一种乳酸菌发酵竹青碎料制备无胶碎料板的方法及其产品

1.本发明涉及农林废弃物利用及复合材料技术领域，特别是涉及一种乳酸菌发酵竹青碎料制备无胶碎料板的方法及其产品。


背景技术：

2.我国竹材资源丰富，竹林面积达到641.16万hm2，竹资源储备量位居世界第一，竹材具有速生、韧性大和力学强度高的特点，应用广泛。竹材富含纤维素、半纤维素和木质素，可用于制备人造板产品。竹产业属于我国林业类重点发展十大产业之一，竹材广泛应用于制作各种工程材料，加工过程中产生大量的竹青废料，造成资源浪费。
3.碎料板以农林加工剩余物为原料，一般使用脲醛树脂作为胶黏剂，在生产和使用过程中存在游离甲醛释放的问题，危害人体健康并对环境造成影响，因此碎料板的无胶胶合技术越来越受到关注。大部分碎料板的无胶胶合技术都是对原料进行物理处理，化学处理和生物发酵等预处理，分解原料的纤维素、半纤维素、木质素等组分，生成自粘物质，将木质素、半纤维素等物质暴露在原料表面，经过热压达到无胶胶合的目的。富含纤维素、半纤维素、木质素的材料均可用作无胶胶合板的原材料。对原料进行发酵处理，在一定条件下也可分解原材料组分，相比于物理、化学处理，微生物发酵过程对环境造成污染小，对纤维的损伤小并且没有化学物质残留。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种乳酸菌发酵竹青碎料制备无胶碎料板的方法及其产品，以解决上述现有技术存在的问题，本发明提供的方法利用乳酸菌发酵可以降解竹材中纤维素、半纤维素和木质素，并生成具有自粘特性的物质的特性，该方法制备的竹青碎料无胶板不仅能满足国家标准的要求，而且在生产、使用过程中不产生有害物质和化学残留。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供一种乳酸菌发酵竹青碎料制备无胶碎料板的方法，包括以下步骤：
7.(1)将竹青废料烘干，除杂，粉碎，得到竹青碎料；
8.(2)所述竹青碎料加入复合乳酸菌溶液，进行厌氧发酵；
9.(3)厌氧发酵后的竹青碎料干燥，组坯，再经热压后得到所述无胶碎料板；
10.所述复合乳酸菌溶液包括副干酪乳酸菌、植物乳杆菌和布氏乳酸菌。
11.进一步地，所述副干酪乳酸菌、植物乳杆菌和布氏乳酸菌的质量比为1：(1-2)：(1-2)。
12.进一步地，在步骤(1)中，所述烘干为将所述竹青废料烘干至含水率为8-12wt％。
13.进一步地，步骤(1)得到的竹青碎料不超过40目。
14.进一步地，在步骤(2)中，所述竹青碎料加入复合乳酸菌溶液后的含水率为62-68wt％。
15.进一步地，在步骤(2)中，所述厌氧发酵的发酵条件为：25℃，发酵5-10d。
16.进一步地，在步骤(3)中，所述干燥采用气干。
17.进一步地，在步骤(3)中，所述热压为三段热压，分别为挤水段，干燥段和塑化段，所述三段热压的热压曲线为：挤水段温度为120～140℃，压力为4.0～8.0mpa，热压时间为(1.5～2.0min/mm)
×
板厚；干燥段温度为130～150℃，压力降至0.5～1.0mpa，热压时间为(1.0～1.5min/mm)
×
板厚；塑化段温度为170～190℃，压力为4.0～8.0mpa，热压时间为(2.0～2.5min/mm)
×
板厚。
18.本发明还提供一种根据上述的方法制备得到的无胶碎料板。
19.本发明公开了以下技术效果：
20.本发明制备碎料板采用无胶胶合技术，即通过生物发酵预处理，分解原料的纤维素、半纤维素、木质素等组分，生成自粘物质，将木质素、半纤维素等物质暴露在原料表面，经过热压达到无胶胶合的目的。对原料进行发酵处理，在一定条件下也可分解原材料组分，相比于物理、化学处理，微生物发酵过程对环境造成污染小，对纤维的损伤小并且没有化学物质残留。
21.相比于大多数微生物，乳酸菌具有较高的利用木糖的能力，能够更好地分解竹材组分，生成自粘物质。混合培养不同菌株，可以有效改善单株菌种成分单一、元素不全、活性低的问题，有利于提高纤维素、半纤维素、木质素的分解速率，缩短生产周期。本发明利用副干酪乳酸菌、植物乳杆菌和布氏乳酸菌组成的混合菌剂发酵，纤维素、半纤维素在发酵作用下发生酶促反应分解生成糖类；产生的糖类继续促进乳酸菌的发酵，并且糖化和乳酸菌对糖的发酵可以同时进行；降解产物吸附在纤维表面，有助于纤维间的粘结。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本发明的工艺流程图；
24.图2为实施例1中竹青碎料发酵前后的扫描电镜的照片，其中a为发酵前，b为发酵后；
25.图3为实施例1中竹青碎料发酵前后的体视显微镜的照片，其中a为发酵前，b为发酵后；
26.图4为实施例1-3制备的无胶竹青碎料板剖面的体视显微镜的照片，其中，a为实施例2制备的粗竹青碎料板，b为实施例1制备的细竹青碎料板，c为实施例3制备的混合竹青碎料板。
具体实施方式
27.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
28.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每
个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
29.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
30.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
31.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
32.以下实施例中使用的竹青废料为竹秆加工过程中产生的竹材加工剩余物(不包括竹黄、竹膜部分)，包括锯切形成的锯末，刨削形成的刨花，铣削形成的碎屑等。
33.副干酪乳酸菌、植物乳杆菌和布氏乳酸菌菌粉，购自山东中科嘉亿生物工程有限公司。
34.实施例1
35.本实施例的无胶竹青碎料板的制备方法(工艺流程参见图1)，其步骤如下：
36.(1)将竹青废料烘干至含水率为8wt％，去除杂质并粉碎过筛得到尺寸在5目以下的竹青碎料。
37.(2)在步骤(1)得到的5目以下的竹青碎料上，均匀喷洒复合乳酸菌溶液至含水率为62wt％，在25℃厌氧条件下混合发酵10天；
38.复合乳酸菌溶液的配制：副干酪乳酸菌、植物乳杆菌和布氏乳酸菌菌粉按质量比1：1：1混合成复合菌粉，复合菌粉和水按照质量比4：105，配制成复合乳酸菌溶液；
39.(3)发酵后的竹青碎料气干至含水率为30wt％，组坯并进行三段热压(板厚为3.5mm)，三段热压分别为挤水段，干燥段和塑化段，三段热压的热压曲线为：挤水段温度为140℃，压力为8.0mpa，热压时间为5.25min(即1.5min/mm
×
3.5mm)；干燥段温度不变，压力降至1.0mpa，热压时间为5.25min(即1.5min/mm
×
3.5mm)；塑化段温度升至180℃，压力为8.0mpa，热压时间为7min(即2min/mm
×
3.5mm)，得到厚度为3.5
±
0.2mm的无胶竹青碎料板。
40.本实施例中，竹青碎料发酵前后的扫描电镜和体视显微镜的照片见图2-3。
41.实施例2
42.本实施例的无胶竹青碎料板的制备方法(工艺流程参见图1)，其步骤如下：
43.(1)将竹青废料烘干至含水率为10wt％，去除杂质并粉碎过筛得到10～40目的竹青碎料。
44.(2)在步骤(1)得到的10～40目的竹青碎料上，均匀喷洒复合乳酸菌溶液至含水率为65wt％，在25℃厌氧条件下混合发酵5天；
45.复合乳酸菌溶液的配制：副干酪乳酸菌、植物乳杆菌和布氏乳酸菌菌粉按质量比1：2：1，混合成复合菌粉，复合菌粉和水按照质量比4：105，配制成复合乳酸菌溶液；
46.(3)将发酵后的竹青碎料气干至含水率为35wt％，组坯并进行三段热压(板厚为3.5mm)，三段热压分别为挤水段，干燥段和塑化段，三段热压的热压曲线为：挤水段温度为130℃，压力为8.0mpa，热压时间为7min(即2min/mm
×
3.5mm)；干燥段温度为140℃，压力降至1.0mpa，热压时间为3.5min(即1.0min/mm
×
3.5mm)；塑化段温度升至170℃，压力为8.0mpa，热压时间为7min(即2min/mm
×
3.5mm)，得到厚度为3.5
±
0.2mm的无胶竹青碎料板。
47.实施例3
48.本实施例的无胶竹青碎料板的制备方法(工艺流程参见图1)，其步骤如下：
49.(1)将竹青废料烘干至含水率为12wt％，去除杂质并粉碎过筛分别得到5～10目和10～40目两组竹青碎料；
50.(2)分别在步骤(1)得到的5～10目和10～40目两组竹青碎料上，均匀喷洒复合乳酸菌溶液至含水率为68wt％，在25℃厌氧条件下分别发酵7天；
51.复合乳酸菌溶液的配制：副干酪乳酸菌、植物乳杆菌和布氏乳酸菌菌粉按质量比1：1：2，混合成复合菌粉，复合菌粉和水按照质量比2：105，配制成复合乳酸菌溶液；
52.(3)将发酵后的5～10目和10～40目两组竹青碎料分别气干至含水率为40wt％，组坯时，上下表面为10～40目的竹青碎料，中间为5～10目的竹青碎料，铺成板坯；
53.(4)将板坯进行三段热压，三段热压分别为挤水段，干燥段和塑化段，三段热压的热压曲线为：挤水段温度为130℃，压力为8.0mpa，热压时间为5.25min(即1.5min/mm
×
3.5mm)；干燥段温度为140℃，压力降至1.0mpa，热压时间为3.5min(即1.0min/mm
×
3.5mm)；塑化段温度升至180℃，压力为8.0mpa，热压时间为8.75min(即2.5min/mm
×
3.5mm)，得到厚度为3.5
±
0.2mm的无胶竹青碎料板。
54.实施例3采用分别发酵、组坯的方式，表层竹碎料较细小，芯层竹碎料较粗大，制得的无胶碎料板表面平整，可进行各种贴面，且尺寸稳定性较好。
55.对比例1
56.同实施例1，区别在于，将实施例1步骤(2)中的复合乳酸菌溶液替换为副干酪乳酸菌溶液，配制方法为：副干酪乳酸菌菌粉和水按照质量比4：105，配制成副干酪乳酸菌溶液。
57.对比例2
58.同实施例1，区别在于，将实施例1步骤(2)中的复合乳酸菌溶液替换为布氏乳酸菌溶液，配制方法为：布氏乳酸菌菌粉和水按照质量比4：105，配制成布氏乳酸菌溶液。
59.对比例3
60.同实施例1，区别在于，将实施例1步骤(2)中的复合乳酸菌溶液替换为植物乳杆菌溶液，配制方法为：植物乳杆菌菌粉和水按照质量比4：105，配制成植物乳杆菌溶液。
61.将实施例1-3经处理得到的无胶竹青碎料板进行体视显微镜拍照，结果见图4；再根据gb/t 17657-2013人造板及饰面人造板理化性能试验方法，对实施例1-3和对比例1-3制备的无胶竹青碎料板测试尺寸稳定性、吸水厚度膨胀率、静曲强度和弹性模量、内结合强度，根据lyt 2718-2016人造板剖面密度测定方法测试其剖面密度，其测试结果和物理力学性能如下表1所示。从表1可以看出，使用副干酪乳酸菌、植物乳杆菌和布氏乳酸菌进行混合发酵，能够有效提升无胶竹青碎料板的物理力学性能。
62.表1
[0063][0064]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。