2496.虾下脚料制备多功能叶面肥的研究毕业论文.doc

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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