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CN108070462B - 生物降解环保型玻璃清洗液 - Google Patents

生物降解环保型玻璃清洗液 Download PDF

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CN108070462B CN201810039671.7A CN201810039671A CN108070462B CN 108070462 B CN108070462 B CN 108070462B CN 201810039671 A CN201810039671 A CN 201810039671A CN 108070462 B CN108070462 B CN 108070462B
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Abstract

本发明公开了一种生物降解环保型玻璃清洗液，包括如下重量份的组分：生物表面活性剂3‑8份、生物酶复配剂0.1‑0.5份、生物缓蚀剂1‑5份、去离子水70‑90份以及降冰点剂5‑20份。本发明的玻璃清洗液以生物表面活性剂替代传统玻璃水中的化学表面活性剂，以生物酶复配剂去除虫胶，以生物酶缓蚀剂实现缓蚀作用，不仅能去污、防冻、除虫胶、防腐蚀等，更重要的是能够完全实现生物降解，对环境零污染，对人类、动植物等几乎无害，安全环保。

Description

生物降解环保型玻璃清洗液
技术领域
本发明涉及一种玻璃清洗液，尤其涉及一种生物降解环保型玻璃清洗液，属于汽车玻璃清洗剂领域。
背景技术
玻璃清洗剂俗称是玻璃水，随着近年来汽车行业的蓬勃发展，已经成为汽车行业的最大易耗品。玻璃水主要用于汽车前、后挡风玻璃的清洁，一般配合雨刷器使用。传统的玻璃水配方中大多使用了多种难降解的高分子有机物等，随玻璃水使用过程流入土壤，进入地下水，虽然单辆汽车玻璃水用量不大，但会通过富集作用积少成多，最终将对土壤及地下水产生极大的污染，违背了可持续发展的环保理念。
中国专利ZL2011101976031公开了一种生物可降解型玻璃清洗液制品，包括以下成分：芽孢杆菌属微生物0.5-15wt％，假单胞菌属微生物1-30wt％，表面活性剂1-20wt％，和无机盐0.5-15wt％，其中芽孢杆菌属微生物和假单胞菌属微生物是孢子形式。该专利中，芽孢杆菌属微生物等多种微生物可存活于常规的玻璃清洗液中，且其在生长期能分泌多种胞外酶，这些酶可将玻璃清洗液中的有机物降解为其生长所需的营养物质，从而起到净化环境的作用。
但是，该专利中的玻璃清洗液仍然使用了化学表面活性剂，例如阴离子表面活性剂，清洗后的液体仍然对土壤及地下室造成污染，不能从根本上解决污染环境的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能彻底实现生物降解、环境友好型的玻璃清洗液。
技术方案：本发明所述的生物降解环保型玻璃清洗液，包括如下重量份的组分：生物表面活性剂3-8份、生物酶复配剂0.1-0.5份、生物缓蚀剂1-5份、水50-80份以及降冰点剂10-40份。这里的水主要是指不含金属离子的水源，避免析出后刮花挡风玻璃，而去离子水是成本最低的，也是行业内通用的。
其中，所述生物表面活性剂包含糖脂、脂肽和脂肪酸类生物表面活性剂中的一种，优选为脂肽类生物表面活性剂，可以由枯草芽孢杆菌LPB-3生物发酵纯化制备而得，其中，枯草芽孢杆菌LPB-3的分类命名为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，该菌株已于2017年12月4日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCCNo.14375；当然，脂肽类生物表面活性剂也可以外购获得。
脂肽是由亲水的肽链和亲油的脂肪烃链组成的一类化合物，拥有优良的表面活性剂性能，且来源于微生物发酵产物纯化制备，完全可生物降解。
所述生物酶复配剂包含蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、过氧化氢酶和溶菌酶中的至少一种。具体来说，生物酶复配剂可由蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶和溶菌酶组成，且蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶和溶菌酶的重量比为1～10:1～8:1～3:1～5:1。本发明中，生物酶复配剂又可称为“除虫胶剂”，“虫胶”包含虫尸、鸟类排泄物等污染物，主要成分为蛋白质、脂肪、树脂、色素等，可通过生物酶复配剂去除。
所述生物缓蚀剂包含氨基酸类缓蚀剂、松香衍生物缓蚀剂和海洋生物提取物缓蚀剂中的至少一种，具体可由氨基酸类缓蚀剂，由赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸组成，且赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸的重量比为1～5:1～5:1。生物缓蚀剂的原理是利用生物大分子物质上的大量活性基团在金属表面吸附后成膜，保护金属物质表面，实现缓蚀作用。
所述降冰点剂包含甲醇、乙醇和乙二醇中的至少一种，其中，甲醇、乙醇和乙二醇以任意比例溶解于水，可以显著降低玻璃水的冰点，提升玻璃水的防冻性能及除冰霜性能，且成本低廉，易生物降解。优选的，降冰点剂可由甲醇和乙醇组成，且甲醇和乙醇的重量比为1～5:1。
有益效果：与现有技术相比，本发明的玻璃清洗液以生物表面活性剂替代传统玻璃水中的化学表面活性剂，以生物酶复配剂去除虫胶，以生物酶缓蚀剂实现缓蚀作用，不仅能去污、防冻、除虫胶、防腐蚀等，更重要的是能够完全实现生物降解，对环境零污染，对人类、动植物等几乎无害，安全环保。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明玻璃清洗液的原料，脂肽类生物表面活性剂可以自制，也可以通过市售获得；其它原料均通过市售获得，原料均按重量份计。
脂肽类生物表面活性剂的自制方法如下：发明人将南京老山国家森林公园腐败的枯木落叶中分离后，经紫外线、微波、硫酸二乙酯及原生质体进行复合诱变后筛选得到本发明的枯草芽孢杆菌LPB-3，分类命名为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，该菌株已于2017年12月4日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCCNo.14375。将枯草芽孢杆菌LPB-3进行发酵培养、分离纯化后得到脂肽类生物表面活性剂，该生物表面活性剂的纯度高达80-95％。
上述脂肽类生物表面活性剂的方法，具体包括如下步骤：
(1)将枯草芽孢杆菌LPB-3菌株接种于LB固体培养基中进行活化，培养温度为32-37℃，静置培养16-24h；
(2)活化后的斜面菌株进行一级种子扩大培养，培养温度为32-37℃，转速150-200rpm，培养周期10-15h；
(3)按1-5％的接种量将一级种子液进行二级种子扩大培养，培养温度为32-37℃，转速100-150rpm，通气量1-1.5vvm，压力0.02-0.04MPa，培养周期8-12h；
(4)按5-10％的接种量将二级种子液进行发酵培养，培养温度为32-37℃，初始pH为6.5-7.0，转速50-100rpm，通气量0.5-1vvm，压力0.02-0.04MPa，培养周期36-48h，得到发酵液；
(5)将发酵液经低温离心、过滤、树脂吸附后，制备得到脂肽类生物表面活性剂。
在步骤(1)中，培养基中包含碳源和氮源，其中，碳源包括葡萄糖、玉米浆粉、糖蜜、甘油和葡萄糖浆中的至少一种；氮源包括硫酸铵、大豆粉、酵母提取物、蛋白胨、硝酸钠、谷氨酸钠、氨水中的至少一种。培养基中还包括微量元素，该微量元素包括甘氨酸、谷氨酸、色氨酸、赖氨酸、维生素B1、维生素B6、维生素B12中的至少一种。培养基中还包括无机盐，该无机盐包括硫酸镁、氯化钾、氯化钠、氯化钙、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾中的至少一种。
步骤(5)中，发酵液在1-5℃、4000-10000rpm的条件下离心10-20min，收集上清液，再使用50-200kDa的PES超滤膜进行多次超滤，最后使用大孔吸附树脂进行吸附后洗脱，得到脂肽类生物表面活性剂；其中，这里的大孔吸附树脂可以为D101大孔吸附树脂、AB-8大孔吸附树脂或X-5大孔吸附树脂，优选为X-5大孔吸附树脂。
实施例1-5是采用100L发酵罐发酵、分离制备脂肽类生物表面活性剂。
实施例1
取一环枯草芽孢杆菌LPB-3菌株接种于LB试管斜面培养基中进行活化，培养温度为32℃，静置培养24h。活化后的斜面菌株接入2L摇瓶中进行一级种子扩大培养，培养温度为32℃，摇床转速150rpm，培养周期10h。按1％的接种量将一级种子液接入10L种子罐中进行二级种子扩大培养，培养温度为32℃，转速100rpm，通气量1vvm，罐压0.02MPa，培养周期8h。按5％的接种量将二级种子液接入100L发酵罐中进行发酵培养，培养温度为32℃，初始pH为6.5，转速50rpm，通气量0.5vvm，罐压0.02MPa，培养周期36h。将所得发酵液在1℃、4000rpm的条件下离心10min，收集上清液。再使用截留分子量为50kDa的PES聚醚砜超滤膜进行超滤，从离心上清液中截留脂肽大分子胶束。最后使用D101大孔吸附树脂进行吸附后洗脱，得到脂肽类生物表面活性剂原液。测定原液中脂肽类生物表面活性剂产量及纯度。
实施例2
取一环枯草芽孢杆菌LPB-3菌株接种于LB试管斜面培养基中进行活化，培养温度为35℃，静置培养24h。活化后的斜面菌株接入2L摇瓶中进行一级种子扩大培养，培养温度为35℃，摇床转速200rpm，培养周期15h。按4％的接种量将一级种子液接入10L种子罐中进行二级种子扩大培养，培养温度为35℃，转速150rpm，通气量1.5vvm，罐压0.04MPa，培养周期12h。按8％的接种量将二级种子液接入100L发酵罐中进行发酵培养，培养温度为35℃，初始pH为7.0，转速100rpm，通气量1vvm，罐压0.04MPa，培养周期48h。将所得发酵液在5℃、10000rpm的条件下离心20min，收集上清液。再使用截留分子量为200kDa的PES聚醚砜超滤膜进行超滤，从离心上清液中截留脂肽大分子胶束。最后使用D101大孔吸附树脂进行吸附后洗脱，得到脂肽类生物表面活性剂原液。测定原液中脂肽类生物表面活性剂产量及纯度。
实施例3
取一环枯草芽孢杆菌LPB-3菌株接种于LB试管斜面培养基中进行活化，培养温度为35℃，静置培养24h。活化后的斜面菌株接入2L摇瓶中进行一级种子扩大培养，培养温度为35℃，摇床转速150rpm，培养周期12h。按5％的接种量将一级种子液接入10L种子罐中进行二级种子扩大培养，培养温度为35℃，转速100rpm，通气量1vvm，罐压0.04MPa，培养周期8h。按10％的接种量将二级种子液接入100L发酵罐中进行发酵培养，培养温度为35℃，初始pH为6.5，转速100rpm，通气量1vvm，罐压0.04MPa，培养周期48h。将所得发酵液在2℃、8000rpm的条件下离心15min，收集上清液。再使用截留分子量为100kDa的PES聚醚砜超滤膜进行超滤，从离心上清液中截留脂肽大分子胶束和大分子杂蛋白，然后向其中加入胶束分散剂甲醇使脂肽胶束分散成单体，再采用该膜分离使大分子蛋白质被截留分离出去。最后使用AB-8大孔吸附树脂进行吸附后洗脱，得到脂肽类生物表面活性剂原液。测定原液中脂肽类生物表面活性剂产量及纯度。
实施例4
取一环枯草芽孢杆菌LPB-3菌株接种于LB试管斜面培养基中进行活化，培养温度为37℃，静置培养24h。活化后的斜面菌株接入2L摇瓶中进行一级种子扩大培养，培养温度为37℃，摇床转速200rpm，培养周期15h。按5％的接种量将一级种子液接入10L种子罐中进行二级种子扩大培养，培养温度为37℃，转速150rpm，通气量1.5vvm，罐压0.04MPa，培养周期12h。按10％的接种量将二级种子液接入100L发酵罐中进行发酵培养，培养温度为37℃，初始pH为7.0，转速100rpm，通气量1vvm，罐压0.04MPa，培养周期48h。将所得发酵液在3℃、8000rpm的条件下离心10min，收集上清液。再使用截留分子量为150kDa的PES聚醚砜超滤膜进行超滤，从离心上清液中截留脂肽大分子胶束和大分子杂蛋白，然后向其中加入胶束分散剂甲醇使脂肽胶束分散成单体，再采用该膜分离使大分子蛋白质被截留分离出去。最后使用X-5大孔吸附树脂进行吸附后洗脱，得到脂肽类生物表面活性剂原液。测定原液中脂肽类生物表面活性剂产量及纯度。
实施例5
取一环枯草芽孢杆菌LPB-3菌株接种于LB试管斜面培养基中进行活化，培养温度为35℃，静置培养24h。活化后的斜面菌株接入2L摇瓶中进行一级种子扩大培养，培养温度为35℃，摇床转速150rpm，培养周期12h。按4％的接种量将一级种子液接入10L种子罐中进行二级种子扩大培养，培养温度为35℃，转速120rpm，通气量1.2vvm，罐压0.04MPa，培养周期8h。按10％的接种量将二级种子液接入100L发酵罐中进行发酵培养，培养温度为35℃，初始pH为6.5，转速75rpm，通气量1vvm，罐压0.04MPa，培养周期48h。将所得发酵液在4℃、8000rpm的条件下离心20min，收集上清液。再使用截留分子量为150kDa的PES聚醚砜超滤膜进行超滤，从离心上清液中截留脂肽大分子胶束和大分子杂蛋白，然后向其中加入胶束分散剂甲醇使脂肽胶束分散成单体，再采用该膜分离使大分子蛋白质被截留分离出去。最后使用X-5大孔吸附树脂进行吸附后洗脱，得到脂肽类生物表面活性剂原液。测定原液中脂肽类生物表面活性剂产量及纯度。
通过以下实验方法对上述实施例及对比例的产品进行测试，其中，涉及的物理量或者指标的测定方法或者计算方法，如果没有特别说明，按照下面所述的方法进行。
脂肽类生物表面活性剂产量测定方法(HPLC法)：样品用0.2μm水系微孔滤膜过滤，进样量20μL，紫外检测波长205nm，色谱柱为4.6mm×25cm ODS-2反相疏水柱，流动相为乙腈：乙酸(10g/L)＝4:1，柱温30℃，流速1.5mL/min。
脂肽类生物表面活性剂纯度：分离纯化后的脂肽类表面活性剂原液中脂肽表面活性剂质量百分比。
1、脂肽生物表面活性剂产量及纯度
分别测定实施例1-5脂肽类生物表面活性剂原液中脂肽类生物表面活性剂的产量及纯度，实验结果见表1。
表1脂肽类生物表面活性剂的产量及纯度实验结果
序号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
产量/(g/L) 0.21 1.47 1.68 0.89 2.56
纯度(％) 80 86 90 83 95
由上表实验结果可以看出，实施例5制备的脂肽类生物表面活性剂原液中脂肽类生物表面活性剂的产量及纯度均最高，为最佳制备过程。制备过程中不同参数改变时，均会影响最后脂肽类生物表面活性剂的产量及纯度。
将实施例5所得脂肽类生物表面活性剂按以下五个配方配制成玻璃水。
实施例5-1
原料：脂肽类生物表面活性剂6份、生物酶复配剂0.5份、生物缓蚀剂3.5份、去离子水80份、降冰点剂10份。其中，降冰点剂为甲醇和乙醇，且重量比为1:1；生物酶复配剂由蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶和溶菌酶按重量比1:1:1:1:1组成；生物缓蚀剂为氨基酸类缓蚀剂，且赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸的重量比为1:1:1。
实施例5-2
原料：脂肽类生物表面活性剂8份、生物酶复配剂0.5份、生物缓蚀剂1.5份、去离子水50份、降冰点剂40份。其中，降冰点剂为甲醇和乙醇，且重量比为5:1；生物酶复配剂由蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶和溶菌酶按重量比为10:8:3:5:1组成；生物缓蚀剂为氨基酸类缓蚀剂，且赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸的重量比为5:5:1。
实施例5-3
原料：脂肽类生物表面活性剂5份、生物酶复配剂0.3份、生物缓蚀剂1份、去离子水73.7份、降冰点剂20份。其中，降冰点剂为甲醇和乙醇，且重量比为2:1；生物酶复配剂由蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶和溶菌酶按重量比为5:4:2:4:1组成；生物缓蚀剂为氨基酸类缓蚀剂，且赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸的重量比为3:3:1。
实施例5-4
原料：脂肽类生物表面活性剂3份、生物酶复配剂0.1份、生物缓蚀剂5份、去离子水66.9份、降冰点剂25份。其中，降冰点剂为甲醇和乙醇，且重量比为3:1；生物酶复配剂由蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶和溶菌酶按重量比为6:1:2:4:1组成；生物缓蚀剂为氨基酸类缓蚀剂，且赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸的重量比为3:2:1。
实施例5-5
原料：脂肽类生物表面活性剂5份、生物酶复配剂0.3份、生物缓蚀剂3份、去离子水61.7份、降冰点剂30份。其中，降冰点剂为甲醇和乙醇，且重量比为3:1；生物酶复配剂由蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶和溶菌酶按重量比为4:2:1:2:1组成；生物缓蚀剂为氨基酸类缓蚀剂，且赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸的重量比为2:2:1。
实施例6
原料：槐糖脂生物表面活性剂5份、生物酶复配剂0.3份、生物缓蚀剂3份、去离子水61.7份、降冰点剂30份。其中，降冰点剂为甲醇和乙醇，且重量比为3:1；生物酶复配剂由蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶和溶菌酶按重量比为4:2:1:2:1组成；生物缓蚀剂为氨基酸类缓蚀剂，且赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸的重量比为2:2:1。
实施例7
原料：鼠李糖脂生物表面活性剂5份、生物酶复配剂0.3份、生物缓蚀剂3份、去离子水61.7份、降冰点剂30份。其中，降冰点剂为甲醇和乙醇，且重量比为3:1；生物酶复配剂由蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶和溶菌酶按重量比为4:2:1:2:1组成；生物缓蚀剂为氨基酸类缓蚀剂，且赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸的重量比为2:2:1。
制备方法：以上原料按重量份混合均匀即得本发明的玻璃清洗液。
对比例1
市售某汽车玻璃水，按照重量份的配方为：甲醇47份、去离子水32份、二水氯化钙6份、十二烷基醇醚硫酸钠5份、山梨醇单棕榈酸酯6份、柠檬酸钠2份、偏硅酸钠4份。
对比例2
市售某汽车玻璃水，按照重量份的配方为：甲醇30份、二水氯化钙8份、烷基酚聚氧乙烯醚6份、山梨醇单棕榈酸酯7份、水溶性硅油6份、去离子水60份。
通过以下实验方法对上述实施例及对比例的产品进行测试：
2、冰点测试
实验方法及步骤详见GB/T 23436-2009《汽车风窗玻璃清洗液》，实验结果见表1。
表2冰点测试实验结果
Figure BDA0001549108150000081
由上表实验结果可以看出，本发明实施例制备的生物降解环保型汽车玻璃水与对比例1、2制备的玻璃水同样具有优良的抗冻性能，且随着降冰点剂含量的增加，抗冻性能越好，可以根据季节及地域差异需要配制不同冰点的玻璃水，实施例5-5、6、7的测试冰点能满足大多数地区冬季使用。研究发现，配方中其他成分对玻璃水冰点不会有影响，主要看降冰点剂添加量，添加越多，冰点越低，优良的抗冻性能没有具体范围，一般根据地域冬季气温来搭配选择产品，比如南方可能用冰点到-5℃，中部可能要用冰点到-20℃，北方可能要用冰点到-40℃左右。
3、金属腐蚀性测试
实验方法及步骤详见GB/T 23436-2009《汽车风窗玻璃清洗液》，实验结果见表2。
表3金属腐蚀性测试实验结果
Figure BDA0001549108150000082
Figure BDA0001549108150000091
由上表实验结果可以看出，本发明实施例制备的生物降解环保型汽车玻璃水相较于对比例1-2的玻璃水，更能满足GB/T23436-2009《汽车风窗玻璃清洗液》对金属腐蚀性的技术要求，即金属试片质量变化范围为铝片±0.30mg/cm3、黄铜片±0.15mg/cm3、镀锌钢板±0.80mg/cm3。其中，质量变化越大，说明腐蚀的越严重，而实施例5-1～5-5、
实施例6-7测试结果都比对比例1-2好很多，尤其以实施例5-5抗腐蚀性能最佳。同时，本发明的生物降解环保型汽车玻璃水比对比例中的玻璃水具有更加优良的抗腐蚀性能和缓蚀性能。
4、生物降解能力测试
实验方法及步骤详见GB/T 19277，实验结果见表3。
表4生物降解能力测试实验结果
Figure BDA0001549108150000092
由上表实验结果可以看出，本发明实施例5-1～5-5、实施例6-7制备的生物降解环保型汽车玻璃水与对比例1、2玻璃水相比，具有优异的生物降解性能。
由此可见，本发明的生物降解环保型汽车玻璃水可完全生物降解，对环境零污染。

Claims (5)

1.一种生物降解环保型玻璃清洗液，其特征在于包括如下重量份的组分：生物表面活性剂3-8份、生物酶复配剂0.1-0.5份、生物缓蚀剂1-5份、水50-80份以及降冰点剂10-40份；所述生物表面活性剂为脂肽类生物表面活性剂，由枯草芽孢杆菌LPB-3生物发酵纯化制备而得，其中，枯草芽孢杆菌LPB-3的分类命名为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)，该菌株已于2017年12月4日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为CGMCC No.14375；所述生物酶复配剂包含蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶、果胶酶、过氧化氢酶和溶菌酶中的至少一种；所述生物缓蚀剂包含氨基酸类缓蚀剂、松香衍生物缓蚀剂和海洋生物提取物缓蚀剂中的至少一种；所述降冰点剂包含甲醇、乙醇和乙二醇中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的玻璃清洗液，其特征在于：所述生物酶复配剂由重量比分别为1～10:1～8:1～3:1～5:1的蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、果胶酶和溶菌酶组成。
3.根据权利要求1所述的玻璃清洗液，其特征在于：所述生物缓蚀剂为氨基酸类缓蚀剂。
4.根据权利要求3所述的玻璃清洗液，其特征在于：所述氨基酸类缓蚀剂由重量比为1～5:1～5:1的赖氨酸、精氨酸和天冬氨酸组成。
5.根据权利要求1所述的玻璃清洗液，其特征在于：所述降冰点剂由重量比为1～5:1的甲醇和乙醇组成。
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