CN108264656A - 一种香蕉纤维营养杯及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及营养杯加工技术领域，特别涉及一种香蕉纤维营养杯及其制备方法，本申请的营养杯由香蕉纤维、醋酸酐、浓硫酸、淀粉、甘油、聚羟基丁酸酯、几丁质、蚕丝蛋白和乙醇溶液制得；本申请使用香蕉纤维与醋酸酐、浓硫酸反应制备醋酸纤维，使用淀粉、甘油、聚羟基丁酸酯制备淀粉胶状物，使用几丁质、蚕丝蛋白和乙醇溶液制备壳粘液，之后将醋酸纤维、淀粉胶状物和壳粘液相混合制备营养杯，能有效提高营养杯的成型能力、抗冲击能力，同时还可被土壤中的微生物进行生物降解。

Description

一种香蕉纤维营养杯及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及营养杯加工技术领域，特别涉及一种香蕉纤维营养杯及其制备方法。
【背景技术】
营养杯又称育苗钵，一般由黑色塑料制作，纸杯大小的用于育种和育苗，而花盆大小的多用于温室种植。黑色塑料营养杯具有白天吸热、夜晚保温护根、保肥作用，干旱时节具有保水作用；用营养杯育种、育苗便于集中培育和移栽，显著提高经济效益，广泛用于花卉、蔬菜、瓜果等农业种植。在现有的绿化施工中，特别是草本植物和灌木用于绿化的施工过程中，幼苗都是以营养杯为单位进行运送和栽种的，而在栽种时，首先要去掉幼苗下的营养杯，在此过程容易造成的幼苗根系的破坏，栽种后影响幼苗的成活率；而且塑料又很难降解，增加环境压力。
如果能生产出一种可被土壤有效分解的营养杯，将能有效解决上述根苗被破坏、环境难降解的问题，目前，生产可降解营养杯主要是利用淀粉和纤维素，但是由于淀粉、纤维素的交联性差会常用一些无机交联剂对淀粉、纤维素进行处理，但是，使用无机交联剂将会导致降解时有害物质的残留，目前，我国是香蕉生产大国，香蕉收获后会产生与果实近乎等量的茎秆，而在我国各产区大多直接废弃，不仅造成了蕉园的环境污染，还浪费了大量的植物资源。香蕉纤维广泛存在于假茎韧皮、树叶及果轴中，属于天然纤维素纤维，有天然麻类纤维的优点。如果能有效的将这些纤维素加以利用，生产纳米纤维进一步加工制备营养杯将能有效提高香蕉废料的产品附加值。
【发明内容】
鉴于上述内容，有必要利用香蕉纳米纤维生产一种可进行有效分解，又不会造成有害物质残留的营养杯，进一步提高香蕉废料的利用领域、利用价值，提高香蕉废料的产品附加值。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种香蕉纤维营养杯，所述营养杯由如下重量份的原料制成：香蕉纤维17份-27份、醋酸酐10份-15份、浓硫酸1份-2份、淀粉21份-33份、甘油3份-8份、聚羟基丁酸酯17份-26份、几丁质16份-21份、蚕丝蛋白14份-19份和体积百分数为75％的乙醇溶液9份-17份。
进一步的，所述香蕉纤维为纳米级香蕉纤维。
进一步的，所述纳米级香蕉纤维的制备方法包括香蕉粗纤维制取工艺和香蕉纳米纤维制取工艺；
(一)上述香蕉粗纤维制取工艺包括原料预处理工艺和脱胶工艺；具体工艺步骤如下：
(1)原料预处理工艺：取香蕉皮、叶或茎杆切割成段后再破片撕开成片状，片状厚度为0.5mm-2mm、进行压榨、刮杂、干燥得到粗麻；
(2)脱胶工艺：将步骤(1)的粗麻依次通过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干得到粗纤维；
所述膨化处理的处理方法为：将粗麻与质量浓度为2g/L-4g/L的氢氧化钠溶液混合按照固液质量比为1:17-22进行混合，然后迅速加热到95℃-100℃，恒温熬煮20min-30min后，将氢氧化钠溶液排干，将粗麻捞出，放入压力条件为7MPa-8MPa，温度为90℃-95℃的热水中恒温保持10min-15min后再将热水排干，将粗麻放入压力条件为2MPa-3MPa，温度为0℃-5℃的冷水中，恒温保持10min-15min，再经过过滤、晾干，完成膨化处理过程；
所述氧化处理的处理方法为：将膨化处理后的粗麻与氧化剂溶液按照固液质量比为1:20-25进行混合，然后迅速加热到95℃-100℃，恒温熬煮15min-20min后，将氧化剂溶液排干，并将粗麻放入温度为90℃-95℃的热水中，恒温保持5min-10min后，再将粗麻放入温度为0℃-5℃的冷水中，恒温保持5min-10min，再经过过滤、晾干，完成氧化处理过程；
所述酸处理的处理方法为：将氧化处理后的粗麻与质量浓度为1g/L-3g/L的硫酸溶液按照固液质量比为1:15-20进行混合，然后迅速加热到95℃-100℃，恒温熬煮15min-20min，将粗麻捞出，放入温度为90℃-95℃的热水中冲洗5min，再放入0℃-5℃的冷水中冲洗10min，再经过晾干，完成酸处理过程；
所述生物酶处理的处理方法为：将酸处理后的粗麻与生物酶溶液按照固液质量比为1:18-23进行混合，在温度为30℃-40℃的条件下恒温保持20min-25min，将粗麻捞出放入温度为0℃-5℃的冷水中冲洗10min；完成生物酶处理过程；
所述酶失活处理的处理方法为：将生物酶处理后的粗麻放入85℃-90℃的热水中，恒温熬煮30min-35min；完成酶失活处理过程；
所述脱水的处理方法为：将酶失活处理后的粗麻放入真空度为0.01MPa-0.1MPa的真空硅藻土压滤机中进行真空压滤，完成脱水处理过程；
所述给油的处理方法为：将脱水处理后的粗麻均匀的喷涂一层茶籽油，完成给油处理过程；
所述烘干的处理方法为：将给油处理后的粗麻放入温度为50℃-60℃的热风烘干机红感到粗麻含水率为3％-5％得到香蕉纤维；
进一步的，所述步骤(2)氧化剂溶液由双氧水、甲基橙、杨柳提取物和水按照质量比为3-5:1-3:6-9:30-35混合制得。
进一步的，所述步骤(2)生物酶溶液由果胶酶、半纤维素酶、木质素降解酶、芦荟甙和水按照质量比为2-4:2-4:1-3:5-9:30-35混合制得。
(二)上述香蕉纳米纤维制取工艺的制备方法为：将香蕉粗纤维与纤维素二元体系混合得到香蕉纤维溶解液；配置好纺丝液；将香蕉纤维溶解液、芦荟提取物、壳聚糖与纺丝液按照质量比为2-4:1-3:1-3:1混合，然后利用超声去除气泡，再经过静电纺丝工艺处理得到香蕉纳米纤维。
进一步的，所述步骤(3)纤维素二元体系包括氯化锂/二甲基乙酰胺体系或氨/硫氰酸铵体系。
进一步的，所述氯化锂/二甲基乙酰胺体系由氯化锂、二甲基乙酰胺和水按照质量比为4-6:1:10-15混合制得。
进一步的，所述氨/硫氰酸铵体系硫氰酸铵、氨和水按照质量比为65-75:25-30:1混合制得。
进一步的，所述步骤(3)纺丝液的配置方法为：将四氢呋喃与二甲基甲酰胺按照体积比为3-4:1混合，得到混合溶剂；再将聚乳酸羟基乙酸粉末与混合溶剂按照质量比为1:10-15的比例混合，然后在1℃-4℃的条件下静置过夜制得。
进一步的，所述步骤(3)静电纺丝工艺的工艺条件为：正电压为10kV-20kV，负电压为1kV-3kV，推进流速为1-1.5mL/h，接收距离为15-25cm所述静电纺丝工艺的工艺条件为：正电压为10kV-20kV，负电压为1kV-3kV，推进流速为1-1.5mL/h，接收距离为15-25cm。
进一步的，所述淀粉选自：马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉、玉米淀粉和大米淀粉中的任意一种或多种。
本申请还提供了一种制备香蕉纤维培养杯的方法，该方法包括如下步骤：
(1)按重量份称取各原料；
(2)将香蕉纤维与醋酸酐、浓硫酸混合，在50℃-60℃的恒温水浴下反应2h-3h，得到醋酸纤维；再将淀粉与甘油、聚羟基丁酸酯混合，在80℃-90℃条件下高速搅拌1h-2h得到淀粉胶状物；将几丁质与蚕丝蛋白、体积百分数为75％的乙醇溶液混合得到壳粘液；将上述醋酸纤维、淀粉胶状物和壳粘液混合后放入模具中，并置于70℃-80℃的热风中烘干3-5h得到所述营养杯。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明的香蕉纳米纤维加工时经过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干对香蕉粗麻结合进行预处理，上述处理方式均能有效去除香蕉粗麻中的胶质、除杂从而提高纤维的含量，膨化处理通过高温碱液对粗麻进行浸泡，能有效减弱胶质间的作用力、溶解木质素，再通过先升温加压然后快速减压对粗麻进行膨化，更加速了胶质间的氢键断裂，使胶质大分子被打散，进一步让胶质与纤维、木质素相互分离，为下一步分解胶质做准备；粗麻虽然经过了膨化处理，但是其中的胶质和木质素成分还不能被溶解、分离，还需要进行进一步处理，氧化处理通过将膨化处理后的粗麻与氧化剂(双氧水、甲基橙、杨柳提取物和水配置而成)能有效去除胶质间的感应力，更有效的溶解了胶质和木质素，双氧水含有强氧化性，但是使用过量会破坏纤维素的结构，发明人研究发现，当双氧水与甲基橙、杨柳提取物按照一定量进行配比时，能有效提高对胶质和木质素的分解能力，同时还能有效保持纤维素的强度；经过膨化、氧化处理后，本申请的纤维还不能达到生产纳米纤维的要求，还需要经过硫酸溶液进行酸处理，酸处理加热后迅速冷却，能有效提高纤维韧性，方便在后期生产纳米纤维的时候对提升纳米纤维的细度；然而，虽然经过了膨化、氧化、酸处理，但仍然会有部分膨化后分解为小分子的胶质、木质素、半纤维素附着在纤维素上，为了进一步提纯香蕉纤维的纤维含量，本申请还针对胶质成分特性配置相应的生物酶溶液(果胶酶、半纤维素酶、木质素降解酶、芦荟甙和水)对胶质、木质素、半纤维素进行特异性分解，有效去除杂质，提高纤维含量，为下一步生产纳米纤维做准备；经过膨化、氧化、酸化、生物酶进行预处理后，香蕉纤维的纤维素含量就相对较纯了，此时再给香蕉纤维利用茶籽油进行喷涂，能有效保护纤维成分，同时还能提高纤维不饱和酸含量，提高香蕉纤维纺丝液的电解能力，保证能够生产出更细的纳米香蕉纤维；本申请还使用了静电纺丝工艺制备纳米香蕉纤维，该工艺能有效提高纳米香蕉纤维的产出率，能有效去除杂质，生产出细度更细致的纳米香蕉纤维，因此，使用本申请的方法生产纳米香蕉纤维，能有效提高香蕉纤维的细度，除去杂质，进而提高香蕉纳米纤维的品质。
2、本申请使用香蕉纳米纤维来制备可降解营养杯，香蕉纤维加工到纳米级后，分子间的感应力变小，不容易成型，为此，申请人添加醋酸酐，将香蕉纳米纤维与醋酸酐进行反应，在浓硫酸的催化下，制成交联性较强的醋酸纤维；但是，醋酸纤维感应力仍然较弱，不能成型，为此，申请人还使用淀粉与甘油、聚羟基丁酸酯混合，制备得到淀粉胶状物，从而提高原料的粘度，但是由于本申请的醋酸纤维粒径小、淀粉胶状物并不能完全进行进行交联，而申请人发现几丁质与蚕丝蛋白在乙醇溶液的作用下会生成类似虾壳丝的成分，交联性会大大增强，申请人醋酸纤维、淀粉胶状物和壳粘液相混合后制备营养杯，能有效提高营养杯的成型能力、抗冲击能力，由于本申请所使用的原料：香蕉纳米纤维、聚羟基丁酸酯、淀粉、几丁质和蚕丝蛋白均是可分解的有机成分不会造成环境污染。
【具体实施方式】
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1：
一种应用香蕉纤维制备营养杯的制备方法，该方法为：
(一)制备香蕉纤维：
(1)原料预处理：取香蕉皮、叶或茎杆切割成段后再破片撕开成片状，片状厚度为0.5mm、进行压榨、刮杂、干燥得到粗麻；
(2)脱胶处理：将步骤(1)的粗麻依次通过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干得到粗纤维；
所述膨化处理的处理方法为：将粗麻与质量浓度为2g/L的氢氧化钠溶液混合按照固液质量比为1:17进行混合，然后迅速加热到95℃，恒温熬煮20min后，将氢氧化钠溶液排干，将粗麻捞出，放入压力条件为7MPa，温度为90℃的热水中恒温保持10min后再将热水排干，将粗麻放入压力条件为2MPa，温度为0℃的冷水中，恒温保持10min，再经过过滤、晾干，完成膨化处理过程；
所述氧化处理的处理方法为：将膨化处理后的粗麻与氧化剂溶液按照固液质量比为1:20进行混合，然后迅速加热到95℃，恒温熬煮15min后，将氧化剂溶液排干，并将粗麻放入温度为90℃的热水中，恒温保持5min后，再将粗麻放入温度为0℃的冷水中，恒温保持5min，再经过过滤、晾干，完成氧化处理过程；
所述酸处理的处理方法为：将氧化处理后的粗麻与质量浓度为1g/L的硫酸溶液按照固液质量比为1:15进行混合，然后迅速加热到95℃，恒温熬煮15min，将粗麻捞出，放入温度为90℃的热水中冲洗5min，再放入0℃的冷水中冲洗10min，再经过晾干，完成酸处理过程；
所述生物酶处理的处理方法为：将酸处理后的粗麻与生物酶溶液按照固液质量比为1:18-23进行混合，在温度为30℃的条件下恒温保持20min，将粗麻捞出放入温度为0℃的冷水中冲洗10min；完成生物酶处理过程；
所述酶失活处理的处理方法为：将生物酶处理后的粗麻放入85℃的热水中，恒温熬煮30min；完成酶失活处理过程；
所述脱水的处理方法为：将酶失活处理后的粗麻放入真空度为0.01MPa的真空硅藻土压滤机中进行真空压滤，完成脱水处理过程；
所述给油的处理方法为：将脱水处理后的粗麻均匀的喷涂一层茶籽油，完成给油处理过程；
所述烘干的处理方法为：将给油处理后的粗麻放入温度为50℃的热风烘干机红感到粗麻含水率为3％得到粗纤维；
(二)处理粗纤维：
(3)将步骤(2)得到的粗纤维与纤维素二元体系混合得到香蕉纤维溶解液；再将聚乳酸羟基乙酸粉末制成纺丝液；将香蕉纤维溶解液、芦荟提取物、壳聚糖与纺丝液按照质量比为2:1:1：1混合，然后利用超声去除气泡，再经过静电纺丝工艺处理得到香蕉纳米纤维，其中，静电纺丝工艺处理的工艺条件为：正电压为10kV，负电压为1kV，推进流速为1mL/h，接收距离为15cm；
(三)制备营养杯：
(4)配比原料：按如下重量份称取各原料：步骤(3)的香蕉纳米纤维17份、醋酸酐10份、浓硫酸1份、马铃薯淀粉21份、甘油3份、聚羟基丁酸酯17份、几丁质16份、蚕丝蛋白14份和体积百分数为75％的乙醇溶液9份；
(5)将香蕉纳米纤维与醋酸酐、浓硫酸混合，在50℃的恒温水浴下反应2h，得到醋酸纤维；再将马铃薯淀粉与甘油、聚羟基丁酸酯混合，在80℃条件下高速搅拌1h-2h得到淀粉胶状物；将几丁质与蚕丝蛋白、体积百分数为75％的乙醇溶液混合得到壳粘液；将上述醋酸纤维、淀粉胶状物和壳粘液混合后放入模具中，并置于70℃的热风中烘干3h得到所述营养杯。
其中，上述氧化剂溶液由双氧水、甲基橙、杨柳提取物和水按照质量比为3:1:6:30混合制得。
氧化剂溶液中，杨柳提取物的提取方法为：将杨柳皮晒干后粉碎至300目，然后与体积百分数为75％的乙醇溶液按照固液比为1:5进行混合，然后放入超声提取器中，在400w功率下进行间隔超声提取，间隔提取的方式为“超声提取2min-停机10s-超声提取2min”提取的总时长为2h；超声提取后将混合物放入回流提取器中在150℃下进行恒温提取，提取时间为12h，之后取提取液进行旋转蒸发浓缩，直至含水率为5％得到杨柳提取物，提取物中杨柳甙的含量为98.09mg/g；水杨酸钠含量为146.09mg/g。
其中，上述生物酶溶液由果胶酶、半纤维素酶、木质素降解酶、芦荟甙和水按照质量比为2:2:1:5:30混合制得。
生物酶溶液中，果胶酶的酶活力为1000U/g：半纤维素酶的酶活力为800U/g、木质素降解酶的酶活力为1200U/g。
其中，上述纤维素二元体系为氯化锂/二甲基乙酰胺体系或氨/硫氰酸铵体系。
其中，上述氯化锂/二甲基乙酰胺体系由氯化锂、二甲基乙酰胺和水按照质量比为4:1:10混合制得。
其中，上述纺丝液的配置方法为：将四氢呋喃与二甲基甲酰胺按照体积比为3:1混合，得到混合溶剂；再将聚乳酸羟基乙酸粉末与混合溶剂按照质量比为1:10的比例混合，然后在1℃的条件下静置过夜制得。
实施例2：
一种应用香蕉纤维制备营养杯的制备方法，该方法为：
(一)制备香蕉纤维：
(1)原料预处理：取香蕉皮、叶或茎杆切割成段后再破片撕开成片状，片状厚度为2mm、进行压榨、刮杂、干燥得到粗麻；
(2)脱胶处理：将步骤(1)的粗麻依次通过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干得到粗纤维；
所述膨化处理的处理方法为：将粗麻与质量浓度为4g/L的氢氧化钠溶液混合按照固液质量比为1:22进行混合，然后迅速加热到100℃，恒温熬煮30min后，将氢氧化钠溶液排干，将粗麻捞出，放入压力条件为8MPa，温度为95℃的热水中恒温保持15min后再将热水排干，将粗麻放入压力条件为3MPa，温度为5℃的冷水中，恒温保持15min，再经过过滤、晾干，完成膨化处理过程；
所述氧化处理的处理方法为：将膨化处理后的粗麻与氧化剂溶液按照固液质量比为1:25进行混合，然后迅速加热到100℃，恒温熬煮20min后，将氧化剂溶液排干，并将粗麻放入温度为95℃的热水中，恒温保持10min后，再将粗麻放入温度为5℃的冷水中，恒温保持10min，再经过过滤、晾干，完成氧化处理过程；
所述酸处理的处理方法为：将氧化处理后的粗麻与质量浓度为3g/L的硫酸溶液按照固液质量比为1:20进行混合，然后迅速加热到100℃，恒温熬煮20min，将粗麻捞出，放入温度为95℃的热水中冲洗5min，再放入5℃的冷水中冲洗10min，再经过晾干，完成酸处理过程；
所述生物酶处理的处理方法为：将酸处理后的粗麻与生物酶溶液按照固液质量比为1:23进行混合，在温度为40℃的条件下恒温保持25min，将粗麻捞出放入温度为5℃的冷水中冲洗10min；完成生物酶处理过程；
所述酶失活处理的处理方法为：将生物酶处理后的粗麻放入90℃的热水中，恒温熬煮35min；完成酶失活处理过程；
所述脱水的处理方法为：将酶失活处理后的粗麻放入真空度为0.1MPa的真空硅藻土压滤机中进行真空压滤，完成脱水处理过程；
所述给油的处理方法为：将脱水处理后的粗麻均匀的喷涂一层茶籽油，完成给油处理过程；
所述烘干的处理方法为：将给油处理后的粗麻放入温度为60℃的热风烘干机红感到粗麻含水率为5％得到粗纤维；
(二)处理粗纤维：
(3)将步骤(2)得到的粗纤维与纤维素二元体系混合得到香蕉纤维溶解液；再将聚乳酸羟基乙酸粉末制成纺丝液；将香蕉纤维溶解液、芦荟提取物、壳聚糖与纺丝液按照质量比为4:3:3:1混合，然后利用超声去除气泡，再经过静电纺丝工艺处理得到香蕉纳米纤维，其中，静电纺丝工艺处理的工艺条件为：正电压为20kV，负电压为3kV，推进流速为1.5mL/h，接收距离为25cm。
(三)制备营养杯：
(4)配比原料：按如下重量份称取各原料：步骤(3)的香蕉纳米纤维27份、醋酸酐15份、浓硫酸2份、淀粉33份(其中淀粉由木薯淀粉与红薯淀粉按照质量比为1:1组成)、甘油8份、聚羟基丁酸酯26份、几丁质21份、蚕丝蛋白19份和体积百分数为75％的乙醇溶液17份；
(5)将香蕉纳米纤维与醋酸酐、浓硫酸混合，在60℃的恒温水浴下反应3h，得到醋酸纤维；再将淀粉与甘油、聚羟基丁酸酯混合，在90℃条件下高速搅拌2h得到淀粉胶状物；将几丁质与蚕丝蛋白、体积百分数为75％的乙醇溶液混合得到壳粘液；将上述醋酸纤维、淀粉胶状物和壳粘液混合后放入模具中，并置于80℃的热风中烘干5h得到所述营养杯。
其中，上述氧化剂溶液由双氧水、甲基橙、杨柳提取物和水按照质量比为5:3:9:35混合制得。
氧化剂溶液中，杨柳提取物的提取方法与实施例1完全一致。
其中，上述生物酶溶液由果胶酶、半纤维素酶、木质素降解酶、芦荟甙和水按照质量比为4:4:3:9:35混合制得。
生物酶溶液中，果胶酶的酶活力为1500U/g：半纤维素酶的酶活力为1200U/g、木质素降解酶的酶活力为1000U/g。
其中，上述纤维素二元体系为氯化锂/二甲基乙酰胺体系。
其中，上述氯化锂/二甲基乙酰胺体系由氯化锂、二甲基乙酰胺和水按照质量比为6:1:15混合制得。
其中，上述纺丝液的配置方法为：将四氢呋喃与二甲基甲酰胺按照体积比为4:1混合，得到混合溶剂；再将聚乳酸羟基乙酸粉末与混合溶剂按照质量比为1:15的比例混合，然后在4℃的条件下静置过夜制得。
实施例3：
一种应用香蕉纤维制备营养杯的制备方法，该方法为：
(一)制备香蕉纤维：
(1)原料预处理：取香蕉皮、叶或茎杆切割成段后再破片撕开成片状，片状厚度为1mm、进行压榨、刮杂、干燥得到粗麻；
(2)脱胶处理：将步骤(1)的粗麻依次通过膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干得到粗纤维；
所述膨化处理的处理方法为：将粗麻与质量浓度为3g/L的氢氧化钠溶液混合按照固液质量比为1:20进行混合，然后迅速加热到98℃，恒温熬煮25min后，将氢氧化钠溶液排干，将粗麻捞出，放入压力条件为7.5MPa，温度为92℃的热水中恒温保持12min后再将热水排干，将粗麻放入压力条件为2.5MPa，温度为2℃的冷水中，恒温保持12min，再经过过滤、晾干，完成膨化处理过程；
所述氧化处理的处理方法为：将膨化处理后的粗麻与氧化剂溶液按照固液质量比为1:22进行混合，然后迅速加热到98℃，恒温熬煮17min后，将氧化剂溶液排干，并将粗麻放入温度为92℃的热水中，恒温保持7min后，再将粗麻放入温度为2℃的冷水中，恒温保持7min，再经过过滤、晾干，完成氧化处理过程；
所述酸处理的处理方法为：将氧化处理后的粗麻与质量浓度为2g/L的硫酸溶液按照固液质量比为1:17进行混合，然后迅速加热到98℃，恒温熬煮18min，将粗麻捞出，放入温度为92℃的热水中冲洗5min，再放入2℃的冷水中冲洗10min，再经过晾干，完成酸处理过程；
所述生物酶处理的处理方法为：将酸处理后的粗麻与生物酶溶液按照固液质量比为1:20进行混合，在温度为35℃的条件下恒温保持22min，将粗麻捞出放入温度为3℃的冷水中冲洗10min；完成生物酶处理过程；
所述酶失活处理的处理方法为：将生物酶处理后的粗麻放入87℃的热水中，恒温熬煮32min；完成酶失活处理过程；
所述脱水的处理方法为：将酶失活处理后的粗麻放入真空度为0.08MPa的真空硅藻土压滤机中进行真空压滤，完成脱水处理过程；
所述给油的处理方法为：将脱水处理后的粗麻均匀的喷涂一层茶籽油，完成给油处理过程；
所述烘干的处理方法为：将给油处理后的粗麻放入温度为55℃的热风烘干机红感到粗麻含水率为4％得到粗纤维；
(二)处理粗纤维：
(3)将步骤(2)得到的粗纤维与纤维素二元体系混合得到香蕉纤维溶解液；再将聚乳酸羟基乙酸粉末制成纺丝液；将香蕉纤维溶解液、芦荟提取物、壳聚糖与纺丝液按照质量比为3:2:2：1混合，然后利用超声去除气泡，再经过静电纺丝工艺处理得到香蕉纳米纤维，其中，静电纺丝工艺处理的工艺条件为：正电压为15kV，负电压为2kV，推进流速为1.2mL/h，接收距离为20cm。
(三)制备营养杯：
(4)配比原料：按如下重量份称取各原料：步骤(3)的香蕉纳米纤维21份、醋酸酐12份、浓硫酸1.5份、淀粉27份(其中，淀粉为玉米淀粉和大米淀粉按照质量比为1:1混合)、甘油5份、聚羟基丁酸酯20份、几丁质17份、蚕丝蛋白16份和体积百分数为75％的乙醇溶液12份；
(5)将香蕉纳米纤维与醋酸酐、浓硫酸混合，在55℃的恒温水浴下反应2.5h，得到醋酸纤维；再将淀粉与甘油、聚羟基丁酸酯混合，在85℃条件下高速搅拌1.5h得到淀粉胶状物；将几丁质与蚕丝蛋白、体积百分数为75％的乙醇溶液混合得到壳粘液；将上述醋酸纤维、淀粉胶状物和壳粘液混合后放入模具中，并置于75℃的热风中烘干4h得到所述营养杯。
其中，上述氧化剂溶液由双氧水、甲基橙、杨柳提取物和水按照质量比为4:2:7:33混合制得。
氧化剂溶液中，杨柳提取物的提取方法与实施例1完全一致。
其中，上述生物酶溶液由果胶酶、半纤维素酶、木质素降解酶、芦荟甙和水按照质量比为3:3:2:7:32混合制得。
生物酶溶液中，果胶酶的酶活力为1200U/g：半纤维素酶的酶活力为900U/g、木质素降解酶的酶活力为1300U/g。
其中，上述纤维素二元体系为氯化锂/二甲基乙酰胺体系。
其中，上述氯化锂/二甲基乙酰胺体系由氯化锂、二甲基乙酰胺和水按照质量比为5:1:13混合制得。
其中，上述纺丝液的配置方法为：将四氢呋喃与二甲基甲酰胺按照体积比为3.5:1混合，得到混合溶剂；再将聚乳酸羟基乙酸粉末与混合溶剂按照质量比为1:12的比例混合，然后在3℃的条件下静置过夜制得。
实施例4：
本实施例的其它制备方法与实施例1完全相同，但是，纤维素二元体系使用氨/硫氰酸铵体系。其中，上述氨/硫氰酸铵体系硫氰酸铵、氨和水按照质量比为65:25:1混合制得。其中，步骤(4)的淀粉为马铃薯淀粉、木薯淀粉和红薯淀粉按照质量比为1:1:1的混合淀粉。
实施例5：
本实施例的其它制备方法与实施例2完全相同，但是纤维素二元体系使用氨/硫氰酸铵体系。其中，上述氨/硫氰酸铵体系硫氰酸铵、氨和水按照质量比为75:30:1混合制得。其中，步骤(4)的淀粉为马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉和玉米淀粉按照质量比为1:1:1:1的混合淀粉。
实施例6：
本实施例的其它制备方法与实施例3完全相同，但是纤维素二元体系使用氨/硫氰酸铵体系。其中，上述氨/硫氰酸铵体系硫氰酸铵、氨和水按照质量比为70:28:1混合制得。其中，步骤(4)的淀粉为马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉、玉米淀粉和大米淀粉按照质量比为1:1:1:1:1的混合淀粉。
对照组1：
本对照组在制备香蕉纤维过程不使用膨化处理对香蕉粗麻进行预处理，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组2：
本对照组在制备香蕉纤维过程不使用氧化处理对香蕉粗麻进行预处理，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组3：
本对照组在制备香蕉纤维过程不使用酸处理对香蕉粗麻进行预处理，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组4：
本对照组在制备香蕉纤维过程不使用生物酶处理对香蕉粗麻进行预处理，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组5：
本对照组在制备香蕉纤维过程不使用茶籽油对香蕉纤维进行预处理，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组6：
制备营养杯不使用香蕉纳米纤维，而是使用实施例1制得的香蕉粗纤维直接制备营养杯，其它参数、方法与实施例1完全一致。
对照组7：
使用PVC材料、常规方法制备营养杯。
对照组8：
制备营养杯不使用香蕉纳米纤维，其原料为如下重量份称取各原料：醋酸酐10份、浓硫酸1份、马铃薯淀粉21份、甘油3份、聚羟基丁酸酯17份、几丁质16份、蚕丝蛋白14份和体积百分数为75％的乙醇溶液9份。
对照组9：
制备营养杯不使用马铃薯淀粉，其原料为如下重量份称取各原料：步骤(3)的香蕉纳米纤维17份、醋酸酐10份、浓硫酸1份、马铃薯淀粉21份、甘油3份、聚羟基丁酸酯17份、几丁质16份、蚕丝蛋白14份和体积百分数为75％的乙醇溶液9份。
对照组10：
制备营养杯不使用聚羟基丁酸酯，其原料为如下重量份称取各原料：步骤(3)的香蕉纳米纤维17份、醋酸酐10份、浓硫酸1份、马铃薯淀粉21份、甘油3份、几丁质16份、蚕丝蛋白14份和体积百分数为75％的乙醇溶液9份。
对照组11：
制备营养杯不使用几丁质，其原料为如下重量份称取各原料：步骤(3)的香蕉纳米纤维17份、醋酸酐10份、浓硫酸1份、马铃薯淀粉21份、甘油3份、聚羟基丁酸酯17份、蚕丝蛋白14份和体积百分数为75％的乙醇溶液9份。
对照组12：
制备营养杯不使用蚕丝蛋白，其原料为如下重量份称取各原料：步骤(3)的香蕉纳米纤维17份、醋酸酐10份、浓硫酸1份、马铃薯淀粉21份、甘油3份、聚羟基丁酸酯17份、几丁质16份和体积百分数为75％的乙醇溶液9份。
测试试验1：
香蕉纤维预处理后，测试本申请的实施例1-6和对照组1-5的脂蜡质、半纤维素、果胶、水溶物、木质素、纤维素和含胶率成分含量，结果如表1所示：
表1 单位：％
由上表可知，实施例1-6与对照组1-5进行预处理后，香蕉茎、杆、叶经过预处理后，实施例1-6与对照组1-5的脂蜡质、半纤维素、果胶、水溶物、木质素、纤维素和含胶率含量基本一致。
测试试验2：
测试实施例1-6和对照组1-5的香蕉纳米纤维的残胶率、残余木质素、细度、强力，测试结果如表2所示：
表2
组别 残胶率(％) 残余木质素(％) 平均长度(μm) 平均直径(nm) 强力(cN)
实施例1 0.23 0.98 465 68 58.36
实施例2 0.21 0.94 451 69 56.21
实施例3 0.27 0.96 463 61 57.26
实施例4 0.22 0.91 478 59 56.09
实施例5 0.24 0.97 471 64 57.08
实施例6 0.26 0.99 469 65 56.97
对照组1 0.56 2.01 264 231 26.31
对照组2 0.61 2.03 263 232 23.54
对照组3 0.63 2.61 271 236 26.35
对照组4 0.64 2.74 273 237 23.15
对照组5 0.26 1.06 105 361 16.35
由上表可知，实施例1-6的残胶率含量、残余木质素含量均低于对照组1-4，与对照组5相当；说明本申请的膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶这几个步骤进行脱胶处理，能有效降低纤维的残胶率和残余木质素含量，而茶籽油的给油处理并不会影响香蕉纤维的残胶率和残余木质素含量；实施例1-6的平均长度、长于对照组1-4，更长于对照组5，说明本申请的膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶这几个步骤进行脱胶处理能有效提高纳米纤维的长度、茶籽油的给油更利于生产出更长的纳米纤维；实施例1-6的平均直径、小于对照组1-4，更小于对照组5，说明本申请的膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶这几个步骤进行脱胶处理能有效降低纳米纤维的直径，茶籽油的给油更利于生产出更细直径的纳米纤维，能提高纳米纤维的细度；实施例1-6的强力高于对照组1-4，更高于对照组5，说明本申请的膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶这几个步骤进行脱胶处理能有效提高纳米纤维的强力、茶籽油的给油更利于生产出具有更高强度的纳米纤维。
测试试验3：
测试实施例1-6和对照组1-7营养杯的抗压强度和降解能力，其中，降解能力的测试方法为，取10cm3的营养杯埋在土层厚度为10cm的土壤层内，每日观察营养杯的分解情况，预埋营养杯前和完全分解后均测试土壤层的有效活菌数含量，具体见表3，测试实施例1和对照组8-12的营养杯成型情况，具体见表4：
表3
由上表可知，实施例1-6的冲击强度大于对照组1-6与对照组7相当，说明使用本申请的香蕉纳米纤维能有效提高营养杯的抗冲击能力，与常规方法加工的PVC营养杯抗冲击能力相当；实施例1-6与对照组1-6营养杯的分解时间相当，而对照组7的营养杯不分解，说明使用本申请的方法生产营养杯能进行有效分解，但是香蕉纤维无论是否经过预处理都不会影响营养杯的分解能力，实施例1-6与对照组1-6的营养杯分解后土壤的有效活菌数有所增加，而对照组7的土壤有效活菌数不增反降，说明，本申请生产的营养杯能被土壤中的微生物有效分解，而土壤微生物不能分解PVC材料的营养杯。
表4
测试项 实施例1 对照组8 对照组9 对照组10 对照组11 对照组12
成型情况 成型完好 不成型 不成型 不成型 不成型 不成型
由上表可知，实施例1的营养杯成型完好，而对照组8-12的营养杯不成型，说明本申请制备营养杯的原料中：香蕉纳米纤维、马铃薯淀粉、聚羟基丁酸酯、几丁质、蚕丝蛋白都会影响营养杯的成型效果。
综上所述，使用本发明生产的香蕉纳米纤维制备营养杯，能生产出强度大、可被土壤微生物有效分解的营养杯。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种香蕉纤维营养杯，其特征在于，所述营养杯由如下重量份的原料制成：香蕉纤维17份-27份、醋酸酐10份-15份、浓硫酸1份-2份、淀粉21份-33份、甘油3份-8份、聚羟基丁酸酯17份-26份、几丁质16份-21份、蚕丝蛋白14份-19份和体积百分数为75％的乙醇溶液9份-17份。
2.根据权利要求1所述的一种香蕉纤维营养杯，其特征在于，所述香蕉纤维为纳米级香蕉纤维。
3.根据权利要求2所述的一种香蕉纤维营养杯，其特征在于，所述纳米级香蕉纤维的制备方法包括香蕉粗纤维制取工艺和香蕉纳米纤维制取工艺；所述香蕉粗纤维制取工艺包括原料预处理工艺和脱胶工艺；所述脱胶工艺包括：膨化处理、氧化处理、酸处理、生物酶处理、酶失活处理、脱水、给油、烘干步骤；所述香蕉纳米纤维制取工艺的制备方法为：将香蕉粗纤维与纤维素二元体系混合得到香蕉纤维溶解液；配置好纺丝液；将香蕉纤维溶解液、芦荟提取物、壳聚糖与纺丝液按照质量比为2-4:1-3:1-3:1混合，然后利用超声去除气泡，再经过静电纺丝工艺处理得到香蕉纳米纤维。
4.根据权利要求3所述的一种香蕉纤维营养杯，其特征在于，所述纤维素二元体系包括氯化锂/二甲基乙酰胺体系或氨/硫氰酸铵体系。
5.根据权利要求4所述的一种香蕉纤维营养杯，其特征在于，所述氯化锂/二甲基乙酰胺体系由氯化锂、二甲基乙酰胺和水按照质量比为4-6:1:10-15混合制得。
6.根据权利要求4所述的一种香蕉纤维营养杯，其特征在于，所述氨/硫氰酸铵体系硫氰酸铵、氨和水按照质量比为65-75:25-30:1混合制得。
7.根据权利要求3所述的一种香蕉纤维营养杯，其特征在于，所述纺丝液的配置方法为：将四氢呋喃与二甲基甲酰胺按照体积比为3-4:1混合，得到混合溶剂；再将聚乳酸羟基乙酸粉末与混合溶剂按照质量比为1:10-15的比例混合，然后在1℃-4℃的条件下静置过夜制得。
8.根据权利要求3所述的一种香蕉纤维营养杯，其特征在于，所述静电纺丝工艺的工艺条件为：正电压为10kV-20kV，负电压为1kV-3kV，推进流速为1-1.5mL/h，接收距离为15-25cm所述静电纺丝工艺的工艺条件为：正电压为10kV-20kV，负电压为1kV-3kV，推进流速为1-1.5mL/h，接收距离为15-25cm。
9.根据权利要求1所述的一种香蕉纤维营养杯，其特征在于，所述淀粉选自：马铃薯淀粉、木薯淀粉、红薯淀粉、玉米淀粉和大米淀粉中的任意一种或多种。
10.一种制备如权利要求1所述营养杯的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)按重量份称取各原料；
(2)将香蕉纤维与醋酸酐、浓硫酸混合，在50℃-60℃的恒温水浴下反应2h-3h，得到醋酸纤维；再将淀粉与甘油、聚羟基丁酸酯混合，在80℃-90℃条件下高速搅拌1h-2h得到淀粉胶状物；将几丁质与蚕丝蛋白、体积百分数为75％的乙醇溶液混合得到壳粘液；将上述醋酸纤维、淀粉胶状物和壳粘液混合后放入模具中，并置于70℃-80℃的热风中烘干3-5h得到所述营养杯。
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