CN103952454B - 一种用餐厨垃圾制造可降解塑料的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用餐厨垃圾制造可降解塑料的工艺，将餐厨垃圾经过预处理使油脂、淀粉、蛋白质分层，用玉米芯和分离的蛋白质、淀粉制作固体发酵培养基；取黑曲霉菌株经摇瓶扩种、一级扩种、二级扩种制种；在冷却至40℃的固体发酵培养基中加入质量比为10：1的黑曲霉菌种液接种，进行厚层充氧发酵，通风控制发酵温度；发酵产物经洗脱分离、去蛋白、脱酰胺基、纯化、干燥等步骤，得到可降解塑料壳聚糖产物。本发明工艺将餐厨垃圾回收再利用并实现高值化，其生产原料来源丰富，工艺原理可靠，工艺流程绿色环保，生产的产品壳聚糖具有广泛的用途。
Description
技术领域：
本发明涉及一种将餐厨垃圾回收再利用的技术，特别是涉及一种用餐厨垃圾制造可降解塑料的工艺。
背景技术：
餐厨垃圾是城市生活垃圾之一，约占城市生活垃圾的37％-62％。餐厨垃圾有机物含量高，含水率高，容易在短时间内变质，腐烂发臭，滋生蚊蝇，极大地污染周围环境。
国内有相当部分的餐厨垃圾作为畜禽饲料，造成人畜共病的隐患，必须坚决禁止。目前，国内外餐厨垃圾单独处理的方法很多，有卫生填埋法，高温好氧堆肥，餐厨垃圾处理机处理等，这些方法都存在着各自的缺陷和问题，但是使餐厨垃圾资源化的方法不是很多。
目前利用餐厨垃圾的油脂部分制造人工柴油、肥皂等，这是变废为宝的方法之一，但是油脂仅占餐厨垃圾的5％，其他80％的泔水，10％的碳水化合物以及5％的蛋白质还需另行处理。
本发明就是利用餐厨垃圾丰富的营养，制成微生物培养剂，通过生物转化的技术，使之通过高值化处理，成为用途广泛的“可降解塑料”，实现餐厨垃圾100％的高值化利用。
广义地讲，凡是高分子聚合可塑性材料统称为塑料，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，这类塑料不仅可再生，而且绿色环保。
壳聚糖是多种生物基高分子聚合物之一，它是由N-乙酰-2氨基-2脱氧-D-葡萄糖以β-1.4糖苷键链经脱N-乙酰基后形成的链状多聚合物。因此可以进行交联、接枝、共聚、离子交换、变性、改性等而形成许多具有特殊功能的原料，使其在工业、农业、食品加工、纺织业、医疗、保健等领域均有广泛的用途。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用餐厨垃圾制造可降解塑料的工艺。
餐厨垃圾含水量80％，碳水化合物10％，蛋白质5％，油脂5％。经脱脂后余下80％水分为泔水，其有可溶性淀粉、可溶性蛋白、无机盐、微量元素等。10％的碳水化合物中有馒头、米饭、菜、果皮等，蛋白类有鱼、肉、豆制品等。经过分类，高温水解后，这些形式多样的碳水化合物成为微生物培养基中的碳源葡萄糖、多糖；蛋白类成为培养剂中的氮源——氨基酸、蛋白胨。利用这些营养源配制成为黑曲霉培养剂，培养黑曲霉菌。
为了实现上述发明目的，本发明的一种用餐厨垃圾制造可降解塑料的工艺，按照如下步骤操作：
一、餐厨垃圾的预处理
(1)格栅分离：将回收的包括泔水在内的餐厨垃圾用大、中、小格栅分离，去除各种固体物质；
(2)三相分离：经格栅处理的餐厨垃圾进行粉碎，匀浆后，全部置入反应釜，加热至80℃，调节pH至4，静置，油脂、淀粉、蛋白质分层，蛋白质、淀粉用于微生物培养配置；
二、固体发酵培养基的制作
(1)载体配置：培养基载体用玉米芯，粉碎、分筛，取大小一致的颗粒，作为载体；
(2)配料：餐厨垃圾分离的淀粉和蛋白质以及玉米芯载体，其质量比为2:1:5，搅拌均匀后，加水，使其含水量达到70％；
(3)常压蒸煮：把配置好的培养基连续煮沸；
(4)冷却：蒸煮后的培养基，在无菌室冷却至40℃；
三、黑曲霉菌制种
(1)取黑曲霉菌株(菌株来源为农业部菌种保藏中心)，按常规接种斜面，由斜面接种三角烧瓶，接种量107pfu/ml，此时为液体发酵，培养基的配制：每1000ml水溶液中，葡萄糖5g，酵母膏1g，蛋白胨0.5g，硫酸镁2g，pH为7.2，加入玻璃珠，经消毒灭菌后，分装，进入摇床，振荡发酵，温度28℃，培养时间72小时-80小时；
(2)一级扩种：菌液接种量按5％接种，一级扩种培养基配方按三角烧瓶培养基配方；
(3)二级扩种：菌种接种量按5％，培养基配方：按质量比，每1000ml水加3％葡萄糖，1％蛋白胨，餐厨垃圾干提取物5％，硫酸镁1％；所述餐厨垃圾干提取物是指经脱脂去水后的碳水化合物和蛋白质的混合物；
四、接种发酵
(1)冷却至40℃的固体培养基中加入质量比为10：1的黑曲霉菌种液接种，搅拌均匀后，平整摊入强制通风填充床反应器，发酵固体培养基厚度为30cm，进行厚层充氧发酵；
(2)前期发酵：温度控制在30℃，通过鼓风充氧和控制通风量，控制温度在2-3度的变化和保湿；
(3)发酵中期：温度上升至36-38℃，为了控制中期温度，用喷雾或大功率空调或鼓风机降低发酵室温度；
(4)发酵后期：降低发酵床温度，提高培养室温，使室温保持在35-37℃之间，水分逐步排除，出床时，水温降至25％以下；
五、壳聚糖的提取
(1)出床后的发酵产物，投入浸出反应釜，以发酵物与水质量比为1:3，搅拌，使吸附在载体上的菌体洗下，过滤，滤除菌丝体，清洗，收集滤出液，载体可回收再利用；
(2)滤液经离心，使固液分离，收回固体菌丝体，液体部分回收柠檬酸；
(3)将菌丝体磨碎，加入2.0％碳酸氢钠溶液，加热至95℃，保持2小时，去蛋白质，冷却至室温，离心，倾去上清液，沉淀用水洗至中性；
(4)沉淀物中加入40倍量的10％乙酸溶液，60℃回流，离心，脱钙，沉淀物为甲壳素粗品；
(5)甲壳素粗品中加40％碳酸氢钠，温度85℃，保持20小时，脱乙酰基，离心，沉淀物用水洗至中性，再用95％乙醇和丙醇洗涤或烘干，直至干燥，得白色的壳聚糖产物。
本发明工艺将餐厨垃圾回收再利用并实现高值化，其生产原料来源丰富，工艺原理可靠，流程绿色环保，实现了将餐厨垃圾变废为宝，减少了环境污染，生产的产品壳聚糖用途广泛，因此，本发明工艺具有极高的推广应用价值。
附图说明：
图1为本发明的用餐厨垃圾制造可降解塑料的工艺流程图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例对本发明工艺做进一步阐述。
实施例1、工艺流程如图1所示。
一、餐厨垃圾的预处理
(1)格栅分离，将回收的包括泔水在内的餐厨垃圾用大、中、小格栅分离，去除各种固体物质，如筷子、塑料包装袋、一次性餐具以及大型骨头等；
(2)三相分离，经格栅处理的餐厨垃圾进行粉碎，匀浆后，全部置入反应釜，实现100％回收利用，加热至80℃，调节pH至4，静置两小时后，油脂、淀粉、蛋白质分层，最后分离成油脂、蛋白质、淀粉(包括蔬菜纤维)，蛋白质、淀粉用于微生物培养配置；
二、固体发酵培养基的制作
(1)载体配置：培养基载体用玉米芯，粉碎成米粒大小、分筛，取大小一致的颗粒，作为载体；
(2)配料：餐厨垃圾分离的淀粉和蛋白质以及玉米芯载体，其质量比依次为2:1:5，搅拌均匀后，加水(可以加泔水)，使其含水量达到70％；
(3)常压蒸煮：把配置好的培养基，入锅蒸煮待沸腾后，连续蒸煮30分钟，注意一定要蒸透，防止夹心，达到彻底灭菌的效果；
(4)冷却：蒸煮后的培养基，在无菌室摊凉冷却，至40℃；
三、黑曲霉菌制种
(1)取活力强，产率高的黑曲霉菌株(菌株来源为农业部菌种保藏中心)，按常规接种斜面，由斜面接种三角烧瓶，接种量107pfu/ml，此时为液体发酵，培养基的配置：葡萄糖5g，酵母膏1g，蛋白胨0.5g，硫酸镁2g，加水至1000ml，pH为7.2，加入玻璃珠，经消毒灭菌后，分装，进入摇床，振荡发酵，振荡速度为180r/min，温度28℃，培养时间72小时-80小时；
(2)一级扩种：菌液接种量按5％接种，一级扩种培养基配方按三角烧瓶培养基配方；
(3)二级扩种：菌种接种量按5％，培养基配方：按质量比，每1000ml水加3％葡萄糖，1％蛋白胨，餐厨垃圾干提取物5％，硫酸镁1％。
四、接种发酵
(1)摊凉至40℃的固体培养基1000g，加入黑曲霉菌种液100g的接种，搅拌均匀后，平整摊入强制通风填充床反应器，进行厚层充氧发酵；
(2)发酵固体培养基厚度为30cm，注意一定要摊平，松散，利于通风，静止发酵；
(3)前期发酵：发酵前期，菌种生长旺盛，温度上升很快，有时可达到2℃/h左右，热量过高，菌体生长和代谢会受到严重的影响，有时甚至能造成“烧曲”，菌体大量死亡，所以要密切注意温度的变化，特别是底层温度，当温度升至30℃时，开始鼓风充氧，前期为间隙通风阶段，品温控制在30℃时，通风时，风量要小，时间要长，待发酵床上中下层温度均匀一致时停风，防止由于中层温度达到要求时，上层温度还比较高就停风，而容易出现“花脸曲”，待温度升至32℃时，进行第二次通风，降温至30℃，通风时用小风量，总之通风停风视温度的变化，不致上升过高，但也不能降低太多，控制在2-3度的温度变化，既能保持菌体的旺盛生长，又能及时排除二氧化碳，造成窒息现象；
此外，还要注意保湿，发酵早期，菌丝刚生长，曲料尚未结块，通透性比较好，假如水分流失过大，影响菌丝发育，曲料松散。正确的方法是开始通风量要小，随着温度升高逐步加大风量，做到既降温又保湿。
(4)发酵中期(连续通风比较)，此时菌丝已大量形成，呼吸旺盛，产生大量发酵热，曲料已结块，透气性降低，温度上升至36-38℃，为了控制中期温度，可用喷雾或大功率空调降低发酵室温度；要选用功率大风压大的鼓风机，保证通风的穿透力，提高降温效果和及时排出代谢产生的二氧化碳，一般厚30cm的曲层，每立方米的通风量为400-700m3/h，要选用200mmHg中压风机；
(5)发酵后期，这时菌丝生长开始衰退，代谢呼吸也已降慢，应降低发酵床温度，提高培养室温，使室温保持在35-37℃之间，以利于水分的逐步排除，这是发酵很重要的去湿阶段，对产品的形成很重要，一般出床时，水温降至25％以下；
五、壳聚糖的提取
(1)出床后的发酵产物，投入浸出反应釜，以发酵物与水质量比为1:3，搅拌5min，使吸附在载体上的菌体洗下，过滤，滤除菌丝体，清洗三次，收集滤出液，载体可回收再利用；
(2)滤液经蝶式离心机离心，使固液分离，收回固体菌丝体，液体部分可回收柠檬酸；
(3)将菌丝体磨碎，加入2.0％碳酸氢钠溶液，加热至95℃，保持2h，去蛋白质，冷却至室温，4000r/min离心15min，倾去上清液，沉淀用水洗至中性；
(4)沉淀物中加入40倍量的10％乙酸溶液，60℃回流6h，4000r/min离心10min，脱钙，沉淀物为甲壳素粗品；
(5)甲壳素粗品中加40％碳酸氢钠，温度85℃，保持20h，脱乙酰基，4000r/min离心，沉淀物用水洗至中性，再用95％乙醇和丙醇洗涤三次或烘干，直至干燥，得白色的壳聚糖产物。
Claims (1)
1.一种用餐厨垃圾制造可降解塑料的工艺，其特征在于按照如下步骤操作：一、餐厨垃圾的预处理：(1)格栅分离：将回收的餐厨垃圾用格栅分离，去除各种固体物质；(2)三相分离：经格栅处理的餐厨垃圾进行粉碎，匀浆后，全部置入反应釜，加热至80℃，调节pH至4，静置，油脂、淀粉、蛋白质分层，蛋白质、淀粉用于微生物培养配置；二、固体发酵培养基的制作：(1)载体配置：培养基载体用玉米芯，粉碎、分筛，取大小一致的颗粒，作为载体；(2)配料：餐厨垃圾分离的淀粉和蛋白质以及玉米芯载体，其质量比为2:1:5，搅拌均匀后，加水，使其含水量达到70％；(3)常压蒸煮：把配置好的培养基连续煮沸；(4)冷却：蒸煮后的培养基，在无菌室冷却至40℃；三、黑曲霉菌制种：(1)取黑曲霉菌株，按常规接种斜面，由斜面接种三角烧瓶，接种量107pfu/ml，此时为液体发酵，培养基的配制：每1000ml水溶液中，葡萄糖5g，酵母膏1g，蛋白胨0.5g，硫酸镁2g，pH为7.2，加入玻璃珠，经消毒灭菌后，分装，进入摇床，振荡发酵，温度28℃，培养时间72小时-80小时；(2)一级扩种：菌液接种量按5％接种，一级扩种培养基配方按三角烧瓶培养基配方；(3)二级扩种：菌种接种量按5％，培养基配方：按质量比，每1000ml水加3％葡萄糖，1％蛋白胨，餐厨垃圾干提取物5％，硫酸镁1％；四、接种发酵：(1)冷却至40℃的固体培养基中加入质量比为10：1的黑曲霉菌种液接种，搅拌均匀后，平整摊入强制通风填充床反应器，发酵固体培养基厚度为30cm，进行厚层充氧发酵；(2)前期发酵：温度控制在30℃，通过鼓风充氧和控制通风量，控制温度在2-3度的变化和保湿；(3)发酵中期：温度上升至36-38℃，为了控制中期温度，用喷雾或大功率空调或鼓风机降低发酵室温度；(4)发酵后期：降低发酵床温度，提高培养室温，使室温保持在35-37℃之间，水分逐步排除，出床时，水温降至25％以下；五、壳聚糖的提取：(1)出床后的发酵产物，投入浸出反应釜，以发酵物与水质量比为1:3，搅拌，使吸附在载体上的菌体洗下，过滤，滤除菌丝体，清洗，收集滤出液；(2)滤液经离心，使固液分离，收回固体菌丝体；(3)将菌丝体磨碎，加入2.0％碳酸氢钠溶液，加热至95℃，保持2小时，去蛋白质，冷却至室温，离心，倾去上清液，沉淀用水洗至中性；(4)沉淀物中加入40倍量的10％乙酸溶液，60℃回流，离心，脱钙，沉淀物为甲壳素粗品；(5)甲壳素粗品中加40％碳酸氢钠，温度85℃，保持20小时，脱乙酰基，离心，沉淀物用水洗至中性，再用95％乙醇和丙醇洗涤或烘干，直至干燥，得白色的壳聚糖产物。
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