CN101519806A - 桑皮纤维汽爆脱胶工艺及其功能组分提取的方法 - Google Patents

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本发明属于韧皮纤维资源利用领域，特别涉及桑皮纤维汽爆脱胶工艺及其功能组分提取的方法。首先采用汽爆技术使得桑皮中半纤维素、木质素和果胶部分降解，然后通过水洗使得其中可溶性功能组分溶解，再对水洗液进行分离纯化分别得到黄酮类物质和低聚木糖，水洗后汽爆纤维原料经过漂白、给油、干燥、开松、梳理后得到的桑皮纤维洁白松散、质量好。汽爆脱胶不仅降低了工业化成本、有利于功能组分的提取，而且清洁、环保。该工艺方法开辟了桑皮脱胶的新途径，为桑皮资源综合利用提供了新思路。

Description

桑皮纤维汽爆脱胶工艺及其功能组分提取的方法
技术领域
本发明属于韧皮纤维利用领域，特别涉及桑皮纤维汽爆脱胶工艺及其功能组分的提取。
背景技术
桑树属桑科桑属，我国是世界上种桑养蚕最早的国家，并且收集保存的桑树种质分属15个桑种3个变种，是世界上桑种最多的国家。其中栽培种有鲁桑、白桑、广东桑、瑞穗桑；野生桑种有长穗桑、长果桑、黑桑、华桑、细齿桑、蒙桑、山桑、川桑、唐鬼桑、滇桑、鸡桑；变种有鬼桑(蒙桑的变种)、大叶桑(白桑的变种)、垂枝桑(白桑的变种)。我国桑树栽培范围广泛，东北自哈尔滨以南，西北从内蒙古南部至新疆、青海、甘肃、陕西，南至广东、广西，东至台湾，西至四川、云南，以长江中下游各地栽培最多。
我国约有800万亩桑田，桑叶用来养蚕，而砍伐下来的枝条大部分当柴烧或废弃不用，这是一个极其巨大的廉价原料市场。目前利用起来的桑枝主要用于生产纤维板、造纸、提取中药等，其中桑皮主要用于桑皮纤维的生产。桑皮纤维是是以桑树皮(桑树修剪枝条)为原料从中提取的纯天然绿色纺织纤维，具有优良的吸湿性、透气性、保暖性和一定的保健功效，其光泽良好、手感柔软、易于染色。桑皮纤维既有棉的特征，又具有麻纤维优点，因此具有极广阔的应用前景，是一种具有高附加值的纯天然绿色纤维。
桑皮原料的主要化学成分包括：纤维素、半纤维素和木质素(lignin)，这三种成分构成植物体的支持骨架；其中，纤维素组成微细纤维、构成植物细胞壁的网状骨架，而半纤维素和木质素则是填充的纤维之间的“粘合剂”和“填充剂”。三种组分的总和占桑皮总重量70％以上，其中纤维素含量一般为40～55％，半纤维素、木质素、水溶物和果胶的含量约50％。因此，桑皮纤维的脱胶处理与麻纤维脱胶有相似之处。表1列出了桑皮、大麻、苎麻和亚麻的组分对比(单位为％)：
表1 桑皮、大麻、苎麻、亚麻成份一览表
 
品种 纤维素 半纤维素 木质素 果胶质 脂蜡质 水溶物 灰份
桑皮 54.15 18.67 8.83 7.52 2.39 6.79 1.65
大麻 57.01 17.84 7.31 5.80 1.96 10.08 1.30
苎麻 73.59 13.29 1.19 4.04 0.54 7.35 3.53
亚麻 66.27 16.67 7.01 2.59 2.72 4.71 0.41
在桑皮中富含黄酮、生物碱、酚类物质、单宁酸及植物甾醇等多种药理活性组分，在医药、食品、化工领域有着广泛的用途。其中黄酮类是含量较大的活性成分之一。黄酮类化合物在食品和医药工业中有着广泛的应用，它可以作为天然着色剂、抗氧化剂和功能性食品的原料等。现代医学证明黄酮类化合物对人体具有多种医疗保健作用，具有降血糖、降血压、抗菌和抗病毒等作用，因此从桑皮中提取黄酮类物质是桑皮资源综合利用的必要环节。
目前桑皮纤维的生产主要采取化学脱胶法、物理—化学脱胶法，如CN1112610A、CN1137071A、CN1546751A、CN1228480C等公开的方法。部分文献报道了化学—生物脱胶法、生物脱胶法等工艺进行脱胶，如CN101012573A采用的就是生物脱胶法。化学脱胶法是韧皮纤维脱胶所采用的主要方法，其原理是利用韧皮中的胶质和纤维素对酸、碱、氧化物作用性质的不同，通过煮练、水洗等化学、物理手段使胶质与纤维分离。化学—生物脱胶是先利用酸或碱对原料进行预处理，然后利用微生物或酶对桑皮原料作用，从而代谢其中的果胶实现桑皮脱胶。但是化学法脱胶不仅造成环境污染而且使得桑皮纤维制成率低、工艺纤维长度较短；而化学—生物脱胶法周期长、工艺复杂，不利于生产操作。因此我们开发清洁高效的桑皮汽爆脱胶工艺及其功能组分提取的方法。
蒸汽爆破是采用空气、水蒸汽等介质对植物进行爆破。由于植物细胞壁由纤维素等物质组成，易受高压空气膨胀时的冲击而破裂，同时水蒸汽易浸入植物细胞中，使成分软化，产生一系列的化学变化，从而削弱了纤维间的粘结。蒸汽爆破后纤维素充分暴露，变成结构疏松、柔软的立体状组织。桑皮经汽爆处理后使80％的半纤维素和果胶降解，不仅实现了桑皮原料的初步脱胶，而且使得其中的可溶性功能组分部分溶解从而更有利于提取。
发明内容
【本发明的目的】本发明的目的是克服了化学脱胶工艺污染环境和生物脱胶工艺时间长、成本高、脱胶率的缺点，提供一种桑皮纤维汽爆脱胶的清洁生产工艺，同时对其中可溶性功能组分进行有效提取，使得废弃桑树皮资源得到综合利用，具有较大的社会和经济效益。本发明的技术方案如下：
【技术方案】本发明提供的桑皮纤维汽爆脱胶工艺及其功能组分提取的方法，包括如下步骤：
(1)蒸汽爆破：对收集的桑枝进行水煮后剥皮，然后对桑皮在1.0～1.5MPa压力下维压2～5min进行蒸汽爆破处理；
(2)功能组分提取：回收汽爆处理后产生的汽爆残液，同时对汽爆后原料进行水洗将其中吸附在纤维表面的功能组分回收，合并汽爆残液和水洗液；然后对所得液进行分离纯化得到各种功能组分。
(3)汽爆桑皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在70℃下，各漂2h，固液比：1/20。
(4)后处理工艺：对漂白后桑皮进行给油、干燥、开松、梳理而得到洁白柔顺的桑皮纤维。
【技术特点】本专利的核心是桑皮资源的高值化利用，通过无污染蒸汽爆破技术对桑皮进行脱胶处理，同时提取其中可溶性功能组分，不仅避免了化学脱胶的污染问题而且降低了工业生产成本，为桑皮的高值化利用提供了新途径，经济前景广阔。
具体实施方式
实施例1：(1)蒸汽爆破：对收集的桑枝进行水煮后剥皮，然后对桑皮在1.0MPa压力下维压5min进行蒸汽爆破处理；
(2)功能组分提取：回收汽爆处理后产生的汽爆残液，同时对汽爆后原料进行水洗将其中吸附在纤维表面的功能组分回收，合并汽爆残液和水洗液；然后对所得液进行分离纯化得到各种功能组分。
(3)汽爆桑皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在70℃下，各漂2h，固液比：1/20。
(4)后处理工艺：对漂白后桑皮进行给油、干燥、开松、梳理而得到洁白柔顺的桑皮纤维。
桑皮纤维得率：36.7％
低聚木糖相对于原料干重得率：1.65％
桑皮中黄酮提取率：74.6％
实施例2：(1)备料及蒸汽爆破：对收集的桑枝进行水煮后剥皮，然后对桑皮在1.5MPa压力下维压2min进行蒸汽爆破处理；
(2)功能组分提取：回收汽爆处理后产生的汽爆残液，同时对汽爆后原料进行水洗将其中吸附在纤维表面的功能组分回收，合并汽爆残液和水洗液；然后对所得液进行分离纯化得到各种功能组分。
(3)汽爆桑皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在70℃下，各漂2h，固液比：1/20。
(4)后处理工艺：对漂白后桑皮进行给油、干燥、开松、梳理而得到洁白柔顺的桑皮纤维。
桑皮纤维得率：32.6％
实施例3：(1)备料及蒸汽爆破：对收集的桑枝进行水煮后剥皮，然后对桑皮在1.5MPa压力下维压5min进行蒸汽爆破处理；
(2)功能组分提取：回收汽爆处理后产生的汽爆残液，同时对汽爆后原料进行水洗将其中吸附在纤维表面的功能组分回收，合并汽爆残液和水洗液；然后对所得液进行分离纯化得到各种功能组分。
(3)汽爆桑皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在70℃下，各漂2h，固液比：1/20。
(4)后处理工艺：对漂白后桑皮进行给油、干燥、开松、梳理而得到洁白柔顺的桑皮纤维。
桑皮纤维得率：25.8％
低聚木糖相对于原料干重得率：2.32％
桑皮中黄酮提取率：87.6％
实施例4：(1)备料及蒸汽爆破：对收集的桑枝进行水煮后剥皮，然后对桑皮在1.3MPa压力下维压4min进行蒸汽爆破处理；
(2)功能组分提取：回收汽爆处理后产生的汽爆残液，同时对汽爆后原料进行水洗将其中吸附在纤维表面的功能组分回收，合并汽爆残液和水洗液；然后对所得液进行分离纯化得到各种功能组分。
(3)汽爆桑皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在70℃下，各漂2h，固液比：1/20。
(4)后处理工艺：对漂白后桑皮进行给油、干燥、开松、梳理而得到洁白柔顺的桑皮纤维。
桑皮纤维得率：31.4％
实施例5：(1)备料及蒸汽爆破：对收集的桑枝进行水煮后剥皮，然后对桑皮在1.4MPa压力下维压3min进行蒸汽爆破处理；
(2)功能组分提取：回收汽爆处理后产生的汽爆残液，同时对汽爆后原料进行水洗将其中吸附在纤维表面的功能组分回收，合并汽爆残液和水洗液；然后对所得液进行分离纯化得到各种功能组分。
(3)汽爆桑皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在70℃下，各漂2h，固液比：1/20。
(4)后处理工艺：对漂白后桑皮进行给油、干燥、开松、梳理而得到洁白柔顺的桑皮纤维。
桑皮纤维得率：27.3％

Claims (3)

1、一种桑皮纤维汽爆脱胶工艺及其功能组分提取的方法，包括如下步骤：
(1)蒸汽爆破：对收集的桑枝进行水煮后剥皮，然后对桑皮在1.0～1.5MPa压力下维压2～5min进行蒸汽爆破处理；
(2)功能组分提取：回收汽爆处理后产生的汽爆残液，同时对汽爆后原料进行水洗将其中吸附在纤维表面的功能组分回收，合并汽爆残液和水洗液，然后对所得液进行分离纯化得到各种功能组分；
(3)汽爆桑皮漂白：采用两段漂白技术，第一阶段漂白液的组成为：1％Na2SiO3、2％ H2O2、2％ NaOH，第二段漂白液的组成为：1％ Na2SiO3、1％ H2O2、1％ NaOH，均在70℃下，各漂2h，固液比：1/20；
(4)后处理工艺：对漂白后桑皮进行给油、干燥、开松、梳理而得到洁白柔顺的桑皮纤维。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(4)所述的分离纯化步骤是浓缩处理、离子交换、膜过滤、微滤、纳滤后即可分别得到各种功能组分。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(4)所述的功能组分包括黄酮类物质、低聚木糖、桑皮苷等。
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