CN113818272A - 一种生物质纳米纤维素的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质纳米纤维素的制备方法，包括如下步骤：(1)HVP残渣的纯化：将HVP残渣和水分别计量加入物料缸中，持续搅拌，料水经离心分离得到纯化HVP残渣；(2)所述纯化HVP残渣的微粉化处理：所述纯化HVP残渣经液氮低温粉碎和冷冻干燥处理获得微米级粉体；(3)纳米纤维素悬浮液的制备：将所述微米级粉体配制成一定浓度的水性浆料，并添加适量的分散剂和研磨珠后经纳米砂磨机处理，得到所述纳米纤维素悬浮液；(4)纳米纤维素的制备：所述纳米纤维素悬浮液经冷冻干燥后得到粉体纳米纤维素。本发明提供一种绿色制备生物质纳米纤维素的方法，原料选自HVP残渣，可适合工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及生物质纳米纤维素生产技术领域，尤其涉及一种生物质纳米纤维素的制备方法。
背景技术
在食品工业中，水解植物蛋白(Hydrolyzed Vegetable Protein,HVP)是一类主要以大豆、玉米或小麦蛋白质为原料的水解(主要包括酸水解、碱水解和酶水解中的一种或多种组合)产物，由于其具有鲜味为主的呈味特性，因而在调味品行业中被广泛应用。目前，HVP的蛋白原料主要为大豆粕和玉米粕，其二者的组分除了主要包括一定含量的蛋白质外，还含有一定量的纤维组分，所以上述原料不管经过哪种水解工艺，其产物中除了蛋白水解液外，还有HVP残渣副产物的生成。目前各生产厂家的HVP残渣主要作为废弃物被处理。
近年来，随着人们对纳米纤维素的深入认识，其具有良好的力学强度、高比表面积及较低的热膨胀系数等优点，其在精细化工、复合材料、化妆品和医药等领域得到广泛的应用。考虑到水解植物蛋白(HVP)残渣含有大量纤维组分及部分残留的氨基酸和少量水溶性蛋白质，如将其可溶性和不溶性组份经过简单的分离处理，其残留的氨基酸和少量水溶性蛋白质不仅能得到有效的回收，同时也为纯化后HVP残渣在生物质纳米纤维素的应用提供了可行性。目前，水解植物蛋白(HVP)残渣制备生物质纳米纤维素的方法和应用还未见有报道。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种利用水解植物蛋白(HVP)残渣制备生物质纳米纤维素的方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何利用水解植物蛋白(HVP)残渣制备生物质纳米纤维素。
为实现上述目的，本发明提供一种生物质纳米纤维素的制备方法，包括如下步骤：
(1)HVP残渣的纯化：将HVP残渣和水分别计量加入物料缸中，持续搅拌，料水经离心分离得到纯化HVP残渣；
(2)所述纯化HVP残渣的微粉化处理：所述纯化HVP残渣经液氮低温粉碎和冷冻干燥处理获得微米级粉体；
(3)纳米纤维素悬浮液的制备：将所述微米级粉体配制成一定浓度的水性浆料，并添加适量的分散剂和研磨珠后经纳米砂磨机处理，得到所述纳米纤维素悬浮液；
(4)纳米纤维素的制备：所述纳米纤维素悬浮液经冷冻干燥后得到粉体纳米纤维素。
进一步地，步骤(1)中，所述HVP残渣为大豆粕HVP残渣和玉米粕HVP残渣中的一种或两种的组合物。
进一步地，步骤(1)中，所述HVP残渣和水的重量比为1:4。
进一步地，步骤(3)中，所述水性浆料的浓度为6-8％。
进一步地，步骤(3)中，所述纳米纤维素悬浮液中添加的所述分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠、柠檬酸钠和β-环糊精中的一种。
进一步地，步骤(3)中，所述研磨珠为氧化锆珠；所述研磨珠的粒径范围为0.2～0.4mm。
进一步地，步骤(3)中，研磨分散的线速度为8m/s。
进一步地，步骤(3)中，所述分散剂的添加量为所述HVP残渣以干重计的0.5-1％。
进一步地，步骤(1)HVP残渣的纯化重复三次进行。
进一步地，步骤(3)中，研磨时间为6-10h。
本发明至少具有如下有益技术效果：
1、本发明采用液氮低温粉碎结合纳米研磨分散技术成功地从HVP残渣中制备出生物质纳米纤维素，拓展了一条新的生物质纳米纤维素的制备原料来源；
2、本发明制备的生物质纳米纤维素，其原料来源主要为水解植物蛋白调味液生产厂家的副产物HVP残渣，解决了HVP残渣后续处理麻烦的问题，且满足可再生资源开发的战略需求；
3、本发明制备工艺简单安全，易于工业化生产；
4、本发明扩展了大豆粕和玉米粕的应用范围，进一步提升了其综合利用价值；
5、本发明主要为物理的制备技术，符合国家清洁生产的战略需求。
以下将对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
具体实施方式
本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例1
本发明提供一种利用大豆粕HVP(水解植物蛋白)残渣制备生物质纳米纤维素的制备方法，包括以下步骤：
(1)大豆粕HVP残渣的纯化处理：称取2kg大豆粕HVP残渣和8kg水置于物料缸中，持续搅拌0.5h，料水经离心分离得到纯化HVP大豆粕残渣物料，上述步骤(料水搅拌和料水分离)重复三次；
(2)纯化HVP大豆粕残渣的微粉化处理：纯化HVP大豆粕残渣物料经液氮低温粉碎和冷冻干燥处理获得粒径为200目以上的微米级粉体；
(3)纳米纤维素悬浮液的制备：取微米级粉体120g，配制成浓度为6％的水性浆料2000g，并添加0.12g柠檬酸钠的分散剂，持续搅拌，配制好的水性浆料经纳米砂磨机(0.2-0.4mm锆珠、线速度8m/s)研磨6h，得到纳米纤维素悬浮液；
(4)纳米纤维素粉体的制备：所述纳米纤维素悬浮液经冷冻干燥后得到了粉末型纳米纤维素。
实施例2
本发明一种利用玉米粕HVP(水解植物蛋白)残渣制备生物质纳米纤维素的制备方法，包括以下步骤：
(1)玉米粕HVP残渣的纯化处理：称取2kg玉米粕HVP残渣和8kg水置于物料缸中，持续搅拌0.5h，料水经离心分离得到纯化玉米粕HVP残渣物料，上述步骤(料水搅拌和料水分离)重复三次；
(2)纯化玉米粕HVP残渣的微粉化处理：纯化HVP残渣物料经液氮低温粉碎和冷冻干燥处理获得粒径为200目以上的微米级粉体；
(3)纳米纤维素悬浮液的制备：取微米级粉体320g，配制成浓度为8％的水性浆料4000g，持续搅拌，并添加0.16g六偏磷酸钠的分散剂，配制好的水性浆料经纳米砂磨机(0.2-0.4mm锆珠、线速度8m/s)研磨10h，得到纳米纤维素悬浮液；
(4)纳米纤维素粉体的制备：所述纳米纤维素悬浮液经冷冻干燥后得到了粉末型纳米纤维素。
实施例3
本发明一种利用玉米粕HVP(水解植物蛋白)残渣制备生物质纳米纤维素的的制备方法，包括以下步骤：
(1)玉米粕HVP残渣的纯化处理：称取2kg玉米粕HVP残渣和8kg水置于物料缸中，持续搅拌0.5h，料水经离心分离得到纯化玉米粕HVP残渣物料，上述步骤(料水搅拌和料水分离)重复三次；
(2)纯化玉米粕HVP残渣的微粉化处理：纯化HVP残渣物料经液氮低温粉碎和冷冻干燥处理获得粒径为200目以上的微米级粉体；
(3)纳米纤维素悬浮液的制备：取微米级粉体160g，配制成浓度为8％的水性浆料2000g，持续搅拌，并添加0.128g焦磷酸钠的分散剂，配制好的水性浆料经纳米砂磨机(0.2-0.4mm锆珠、线速度8m/s)研磨7h，得到纳米纤维素悬浮液；
(4)纳米纤维素粉体的制备：所述纳米纤维素悬浮液经冷冻干燥后得到了粉末型纳米纤维素。
实施例4
本发明一种利用大豆粕HVP(水解植物蛋白)残渣制备生物质纳米纤维素的制备方法，包括以下步骤：
(1)大豆粕HVP残渣的纯化处理：称取2kg大豆粕HVP残渣和8kg水置于物料缸中，持续搅拌0.5h，料水经离心分离得到纯化HVP豆粕残渣物料，上述步骤(料水搅拌和料水分离)重复三次；
(2)纯化HVP大豆粕残渣的微粉化处理：纯化HVP大豆粕残渣物料经液氮低温粉碎和冷冻干燥处理获得粒径为200目以上的微米级粉体；
(3)纳米纤维素悬浮液的制备：取微米级粉体140g，配制成浓度为7％的水性浆料2000g，并添加0.14gβ-环糊精的分散剂，持续搅拌，配制好的水性浆料经纳米砂磨机(0.2-0.4mm锆珠、线速度8m/s)研磨8h，得到纳米纤维素悬浮液；
(4)纳米纤维素粉体的制备：所述纳米纤维素悬浮液经冷冻干燥后得到了粉末型纳米纤维素。
实施例5
本发明一种利用大豆粕和玉米粕HVP(水解植物蛋白)残渣制备生物质纳米纤维素的的制备方法，包括以下步骤：
(1)HVP残渣的纯化处理：依次各称取1kg大豆粕HVP残渣和玉米粕HVP残渣和8kg水置于物料缸中，持续搅拌0.5h，料水经离心分离得到纯化HVP豆粕残渣物料，上述步骤(料水搅拌和料水分离)重复三次；
(2)纯化HVP残渣的微粉化处理：纯化HVP残渣物料经液氮低温粉碎和冷冻干燥处理获得粒径为200目以上的微米级粉体；
(3)纳米纤维素悬浮液的制备：取微米级粉体150g，配制成浓度为7.5％的水性浆料2000g，并添加0.15g的柠檬酸钠分散剂，持续搅拌，配制好的水性浆料经纳米砂磨机(0.2-0.4mm锆珠、线速度8m/s)研磨10h，得到纳米纤维素悬浮液；
(4)纳米纤维素粉体的制备：所述纳米纤维素悬浮液经冷冻干燥后得到了粉末型纳米纤维素。
由实施例1-5可知，所获得纳米纤维素的直径为15～75nm，长度为150～1500nm。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种生物质纳米纤维素的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)HVP残渣的纯化：将HVP残渣和水分别计量加入物料缸中，持续搅拌，料水经离心分离得到纯化HVP残渣；
(2)所述纯化HVP残渣的微粉化处理：所述纯化HVP残渣经液氮低温粉碎和冷冻干燥处理获得微米级粉体；
(3)纳米纤维素悬浮液的制备：将所述微米级粉体配制成一定浓度的水性浆料，并添加适量的分散剂和研磨珠后经纳米砂磨机处理，得到所述纳米纤维素悬浮液；
(4)纳米纤维素的制备：所述纳米纤维素悬浮液经冷冻干燥后得到粉体纳米纤维素。
2.如权利要求1所述的生物质纳米纤维素的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述HVP残渣为大豆粕HVP残渣和玉米粕HVP残渣中的一种或两种的组合物。
3.如权利要求1所述的生物质纳米纤维素的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述HVP残渣和水的重量比为1:4。
4.如权利要求1所述的生物质纳米纤维素的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述水性浆料的浓度为6-8％。
5.如权利要求1所述的生物质纳米纤维素的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述纳米纤维素悬浮液中添加的所述分散剂为六偏磷酸钠、焦磷酸钠、柠檬酸钠和β-环糊精中的一种。
6.如权利要求1所述的生物质纳米纤维素的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述研磨珠为氧化锆珠；所述研磨珠的粒径范围为0.2～0.4mm。
7.如权利要求1所述的生物质纳米纤维素的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，研磨分散的线速度为8m/s。
8.如权利要求1所述的生物质纳米纤维素的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述分散剂的添加量为所述HVP残渣以干重计的0.5-1％。
9.如权利要求1所述的生物质纳米纤维素的制备方法，其特征在于，步骤(1)HVP残渣的纯化重复三次进行。
10.如权利要求1所述的生物质纳米纤维素的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，研磨时间为6-10h。
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