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1、毕 业 论 文论文题目 虾下脚料制备多功能叶面肥的研究21摘 要本项目的研究以绿色环保和复合多功叶面肥为宗旨，以虾下脚料为原料，对传统虾下脚料加工工艺进行改进。同时引入原子经济性概念，设计出能使原料100%转化成产品的新工艺。研究结果表明：(1)处理虾下脚料的最佳碱液浓度为4.5%；最佳酸浓度为2.45%；(2)经酸碱处理后，虾下脚料可得到产品甲壳素13.77和蛋白质27.03；(3)经分析测定，在酸碱处理液中含氨基酸0.5，钙38.9mg/L，镁55.367mg/L，钾20.00g/L，氮4.53g/L，磷78.93g/L，是一种营养平衡的多功叶面肥；(4)经本工艺处理可得到甲壳素、虾肽蛋白
2、和多功能叶面肥，并使整个加工过程达到零排放、零污染。该项目的研究结果，开辟了虾下脚料加工的新方法和新工艺，对解决长期困绕我国沿海养殖加工区的环境污染和资源浪费问题，创建洁净生产示范工程具有重要的作用。关键词：虾下脚料；叶面肥；原子经济性；甲壳素；虾肽蛋白 目 录1.前言I1.1 植物需要的营养素11.2 叶面肥的种类11.2.1 氮基酸加营养素型11.2.2 植物生长调节剂加元素型11.2.3 无机营养型11.2.4 腐植酸加营养元素型11.3 国内外叶面肥的发展趋势11.4 研究意义21.5 在叶面肥研究中提出原子经济性概念31.6 本项目叶面肥料工艺流程的确定42.材料与方法52.1 供试
3、材料52.2 主要仪器及药品52.3 试验方法52.3.1 虾下脚料中粗蛋白的脱除方法52.3.2 虾壳中钙、镁的脱除方法62.3.3 叶面肥母液的制备方法72.3.4 叶面肥的品质评价方法72.3.4.1 总氮的测定72.3.4.2 总磷的测定72.3.4.3 钾的测定82.3.4.4 钙的测定82.3.4.5 镁的测定82.3.4.6 氨基酸的测定82.4 叶面肥母液制备的工艺流程83.结果与讨论83.1 碱的用量与反应时间对提取虾下脚料中粗蛋白质的影响83.1.1 物料比与粗蛋白产量关系83.1.2 KOH浓度与粗蛋白质产量的关系93.1.3 水解时间与粗蛋白质产量的关系113.2 酸的
4、用量与反应时间对虾壳钙、镁脱除的影响123.2.1物料比与二氧化碳产量的关系123.2.2 酸的浓度与二氧化碳产量的关系133.2.3不同温度对二氧化碳产量的影响143.3 叶面肥母液的制备143.4 叶面肥的品质评价153.4.1 叶面肥中氮、磷、钾及钙、镁的含量153.4.2 叶面肥中氨基酸的含量与组成153.5 小结与展望16参考文献18Abstract20致谢211.前言1.1植物需要的营养素在植物体内可以检测到70多种化学元素，但国际公认的高等植物生长发育所需的必需营养元素仅有16种，它们是碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、
5、铁(Fe)、硼(B)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)和氯(C1)。按植物对它们需要量的多少，可分为大量营养元素、中量营养元素和微量营养元素。大量营养元素包括碳、氢、氧、氮、磷、钾；中量营养元素有钙、镁、硫；微量元素包括铁、硼、锰、铜、锌、钼和氯。绿色植物吸收营养的途径主要有两个，即根和叶。作物主要通过根吸收土壤或营养液中的养分。叶面施肥，可使营养物质从叶部直接进入体内，参与作物的新陈代谢与有机物的合成过程，因而比土壤施肥更为迅速有效。施加叶面肥能补充根部施肥的不足、迅速补充营养、充分发挥肥效、经济合算、减轻对土壤的污染。1.2叶面肥的种类1.2.1 氮基酸加营养素型 氨基酸来自
6、动植物的一些下脚料或其他物质发酵及水解后添加微量元素而成。 1.2.2 植物生长调节剂加元素型 人工合成的一些与天然激素有类似分子结构和生理效应的有机物质添加微量营养元素而成。 1.2.3 无机营养型 复合各种化学肥料而成。 1.2.4 腐植酸加营养元素型 腐植酸与营养元素相混配制成。利用腐植酸与金属离子间有交换、吸附、配合、凝聚、胶溶等作用，可大大提高肥效，是目前常用的叶面肥之一。1.3国内外叶面肥的发展趋势 根据当今国内外肥料发展总趋势的要求，叶面肥发展趋势应为： (1) 绿色环保化。随着全球环保意识的增强，本世纪将是一个“绿色革命”的时代。据统计，绿色产品当今市场占有率仅为510，随着人
7、们消费意识和消费行为的转变，其今后的市场占有率将越来越高，“绿色壁垒”将成为主要贸易壁垒。在这种情况下，绿色产品的开发与利用的市场需求潜力非常巨大。 (2) 复合多功能化。这是叶面肥发展的主导方向，也是市场上推广的主导产品。其主要特点是：营养丰富，既加入作物生长所需营养元素，又含有具有高生物活性的腐植酸，可有效促进作物生长，具有抗逆、防病作用，是一种复合多功能型叶面肥。(3) 天然汁液、矿物化。如海藻素、迦姆素、茹脚浸提液等。综上所述叶面施肥确为一种既经济又有效的施肥措施。1.4研究意义根据叶面肥的发展趋势，我们迫切需要研究一种绿色环保的多功能叶面肥。这就是本次研究的目的。 随着我国渔业产业结
8、构的调整，海洋捕捞业实施零增长战略，水产养殖业增强了发展势头，虾类养殖尤其是虾类的淡水养殖发展更为迅速。据统计，我国每年生产海蟹、海虾约 5000多万吨，由此产生的虾蟹壳资源在 1000多万吨左右，可生产甲壳素及其衍生产品30多万吨。但目前我国甲壳素产量还只有 3万多吨，且 99% 是作为原料出口。虾头和虾壳含有的甲壳质，经过加工处理能够制成甲壳素、壳聚糖、氨基葡萄糖盐酸盐和虾青素，可广泛应用于食品、医药和化工等行业：虾头、虾壳、虾足中可提取残留的蛋白质及脂类和矿物质等，供人和动物食用。近年来，甲壳素及其衍生物如壳聚糖等作为药物载体、膜材料、化妆品等在食品、农业、化工等领域中广泛应用8。我国虾
9、资源丰富，虾肉味道鲜美，营养丰富，是一类深受人们欢迎的水产品，但是由此带来的大量的固体废弃物虾壳不仅污染环境，而且浪费资源。仅少量用于制备甲壳素、提取氨基酸和虾青素。虾头、虾壳中甲壳素含量为10-20，蛋白质含量为20-40，其余为矿物质元素类等，其中含量最丰富的是钙，含量达30-40，其次是磷，色素含有4-5；采用氨基酸自动分析仪法对供试虾头、虾壳蛋白质、脱脂牛奶粉和酪蛋白的氨基酸组成进行分析，以全鸡蛋蛋白质为标准参考蛋白，对供试蛋白质的必须氨基酸和平均化学评分计算结果表明，在虾头壳蛋白质中，必须氨基酸占45.33。与牛奶蛋白粉的46.59和酪蛋白的46.14基本接近。由此我们可以利用废弃的
10、虾壳开发含有丰富氨基酸、植物所需要的大量元素、中量元素、微量元素的多功能叶面肥。1.5在叶面肥研究中提出原子经济性概念化学工业的发展极大地推动了人类物质生产和生活的巨大进步。从钢铁冶金、水泥陶瓷、酸碱肥料、塑料橡胶、合成纤维，直到医药、农药、日用化学品等行业无不与化学工业息息相关，可以说现代社会生活已完全离不开化学工业和化工产品。然而随着工业化的不断深入，进入自然生态环境废弃物和污染物越来越多，造成了严重的环境污染，对人类自身形成了威胁。同时，也破坏了全球生态环境的平衡。化工污染的主要原因是未能有效地利用资源，产生了大量的有害物质，而通常解决化学污染问题的诸多办法基本上都是以末端治理为主，实践
11、表明这类办法的效果是极其有限的。虽然世界各国花了大量资金对化工污染进行治理，但即使在先进的发达国家效果也是有限的。通过以下两方面可以有效解决化工生产的污染问题。一是，化工清洁文明生产14；二是，循环经济。清洁生产(Cleaner Production)是1988年由联合国环境规划署工业与环境规划行动中心(UNEPECPAC)提出的15。清洁文明生产是通过清洁工艺和清洁产品的两条基本途径来谋求达到：通过资源的综合利用，短缺资源的代用，二次资源的利用及节能、降耗、节水，合理利用自然资源，减缓资源的耗竭；减少废物和污染物的生成和排放，促进工业产品的生产，消费过程与环境相容，降低整个工业活动对人类和环
12、境的风险16。清洁文明生产目标的实现将体现工业生产的经济效益、社会效益和环境效益的统一，保证国民经济的持续发展。所谓循环经济是一种倡导与环境和谐的经济发展理念和模式，以实现资源使用的减量化、产品的反复使用和废物的资源化为目的，用”资源一产品一再生资源”的环状反馈式循环理念重构经济运行过程，其特征是低开采、高利用、低排放，最大限度地使物质和能源在经济循环中得到合理和持久的利用，最终实现最优生产、最适消费、最少废弃17。随着我国水产养殖业的发展，近年来我国水产加工业也在迅速壮大18。甲壳类加工的规模越来越大，使得加工下脚料相对集中，且原料的新鲜度越来越高， 使下脚料的综合利用成为可能19。目前，我
13、国主要用这些下脚料来生产甲壳素， 而蛋白质经碱处理后作为废水排放，造成环境污染，且浪费了蛋白质和虾青素等重要资源20。过去人们在生产肥料时，并没有考虑到环保问题，大量的酸、碱废液排放到环境中，造成了极大的环境污染。考虑到绿色环保方面，我们需要进一步改善叶面肥的生产方法。现今国内对虾头、虾壳的利用仅仅只考虑产物的一元化，对原材料的利用是有限的；加工过程中试剂的循环利用也不充分的，从而造成很大的浪费和增加了污染物的排放。考虑到产品要多元化，试剂在加工过程中能循环再用；并可将废液回收，继续投入生产这几个方面。我们想到了在叶面肥研究中提出原子经济性这个具有绿色环保意义的概念。原子经济性的概念是1991
14、年美国著名有机化学家Trost提出的，原子经济性的概念认为高效的有机合成反应应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中去达到零排放，并用原子利用率对其进行了定量： 原子利用率= 目标产物的相对分子量反应物质的相对分子量之和原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，对环境造成的污染也越少。在一般的有机合成反应中： A+ B = C +D 主产物副产物反应产生的副产物D往往是废物，因此可成为环境的污染源。绿色有机合成应该是原子经济性的，即原料的原子100%转化成产物，不产生废弃物。本次研究就是要将所有的原料、加工过程中加入的试剂全部变为产物，不产生废弃物。在生产过程中保证绿色环保性。1
15、.6本项目叶面肥料工艺流程的确定本次研究的主要产品为叶面肥，副产品有蛋白粉、甲壳素、二氧化碳。虾壳里富含大量蛋白质，其水解后成为多种氨基酸，在这些水解液中加入磷、钾等植物生长所需要的营养成分后便可以制备成叶面肥。而未能水解的蛋白质可以通过调节PH值使其沉淀出来，经过滤干燥后制成富含虾红素的蛋白粉，可继续用于各种营养品、饲料的加工。而经过处理的虾壳脱除了蛋白质、虾红素、碳酸钙、碳酸镁等物质后，便是甲壳素。甲壳素用水冲洗至中性后，放人1%的高猛酸钾液中浸泡数小时，滤出洗净后再用1%亚硫酸氢钠溶液搅拌浸泡1小时，使之漂白。然后烘干成为甲壳素成品。目前市场上甲壳素价格不断地攀高，已达85元kg(品级甲
16、壳素)，发展甲壳素产业有很好的社会和经济效益，孕育着很大的商机和利润。同时甲壳素能进一步加工成壳聚糖。考虑到主产物是叶面肥，脱除蛋白这个步骤中，不选用传统的氢氧化钠试剂，而采用氢氧化钾。如果采用氢氧化钠，除去蛋白后的氢氧化钠溶液将是废液。而钾元素是植物生长所需要的元素。选择氢氧化钾这种试剂的优点在于，不需要额外加入叶面肥里需要的钾元素。脱除蛋白后的氢氧化钾溶液里面就含有大量水解了的氨基酸和钾离子，这就是经碱处理的叶面肥母液。加入的试剂既能符合工艺需求，又能为产品服务。 在脱钙这一步里我们也没有采用传统的加盐酸处理的方法，而是用磷酸作为除钙的试剂。原因跟前面所说的一样。用盐酸脱钙后，溶液只能作为
17、废液。而且盐酸易挥发，对周边环境产生污染。但用磷酸脱钙、镁后，溶液能直接加到经碱处理的叶面肥母液中。从而在含有氨基酸和钾离子的母液中，增加了植物生长所需要的磷元素、钙离子和镁离子。把除钙、镁后的磷酸溶液加入到除蛋白后的氢氧化钾溶液中，既可起到丰富肥料营养的目的，又可调节母液的pH值，使母液从碱性调节到酸性。当母液的pH达到45之间时，未水解成氨基酸的蛋白质便会沉淀出来。经过滤后，滤液为叶面肥，滤渣为蛋白质。2.材料与方法2.1供试材料从市场采购的麻虾，将其去肉(取虾仁)，剩下的头部、虾壳和虾尾作为供试材料。2.2主要仪器及药品表1主要试验药品试剂名称规格厂家氢氧化钾分析纯广州化学试剂厂磷酸分析
18、纯洛阳市化学试剂厂凡士林分析纯广州化学试剂厂表2主要仪器仪器设备名称型号、规格厂家分析天平JA2003型电子分析天平上海精科天平烘箱予华牌KQ-B型玻璃仪器烘干器巩义市英峪予华仪器厂电热恒温水槽DK-8D型上海顿克仪器科技有限公司分光光度计721可见分光光度计深圳市多谱纳仪器仪表有限公司原子吸收分光光度计361MC上海精密仪器仪表有限公司安捷伦液相色谱Agilent 1100 Series HPLC厦门市莱胜科技有限公司2.3试验方法2.3.1虾下脚料中粗蛋白的脱除方法1）物料比试验分别加入粉碎干虾下脚料5.0g、6.0g、7.0g、8.0g、9.0g、10.0g,加入1.5%KOH100mL
19、和沸石几颗进行6组试验。置于电热炉石棉网上加热并沸煮5分钟。冷却后过滤,将虾壳与含蛋白质的溶液分离开，用水冲去粘附在虾壳的残留蛋白和脂类物质，水洗至中性，收集，备用。滤液用磷酸调pH4.7，沉淀蛋白质。滤渣烘干备用。等滤液中的蛋白质完全沉淀后过滤，滤出的蛋白质烘干并称重。滤液为经碱处理的叶面肥母液，保留备用。2）KOH浓度试验将虾下脚料烘干粉碎，增大物料的表面积，使反应更加充分，缩短反应时间。分别加入0.0 g、0.5 g、1.0 g、1.5 g、1.7 g、1.8 g、1.9 g、2.0 g、2.5 g、3.5 g、4.5 g、5.5 g、6.5g氢氧化钾，粉碎干虾壳9g、蒸馏水100mL，
20、置于电热炉隔石棉网上加热并沸煮6分钟，使蛋白质与虾壳分离。冷却后过滤，将虾壳与含蛋白质的溶液分离开，用水冲去粘附在虾壳的残留蛋白和脂类物质，水洗至中性，收集，备用。滤液用磷酸调pH 4.7，沉淀蛋白质。等滤液中的蛋白质完全沉淀后过滤，滤出的蛋白质烘干并称重。滤液为经碱处理的叶面肥母液，保留备用。3）反应时间试验每个烧杯加入干虾下脚料9g、1.5%KOH100mL、沸石几颗。分别置于电热炉上隔石棉网加热并沸煮2、4、6、8、10、15、20、25、30、40、50、60、120min。冷却后过滤,将虾壳与含蛋白质的溶液分离开，用水冲去粘附在虾壳的残留蛋白和脂类物质，水洗至中性，收集，备用。滤液用
21、磷酸调pH4.7，沉淀蛋白质。滤渣烘干备用。等滤液中的蛋白质完全沉淀后过滤，滤出的蛋白质烘干并称重。滤液为经碱处理的叶面肥母液，保留备用。2.3.2虾壳中钙、镁的脱除方法1）物料比试验配制30毫升2.45%的磷酸7组，分别加入1.5、1.6、1.8、2.0、2.5、3.0、3.75 g已脱蛋白质的干虾壳。放入水浴锅，50水浴2小时，收集产生的二氧化碳，并测量其体积。过滤，滤渣为甲壳素，滤液为含有大量钙、镁的酸性溶液，即为经酸处理的叶面肥母液，保留备用。将滤渣用清水洗至中性后烘干，便是甲壳素。进行3次平行实验，取平均值。2）磷酸浓度试验将98的磷酸分别稀释10、20、30、40、50、60、70
22、、80、90、100、110、120、130倍（即浓度分别为9.80、4.90、3.27、2.45、1.96、1.63、1.40、1.23、1.09、0.98、0.89、0.82、0.75）。取100毫升圆底烧瓶10只并编号110，加入2克已脱蛋白质的干虾壳。分别加入稀释10、20、30、40、50、60、80、100、120、130倍的磷酸30毫升。将110号烧瓶放入水浴锅，水浴20min，收集产生的二氧化碳，并测量其体积。将110号溶液过滤，滤渣为甲壳素，滤液为含有大量钙、镁的酸性溶液，为经酸处理的叶面肥母液，保留备用。将滤渣用清水洗至中性后烘干，便是甲壳素。进行3次平行实验。3）温度试验
23、取100毫升圆底烧瓶4只并编号14，加入2克已脱蛋白质的干虾壳。加入30毫升2.45%磷酸。将14号圆底烧瓶分别放入40、50、60、80水浴锅，水浴3min，收集产生的二氧化碳，并测量其体积。将14号溶液过滤，滤渣为甲壳素，滤液为含有大量钙、镁的酸性溶液。将滤渣用清水洗至中性后烘干，便是甲壳素。滤液为经酸处理的叶面肥母液，保留备用。进行3次平行实验。2.3.3叶面肥母液的制备方法1.碱处理液的制备：取1个100mL烧杯并编号。加入氢氧化钾5.5克，粉碎干虾壳9g、蒸馏水100mL、沸石几颗。置于电热炉上隔石棉网加热并沸煮1小时。冷却后过滤。滤液为经碱处理的叶面肥母液，保留备用。滤渣为已脱除蛋
24、白质的虾壳，洗至中性后，烘干备用。2.酸处理液的制备：取1个烧杯，将上一步烘干的已脱除蛋白质的虾壳放到烧杯里。加入2.45磷酸70mL，并放到50的水浴恒温槽中，水浴1小时。待无气泡生成后，取出并过滤。滤液为经酸处理的叶面肥母液，保留备用。滤渣为甲壳素，用清水洗至中性后，烘干。3.取5支小试管，各加入2毫升碱处理后的叶面肥母液。再分别加入4.0、4.5、5.0、5.5、6.0毫升经酸处理的叶面肥母液。摇匀后静止20分钟。然后观察其生成沉淀的情况并记录。4.将上一步分层的溶液过滤。滤渣为蛋白质，将其烘干。滤液为含有多肽、氨基酸、钙、镁、磷、的多功能叶面肥。2.3.4叶面肥的品质评价方法2.3.4
25、.1总氮的测定总氮的测定参照GB11894-1989272.3.4.2总磷的测定总磷的测定参照GB11893-1989282.3.4.3钾的测定钾的测定参照GB11904-1989292.3.4.4钙的测定钙的测定参照GB7476-1987302.3.4.5镁的测定镁总量的测定参照GB7477-1987312.3.4.6氨基酸的测定将叶面肥收集后，加热浓缩到原来体积的2/3。然后用液相色谱进行测定氨基酸的含量。检验依据参考安捷伦“Sensitive and Reliable Amino Acid Analysis in Protein Hydrolysates using the Agilen
26、t 1100 Series HPLC”。2.4叶面肥母液制备的工艺流程叶面肥制备工艺流程如下图虾下脚料碱处理酸处理酸处理液甲壳素（产品）二氧化碳（产品）碱处理液中和蛋白质叶面肥母液氮磷钾钙镁氨基酸其他多肽甲壳素壳聚糖虾红素脑磷脂其他微量元素图1 叶面肥制备工艺流程图3.结果与讨论3.1碱的用量与反应时间对提取虾下脚料中粗蛋白质的影响3.1.1物料比与粗蛋白产量关系物料比与粗蛋白产量关系如表3和图2所示。表3 物料比与粗白产量关系试验编号物料比沸煮时间粗蛋白质干重g粗蛋白的产量%11：20.001.3426.7621：16.701.6226.9631：14.305min2.0629.4741：1
27、2.502.3929.9251：11.102.9733.0261：10.003.0630.57备注：物料比为1g干虾下脚料加入KOH的毫升数；KOH浓度为1.5%。图2 物料比与粗蛋白质产量的关系从图2可见，当物料比为1：11.10时，得到的虾蛋白最多，为最佳物料比。而投入虾下脚料过少反应物不够，导致产物少。投入虾下脚料过多时，反应物过量，反应不充分从而导致产物少。3.1.2 KOH浓度与粗蛋白质产量的关系KOH浓度与粗蛋白质产量的关系如表4和图3所示。表4 KOH浓度与粗蛋白质产量的关系编号干虾下脚料量/g蒸馏水KOH/%沸煮时间蛋白质干重/g粗蛋白的产量/%10.000.313.4620.
28、501.4115.6231.001.9321.4541.502.8031.0751.702.5428.1969.00100mL1.806min2.4827.5371.902.3425.9882.002.1423.8192.502.0522.76103.501.9221.37114.501.6017.76125.501.5717.39136.501.5917.72图3 KOH浓度与粗蛋白质产量的关系从上图可见：（1）KOH的浓度小于1.5时，产生蛋白质的量随KOH的浓度增加而增加；（2）KOH的浓度大于1.5时，随KOH浓度增加，产生蛋白质的量逐渐减少，减少的原因有可能与部分蛋白质水解成多肽或氨
29、基酸有关；（3）KOH浓度大于4.5时，蛋白质量减少量趋于平衡。即使提高碱的用量，在本试验条件下，蛋白质的水解也只能达到15左右；（4）而当KOH的浓度在1.5时，获得的蛋白质最多，证明在本试验条件下可以达到最佳的脱除效果；（5）若要制备含氨基酸和多肽的叶面肥，KOH的浓度选取4.5为宜。3.1.3水解时间与粗蛋白质产量的关系水解时间与粗蛋白质产量的关系如表5和图4所示。表5 水解时间与粗蛋白质产量的关系实验编号碎干虾壳（g）蒸馏水（mL）KOH(g)煮沸时间min粗蛋白质干重（g）粗蛋白质产量（）12.004.5350.3024.004.4749.7036.003.9243.5948.003
30、.2836.46510.002.8131.2669.00100.001.5015.002.6429.30720.002.5928.78825.002.5027.73930.002.4327.031040.002.3425.981150.002.1824.221260.002.0923.2013120.002.0422.71图4 水解时间与粗蛋白质产量的关系从图4可见：在100条件下，虾下脚料煮沸4分钟时获得的蛋白质最多，达49.70%；反应4分钟后，蛋白质开始分解成多肽和氨基酸；在15分钟后，蛋白质的水解速度趋于平缓，即蛋白质水解成多肽和氨基酸的量趋于平衡。故选沸煮时间为30分钟，这样不但能使
31、碱液中多肽和氨基酸的含量达23.27%，而且节省能源。据此，可以根据产品需要，通过控制反应时间来调控蛋白质、多肽及氨基酸的产量。值得说明的是，我们在脱蛋白试验中，只选100为反应温度，原因是温度低于100时，脱蛋白的效果不明显，考虑到安全等因素和试验条件限制，并没有进行高于100的条件试验或减压试验。3.2酸的用量与反应时间对虾壳钙、镁脱除的影响3.2.1物料比与二氧化碳产量的关系物料比与二氧化碳产量的关系如表6和图5所示。表6 物料比与二氧化碳产量的关系试验编号物料比水浴温度水浴时间（h）二氧化碳体积（mL）二氧化碳体积（mL）二氧化碳体积（mL）平均体积（mL）11：20123.5125.
32、2125124.621：19122.5127.2125124.931：17502144.5142147144.541：15162166.6166164.951：12170171.2168.5169.961：10167.8168167.5167.871：8151.3153152152.1备注： 物料比为1g干虾壳加入磷酸量（mL）； 磷酸浓度为2.45%。图5 物料比与二氧化碳产量的关系从图5可见：当物料比从120到1：15时，二氧化碳产量随物料比的减少而增加；当物料比从115到1：10时，二氧化碳产量趋于平缓，说明将虾壳中的钙镁脱除趋于完全；当物料比小于1：10时，二氧化碳产量开始下降，说明虾
33、壳中的钙镁脱除不充分。所以，考虑到成本等因素，最佳物料比以110为宜。3.2.2 酸的浓度与二氧化碳产量的关系实验中有三组数据不可靠，故未行处理，实验得出的磷酸浓度与二氧化碳产量的关系如表7和图6所示。表7 酸的浓度与二氧化碳产量的关系编号干碎虾壳（g）磷酸加入量（mL）60水浴磷酸浓度CO2体积1(mL)CO2体积2(mL)CO2体积3(mL)平均值19.80169.7172.2168.4170.124.90167.0174.0168.0169.733.27163.0169.0168.5166.842.003020min2.45162.6166.0166.6165.150.98145.014
34、4.0147.5145.560.82139.2137.0136.6137.670.75131.8127.0122.6127.1图6 酸的浓度与二氧化碳产量的关系从图6可见：磷酸浓度在9.8%2.45%之间，产生的二氧化碳都在165-170毫升左右。考虑到磷酸浓度过高，反应太激烈，不利于生产，同时考虑到节省成本的原因，所以选择2.45为最佳反应浓度。3.2.3不同温度对二氧化碳产量的影响不同温度对二氧化碳产量的影响如表8和图7所示。表8 不同温度对二氧化碳产量的影响编号水浴温度干虾碎壳（g）水浴时间磷酸量（mL）CO2体积1（mL）CO2体积2（mL）CO2体积3（mL）平均值14090.285
35、.789.288.42502.003min30129.5129.5129129.3360129.4129.7129.9129.7480129.7129.5129129.4图7不同温度对二氧化碳产量的影响从图7可见：反应温度达50时，产生的二氧化碳量己达最大值，且二氧化碳的量不再随温度的增加而增加，故最佳反应温度以50为宜。3.3叶面肥母液的制备叶面肥酸、碱处理液的最佳配比如表9所示。表9 叶面肥母液的制备编号碱处理后的叶面肥母液（mL）酸处理后的叶面肥母液（mL）充分混合静置现象12.04.020min分层，有少许混浊物和悬浮物22.04.520min蛋白质沉淀完全，能与溶液分层，溶液澄清32
36、.05.020min分层，微混浊42.05.520min分层，有少许混浊52.06.020min分层，上层溶液不澄清从表9可见：配制叶面肥的酸碱母液最佳混合比为9:4，此时溶液的pH为4.7，为虾蛋白质的pI，故有利于虾蛋白质的沉淀和分离。分离虾蛋白质后的溶液即为叶面肥母液，其pH值符合叶面肥的国标要求。3.4叶面肥的品质评价3.4.1叶面肥中氮、磷、钾及钙、镁的含量叶面肥中氮、磷、钾及钙、镁含量的测定结果如表10所示。 虾叶面肥中钙镁含量高从表10可见,原始叶面肥母液中含钙量为38.9mg/L，含镁量为55.4mg/L，尤其是镁含量高，有利于促进作物的叶绿素合成，提高光合效率。 叶面肥中磷钾
37、含量平衡在本工艺条件下，原始叶面肥母液中含磷量达78.9g/L，含钾量达20.0g/L，且其存在形式主要以K和H2PO4-的形体存在，而KH2PO4溶液的pH值恰好为4.7，与配制叶面肥的酸碱母液最佳混合比为9:4的溶液pH巧妙吻合，已构成叶面肥磷钾含量的最佳配比。 叶面肥中的氮为有机氮经本工艺生产的叶面肥，氮含量达4.53g/L，且未外加氮化合物。可以推定其氮的主要来源应包括多肽氮，氨基酸氮、甲壳素或壳聚糖氮等，其中若扣除氨基酸氮(氨基酸总量0.5%)的影响，忽略甲壳素或壳聚糖氮含量，则叶面肥中的多肽含量(4.536.250.75) 将达27g/L。本叶面肥中的多肽在pH为4.7的溶液中清彻
38、透明，久置而不产生沉淀或絮状物，说明其多肽为小分子多肽，故有利于作物吸收利用。表10 原始叶面肥母液中氮、磷、钾及钙、镁含量的测定结果检测项目检测方法标准曲线/R测定结果钙(Ca2+)GB/T7476-198738.9mg/L镁(Mg2+)GB/T7477-198755.4mg/L总磷(P)GB/T11893-1989y=0.5156x0.0178R1.00078.9g/L钾(K+)GB/T11904-1989y=0.276x0.0164R0.996320.0g/L总氮(N)GB/T11894-1989y=0.2483x0.0382R0.9994.53g/L3.4.2叶面肥中氨基酸的含量与组成
39、叶面肥中氨基酸的含量与组成如表11所示。表11 叶面肥中氨基酸的含量与组成序号检验项目单位检验结果1氨基酸总量%0. 50252天门冬氨酸（ASP）%0.0134673谷氨酸（GLU）%0.0239864丝氨酸（SER）%0.0243215组氨酸（HIS）%未检出6甘氨酸（GLY）%0.0724947苏氨酸（THR）%0.0048248丙氨酸（ALA）%0.0255279精氨酸（ARG）%0.03175810酪氨酸（TYR）%0.00676711胱氨酸（CYS）%0.19141912缬氨酸（VAL）%0.00542713蛋氨酸（MET）%0.00824114苯丙氨酸（PHE）%0.006097
40、15异亮氨酸（ILE）%0.00489116亮氨酸（LEU）%0.02338317赖氨酸（LYS）%未检出18脯氨酸（PRO）%0.056749从表11可见，原始叶面肥母液中含有15种氨基酸，且氨基酸总量达0.5%。其中，甘氨酸（Gly）和胱氨酸（Cys）的含量最高，分别达0.072494%和0.191419%，而赖氨酸（Lys）和组氨酸（His）可能因被碱水解而破坏，未能检出，而色氨酸未测定。从现有的氨基酸叶面肥来看，多为酸水解蛋白质来制备，由于酸水解则使胱氨酸（Cys）分解，所以面市的氨基酸叶面肥中胱氨酸（Cys）的相对含量很低，故本工艺制备的叶面肥可显著的提高胱氨酸（Cys）的相对含量。
41、3.5小结与讨论 虾下脚料也称虾废弃物，是指加工过程中获取虾仁后的残余部分，包括虾头、虾壳、虾尾。新鲜虾下脚料中的含水量为73.7%，干基(虾下脚料干基)含量为26.3%。 本试验的研究结果表明：虾下脚料中蛋白质的脱除，当氢氧化钾浓度为4.5%，干基与氢氧化钾溶液的物料比为111，沸煮时间为30min，可回收粗蛋白质27.03%，而在碱液中多肽和氨基酸含量可达到23.27左右。研究结果还显示，通过控制反应时间还可调控碱液中多肽和氨基酸含量。 虾外壳上的钙镁是以CaCO3和MgCO2的难溶盐形式存在。本研究钙镁的脱除程度采用加酸后的CO2产气量来进行定量评价，CO2产气量达最大值时，说明钙镁盐已
42、溶解完全。试验结果表明：脱钙、镁的磷酸浓度为2.45%，温度为60，物料比为110，反应时间为20min，CO2产气量最大，每kg干基可回收83L CO2气体，而甲壳素的收率达13.8%。经脱除钙镁分离甲壳素和蛋白质后的酸碱处理液配制叶面肥，酸碱母液以9: 4混合最佳，此时溶液的pH为4.7，为虾蛋白质的pI，故有利于虾蛋白质的沉淀和分离。分离虾蛋白质后的溶液即为叶面肥母液，其pH值符合叶面肥的国标要求3。 在本工艺条件下， 以54g干虾下脚料为原料，可制备甲壳素13.8%，粗蛋白质16. 1%，叶面肥母液669.5mL，即每kg干虾下脚料可制备叶面肥母液12.4kg。经分析测定，制备的叶面肥
43、母液中，总氮含量达4.53g/L，总磷含量达78.9g/L，钾含量达20.0g/L，钙含量达38.9mg/L，镁含量达55.4mg/L，氨基酸总量达0. 5%，并含有15种氨基酸。根据虾蛋白的回收率和氨基酸的测定结果可以推定，叶面肥中的总氮主要以虾多肽的形式存在，但多肽的组成及含量有待进一步测定。此外，虾叶面肥母液中还含有虾脑磷脂、虾红素、甲壳素、壳聚糖及各种微量元素，也有待进一步分析测定。通过上述分析结果可见，利用虾下脚料制备叶面肥，不仅可做到洁净生产，原子利用率达100%，而且生产制备的叶面肥，营养丰富，是一种新型的多功能叶面肥。该项目创建的工艺设计实现了原子经济性、产物多样化。整个加工过程达到零排放、零污染。该项目的研究结果，不仅填补了我国虾叶面肥生产的空白，而且还开辟了虾下脚料加工的新方法和新技术，对解决长期困绕我国沿海养殖加工
