式。干燥工艺一般采用喷雾干燥方式。缺点是：1)由于生物刺激素液体原料浓缩过程中物料黏度普遍上升，对浓缩进程会产生不利影响，甚至导致无法达到目标水分含量的情况。2)液体料液在浓缩和干燥过程中，普遍需要对料液进行升温以满足工艺要求。以及伴随的局部过热情况，都会导致原料中的关键成分失活，影响产品使用效果。3)工艺能耗大。4)工艺复杂，加工成本高。5)通常只能实现单一液体原料的固体化，无法同时固体化多种原料。而将水分通过形成结晶水合物来吸附或通过氢键、范德华力增强对液体原料水分固定的相关专利性技术难以发现在生物刺激素领域被使用、实践过。

现今也难以找到将液体生物刺激素原料固体化的相关专利性技术。由于现今生物刺激素越来越被肥料生产商、农业种植者所认可，所以其需求量也越来越大。现今生物刺激素的品种及剂型也很多，液体的生物刺激素原料更多，比如：液体海藻酸、液体菌代谢产物、液体特种元素、植物源液体降解有机物等，但从加工使用角度以及运输角度来考虑，市场上更倾向于使用固体产品，所以将液体生物刺激素原料固体化存在着必要的、实际的技术需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一个而提供一种将能够形成结晶水合物的无机盐和/或能够通过氢键或范德华力等物理方式增强水分固定的物质作为液体生物刺激素水分的吸附剂，来将液体原料转化为固体原料，以便后期的生产及运输使用，能够满足市场现实需求的固体化生物刺激素及其制备工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种固体化生物刺激素，该刺激素的原材料包括液体生物刺激素原料和吸附剂；吸附剂能够吸附的最大水分重量不小于液体生物刺激素原料的含水重量。

进一步地，所述的吸附剂与液体生物刺激素原料中含水量的重量比为1:(0.01-1)；液体生物刺激素原料的水分含量为30-99.9wt％。

进一步地，所述的吸附剂包括形成结晶水合物的吸附剂和/或通过物理方式增强水分固定的吸附剂；所述的液体生物刺激素原料包括聚谷氨酸、海藻酸、菌剂、氨基酸、聚天门冬氨酸或鱼蛋白多肽。换句话说，液体生物刺激素原料包括但不限于含聚谷氨酸、海藻酸、菌剂、氨基酸、聚天门冬氨酸或鱼蛋白多肽等液体生物刺激素原料。

进一步地，所述形成结晶水合物的吸附剂为能够吸收游离水并形成结晶水合物的无机盐，具体包括无水/一水硫酸镁、无水硫酸铜、无水硫酸锌、无水硫酸铁、无水硫酸亚铁、无水硫酸钠、无水氯化钙、无水硫酸钙或无水碳酸钠等中的一种或多种；

所述通过物理方式增强水分固定的吸附剂包括淀粉、纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾或聚丙烯酸钠；所述的物理方式包括氢键或范德华力中的一种或多种。

复合吸附剂：可以为上述多种形成结晶水合物的吸附剂复配而成、上述多种通过氢键或范德华力等物理方式增强水分固定的吸附剂复配而成，也可以为上述单个或多个多种形成结晶水合物的吸附剂与上述单个或多个多种通过氢键或范德华力等物理方式增强水分固定的吸附剂复配而成的吸附剂。镁、钙、硫、铁、铜、锌都是作物生长所需的中量、微量元素而淀粉、纤维素、聚丙烯酰胺等常被用作土壤调理剂的生产原料，所以这些吸附剂本身对于作物生长也是无害，甚至有些能够提供种植必备的生长元素。

一种如上所述固体化生物刺激素的制备工艺，该方法主要包括以下步骤：

将吸附剂加入至固液混合搅拌设备中，并启动固液混合搅拌设备；

在固体吸附剂均匀搅拌过程中缓慢加入液体生物刺激素原料；

待液体生物刺激素原料全部加完后，持续搅拌后进行出料，即得固体化生物刺激素。

一种液体生物刺激素原料固体化的工艺，包括以下步骤：根据需要固体化的液体生物刺激素总量、其含水量以及所选用的吸附剂，可吸收水分形成结晶水合物的无机盐和通过氢键和范德华力增强水分固体，品种，计算出所需吸附剂的用量；之后将吸附剂一次性或按比例加入至带冷却功能的固液混合搅拌设备中，按顺序先后启动混合搅拌设备的冷却功能和搅拌功能，搅拌功能主要通过设备内部的搅拌桨来实现、冷却功能通过设备内部中空搅拌桨或筒体外部夹套中通液体冷却介质来实现，冷却功能的启动根据实际所需来定，并缓慢加入等比例的液体生物刺激素原料，在液体生物刺激素水分被吸附的过程中可能会产生放热，带结晶水物质结晶过程放热，通过设备冷却功能控制混合设备中的物料温度在一定范围内，加完液体生物刺激素原料并通过均匀搅拌混合，之后完成出料，即得到含吸附剂的固体生物刺激素原料。

进一步地，所述的固液混合搅拌设备设有冷却夹套，冷却夹套中包含冷却介质。

加入液体生物刺激素原料后，吸附剂即刻吸收原料中的水分并开始放热，即吸附剂吸水放热、搅拌过程中机械热，混合搅拌设备中物料温度开始上升，吸附过程中物料温度可以为常温至100℃。如温度过高会使生物刺激素产品中的有效活性物质失活、含菌类的产品中的有效菌死亡、含菌代谢产物类的生物刺激素产品中的有效成分分解，从而导致该类生物刺激素产品失效，因此需要控制温度。

进一步地，固液混合搅拌设备，设备采用中空搅拌桨和/或筒体外带夹套，通过中空搅拌桨、夹套中通液体冷却介质来达到冷却功能，液体冷却介质的温度可以控制在7～37℃，设备中的搅拌转速为0-1600rpm。

进一步地，加入液体生物刺激素原料时，搅拌转速为0-500rpm，出料前，搅拌转速为500-1600rpm，出料时，搅拌转速为0-50rpm。

进一步地，固体化生物刺激素的物料细度小于1mm。

进一步地，出料前搅拌时间为5-20min。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)现有技术基本都是围绕着生物刺激素配方的，对于液体生物刺激素原料固体化的技术基本没有，本发明从实际原料运输和后期使用需求考虑，将液体生物刺激素原料固体化，同时，考虑到后期最终产品是用于作物种植过程，所以采用的吸附剂须对作物无害化，甚至有利于作物生长所需；

(2)本发明以实际市场需求为导向，将液体生物刺激素原料转化为固体原料。现今，生物刺激素已成为农业种植领域非常重要、热门的一类生产资料，其可以加入肥料中制备成新型肥料，也可以直接进行农用，其使用量也在逐年增长。由于，生物刺激素及其原料种类较多，其中液体也占据大量的比例，而液体生物刺激素原料的使用受到其本身剂型的影响，运用方法及领域相对固体原料较为窄，同时，农用生产资料的使用及生产，在习惯上都更倾向固体。在此情况下，本发明的工艺可以帮助解决这一问题，满足市场在这一方面的需求。此外，本发明的工艺还具备工艺操作简便、生产效率高等优势；

(3)本发明实现液体原料固体化，原料物性和水分含量的适应性广；全流程温度控制，防止活性成分失效；产品混合均匀，质量稳定；产品粒径粒径控制，防止粒径增长和团块；可以同时加工多种液体原料，形成复合固体化产品；能耗低，一步法，工艺简单。此外，本发明采用的吸附剂为可吸收水分的无机盐以及常被用作土壤调理剂生产原料的淀粉、纤维素、聚丙烯酰胺等，其中很多种类能对作物种植提供必需的中、微量元素，所以对于作物种植也是无害的。

附图说明

图1为本发明工艺流程简图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种固体化生物刺激素及其制备工艺，如图1，实则为液体生物刺激素原料固体化的工艺，包括以下步骤：

(1)前期准备：首先，根据单批次需要固体化的液体生物刺激素原料重量以及原料水分的含量，计算出所需吸附的水分重量。再根据所用的吸附剂品种，比如无水/一水硫酸镁、无水硫酸铜、无水硫酸锌、无水硫酸铁、无水硫酸亚铁、无水硫酸钠、淀粉、纤维素、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸钠、复合吸附剂等，计算出所需吸附剂的重量。吸附剂能够吸附的最大水分重量应大于等于液体生物刺激素原料的含水重量；吸附剂与液体生物刺激素原料中含水量的重量比为1:(0.01-1)；

(2)将吸附剂一次性或按比例多次加入至带冷却功能的固液混合搅拌设备中，混合搅拌设备应采用带冷却功能的固液混合搅拌设备；

(3)固液混合搅拌设备通过内部搅拌桨进行固液物料的均匀搅拌混合，搅拌桨的速度为0-1600rpm；设备应采用中空搅拌桨或筒体外带夹套，通过中空搅拌桨、夹套中通液体冷却介质来达到冷却功能，液体冷却介质的温度可以控制在7-37℃。

(4)启动混合搅拌机，先后开启冷却功能，冷却功能的启动根据实际所需来定，及搅拌功能，搅拌桨转速设为低转速，即0-500rpm。在固体吸附剂均匀搅拌过程中缓慢的加入与吸附剂等比例的液体生物刺激素原料，液体生物刺激素原料的水分含量为30-99.9wt％；

(5)加入液体生物刺激素原料后，吸附剂即刻吸收原料中的水分并开始放热，吸附剂吸水放热、搅拌过程中机械热，混合搅拌设备中物料温度开始上升，吸附过程中物料温度可以为常温至100℃。通过混合搅拌设备的冷却功能使物料温度不超过100℃，确保不会因温度过高而对液体生物刺激素原料中的有益物质产生影响；

(6)待液体生测刺激素原料全部加完后，将搅拌桨转速设为高转速，即500-1600rpm，继续混合5-20分钟，然后将搅拌桨转速调整为0-50rpm并开始出料。出料后即得含吸附剂的固体生物刺激素原料，物料细度小于1毫米。

实施例1