TWI638887B - 生物可分解物質及材料之製備方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可分解物質之製備方法，其包含一裡氏木黴菌種，該裡氏木黴菌種寄存於財團法人食品工業發展研究所，其寄存編號為BCRC930185之裡氏木黴菌種(Trichoderma reesei ZMTPS-01)。藉由培養裡氏木黴菌產出的一發酵液，接著添加一萃取劑可萃取出膏狀的生物可分解物質，進一步的將該生物可分解物質進行烘乾及粉碎，即可取得一粉狀的生物可分解物質。該生物可分解物質透過裡氏木黴菌的轉化及進一步的加工處理，將具有更好的塑化效果及更低的加工溫度且比已加工之澱粉還要有較高之耐熱溫度。

Description

生物可分解物質及材料之製備方法
本發明有關於一種生物可分解物質及材料之製備方法，特別是關於用以培養並篩選所需菌種，經發酵、萃取得到較佳塑化效果的生物可分解物質及材料的製備方法，可以減少加工製作過程中之添加物的使用量(增加可塑性)及加工溫度，並增加加工後材料之耐熱度。
人類於日常生活中使用不易分解之石化塑膠產品已行之有年，且使用量與日俱增，但廢棄塑料之處理已造成對環境巨大的汙染與危害，造成石化資源與能源的浪費，未回收之塑料對環境產生長久的衝擊，而塑料每經一次回收與再處理，皆耗費大量能源且其可用性都會降低。
美國專利US8303701 B2號揭露一種以Ophiostoma菌屬之微生物產生熱可塑性澱粉(Thermoplastic starch)之方法，改變澱粉之官能基(如C-H鍵結、O-H鍵結及COOH鍵等)結構，該方法係將澱粉經糊化後以特定菌屬菌株發酵，接著萃取其所產生之物質成為熱可塑性澱粉(Thermoplastic starch，一種生物可分解物質)。美國專利US7943349 B2號、加拿大專利第CA2728384號、歐洲專利第EP2167545號及世界智慧財產權組織(WIPO)專利公開號WO2008154729號皆使用同屬微生物產生上述熱可塑性澱粉，但上述 專利前案中所使用之菌株為對特定樹種有致病性之菌株，若釋放於環境中易造成特定樹種致病而對環境造成危害。
木黴菌(Trichoderma)是一類普遍存在的真菌，廣泛分佈於土壤、空氣、枯枝落葉及各種發酵物上，從植物根圈、葉片及種子，球莖表面經常可以分離到，是目前生產與應用最普遍的生物防治的真菌菌種。對於木黴菌的研究，目前學者主要是把木黴菌作為一種能夠抑制植物土壤傳播病原菌和一部分地上病害的生物防治真菌來研究。相關研究中發現木黴菌具有澱粉酶，可製造大量裂解酶，例如：哈氏木黴菌；以及台灣專利證書號I301155揭露一種纖維寡醣之製造方法，其瑞氏木黴菌(Trichoderma reesei)NBRC31329株可用來作為一種纖維素酶生產能力的微生物，又台灣專利證書號I530562揭露一種提高木黴菌纖維分解酵素活性之方法，然而對於木黴菌具有產生可塑性澱粉(Thermoplastic starch，TPS，一種生物可分解物質)之能力卻是尚未揭露的。
澱粉屬於多糖高分子化合物，不同種類之澱粉(如樹薯澱粉、玉米澱粉、馬鈴薯澱粉、修飾澱粉(Modified starch)等)分子中含有多種類之官能基，能夠形成大量分子內與分子間氫鍵，形成晶性結構之完整顆粒，而不同種類之澱粉之加工特性會造成其加工過程及加工後產物之應用程度有所限制。
木黴菌所含的酵素種類及活性不同，其可應用於各種澱粉進行改變澱粉官能基結構及結晶性，然而在目前木黴菌相關研究或專利中，對於是否能產生熱可塑性澱粉(Thermoplastic starch，TPS)或一種生物可分解物質則是未被揭露且尚無法預測的。
澱粉於現今各行業之使用範圍及使用量與日俱增，因此除了澱粉原料外，亦發展出適合不同行業使用之澱粉型態，如各種地上澱粉、地下澱粉、澱粉衍生物，如小麥澱粉、馬鈴薯澱粉、玉米澱粉、木薯澱粉、蠟質玉米澱粉、碩莪澱粉、米澱粉、變性澱粉、修飾澱粉及轉化澱粉或基因改造及轉殖澱粉，上述澱粉種類更多且本身即具有多種不同功能及特性，而於上述專利前案中之微生物菌屬菌株及其可使用之澱粉範圍仍有未完備之處。
因此，便有需要提供一種利用裡氏木黴菌(Trichoderma reesei)產生一種生物可分解物質之製備方法，其能夠解決前述的問題。
本發明的目的在於提供利用一裡氏木黴菌(Trichoderma reesei)產生一種生物可分解物質之製備方法，利用自行篩選並培養之裡氏木黴菌種經發酵、萃取能得到較佳塑化效果及增加材料耐熱性的一種生物可分解物質。
本發明的另一目的在於經過反覆的實驗終於找出一種既不會危害環境的非致病性菌株且具有產生可塑性澱粉(Thermoplastic starch，TPS)或一種生物可分解物質及材料能力的菌株的菌株，其為Trichoderma reesei ZMTPS-01，已寄存於財團法人食品工業發展研究所，寄存編號為BCRC930185之裡氏木黴菌種(Trichoderma reesei ZMTPS-01)。
為達成上述目的，本發明提供一種生物可分解物質之製備方法，包括下列步驟：提供一裡氏木黴菌種(Trichoderma reesei ZMTPS-01)，其寄存於財團法人食品工業發展研究所，寄存編號為BCRC930185；接著將 該裡氏木黴菌摻入一澱粉培養基內，並提供一發酵環境進行發酵反應，以取得發酵液；添加一萃取劑於該發酵液中，並萃取出膏狀的生物可分解物質；以及對膏狀的生物可分解物質進行烘乾及粉碎步驟，以取得粉狀的生物可分解物質。
進一步，所述裡氏木黴菌種係利用一培養用之裡氏木黴菌樣品(Trichoderma reesei QM6a)放置於一菌種培養基中來培養微生物菌種並予以篩選取得。
由上述可知，本發明主要係利用菌種培養基培養並篩選所需裡氏木黴菌種，再透過澱粉培養基發酵、萃取、烘乾、粉碎等步驟取得經該裡氏木黴菌直接轉化代謝各種澱粉原料之官能基、結晶性及結構後所得之依據原澱粉的種類而有各種功能及特性的生物可分解物質，例如耐熱、耐酸、耐鹼、耐剪切力等特性之生物可分解物質。
本發明的另一目的在於提供一種生物可分解材料之製備方法，用以減少生物可分解材料的製作過程中之添加物的使用量，並得到更佳的生物可分解材料。
為達成上述目的，本發明提供一種生物可分解材料之製備方法，包括下列步驟：提供一裡氏木黴菌種(Trichoderma reesei ZMTPS-01)，其寄存於財團法人食品工業發展研究所，寄存編號為BCRC930185；接著將該裡氏木黴菌摻入一澱粉培養基內，並提供一發酵環境進行發酵反應，以取得發酵液；添加一萃取劑於該發酵液中，並萃取出膏狀的生物可分解物質；對膏狀的生物可分解物質進行烘乾及粉碎步驟，以取得粉狀的生物可分解物質；以及將該生物可分解物質與水、塑化劑、防水劑、增韌劑、擴 鏈劑混合並經押出、射出、吹膜製程，以取得生物可分解材料。
由於澱粉培養基中加入之澱粉本身若具有耐熱、耐酸、耐鹼、耐剪切力等特性，經加入裡氏木黴菌發酵過程後，將具有更好的塑化效果，因此，該生物可分解物質經加工所製成的生物可分解材料與原澱粉經加工所製成的材料相較，該生物可分解材料的製作過程中可減少添加物之使用量，並較原本未經微生物轉化之澱粉加工後之材料有較高之耐熱性。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。
100‧‧‧生物可分解物質之製備方法
S101~S104‧‧‧步驟
200‧‧‧生物可分解材料之製備方法
S201~S205‧‧‧步驟
圖1為本發明實施例1之生物可分解物質之製備方法之流程示意圖；圖2為樹薯澱粉(Tapioca starch)、蠟質玉米澱粉(Waxy corn starch)及其分別經裡氏木黴菌轉化後所得之生物可分解物質之傅立葉轉換紅外線光譜儀(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FT-IR)比較圖；圖3為樹薯澱粉(Tapioca starch)及經裡氏木黴菌轉化後所得之生物可分解物質之X光繞射(X-ray Diffraction,XRD)比較圖；圖4為蠟質玉米澱粉(Waxy corn starch)各種處理之X光繞射(X-ray Diffraction,XRD)比較圖；圖5為本發明之生物可分解材料之製備方法之流程示意圖；以及圖6為樹薯澱粉(Tapioca starch)各種處理之式差掃描熱分析儀(Differential Scanning Calorimeter,DSC)測定結果比較圖。
圖1為本發明之生物可分解物質之製備方法之流程示意圖。請參閱圖1，本發明所述之生物可分解物質之製備方法100，主要包括下列步驟：
步驟S101：提供一裡氏木黴菌種(Trichoderma reesei ZMTPS-01)，其寄存於財團法人食品工業發展研究所，寄存編號為BCRC930185；本發明之裡氏木黴菌種係利用一培養用之裡氏木黴菌樣品(Trichoderma reesei QM6a)放置於一菌種培養基中來培養微生物菌種並予以篩選取得。本實施例中，該培養用之裡氏木黴菌樣品係取自於環境中之水體樣品、土壤樣品或其他形式之培養樣品，該菌種培養基每公升包括酵母提取物(Yeast Extract)1-2g(克)、KH2PO4 0.5-1g(克)、Mg(克)SO4*7H2O 0.02-0.1g(克)、FeCl3*7H2O 0.22-0.48g(克)、MnCl2*4H2O 0.1-0.36g(克)、ZnSO4*7H2O 0.12-0.44g(克)、蔗糖(Sucrose)5-10g(克)、鏈黴素(Streptomycin)50-100μg(克)、環己亞醯胺(cycloheximide)10-40μg(克)、澱粉5-50g(克)及洋菜粉15-20g(克)，其中所添加之澱粉係包含各種地上澱粉、地下澱粉及澱粉衍生物，例如選自小麥澱粉、馬鈴薯澱粉、玉米澱粉、木薯澱粉、蠟質玉米澱粉、碩莪澱粉、米澱粉、變性澱粉、修飾澱粉、轉化澱粉、或基因改造及轉殖澱粉中之一種或任意之組合，且所添加之澱粉在加入該菌種培養基前係經過糊化作用(gelatinization)，加熱糊化時間約為20-50分鐘，且需視澱粉種類調整糊化溫度，該糊化溫度介於50-100℃之間。
該菌種培養基在放置該培養用之裡氏木黴菌樣品之前，係先進行滅菌作業，主要在1atm之環境下以121℃、20分鐘進行滅菌，以確保該菌種培養基專門培養該培養樣品中所含的微生物菌種。而培養微生物菌 種時，以轉速100-300rpm之間震盪培養基，培養時間至少1-8天，培養溫度介於10-60℃之間。其中，由於該菌種培養基中有添加洋菜粉，使該菌種培養基為固體菌種培養基，也因如此，培養出的微生物菌種大體上係位在該菌種培養基之表面，以方便從該些微生物菌種中篩選出所需之裡氏木黴菌種。該裡氏木黴菌種係屬於肉座菌亞綱(Hypocreomycetidae)、肉座菌目(Hypocreales)、肉座菌科(Hypocreaceae)及木黴菌屬(Trichoderma)之菌屬中之菌種範圍。
在另一實施例中，若欲放大培養該裡氏木黴菌種時，可提供一放大培養基，並將該裡氏木黴菌種置入該放大培養基中。該放大培養基每公升包括酵母萃取物(Yeast Extract)1-2g(克)、KH2PO4 0.5-1g(克)、Mg(克)SO4*7H2O 0.02-0.1g(克)、FeCl3*7H2O 0.22-0.48g(克)、MnCl2*4H2O 0.1-0.36g(克)、ZnSO4*7H2O 0.12-0.44g(克)、麥芽萃取物(Malt extract)5-10g(克)、蔗糖(Sucrose)5-10g(克)、鏈黴素(Streptomycin)50-100μg(克)、環己亞醯胺(cycloheximide)10-40μg(克)、澱粉1-600g(克)及洋菜粉15-20g(克)，其中所添加之澱粉係包含各種地上澱粉、地下澱粉及澱粉衍生物，例如選自小麥澱粉、馬鈴薯澱粉、玉米澱粉、木薯澱粉、蠟質玉米澱粉、碩莪澱粉、米澱粉、變性澱粉、修飾澱粉、轉化澱粉、或基因改造及轉殖澱粉中之一種或任意之組合，且所添加之澱粉在加入該放大培養基前係經過糊化作用(gelatinization)，加熱糊化時間約為20-50分鐘，且需視澱粉種類調整糊化溫度，該糊化溫度介於50-100℃之間。
該放大培養基在放置該裡氏木黴菌種之前，先進行滅菌作業，主要在1atm之環境下以121℃、20分鐘進行滅菌，以確保該放大培養 基專門大量培養該裡氏木黴菌種，其中該裡氏木黴菌種之培養溫度介於10-60℃之間，並以轉速100-300rpm之間震盪培養基，培養時間為1-8天。
步驟S102：將該裡氏木黴菌種摻入一澱粉培養基內，並提供一發酵環境進行發酵反應，以取得發酵液。在本實施例中，該澱粉培養基包括酵母萃取物(Yeast Extract)1-2g(克)、葡萄糖(Glucose)5-10g(克)及澱粉1-600g，該發酵環境可為小型(0.5L)至大型(一噸以上)之發酵槽，該發酵槽中之發酵溫度介於10-60℃之間，發酵槽之一轉軸之轉速介於150-300rpm之間。
步驟S103：添加一萃取劑於該發酵液中，並萃取出膏狀的生物可分解物質。在本步驟中，該萃取劑為選自甲醇、乙醇、丙酮及異丙醇其中一種或任意之組合，於4-25℃之環境下，萃取出固體的生物可分解物質。而在本實施例中，若該發酵液含有雜質時，係對該發酵液進行高速離心作業，在轉速介於3000-10000rpm之間、離心時間介於10-60分鐘之間，以取出上清液，再於該上清液中加入該萃取劑，最後取出該上清液中之沉澱物(可利用高速離心作業取得該沉澱物，其轉速3000-10000rpm、離心時間10-60分鐘)，該沉澱物即為固體生物可分解物質。其中，所述上清液包含一發酵上清液100重量份及萃取劑20~100重量份。
步驟S104：對膏狀的生物可分解物質進行烘乾及粉碎步驟，以取得粉狀的生物可分解物質。本實施例中，該烘乾之溫度介於50-100℃，該粉碎之時間介於3-5分鐘，且在適當轉速下進行粉碎。
上述生物可分解物質之製備步驟中，該裡氏木黴菌種可直接轉化代謝地上澱粉、地下澱粉或各種功能及特性的澱粉衍生物，使澱粉原 料之官能基及結晶性已被轉化(如圖2、圖3及圖4所示)，且依據澱粉原料的種類可產生各種功能及特性的生物可分解物質。
舉例，由圖2中可得知，經裡氏木黴菌轉化蠟質玉米澱粉所得之生物可分解物質相較於蠟質玉米澱粉，於波數3000、2150、1200、750之穿透度(意即官能基數量)皆有增加，於波數1600、750之波峰有轉移變化，顯示官能種類已有所改變；而經裡氏木黴菌轉化樹薯澱粉所得之生物可分解物質相較於樹薯澱粉，於波數3000、2750、2150、1600、1400、1200、1000、750之穿透度(官能基數量)皆有增加，且於波數2500、1600、750之波峰有轉移變化，顯示官能基種類已有所改變。因此，由上述現象可知，蠟質玉米澱粉及樹薯澱粉經裡氏木黴菌轉化後，其所產生之生物可分解物質之官能基數量及種類已有變化，各官能基於後續加工時所呈現之特性也已經與原先澱粉原料(即蠟質玉米澱粉及樹薯澱粉)中之官能基有所不同。
舉例：由圖3中得知，縱座標(相對強度)顯示數值愈高，代表物質中結晶程度愈緊密(crystalline，結晶型)，強度愈強，因此於後續加工時，欲破壞晶性排列所需之能量愈高，且所加入之添加物量及種類愈多。因此，樹薯澱粉於角度約15、17-19、23有相當高之結晶排列程度，而經裡氏木黴菌轉化樹薯澱粉後所得之生物可分解物質，整體之相對強度(結晶程度)皆較原樹薯澱粉低，顯示其結晶程度較低(Amorphous thermal plastic，熱可塑之不定型)，有利於加工時可減少能量之消耗、添加物(如塑化劑、防水劑、增韌劑及擴鏈劑等)之添加量及添加種類。
再舉例，由圖4可得知，縱座標(相對強度)顯示數值愈高，代表物質中結晶程度愈緊密(crystalline，結晶型)，強度愈強，因此於後續加 工時，欲破壞晶性排列所需之能量愈高，且所加入之添加物量及種類愈多。因此，蠟質玉米澱粉於角度約15、17-19、21、23有相當高之結晶排列程度，而經裡氏木黴菌轉化蠟質玉米澱粉後所得之生物可分解物質，整體之相對強度(結晶程度)皆較蠟質玉米澱粉低，顯示其結晶程度已降低(Amorphous thermal plastic，熱可塑之不定型)，有利於後續加工，可減少能量之消耗、添加物(如塑化劑、防水劑、增韌劑及擴鏈劑等)之添加量及添加種類。
圖5為本發明之生物可分解材料之製備方法之流程示意圖。請參閱圖5，本發明所述之生物可分解材料之製備方法200，主要包括下列步驟：
步驟S201：提供一裡氏木黴菌種(如上所述)。本發明之裡氏木黴菌種係利用一培養用之裡氏木黴菌樣品(Trichoderma reesei QM6a)放置於一菌種培養基中來培養微生物菌種並予以篩選取得。本實施例中，該培養用之裡氏木黴菌樣品係取自於環境中之水體樣品、土壤樣品或其他形式之培養樣品，該菌種培養基每公升包括酵母提取物(Yeast Extract)1-2g(克)、KH2PO4 0.5-1g(克)、Mg(克)SO4*7H2O 0.02-0.1g(克)、FeCl3*7H2O 0.22-0.48g(克)、MnCl2*4H2O 0.1-0.36g(克)、ZnSO4*7H2O 0.12-0.44g(克)、蔗糖(Sucrose)5-10g(克)、鏈黴素(Streptomycin)50-100μg(克)、環己亞醯胺(cycloheximide)10-40μg(克)、澱粉5-50g(克)及洋菜粉15-20g(克)，其中所添加之澱粉係包含各種地上澱粉、地下澱粉及澱粉衍生物，例如選自小麥澱粉、馬鈴薯澱粉、玉米澱粉、木薯澱粉、蠟質玉米澱粉、碩莪澱粉、米澱粉、變性澱粉、修飾澱粉、轉化澱粉、或基因改造及轉殖澱粉中之一種或任意之組合，且所添加之澱粉在加入該菌種培養基前係經過糊化作用 (gelatinization)，加熱糊化時間約為20-50分鐘，且需視澱粉種類調整糊化溫度，該糊化溫度介於50-100℃之間。
該菌種培養基在放置該培養用之裡氏木黴菌樣品之前，係先進行滅菌作業，主要在1atm之環境下以121℃、20分鐘進行滅菌，以確保該菌種培養基專門培養該培養樣品中所含的微生物菌種。而培養微生物菌種時，以轉速100-300rpm之間震盪培養基，培養時間至少1-8天，培養溫度介於10-60℃之間。其中，由於該菌種培養基中有添加洋菜粉，使該菌種培養基為固體菌種培養基，也因如此，培養出的微生物菌種大體上係位在該菌種培養基之表面，以方便從該些微生物菌種中篩選出所需之裡氏木黴菌種。該裡氏木黴菌種係屬於肉座菌亞綱(Hypocreomycetidae)、肉座菌目(Hypocreales)、肉座菌科(Hypocreaceae)及木黴菌屬(Trichoderma)等菌屬中之菌種範圍。在另一實施例中，若欲放大培養該裡氏木黴菌種時，可提供一放大培養基，並將該裡氏木黴菌種置入該放大培養基中。該放大培養基每公升包括酵母萃取物(Yeast Extract)1-2g(克)、KH2PO4 0.5-1g(克)、Mg(克)SO4*7H2O 0.02-0.1g(克)、FeCl3*7H2O 0.22-0.48g(克)、MnCl2*4H2O 0.1-0.36g(克)、ZnSO4*7H2O 0.12-0.44g(克)、麥芽萃取物(Malt extract)5-10g(克)、蔗糖(Sucrose)5-10g(克)、鏈黴素(Streptomycin)50-100μg(克)、環己亞醯胺(cyclohexide)10-40μg(克)、澱粉1-600g(克)及洋菜粉15-20g(克)，其中所添加之澱粉原料係包含各種地上澱粉、地下澱粉及澱粉衍生物，例如選自小麥澱粉、馬鈴薯澱粉、玉米澱粉、木薯澱粉、蠟質玉米澱粉、碩莪澱粉、米澱粉、變性澱粉、修飾澱粉、轉化澱粉、或基因改造及轉殖澱粉中之一種或任意之組合，且所添加之澱粉在加入該放大培養基前係經過 糊化作用(gelatinization)，加熱糊化時間約為20-50分鐘，且需視澱粉種類調整糊化溫度，該糊化溫度介於50-100℃之間。
該放大培養基在放置該裡氏木黴菌種之前，係也先進行滅菌作業，主要在1atm之環境下以121℃、20分鐘進行滅菌，以確保該放大培養基專門大量培養該裡氏木黴菌種，其中該裡氏木黴菌種之培養溫度介於10-60℃之間，並以轉速100-300rpm之間震盪培養基，培養時間為1-8天。
步驟S202：將該裡氏木黴菌種摻入一澱粉培養基內，並提供一發酵環境進行發酵反應，以取得發酵液。在本實施例中，該澱粉培養基包括酵母萃取物(Yeast Extract)1-2g(克)、葡萄糖(Glucose)5-10g(克)及澱粉1-600g(克)，該發酵環境可為小型(0.5L)至大型(一噸以上)之發酵槽，該發酵槽中之發酵溫度介於10-60℃之間，發酵槽之一轉軸之轉速介於150-300rpm之間。
步驟S203：添加一萃取劑於該發酵液中，並萃取出膏狀的生物可分解物質。在本步驟中，該萃取劑為選自甲醇、乙醇、丙酮及異丙醇其中一種或任意之組合，於4-25℃之環境下，萃取出膏狀的生物可分解物質。而在本實施例中，若發現該發酵液含有雜質時，係先對該發酵液進行高速離心作業(轉速3000-10000rpm、離心時間10-60分鐘)，並取出上清液，再於該上清液中加入該萃取劑，最後取出該上清液中之沈澱物(可利用高速離心作業取得該沉澱物，其轉速3000-10000rpm、離心時間10-60分鐘)，該沉澱物即為膏狀的生物可分解物質。其中，所述上清液包含發酵上清液100重量份及萃取劑20~100重量份。
步驟S204：對膏狀的生物可分解物質進行烘乾及粉碎步 驟，以取得粉狀的生物可分解物質。本實施例中，該烘乾之溫度介於50-100℃，該粉碎之時間介於3-5分鐘，且在適當轉速下進行粉碎。
步驟S205：將粉狀的生物可分解物質與水、塑化劑、防水劑、增韌劑及擴鏈劑混合並經押出、射出、吹膜製程，以取得加工後之生物可分解材料。在本步驟中，該粉狀的生物可分解物質與水、塑化劑、防水劑、增韌劑、擴鏈劑之混合順序與比例為：生物可分解物質5-20重量份與水75-90重量份先混合，接著加入塑化劑2-8重量份(該塑化劑包含多元醇、尿素、甲醯胺、檸檬酸脂類及其他可用之可塑劑，其中以添加多元複合增塑劑較佳)，再加入防水劑0.5-1重量份(該防水劑包含脂肪酸、硬脂酸、植酸及其衍生物或油脂)、增韌劑1-10重量份(該增韌劑(Toughening Agent)包含液態橡膠羧基丁晴橡膠(carboxyl-terminated butadiene-acrylonitrile,CTBN)、聚丁二烯(polybutadiene)、丁晴橡膠(Nitrile Rubber)、聚酯類、聚烯烴類、以及無機系列的矽橡膠類、奈米級碳酸鈣、木質素(ligin)或纖維素(cellulose)等)及擴鏈劑0.01-2重量份(該擴鏈劑(chain extender)又稱增鏈劑，包含具有羥基的多元胺化合物及多元醇化合物，該多元胺化合物包含乙二胺、二羥甲基丁二酸等多官能基團之化合物，而該多元醇化合物包含乙二醇、1,4丁二醇(BDO)、1,6己二醇(HD)及甘油)。在本實施例中，該生物可分解物質與水、塑化劑、防水劑、增韌劑及擴鏈劑混合之各個反應溫度介於100-170℃之間，反應時間介於0.5-6小時之間，該反應溫度與反應時間可視添加物作調整。
舉例，由於在製備生物可分解材料之過程中，該裡氏木黴菌種已轉化原澱粉之官能基及結晶性(如圖2、圖3及圖4所示)，使得於加工時，生物可分解材料較原澱粉經加工所製成之材料可減少11-20%之能量使用 (如圖6所示)，於圖6中經裡氏木黴菌種發酵轉化後所得之生物可分解物質經加工後製成的生物可分解材料，於加熱測試過程中所需之相對熱流(Relative Heat Flow)低於原澱粉原料加工後之材料，例如樹薯澱粉加工後之材料於約127℃時到達融點，而裡氏木黴菌轉化樹薯澱粉後所得之生物可分解物質則於約140℃時達到融點，顯示其耐熱程度高於原樹薯澱粉加工後之材料。此外，由相對熱流數值顯示生物可分解物質於到達所需加工溫度過程中，例如在100℃之條件下，樹薯澱粉加工後之材料所需之相對熱流約在-12w/g，經裡氏木黴菌轉化樹薯澱粉之生物可分解材料所需之相對熱流約在-10w/g，使經裡氏木黴菌轉化樹薯澱粉之生物可分解材料於加工時所需之熱能較低。再配合圖2、圖3及圖4之結果顯示，由於原澱粉之官能基及結晶排列被裡氏木黴菌所改變，所得之生物可分解物質本身即具有更有利於後續加工之特性，故於加工過程中可減少能量使用量，並同時可減少添加物之使用種類及使用量。
因此，該生物可分解材料本身相較原澱粉加工後之材料有更好之塑化效果，且在與塑化劑、聚合劑、增韌劑、擴鏈劑及其他添加物混合並進行押出、射出、吹膜或其他程序時可減少塑化劑、聚合劑、增韌劑、擴鏈劑及其他添加物之使用量。
再者，本發明主要係利用培養基培養並篩選所需裡氏木黴菌種，透過發酵、萃取、烘乾、粉碎等步驟取得經該裡氏木黴菌直接轉化代謝各種澱粉之官能基及結晶性後所得之依據澱粉的種類而有各種功能及特性的生物可分解物質。由於其中發酵過程中所使用之澱粉本身若具有耐熱、耐酸、耐鹼、耐剪切力等特性，再經裡氏木黴菌轉化發酵後，將具有 更好的塑化效果及加工特性(如較低之加工溫度及加工後有較高之耐熱性等)，因此，該生物可分解物質經加工所製成的生物可分解材料與原澱粉經加工所製成材料相較，該生物可分解材料的製作過程中可減少各種添加物之使用量。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
【生物材料寄存】
國內寄存資訊【請依寄存機構、日期、號碼順序註記】
寄存機構：財團法人食品工業發展研究所
寄存日期：2016/10/06
寄存編號：BCRC 930185
國外寄存資訊【請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記】

Claims (13)

  1. 一種生物可分解物質之製備方法，其包括下列步驟：(a)提供一裡氏木黴菌種(Trichoderma reesei ZMTPS-01)，其係寄存於財團法人食品工業發展研究所，寄存編號為BCRC930185，其中該裡氏木黴菌種係利用一培養用之裡氏木黴菌樣品(Trichoderma reesei QM6a)放置於一菌種培養基中來培養微生物菌種並予以篩選取得，而該菌種培養基每公升包括酵母提取物(Yeast Extract)1-2g(克)、KH2PO4 0.5-1g(克)、MgSO4*7H2O 0.02-0.1g(克)、FeCl3*7H2O 0.22-0.48g(克)、MnCl2*4H2O 0.1-0.36g(克)、ZnSO4*7H2O 0.12-0.44g(克)、蔗糖(Sucrose)5-10g(克)、鏈黴素(Streptomycin)50-100μg(克)、環己亞醯胺(cycloheximide)10-40μg(克)、澱粉5-50g(克)及洋菜粉15-20g(克)；(b)將該裡氏木黴菌種摻入一澱粉培養基內，並提供一發酵環境進行發酵反應，以取得發酵液；(c)添加一萃取劑於該發酵液中，並萃取出膏狀的生物可分解物質；及(d)對膏狀的生物可分解物質進行烘乾及粉碎步驟，以取得粉狀的生物可分解物質。
  2. 如請求項1所述之生物可分解物質之製備方法，其中該澱粉係選自小麥澱粉、馬鈴薯澱粉、玉米澱粉、木薯澱粉、蠟質玉米澱粉、碩莪澱粉、米澱粉、變性澱粉、修飾澱粉、轉化澱粉、基因改造及轉殖澱粉中之一種或任意之組合，且所添加之澱粉在加入該菌種培養基前係經過糊化作用，加熱糊化時間約為20-50分鐘，糊化溫度介於50-100℃之間。
  3. 如請求項1所述之生物可分解物質之製備方法，其中該菌種培養基在放置 該培養用之裡氏木黴菌樣品之前，係先進行滅菌作業，主要在1atm之環境下以121℃、20分鐘進行滅菌。
  4. 如請求項1所述之生物可分解物質之製備方法，其中以轉速100-300rpm之間震盪培養基，培養時間至少1-8天，培養溫度介於10-60℃之間。
  5. 如請求項1述之生物可分解物質之製備方法，其中該澱粉培養基包括酵母提取物(Yeast Extract)1-2g(克)、葡萄糖(Glucose)5-10g(克)及澱粉1-600g(克)。
  6. 如請求項1所述之生物可分解物質之製備方法，其中該發酵環境為一發酵槽，該發酵槽中之發酵溫度介於10-60℃之間，發酵槽之一轉軸之轉速介於150-300rpm之間。
  7. 如請求項1所述之生物可分解物質之製備方法，其中，該萃取劑為選自甲醇、乙醇、丙酮及異丙醇其中一種或任意之組合，於4-25℃之環境下，萃取出膏狀的生物可分解物質。
  8. 如請求項1所述之生物可分解物質之製備方法，其中若該發酵液含有雜質時，係對該發酵液進行高速離心作業，在轉速介於3000-10000rpm之間、離心時間介於10-60分鐘之間，以取出上清液，再於該上清液中加入該萃取劑，最後取出該上清液中之沉澱物，該沉澱物即為膏狀的生物可分解物質。
  9. 如請求項1所述之生物可分解物質之製備方法，其中該沉澱物之取得係利用高速離心作業，轉速介於3000-10000rpm之間、離心時間介於10-60分鐘之間。
  10. 如請求項1所述之生物可分解物質之製備方法，其中上清液包含一發酵上 清液100重量份及萃取劑20~100重量份。
  11. 如請求項1所述之生物可分解物質之製備方法，其中該烘乾之溫度介於50-100℃，該粉碎之時間介於3-5分鐘。
  12. 一種生物可分解材料之製備方法，其包括下列步驟：(a)應用請求項1所述之生物可分解物質之製備方法，以製備一生物可分解物質；及(b)將該生物可分解物質與水、塑化劑、防水劑、增韌劑及擴鏈劑混合並經押出、射出、吹膜製程，以取得生物可分解材料。
  13. 如請求項12所述之生物可分解材料之製備方法，其中，該生物可分解物質與水、塑化劑、防水劑、增韌劑及擴鏈劑之混合順序與比例為：生物可分解物質5-20重量份與水75-90重量份先混合，接著加入塑化劑2-8重量份，再加入防水劑0.5-1重量份、增韌劑1-10重量份及擴鏈劑0.01-2重量份，該生物可分解物質與水、塑化劑、防水劑、增韌劑、擴鏈劑混合之各個反應溫度介於100-170℃之間，反應時間介於0.5-6小時之間。
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