CN101503829A

CN101503829A - 红麻韧皮工厂化生物脱胶工艺

Info

Publication number: CN101503829A
Application number: CNA2008101437621A
Authority: CN
Inventors: 刘正初; 郑科; 段盛文; 冯湘沅; 成莉凤; 郭刚; 胡镇修; 张运雄
Original assignee: Institute of Bast Fiber Crops of CAAS
Current assignee: Institute of Bast Fiber Crops of CAAS
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: CN101503829B

Abstract

本发明公开了一种红麻韧皮工厂化生物脱胶工艺，包括以下步骤：先对红麻韧皮进行碾压，直至红麻韧皮松散且未伤及红麻纤维，将欧文氏杆菌菌剂进行活化、扩增处理，得到菌悬液；对菌悬液进行稀释，然后对红麻韧皮进行浸泡接种或者喷淋接种；再对红麻韧皮进行浸泡发酵或者湿润发酵，直至红麻韧皮变蓝且横撕麻片呈网状结构；对发酵后的红麻韧皮用热水灭活；再进行洗麻处理，一边碾压一边用高压水冲洗，直至获得红麻纤维。本发明的脱胶工艺具有脱胶周期短、生产成本低、投资小、场地占用小、人工劳动强度小、环保无污染且产品质量稳定等优点。

Description

红麻韧皮工厂化生物脱胶工艺

技术领域

本发明涉及一种利用微生物处理植物材料的方法，尤其涉及一种利用微生物处理红麻韧皮并提取红麻纤维的工艺方法。

背景技术

目前，国内外红麻、黄麻等麻类纤维提取均采用天然水体沤制方法，即“沤麻”。沤麻是人类最早发明的麻类纤维提取方法，至今已有2600多年历史。它是将成熟的麻杆晾晒1～2天后运至天然水体附近，扎成排，就地取石头、泥块等将其压入水下，沤制几天、十几天、甚至几十天，然后捞起来撕麻、洗麻、晒麻的加工过程。该方法之所以能沿袭数千年，是因为它适宜个体操作、只需投入劳动力成木。伴随人类社会的发展和科学技术的进步，沤麻方法存在的脱胶时间长、占用水面(与水产养殖业冲突)、产品质量不稳定、环境污染严重、劳动强度大、操作环境恶劣、损坏农田水利设施等突出问题，业已成为麻类产业发展的制约因素。

为此，国内外广泛开展了新工艺、新方法研究，形成了未脱离天然水体的“温水沤麻”、“围田沤麻”、“剥皮沤麻”和脱离天然水体的“雨露沤麻”、“沤麻袋沤麻工艺”、“黄麻和红麻陆地湿润脱胶技术”、“高效清洁型红麻韧皮生物脱胶技术”，并获得一定规模的生产应用。其中，“陆地湿润脱胶技术”、“红麻韧皮生物脱胶技术”居改良方法的领先地位。这些研究成果在不同程度上解决了传统沤麻方法的弊端。但是，由于其本质还是利用天然水体中混合微生物或者通过人工选育、诱变获得的菌种在天然条件下进行麻类发酵的加工过程，故而依然存在脱胶周期长、纤维产量和品质不稳定等关键性问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种脱胶周期短、生产成本低、投资小、场地占用小、人工劳动强度小、环保无污染且产品质量稳定的红麻韧皮工厂化生物脱胶工艺。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种红麻韧皮工厂化生物脱胶工艺，包括以下步骤：

(1)红麻韧皮的预处理：对从红麻茎秆上剥离出的红麻韧皮进行碾压，碾压至红麻韧皮松散且未伤及红麻纤维；预处理过程主要方便红麻韧皮均匀接种微生物，确保发酵效果均匀一致；

(2)欧文氏杆菌菌剂活化、扩增：将胡萝卜软腐欧文氏杆菌(Erwinia carotovora)变异菌株(CGMCC 2194)的菌剂进行活化、扩增处理，得到菌悬液；

(3)菌悬液的接种：首先对上述菌悬液进行稀释，然后将红麻韧皮浸泡在稀释后的菌悬液中进行浸泡接种或者将稀释后的菌悬液喷淋在红麻韧皮上进行喷淋接种；所述浸泡接种的浸泡次数在一次以上，每次浸泡处理时间不少于20min；

(4)发酵：将上述接种后的红麻韧皮进行浸泡发酵或者湿润发酵，直至红麻韧皮变蓝且横撕麻片呈网状结构时停止发酵；

(5)灭活：对发酵后的红麻韧皮用80～90℃的热水灭活；

(6)洗麻：将灭活后的红麻韧皮进行洗麻处理，洗麻过程中一边碾压一边用高压水冲洗，直至获得纯净的红麻纤维。

上述欧文氏杆菌菌剂活化、扩增步骤中，菌剂的活化、扩增是通过以下方式实现：将所述菌剂(该菌剂可按照中国ZL02108820.9号发明专利所述的技术方案制备得到)接种到肉汤培养基中进行活化，振荡或搅拌培养5～7h，使处于休眠态的菌剂变成活化态的菌悬液，再转接到豆饼培养基中进行扩增，培养5～7h，使微生物数量大幅度增加；或者直接将所述菌剂接种到特制豆饼培养基中进行活化和扩增；

直接将所述菌剂接种到特制豆饼培养基中进行活化和扩增的具体步骤包括：

(1)特制豆饼培养基的制备：将质量分数为1.75％±0.15％的豆饼粉、0.05％的K₂HPO₄、0.05％的NH₄H₂PO₄、0.2％的NaCl和余量的水置于培养罐中混合，然后加热至110℃±5℃灭菌，保温15±5min后，培养罐壁热交换降温至35±1℃；所述豆饼粉的粒度为100±20目；

(2)将所述菌剂置于水中边振荡边加热至35℃，预热15±5min；

(3)将预热后的菌剂按照特制豆饼培养基0.1％的体积分数接入到特制豆饼培养基中；

(4)对接种后的特制豆饼培养基以60～90r/min的转速进行搅拌发酵，并向其中通入压缩空气，压缩空气对所述特制豆饼培养基的流量为0.5m³/(m³·h)，培养罐内保持0.03～0.05MPa的压强，培养3h，然后每隔0.5h转速递增10～20r/min、压缩空气流量递增0.1m³/(m³·h)，直至达到后续步骤要求的检测指标。

上述后续步骤要求的检测指标包括：

(1)目测菌悬液颜色为蓝绿色；

(2)显微镜下观测，菌体呈细长杆状，单生和对生的数量各占50％左右，平均每个视野可见菌体数量达到50个以上；和

(3)活菌计数的菌体密度达到4×10⁹cfu·mL^-1。

在上述菌悬液的接种步骤中，对所述菌悬液进行稀释的方式可以为以下两种方式中的任意一种：

(1)将所述菌悬液注入10～15倍于红麻韧皮质量的水中稀释成活菌含量在6×10⁷cfu·mL^-1以上的稀菌悬液；

(2)将所述菌悬液注入3～4倍于红麻韧皮质量的水中稀释成活菌含量在3×10⁸cfu·mL^-1以上的浓菌悬液。

在上述菌悬液的接种步骤中，可以用稀菌悬液进行浸泡接种，所述浸泡接种的次数为2～4次，每次浸泡处理时间优选20～30min；也可以用浓菌悬液进行喷淋接种，所述喷淋接种时，用浓菌悬液喷淋至红麻韧皮含水率达到74％±2％。

上述浸泡发酵是指将接种后的红麻韧皮浸泡在稀释后的菌悬液中，在34±2℃、净化压缩空气对稀释后的菌悬液的流量为0.5～1.0m³/(m³·h)的条件下发酵6～7h；所述湿润发酵是指将接种后的红麻韧皮置于33±2℃、相对湿度在85％以上且空气对流的环境中发酵5～6h。

上述洗麻步骤中，所述高压水的压力≥0.5MPa。

上述红麻韧皮的预处理步骤中，将红麻韧皮(晾晒以后的干皮)解捆、理直，并分解成麻把用罗拉碾压装置进行碾压，每个麻把的质量为1.0～1.8kg；所述装置的罗拉数量优选4～8对，长度为240～480mm，直径为120～240mm；红麻韧皮的碾压过程呈线性前进运动，运动速度为42～52m·s^-1。在红麻韧皮装笼以前，抖落附着在红麻韧皮上的大部分杂物(例如泥沙、麻骨、叶柄、嫩梢、杂菌以及被腐烂的组织等等)，以便于红麻韧皮均匀接种微生物，确保发酵效果均匀一致。

上述红麻韧皮的预处理步骤中，经碾压后将红麻韧皮装笼，装料密度为每笼450±50kg。用于装载红麻韧皮的麻笼在装载以后整体形状呈圆柱体，直径一般在1800～2000mm，高度为1700±100mm，挂麻把的钢条(或排麻把隔板)之间的距离为150±10mm(麻笼的尺寸及结构可根据实践需要发生改变)。

与现有技术相比，上述本发明方法的优点在于：(1)脱胶周期大大缩短；传统的“沤麻法”脱胶需要几天，甚至几十天，而本发明方法的脱胶时间基本上可以稳定在6～8个小时；(2)生产成本大大降低；通过本发明方法将红麻韧皮加工成熟红麻的加工成本不超过500元/t；(3)投资小、场地占用小；本发明的工艺方法不占用水面，不受自然条件的限制，不与水产养殖业发生冲突，不会对农田水利设施造成破坏；(4)人工劳动强度小，可以大规模进行工业化生产；(5)生产过程环保，环境污染小；本发明方法的污染物排放量比传统工艺减少60％以上，每加工1吨原料可从源头上减少进入水体的污染物达270～280kg；(6)产品质量稳定；本发明方法将红麻韧皮加工成熟红麻的脱胶制成率稳定在65％以上，将熟红麻梳理成生产工艺墙纸用的纤维束的梳成率比市场购买产品的梳成率提高25％，将纤维束连接成纱线的接头工效提高30％以上。

附图说明

图1为罗拉碾压装置结构示意图；

图2为麻笼结构示意图；

图3为脱胶锅结构示意图；

图4为本发明的工艺流程图。

图例说明：

1、罗拉 11、进料口

12、出料口 13、弹簧

2、机座 3、驱动装置

4、底座 41、通气孔

5、立柱 6、挂麻钢架

61、挂麻把钢条 7、筒体

71、进水口 72、排水口

73、支撑件 74、分气管

75、分气孔 76、蒸汽管

8、气泵 81、压缩空气管

具体实施方式

实施例：

将农民从浙江、安徽、河南等红麻产区收购的不同品种和产地的红麻韧皮400kg进行生物脱胶，具体包括以下步骤(见图4所示工艺流程)：

(1)红麻韧皮的预处理：将上述收购的红麻纤维解捆、理直并分成麻把，每把的质量为1kg，对上述红麻韧皮的麻把进行碾压；碾压至红麻韧皮松散且未伤及红麻纤维的情况下(容易被微生物侵染)停止碾压，然后抖落附着在红麻韧皮上的大部分杂物(泥沙、麻骨、叶柄、嫩梢、杂菌以及被腐烂的组织等)；

上述碾压过程可用如图1所示的罗拉碾压装置进行处理，包括罗拉1(长度为240～480mm，直径为120～240mm)、机座2和驱动装置3；四对罗拉1分上下两排安装在机座2上，其一侧设有一进料口11，另一侧设有一出料口12；每个机座2顶部安装有四个弹簧13，前后机座上相对的两弹簧分别向下压在上排其中一个罗拉的转轴端部(弹簧的压力大小为200～400kg/cm²)；驱动装置3通过驱动下排靠近进料口11的罗拉，进而带动其他各个罗拉转动(转动方向如图1所示)；该罗拉碾压装置启动以后，分成麻把的红麻韧皮从进料口11喂入，经过罗拉1碾压后由出料口12送出，红麻韧皮的碾压过程是呈线性前进运动，运动速度为45m·s^-1；在能使红麻韧皮结构松散且不伤及红麻纤维的前提下，完全可以采用其他的碾压装置或碾压方式；

可将上述碾压后的红麻韧皮均匀装入如图2所示的麻笼中进行后续加工，该麻笼包括底座4、立柱5和挂麻钢架6，底座4和挂麻钢架6均为圆形，底座4的中心固接一立柱5，立柱5于挂麻钢架6的中心处将挂麻钢架6支撑起来；挂麻钢架6由多根挂麻把钢条61经连接杆焊接而成；底座4上开设有通气孔41；装载红麻韧皮以后的麻笼整体形状为圆柱体(直径2000mm、高1700mm)，挂麻把钢条61的间距为150mm，麻笼的装料密度为每笼450kg；

(2)欧文氏杆菌菌剂活化、扩增：将胡萝卜软腐欧文氏杆菌(Erwinia carotovora)变异菌株(CGMCC 2194)的菌剂进行活化、扩增处理，得到菌悬液；本实施例是直接接种到特制豆饼培养基中进行活化、扩增处理，具体的操作步骤为包括：

首先进行特制豆饼培养基的制备，特制豆饼培养基包括质量分数为1.75％的豆饼粉(粒径为100目)、0.05％的K₂HPO₄、0.05％的NH₄H₂PO₄、0.2％的NaCl和余量的水，然后用蒸汽直接加热至灭菌温度110±1℃，保温时间15min，培养罐壁热交换降温至35±1℃；然后将4℃温度下保存的活菌密度达到10¹⁰cfu·mL^-1的菌剂置于室温下解冻后置于水中，边振荡边加热至35℃，并于35℃水中预热15min.；再将预热的菌剂按照特制豆饼培养基0.1％的体积分数接入到特制豆饼培养基中；将搅拌机转速调至90r/min，在净化压缩空气对特制豆饼培养基的流量为0.5m³/(m³·h)、培养罐内压强为0.05MPa的条件下培养3h，然后间隔0.5h提高搅拌机转速10r/min、提高压缩空气流量0.1m³/(m³·h)，直至菌悬液同时满足下述要求：(a)目测菌悬液颜色为蓝绿色；(b)显微镜下观测，菌体呈细长杆状、单生和对生的数量各占50％，平均每个视野可见菌体数量达到50个；(c)活菌计数的菌体密度达到4×10⁹cfu·mL^-1；

(3)菌悬液的接种，具体包括以下工序：

首先将活化态的菌悬液注入10倍于红麻韧皮质量的水中(溶剂水已用蒸汽直接加热调节到35℃)稀释成活菌含量为6×10⁷cfu·mL^-1的稀菌悬液；

然后将装载有红麻韧皮的麻笼浸泡在稀释后的稀菌悬液中进行浸泡接种；浸泡接种的浸泡次数为两次，每次浸泡处理时间为30min；

(4)发酵：将上述接种后的红麻韧皮继续浸泡在稀释后菌悬液中进行浸泡发酵，在34±2℃、净化压缩空气对稀释后的菌悬液的流量为1.0m³/(m³·h)的条件下发酵7h；直至红麻韧皮变蓝、横撕麻片呈网状结构时停止发酵，并用水冲洗发酵后的红麻韧皮至红麻纤维分散开来；

如图3所示的脱胶锅，上述接种、发酵过程均可在脱胶锅内进行，脱胶锅主要由筒体7(直径2100mm，高2000mm)组成，筒体7顶部设有一进水口71，筒体7外壁的底部开设有一排水口72，筒体7内壁底部沿圆周方向均匀布设有四个支撑件73，脱胶锅底部装设有四根相互连通的分气管74，分气管74呈辐射状均布安装于脱胶锅底，分气管74上开设有分气孔75(分气孔75呈疏密疏状分布于分气管中部600mm的范围内)，其中一根分气管通过三通接头分别与蒸汽管76(由于接种等步骤中需要对菌悬液进行蒸汽加热，因此筒体底部接通有蒸汽管)、压缩空气管81相连通，压缩空气管81又与气泵8相连通；上述麻笼挂好麻把以后直接置于脱胶锅内进行接种、发酵，麻笼将安放在脱胶锅支撑件73的上方；由于发酵过程中需要通入压缩空气，因此从气泵8压缩进来的空气可通过压缩空气管81、分气管74上开设的分气孔75进入到麻笼底座4与脱胶锅底部之间空隙，再通过麻笼底座4上开设的通气孔41进入到脱胶锅内，以便于发酵；

(5)灭活：对发酵后的红麻韧皮用80～90℃的热水(蒸汽加热)灭活，再通入压缩空气处理35min，排出废液；(实践中也可以将接种剩余的菌悬液、培养罐的冷却水和洗罐水、脱胶锅内的清洗废水一并收集至上述脱胶锅内，然后用蒸汽加热至80～90℃，将发酵后的红麻韧皮浸泡其中，并通入压缩空气处理35min，排出废液，这样可以实现水资源的重复利用)

(6)洗麻：从麻笼中取出灭活后的红麻韧皮，对红麻韧皮进行碾压，在碾压的同时用高压水(压力为0.5MPa)对红麻韧皮进行冲洗，边冲洗边挤压，直至红麻纤维上残留的非纤维素物质小于红麻纤维重量的2％，进行晾晒或烘干，获得纯净红麻纤维(熟红麻)；用于洗麻的设备同样可以采用步骤1中的罗拉碾压装置，但需要在罗拉上部设一高压水管，以便在碾压洗麻过程中对红麻韧皮进行高压水冲洗。

运用本实施例的工艺进行循环脱胶，累计加工红麻韧皮30t，除了遇到工艺条件不满足以致出现生产不稳定的现象以外，正常运转生产试验成功率达到100％。本实施例的实施效果数据表明：(1)将红麻韧皮加工成熟红麻的脱胶制成率稳定在65％以上，将熟红麻梳理成生产工艺墙纸用的纤维束的梳成率比市场购买产品的梳成率提高25％，将纤维束连接成纱线的接头工效提高30％；(2)将红麻韧皮加工成熟红麻的加工成本为495元/t，其中劳动工资成本80～100元、水电费115元；(3)污染物产生量比传统方法减少60％，其中，预处理过程可收集的杂物占原料重量的8％，发酵过程中微生物消耗有机物占原料重量的8％左右，洗麻过程可收集固形物占原料重量的5％以上，因此每加工1t原料可从源头上减少进入水体的污染物达210kg。

上述实施例的活化、扩增过程采用的是直接将菌剂接种到特制豆饼培养基中进行活化和扩增的方式，实践中也可将该菌剂先接种到肉汤培养基中进行活化，振荡或搅拌培养7h，再转接到豆饼培养基中进行扩增，培养7h。

上述实施例的接种过程采用的是用稀菌悬液进行浸泡接种方式，实践中也可以制备出浓菌悬液(例如将活化、扩增后的菌悬液用3倍于红麻韧皮质量的水稀释成活菌含量3×10⁸cfu·mL^-1的浓菌悬液)进行喷淋接种，接种时喷淋至红麻韧皮含水率达到74％。

上述实施例的发酵过程采用的是浸泡发酵，实践中也可以采用湿润发酵方式，例如将接种后的红麻韧皮置于33±1℃、相对湿度在85％且空气对流的环境中发酵6h。

Claims

1、一种红麻韧皮工厂化生物脱胶工艺，包括以下步骤：

(1)红麻韧皮的预处理：对从红麻茎秆上剥离出的红麻韧皮进行碾压，碾压至红麻韧皮松散且未伤及红麻纤维；

(5)灭活：对发酵后的红麻韧皮用80～90℃的热水灭活；

2、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述欧文氏杆菌菌剂活化、扩增过程中，菌剂的活化、扩增是通过以下方式实现：将所述菌剂接种到肉汤培养基中进行活化，振荡或搅拌培养5～7h，再转接到豆饼培养基中进行扩增，培养5～7h；或者直接将所述菌剂接种到特制豆饼培养基中进行活化和扩增；

(2)将所述菌剂置于水中边振荡边加热至35℃，预热15±5min；

(4)对接种后的特制豆饼培养基以60～90r/min的转速进行搅拌发酵，并向其中通入压缩空气，压缩空气对所述特制豆饼培养基的流量为0.5m³/(m³·h)，培养罐内保持0.03～0.05MPa的压强，培养3h，然后，每隔0.5h转速递增10～20r/min、压缩空气流量递增0.1m³/(m³·h)，直至达到后续步骤要求的检测指标。

3、根据权利要求2所述的工艺，其特征在于所述后续步骤要求的检测指标包括：

(1)目测菌悬液颜色为蓝绿色；

(2)显微镜下观测，菌体呈细长杆状，单生和对生的数量各占50％，平均每个视野可见菌体数量达到50个以上；和

(3)活菌计数的菌体密度达到4×10⁹cfu·mL^-1。

4、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于对所述菌悬液进行稀释的方式为以下两种方式中的任意一种：

5、根据权利要求4所述的工艺，其特征在于所述稀菌悬液用于浸泡接种，浸泡接种的次数为2～4次，每次浸泡处理时间为20～30min；所述浓菌悬液用于喷淋接种，喷淋接种时，用浓菌悬液喷淋至红麻韧皮含水率达到74％±2％。

6、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述浸泡发酵是指将接种后的红麻韧皮浸泡在稀释后的菌悬液中，在34±2℃、通入的压缩空气对稀释后的菌悬液的流量为0.5～1.0m³/(m³·h)的条件下发酵6～7h；所述湿润发酵是指将接种后的红麻韧皮置于33℃±2℃、相对湿度在85％以上且空气对流的环境中发酵5～6h。

7、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：在洗麻过程中，所述高压水的压力≥0.5MPa。

8、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述红麻韧皮的预处理过程中，采用罗拉碾压装置对红麻韧皮进行碾压，罗拉数量为4～8对，长度为240～480mm，直径为120～240mm；碾压过程呈线性前进运动，运动速度为42～52m·s^-1。

9、根据权利要求1或8所述的工艺，其特征在于：所述红麻韧皮的预处理过程中，将红麻韧皮分解成麻把进行碾压，每个麻把的质量为1.0～1.8kg。