[發明專利]一種γ-聚谷氨酸緩釋劑及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310188605.3
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN103254009A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 邵海鋒;段繼賢;陳文哲;吳小麗;羅樹生;楊克川
• 申請（專利權）人: 深圳市芭田生態工程股份有限公司
• 主分類號: C05G3/00
• 分類號: C05G3/00
• 代理公司: 廣州圣理華知識產權代理有限公司 44302
• 代理人: 頓海舟;王靜

技術領域

本發明涉及材料和緩控釋肥料技術領域，具體涉及一種γ-聚谷氨酸緩釋劑及其制備方法和應用。

背景技術

國際標準化組織將緩釋肥料定義為：以物理或化合狀態存在的養分施用于植物中能使其有效性延長的肥料；控釋肥的定義為：肥料在作物的整個生長期均有效果，肥料中的養分在土壤溶液中具有微溶性，且作物對養分的需求與養分釋放速度完全一致。

GB/T23348-2009《緩釋肥料》標準中定義：緩控釋肥料是通過養分的化學復合或物理作用，使其對作物的有效態養分隨著時間而緩慢釋放的化學肥料。

緩/控釋肥料銨化學成分的不同可將其分類為：聚合或縮合緩控釋肥料、包裹緩控釋肥料、混合緩控釋肥料和吸附緩控釋肥料。銨溶解方式的不同可將其歸納為：水溶性肥料、微溶性有機或無機含氮化合物。

緩/控釋肥料的使用可以顯著提高化肥利用率和勞動生產率，是降低農產品生產成本的重要途徑，也是保護生態環境的重要手段，是農業可持續發展的重要保障。

在已報道的緩/控釋肥料中，目前包膜控釋肥料是主流產品，包膜劑主要包括無機包膜緩釋劑，其材料包括沸石、硅藻土、硫磺、坡縷石、高嶺土等；有機包膜緩釋劑包括天然高分子材料：纖維素、淀粉、木質素、氨基酸、天然橡膠、海藻酸鈉、腐殖酸；合成高分子材料：熱塑性聚烯烴類和熱固性樹脂；半合成高分子材料主要在天然有機高分子材料和一些水溶性高分子聚合物或無機材料，具有物質來源廣泛、價格低廉的優點，在土壤環境中能夠自行降解。

硫包衣尿素是以無機物為包膜劑的控釋肥料的典型代表，據文獻報道，包硫尿素是國外生產量最大的緩效尿素，其主要技術原理是用熔融硫磺包裹被預先加熱的肥料顆粒，通過包衣實現肥料養分的緩慢可控。其加工過程一般是將硫在156℃以上熔化后涂于肥料顆粒的表面作物包膜，隨后用密封劑噴涂封住包膜上的裂縫，最后是第三個涂層防止粘結。其最大優點是原料及生產成本低，硫包衣對水和肥料具有較高的阻透性，不僅可以使肥料達到緩效的目的，同時硫也是作物需要的第四大營養元素。但由于硫膜在生產、存放及運輸過程中容易破裂，從而大大降低了其對養分釋放的可控性，另外長期使用涂硫肥料還會導致土壤酸化。

有機聚合物包膜緩控肥料可以克服無機包膜肥料的上述缺點，該類控釋肥料的主要制備方法是將線型高分子溶解在有機溶劑中制成高分子稀溶液，然后將其涂覆在肥料顆粒表面，隨著溶劑的揮發高分子材料在肥料顆粒表面形成了一層聚合物膜。由于這類肥料表面包裹的是一層具有韌性的均勻致密的高分子膜，所以其強度和耐沖擊性能大大提高。由于聚合物包膜控釋肥料的養分釋放規律主要取決于養分通過聚合物膜層的擴散因素，因而可以通過控制包膜聚合物材料的組成與結構的途徑，是控釋肥料養分的釋放規律與植物對養分的需求規律相匹配，但這類控釋肥料存在以下缺點：聚合物包膜材料價格及生產成本高；大量有機溶劑的使用不僅嚴重浪費能源和資源，而且對人身體健康和環境造成危害；肥料養分釋放完后的聚合物殘膜在土壤中不易降解，長期使用會對土壤造成一定的污染。。

近期也有以廢棄塑料為主要原料制備水性聚合物肥料包膜劑的報道，這些技術部分克服了溶劑聚合物包膜肥料的缺點，但由于合成這類包膜劑的原料依賴于石油，成本偏高，另外包膜劑中的聚合物為熱塑性合成樹脂，養分釋放后的聚合物殘膜在土壤中很難降解，對土壤的污染問題沒有得到很好的解決。

γ-聚谷氨酸是自然界中微生物發酵產生的細胞外陰離子型多聚氨基酸，由D-和L-谷氨酸通過α-氨基酸和γ-羧基酰鍵聚合而成，γ-PGA通常由5000個左右的谷氨酸單體組成，相對分子質量一般在100KD～1000KD，呈直鏈纖維狀，在γ-聚谷氨酸的分子鏈上具有大量的活性較高的游離羧基。除了其對人體無毒、生物可降解性和其降解產生對環境友好的終產物谷氨酸等優點外，還包括其具有高吸水性及保水性、良好的控制釋放能力、螯合金屬離子、與鈣和鎂形成同離子復合體以獲得更佳的營養生物可用性，以及良好的抗植物病原活性，刺激作物及其種子生長以及保護其免受植物病原菌影響，整合植物營養、提供土壤中難溶養分有效性、調整土壤pH等獨特功能，使γ-聚谷氨酸在農業上的應用具有較好前景。

目前γ-聚谷氨酸液體發酵產率大多在20mg/L～50mg/L，再經提純工藝得到純度不等的γ-聚谷氨酸，最高的純度達到90%以上。其提純工藝包括乙醇沉淀或硫酸銅沉淀等方面，須消耗大量的無機溶劑，工藝流程也較復雜。