CN106283873A - 一种马铃薯淀粉生物干强剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种马铃薯淀粉生物干强剂的制备方法，属于造纸用干强剂技术领域。本发明将马铃薯粉酸解、酶解、水解后加入糖化酶，它可以使马铃薯中的淀粉多糖水解转化为葡萄糖单糖，提供糖化液培养基环境，与胰蛋白胨、KH2PO4等培养基辅料搅拌水浴制得培养基，再将土曲霉菌种与无菌水混合制得的土曲霉菌悬浮液滴入培养基中，与壳聚糖混合后加入二亚乙基三胺五乙酸等辅料即得一种马铃薯淀粉生物干强剂，本发明马铃薯粉的自由葡萄糖羟基可以与纸张的纤维表面形成纤维素分子氢键，进而增加纸张内部纤维的结合力，弥补了传统干强剂环压强度、耐破强度等性能较差的缺陷，具有广泛的应用前景。

Description

一种马铃薯淀粉生物干强剂的制备方法
技术领域
本发明公开了一种马铃薯淀粉生物干强剂的制备方法，属于造纸用干强剂技术领域。
背景技术
我国木装资源虽丰富，但多数是短纤维木架，所合成的纸张的强度较低，且许多纸中配用草架和回收纸架，因此需采取必要的措施提高纸张强度。通常利用抗张强度、耐破强度、耐折强度和撕裂度来衡量纸张的物理强度性能。纤维结合力如氧键、化学键、极性键结合力是影响纸张强度最重要的因素之一，纸张中的纤维以层状排列，在同层中的纤维以二维取向为主而相互交错，不同纤维层间依靠氧键或分子间作用力紧密联结在一起，但由于产生结合力的作用点数量有限，其结合力远小于同层纤维间的作用力。为改变纸张纤维中作用力的不足，需通过添加剂来增加纤维间的结合点数，因此用增强剂来改善纸张强度便成为重要、有效的手段。
干强剂的增强机理有以下几种：一、干强度产生的原因是纸张中纤维间的氛键结合点多，同时静电吸附也使纤维间的结合力量更强。引入干强剂后，其可与纤维间形成更多的氢键结合点或增强静电作用力，二者也可同时存在，从而提高纸张的强度。二、在纸张成型过程中，可能会产生纤维分布不均的现象，加入增强剂后可使纤维分布且形成结合力较强的化学键，改善纸张的强度性能。三、干强剂也可通过增加细小纤维留着率和脱水率，改善纸幅的挺度。目前使用的干强剂中，淀粉类的干强剂几乎占据绝大部分的市场份额。而用淀粉作为干强剂，从其使用过程来看，需要用蒸汽将其糊化再稀释，然后再经过泵，工艺流程复杂，且增加了设备和人员的投入；而且造纸系统长期大量使用淀粉作为增强剂，对纸机的白水的污染较大。另外，淀粉的蒸煮糊化需要动力消耗，既耗气又耗电，不利于节能减排。另外，在我国造纸工业原料中，由于木材资源短缺，目前大量使用的造纸原料主要是草浆、废纸浆，这些原料由于纤维短、杂细胞含量高、保水值高等缺点，严重影响纸张和纸板的强度。现有技术的干强剂存在耐折度、环压强度、耐破强度较差等缺陷，是造纸行业中一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题：针对目前传统干强剂存在耐折度、环压强度和耐破强度较差的缺陷，本发明将马铃薯粉酸解、酶解、水解后加入糖化酶，它可以使马铃薯中的淀粉多糖水解转化为葡萄糖单糖，提供糖化液培养基环境，与胰蛋白胨、KH2PO4等培养基辅料搅拌水浴制得培养基，再将土曲霉菌种与无菌水混合制得的土曲霉菌悬浮液滴入培养基中，与壳聚糖混合后加入二亚乙基三胺五乙酸等辅料即得一种马铃薯淀粉生物干强剂，本发明马铃薯粉的自由葡萄糖羟基可以与纸张的纤维表面形成纤维素分子氢键，进而增加纸张内部纤维的结合力，弥补了传统干强剂环压强度、耐破强度等性能较差的缺陷，具有广泛的应用前景。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）按质量比1:5，将马铃薯淀粉与去离子水搅拌混合并用冰醋酸调节pH至6.0，在室温下静置25～30min制备得马铃薯淀粉混合液，随后按质量比1:25，将耐高温α-淀粉酶与马铃薯淀粉混合液搅拌混合，在95～97℃水浴加热1～2h，随后静置冷却至55～60℃，再用冰醋酸调节pH至4.5，制备得马铃薯水解液，再按质量比1:10，将糖化酶与马铃薯水解液搅拌混合，保温加热25～30min，制备得马铃薯糖化液；
（2）按质量比1:100，将土曲霉菌种与无菌水搅拌混合制备得土曲霉悬浮液，按重量份数计，分别称量10～15份胰蛋白胨、10～15份马铃薯糖化液、1～3份KH2PO4和45～50份去离子水置于烧杯中，搅拌混合后并置于100～105℃下水浴加热10～15min，随后静置冷却至室温，制备得微生物培养基，再按质量比1:10，将土曲霉悬浮液滴加至微生物培养基中，在35～36℃下培养5～7天；
(3)待培养完成后，过滤培养基并收集滤液，在100～105℃下油浴加热10～15min，随后再在1500～2000r/min下离心分离10～15min，收集上层清液制备得生物改性液；
(4)按质量比1:10，将壳聚糖与上述制备的生物改性液搅拌混合，用冰醋酸溶液调节pH至6.5，再在65～70℃下旋转蒸发至原体积的1/5，干燥，制备得改性混合粉末；
（5）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份马铃薯淀粉、25～30份二亚乙基三胺五乙酸和10～15份上述制备的改性混合粉末置于烧杯中，在75～80℃下水浴加热1～2h，随后静置冷却至室温，静置陈化6～8h，即可制备得一种马铃薯淀粉生物干强剂。
本发明的应用方法是：按重量份数计，取本发明制得的马铃薯淀粉生物干强剂1～5份，自来水25～125份，置于大型搅拌机中搅拌均匀，按照用量12kg/t的纸的用量添加到浆池出口浆泵入口处，然后进入到纸机流送系统，待纸张均匀浸湿，取出自然烘干，经实例证明，纸张的环压强度指数15～25％，纸张的耐破指数为18～22%。
本发明的有益效果是：
（1）本发明的制备方法工艺简单、成本低、污染少，不仅原料获得途径简单，且操作条件易于控制；
（2）本发明可提高干强剂与纸张纤维之间的作用力，使所得干强剂具有更强的增强作用。
具体实施方式
首先按质量比1:5，将马铃薯淀粉与去离子水搅拌混合并用冰醋酸调节pH至6.0，在室温下静置25～30min制备得马铃薯淀粉混合液，随后按质量比1:25，将耐高温α-淀粉酶与马铃薯淀粉混合液搅拌混合，在95～97℃水浴加热1～2h，随后静置冷却至55～60℃，再用冰醋酸调节pH至4.5，制备得马铃薯水解液，再按质量比1:10，将糖化酶与马铃薯水解液搅拌混合，保温加热25～30min，制备得马铃薯糖化液；按质量比1:100，将土曲霉菌种与无菌水搅拌混合制备得土曲霉悬浮液，按重量份数计，分别称量10～15份胰蛋白胨、10～15份马铃薯糖化液、1～3份KH2PO4和45～50份去离子水置于烧杯中，搅拌混合后并置于100～105℃下水浴加热10～15min，随后静置冷却至室温，制备得微生物培养基，再按质量比1:10，将土曲霉悬浮液滴加至微生物培养基中，在35～36℃下培养5～7天；待培养完成后，过滤培养基并收集滤液，在100～105℃下油浴加热10～15min，随后再在1500～2000r/min下离心分离10～15min，收集上层清液制备得生物改性液；按质量比1:10，将壳聚糖与上述制备的生物改性液搅拌混合，用冰醋酸溶液调节pH至6.5，再在65～70℃下旋转蒸发至原体积的1/5，干燥，制备得改性混合粉末；按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份马铃薯淀粉、25～30份二亚乙基三胺五乙酸和10～15份上述制备的改性混合粉末置于烧杯中，在75～80℃下水浴加热1～2h，随后静置冷却至室温，静置陈化6～8h，即可制备得一种马铃薯淀粉生物干强剂。
实例1
首先按质量比1:5，将马铃薯淀粉与去离子水搅拌混合并用冰醋酸调节pH至6.0，在室温下静置25min制备得马铃薯淀粉混合液，随后按质量比1:25，将耐高温α-淀粉酶与马铃薯淀粉混合液搅拌混合，在95℃水浴加热1h，随后静置冷却至55℃，再用冰醋酸调节pH至4.5，制备得马铃薯水解液，再按质量比1:10，将糖化酶与马铃薯水解液搅拌混合，保温加热25min，制备得马铃薯糖化液；按质量比1:100，将土曲霉菌种与无菌水搅拌混合制备得土曲霉悬浮液，按重量份数计，分别称量10份胰蛋白胨、10份马铃薯糖化液、1份KH2PO4和45份去离子水置于烧杯中，搅拌混合后并置于100℃下水浴加热10min，随后静置冷却至室温，制备得微生物培养基，再按质量比1:10，将土曲霉悬浮液滴加至微生物培养基中，在35℃下培养5天；待培养完成后，过滤培养基并收集滤液，在100℃下油浴加热10min，随后再在1500r/min下离心分离10min，收集上层清液制备得生物改性液；按质量比1:10，将壳聚糖与上述制备的生物改性液搅拌混合，用冰醋酸溶液调节pH至6.5，再在65℃下旋转蒸发至原体积的1/5，干燥，制备得改性混合粉末；按重量份数计，分别称量45份去离子水、10份马铃薯淀粉、25份二亚乙基三胺五乙酸和10份上述制备的改性混合粉末置于烧杯中，在75℃下水浴加热1h，随后静置冷却至室温，静置陈化6h，即可制备得一种马铃薯淀粉生物干强剂。
本发明的应用方法是：按重量份数计，取本发明制得的马铃薯淀粉生物干强剂1份，自来水25份，置于大型搅拌机中搅拌均匀，按照用量12kg/t的纸的用量添加到浆池出口浆泵入口处，然后进入到纸机流送系统，待纸张均匀浸湿，取出自然烘干，经实例证明，纸张的环压强度指数15％，纸张的耐破指数为18%。
实例2
首先按质量比1:5，将马铃薯淀粉与去离子水搅拌混合并用冰醋酸调节pH至6.0，在室温下静置27min制备得马铃薯淀粉混合液，随后按质量比1:25，将耐高温α-淀粉酶与马铃薯淀粉混合液搅拌混合，在96℃水浴加热1.5h，随后静置冷却至57℃，再用冰醋酸调节pH至4.5，制备得马铃薯水解液，再按质量比1:10，将糖化酶与马铃薯水解液搅拌混合，保温加热27min，制备得马铃薯糖化液；按质量比1:100，将土曲霉菌种与无菌水搅拌混合制备得土曲霉悬浮液，按重量份数计，分别称量13份胰蛋白胨、13份马铃薯糖化液、2份KH2PO4和47份去离子水置于烧杯中，搅拌混合后并置于103℃下水浴加热13min，随后静置冷却至室温，制备得微生物培养基，再按质量比1:10，将土曲霉悬浮液滴加至微生物培养基中，在35.5℃下培养6天；待培养完成后，过滤培养基并收集滤液，在103℃下油浴加热13min，随后再在1700r/min下离心分离13min，收集上层清液制备得生物改性液；按质量比1:10，将壳聚糖与上述制备的生物改性液搅拌混合，用冰醋酸溶液调节pH至6.5，再在67℃下旋转蒸发至原体积的1/5，干燥，制备得改性混合粉末；按重量份数计，分别称量47份去离子水、13份马铃薯淀粉、27份二亚乙基三胺五乙酸和13份上述制备的改性混合粉末置于烧杯中，在77℃下水浴加热1.5h，随后静置冷却至室温，静置陈化7h，即可制备得一种马铃薯淀粉生物干强剂。
本发明的应用方法是：按重量份数计，取本发明制得的马铃薯淀粉生物干强剂3份，自来水75份，置于大型搅拌机中搅拌均匀，按照用量12kg/t的纸的用量添加到浆池出口浆泵入口处，然后进入到纸机流送系统，待纸张均匀浸湿，取出自然烘干，经实例证明，纸张的环压强度指数20％，纸张的耐破指数为20%。
实例3
首先按质量比1:5，将马铃薯淀粉与去离子水搅拌混合并用冰醋酸调节pH至6.0，在室温下静置30min制备得马铃薯淀粉混合液，随后按质量比1:25，将耐高温α-淀粉酶与马铃薯淀粉混合液搅拌混合，在97℃水浴加热2h，随后静置冷却至60℃，再用冰醋酸调节pH至4.5，制备得马铃薯水解液，再按质量比1:10，将糖化酶与马铃薯水解液搅拌混合，保温加热30min，制备得马铃薯糖化液；按质量比1:100，将土曲霉菌种与无菌水搅拌混合制备得土曲霉悬浮液，按重量份数计，分别称量15份胰蛋白胨、15份马铃薯糖化液、3份KH2PO4和50份去离子水置于烧杯中，搅拌混合后并置于105℃下水浴加热15min，随后静置冷却至室温，制备得微生物培养基，再按质量比1:10，将土曲霉悬浮液滴加至微生物培养基中，在36℃下培养7天；待培养完成后，过滤培养基并收集滤液，在105℃下油浴加热15min，随后再在2000r/min下离心分离15min，收集上层清液制备得生物改性液；按质量比1:10，将壳聚糖与上述制备的生物改性液搅拌混合，用冰醋酸溶液调节pH至6.5，再在70℃下旋转蒸发至原体积的1/5，干燥，制备得改性混合粉末；按重量份数计，分别称量50份去离子水、15份马铃薯淀粉、30份二亚乙基三胺五乙酸和15份上述制备的改性混合粉末置于烧杯中，在80℃下水浴加热2h，随后静置冷却至室温，静置陈化8h，即可制备得一种马铃薯淀粉生物干强剂。
本发明的应用方法是：按重量份数计，取本发明制得的马铃薯淀粉生物干强剂5份，自来水125份，置于大型搅拌机中搅拌均匀，按照用量12kg/t的纸的用量添加到浆池出口浆泵入口处，然后进入到纸机流送系统，待纸张均匀浸湿，取出自然烘干，经实例证明，纸张的环压强度指数25％，纸张的耐破指数为22%。

Claims (1)

1.一种马铃薯淀粉生物干强剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按质量比1:5，将马铃薯淀粉与去离子水搅拌混合并用冰醋酸调节pH至6.0，在室温下静置25～30min制备得马铃薯淀粉混合液，随后按质量比1:25，将耐高温α-淀粉酶与马铃薯淀粉混合液搅拌混合，在95～97℃水浴加热1～2h，随后静置冷却至55～60℃，再用冰醋酸调节pH至4.5，制备得马铃薯水解液，再按质量比1:10，将糖化酶与马铃薯水解液搅拌混合，保温加热25～30min，制备得马铃薯糖化液；
（2）按质量比1:100，将土曲霉菌种与无菌水搅拌混合制备得土曲霉悬浮液，按重量份数计，分别称量10～15份胰蛋白胨、10～15份马铃薯糖化液、1～3份KH2PO4和45～50份去离子水置于烧杯中，搅拌混合后并置于100～105℃下水浴加热10～15min，随后静置冷却至室温，制备得微生物培养基，再按质量比1:10，将土曲霉悬浮液滴加至微生物培养基中，在35～36℃下培养5～7天；
(3)待培养完成后，过滤培养基并收集滤液，在100～105℃下油浴加热10～15min，随后再在1500～2000r/min下离心分离10～15min，收集上层清液制备得生物改性液；
(4)按质量比1:10，将壳聚糖与上述制备的生物改性液搅拌混合，用冰醋酸溶液调节pH至6.5，再在65～70℃下旋转蒸发至原体积的1/5，干燥，制备得改性混合粉末；
（5）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、10～15份马铃薯淀粉、25～30份二亚乙基三胺五乙酸和10～15份上述制备的改性混合粉末置于烧杯中，在75～80℃下水浴加热1～2h，随后静置冷却至室温，静置陈化6～8h，即可制备得一种马铃薯淀粉生物干强剂。
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