海藻酸的农业应用及测定方法研究

刘金凤 张娟

(山东省产品质量检验研究院，山东济南 250100)

海藻酸的农业应用及测定方法研究

刘金凤 张娟

(山东省产品质量检验研究院，山东济南 250100)

海藻酸是广泛存在于海生植物如海带、海藻等藻类中的一类天然多糖聚合物，在自然界中分布广泛，利用历史悠久。海藻酸在农业利用方面主要添加到肥料中，制成海藻酸肥料，此类肥料具有化学肥料不可比拟的增产、抗逆、无毒副作用等优势，应用前景十分广阔。在本文中，笔者结合多年来的检验工作实践，对海藻酸的性质、应用及测定方法进行了初步研究。

海藻酸；肥料；应用；测定方法

海藻酸（Alginic acid），又称为褐藻酸，是广泛存在于海生植物（如海带、海藻等）体内的一类天然多糖聚合物。主要原料选自天然海藻，经过特殊生化工艺处理，提取海藻中的精华物质，极大地保留了天然活性组分，含有大量的非含氮有机物、陆地植物无法比拟的钾、钙、镁、锌、碘等40多种矿物质元素和丰富的维生素，特别含有海藻中所特有的海藻多糖、藻朊酸、高度不饱和脂肪酸和多种天然植物生长调节剂，具有很高的生物活性，可刺激植物体内非特异性活性因子的产生，调节内源激素的平衡。在制药行业中，海藻酸是常用的辅料：它的粘性使它成为片剂的粘合剂；由于它遇水膨胀，又被用作崩解剂将片剂分散在人体内；或是用作分散剂分散有效成分到液体中成为悬浊液；也被用作药物缓释剂。牙科用它来替代石膏及橡胶，制作牙模。海藻酸本身可以作为吸收剂来治疗重金属中毒，海藻酸在农业上的主要应用体现在制成海藻肥用于农业生产。

早在几千年前的罗马时代，人类就已经开始利用海藻作为肥料，英国、日本、法国、加拿大、爱尔兰、美国等国家均有采集海藻制作堆肥的传统。这类肥料与化学肥料相比，具有增产、抗逆、天然性和无毒副作用等方面的优势，是一种天然、高效的新型农用肥料。在1993年，美国“Phoenix-250海藻肥”被美国农业部正式确定为美国本土农业专用肥。目前许多国家已将海藻肥列为有机食品生产专用肥料之一。我国是世界上拥有海藻资源最丰富的国家之一，国内对海藻肥的研制始于20世纪90年代后期，起步相对较晚，但发展速度很快[1]。

1 海藻酸结构及性质

海藻酸是由单糖醛酸线性聚合而成的多糖，单体为β-D-甘露醛酸（M）和α-L-古罗糖醛酸（G）。M和G单元以M-M、G-G或M-G的组合方式通过1,4糖苷键相连成为嵌段共聚物[2]。海藻酸的实验式为（C6H8O6）n，分子量范围从1万到60万不等，其化学结构式如图1所示。

不同海藻的海藻酸成分中甘露糖醛酸与古洛糖醛酸之比（M/G）不同，对产品的性质，尤其对有效钙离子存在时的胶凝作用有很大影响。G链段与钙离子结合非常强，可形成完全聚合的网状结构；M链段也与钙离子结合，但没有这样强。相对分子量高，G链段含量高，反之，M链段含量高[3]。海藻酸为白色至棕色纤维状颗粒和粉末，无臭无味，或有轻微特殊气味和味感。褐变温度在160℃，碳化温度在250℃，灰化温度在450℃。海藻酸基本上不溶于水和有机溶剂，易溶于碱性溶液。有助悬、增稠、乳化、粘合的作用。可以做微囊囊材，也可以作为包衣及成膜的材料[1]。

2 海藻酸的农业应用

海藻酸在农业上的应用，主要是作为海藻肥，近几年，含海藻酸的新型肥料层出不穷。用作肥料的海藻一般是大型经济藻类，如巨藻、泡叶藻、海囊藻等。海藻肥的发展经历了三个阶段，即腐烂海藻→海藻灰（粉）→海藻提取液。目前大多数的海藻酸主要是通过“全细胞物理破碎法”生产，即筛选适宜的海藻品种，通过各种技术手段使细胞壁破碎，内容物释放，浓缩形成海藻精浓缩液，尽可能地保留海藻的天然活性成分。同时为便于运输和不受时的限制，多用不同的方法将海藻提取液制成液体肥料。

2.1 应用现状

海藻酸肥料中的有机活性因子集营养成分、抗生物质、植物激素于一体，对刺激植物生长起着重要的作用。在国外，海藻酸很早就应用于农业。他们将海藻酸肥料施用于土豆、玉米等一系列农作物及水果、蔬菜中，并进行了肥效的对比试验，结果发现，其对农作物提早成熟、提高产量和改善品质以及在水果保鲜和抵抗病虫害等方面均有明显效果，可使其增产10%～30%[5]。南非的园艺学家对不同种类的花做过实验，证明海藻酸肥料不仅促使花早开，还能明显增加花芽数，增加率达30%～60%。此外，海藻酸肥料还可与化肥复配成有机、无机复合肥，增强肥效，改善土壤结构，增加土壤透气保水能力，防止土壤恶化。

2.2 应用原理

相关研究表明，海藻的有效成分与含有的活性物质达66种以上，能为蔬菜提供各种营养元素、多种氨基酸、多糖、维生素以及细胞分裂素等。能帮助蔬菜建立健壮的根系，增进其对土壤养分、水分与气体的吸收利用，同时可增大茎秆维管束细胞，加快水分、养分与光合有机产物的运输；含有的细胞分裂素等能促进细胞分裂，延缓细胞衰老，有效地提高光合效率，从而达到产量、品质的提高以及抗寒、抗旱、抗病能力的提高。另外，海藻酸还具有破除土壤板结、延缓盐渍化的作用。

关于海藻酸在肥料中肥效应用原理的研究，有学者认为，主要是因为海藻酸中富含蛋白质、氨基酸、无机盐、维生素、褐藻胶和少量的酶、植物激素、多酚及多糖类等生理活性物质，可以刺激农作物的生长。高瑞杰[5]提出，海藻酸可降低水的表面张力，在植物表面形成一层薄膜，增大接触面积使水溶性物质比较容易通过茎叶表面细胞膜进入植物细胞，使植物最有效地吸收海藻提取液中的营养成分。江海等[6]研究发现，含海藻酸的水溶肥料能明显促进番茄生长,改善番茄植株生长状况，株高平均提高13.8～15.3cm，单株结果数增加2.0个，单果重提高3.0～4.7g。

2.3 应用局限性

目前海藻酸肥在国内肥料市场的占有率还相对较低，分析其原因主要有以下几点：一是，生产成本较高。海藻肥的生产涉及到海藻的加工、提取、浓缩等工艺，其原料成本、生产成本相对较高，使其复配的肥料普遍高于普通肥料。而国内目前农业依然以小农经济为主，消费者对成本的考虑还是其产生购买行为的一大主要因素。二是，农户的认识不足。海藻肥具有营养丰富、增产抗病、活化土壤、增强口感、绿色无公害等多重功效，但国内的肥料经销商及农民朋友对海藻肥的功效、使用等方面的知识依然不足，对绿色农业、无公害农业认识比较淡薄。三是，原材料方面的限制。海藻肥的主要原材料来自海藻，而全国仅有沿海等地才有种植及生长，而且海藻肥的生产加工工艺有许多技术壁垒，致使目前多数厂家不具备生产海藻肥及持续增长的能力，成规模的企业仅中国海洋大学生物工程开发有限公司等不足5家。四是，缺乏标准，真假难辨。海藻肥是一种新型肥料，目前国家还没有相关标准，使国内海藻肥产品鱼龙混杂，产品质量参差不齐，市面上海藻肥产品真假难辨，严重影响了消费者对海藻肥的信赖。

3 海藻酸含量的测定

近年来，各国对海藻酸及其衍生物的研究越来越关注，因此，快速测定出海藻及海藻酸含量有重要的意义。张文婧等[7]利用阴离子交换树脂对酸水解后的海藻酸钠进行分离，得到D-甘露糖醛酸（+）和L-古洛糖醛酸（-），经过高效液相色谱、电喷雾质谱及核磁共振确定其纯度和结构。高效液相色谱法测海藻酸酸含量的方法具有快速、准确、专属性好、灵敏度高等特点，但是这种方法更适用于鲍鱼制品及其他水生动物体内海藻酸含量的测定[8]。

关于肥料中海藻酸含量的测定，我国企业大多数采用分光光度法[9]，该方法是采用咔唑-乙醇试剂结合紫外分光光度法来测定肥料中海藻酸的含量。目前企业标准中海藻酸的检测方法主要有重量法、滴定法和分光光度法这三种。

3.1 重量法

重量法主要是利用海藻酸不溶于水和乙醇的性质，海藻液体肥中的海藻酸钠盐与酸生成海藻酸沉淀，用乙醇脱水烘干后测定海藻酸的含量。该方法的优点是简单易行，但是干扰因素较多，只适用于杂质含量少的海藻肥中海藻酸的测定[10]。

3.2 容量法

根据容量分析化学反应原理的不同，容量法又主要分为以下两种。

一是，用盐酸和乙醇处理样品，经烘干处理得出海藻酸的粗品，再将海藻酸的粗品和醋酸钙反应，用氢氧化钠标准滴定，根据氢氧化钠的消耗量求出海藻酸的酸度值，依据海藻酸酸度值与海藻酸的含量成正比的原理，计算出海藻酸的含量。

二是，海藻酸肥料中海藻酸盐溶液与醋酸钙溶液反应生成不溶性的海藻酸钙、海藻酸钙与盐酸生成氯化钙和不溶性的海藻酸，利用EDTA标准溶液滴定反应生成的钙离子，计算海藻酸含量。

上述两种方法原理简单但实验操作过程复杂，尤其是第二种，试验时间长，影响因素多。

3.3 分光光度法

目前，分光光度法是比较成熟的海藻酸测定方法，原理是海藻酸经水解生成两种糖醛酸，在强酸中与咔唑缩合反应成为紫红色化合物，此化合物在550nm处有特征吸收，由此可以用分光光度法定量测定。此方法步骤简单、易于操作、所用时间短。在检验实际工作中发现，某些添加微量元素的产品在海藻酸测定时存在干扰，可通过添加掩蔽剂来消除干扰。

3.4 不同测定方法的比较

由于各个生产企业的工艺不同、原材料差异等，生产出的产品分子量也不同，选择的测定方法也有所差异。在实际检测工作中，据调查，企业标准中使用分光光度法的较多，检测数据也较为稳定。重量法测定一般用在原料较单一的海藻提取液中，使用这种方法之前，最好进行鉴别试验，确定所测样品确为海藻提取液。容量法原理虽然简单，但操作过程中需要纯化和多次的离心洗涤，时间较长，干扰性较强。因此，分光光度法可作为检测机构以及企业测定海藻酸的首选方法，建议在优化方法的基础上形成规范的技术标准。

4 结束语

海藻酸以其广泛的分布、特有的性质，在肥料生产方面得到广泛应用。海藻酸肥料作为一种天然、高效的新型有机肥，在资源节约型、环境友好型社会建设中具有十分明显的优势和重要性，而目前海藻肥中海藻酸测定方法成为亟需解决的关键问题，通过对海藻酸的三种测定方法的初步研究，得出分光光度法具有操作简单，检测数据稳定的优势，建议后期应在优化方法的基础上形成规范的技术标准。

[1]顾其胜,奚廷斐.海藻酸与临床医学[M].上海:第二军医大学出版社,2006.

[2]Uwe Remminghorst,Bernd H.A.Rehm.Microbial Production of Alginate:Biosynthesis and Applications.Microbial Production of Biopolymers and Polymer Precursors.Caister Academic Press. 2009.ISBN 978-1-904455-36-3.

[3]Danid Biomaterials[M].United States,Stockton Press,1991:307.

[4]刘树兴,李宏梁,黄峻榕,编著.食品添加剂[M].中国石油出版社,2001.

[5]高瑞杰,宋国通,王少杰.新型海藻酸肥料肥效试验[J].山东农业科学,2004,(2):18-21.

[6]江海,路娟,郑毅.番茄施用含海藻酸水溶肥料的研究[J].河北农业科学,2008,12(6):2-53.

[7]张文婧,李静梅,吴颖,等.海藻和海藻酸钠中糖醛酸含量的测定[J].食品工业科技,2010,(12):103-105.

[8]詹现璞,吴广辉.海藻酸钠的特性及其在食品中的应用[J].学术期刊,2011,(8):23-25.

[9]董丽娟.海藻酸盐修饰的药物载体的制备及应用[D].合肥:中国科学技术大学,2011.

[10]王浩贤,许佳超.聚甘露糖醛酸和聚古罗糖醛酸的制备与鉴定[J].农产品加工学刊,2012,(08):25-27.

Research of Method Determination and Agricultural Application of Alginate

LIU Jin-feng ZHANG Juan
（Shandong Product Quality Inspection Research Institute,Jinan 250100,China）

Alginate is a kind of natural polysaccharide polymer.Widely in plants such as kelp,seaweed algae.Algae in the category of natural polysaccharide polymer,are widely distributed in nature,with a long history.Alginate in the use of agriculture mainly added to the fertilizer,made with alginic acid fertilizer,the fertilizer has the incomparable natural, chemical fertilizer production,the advantages of the art,non-toxic side effects,the application prospect is very broad.In this paper,in combination with practical inspection work of author,the nature of alginic,application and determination method is gived.

Alginic;fertilizer;application;method

S565.1

A

1008-1038(2015)08-0020-04

2014-12-24

刘金凤（1977—），研究方向为产品质量检验与检测