生物腐植酸的分析检测及其碳系数的测定方法

生物腐植酸的分析检测及其碳系数的测定方法
【专利摘要】本发明涉及一种生物腐殖酸类物质的检测分析方法，包括对样品进行定性分析，确定样品为生物腐植酸类物质后，然后分别定量检测产品有机质、生物腐殖酸、生物黄腐酸含量，根据有机质、生物腐植酸及生物黄腐酸含量，将生物腐殖酸类物质分级。本发明还涉及一种生物腐殖酸产品的碳系数的测定方法，包括生物腐植酸样品预处理，生物腐植酸样品纯化和生物腐植酸碳含量测定，计算生物腐植酸样品的碳系数：Rc=WC/WHA；其中，WC—腐植酸试样的%碳含量，WHA—腐植酸试样的%腐植酸含量。本发明通过提供上述方法解决了目前有关生物腐植酸类物质没有统一技术标准、检测方法、生物活性评价等缺陷。
【专利说明】生物腐植酸的分析检测及其碳系数的测定方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种对生物腐植酸的分析检测方法，以及生物腐植酸的碳系数测定方法。
【背景技术】
[0003]人们对腐植酸(HA)的认识已有多年历史，通常开发利用的腐植酸资源都是指泥炭(草炭)、褐煤、风化煤等，这类腐植酸资源称为煤腐植酸资源。煤腐植酸(MHA)是植物残体经大自然和微生物的腐烂分解或缩合，再经若干地质年代成煤演化而成的原生腐植酸(即泥炭、褐煤HA)和再生腐植酸(即风化煤HA)。MHA贮量很大，但分布很不均恒，生物活性较差。因此，必须寻找新的HA资源和新的HA物质，借以替代MHA，以加快和提高HA在农牧业和其它领域中应用的速度和效果。
[0004]二十世纪八十年代末，人们用生物质发酵制取腐植酸，作为一种有价值的新资源开发技术。近年来国内外对发酵法生产腐植酸的研究日趋重视。发酵法生产腐植酸是模拟天然腐植酸的生成过程，将特定的微生物接种到培养基中，通过微生物发酵而制取腐植酸的过程(曾宪成，成绍鑫，“腐植酸的主要类别”，《腐植酸》，2002( 2): 4-6)。目前利用非煤资源，采取生物或化学方式，都可将植物残体或农副产品下脚料等有机物，部份转化成类似腐植酸或黄腐酸的物质。以生物技术从植物源(或生物质)中制取的类似矿源腐植酸的物质，除含腐植酸外，还含有多种氨基酸、核酸、有机酸及其它类似腐植酸功能的物质，统称生物腐殖酸类物质，也称生化腐植酸或类似。我国已有多家研究单位和企业研究并生产生物腐殖酸类物质或产品，经推广应用结果表明，生物腐植酸在改良土壤、增强土壤生物活性、刺激作物生长、改善农产品质量、提高养分利用率、节省化肥等方面效果显著。
[0005]中国发明专利CN101941851A提供了一种采用餐厨废弃物制备生化腐植酸的方法及其制备的生化腐植酸产品。餐厨废弃物经本发明的技术方案处理后有机质转化率高，可达到90%以上。同时，制备得到的生化腐植酸营养丰富，总腐植酸、游离腐植酸和水溶性腐植酸含量分别达到38-42%、35-40%和14-16% ;不仅含有氮磷钾等大量元素，还含有锌、铁、锰等多种微量元素和活性物质。特别适合用于农业生产中的肥料。
[0006]餐厨废弃物是指来源于饭店、餐厅、食堂等的下脚料及剩菜剩饭，其组成包括粮食(米和面粉类)、水果蔬菜、动植物油脂、肉类、水产品、蛋类、肉骨、鱼刺等加工食品制品及其残余。我国餐厨废弃物的来源主要分为三类:一是家庭餐厨废弃物，2009年住建部将这部分废弃物划归到厨余废弃物中。二是餐馆、饭店、宾馆、国家政府机关、企事业单位的员工食堂，也是餐厨废弃物的一个重要源头。三是高校食堂餐厨废弃物。清华大学环境系的一项统计数据表明，我国城市每年产生餐厨废弃物不低于6000万吨。北京日产餐厨废弃物达到1200吨左右。我国餐厨废弃物产生量大、油分和水分多、含盐量高、成分复杂，处理不当会引发“地沟油”、“泔水猪”等食品安全问题，造成资源浪费，影响生态环境。利用餐厨废弃物为原料高温好氧发酵生产的生物腐植酸，采用“大循环、全利用”方式，应用自主研发的生产工艺和设备，与产品工业化体系对接，不仅对环境没有废渣、废液等二次污染，同时得到高附加值的生物腐殖酸产品，获得农业部颁发的以餐厨废弃物为原料制成土壤调理剂的肥料登记证。开发生产出生物肥料和高碳肥料系列产品，应用于绿色有机农业，向土壤补充碳源，快速提升土壤有机质，改良土壤，在不减少产量的同时减少化肥使用。减少农业面源污染，保障食品安全，同时带来农业二氧化碳减排。通过该技术将城市中的有机废弃物转化为农田需要的有机质，拉通城乡碳资源循环。
[0007]目前,我国虽然处于发展和开发生物(化)腐植酸(Biotechnology humic acid,BHA)资源的热潮中，但对其缺乏严格的科学分析。BHA还处于开发应用的初级阶段，因生产原料、工艺、菌剂等不同使不同来源的BHA差异较大，还未形成统一的分离提取和理化分析方法。生物腐植酸类物质因菌种、发酵工艺配方不同，其产品的成分和功能也不同，所含的腐植酸的种类和比例也不同，因此很多产品不能达到较好的产品质量和使用效果。由于生物腐植酸没有统一的分析方法和质量标准，在一定程度上阻碍了的发展。有关生物腐植酸的技术标准、检测方法、生物活性评价等，都有待进一步探讨和规范。
[0008]目前生物腐植酸检测还主要是依据GB/T11957-2001煤中腐植酸产率的检测方法，该检测方法中确定了不同来源煤炭腐植酸的含碳比，即碳系数，如褐煤为0.58，风化煤为0.64，泥炭为0.51。目前，通过生物发酵方法制得的生物腐植酸，对其碳系数还没有研究报道和相关方法标准，碳系数的准确与否直接影响到能否对生物腐殖酸产品作出客观、准确的评价，产品检测结果的准确性，产品的市场价值和生物腐植酸行业的发展，因此碳系数的确定具有重要意义。

【发明内容】

[0009]本发明的目的是提供一种针对生物腐殖酸类物质的检测分析方法，用于评价生物腐植酸的等级与质量标准，本发明另一个目的是提供一种生物腐殖酸产品的碳系数的测定方法，以便解决目前有关生物腐植酸类物质没有统一技术标准、检测方法、生物活性评价等缺陷。
[0010]因此，本发明提供一种生物腐殖酸类物质的检测分析方法，该分析方法包括对样品进行定性分析，确定样品为生物腐植酸类物质后，然后分别定量检测产品有机质、生物腐殖酸、及生物黄腐酸含量，根据有机质、生物腐植酸及生物黄腐酸含量，将生物腐殖酸类物质分成不同等级，其中:
A级:有机质> 85%，生物腐植酸> 75%，生物黄腐酸> 25%，
B级:有机质> 75%，生物腐植酸> 45%，生物黄腐酸> 18%，
C级:有机质> 60%,生物腐植酸> 30%,生物黄腐酸> 10%，
腐殖酸按其传统的组分分级，通常包括三部分:腐殖酸，是以碱直接抽出的部分；棕腐酸，可溶于丙酮、乙醇溶剂的部分；可溶于水及用稀酸从泥煤中洗下的部分称为黄腐酸(或富里酸)，三者之和称总腐植酸，其中溶于水的部分即为水溶性腐殖酸(参见“腐植酸分析方法的研讨”，《江西腐殖酸》，杨达明，1984年，第2期，P65)。
[0011]大量研究表明(成绍鑫，“生化黄腐酸与其他来源黄腐酸组成性质的初步比较”，《第七届全国绿色环保肥料(农药)新技术、新产品交流会论文集》，2008-11-04 ;何立千，《生物技术黄腐酸的研究和应用》，北京，化学工业出版社，1999:4-78 ;张常书，张江川，“黄腐酸及生化黄腐酸的界定和检测探讨”，《第六届全国绿色环保肥料新技术、新产品交流会论文》集，2006-12-01)，生物腐植酸是一种含有羟基、甲氧基、氨基、羰基、羧基等活性官能团的、低芳香度且水溶性良好的复杂混合物，其化学组成结构和生成历程不同于煤炭腐植酸，而与某些堆肥腐植酸、土壤腐植酸属同一个类型。
[0012]因此，本发明的生物腐殖酸类物质检测分析方法中，对样品进行结构和官能团等定性分析，确定样品为生物腐植酸类物质的优选方式包括红外光谱图和紫外光谱图分析。
[0013]红外光谱图和紫外光谱图的分析方法可以参见:何立千，“生物技术黄腐酸(BFA)的界定”，《腐植酸》，1999 (2):6-10。
[0014]红外光谱和紫外光谱可用于对腐植酸中结构和官能团的定性分析。腐植酸类物质具有芳香族和脂肪族结构，紫外吸收光谱在210n m附近有一个来自芳香结构的吸收峰。
[0015]腐植酸的红外图谱有几个明显的特征峰，如3400CHT1附近的吸收是氢键结合的醇羟基的贡献，还有酹羟基和N-H的贡献；1600-170001^1的吸收峰，主要由芳香结构的共扼双键C=C，羧基中的C=O，COO-的伸缩振动所提供！HOOcnT1的峰归属于羧酸根离子；IlOOcm-1的吸收主要是氢键结合的羧基引起的，还有脂肪醇的振动的贡献。详见下表:
【权利要求】
1.一种生物腐殖酸类物质的检测分析方法，包括对样品进行定性分析，然后分别定量检测产品有机质、生物腐殖酸、及生物黄腐酸含量，根据有机质、生物腐植酸及生物黄腐酸含量，将生物腐殖酸类物质分级，其中: A级:有机质≥85%，生物腐植酸≥75%，生物黄腐酸≥ 25%， B级:有机质≥ 75%，生物腐植酸≥ 45%，生物黄腐酸≥ 18%， C级:有机质≥60%，生物腐植酸≥ 30%，生物黄腐酸≥ 10%。
2.权利要求1的检测分析方法，其中所述的对样品进行定性分析包括对样品进行红外光谱图和紫外光谱图分析，具有紫外和红外吸收光谱腐植酸的主要特征吸收光谱的样品认定为腐植酸类物质。
3.权利要求1或2的检测分析方法，其中所述的生物腐植酸的含量测定参照GB/Tl 1957-2001 “煤中腐植酸产率的测定方法”中所述的方法进行；所述的生物黄腐酸含量测定参照李善祥编著的《腐植酸产品分析及标准》P49-51，“黄腐酸含量的测定”(化学工业出版社2007.9)中所述的方法进行；所述的有机质的测定参照NY525-2002，“中华人民共和国农业有机肥料行业标准”中所述的方法进行。
4.权利要求1或2的检测分析方法，其中所述的紫外和红外吸收光谱腐植酸的主要特征吸收光谱包括紫外吸收光谱在210n m附近的吸收峰；红外图谱3400(^4附近的吸收峰，1600-1700CHT1的吸收峰,HOOcnT1的吸收峰和llOOcnT1的吸收峰。
5.一种生物腐殖酸产品的碳系数的测定方法，包括如下步骤: (I )生物腐植酸样品纯化: 取生物腐植酸样品，干燥、粉碎，使其粒度小于0.2mm ； 称取生物腐植酸样品，加入每克样品10-40 m L的浓度为0.1-1M的碱液(固液比1:10-1:40)，置于60-100°C水浴上加热提取l_2h，冷却到室温，离心，收集溶液，在碱提取液中加入HCl溶液在pH 1-3下静置酸沉，使生物腐植酸沉淀，离心悬浊液，将沉淀的残渣过滤，用水洗涤残渣至PH不再变化，将残渣干燥，干燥后的样品即为测试用的纯化生物腐植Ife碳样品； (2)生物腐植酸碳系数测定: 测定纯化的生物腐植酸样品中的碳含量和生物腐植酸含量，计算生物腐植酸样品的碳系数Ac=WyWltt ;其中Re—腐植酸样品的碳系数，Wc 一腐植酸样品的％碳含量，Wha 一腐植酸样品的％腐植酸含量。
6.根据权利要求5的碳系数测定方法，其中所述纯化生物腐植酸样品中的％碳含量(Wc)可以用碳氢分析仪测定碳含量；纯化生物腐植酸样品中的％腐植酸含量可以按下式计算:WHA = 100%-WA，其中Wha—腐植酸样品的％腐植酸含量，Wa—腐植酸样品的％灰分含量，灰分含量可按农业部行业标准NY/T303-1995 “有机肥料粗灰分的测定方法”进行测定。
7.根据权利要求5或6的碳系数测定方法，其中所述的生物腐殖酸产品为餐厨废弃物生产的生物腐植酸产品，所述的生物腐植酸样品纯化步骤包括: 称取约10 g左右的生物腐植酸样品到锥形瓶中，移取适量碱液(NaOH或Na4P2O7)到每一个锥形瓶中，相当于每克样品10-40 m L ,混合摇动至样品充分润湿,在瓶口放一个小漏斗，置至60-100°C水浴上加热l_2h，间断摇动锥形瓶，使不溶物充分沉下，取下锥形瓶，冷却到室温，将锥形瓶内的物料离心5 min，收集溶液到烧杯内，在生物腐植酸的碱提取液中加入50% HCl溶液，在pH 1-3，静置2h酸沉，使生物腐植酸沉淀，离心悬浊液，将沉淀的残渣转移到滤纸上过滤，用水洗涤残渣至PH不再变化，将残渣转移到清洁的烧杯或别的器皿中，减压干燥，干燥后的样品即为纯化的生物腐植酸样品。
8.根据权利要求7的碳系数测定方法，其中生物腐植酸样品纯化步骤中的最佳提纯条件为:试剂NaOH、浓度0.35M、固液比1:20、提取温度80°C~100°C、提取时间120min，酸沉pH = I ο
【文档编号】G01N21/31GK103822886SQ201410055513
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2013年6月26日
【发明者】不公告发明人 申请人:北京嘉博文生物科技有限公司