一種用餐廚垃圾製造可降解塑料的工藝的製作方法

2023-10-04 19:21:34

一種用餐廚垃圾製造可降解塑料的工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用餐廚垃圾製造可降解塑料的工藝，將餐廚垃圾經過預處理使油脂、澱粉、蛋白質分層，用玉米芯和分離的蛋白質、澱粉製作固體發酵培養基；取黑麴黴菌株經搖瓶擴種、一級擴種、二級擴種制種；在冷卻至40℃的固體發酵培養基中加入質量比為10∶1的黑麴黴菌種液接種，進行厚層充氧發酵，通風控制發酵溫度；發酵產物經洗脫分離、去蛋白、脫醯胺基、純化、乾燥等步驟，得到可降解塑料殼聚糖產物。本發明工藝將餐廚垃圾回收再利用並實現高值化，其生產原料來源豐富，工藝原理可靠，工藝流程綠色環保，生產的產品殼聚糖具有廣泛的用途。
【專利說明】一種用餐廚垃圾製造可降解塑料的工藝
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種將餐廚垃圾回收再利用的技術，特別是涉及一種用餐廚垃圾製造可降解塑料的工藝。
【背景技術】:
[0002]餐廚垃圾是城市生活垃圾之一，約佔城市生活垃圾的37% -62%。餐廚垃圾有機物含量高，含水率高，容易在短時間內變質，腐爛發臭，滋生蚊蠅，極大地汙染周圍環境。[0003]國內有相當部分的餐廚垃圾作為畜禽飼料，造成人畜共病的隱患，必須堅決禁止。目前，國內外餐廚垃圾單獨處理的方法很多，有衛生填埋法，高溫好氧堆肥，餐廚垃圾處理機處理等，這些方法都存在著各自的缺陷和問題，但是使餐廚垃圾資源化的方法不是很多。
[0004]目前利用餐廚垃圾的油脂部分製造人工柴油、肥皂等，這是變廢為寶的方法之一，但是油脂僅佔餐廚垃圾的5%,其他80%的相'水，10%的碳水化合物以及5%的蛋白質還需另行處理。
[0005]本發明就是利用餐廚垃圾豐富的營養，製成微生物培養劑，通過生物轉化的技術，使之通過高值化處理，成為用途廣泛的「可降解塑料」，實現餐廚垃圾100%的高值化利用。
[0006]廣義地講，凡是高分子聚合可塑性材料統稱為塑料，塑料有石油基塑料、生物基塑料，生物基塑料一般是可全降解塑料，這類塑料不僅可再生，而且綠色環保。
[0007]殼聚糖是多種生物基高分子聚合物之一，它是由N-乙醯-2氨基-2脫氧-D-葡萄糖以β-1.4糖苷鍵鏈經脫N-乙醯基後形成的鏈狀多聚合物。因此可以進行交聯、接枝、共聚、離子交換、變性、改性等而形成許多具有特殊功能的原料，使其在工業、農業、食品加工、紡織業、醫療、保健等領域均有廣泛的用途。

【發明內容】
:
[0008]本發明的目的在於克服現有技術的缺點，提供一種用餐廚垃圾製造可降解塑料的工藝。
[0009]餐廚垃圾含水量80%，碳水化合物10*%，蛋白質5*%，油脂5。經脫脂後餘下80%水分為泔水，其有可溶性澱粉、可溶性蛋白、無機鹽、微量元素等。10%的碳水化合物中有饅頭、米飯、菜、果皮等，蛋白類有魚、肉、豆製品等。經過分類，高溫水解後，這些形式多樣的碳水化合物成為微生物培養基中的碳源葡萄糖、多糖；蛋白類成為培養劑中的氮源一胺基酸、蛋白腖。利用這些營養源配製成為黑麴黴培養劑，培養黑麴黴菌。
[0010]為了實現上述發明目的，本發明的一種用餐廚垃圾製造可降解塑料的工藝，按照如下步驟操作:
[0011]一、餐廚垃圾的預處理
[0012](I)格柵分離:將回收的包括泔水在內的餐廚垃圾用大、中、小格柵分離，去除各種固體物質；
[0013](2)三相分離:經格柵處理的餐廚垃圾進行粉碎，勻漿後，全部置入反應釜，加熱至80°C，調節pH至4，靜置，油脂、澱粉、蛋白質分層，蛋白質、澱粉用於微生物培養配置；
[0014]二、固體發酵培養基的製作
[0015](I)載體配置:培養基載體用玉米芯，粉碎、分篩，取大小一致的顆粒，作為載體；
[0016](2)配料:餐廚垃圾分離的澱粉和蛋白質以及玉米芯載體，其質量比為2:1:5，攪拌均勻後，加水，使其含水量達到70% ；
[0017](3)常壓蒸煮:把配置好的培養基連續煮沸；
[0018](4)冷卻:蒸煮後的培養基，在無菌室冷卻至40°C ；
[0019]二、黑麴黴囷制種
[0020](I)取黑麴黴菌株(菌株來源為農業部菌種保藏中心)，按常規接種斜面，由斜面接種三角燒瓶，接種量107pfu/ml，此時為液體發酵，培養基的配製:每1000ml水溶液中，葡萄糖5g,酵母膏Ig,蛋白腖0.5g,硫酸鎂2g,pH為7.2,加入玻璃珠,經消毒滅菌後,分裝,進入搖床，振蕩發酵，溫度28°C，培養時間72小時-80小時；
[0021](2) 一級擴種:菌液接種量按5%接種，一級擴種培養基配方按三角燒瓶培養基配方；
[0022](3) 二級擴種:菌種接種量按5%，培養基配方:按質量比，每1000ml水加3%葡萄糖，I %蛋白腖，餐廚垃圾 幹提取物5 %，硫酸鎂I %;所述餐廚垃圾幹提取物是指經脫脂去水後的碳水化合物和蛋白質的混合物；
[0023]四、接種發酵
[0024](I)冷卻至40°C的固體培養基中加入質量比為10:1的黑麴黴菌種液接種，攪拌均勻後，平整攤入強制通風填充床反應器，發酵固體培養基厚度為30cm，進行厚層充氧發酵；
[0025](2)前期發酵:溫度控制在30°C，通過鼓風充氧和控制通風量，控制溫度在2-3度的變化和保溼；
[0026](3)發酵中期:溫度上升至36_38°C，為了控制中期溫度，用噴霧或大功率空調或鼓風機降低發酵室溫度；
[0027](4)發酵後期:降低發酵床溫度，提高培養室溫，使室溫保持在35_37°C之間，水分逐步排除，出床時，水溫降至25%以下；
[0028]五、殼聚糖的提取
[0029](I)出床後的發酵產物，投入浸出反應釜，以發酵物與水質量比為1:3，攪拌，使吸附在載體上的菌體洗下，過濾，濾除菌絲體，清洗，收集濾出液，載體可回收再利用；
[0030](2)濾液經離心，使固液分離，收回固體菌絲體，液體部分回收檸檬酸；
[0031](3)將菌絲體磨碎，加入2.0 %碳酸氫鈉溶液，加熱至95°C，保持2小時，去蛋白質，冷卻至室溫，離心，傾去上清液，沉澱用水洗至中性；
[0032](4)沉澱物中加入40倍量的10%乙酸溶液，60°C回流，離心，脫鈣，沉澱物為甲殼
素粗品；
[0033](5)甲殼素粗品中加40 %碳酸氫鈉，溫度85°C，保持20小時，脫乙醯基，離心，沉澱物用水洗至中性，再用95%乙醇和丙醇洗滌或烘乾，直至乾燥，得白色的殼聚糖產物。
[0034]本發明工藝將餐廚垃圾回收再利用並實現高值化，其生產原料來源豐富，工藝原理可靠，流程綠色環保，實現了將餐廚垃圾變廢為寶，減少了環境汙染，生產的產品殼聚糖用途廣泛，因此，本發明工藝具有極高的推廣應用價值。【專利附圖】

【附圖說明】:
[0035]圖1為本發明的用餐廚垃圾製造可降解塑料的工藝流程圖。
【具體實施方式】:
[0036]下面結合附圖和具體實施例對本發明工藝做進一步闡述。
[0037]實施例1、工藝流程如圖1所示。
[0038]一、餐廚垃圾的預處理
[0039](I)格柵分離，將回收的包括泔水在內的餐廚垃圾用大、中、小格柵分離，去除各種固體物質，如筷子、塑料包裝袋、一次性餐具以及大型骨頭等；
[0040](2)三相分離，經格柵處理的餐廚垃圾進行粉碎，勻漿後，全部置入反應釜，實現100%回收利用，加熱至80°C，調節pH至4，靜置兩小時後，油脂、澱粉、蛋白質分層，最後分離成油脂、蛋白質、澱粉(包括蔬菜纖維)，蛋白質、澱粉用於微生物培養配置；
[0041]二、固體發酵培養基的製作
[0042](I)載體配置:培養基載體用玉米芯，粉碎成米粒大小、分篩，取大小一致的顆粒，作為載體； [0043](2)配料:餐廚垃圾分離的澱粉和蛋白質以及玉米芯載體，其質量比依次為2:1:5，攪拌均勻後，加水(可以加泔水)，使其含水量達到70% ；
[0044](3)常壓蒸煮:把配置好的培養基，入鍋蒸煮待沸騰後，連續蒸煮30分鐘，注意一定要蒸透，防止夾心，達到徹底滅菌的效果；
[0045](4)冷卻:蒸煮後的培養基,在無菌室攤涼冷卻，至40°C ；
[0046]三、黑麴黴菌制種
[0047](I)取活力強，產率高的黑麴黴菌株(菌株來源為農業部菌種保藏中心)，按常規接種斜面，由斜面接種三角燒瓶，接種量107pfu/ml，此時為液體發酵，培養基的配置:葡萄糖5g,酵母膏Ig,蛋白腖0.5g,硫酸鎂2g,加水至1000ml,pH為7.2,加入玻璃珠,經消毒滅菌後，分裝，進入搖床，振蕩發酵，振蕩速度為180r/min，溫度28°C，培養時間72小時-80小時；
[0048](2) 一級擴種:菌液接種量按5%接種，一級擴種培養基配方按三角燒瓶培養基配方；
[0049](3) 二級擴種:菌種接種量按5%，培養基配方:按質量比，每1000ml水加3%葡萄糖，I %蛋白腖，餐廚垃圾幹提取物5 %，硫酸鎂I %。
[0050]四、接種發酵
[0051](I)攤涼至40°C的固體培養基lOOOg，加入黑麴黴菌種液100g的接種，攪拌均勻後，平整攤入強制通風填充床反應器，進行厚層充氧發酵；
[0052](2)發酵固體培養基厚度為30cm，注意一定要攤平，鬆散，利於通風，靜止發酵；
[0053](3)前期發酵:發酵前期，菌種生長旺盛，溫度上升很快，有時可達到2°C /h左右，熱量過高，菌體生長和代謝會受到嚴重的影響，有時甚至能造成「燒曲」，菌體大量死亡，所以要密切注意溫度的變化，特別是底層溫度，當溫度升至30°C時，開始鼓風充氧，前期為間隙通風階段，品溫控制在30°C時，通風時，風量要小，時間要長，待發酵床上中下層溫度均勻一致時停風，防止由於中層溫度達到要求時，上層溫度還比較高就停風，而容易出現「花臉曲」，待溫度升至32°C時，進行第二次通風，降溫至30°C，通風時用小風量，總之通風停風視溫度的變化，不致上升過高，但也不能降低太多，控制在2-3度的溫度變化，既能保持菌體的旺盛生長，又能及時排除二氧化碳，造成窒息現象；
[0054]此外，還要注意保溼，發酵早期，菌絲剛生長，曲料尚未結塊，通透性比較好，假如水分流失過大，影響菌絲髮育，曲料鬆散。正確的方法是開始通風量要小，隨著溫度升高逐步加大風量，做到既降溫又保溼。
[0055](4)發酵中期(連續通風比較)，此時菌絲已大量形成，呼吸旺盛，產生大量發酵熱，曲料已結塊，透氣性降低，溫度上升至36-38°C，為了控制中期溫度，可用噴霧或大功率空調降低發酵室溫度；要選用功率大風壓大的鼓風機，保證通風的穿透力，提高降溫效果和及時排出代謝產生的二氧化碳，一般厚30cm的曲層，每立方米的通風量為400-700m3/h，要選用200mmHg中壓風機；
[0056](5)發酵後期，這時菌絲生長開始衰退，代謝呼吸也已降慢，應降低發酵床溫度，提高培養室溫，使室溫保持在35-37°C之間，以利於水分的逐步排除，這是發酵很重要的去溼階段，對產品的形成很重要，一般出床時，水溫降至25%以下；
[0057]五、殼聚糖的提取
[0058](1)出床後的發酵產物，投入浸出反應釜，以發酵物與水質量比為1:3，攪拌5min，使吸附在載體上的菌體洗下，過濾，濾除菌絲體，清洗三次，收集濾出液，載體可回收再利用；
[0059](2)濾液經蝶式離心機離心，使固液分離，收回固體菌絲體，液體部分可回收檸檬酸；
[0060](3)將菌絲體磨碎，加入2.0 %碳酸氫鈉溶液，加熱至95°C，保持2h，去蛋白質，冷卻至室溫，4000r/min離心15min,傾去上清液,沉澱用水洗至中性；
[0061](4)沉澱物中加入40倍量的10%乙酸溶液，60°C回流6h，4000r/min離心10min，脫鈣，沉澱物為甲殼素粗品；
[0062](5)甲殼素粗品中加40%碳酸氫鈉，溫度85°C，保持20h，脫乙醯基，4000r/min離心，沉澱物用水洗至中性，再用95%乙醇和丙醇洗滌三次或烘乾，直至乾燥，得白色的殼聚糖產物。
【權利要求】
1.一種用餐廚垃圾製造可降解塑料的工藝，其特徵在於按照如下步驟操作:一、餐廚垃圾的預處理:(I)格柵分離:將回收的餐廚垃圾用格柵分離，去除各種固體物質；(2)三相分離:經格柵處理的餐廚垃圾進行粉碎，勻漿後，全部置入反應釜，加熱至80°C，調節pH至.4，靜置，油脂、澱粉、蛋白質分層，蛋白質、澱粉用於微生物培養配置；二、固體發酵培養基的製作:(1)載體配置:培養基載體用玉米芯，粉碎、分篩，取大小一致的顆粒，作為載體；(2)配料:餐廚垃圾分離的澱粉和蛋白質以及玉米芯載體，其質量比為2:1:5，攪拌均勻後，加水，使其含水量達到70% ；(3)常壓蒸煮:把配置好的培養基連續煮沸；(4)冷卻:蒸煮後的培養基，在無菌室冷卻至40°C ;三、黑麴黴菌制種:(1)取黑麴黴菌株，按常規接種斜面，由斜面接種三角燒瓶，接種量107pfu/ml，此時為液體發酵，培養基的配製:每1000ml水溶液中，葡萄糖5g，酵母膏lg，蛋白腖0.5g，硫酸鎂2g，pH為7.2，加入玻璃珠，經消毒滅菌後，分裝，進入搖床，振蕩發酵，溫度28°C，培養時間72小時-80小時；(2) —級擴種:菌液接種量按5%接種，一級擴種培養基配方按三角燒瓶培養基配方；(3) 二級擴種:菌種接種量按.5 %，培養基配方:按質量比，每1000ml水加3 %葡萄糖，1 %蛋白腖，餐廚垃圾幹提取物5 %，硫酸鎂1 四、接種發酵:(I)冷卻至40°c的固體培養基中加入質量比為10:1的黑麴黴菌種液接種，攪拌均勻後，平整攤入強制通風填充床反應器，發酵固體培養基厚度為30cm，進行厚層充氧發酵；(2)前期發酵:溫度控制在30°C，通過鼓風充氧和控制通風量，控制溫度在2-3度的變化和保溼；(3)發酵中期:溫度上升至36-38°C，為了控制中期溫度，用噴霧或大功率空調或鼓風機降低發酵室溫度；(4)發酵後期:降低發酵床溫度，提高培養室溫，使室溫保持在35-37°C之間，水分逐步排除，出床時，水溫降至25%以下；五、殼聚糖的提取:(1)出床後的發 酵產物，投入浸出反應釜，以發酵物與水質量比為1:3，攪拌，使吸附在載體上的菌體洗下，過濾，濾除菌絲體，清洗，收集濾出液；(2)濾液經離心,使固液分離，收回固體菌絲體；(3)將菌絲體磨碎，加入2.0%碳酸氫鈉溶液，加熱至95°C，保持2小時，去蛋白質，冷卻至室溫，離心，傾去上清液，沉澱用水洗至中性；(4)沉澱物中加入40倍量的10%乙酸溶液，60°C回流，離心，脫鈣，沉澱物為甲殼素粗品；(5)甲殼素粗品中加40%碳酸氫鈉，溫度85°C，保持20小時，脫乙醯基，離心，沉澱物用水洗至中性，再用95%乙醇和丙醇洗滌或烘乾，直至乾燥，得白色的殼聚糖產物。
【文檔編號】C12R1/685GK103952454SQ201410180950
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月4日 優先權日:2014年5月4日
【發明者】徐權漢, 徐志剛, 鄭典君, 鄭德志 申請人:青島科柏利高性能聚合物有限公司