一種藍(lán)藻發(fā)酵制備的藍(lán)藻基生物可降解復(fù)合膜材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種藍(lán)藻發(fā)酵制備的藍(lán)藻基生物可降解復(fù)合膜材料，包括以下重量份組分：藍(lán)藻100?102、血紅密孔菌孢子液8?9、乳酸菌12?13、葡萄糖21?22、納米石墨烯21?22、羥甲基纖維素鈉9?10、聚N?異丙基丙烯酰胺34?35、乙烯基甲氧基硅烷19?20、聚乙烯醇9?10、適量的水。本發(fā)明采用納米石墨烯改性的復(fù)合菌對(duì)藍(lán)藻進(jìn)行動(dòng)態(tài)發(fā)酵實(shí)現(xiàn)了藍(lán)藻到乳酸的高轉(zhuǎn)換率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了藍(lán)藻乳酸發(fā)酵產(chǎn)物和藍(lán)藻渣藍(lán)藻纖維的分離，再將濃縮聚合的藍(lán)藻發(fā)酵物和藍(lán)藻纖維以及增塑劑聚乙二醇等混合經(jīng)造粒流延制備成藍(lán)藻基生物塑料，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。
【專利說明】
一種藍(lán)藻發(fā)酵制備的藍(lán)藻基生物可降解復(fù)合膜材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及藍(lán)藻基生物可降解塑料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種藍(lán)藻發(fā)酵制備的藍(lán)藻基生物可降解復(fù)合膜材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]乳酸、聚乳酸是生物化工產(chǎn)品，以可再生生物材料為原料，利用生物工程技術(shù)，產(chǎn)品具有生物可降解性。隨著石油資源枯竭帶來的能源危機(jī)以及化學(xué)工業(yè)引發(fā)的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，利用生物質(zhì)基原材料為底物，通過微生物發(fā)酵法生產(chǎn)乳酸具有重要意義;藍(lán)藻是一類進(jìn)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(jìn)行產(chǎn)氧性能光合作用的原核生物。藍(lán)藻原料發(fā)酵具有高的附加值產(chǎn)品乳酸、L-乳酸等非食品產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可以大大提高藍(lán)藻資源的利用價(jià)值，制備成生物塑料，無錫德林海藻水分離技術(shù)發(fā)展有限公司研制出將藻泥制成含水率10%以下的藻粉技術(shù)，這些藻粉成本并不高的出口到美國(guó)制備成生物塑料，而自己缺乏相應(yīng)的直接實(shí)現(xiàn)藍(lán)藻到生物塑料加工的技術(shù)，盡管占有有利資源，卻并不能實(shí)現(xiàn)利益最大化；國(guó)內(nèi)目前對(duì)藍(lán)藻的利用多集中先制備藍(lán)藻提取物藍(lán)藻蛋白、藍(lán)藻纖維等藍(lán)藻等生物質(zhì)，在利用這些生物質(zhì)的優(yōu)良性能結(jié)合其它原料制備一些生物膜，而關(guān)于藍(lán)藻直接開發(fā)利用制備藍(lán)藻基生物塑料的報(bào)道并不多。
[0003]藍(lán)藻直接開發(fā)利用制備藍(lán)藻基生物塑料有通常面臨以下兩個(gè)問題:(1)、藍(lán)藻原料通過發(fā)酵生產(chǎn)乳酸實(shí)現(xiàn)藍(lán)藻到乳酸的轉(zhuǎn)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(jìn)問題。常采用增塑、酸調(diào)、交聯(lián)、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(shí)現(xiàn)藍(lán)藻的高價(jià)值開發(fā)
設(shè)計(jì)出利用藍(lán)藻原料高效生產(chǎn)高質(zhì)量藍(lán)藻基生物塑料對(duì)提高藍(lán)藻的開發(fā)利用價(jià)值具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種藍(lán)藻發(fā)酵制備的藍(lán)藻基生物可降解復(fù)合膜材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種藍(lán)藻發(fā)酵制備的藍(lán)藻基生物可降解復(fù)合膜材料，包括以下重量份組分:藍(lán)藻100-102、血紅密孔菌孢子液8-9、乳酸菌12-13、葡萄糖21-22、納米石墨烯21-22、羥甲基纖維素鈉9-10、聚N-異丙基丙烯酰胺34-35、乙烯基甲氧基硅烷19-20、聚乙烯醇9-10、適量的水。
[0006]—種藻發(fā)酵直接制備藍(lán)藻基生物可降解復(fù)合膜材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)、將納米石墨烯、葡萄糖以及總重量2倍的水混合均質(zhì)攪拌均勻之后，采用噴霧干燥技術(shù)干燥得加載有葡萄糖的納米石墨烯，將乳酸菌、血紅密孔菌孢子液、羥甲基纖維素鈉、加載有葡萄糖的納米石墨烯以及總重量0.5倍的水混合攪拌均勻，低溫干燥活化，并干燥制備成微囊化乳酸復(fù)合菌粉備用；
(2)、構(gòu)建動(dòng)態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng):所述的動(dòng)態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)包括上下放置的兩個(gè)發(fā)酵罐，上下發(fā)酵罐連通處設(shè)置有濾膜，外部設(shè)置有動(dòng)態(tài)栗，用于將下發(fā)酵罐發(fā)酵物栗入上發(fā)酵罐;將藍(lán)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(lán)藻培養(yǎng)基，將該培養(yǎng)基經(jīng)滅菌處理后，放入所構(gòu)建的動(dòng)態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)的上發(fā)酵罐中，并投入微囊化乳酸復(fù)合菌粉，在25 °C下攪拌發(fā)酵，當(dāng)上發(fā)酵罐中的藍(lán)藻培養(yǎng)基的發(fā)酵液通過濾膜過濾到下發(fā)酵罐，使得培養(yǎng)基沉淀到上發(fā)酵罐底部時(shí)，開啟動(dòng)態(tài)栗實(shí)現(xiàn)下發(fā)酵罐發(fā)酵物一次栗入上發(fā)酵罐，并和上發(fā)酵罐培養(yǎng)基混合攪拌均勻，再次攪拌發(fā)酵至培養(yǎng)基沉淀到上發(fā)酵罐底部，完成一次的循環(huán)補(bǔ)料發(fā)酵，循環(huán)4-5次，上發(fā)酵罐中獲得藍(lán)藻發(fā)酵渣備用;下發(fā)酵罐中獲得高乳酸轉(zhuǎn)換率的藍(lán)藻發(fā)酵復(fù)合液備用；
(3)、將步驟(2)獲取的藍(lán)藻發(fā)酵渣焙烘縮水后再次超微粉碎獲取藍(lán)藻纖維備用;將步驟(2)獲取的高乳酸轉(zhuǎn)換率的藍(lán)藻發(fā)酵復(fù)合液先80 °C攪拌濃縮處理50min，之后放入密閉反應(yīng)釜中，通入惰性氣體N2慢慢加熱升溫至160°C抽真空至160Pa使得乳酸直接脫水縮合，之后繼續(xù)加熱并緩慢減壓，在220-260°C，133Pa下進(jìn)一步縮聚，得聚乳酸，將該聚乳酸中加入聚N-異丙基丙烯酰胺、乙烯基甲氧基硅烷、聚乙烯醇以及海藻纖維，在70-75°C條件下600-700rpm/min速度攪拌20_30min，然后經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出造粒；
(4)、將步驟(3)中擠出造粒的粒料經(jīng)流延形成薄膜，低溫烘干即得。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
本發(fā)明采用納米石墨烯改性的復(fù)合菌對(duì)藍(lán)藻進(jìn)行動(dòng)態(tài)發(fā)酵實(shí)現(xiàn)了藍(lán)藻到乳酸的高轉(zhuǎn)換率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了藍(lán)藻乳酸發(fā)酵產(chǎn)物和藍(lán)藻渣藍(lán)藻纖維的分離，再將濃縮聚合的藍(lán)藻發(fā)酵物和藍(lán)藻纖維以及增塑劑聚乙二醇等混合經(jīng)造粒流延制備成藍(lán)藻基生物塑料，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低；同時(shí);所采用的納米石墨烯其藍(lán)藻乳酸發(fā)酵階段，起到了為乳酸菌提供良好載體，提高乳酸發(fā)酵效率以及乳酸轉(zhuǎn)化率的功效;在藍(lán)藻發(fā)酵產(chǎn)物濃縮階段，起到了均質(zhì)，提高濃縮液均勻性，改性濃縮液力學(xué)性能的作用;再者，藍(lán)藻基生物塑料中加入納米石墨烯，有助于提高該生物塑料的機(jī)械拉伸性能，該發(fā)酵直接制備藍(lán)藻基生物塑料的制備工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益好，制備的產(chǎn)品直接相對(duì)單純的聚乳酸復(fù)合生物塑料具有性能得到改進(jìn)，對(duì)國(guó)內(nèi)的藍(lán)藻基生物塑料的高效經(jīng)濟(jì)開發(fā)具有重要意義。
【具體實(shí)施方式】
[0008]—種藍(lán)藻發(fā)酵制備的藍(lán)藻基生物可降解復(fù)合膜材料，包括以下重量份組分:藍(lán)藻100、血紅密孔菌孢子液8、乳酸菌12、葡萄糖21、納米石墨烯21、羥甲基纖維素鈉9、聚N異丙基丙烯酰胺34、乙烯基甲氧基硅烷19、聚乙烯醇9、適量的水。
[0009]—種藻發(fā)酵直接制備藍(lán)藻基生物可降解復(fù)合膜材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)、將納米石墨烯、葡萄糖以及總重量2倍的水混合均質(zhì)攪拌均勻之后，采用噴霧干燥技術(shù)干燥得加載有葡萄糖的納米石墨烯，將乳酸菌、血紅密孔菌孢子液、羥甲基纖維素鈉、加載有葡萄糖的納米石墨烯以及總重量0.5倍的水混合攪拌均勻，低溫干燥活化，并干燥制備成微囊化乳酸復(fù)合菌粉備用；
(2)、構(gòu)建動(dòng)態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng):所述的動(dòng)態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)包括上下放置的兩個(gè)發(fā)酵罐，上下發(fā)酵罐連通處設(shè)置有濾膜，外部設(shè)置有動(dòng)態(tài)栗，用于將下發(fā)酵罐發(fā)酵物栗入上發(fā)酵罐;將藍(lán)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(lán)藻培養(yǎng)基，將該培養(yǎng)基經(jīng)滅菌處理后，放入所構(gòu)建的動(dòng)態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)的上發(fā)酵罐中，并投入微囊化乳酸復(fù)合菌粉，在25 °C下攪拌發(fā)酵，當(dāng)上發(fā)酵罐中的藍(lán)藻培養(yǎng)基的發(fā)酵液通過濾膜過濾到下發(fā)酵罐，使得培養(yǎng)基沉淀到上發(fā)酵罐底部時(shí)，開啟動(dòng)態(tài)栗實(shí)現(xiàn)下發(fā)酵罐發(fā)酵物一次栗入上發(fā)酵罐，并和上發(fā)酵罐培養(yǎng)基混合攪拌均勻，再次攪拌發(fā)酵至培養(yǎng)基沉淀到上發(fā)酵罐底部，完成一次的循環(huán)補(bǔ)料發(fā)酵，循環(huán)4次，上發(fā)酵罐中獲得藍(lán)藻發(fā)酵渣備用；下發(fā)酵罐中獲得高乳酸轉(zhuǎn)換率的藍(lán)藻發(fā)酵復(fù)合液備用；
(3)、將步驟(2)獲取的藍(lán)藻發(fā)酵渣焙烘縮水后再次超微粉碎獲取藍(lán)藻纖維備用;將步驟(2)獲取的高乳酸轉(zhuǎn)換率的藍(lán)藻發(fā)酵復(fù)合液先80 °C攪拌濃縮處理50min，之后放入密閉反應(yīng)釜中，通入惰性氣體N2慢慢加熱升溫至160°C抽真空至160Pa使得乳酸直接脫水縮合，之后繼續(xù)加熱并緩慢減壓，在220°C，133Pa下進(jìn)一步縮聚，得聚乳酸，將該聚乳酸中加入聚N異丙基丙烯酰胺、乙烯基甲氧基硅烷、聚乙烯醇以及海藻纖維，在70°C條件下600rpm/min速度攪拌20min，然后經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出造粒；
(4)、將步驟(3)中擠出造粒的粒料經(jīng)流延形成薄膜，低溫烘干即得。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種藍(lán)藻發(fā)酵制備的藍(lán)藻基生物可降解復(fù)合膜材料，其特征在于，包括以下重量份組分:藍(lán)藻100-102、血紅密孔菌孢子液8-9、乳酸菌12-13、葡萄糖21-22、納米石墨烯21-22、羥甲基纖維素鈉9-10、聚N-異丙基丙烯酰胺34-35、乙烯基甲氧基硅烷19-20、聚乙烯醇9-10、適量的水。2.—種藻發(fā)酵直接制備藍(lán)藻基生物可降解復(fù)合膜材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、將納米石墨烯、葡萄糖以及總重量2倍的水混合均質(zhì)攪拌均勻之后，采用噴霧干燥技術(shù)干燥得加載有葡萄糖的納米石墨烯，將乳酸菌、血紅密孔菌孢子液、羥甲基纖維素鈉、加載有葡萄糖的納米石墨烯以及總重量0.5倍的水混合攪拌均勻，低溫干燥活化，并干燥制備成微囊化乳酸復(fù)合菌粉備用； (2)、構(gòu)建動(dòng)態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng):所述的動(dòng)態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)包括上下放置的兩個(gè)發(fā)酵罐，上下發(fā)酵罐連通處設(shè)置有濾膜，外部設(shè)置有動(dòng)態(tài)栗，用于將下發(fā)酵罐發(fā)酵物栗入上發(fā)酵罐;將藍(lán)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(lán)藻培養(yǎng)基，將該培養(yǎng)基經(jīng)滅菌處理后，放入所構(gòu)建的動(dòng)態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)的上發(fā)酵罐中，并投入微囊化乳酸復(fù)合菌粉，在25 °C下攪拌發(fā)酵，當(dāng)上發(fā)酵罐中的藍(lán)藻培養(yǎng)基的發(fā)酵液通過濾膜過濾到下發(fā)酵罐，使得培養(yǎng)基沉淀到上發(fā)酵罐底部時(shí)，開啟動(dòng)態(tài)栗實(shí)現(xiàn)下發(fā)酵罐發(fā)酵物一次栗入上發(fā)酵罐，并和上發(fā)酵罐培養(yǎng)基混合攪拌均勻，再次攪拌發(fā)酵至培養(yǎng)基沉淀到上發(fā)酵罐底部，完成一次的循環(huán)補(bǔ)料發(fā)酵，循環(huán)4-5次，上發(fā)酵罐中獲得藍(lán)藻發(fā)酵渣備用;下發(fā)酵罐中獲得高乳酸轉(zhuǎn)換率的藍(lán)藻發(fā)酵復(fù)合液備用； (3)、將步驟(2)獲取的藍(lán)藻發(fā)酵渣焙烘縮水后再次超微粉碎獲取藍(lán)藻纖維備用；將步驟(2)獲取的高乳酸轉(zhuǎn)換率的藍(lán)藻發(fā)酵復(fù)合液先80 °C攪拌濃縮處理50min，之后放入密閉反應(yīng)釜中，通入惰性氣體N2慢慢加熱升溫至160°C抽真空至160Pa使得乳酸直接脫水縮合，之后繼續(xù)加熱并緩慢減壓，在220-260°C，133Pa下進(jìn)一步縮聚，得聚乳酸，將該聚乳酸中加入聚N-異丙基丙烯酰胺、乙烯基甲氧基硅烷、聚乙烯醇以及海藻纖維，在70-75°C條件下600-700rpm/min速度攪拌20_30min，然后經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出造粒； (4)、將步驟(3)中擠出造粒的粒料經(jīng)流延形成薄膜，低溫烘干即得。
【文檔編號(hào)】C08L67/04GK105968760SQ201610504021
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月1日
【發(fā)明人】陳可夏, 陳可亮, 潮建平
【申請(qǐng)人】銅陵方正塑業(yè)科技有限公司