CN106189130A - 一种微生物合成聚羟基脂肪酸酯制备复合包装膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微生物合成聚羟基脂肪酸酯制备复合包装膜的方法，属于包装膜制备技术领域。本发明将枯草芽孢杆菌和真养产碱杆菌接种到培养基中培养得活化菌种液，将活化菌种液加入到蔗糖废水中进行发酵培养，并向液体底部交替曝气二氧化碳、氧气、氢气，加入碳源后继续交替曝气，曝气结束后离心分离得菌体，干燥后加入氯仿浸泡弃去细胞碎片，将得到提取液加入乙醇溶液析出沉淀并干燥，得聚羟基脂肪酸酯，将其和聚乳酸混合，并加入增塑剂、增强剂等助剂，高速混合后挤出造粒，最后将颗粒树脂吹膜，即可得到包装膜，本发明制备得到的复合包装膜不仅改善聚羟基脂肪酸酯的机械性能，而且气体相隔性高，可以广泛应用在食品包装中。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物合成聚羟基脂肪酸酯制备复合包装膜的方法，属于包装膜制备技术领域。
背景技术
聚羟基脂肪酸酯作为降解塑料受到人们的关注的原因是因为它是由微生物合成的，而且其性能类似于聚丙烯（PP）。它具有良好的生物可降解性，其分解最终产物为二氧化碳和水，不会对环境造成任何污染。但由于天然聚羟基脂肪酸酯
如PHB等的机械性能较差，而且容易热解、结晶度高，造成它在加工方面的困难。
现今市场上的塑料包装，常用材料多为PE、PP、PS和PET等。首先，他们的原材料全部都来自于石油基材料，在自然界中不能生物降解，这不仅造成大量的垃圾堆积，而且也引起了严重的环境污染。此外，有的塑料包装容易产生有害气体和异味，对人体具有一定的毒副作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对于天然聚羟基脂肪酸酯的机械性能较差，而且容易热解、结晶度高，造成它在加工方面的困难的问题，提供一种微生物合成聚羟基脂肪酸酯制备复合包装膜的方法，本发明将枯草芽孢杆菌和真养产碱杆菌接种到培养基中培养得活化菌种液，将活化菌种液加入到蔗糖废水中进行发酵培养，并向液体底部交替曝气二氧化碳、氧气、氢气，加入碳源后继续交替曝气，曝气结束后离心分离得菌体，干燥后加入氯仿浸泡弃去细胞碎片，将得到提取液加入乙醇溶液析出沉淀并干燥，得聚羟基脂肪酸酯，将其和聚乳酸混合，并加入增塑剂、增强剂等助剂，高速混合后挤出造粒，最后将颗粒树脂吹膜，即可得到包装膜，本发明制备得到的复合包装膜不仅改善聚羟基脂肪酸酯的机械性能，而且气体相隔性高，可以广泛应用在食品包装中。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）分别称取20～30g蛋白胨、10～15g牛肉膏、5～7g氯化钠、3～5g磷酸氢二钠、2～4g磷酸二氢钾，0.5～1.0g硫酸镁、0.1～0.3g氯化钙、0.05～0.08g氯化铁和0.02～0.05g硫酸锌，加蒸馏水定容到1000mL，调节混合液pH值为7.0，并在105～110℃温度灭菌10～15min，得种子培养基；
（2）按接种量1～3%接种枯草芽孢杆菌和接种量2～4%接种真养产碱杆菌到上述种子培养基中，先在27～35℃温度和100～150r/min转速摇床培养20～30h，培养后再在37～40℃温度和180～220r/min转速的条件下摇床培养25～35h，培养后得活化菌种液；
（3）称取5～10kg蔗糖废水放入发酵罐中，向罐中加入蔗糖废水体积8～10%上述活化菌种液，从发酵罐的底部向液体中曝气，交替曝气二氧化碳、氧气、氢气，曝气量为5～10m3/min，每次气体曝气时间为15～25min，重复交替曝气10～12h后添加蔗糖废水质量8～12%柠檬酸和5～10%丁酸，添加后继续交替曝气10～12h；
（4）上述曝气结束后在10000～12000r/min转速下离心分离15～20min，得沉淀物，并放入烘箱中在60～65℃温度下真空干燥6～8h，将干燥后的沉淀物按固液1:50与氯仿混合，用超声波破碎10～15min后搅拌混合40～50min，搅拌后离心分离得上清液，并蒸发浓缩至原体积10～15%，将浓缩液按体积比1:100加入到质量分数85%乙醇溶液中，有絮状物产生后抽滤，收集絮状沉淀，并放入烘箱中，在65～75℃烘箱中干燥完全，即可得到聚羟基脂肪酸酯；
（5）按重量份数计，分别选取80～100份上述聚羟基脂肪酸酯、60～70份聚乳酸、15～20份蒙脱石、2～5份纳米碳酸钙、2～5份海藻酸钠、3～5份环氧大豆油、2～3份甘油、1～3份山梨醇，用高速混合机高速混合15～25min，将混合物放入双螺杆挤出机中，设置造粒机一区温度为95～105℃、二区温度为125～135℃，螺杆转速为30～35r/min，挤出造粒，将得到的颗粒树脂放入吹膜机中，进行吹膜，即可得到包装膜。
本发明制备得到的拉伸强度为25～36Mpa，断裂伸长率25.6～30.8%，水蒸气透过系数1.56～2.05×10-12g·cm/(cm2·s·Pa)，氧气透过率2.86～3.08×10 -5cm3/m2·d·Pa。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备得到的复合包装膜可以改善聚羟基脂肪酸酯的机械性能，拉伸强度为25～36Mpa；
（2）本发明制备得到的复合包装膜气体相隔性高，水蒸气透过系数1.56～2.05×10- 12g·cm/(cm2·s·Pa)，氧气透过率2.86～3.08×10 -5cm3/m2·d·Pa，可以广泛应用在食品包装中。
具体实施方式
分别称取20～30g蛋白胨、10～15g牛肉膏、5～7g氯化钠、3～5g磷酸氢二钠、2～4g磷酸二氢钾，0.5～1.0g硫酸镁、0.1～0.3g氯化钙、0.05～0.08g氯化铁和0.02～0.05g硫酸锌，加蒸馏水定容到1000mL，调节混合液pH值为7.0，并在105～110℃温度灭菌10～15min，得种子培养基；按接种量1～3%接种枯草芽孢杆菌和接种量2～4%接种真养产碱杆菌到上述种子培养基中，先在27～35℃温度和100～150r/min转速摇床培养20～30h，培养后再在37～40℃温度和180～220r/min转速的条件下摇床培养25～35h，培养后得活化菌种液；称取5～10kg蔗糖废水放入发酵罐中，向罐中加入蔗糖废水体积8～10%上述活化菌种液，从发酵罐的底部向液体中曝气，交替曝气二氧化碳、氧气、氢气，曝气量为5～10m3/min，每次气体曝气时间为15～25min，重复交替曝气10～12h后添加蔗糖废水质量8～12%柠檬酸和5～10%丁酸，添加后继续交替曝气10～12h；上述曝气结束后在10000～12000r/min转速下离心分离15～20min，得沉淀物，并放入烘箱中在60～65℃温度下真空干燥6～8h，将干燥后的沉淀物按固液1:50与氯仿混合，用超声波破碎10～15min后搅拌混合40～50min，搅拌后离心分离得上清液，并蒸发浓缩至原体积10～15%，将浓缩液按体积比1:100加入到质量分数85%乙醇溶液中，有絮状物产生后抽滤，收集絮状沉淀，并放入烘箱中，在65～75℃烘箱中干燥完全，即可得到聚羟基脂肪酸酯；按重量份数计，分别选取80～100份上述聚羟基脂肪酸酯、60～70份聚乳酸、15～20份蒙脱石、2～5份纳米碳酸钙、2～5份海藻酸钠、3～5份环氧大豆油、2～3份甘油、1～3份山梨醇，用高速混合机高速混合15～25min，将混合物放入双螺杆挤出机中，设置造粒机一区温度为95～105℃、二区温度为125～135℃，螺杆转速为30～35r/min，挤出造粒，将得到的颗粒树脂放入吹膜机中，进行吹膜，即可得到包装膜。
实例1
分别称取20g蛋白胨、10g牛肉膏、5g氯化钠、3g磷酸氢二钠、2g磷酸二氢钾，0.5g硫酸镁、0.1g氯化钙、0.05g氯化铁和0.02g硫酸锌，加蒸馏水定容到1000mL，调节混合液pH值为7.0，并在105℃温度灭菌10min，得种子培养基；按接种量1%接种枯草芽孢杆菌和接种量2%接种真养产碱杆菌到上述种子培养基中，先在27℃温度和100r/min转速摇床培养20h，培养后再在37℃温度和180r/min转速的条件下摇床培养25h，培养后得活化菌种液；称取5kg蔗糖废水放入发酵罐中，向罐中加入蔗糖废水体积8%上述活化菌种液，从发酵罐的底部向液体中曝气，交替曝气二氧化碳、氧气、氢气，曝气量为5m3/min，每次气体曝气时间为15min，重复交替曝气10h后添加蔗糖废水质量8%柠檬酸和5%丁酸，添加后继续交替曝气10h；上述曝气结束后在10000r/min转速下离心分离15min，得沉淀物，并放入烘箱中在60℃温度下真空干燥6h，将干燥后的沉淀物按固液1:50与氯仿混合，用超声波破碎10min后搅拌混合40min，搅拌后离心分离得上清液，并蒸发浓缩至原体积10%，将浓缩液按体积比1:100加入到质量分数85%乙醇溶液中，有絮状物产生后抽滤，收集絮状沉淀，并放入烘箱中，在65℃烘箱中干燥完全，即可得到聚羟基脂肪酸酯；按重量份数计，分别选取80份上述聚羟基脂肪酸酯、60份聚乳酸、15份蒙脱石、2份纳米碳酸钙、2份海藻酸钠、3份环氧大豆油、2份甘油、1份山梨醇，用高速混合机高速混合15min，将混合物放入双螺杆挤出机中，设置造粒机一区温度为95℃、二区温度为125℃，螺杆转速为30r/min，挤出造粒，将得到的颗粒树脂放入吹膜机中，进行吹膜，即可得到包装膜。
本发明制备得到的拉伸强度为25Mpa，断裂伸长率25.6%，水蒸气透过系数1.56×10-12g·cm/(cm2·s·Pa)，氧气透过率2.86×10 -5cm3/m2·d·Pa。
实例2
分别称取25g蛋白胨、13g牛肉膏、6g氯化钠、4g磷酸氢二钠、3g磷酸二氢钾，0.8g硫酸镁、0.2g氯化钙、0.06g氯化铁和0.03g硫酸锌，加蒸馏水定容到1000mL，调节混合液pH值为7.0，并在108℃温度灭菌13min，得种子培养基；按接种量2%接种枯草芽孢杆菌和接种量3%接种真养产碱杆菌到上述种子培养基中，先在30℃温度和125r/min转速摇床培养25h，培养后再在38℃温度和200r/min转速的条件下摇床培养30h，培养后得活化菌种液；称取7kg蔗糖废水放入发酵罐中，向罐中加入蔗糖废水体积9%上述活化菌种液，从发酵罐的底部向液体中曝气，交替曝气二氧化碳、氧气、氢气，曝气量为7m3/min，每次气体曝气时间为20min，重复交替曝气11h后添加蔗糖废水质量10%柠檬酸和8%丁酸，添加后继续交替曝气11h；上述曝气结束后在11000r/min转速下离心分离17min，得沉淀物，并放入烘箱中在63℃温度下真空干燥7h，将干燥后的沉淀物按固液1:50与氯仿混合，用超声波破碎13min后搅拌混合45min，搅拌后离心分离得上清液，并蒸发浓缩至原体积13%，将浓缩液按体积比1:100加入到质量分数85%乙醇溶液中，有絮状物产生后抽滤，收集絮状沉淀，并放入烘箱中，在70℃烘箱中干燥完全，即可得到聚羟基脂肪酸酯；按重量份数计，分别选取90份上述聚羟基脂肪酸酯、65份聚乳酸、17份蒙脱石、3份纳米碳酸钙、3份海藻酸钠、4份环氧大豆油、2.5份甘油、2份山梨醇，用高速混合机高速混合20min，将混合物放入双螺杆挤出机中，设置造粒机一区温度为100℃、二区温度为130℃，螺杆转速为33r/min，挤出造粒，将得到的颗粒树脂放入吹膜机中，进行吹膜，即可得到包装膜。
本发明制备得到的拉伸强度为30Mpa，断裂伸长率27.5%，水蒸气透过系数1.78×10-12g·cm/(cm2·s·Pa)，氧气透过率2.95×10 -5cm3/m2·d·Pa。
实例3
分别称取30g蛋白胨、15g牛肉膏、7g氯化钠、5g磷酸氢二钠、4g磷酸二氢钾，1.0g硫酸镁、0.3g氯化钙、0.08g氯化铁和0.05g硫酸锌，加蒸馏水定容到1000mL，调节混合液pH值为7.0，并在110℃温度灭菌15min，得种子培养基；按接种量3%接种枯草芽孢杆菌和接种量4%接种真养产碱杆菌到上述种子培养基中，先在35℃温度和150r/min转速摇床培养30h，培养后再在40℃温度和220r/min转速的条件下摇床培养35h，培养后得活化菌种液；称取10kg蔗糖废水放入发酵罐中，向罐中加入蔗糖废水体积10%上述活化菌种液，从发酵罐的底部向液体中曝气，交替曝气二氧化碳、氧气、氢气，曝气量为10m3/min，每次气体曝气时间为25min，重复交替曝气12h后添加蔗糖废水质量12%柠檬酸和10%丁酸，添加后继续交替曝气12h；上述曝气结束后在12000r/min转速下离心分离20min，得沉淀物，并放入烘箱中在65℃温度下真空干燥8h，将干燥后的沉淀物按固液1:50与氯仿混合，用超声波破碎15min后搅拌混合50min，搅拌后离心分离得上清液，并蒸发浓缩至原体积15%，将浓缩液按体积比1:100加入到质量分数85%乙醇溶液中，有絮状物产生后抽滤，收集絮状沉淀，并放入烘箱中，在75℃烘箱中干燥完全，即可得到聚羟基脂肪酸酯；按重量份数计，分别选取100份上述聚羟基脂肪酸酯、70份聚乳酸、20份蒙脱石、5份纳米碳酸钙、5份海藻酸钠、5份环氧大豆油、3份甘油、3份山梨醇，用高速混合机高速混合25min，将混合物放入双螺杆挤出机中，设置造粒机一区温度为105℃、二区温度为135℃，螺杆转速为35r/min，挤出造粒，将得到的颗粒树脂放入吹膜机中，进行吹膜，即可得到包装膜。
本发明制备得到的拉伸强度为36Mpa，断裂伸长率30.8%，水蒸气透过系数2.05×10-12g·cm/(cm2·s·Pa)，氧气透过率3.08×10 -5cm3/m2·d·Pa。
Claims (1)
1.一种微生物合成聚羟基脂肪酸酯制备复合包装膜的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）分别称取20～30g蛋白胨、10～15g牛肉膏、5～7g氯化钠、3～5g磷酸氢二钠、2～4g磷酸二氢钾，0.5～1.0g硫酸镁、0.1～0.3g氯化钙、0.05～0.08g氯化铁和0.02～0.05g硫酸锌，加蒸馏水定容到1000mL，调节混合液pH值为7.0，并在105～110℃温度灭菌10～15min，得种子培养基；
（2）按接种量1～3%接种枯草芽孢杆菌和接种量2～4%接种真养产碱杆菌到上述种子培养基中，先在27～35℃温度和100～150r/min转速摇床培养20～30h，培养后在37～40℃温度和180～220r/min转速的条件下摇床培养25～35h，培养后得活化菌种液；
（3）称取5～10kg蔗糖废水放入发酵罐中，向罐中加入蔗糖废水体积8～10%上述活化菌种液，从发酵罐的底部向液体中曝气，交替曝气二氧化碳、氧气、氢气，曝气量为5～10m3/min，每次气体曝气时间为15～25min，重复交替曝气10～12h后添加蔗糖废水质量8～12%柠檬酸和5～10%丁酸，添加后继续交替曝气10～12h；
（4）上述曝气结束后在10000～12000r/min转速下离心分离15～20min，得沉淀物，并放入烘箱中在60～65℃温度下真空干燥6～8h，将干燥后的沉淀物按固液1:50与氯仿混合，用超声波破碎10～15min后搅拌混合40～50min，搅拌后离心分离得上清液，并蒸发浓缩至原体积10～15%，将浓缩液按体积比1:100加入到质量分数85%乙醇溶液中，有絮状物产生后抽滤，收集絮状沉淀，并放入烘箱中，在65～75℃烘箱中干燥完全，即可得到聚羟基脂肪酸酯；
（5）按重量份数计，分别选取80～100份上述聚羟基脂肪酸酯、60～70份聚乳酸、15～20份蒙脱石、2～5份纳米碳酸钙、2～5份海藻酸钠、3～5份环氧大豆油、2～3份甘油、1～3份山梨醇，用高速混合机高速混合15～25min，将混合物放入双螺杆挤出机中，设置造粒机一区温度为95～105℃、二区温度为125～135℃，螺杆转速为30～35r/min，挤出造粒，将得到的颗粒树脂放入吹膜机中，进行吹膜，即可得到包装膜。
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