本發(fā)明涉及藍藻基生物可降解塑料技術領域，尤其涉及一種有機納米膨潤土改性藍藻基生物復合材料及其制備方法。

背景技術：

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，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以及化學工業(yè)引發(fā)的環(huán)境污染日益嚴重，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(chǎn)氧性能光合作用的原核生物。藍藻原料發(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(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，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(xiàn)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(xiàn)利益最大化；國內(nèi)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(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，而關于藍藻直接開發(fā)利用制備藍藻基生物塑料的報道并不多。

藍藻直接開發(fā)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(fā)酵生產(chǎn)乳酸實現(xiàn)藍藻到乳酸的轉(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現(xiàn)藍藻的高價值開發(fā)

設計出利用藍藻原料高效生產(chǎn)高質(zhì)量藍藻基生物塑料對提高藍藻的開發(fā)利用價值具有重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種有機納米膨潤土改性藍藻基生物復合材料及其制備方法。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種有機納米膨潤土改性藍藻基生物復合材料，包括以下重量份組分：藍藻130-135、瑞士乳桿菌9-10、血紅密孔菌孢子液7-8、透明質(zhì)酸9-10、有機納米膨潤土11-12、葡萄糖17-18、大豆分離蛋白56-58、玉米醇溶蛋58-60、醛化淀粉45-46、固體石蠟34-35、乙烯基三甲氧基硅烷12-13、聚乙二醇6-7、適量的水。

一種有機納米膨潤土改性藍藻基生物復合材料制備方法，包括以下步驟：

（1）、將透明質(zhì)酸、有機納米膨潤土、葡萄糖以及總重量2倍的水混合，在80℃高壓均質(zhì)均勻之后，采用噴霧干燥技術干燥得改性葡萄糖，將瑞士乳桿菌、血紅密孔菌孢子液、改性葡萄糖以及總重量0.5倍的水混合攪拌均勻，低溫30℃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(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)：所述的動態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)包括上下放置的兩個發(fā)酵罐，上下發(fā)酵罐連通處設置有濾膜，外部設置有動態(tài)泵，用于將下發(fā)酵罐發(fā)酵物泵入上發(fā)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1h，得藍藻培養(yǎng)基，將該培養(yǎng)基經(jīng)滅菌處理后，放入所構建的動態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)的上發(fā)酵罐中，并投入微囊化復合菌粉，在25℃下攪拌發(fā)酵，當上發(fā)酵罐中的藍藻培養(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，開啟動態(tài)泵實現(xiàn)下發(fā)酵罐發(fā)酵物一次泵入上發(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)補料發(fā)酵，循環(huán)4-5次，上發(fā)酵罐中獲得藍藻發(fā)酵渣備用；下發(fā)酵罐中獲得高乳酸轉(zhuǎn)換率的藍藻發(fā)酵復合液備用；

（3）、將步驟（2）獲取的藍藻發(fā)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(zhuǎn)換率的藍藻發(fā)酵復合液先80℃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℃抽真空至160Pa并持續(xù)攪拌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℃，133Pa下進一步縮聚，得改性聚乳酸；

（4）、將大豆分離蛋白、玉米醇溶蛋白、醛化淀粉、固體石蠟以及海藻纖維混合，在70-75℃條件下600-700rpm/min速度攪拌26-28min形成懸濁液，將該懸濁液中加入改性聚乳酸以及聚乙二醇，在90-95℃條件下600-700rpm/min速度攪拌40-45min，得反應液，將該反應液經(jīng)螺桿擠出機擠出造粒，將擠出造粒的粒料經(jīng)壓延成膜，然后自然冷卻干燥，即得。

本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明采用大豆分離蛋白、玉米醇溶蛋白、醛化淀粉配合藍藻發(fā)酵深加工產(chǎn)物在交聯(lián)劑烷基烯酮二聚體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，加入的有機納米膨潤土增加了改性聚乳酸的結(jié)晶度和耐熱性，降低了生物塑料的脆性，提高了生物塑料的韌性和成膜性；同時，在改性葡萄糖的制備過程中，利用納米有機膨潤土的大表面積比以及三維網(wǎng)絡結(jié)構穩(wěn)定分散葡萄糖，使其具有良好的均勻大表面積，為藍藻發(fā)酵菌提供了良好的載體以及可以充分利用的碳源；改性葡萄糖配合多次補料發(fā)酵工藝的設計提高了藍藻乳酸發(fā)酵的乳酸轉(zhuǎn)化率，同時，方便實現(xiàn)了藍藻發(fā)酵產(chǎn)物的分離，為藍藻基生物塑料的高效生產(chǎn)提供了基礎。本發(fā)明工藝簡單，經(jīng)濟效益好，對國內(nèi)的藍藻基生物薄膜的高效經(jīng)濟開發(fā)具有重要意義。

具體實施方式

一種有機納米膨潤土改性藍藻基生物復合材料，包括以下重量份組分：藍藻130、瑞士乳桿菌9、血紅密孔菌孢子液7、透明質(zhì)酸9、有機納米膨潤土11、葡萄糖17、大豆分離蛋白56、玉米醇溶蛋58、醛化淀粉45、固體石蠟34、乙烯基三甲氧基硅烷12、聚乙二醇6、適量的水。

一種有機納米膨潤土改性藍藻基生物復合材料制備方法，包括以下步驟：

（1）、將透明質(zhì)酸、有機納米膨潤土、葡萄糖以及總重量2倍的水混合，在80℃高壓均質(zhì)均勻之后，采用噴霧干燥技術干燥得改性葡萄糖，將瑞士乳桿菌、血紅密孔菌孢子液、改性葡萄糖以及總重量0.5倍的水混合攪拌均勻，低溫30℃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(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)：所述的動態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)包括上下放置的兩個發(fā)酵罐，上下發(fā)酵罐連通處設置有濾膜，外部設置有動態(tài)泵，用于將下發(fā)酵罐發(fā)酵物泵入上發(fā)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1h，得藍藻培養(yǎng)基，將該培養(yǎng)基經(jīng)滅菌處理后，放入所構建的動態(tài)發(fā)酵罐系統(tǒng)的上發(fā)酵罐中，并投入微囊化復合菌粉，在25℃下攪拌發(fā)酵，當上發(fā)酵罐中的藍藻培養(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，開啟動態(tài)泵實現(xiàn)下發(fā)酵罐發(fā)酵物一次泵入上發(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)補料發(fā)酵，循環(huán)4次，上發(fā)酵罐中獲得藍藻發(fā)酵渣備用；下發(fā)酵罐中獲得高乳酸轉(zhuǎn)換率的藍藻發(fā)酵復合液備用；

（3）、將步驟（2）獲取的藍藻發(fā)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(zhuǎn)換率的藍藻發(fā)酵復合液先80℃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℃抽真空至160Pa并持續(xù)攪拌使得乳酸直接脫水縮合，之后繼續(xù)加熱并緩慢減壓，在220℃，133Pa下進一步縮聚，得改性聚乳酸；

（4）、將大豆分離蛋白、玉米醇溶蛋白、醛化淀粉、固體石蠟以及海藻纖維混合，在70℃條件下600rpm/min速度攪拌26min形成懸濁液，將該懸濁液中加入改性聚乳酸以及聚乙二醇，在90℃條件下600rpm/min速度攪拌40min，得反應液，將該反應液經(jīng)螺桿擠出機擠出造粒，將擠出造粒的粒料經(jīng)壓延成膜，然后自然冷卻干燥，即得。