一種生物質納米纖維素改性藍藻基復合生物塑料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種生物質納米纖維素改性藍藻基復合生物塑料，包括以下重量份組分：藍藻130?135、生物質納米纖維素13?14、瓜爾膠8?9、牛奶蛋白纖維46?47、粘膠基甲殼素纖維51?52、納米二氧化硅4?5、檸檬酸甘油酯5?6、碳化二亞胺2?3、聚乙二醇二丙烯酸酯25?26等。本發明采用牛奶蛋白纖維、粘膠基甲殼素纖維、聚乙二醇二丙烯酸酯配合藍藻發酵深加工產物在交聯劑檸檬酸甘油酯、碳化二亞胺的作用下制備藍藻基生物塑料，該塑料具有生物可降解性，具有良好的成膜性和可降解性，加入的生物質納米纖維素配合納米二氧化硅增加了改性聚乳酸的結構穩定性，提高了該生物塑料的力學性能。
【專利說明】
一種生物質納米纖維素改性藍藻基復合生物塑料及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及藍藻基生物可降解塑料技術領域，尤其涉及一種生物質納米纖維素改性藍藻基復合生物塑料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]乳酸、聚乳酸是生物化工產品，以可再生生物材料為原料，利用生物工程技術，產品具有生物可降解性。隨著石油資源枯竭帶來的能源危機以及化學工業引發的環境污染日益嚴重，利用生物質基原材料為底物，通過微生物發酵法生產乳酸具有重要意義;藍藻是一類進化歷史悠久、革蘭氏陰性，無鞭毛，含葉綠素a，不形成葉綠體，能進行產氧性能光合作用的原核生物。藍藻原料發酵具有高的附加值產品乳酸、L-乳酸等非食品產品，這些產品可以大大提高藍藻資源的利用價值，制備成生物塑料，無錫德林海藻水分離技術發展有限公司研制出將藻泥制成含水率10%以下的藻粉技術，這些藻粉成本并不高的出口到美國制備成生物塑料，而自己缺乏相應的直接實現藍藻到生物塑料加工的技術，盡管占有有利資源，卻并不能實現利益最大化；國內目前對藍藻的利用多集中先制備藍藻提取物藍藻蛋白、藍藻纖維等藍藻等生物質，在利用這些生物質的優良性能結合其它原料制備一些生物膜，而關于藍藻直接開發利用制備藍藻基生物塑料的報道并不多。
[0003]藍藻直接開發利用制備藍藻基生物塑料有通常面臨以下兩個問題:(1)、藍藻原料通過發酵生產乳酸實現藍藻到乳酸的轉化率問題，該問題直接決定了原材料的利用效率；
(2)、乳酸，L-乳酸以及聚乳酸聚合生成生物塑料的性能改進問題。常采用增塑、酸調、交聯、填充或者共混等單一改性方法，然而這種單一改性方法有限，制備出的全降解塑料薄膜功能單一且成本高無法實現藍藻的高價值開發
設計出利用藍藻原料高效生產高質量藍藻基生物塑料對提高藍藻的開發利用價值具有重要的意義。
【發明內容】
[0004]本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種生物質納米纖維素改性藍藻基復合生物塑料及其制備方法。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:
一種生物質納米纖維素改性藍藻基復合生物塑料，包括以下重量份組分:藍藻130-135、乳酸桿菌4-5、大腸桿菌5-6、血紅密孔菌孢子液7-8、果糖15-16、生物質納米纖維素13-
14、瓜爾膠8-9、牛奶蛋白纖維46-47、粘膠基甲殼素纖維51_52、納米二氧化硅4_5、檸檬酸甘油酯5-6、碳化二亞胺2-3、聚乙二醇二丙烯酸酯25-26、適量的水。
[0006]—種生物質納米纖維素改性藍藻基復合生物塑料制備方法，包括以下步驟:
(I)、將果糖、生物質納米纖維素、納米二氧化硅、瓜爾膠以及總重量2倍的水混合，在80°C高壓均質均勻之后，采用噴霧干燥技術干燥得改性果糖，將乳酸桿菌、大腸桿菌、血紅密孔菌孢子液、改性果糖以及總重量0.5倍的水混合攪拌均勻，低溫30°C干燥活化，并攪拌干燥制備成微囊化復合菌粉備用；
(2)、構建動態發酵罐系統:所述的動態發酵罐系統包括上下放置的兩個發酵罐，上下發酵罐連通處設置有濾膜，外部設置有動態栗，用于將下發酵罐發酵物栗入上發酵罐;將藍藻去除泥沙，超微粉碎，加入總重量5倍的水混合攪拌均勻，采用600W的超聲波輔助破壁處理lh，得藍藻培養基，將該培養基經滅菌處理后，放入所構建的動態發酵罐系統的上發酵罐中，并投入微囊化復合菌粉，在25°C下攪拌發酵，當上發酵罐中的藍藻培養基的發酵液通過濾膜過濾到下發酵罐，使得培養基沉淀到上發酵罐底部時，開啟動態栗實現下發酵罐發酵物一次栗入上發酵罐，并和上發酵罐培養基混合攪拌均勻，再次攪拌發酵至培養基沉淀到上發酵罐底部，完成一次的循環補料發酵，循環4-5次，上發酵罐中獲得藍藻發酵渣備用；下發酵罐中獲得高乳酸轉換率的藍藻發酵復合液備用；
(3)、將步驟(2)獲取的藍藻發酵渣焙烘縮水后再次超微粉碎獲取藍藻纖維備用;將步驟(2)獲取的高乳酸轉換率的藍藻發酵復合液先80 °C攪拌濃縮處理50min，之后放入密閉反應釜中，通入惰性氣體N2慢慢加熱升溫至160°C抽真空至160Pa并持續攪拌使得乳酸直接脫水縮合，之后繼續加熱并緩慢減壓，在220-260°C，133Pa下進一步縮聚，得改性聚乳酸；
(4)、將該改性聚乳酸中加入牛奶蛋白纖維、粘膠基甲殼素纖維、檸檬酸甘油酯、碳化二亞胺、聚乙二醇二丙烯酸酯以及海藻纖維，在70-75°C條件下600-700rpm/min速度攪拌26-28min形成懸濁液，將該懸濁液經螺桿擠出機擠出造粒，將擠出造粒的粒料經壓延成膜即得。
[0007]本發明的優點是:本發明采用牛奶蛋白纖維、粘膠基甲殼素纖維、聚乙二醇二丙烯酸酯配合藍藻發酵深加工產物在交聯劑檸檬酸甘油酯、碳化二亞胺的作用下制備藍藻基生物塑料，該塑料具有生物可降解性，具有良好的成膜性和可降解性，加入的生物質納米纖維素由植物或動物纖維素拆解、分離得到，擁有精細的納米結構、豐富的表面活性基團、優異的力學性能、良好的生物相容性和天然的網狀結構，配合納米二氧化硅增加了改性聚乳酸的的結構穩定性，提高了該生物塑料的力學性能；同時，在改性果糖的制備過程中，利用生物質納米纖維素的大表面積比以及三維網絡結構穩定分散果糖，使其具有良好的均勻大表面積，為藍藻發酵菌提供了良好的載體以及可以充分利用的碳源;改性果糖配合多次補料發酵工藝的設計提高了藍藻乳酸發酵的乳酸轉化率，同時，方便實現了藍藻發酵產物的分離，為藍藻基生物塑料的高效生產提供了基礎。本發明工藝簡單，經濟效益好，對國內的藍藻基生物薄膜的高效經濟開發具有重要意義。
【具體實施方式】
[0008]一種生物質納米纖維素改性藍藻基復合生物塑料，包括以下重量份組分:藍藻130、乳酸桿菌4、大腸桿菌5、血紅密孔菌孢子液7、果糖15、生物質納米纖維素13、瓜爾膠8、牛奶蛋白纖維46、粘膠基甲殼素纖維51、納米二氧化硅4、檸檬酸甘油酯5、碳化二亞胺2、聚乙二醇二丙烯酸酯25、適量的水。
[0009]—種生物質納米纖維素改性藍藻基復合生物塑料制備方法，包括以下步驟:
(I)、將果糖、生物質納米纖維素、納米二氧化硅、瓜爾膠以及總重量2倍的水混合，在80°C高壓均質均勻之后，采用噴霧干燥技術干燥得改性果糖，將乳酸桿菌、大腸桿菌、血紅密孔菌孢子液、改性果糖以及總重量0.5倍的水混合攪拌均勻，低溫30°C干燥活化，并攪拌干燥制備成微囊化復合菌粉備用；
(2)、構建動態發酵罐系統:所述的動態發酵罐系統包括上下放置的兩個發酵罐，上下發酵罐連通處設置有濾膜，外部設置有動態栗，用于將下發酵罐發酵物栗入上發酵罐;將藍藻去除泥沙，超微粉碎，加入總重量5倍的水混合攪拌均勻，采用600W的超聲波輔助破壁處理lh，得藍藻培養基，將該培養基經滅菌處理后，放入所構建的動態發酵罐系統的上發酵罐中，并投入微囊化復合菌粉，在25°C下攪拌發酵，當上發酵罐中的藍藻培養基的發酵液通過濾膜過濾到下發酵罐，使得培養基沉淀到上發酵罐底部時，開啟動態栗實現下發酵罐發酵物一次栗入上發酵罐，并和上發酵罐培養基混合攪拌均勻，再次攪拌發酵至培養基沉淀到上發酵罐底部，完成一次的循環補料發酵，循環4次，上發酵罐中獲得藍藻發酵渣備用;下發酵罐中獲得高乳酸轉換率的藍藻發酵復合液備用；
(3)、將步驟(2)獲取的藍藻發酵渣焙烘縮水后再次超微粉碎獲取藍藻纖維備用;將步驟(2)獲取的高乳酸轉換率的藍藻發酵復合液先80 °C攪拌濃縮處理50min，之后放入密閉反應釜中，通入惰性氣體N2慢慢加熱升溫至160°C抽真空至160Pa并持續攪拌使得乳酸直接脫水縮合，之后繼續加熱并緩慢減壓，在220°C，133Pa下進一步縮聚，得改性聚乳酸；
(4)、將該改性聚乳酸中加入牛奶蛋白纖維、粘膠基甲殼素纖維、檸檬酸甘油酯、碳化二亞胺、聚乙二醇二丙烯酸酯以及海藻纖維，在70°C條件下600rpm/min速度攪拌26min形成懸濁液，將該懸濁液經螺桿擠出機擠出造粒，將擠出造粒的粒料經壓延成膜即得。
【主權項】
1.一種生物質納米纖維素改性藍藻基復合生物塑料，其特征在于，包括以下重量份組分:藍藻130-135、乳酸桿菌4-5、大腸桿菌5-6、血紅密孔菌孢子液7-8、果糖15-16、生物質納米纖維素13-14、瓜爾膠8-9、牛奶蛋白纖維46-47、粘膠基甲殼素纖維51-52、納米二氧化硅4-5、檸檬酸甘油酯5-6、碳化二亞胺2-3、聚乙二醇二丙烯酸酯25-26、適量的水。2.一種生物質納米纖維素改性藍藻基復合生物塑料制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、將果糖、生物質納米纖維素、納米二氧化硅、瓜爾膠以及總重量2倍的水混合，在80°C高壓均質均勻之后，采用噴霧干燥技術干燥得改性果糖，將乳酸桿菌、大腸桿菌、血紅密孔菌孢子液、改性果糖以及總重量0.5倍的水混合攪拌均勻，低溫30°C干燥活化，并攪拌干燥制備成微囊化復合菌粉備用； (2)、構建動態發酵罐系統:所述的動態發酵罐系統包括上下放置的兩個發酵罐，上下發酵罐連通處設置有濾膜，外部設置有動態栗，用于將下發酵罐發酵物栗入上發酵罐;將藍藻去除泥沙，超微粉碎，加入總重量5倍的水混合攪拌均勻，采用600W的超聲波輔助破壁處理lh，得藍藻培養基，將該培養基經滅菌處理后，放入所構建的動態發酵罐系統的上發酵罐中，并投入微囊化復合菌粉，在25°C下攪拌發酵，當上發酵罐中的藍藻培養基的發酵液通過濾膜過濾到下發酵罐，使得培養基沉淀到上發酵罐底部時，開啟動態栗實現下發酵罐發酵物一次栗入上發酵罐，并和上發酵罐培養基混合攪拌均勻，再次攪拌發酵至培養基沉淀到上發酵罐底部，完成一次的循環補料發酵，循環4-5次，上發酵罐中獲得藍藻發酵渣備用；下發酵罐中獲得高乳酸轉換率的藍藻發酵復合液備用； (3)、將步驟(2)獲取的藍藻發酵渣焙烘縮水后再次超微粉碎獲取藍藻纖維備用；將步驟(2)獲取的高乳酸轉換率的藍藻發酵復合液先80 °C攪拌濃縮處理50min，之后放入密閉反應釜中，通入惰性氣體N2慢慢加熱升溫至160°C抽真空至160Pa并持續攪拌使得乳酸直接脫水縮合，之后繼續加熱并緩慢減壓，在220-260°C，133Pa下進一步縮聚，得改性聚乳酸； (4)、將該改性聚乳酸中加入牛奶蛋白纖維、粘膠基甲殼素纖維、檸檬酸甘油酯、碳化二亞胺、聚乙二醇二丙烯酸酯以及海藻纖維，在70-75°C條件下600-700rpm/min速度攪拌26-28min形成懸濁液，將該懸濁液經螺桿擠出機擠出造粒，將擠出造粒的粒料經壓延成膜即得。
【文檔編號】C12P7/56GK105968759SQ201610503995
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月1日
【發明人】陳可夏, 陳可亮, 潮建平
【申請人】銅陵方正塑業科技有限公司