制备蛋白含量减少的藻类粉末的方法以及用该粉末配制的生物塑料组合物技术

本发明专利技术涉及一种制备蛋白含量减少的藻类粉末的方法、由该粉末形成的生物塑料组合物、由该藻类粉末获得的塑料产品的制造方法、以及由此获得的塑料产品。一种制备藻类粉末的方法，所述藻类粉末特别是用于制造塑料产品的藻类粉末，所述方法包括以下连续步骤：‑培养和/或收获藻类生物质，‑相对于所收获的生物质的蛋白的重量，将所述藻类的固有蛋白量减少至少10重量％、优选至少40重量％、更优选至少70重量％、更优选至少75重量％，‑干燥，‑分解以产生粉末或颗粒。

Method for preparing algal powder with reduced protein content and biological plastic composition prepared by using the powder

The invention relates to a method for preparing a powdered algal powder with reduced protein content, a bioplastic composition formed by the powder, a manufacturing method of a plastic product obtained by the powder of the alga powder, and a plastic product obtained therefrom. A method for preparing algae powder, the algal powder especially for the algal powder used in the manufacture of plastic products. The method comprises the following steps: cultivating and / or harvesting algae biomass, reducing the intrinsic protein of the algae by at least 10 weight percent compared with the weight of the protein of the harvested biomass. Optimize at least 40 wt%, at least 70 wt%, and at least 75 wt%. Dry, decompose to produce powder or particles.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备蛋白含量减少的藻类粉末的方法以及用该粉末配制的生物塑料组合物本专利技术属于由天然物质配制的材料、更具体为塑料材料的
，且涉及制备蛋白含量减少的藻类粉末的方法、由该粉末形成的生物塑料组合物、由该藻类粉末获得的塑料产品的制造方法、以及由此获得的塑料产品。塑料产品是由包含聚合物的组合物获得的产品，在该组合物中添加有不同的添加剂，例如增塑剂。常规的塑料由源自石油工业的聚合物组成。然而，石油资源的消耗和环保问题已促进了对非石油来源的化合物的研究，而基于天然来源的化合物配制的塑料是常规塑料的有益替代品。塑料产品常常通过挤出来制造。使颗粒或粉末形式的原料通过挤出机，这使得可以连续生产诸如有外形的元件、线缆、管、片、膜、纤维、板、杆等部件。目前认为藻类是可开发的聚合物来源。它们已在例如食品、制药、燃料或化妆品领域等多个领域证实了其有效性。此外，藻类沿着海岸线的繁殖正在变成一种令人担忧的大规模现象。对于塑料产品领域，藻类因其富含聚合物而成为一种有益原料的来源。由大型藻类和微藻类制得的生物塑料组合物通常通过研磨干燥的藻类物质、随后将其与其他组分(例如增塑剂)混合而制造。就此而言，可以提及公开的专利申请US2013/0220173。之后，在通入螺杆挤出机后，基于藻类的生物塑料组合物通常以颗粒形式使用。可以由这些颗粒制造的塑料产品被注塑成型、热成形、发泡挤出或挤出吹塑成型。用于制备生物塑料组合物的大型藻类和微藻类通常是绿藻类或褐藻类。有利的是它们能够以其整体使用，换言之，使用这些藻类的所有组分：蛋白，多糖，矿物质，等等；实际上，已知多种生物塑料组合物是由提取的、纯化的和浓缩的藻类多糖配制的。例如，多种塑料产品包含藻酸盐作为组分。这种过程昂贵、费时且需要精细的提取步骤。由分解为粉末的整体藻类制得的组合物为所形成的塑料产品带来减小的机械性能。这些塑料产品相对较脆。此外，藻类粉末通常以约最多15重量％的量用作填料。在开发藻类的领域，能够增加藻类在塑料产品中的含量将是有利的。基于大型藻类和微藻类的生物塑料组合物的另一主要缺点是它们具有强烈的气味和非常显著(例如褐色)的颜色。还注意到气味和颜色问题在制造塑料产品的过程中更加明显，特别是在生物塑料组合物的挤出、塑型、注塑成型、热压塑型等工序的过程中。为了克服该问题，一些工序包括添加能够吸收或遮蔽气味的化合物(例如活性炭)和添加染料。在此情况下，有必要进行选择所要添加的组分的来源和量的工作，从而获得稳定、有效和天然的混合物，并且避免组分之间的任何不相容性。所得结果并不总是令人满意的，而且选择工作是额外的限制因素。近来的研究工作已使得可以获得以下技术进展：可以改进由藻类组分配制的生物塑料组合物，特别是增加藻类物质在这些组合物中的含量，并获得具有良好的机械性能的塑料产品。在此方面，法国专利申请FR3012817描述了由藻类组分、由天然来源的增塑剂(例如甘油)和由植物来源的聚合物(例如淀粉)配制的生物塑料组合物。优选的是，藻类组分是包含被称作“半精炼”多糖的藻类残余物的形式，因为它们未被完全提取且未被纯化。与精炼过的(因此是纯化过的)相同多糖的提取物相比，在由包含半精炼多糖的残余物制得的生物塑料组合物中，观察到了更佳的淀粉增塑作用。此外，在法国专利申请FR3012817中证明了使用特定的藻类生物质培养条件可以增加内源性淀粉合成。还证明了当使用在制备含半精炼多糖的藻类残余物前已增强了内源性淀粉合成的藻类生物质时，可以获得具有有利机械性能(特别是良好的断裂抗性)的塑料产品。这些制得的生物塑料的机械性能因富含淀粉而优于通过简单干燥和研磨微藻类或大型藻类而获得的生物塑料的机械性能。然而，虽然上述专利申请中描述的生物塑料组合物和生物塑料产品具有良好的机械性能，但它们也具有较差的气味特性和持久的暗色或棕色，这与塑料产品所需的透明性或浅色相悖。在该背景下，申请人进行了研究来克服由藻类获得的生物塑料组合物和生物塑料产品的颜色及气味问题。大型藻类和微藻类基本上由碳水化合物、蛋白、色素和矿物质组成。基于物种和其收获期，这些组分的含量可能变化很大。例如，根据季节，藻类会产生更多的蛋白，这些会形成其储库并会在生长期间被使用。在形成生物塑料的过程中，使材料经受高温和显著的剪切速率。在这些温度下，蛋白的氨基酸与多糖之间发生被称为美拉德反应的反应。美拉德反应是已知反应，为了试图确定其所有机制，其一直是多个研究的主题。多个工作详细描述了其原理，因此在本说明书中不再描述。本申请人已证明美拉德反应还负责生物塑料制造过程中因芳香化合物和气味化合物的合成而造成的变色现象和令人不快的气味的释放。因此申请人进行了工作来解决该技术问题。本专利技术的目的是克服上述缺点，特别是提供一种方法，该方法可以获得能够用于制造没有令人不快的颜色和气味的生物塑料组合物和生物塑料产品的藻类粉末。本专利技术的另一目的是提供这样一种藻类粉末，其还能够用于制造具有最佳增塑作用的塑料组合物，以及制造具有最佳机械性能(例如对断裂、牵引和拉伸的抗性，以及断裂伸长率)的塑料产品。最后，本专利技术的另一目的是提供由本专利技术的藻类粉末制造的生物塑料组合物和生物塑料产品。为此目的，本专利技术涉及一种制造藻类粉末的方法，特别是用于制造塑料产品的藻类粉末，所述方法包括以下连续步骤：-培养和/或收获藻类生物质，-相对于所收获的生物质的蛋白的重量，将所述藻类的固有蛋白量减少至少10重量％，-干燥，-分解以产生粉末或颗粒。构成藻类生物质的细胞中的固有蛋白量的减少使得可以减少美拉德反应现象，并且可以获得能够用于制造在减少或甚至消除不需要的颜色和气味方面具有良好特性的生物塑料产品和组合物的粉末。优选地，减少步骤是相对于所收获的生物质的蛋白的重量将所述藻类的固有蛋白量减少至少40重量％、优选至少70重量％、更优选至少75重量％的步骤。实际上，本专利技术的方法可以将藻类生物质中最初存在的蛋白量减少超过75％。类似地，该方法可以获得相对于粉末总重量蛋白含量大幅减少的藻类粉末。根据本专利技术的优选实施方式，减少所收获的藻类中的固有蛋白量的步骤包括：-将所收获的藻类生物质(优选是磨碎的)与一种或多种蛋白酶混合，由此对固有蛋白进行酶促水解，随后-将富含蛋白物质的水解产物和藻类残余物分离。本专利技术优选实施方式的方法包括：对藻类的蛋白进行酶促水解，并将所获得的富含肽和氨基酸的蛋白物质与蛋白含量显著减少的藻类残余物分离。由该藻类残余物制造的生物塑料组合物是无色或几乎无色的，并且是无味的。通过转化生物塑料颗粒而挤出和注塑成型的产品也是无色无味的。出乎意料的是，这些产品的机械性能优于由干燥的藻类粉末或由法国专利申请FR3012817中描述的方法制备的藻类粉末获得的塑料产品。根据该酶促水解过程，相对于蛋白总起始重量，藻类的蛋白量可以减少至少40重量％、优选40重量％至80重量％、更优选50重量％至75重量％。此外，所回收的蛋白物质水解产物在例如化妆品、肥料和营养应用、特别是动物营养应用等应用中具有重要的经济价值。因该酶促处理而从作为本专利技术主题的方法中开发出具有高附加值的副产品，增强了藻类培养物的经济模式。有利的是，蛋白的酶促水解利用细菌或真菌来源的一种或多种蛋白酶来进行，特别是一种或多种肽链内切酶和/或肽链外切酶，例如获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备藻类粉末的方法，所述藻类粉末特别是用于制造塑料产品的藻类粉末，所述方法包括以下连续步骤：‑培养和/或收获藻类生物质，‑相对于所收获的生物质的蛋白的重量，将所述藻类的固有蛋白量减少至少10重量％，‑干燥，‑分解以产生粉末或颗粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.17 FR 15587431.一种制备藻类粉末的方法，所述藻类粉末特别是用于制造塑料产品的藻类粉末，所述方法包括以下连续步骤：-培养和/或收获藻类生物质，-相对于所收获的生物质的蛋白的重量，将所述藻类的固有蛋白量减少至少10重量％，-干燥，-分解以产生粉末或颗粒。2.如权利要求1所述的制备藻类粉末的方法，其特征在于，减少步骤是相对于所收获的生物质的蛋白的重量将所述藻类的固有蛋白量减少至少40重量％、优选至少70重量％、更优选至少75重量％的步骤。3.如权利要求1或2所述的制备藻类粉末的方法，其特征在于，减少所收获的藻类的固有蛋白量的步骤包括：-将所收获的藻类生物质与一种或多种蛋白酶混合，由此对固有蛋白进行酶促水解，其中所收获的藻类生物质优选是磨碎的；随后-将富含肽和/或氨基酸的水解产物与藻类残余物分离。4.如权利要求3所述的制备藻类粉末的方法，其特征在于，蛋白的酶促水解利用细菌或真菌来源的一种或多种蛋白酶来进行，特别是一种或多种肽链内切酶和/或肽链外切酶，例如获自地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、解淀粉芽孢杆菌(Bacillusamyloliquefaciens)或米曲霉菌(Aspergillusoryzae)的一种或多种酶，优选获自地衣芽孢杆菌的一种或多种酶。5.如权利要求1～4中任一项所述的制备藻类粉末的方法，其特征在于还包括：-在收获藻类生物质的步骤之后并且在减少所收获的藻类的固有蛋白量的步骤之前，在进行或不进行化学剂处理的情况下使藻类脱色素的步骤。6.如权利要求1～5中任一项所述的制备藻类粉末的方法，其特征在于，紧接着减少藻类的固有蛋白量的步骤之后，所述方法还包括：-破坏藻类细胞壁的步骤：将藻类残余物和多糖增溶剂混合，所述多糖增溶剂为例如螯合剂或无机酸，优选选自柠檬酸、柠檬酸一水合物、草酸钠、盐酸、碳酸钠，更优选柠檬酸，将该混合物加热至80℃至100℃、优选90℃的温度并持续1至4小时、优选2小时，随后将藻类残余物冷却并浓缩；应理解所述步骤不包括有机和无机组分的任何去除或分离。7.如权利要求6所述的制备藻类粉末的方法，其特征在于，所述破坏藻类细胞壁的步骤包括以下连续步骤：-获得研磨的藻类生物质材料，-将所述研磨的材料与水混合以获得糊剂，-添加增溶剂、特别是柠檬酸，至pH为2.5～3.5、优选3，-将混合物加热至80℃～100℃、优选90℃的温度并持续1～4小时、优选2小时，-冷却至低于或等于45℃的温度，-在45℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·拉瓦锡，R·皮埃尔，M·贝诺伊特，
申请(专利权)人：艾拉诺瓦公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR