本發(fā)明屬于改性復(fù)合材料，具體涉及一種生物質(zhì)吸管及其多元復(fù)合改性制備方法。

背景技術(shù)：

1、不可降解塑料吸管因體積小、質(zhì)量輕、不易回收而被視為危害性較大的垃圾。全國各地食品餐飲行業(yè)積極尋求使用可降解吸管來代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料吸管?，F(xiàn)階段市面上主要有紙吸管和聚乳酸(pla)吸管兩種。紙吸管服役性能較差，熱飲中易泡軟、泡爛；pla吸管服役性能雖然接近傳統(tǒng)塑料吸管，但就原料成本而言，pla吸管(約0.05元/根)遠(yuǎn)高于塑料吸管(約0.01元/根)和紙吸管(約0.03元/根)，導(dǎo)致其應(yīng)用受限。此外，市面上推出的其他可降解吸管均存在服役效能較差、成本較高、難于大批量生產(chǎn)等問題，如竹吸管(不耐用、易裂、易發(fā)霉、資源有限、加工復(fù)雜，需通過手洗和手動(dòng)打磨拋光等)、玻璃吸管(易碎、難保存、價(jià)格偏高等)、金屬吸管(不易清潔、金屬味等)、麥秸吸管(不結(jié)實(shí)、易斷等)等。因此，開發(fā)一種生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品性能好、易完全降解，且能完全替代傳統(tǒng)塑料吸管的可降解吸管是目前國內(nèi)外迫切需要解決的首要任務(wù)。

2、淀粉作為一種天然高分子化合物，具有原料廣泛、品種多、產(chǎn)量高、價(jià)格低廉，且在自然環(huán)境下完全降解(產(chǎn)物是co2和h2o)等優(yōu)點(diǎn)，市場發(fā)展前景廣闊。尤其是淀粉因綠色、安全、可食用性而深受食品包裝行業(yè)的廣泛青睞。然而，目前市場雖已有淀粉吸管產(chǎn)品，但幾乎都存在吸管易脆裂，熱飲中易溶脹、破裂、絮狀物溶出等問題，嚴(yán)重制約了淀粉吸管的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。改性淀粉是在天然淀粉所具有的固有特性的基礎(chǔ)上，為改善淀粉的性能、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，利用物理、化學(xué)或酶法處理，在淀粉分子上引入新的官能團(tuán)或改變淀粉分子大小和淀粉顆粒性質(zhì)，從而改變淀粉的天然特性，使其更適合于一定應(yīng)用的要求。原淀粉經(jīng)過改性后增加分子排列有序緊密將顯著提高淀粉吸管的力學(xué)、阻隔和疏水性能。

3、竹粉作為一種天然高分子材料，其價(jià)格低廉、強(qiáng)度高、密度低、力學(xué)性能較好、具有完全生物降解性等優(yōu)點(diǎn)。但由于竹粉富含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)，導(dǎo)致竹粉和淀粉之間難以相容，其復(fù)合材料的力學(xué)性能差，如強(qiáng)度低、易碎、不易彎曲、無韌性，因此，現(xiàn)有技術(shù)中很少有將竹粉與淀粉來制備生物質(zhì)吸管。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種生物質(zhì)吸管及其多元復(fù)合改性制備方法。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

3、一種生物質(zhì)吸管及其多元復(fù)合改性制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4、s1、酶變性淀粉制備：

5、s101、將植物淀粉與磷酸鹽緩沖液混合，沸水糊化后調(diào)整至合適溫度；

6、s102、對混合物進(jìn)行酶解處理；

7、s103、酶解處理后進(jìn)行滅酶操作，然后進(jìn)行老化回生處理，水洗離心清洗、干燥，獲得酶變性淀粉；

8、s2、蘋果酸酯化改性竹粉制備：

9、s201、將竹粉按一定比例與硫酸溶液中攪拌混合，反應(yīng)結(jié)束后，利用去離子水終止酸解反應(yīng)，并除去硫酸；

10、s202、利用去離子水進(jìn)行透析，獲得ph呈中性的懸浮液，并對懸浮液進(jìn)行濃縮操作，調(diào)整濃縮液ph；

11、s203、在濃縮液中混合一定比例的蘋果酸，在一定溫度下進(jìn)行蘋果酸酯化反應(yīng)；

12、s204、45℃烘干、研磨、過篩得到蘋果酸酯化改性竹粉；

13、s3、生物質(zhì)吸管的制備：

14、s301、將酶變性淀粉和蘋果酸酯化改性竹粉進(jìn)行混合得到混合物a，其中，酶變性淀粉占比為30％-70％，并添加復(fù)合增塑劑進(jìn)行混合，然后放入自封袋中在室溫下平衡后進(jìn)行擠壓；

15、s302、平衡后的混合物利用擠出設(shè)備擠出，并進(jìn)行冷卻干燥。

16、進(jìn)一步地，在步驟s101中，所述植物淀粉為玉米淀粉，所述磷酸鹽緩沖液體積為100ml，沸水糊化時(shí)間為1h。

17、進(jìn)一步地，在步驟s102中，具體步驟為：

18、將糊化后的混合物置50℃水浴鍋中，穩(wěn)定10min，加4u/gα-淀粉酶(以淀粉干基計(jì))，反應(yīng)30min。沸水浴滅酶20min后，冷卻65℃后再加入500u/g分支酶(以淀粉干基計(jì))反應(yīng)20min，沸水浴滅酶20min后置于47℃水浴鍋中，加入40u/g普魯蘭酶(以淀粉干基計(jì))，反應(yīng)24h。

19、進(jìn)一步地，步驟s103中，具體步驟為：將混合物沸水浴滅酶20min后放置4℃老化回生24h，水洗離心后用無水乙醇洗滌淀粉，離心后干燥處理獲得酶變性淀粉。

20、進(jìn)一步地，在步驟s201中，所述硫酸溶液濃度為60％，所述竹粉與所述硫酸溶液比例為1:5，單位為w/v，反應(yīng)時(shí)間為50min，所述去離子水為產(chǎn)物的15倍，采用高速離心機(jī)通過水交換/離心循環(huán)除去硫酸。

21、進(jìn)一步地，在步驟s202中，具體步驟為：將懸浮液用去離子水進(jìn)行透析，獲得ph呈中性的懸浮液。利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將懸浮液濃縮至濃度為8％，隨后用0.1mol/l鹽酸調(diào)節(jié)濃縮液ph為3-4。

22、進(jìn)一步地，在步驟s203中，所述濃縮液與蘋果酸比例為3:1，單位為w/w，混合時(shí)長10min，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時(shí)長為1h。

23、進(jìn)一步地，在步驟s301中，所述復(fù)合增塑劑占混合物a的20％，所述復(fù)合增塑劑為5份水、3份甘油以及2份赤蘚糖醇的混合物。

24、進(jìn)一步地，在步驟s302中，所述擠出設(shè)備為三螺桿擠出機(jī)，擠出溫度從擠出出口到擠出入口分為3個(gè)溫控區(qū)：一區(qū)溫度90℃，二區(qū)溫度95℃，三區(qū)溫度85℃。將樣品從模頭擠出，室溫下冷卻48h，然后將吸管在40℃下干燥至7.0％含水量。

25、作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，本發(fā)明還提供了一種生物質(zhì)吸管，根據(jù)上述一種生物質(zhì)吸管及其多元復(fù)合改性制備方法制備而成。

26、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明利用復(fù)合酶法對淀粉進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)改性，利用綠色有機(jī)酸蘋果酸對竹粉進(jìn)行交聯(lián)酯化改性，將酶改性淀粉和酸改性竹粉復(fù)合制備一種價(jià)格低、強(qiáng)度高、韌性大、能完全自然降解的生物質(zhì)吸管，該吸管韌性大，不容易發(fā)生變形和劣化，并且儲存時(shí)間長，減少因材料變質(zhì)引發(fā)的失敗或安全問題，高溫下更穩(wěn)定，不易變形，更能抵御化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。

技術(shù)特征：

1.一種生物質(zhì)吸管多元復(fù)合改性制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物質(zhì)吸管多元復(fù)合改性制備方法，其特征在于，在步驟s101中，所述植物淀粉為玉米淀粉，所述磷酸鹽緩沖液體積為100ml，沸水糊化時(shí)間為1h。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物質(zhì)吸管多元復(fù)合改性制備方法，其特征在于，在步驟s102中，具體步驟為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種生物質(zhì)吸管多元復(fù)合改性制備方法，其特征在于，步驟s103中，具體步驟為：將混合物沸水浴滅酶20min后放置4℃老化回生24h，水洗離心后用無水乙醇洗滌淀粉，離心后干燥處理獲得酶變性淀粉。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種生物質(zhì)吸管多元復(fù)合改性制備方法，其特征在于，在步驟s201中，所述硫酸溶液濃度為60％，所述竹粉與所述硫酸溶液比例為1:5，單位為w/v，反應(yīng)時(shí)間為50min，所述去離子水為產(chǎn)物的15倍，采用高速離心機(jī)通過水交換/離心循環(huán)除去硫酸。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種生物質(zhì)吸管多元復(fù)合改性制備方法，其特征在于，在步驟s202中，具體步驟為：將懸浮液用去離子水進(jìn)行透析，獲得ph呈中性的懸浮液，利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將懸浮液濃縮至濃度為8％，隨后用0.1mol/l鹽酸調(diào)節(jié)濃縮液ph為3-4。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種生物質(zhì)吸管多元復(fù)合改性制備方法，其特征在于，在步驟s203中，所述濃縮液與蘋果酸比例為3:1，單位為w/w，混合時(shí)長10min，反應(yīng)溫度為140℃，反應(yīng)時(shí)長為1h。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種生物質(zhì)吸管多元復(fù)合改性制備方法，其特征在于，在步驟s301中，所述復(fù)合增塑劑占混合物a的20％，所述復(fù)合增塑劑為5份水、3份甘油以及2份赤蘚糖醇的混合物。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種生物質(zhì)吸管多元復(fù)合改性制備方法，其特征在于，在步驟s302中，所述擠出設(shè)備為三螺桿擠出機(jī)，擠出溫度從擠出出口到擠出入口分為3個(gè)溫控區(qū)：一區(qū)溫度90℃，二區(qū)溫度95℃，三區(qū)溫度85℃，將樣品從模頭擠出，室溫下冷卻48h，然后將吸管在40℃下干燥至7.0％含水量。

10.一種生物質(zhì)吸管，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的一種生物質(zhì)吸管及其多元復(fù)合改性制備方法制備而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)吸管及其多元復(fù)合改性制備方法。該生物質(zhì)吸管的多元復(fù)合改性制備方法，具體包括以下步驟：S1、酶變性淀粉制備：S2、蘋果酸酯化改性竹粉制備：S3、將酶變性淀粉和蘋果酸酯化改性竹粉進(jìn)行混合得到混合物A，其中，酶變性淀粉占比為30％?70％，并添加復(fù)合增塑劑進(jìn)行混合，然后放入自封袋中在室溫下平衡后進(jìn)行擠壓；平衡后的混合物利用擠出設(shè)備擠出，并進(jìn)行冷卻干燥得到吸管。該生物質(zhì)吸管的多元復(fù)合改性制備方法，利用復(fù)合酶法對淀粉進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)改性，利用綠色有機(jī)酸蘋果酸對竹粉進(jìn)行交聯(lián)酯化改性，將酶改性淀粉和酸改性竹粉復(fù)合制備一種價(jià)格低、強(qiáng)度高、韌性大、能完全自然降解的生物質(zhì)吸管。

技術(shù)研發(fā)人員：郭麗,崔波,夏傳金,王國慶,王金鵬,孫純銳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23