CN105292758B - 一种生物质包装材料的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉一种生物质包装材料的生产方法，所述生产方法是以玉米秸秆和小麦秸秆等培养原料，混合均匀后进行高温灭菌，冷却后接种特定真菌菌种，然后将接种后的培养原料装入无菌包装模具内，于无菌环境中培养若干天后，再在常温条件下经干燥脱水处理得到所述生物质包装材料。该方法以玉米秸秆和小麦秸秆等农副产物为原料，利用真菌菌丝生长迅速、菌丝体扭结力强的特性，将农作物秸秆转化为生物质包装材料，包装材料具有环保生态、重量轻、成本低的优点，既实现了农业副产物的综合循环利用，又可代替现有泡沫包装材料，具备较佳的弹性和缓冲性能，降解性能佳，减轻环境污染，是一种理想的生物质环保包装材料。
Description
技术领域
本发明涉及包装材料的生产方法，具体涉及一种生物质包装材料的生产方法。
背景技术
随着经济全球化和产业迅速发展，全球工业包装品材料市场规模越来越扩大，据估计，现有产值约520亿美元，到2020年可达到610亿美元。我国是世界上最大的工业包装品材料市场，其中，电子产品包装市场规模173亿元，仅空调和台式电脑，就需要大量包装材料。统计显示，2014年我国海尔和格力空调销售总量达15574.4万台，联想电脑销量达5327万台。然而，目前全世界工业包装材料主要为聚苯乙烯(EPS)或聚乙烯发泡棉(EPE)，又称珍珠棉，这些包装材料在方便商品包装的同时，也存在着不可忽视的缺点，如能源消耗大、难于降解、环境污染严重等。而且研究表明，上述包装材料需要200年才能被降解，带来了严重的环境问题。为此，各国政府提出了系列节能减排措施，美国华盛顿特区、纽约、西雅图、旧金山等地自2013年起先后宣布禁止使用聚苯乙烯泡沫塑料包装，戴尔公司2014年起将电脑服务器包装材料全部改为废塑料泡沫包装；欧盟也制定了相应的减少塑料泡沫应用的政策。我国政府极为重视生态环境建设，党的十八大明确提出了建设社会主义生态文明，并制定了相关的法律法规，大力强调资源循环利用。
我国是农业大国，农作物秸秆年产量8-9亿吨，可利用的为7亿吨左右，每年仍有1.7亿吨秸秆未能效处理而焚烧，造成了严重空气污染。为了实现秸秆资源循环利用，国家发改委、农业部联合于2009年2月发布了《关于编制秸秆综合利用规划的指导意见》，在全国建立较完善的秸秆产业化综合利用格局，尤其重点解决玉米、小麦、水稻等量大面广的秸秆。玉米和小麦是我国总产量位居第一和第二的粮食作物，2014年产玉米秸秆产量达2.8亿吨和1.3亿吨，常见有秸秆人造板、能源化利用、秸秆饲料、食用菌种植、以及秸秆还田等循环利用方式。玉米秸秆营养丰富，主要组分为纤维素含量为31％-40％，半纤维素含量为35％-48％，木质素含量15％-25％；小麦秸秆组分为纤维素含量40％-45％，半纤维素含量24％-28％，木质素含量19％-25％。
我国是世界上生物多样性资源最丰富的国家之一，据报道，已知的可食用真菌资源约占全世界总量的50％左右，其中许多真菌具有原料利用范围广，菌丝体发达、菌丝体扭结能力强的优点。因此，可筛选秸秆纤维素和木质素转化能力强的特定真菌，成分利用我国秸秆纤维素资源丰富的优势，开发新型的生物质包装材料，将资源优势转化为产品优势，达到资源循环高效利用的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种生物质包装材料的生产方法，以玉米秸秆和小麦秸秆为原料，利用真菌菌丝生长迅速、菌丝体扭结力强的特性，将农作物秸秆转化为生物质包装材料，包装材料具有环保生态、重量轻、成本低的优点，既实现了农业副产物的综合循环利用，又可代替现有泡沫包装材料，具有降解性能佳，弹性和缓冲性能好的特点，可有效减轻环境污染，是一种理想的生物质环保包装材料。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种生物质包装材料的生产方法，所述生产方法是将含有玉米秸秆和小麦秸秆的培养原料混合均匀后高温灭菌，再向培养原料上接种真菌菌种，然后将接种后的培养原料装入包装模具内与无菌环境中培养若干天后，再在常温条件下干燥脱水处理得到所述生物质包装材料。
优选的，培养原料的组分包括玉米秸秆、小麦秸秆和麸皮。
进一步优选的，培养原料由40-45质量份数的玉米秸秆、30-40质量份数的小麦秸秆、15-20质量份数的麸皮组成；将上述3种组分混合后向培养原料中添加培养原料重量1.1～1.2倍的自来水，充分混匀；培养原料中的含水量为60％-65％。使用前各自将两种规格的秸秆粉按比例混合备用。
优选的，培养原料的灭菌操作是于121℃、0.15Mpa条件下灭菌1.5小时。
优选的，接种的真菌菌种是长势好、菌丝体扭结力强的木质层孔菌。本发明应用的木质层孔菌，优选编号为AS5.132，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，具有菌丝体发达、长势好、菌丝体扭结力强的特点；该菌株最适生长温度25℃，最适生长pH为6.0。母种培养基为综合PDA培养基，配方：马铃薯提取液1.0L，葡萄糖20.0g，KH2PO4 3.0g，MgSO4·7H2O 1.5g，维生素B1微量，琼脂15.0g，pH 6.0。原种和生产种配方为棉籽壳70％，麸皮20％，玉米粉10％，pH自然。
优选的，包装模具内的培养温度为26-30℃，培养时间为5-7天。
优选的，干燥脱水处理的温度为20-25℃；处理时间为36-48小时。
优选的，玉米秸秆和小麦秸秆为粉碎后的玉米秸秆粉和小麦秸秆粉；玉米秸秆粉和小麦秸秆粉的长度为5-16mm，其中上述两种秸秆粉中长度为5-10mm规格的秸秆粉和长度为10-16mm规格的秸秆粉的比例均为60％和40％。玉米秸秆和小麦秸秆要求干燥，无霉变。
优选的，包装模具为PVC材质的模具，大小根据用户需求设计，做到能密封。
优选的，该生产方法的具体步骤为：
(1)培养原料的准备：将40-45质量份数的玉米秸秆、30-40质量份数的小麦秸秆、15-20质量份数的麸皮混合均匀；将上述3种组分混合后向培养原料中添加培养原料重量1.1～1.2倍的自来水，充分混匀；调控培养原料中的含水量为60％-65％；
(2)灭菌处理：将培养原料装入灭菌袋，进行高压蒸汽灭菌处理，灭菌条件为121℃、0.15Mpa灭菌1.5h；
(3)接种培养：将灭菌处理后的培养原料冷却至室温，转入无菌接种室内，将生产用真菌菌种按25％(w/w)接种于培养原料中搅拌均匀；将接种混匀的培养原料装入包装模具内，压实后在无菌培养室26-30℃培养5-7天，培养的环境湿度为75％-80％；待菌丝长满整个包装模具，并在表面大量扭结后停止培养；
(4)产品定型：将培养完成的培养原料从模具内取出，在干燥室无菌环境常温20-25℃条件下进行干燥脱水处理36-48h后，得到生物质包装材料。
本发明的优点和有益效果在于：
生物质包装材料的生产方法，以玉米秸秆和小麦秸秆等农副产物为原料，利用真菌菌丝生长迅速、菌丝体扭结力强的特性，将农作物秸秆转化为生物质包装材料，包装材料具有环保生态、重量轻、成本低的优点，既实现了农业副产物的综合循环利用，又可代替现有泡沫包装材料，减轻环境压力和污染，具有极佳的降解性能，具备较佳的弹性和缓冲性能，是一种理想的生物质环保包装材料。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种生物质包装材料的生产方法，该生产方法的具体步骤为：
(1)培养原料的准备：将40质量份数的玉米秸秆、40质量份数的小麦秸秆、20质量份数的麸皮混合均匀；将上述3种组分混合后向培养原料中添加培养原料重量1.1倍的自来水，将自来水均匀洒于培养原料表面，吸收90min后翻拌均匀；调控培养原料中的含水量为60％；
玉米秸秆和小麦秸秆为粉碎后的玉米秸秆粉和小麦秸秆粉；玉米秸秆粉和小麦秸秆粉的长度为5-16mm，其中上述两种秸秆粉中长度为5-10mm规格的秸秆粉和长度为10-16mm规格的秸秆粉的比例均为60％和40％。玉米秸秆和小麦秸秆要求干燥，无霉变。
(2)灭菌处理：将培养原料装入灭菌袋，进行高温灭菌处理，高温灭菌条件为121℃、0.15Mpa灭菌1.5h；
(3)接种培养：将灭菌处理后的培养原料冷却至室温，转入无菌接种室内，将真菌菌种按25％(w/w)接种于培养原料中搅拌均匀；将接种后的培养原料装入包装模具内，压实后在无菌培养室26℃培养7天，培养的环境湿度为75％；待菌丝长满整个包装模具，并在表面大量扭结后停止培养；包装模具为PVC材质的模具；
接种的真菌菌种是长势好、菌丝扭结力强的木质层孔菌。本实施例质层孔菌购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，选用编号为AS5.132，具有菌丝体发达、长势好、扭结力强的特点；该菌株最适生长温度25℃，最适生长pH为6.0。母种培养基为综合PDA培养基。配方：马铃薯提取液1.0L，葡萄糖20.0g，KH2PO4 3.0g，MgSO4·7H2O 1.5g，维生素B1微量，琼脂15.0g，pH 6.0。原种和生产种配方为棉籽壳70％，麸皮20％，玉米粉10％，pH自然。
(4)产品定型：将培养完成的培养原料从模具内取出，在干燥室无菌环境常温20℃条件下进行干燥脱水处理48h后，得到生物质包装材料。
实施例2
一种生物质包装材料的生产方法，该生产方法的具体步骤为：
(1)培养原料的准备：将45质量份数的玉米秸秆、35质量份数的小麦秸秆、20质量份数的麸皮混合均匀；将上述3种组分混合后向培养原料中添加培养原料重量1.2倍的自来水，将自来水均匀洒于培养原料表面，吸收90min后翻拌均匀；调控培养原料中的含水量为65％；
玉米秸秆和小麦秸秆为粉碎后的玉米秸秆粉和小麦秸秆粉；玉米秸秆粉和小麦秸秆粉的长度为5-16mm，其中上述两种秸秆粉中长度为5-10mm规格的秸秆粉和长度为10-16mm规格的秸秆粉的比例均为60％和40％。玉米秸秆和小麦秸秆要求干燥，无霉变。
(2)灭菌处理：将培养原料装入灭菌袋，进行高温灭菌处理，高压蒸汽灭菌条件为121℃、0.15Mpa灭菌1.5h；
(3)接种培养：将灭菌处理后的培养原料冷却至室温，转入无菌接种室内，将真菌菌种按25％(w/w)接种于培养原料中搅拌均匀；将接种后的培养原料装入包装模具内，压实后在无菌培养室30℃培养5天，培养的环境湿度为80％；待菌丝长满整个包装模具，并在表面大量扭结后停止培养；包装模具为PVC材质的模具；
接种的真菌菌种是长势好、菌丝扭结力强的木质层孔菌。本实施例选用木质层孔菌，编号为AS5.132，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，具有菌丝体发达、长势好、扭结力强的特点；该菌株最适生长温度25℃，最适生长pH为6.0。母种培养基为综合PDA培养基，配方：马铃薯提取液1.0L，葡萄糖20.0g，KH2PO4 3.0g，MgSO4·7H2O 1.5g，维生素B1微量，琼脂15.0g，pH 6.0。原种和生产种配方为棉籽壳70％，麸皮20％，玉米粉10％，pH自然。
(4)产品定型：将培养完成的培养原料从模具内取出，在干燥室无菌环境常温25℃条件下进行干燥脱水处理36h后，得到生物质包装材料。
实施例3
一种生物质包装材料的生产方法，该生产方法的具体步骤为：
(1)培养原料的准备：将40质量份数的玉米秸秆、40质量份数的小麦秸秆、20质量份数的麸皮混合均匀；将上述3种组分混合后向培养原料中添加培养原料重量1.15倍的自来水，将自来水均匀洒于培养原料表面，吸收90min后翻拌均匀；调控培养原料中的含水量为63％；
玉米秸秆和小麦秸秆为粉碎后的玉米秸秆粉和小麦秸秆粉；玉米秸秆粉和小麦秸秆粉的长度为5-16mm，其中上述两种秸秆粉中长度为5-10mm规格的秸秆粉和长度为10-16mm规格的秸秆粉的比例均为60％和40％。玉米秸秆和小麦秸秆要求干燥，无霉变。
(2)灭菌处理：将培养原料装入灭菌袋，进行高温灭菌处理，高压蒸汽灭菌条件为121℃、0.15Mpa灭菌1.5h；
(3)接种培养：将灭菌处理后的培养原料冷却至室温，转入无菌接种室内，将生产用真菌菌种按25％(w/w)接种于培养原料中搅拌均匀；将接种后的培养原料装入包装模具内，压实后在无菌培养室28℃培养6天，培养的环境湿度为77％；待菌丝长满整个包装模具，并在表面大量扭结后停止培养；包装模具为PVC材质的模具；
接种的真菌菌种是长势好、菌丝扭结力强的木质层孔菌。本实施例选用木质层孔菌，编号为AS5.132，购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，具有菌丝体发达、长势好、扭结力强的特点；该菌株最适生长温度25℃，最适生长pH为6.0。母种培养基为综合PDA培养基，配方：马铃薯提取液1.0L，葡萄糖20.0g，KH2PO4 3.0g，MgSO4·7H2O 1.5g，维生素B1微量，琼脂15.0g，pH 6.0。原种和生产种配方为棉籽壳70％，麸皮20％，玉米粉10％，pH自然。
(4)产品定型：将培养完成的培养原料从模具内取出，在干燥室无菌环境常温25℃条件下进行干燥脱水处理36h后，得到生物质包装材料。
(5)产品性能：定型后的生物质包装材料产品送华测检测认证集团股份有限公司检测，测定产品的尺寸稳定性，检测标准参考ASTM D3575-2014 Suffix S，检测设备包括电热恒温鼓风干燥箱、数显卡尺，在恒温恒湿实验室内进行。尺寸稳定性检测结果为：长0.65％，宽1.86％，厚2.42％，表明产品的尺寸稳定性良好。
同时测定了生物质包装材料产品生物降解性能，调整生物质包装材料含水量65％-70％，在常温环境中培养3周，所测试的生物质包装材料均完全腐解，表明生物质包装材料产品使用完毕，放置到自然环境后，具有良好的分解特性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种生物质包装材料的生产方法，其特征在于，所述生产方法是将含有玉米秸秆和小麦秸秆的培养原料混合均匀后高温灭菌，冷却后接种真菌菌种，然后将接种后的培养原料装入已灭菌包装模具内，于无菌环境中培养若干天后，再在常温条件下干燥脱水处理得到所述生物质包装材料；
培养原料的组分包括玉米秸秆、小麦秸秆和麸皮；培养原料由40-45质量份数的玉米秸秆、30-40质量份数的小麦秸秆、15-20质量份数的麸皮组成；将上述3种组分混合后向培养原料中添加培养原料重量1.1～1.2倍的自来水，充分混匀；培养原料含水量为60％-65％；
培养原料的灭菌操作是于121℃、0.15Mpa条件下灭菌1.5小时；
包装模具内的培养温度为26-30℃，培养时间为5-7天；
玉米秸秆和小麦秸秆为粉碎后的玉米秸秆粉和小麦秸秆粉；玉米秸秆粉和小麦秸秆粉的长度为5-16mm，其中上述两种秸秆粉中长度为5-10mm规格的秸秆粉和长度为10-16mm规格的秸秆粉的比例均为60％和40％；
接种的真菌菌种是长势好、菌丝体扭结力强的木质层孔菌；
干燥脱水处理的温度为20-25℃；处理时间为36-48小时。
2.如权利要求1所述的生物质包装材料的生产方法，其特征在于，包装模具为PVC材质的模具。
3.如权利要求1-2任一所述的生物质包装材料的生产方法，其特征在于，该生产方法的具体步骤为：
(1)培养原料的准备：将40-45质量份数的玉米秸秆、30-40质量份数的小麦秸秆、15-20质量份数的麸皮混合均匀；将上述3种组分混合后向培养原料中添加培养原料重量1.1～1.2倍的自来水，充分混匀；调控培养原料中的含水量为60％-65％；
(2)灭菌处理：将培养原料装入灭菌袋，进行高压蒸汽灭菌处理，灭菌条件为121℃、0.15Mpa灭菌1.5h；
(3)接种培养：将灭菌处理后的培养原料冷却至室温，转入无菌接种室内，将生产用真菌菌种按25％(w/w)接种于培养原料中搅拌均匀；将接种后的培养原料装入包装模具内，压实后在无菌培养室26-30℃培养5-7天，培养的环境湿度为75％-80％；
(4)产品定型：将培养完成的培养原料从模具内取出，在常温20-25℃条件下进行干燥脱水处理36-48h后，得到生物质包装材料。
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