CN106715071A - 用于通过搅拌制备大型褐藻类的粉末的方法以及从所述粉末制造刚性物体的方法 - Google Patents
用于通过搅拌制备大型褐藻类的粉末的方法以及从所述粉末制造刚性物体的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于从剪切搅拌的大型褐藻类制得的粉末制造刚性物体以从所述大型褐藻类提取蛋白质比如肌动蛋白的方法,所述粉末由具有小于或等于1.5毫米的等效直径并且具有小于或等于45%的残留水含量的颗粒组成。根据本发明,这样的方法包括在模具中热压缩所述粉末的步骤,使所述粉末达到50和100℃之间的温度并且经受150和4000巴之间的压强50秒至45分钟。本发明也涉及制备所述粉末的方法。
Description
1.发明背景
本发明的领域是可再生和可生物降解的材料的领域。
更具体地,本发明涉及用于从大型藻类(macroalgae)制备粉末的方法以及从该粉末制造刚性物体(rigid object)的方法。
本发明发现在制造的产品的生产中的特定应用,比如,家庭网关外壳(residential gateway housing)、螺纹栓(threaded plug)、花盆(flower pot)或翁棺(funerary urn)。
2.现有技术
大型褐藻类(Brown macroalgae),也称褐藻纲(Phaeophyceae),形成世界上的在寒带或温带水域中最丰富的藻类纲(algae class)。
但是,它们仍为广泛地未广泛开发的植物资源。
已知处理大型褐藻类以提取包含在其壁中的藻酸盐、甘露醇或某些硫酸化的脱氧半乳聚糖(sulphated fucan),意图用于例如食品工业、制药工业或美容工业。
也已知用于提取包含在大型褐藻类中的作为植物检疫产品的活性物质比如海带多糖(laminarins)的方法。
也考虑通过细菌发酵这些藻类的壁中存在的某些糖从大型褐藻类生产生物乙醇(bioethanol)。
例如,在文件US2010/0272940中也提出以来自藻类的材料替代在塑料制品中一部分的合成塑料材料。
然而,该用藻类替代塑料的已知技术强调微藻类(microalgae)的使用,其相比于大型藻类显著地更富含纤维素。它们同样具有允许用藻类材料仅部分替换合成塑料的缺点。
新近地,本专利申请的申请人在文件WO2014/128411中提出从来自藻酸盐或海带多糖提取工业的废物生产制成品(manufactured article)。
通过藻酸盐和/或海带多糖工厂产生的废物的量仍然有限且不认为从大型藻类非常大规模生产刚性物体。
1.发明目的
因此,本发明的目的是补救上述提到的现有技术的短处。
更确切地,本发明的目的是提供全部或至少主要从大型褐藻类生产的原材料,其可被用于制造刚性制成品。
本发明的具体目的是,在本发明的具体实施方式中,以恒定质量和均匀性质的粉末形式提供该原材料。
提供用于从大型褐藻类生产制成品的技术也是本发明的目的,其实施简单且可靠。
本发明的另一目的是提供这样的运转成本降低的制造技术。
本发明的目的也升级取自开阔的海的或在浮绠(floating rope)上培养的藻类原材料。
2.发明概述
这些目的,以及下文中将出现的其他目的,通过用于制备意图用于制造刚性制成品的大型褐藻类粉末的方法实现。
本发明的上下文中,"刚性物体"是指不弯曲且抵抗形变力,以及因此与软的或柔的物体不同的物体。
根据本发明,方法至少包括以该顺序进行的下述步骤:
-采集所述大型褐藻类;
-以至少4rpm的速率在罐中剪切搅拌所述大型藻类6至24小时,以便从所述大型藻类提取蛋白,比如肌动蛋白;
-在范围在30℃和50℃之间,优选地在30℃和45℃之间的温度,干燥所述搅拌过的(stirred)并且干燥的大型藻类,以获得具具有小于或等于45%残留水含量(residualmoisture content)的搅拌过的并且干燥的大型藻类;
-研磨所述搅拌过的并且干燥的大型藻类,以获得具有小于或等于1.5毫米等效直径的颗粒的大型藻类粉末。
由此,以新颖的方式,本发明提出基本上从未处理的大型褐藻类制备粉末形式的原材料,所述大型褐藻类取自外海(high sea)或在海滩上或其他的在浮绠生长的,其来源是非常重要的。
也应注意到根据发明制备粉末的方法是特别简单和经济的。
也容易理解搅拌的持续期间和速度可彼此适应,以使得在搅拌期间藻类材料经过的距离足以使得包含在大型藻类中的蛋白质能够适当的提取并且以合适的量。
干燥搅拌过的大型藻类可在大气压下或真空下在炉中进行,例如回转炉、干燥器或炉。在干燥步骤期间,保持搅拌过的大型藻类的温度在30°至50℃是尤其有利的,因为大型藻类的性质没有被改变。将注意,干燥步骤也使得在搅拌步骤引发的生化反应熟成(maturation)。
而且,干燥降低搅拌过的大型藻类的水分含量在45以下,使得搅拌后获得的粉末能够在水分进入的情况下保持若干周至若干月而不分解(disintegrating)。
优选的,所述干燥步骤包括以0.1和1cm3之间的多个粒容(a plurality ofgranules of volume)的形式压实所述大型藻类的步骤。
压实使包含在搅拌过的大型藻类中的部分水能够排出(evacuate)。
根据本发明的具体的实施方式,所述压实步骤包括向所述大型藻类添加以弱酸比如乙酸或柠檬酸和/或以稀释在水中的酸处理的大型藻类的步骤。
在本发明的上下文中,"弱酸"意指其通常的含义。因此,其为在水中部分不溶解的酸。
用弱酸和/或用稀释在水中的酸处理的大型藻类可有利地为源自于藻酸盐和/或海带多糖的提取的工业废物。
有利地,所述剪切搅拌步骤至少部分在真空下进行。
以这种方式,蛋白质的迁移并且在添加剂的存在下,这些添加剂进入大型藻类中的扩散被促进。
搅拌步骤可特别地包括与在大气压下的搅拌步骤交替的真空搅拌步骤。
在本发明的具体实施方式,所述剪切搅拌步骤在整个其持续期间在真空下进行。
在本发明的具体有利的实施方式中,所述搅拌步骤包括向所述大型藻类添加添加剂的步骤,所述添加剂属于包括至少以下的组:
-水;
-染料;
-有色的颜料(coloured pigment);
-气味吸收剂(odour absorbent),比如活性碳、沸石或多孔硅石颗粒;
-添味剂(odorant),比如香草醛;
-白蛋白。
由此,可整体上对大型藻类着色,以压制或掩盖大型藻类的充溢着的(pregnant)碘化气味,其是强烈的(heavy)或不愉悦的,并且可由于白蛋白提高粉末的内聚力(cohesion)和刚性,白蛋白可使其可能获得65和73之间的肖氏D硬度值(shore D hardnessvalue)。
在本发明的其他实施方式,也可提供在搅拌步骤期间通过添加例如次氯酸钠和/或酶来漂白大型藻类,以及如果合适,添加表面活性剂用于分散大型藻类的天然色素(colouring elements)或叶绿体。
优选地,所述染料或有色的颜料、所述气味吸收剂和白蛋白各自以0.05至0.1%、1至3.5%和/或0.2至1%的比例加入。
在本发明的具体实施方式,所述搅拌速度在每分钟4转和6转之间。
优选地,在所述搅拌步骤中,至少2%、优选地至少5%的包含在所述大型藻类中的肌动蛋白被提取。
由此,可形成足够量的胶质的肌动蛋白以允许大型藻类在它们之间凝聚(agglomeration)。实际上,发现当提取的肌动蛋白的量足以将大型藻类凝聚在一起时,它们实质上保持结合至其表面是疏水的材料。
有利地,所述大型藻类从海带目(天the order laminariales)褐藻类或墨角藻目(the order fucales)褐藻类选择。
在一些情况下,其可为海带目和/或墨角藻目的混合物。
优选地,所述大型藻类选自掌状海带(laminaria digitata)、泡叶藻(ascophyllum nodosum)品种以及岩藻属(genus fucus)品种。
在本发明的变化中,所述大型藻类可在糖昆布(laminaria sacchoriza)或极北海带(laminaria hyperborea)品种或巨藻属(lessonia genus)品种中选择。
根据本发明的具体方面,粉末的残留水含量大于或等于7%。
发明者事实上已发现至少7%的残留水含量赋予粉末的组成材料流动性,其提高了它被塑形的能力。
在本发明的具体实施方式,所述粉末的残留水含量在26%和45%之间。
在本发明的至少一个具体实施方式中,所述粉末的残留水含量在0.4和0.8之间。
轻材料由此获得。
本发明也涉及用于从剪切搅拌的大型褐藻类制得的粉末制造刚性物体以从所述大型褐藻类提取蛋白质比如肌动蛋白的方法,所述粉末由具有小于或等于1.5毫米等效直径并且具有小于或等于45%残留含水量的颗粒组成。
根据本发明,这样的用于从大型藻类制得的粉末制造刚性物体的方法包括在模具(mould)中热压缩(thermo-compression)所述粉末的步骤,使所述粉末达到50和100℃之间的温度,优选地在60和100℃之间的温度,并且经受150和4000巴之间的压强50秒至45分钟。
以巧妙的方式,本发明由此提出自压实的藻类粉末形成刚性物体,这是尤其简单和有效的。特别是,由于存在于粉末中的水分,粉末颗粒可为流动地并且均匀地凝聚以及紧密第结合在一起的。
应该注意到,温度、压强和后者施用的期间可作为制成物体的厚度和尺寸的函数而被优化。
在本发明的至少一个有利的实施方式中,上述描述的制造方法包括至少部分地施用防护涂剂至热压缩粉末的表面的步骤。
物体的主体由此被保护以对抗水分进入。
3.附图列表
本发明的其他特征和优点,通过阅读本发明的一个具体实施方式的下述描述将变得更明显,所述具体实施方式仅是阐示性的并且非限制的实施例,并且与随附图一起,其中:
图1是根据本发明的用于从大型褐藻类制备粉末的示例方法的步骤的示意性图形表示;
图2是通过参考图1显示的制备方法获得的粉末的视图;
图3显示用于从大型褐藻类粉末形成翁棺的热压缩压机;
图4是使用参考图3的压机在热压缩大型藻类的粉末中制造的翁棺的半壳的示意图。
4.本发明的详细的实施例的描述
图1以方块图形式显示了用于制备下述粉末的方法的实施方式的实施例的步骤,所述粉末意图用于根据发明从掌状海带和泡叶藻,也称为黑海草(black seaweed)的混合物,制造刚性制成品。
在本发明的其他实施方式,其可为设想仅从掌状海带或泡叶藻或任何其他褐藻,单独的或混合的,制备粉末。
在外海上采集掌状海带和泡叶藻后,随后(latter)是在粉末制备植物的生产线上的方法,在那在第一步骤中它们清洗以去除交错在藻类菌体中的沙子和贝壳(步骤11)。
大约按重量计70%的掌状海带和按重量计30%的泡叶藻之后被倾倒入混合罐中,在其中它们在连续真空下被以6rpm速率被剪切搅拌14小时(步骤12)。在该搅拌步骤12期间,0.03%w/w的天然染料在步骤121期间被缓慢加入并且将1.2%w/w的活性碳碎屑(fines)加入以掩盖由它们发出的气味。
在步骤12的结尾,获得块状大型藻类,其外观显露它们通过肌动蛋白胶体彼此被凝聚。
然后向从混合罐提取的大型藻类加入按质量计8%的获得自藻酸盐生产工厂的废物,废物由从其中藻酸盐被提取的低-酸-处理的大型藻类的残留物组成(步骤13)。
在步骤14中,从混合罐提取的大型藻类和用弱酸处理的大型藻类通过螺旋钻(auger)被混合(步骤141),并且该混合物以大体上大约6毫米的圆柱形小粒且高度10至20毫米的形式在环形基质颗粒压机(annular matrix granulate press)中被压实(步骤142)。
在本发明的该具体实施方式的变化中,从混合罐提取的大型藻类可直接以小粒的形式被压实,而不需添加用弱酸处理的大型藻类。
由此获得的小粒之后在46℃的温度在感应加热管道(tunnl)中或通过传热流体被干燥6小时(步骤15)。
在本发明的该具体实施方式的变化中,其可被提供以干燥小粒1至15小时,这取决于是否使用静态或动态干燥模式。
在干燥管道的出口处,干燥的小粒通过带式运送机输送至锤磨,在其中小粒以1±0.3mm粒度大小的粉末形式被研磨(步骤16)。图2是通过根据本发明制备方法获得的粉末21的打开的袋子的俯视图。
工厂的每个生产线由此能够以有吸引力的成本连续地制备接近每小时3吨的粉末。
在苯发明的具体实施方式,所述粉末的残留水含量为大约39%。
由此获得的粉末可被直接地用于制备制成品。
图3中阐示的是形成300kg/cm2压强的热压缩压机31用于由大型褐藻类的粉末制造180mm直径的大体半球形翁棺的半壳。
如图3中看到的,压机31具有装备有通过感应被加热至98℃的铸件的活塞头。为了控制制造方法,活塞的铸件的温度被调节。
在达到98℃的最大调节温度的较低模具32中,粉末通过吸入流被自动投料。
在该实施例中,500g的粉末被计量进入模具中,并且12.5吨的力以活塞头施加在粉末上45分钟的循环时间,以提高粉末温度至大约70℃。
获得大约490g质量和1.58密度的半翁棺41,在图4中以立体视图被示意性地阐示。
防水漆(water-repellent lacquer)之后被喷在半翁棺的表面上以使其对水分不敏感。
在接下来的步骤中,翁棺的表面通过移印(pad printing)或数码打印(digitalprinting)被装饰。
将注意到,有利地是,当使用印记工具(imprint tool),铸件的温度被选择在75和110℃之间。
在不偏离本发明的范围的情况下也可设想,应用用于制备大型褐藻类和红藻类的混合物的粉末或大型红藻类的粉末的接连的步骤;
-采集大型藻类;
-以至少4rpm的速率在罐中剪切搅拌所述大型藻类,6至24小时,以从所述大型藻类提取蛋白质,比如肌动蛋白;
-在范围在30℃和50℃之间,优选地在30和45℃之间的温度,干燥所述搅拌过的大型藻类,以获得具有小于或等于45%残留水含量的搅拌过的并且干燥的大型藻类;
-研磨所述搅拌过的并且干燥的大型藻类,以得到大型藻类粉末,其颗粒具有小于或等于1.5毫米的等效直径。
Claims (14)
1.一种用于制备大型褐藻类的粉末的方法,所述粉末用于刚性物体的制造,其特征在于,所述方法以下列顺序包括下述步骤:
-采集所述大型褐藻类;
-以至少4rpm的速度在罐中剪切搅拌所述大型藻类6至24小时,以从所述大型藻类提取蛋白质,比如肌动蛋白;
-在范围在30℃和50℃之间,优选地在30和45℃之间的温度干燥所述搅拌过的大型藻类,以获得搅拌过的并且干燥的具有小于或等于45%残留水含量的大型藻类;
-研磨所述搅拌过的并且干燥的大型藻类,以得到大型藻类粉末,所述粉末的颗粒具有小于或等于1.5毫米的等效直径。
2.根据权利要求1所述的用于制备大型褐藻类的粉末的方法,其特征在于所述干燥步骤包括以0.1和1cm3之间的多个粒容的形式压实所述大型藻类的步骤。
3.根据权利要求2所述的用于制备大型褐藻类的粉末的方法,其特征在于所述压实步骤包括向所述大型藻类添加以弱酸比如乙酸或柠檬酸和/或以稀释在水中的酸处理的大型藻类的步骤。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于制备大型褐藻类的方法,其特征在于所述剪切搅拌步骤至少部分在真空下进行。
5.根据权利要求4所述的用于制备大型褐藻类的粉末的方法,其特征在于所述剪切搅拌步骤在其整个其持续期间在真空下进行。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制备大型褐藻类的粉末的方法,其特征在于所述搅拌步骤包括向所述大型藻类添加添加剂的步骤,所述添加剂属于包括至少以下的组:
-水;
-染料;
-有色的颜料;
-气味吸收剂,比如活性碳;
-添味剂;
-白蛋白。
7.根据权利要求6所述的用于制备大型褐藻类的粉末的方法,其特征在于所述染料或所述有色的颜料、所述气味吸收剂和白蛋白各自以0.05至0.1%、1至3.5%和/或0.2至1%的比例加入。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制备大型褐藻类的粉末的方法,其特征在于所述搅拌速率在每分钟4和6转之间的范围。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于制备大型褐藻类的粉末的方法,其特征在于在所述搅拌步骤中,至少2%,优选地至少5%的包含在所述大型藻类中的肌动蛋白被提取。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于制备大型褐藻类的粉末的方法,其特征在于所述大型藻类从海带目褐藻类或墨角藻目褐藻类中选择。
11.根据权利要求10所述的用于制备大型褐藻类的粉末的方法,其特征在于所述大型藻类选自掌状海带、泡叶藻品种和岩藻属品种。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于制备大型褐藻类的粉末的方法,其特征在于所述粉末的残留水含量大于或等于7%。
13.一种用于从至少部分获得自剪切搅拌的大型褐藻类的粉末制造刚性物体以从所述大型褐藻类提取蛋白质比如肌动蛋白的方法,所述粉末由小于或等于1.5毫米等效直径并且具有小于或等于45%残留水含量的颗粒形成,其特征在于,所述方法包括在模具中热压缩所述粉末的步骤,使所述粉末达到50和100℃之间的温度,优选地在60和100℃之间的温度,并且经受150和4000巴之间的压强50秒至45分钟。
14.根据权利要求13所述的用于制造刚性物体的方法,其特征在于所述方法包括至少一个将防水涂剂施用至热压缩粉末的表面上的部分步骤。
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