一种蓝藻发酵制备的蓝藻基生物可降解复合膜材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种蓝藻发酵制备的蓝藻基生物可降解复合膜材料，包括以下重量份组分：蓝藻100?102、血红密孔菌孢子液8?9、乳酸菌12?13、葡萄糖21?22、纳米石墨烯21?22、羟甲基纤维素钠9?10、聚N?异丙基丙烯酰胺34?35、乙烯基甲氧基硅烷19?20、聚乙烯醇9?10、适量的水。本发明采用纳米石墨烯改性的复合菌对蓝藻进行动态发酵实现了蓝藻到乳酸的高转换率，同时实现了蓝藻乳酸发酵产物和蓝藻渣蓝藻纤维的分离，再将浓缩聚合的蓝藻发酵物和蓝藻纤维以及增塑剂聚乙二醇等混合经造粒流延制备成蓝藻基生物塑料，制备工艺简单，成本低。
【专利说明】
一种蓝藻发酵制备的蓝藻基生物可降解复合膜材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及蓝藻基生物可降解塑料技术领域，尤其涉及一种蓝藻发酵制备的蓝藻基生物可降解复合膜材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]乳酸、聚乳酸是生物化工产品，以可再生生物材料为原料，利用生物工程技术，产品具有生物可降解性。随着石油资源枯竭带来的能源危机以及化学工业引发的环境污染日益严重，利用生物质基原材料为底物，通过微生物发酵法生产乳酸具有重要意义;蓝藻是一类进化历史悠久、革兰氏阴性，无鞭毛，含叶绿素a，不形成叶绿体，能进行产氧性能光合作用的原核生物。蓝藻原料发酵具有高的附加值产品乳酸、L-乳酸等非食品产品，这些产品可以大大提高蓝藻资源的利用价值，制备成生物塑料，无锡德林海藻水分离技术发展有限公司研制出将藻泥制成含水率10%以下的藻粉技术，这些藻粉成本并不高的出口到美国制备成生物塑料，而自己缺乏相应的直接实现蓝藻到生物塑料加工的技术，尽管占有有利资源，却并不能实现利益最大化；国内目前对蓝藻的利用多集中先制备蓝藻提取物蓝藻蛋白、蓝藻纤维等蓝藻等生物质，在利用这些生物质的优良性能结合其它原料制备一些生物膜，而关于蓝藻直接开发利用制备蓝藻基生物塑料的报道并不多。
[0003]蓝藻直接开发利用制备蓝藻基生物塑料有通常面临以下两个问题:(1)、蓝藻原料通过发酵生产乳酸实现蓝藻到乳酸的转化率问题，该问题直接决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进问题。常采用增塑、酸调、交联、填充或者共混等单一改性方法，然而这种单一改性方法有限，制备出的全降解塑料薄膜功能单一且成本高无法实现蓝藻的高价值开发
设计出利用蓝藻原料高效生产高质量蓝藻基生物塑料对提高蓝藻的开发利用价值具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种蓝藻发酵制备的蓝藻基生物可降解复合膜材料及其制备方法。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种蓝藻发酵制备的蓝藻基生物可降解复合膜材料，包括以下重量份组分:蓝藻100-102、血红密孔菌孢子液8-9、乳酸菌12-13、葡萄糖21-22、纳米石墨烯21-22、羟甲基纤维素钠9-10、聚N-异丙基丙烯酰胺34-35、乙烯基甲氧基硅烷19-20、聚乙烯醇9-10、适量的水。
[0006]—种藻发酵直接制备蓝藻基生物可降解复合膜材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)、将纳米石墨烯、葡萄糖以及总重量2倍的水混合均质搅拌均匀之后，采用喷雾干燥技术干燥得加载有葡萄糖的纳米石墨烯，将乳酸菌、血红密孔菌孢子液、羟甲基纤维素钠、加载有葡萄糖的纳米石墨烯以及总重量0.5倍的水混合搅拌均匀，低温干燥活化，并干燥制备成微囊化乳酸复合菌粉备用；
(2)、构建动态发酵罐系统:所述的动态发酵罐系统包括上下放置的两个发酵罐，上下发酵罐连通处设置有滤膜，外部设置有动态栗，用于将下发酵罐发酵物栗入上发酵罐;将蓝藻去除泥沙，超微粉碎，加入总重量5倍的水混合搅拌均匀，采用600W的超声波辅助破壁处理lh，得蓝藻培养基，将该培养基经灭菌处理后，放入所构建的动态发酵罐系统的上发酵罐中，并投入微囊化乳酸复合菌粉，在25 °C下搅拌发酵，当上发酵罐中的蓝藻培养基的发酵液通过滤膜过滤到下发酵罐，使得培养基沉淀到上发酵罐底部时，开启动态栗实现下发酵罐发酵物一次栗入上发酵罐，并和上发酵罐培养基混合搅拌均匀，再次搅拌发酵至培养基沉淀到上发酵罐底部，完成一次的循环补料发酵，循环4-5次，上发酵罐中获得蓝藻发酵渣备用;下发酵罐中获得高乳酸转换率的蓝藻发酵复合液备用；
(3)、将步骤(2)获取的蓝藻发酵渣焙烘缩水后再次超微粉碎获取蓝藻纤维备用;将步骤(2)获取的高乳酸转换率的蓝藻发酵复合液先80 °C搅拌浓缩处理50min，之后放入密闭反应釜中，通入惰性气体N2慢慢加热升温至160°C抽真空至160Pa使得乳酸直接脱水缩合，之后继续加热并缓慢减压，在220-260°C，133Pa下进一步缩聚，得聚乳酸，将该聚乳酸中加入聚N-异丙基丙烯酰胺、乙烯基甲氧基硅烷、聚乙烯醇以及海藻纤维，在70-75°C条件下600-700rpm/min速度搅拌20_30min，然后经螺杆挤出机挤出造粒；
(4)、将步骤(3)中挤出造粒的粒料经流延形成薄膜，低温烘干即得。
[0007]本发明的优点是:
本发明采用纳米石墨烯改性的复合菌对蓝藻进行动态发酵实现了蓝藻到乳酸的高转换率，同时实现了蓝藻乳酸发酵产物和蓝藻渣蓝藻纤维的分离，再将浓缩聚合的蓝藻发酵物和蓝藻纤维以及增塑剂聚乙二醇等混合经造粒流延制备成蓝藻基生物塑料，制备工艺简单，成本低；同时;所采用的纳米石墨烯其蓝藻乳酸发酵阶段，起到了为乳酸菌提供良好载体，提高乳酸发酵效率以及乳酸转化率的功效;在蓝藻发酵产物浓缩阶段，起到了均质，提高浓缩液均匀性，改性浓缩液力学性能的作用;再者，蓝藻基生物塑料中加入纳米石墨烯，有助于提高该生物塑料的机械拉伸性能，该发酵直接制备蓝藻基生物塑料的制备工艺简单，经济效益好，制备的产品直接相对单纯的聚乳酸复合生物塑料具有性能得到改进，对国内的蓝藻基生物塑料的高效经济开发具有重要意义。
【具体实施方式】
[0008]—种蓝藻发酵制备的蓝藻基生物可降解复合膜材料，包括以下重量份组分:蓝藻100、血红密孔菌孢子液8、乳酸菌12、葡萄糖21、纳米石墨烯21、羟甲基纤维素钠9、聚N异丙基丙烯酰胺34、乙烯基甲氧基硅烷19、聚乙烯醇9、适量的水。
[0009]—种藻发酵直接制备蓝藻基生物可降解复合膜材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)、将纳米石墨烯、葡萄糖以及总重量2倍的水混合均质搅拌均匀之后，采用喷雾干燥技术干燥得加载有葡萄糖的纳米石墨烯，将乳酸菌、血红密孔菌孢子液、羟甲基纤维素钠、加载有葡萄糖的纳米石墨烯以及总重量0.5倍的水混合搅拌均匀，低温干燥活化，并干燥制备成微囊化乳酸复合菌粉备用；
(2)、构建动态发酵罐系统:所述的动态发酵罐系统包括上下放置的两个发酵罐，上下发酵罐连通处设置有滤膜，外部设置有动态栗，用于将下发酵罐发酵物栗入上发酵罐;将蓝藻去除泥沙，超微粉碎，加入总重量5倍的水混合搅拌均匀，采用600W的超声波辅助破壁处理lh，得蓝藻培养基，将该培养基经灭菌处理后，放入所构建的动态发酵罐系统的上发酵罐中，并投入微囊化乳酸复合菌粉，在25 °C下搅拌发酵，当上发酵罐中的蓝藻培养基的发酵液通过滤膜过滤到下发酵罐，使得培养基沉淀到上发酵罐底部时，开启动态栗实现下发酵罐发酵物一次栗入上发酵罐，并和上发酵罐培养基混合搅拌均匀，再次搅拌发酵至培养基沉淀到上发酵罐底部，完成一次的循环补料发酵，循环4次，上发酵罐中获得蓝藻发酵渣备用；下发酵罐中获得高乳酸转换率的蓝藻发酵复合液备用；
(3)、将步骤(2)获取的蓝藻发酵渣焙烘缩水后再次超微粉碎获取蓝藻纤维备用;将步骤(2)获取的高乳酸转换率的蓝藻发酵复合液先80 °C搅拌浓缩处理50min，之后放入密闭反应釜中，通入惰性气体N2慢慢加热升温至160°C抽真空至160Pa使得乳酸直接脱水缩合，之后继续加热并缓慢减压，在220°C，133Pa下进一步缩聚，得聚乳酸，将该聚乳酸中加入聚N异丙基丙烯酰胺、乙烯基甲氧基硅烷、聚乙烯醇以及海藻纤维，在70°C条件下600rpm/min速度搅拌20min，然后经螺杆挤出机挤出造粒；
(4)、将步骤(3)中挤出造粒的粒料经流延形成薄膜，低温烘干即得。
【主权项】
1.一种蓝藻发酵制备的蓝藻基生物可降解复合膜材料，其特征在于，包括以下重量份组分:蓝藻100-102、血红密孔菌孢子液8-9、乳酸菌12-13、葡萄糖21-22、纳米石墨烯21-22、羟甲基纤维素钠9-10、聚N-异丙基丙烯酰胺34-35、乙烯基甲氧基硅烷19-20、聚乙烯醇9-10、适量的水。2.—种藻发酵直接制备蓝藻基生物可降解复合膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)、将纳米石墨烯、葡萄糖以及总重量2倍的水混合均质搅拌均匀之后，采用喷雾干燥技术干燥得加载有葡萄糖的纳米石墨烯，将乳酸菌、血红密孔菌孢子液、羟甲基纤维素钠、加载有葡萄糖的纳米石墨烯以及总重量0.5倍的水混合搅拌均匀，低温干燥活化，并干燥制备成微囊化乳酸复合菌粉备用； (2)、构建动态发酵罐系统:所述的动态发酵罐系统包括上下放置的两个发酵罐，上下发酵罐连通处设置有滤膜，外部设置有动态栗，用于将下发酵罐发酵物栗入上发酵罐;将蓝藻去除泥沙，超微粉碎，加入总重量5倍的水混合搅拌均匀，采用600W的超声波辅助破壁处理lh，得蓝藻培养基，将该培养基经灭菌处理后，放入所构建的动态发酵罐系统的上发酵罐中，并投入微囊化乳酸复合菌粉，在25 °C下搅拌发酵，当上发酵罐中的蓝藻培养基的发酵液通过滤膜过滤到下发酵罐，使得培养基沉淀到上发酵罐底部时，开启动态栗实现下发酵罐发酵物一次栗入上发酵罐，并和上发酵罐培养基混合搅拌均匀，再次搅拌发酵至培养基沉淀到上发酵罐底部，完成一次的循环补料发酵，循环4-5次，上发酵罐中获得蓝藻发酵渣备用;下发酵罐中获得高乳酸转换率的蓝藻发酵复合液备用； (3)、将步骤(2)获取的蓝藻发酵渣焙烘缩水后再次超微粉碎获取蓝藻纤维备用；将步骤(2)获取的高乳酸转换率的蓝藻发酵复合液先80 °C搅拌浓缩处理50min，之后放入密闭反应釜中，通入惰性气体N2慢慢加热升温至160°C抽真空至160Pa使得乳酸直接脱水缩合，之后继续加热并缓慢减压，在220-260°C，133Pa下进一步缩聚，得聚乳酸，将该聚乳酸中加入聚N-异丙基丙烯酰胺、乙烯基甲氧基硅烷、聚乙烯醇以及海藻纤维，在70-75°C条件下600-700rpm/min速度搅拌20_30min，然后经螺杆挤出机挤出造粒； (4)、将步骤(3)中挤出造粒的粒料经流延形成薄膜，低温烘干即得。
【文档编号】C08L67/04GK105968760SQ201610504021
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】陈可夏, 陈可亮, 潮建平
【申请人】铜陵方正塑业科技有限公司