CN101857974B - 苎麻生物脱胶方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种苎麻生物脱胶方法，包括：将再干燥后的鲜苎麻进行除皮、预开纤，得到原麻；将扩大培养后的脱胶菌种浸泡接种于所述原麻中，以50r/min～200r/min的转速进行振荡发酵，得到发酵麻；将所述发酵麻进行水洗开纤，得到初生麻；将所述初生麻进行渍油、脱水和烘干，得到精干麻。本发明还提供了一种用于苎麻脱胶的装置。与现有技术相比，本发明提供的方法将机械处理方法与生物脱胶方法相结合，首先进行预开纤以提高后续生物脱胶的效率，生物脱胶完毕后再水洗开纤实现胶质物质与纤维素的彻底分离，缩短了脱胶时间，提高了脱胶效率，得到的精干麻质量稳定、纤维强度较高。
Description
技术领域
本发明涉及苎麻脱胶技术领域，尤其涉及一种苎麻生物脱胶方法及装置。
背景技术
苎麻是多年生宿根性草本植物，其韧皮部中含有大量苎麻纤维。苎麻纤维是一种重要的纺织原料，但是必需对苎麻进行脱胶处理，除去与纤维素相胶合的果胶、半纤维素、木质素等胶质物质后才能得到可用于纺织工业的苎麻纤维。
传统的苎麻脱胶是利用纤维素与胶质物质对酸、碱等化学试剂的稳定性不同，通过拆包解束、装笼、煮练、软麻、酸漂洗、给油、脱油、烘干等工序将纤维素与胶质物质分离，得到精干麻。化学法脱胶不仅劳动强度大、浪费资源多、脱胶质量差，而且由于使用了大量酸、碱、氧化剂等化学试剂，脱胶后产生的废液会造成严重的环境污染。
为了提高脱胶质量，现有技术也公开了诸多生物脱胶方法，如专利号为01106844.2的中国专利公开了一种用苎麻果胶酶进行苎麻脱胶的工艺，包括菌株选育、菌种培养、摇瓶发酵、脱胶酶液制备、苎麻扎把装笼、浸酶处理、碱和助剂煮练、洗麻、拷麻、漂洗、渍油、脱水、烘干等13道工序，经过此种方法脱胶得到的精干麻的质量有所提高，但是该脱胶工艺仅以浸酶处理代替传统的浸酸处理，仍需进行碱和助剂煮炼，会产生大量废液污染环境，而且此方法中，脱胶酶液的制备时间较长，增加了脱胶成本。
专利号为95112564的中国专利文献公开了一种生物脱胶工艺，直接将脱胶菌种接种到生苎麻上，以苎麻为基质进行发酵产生脱胶酶，产生的脱胶酶与苎麻上的胶质物质发生酶促反应，将胶质物质与纤维素相分离，该方法缩短了脱胶时间，降低了生产成本，但是，脱胶菌种与苎麻的接触不均匀，使得苎麻发酵的质量参差不齐，从而导致脱胶质量不稳定。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种苎麻生物脱胶方法及装置，通过本发明提供的方法将苎麻脱胶后得到的精干麻质量稳定，纤维强度高。
本发明提供了一种苎麻生物脱胶方法，包括：
将再干燥后的鲜苎麻进行除皮、预开纤，得到原麻；
将扩大培养后的脱胶菌种浸泡接种于所述原麻中，以50r/min～200r/min的转速进行振荡发酵，得到发酵麻；
将所述发酵麻进行水洗开纤，得到初生麻；
将所述初生麻进行渍油、脱水和烘干，得到精干麻。
优选的，通过滚压揉搓将干燥后的鲜苎麻除皮、预开纤。
优选的，所述干燥后的鲜苎麻含水量以重量计为10％～12％。
优选的，所述振荡发酵的转速为60r/min～160r/min。
优选的，所述发酵的温度为32℃～38℃。
优选的，所述水洗开纤包括以下步骤：
将所述发酵麻进行滚压搓洗；
将经过滚压搓洗的发酵麻进行超声波水洗开纤。
优选的，所述滚压搓洗的水温为80℃～90℃。
优选的，所述超声波水洗开纤的水温为40℃～50℃。
本发明还提供了一种用于苎麻生物脱胶的装置，包括：
用于对苎麻进行除皮、预开纤的除皮机；
通过传送带与所述除皮机相连且可进行振荡发酵的发酵设备；
通过传送带与所述发酵设备相连的洗涤机，所述洗涤机用于对苎麻进行水洗开纤；
通过传送带与所述洗涤机相连的渍油机；
通过传送带与所述渍油机相连的烘干设备；
设置在所述渍油机和所述烘干设备之间的脱水设备。
优选的，还包括超声波洗涤机，所述超声波洗涤机设置于所述洗涤机和所述渍油机之间，通过传送带分别与所述洗涤机和所述渍油机相连。
与现有技术相比，本发明首先将再干燥后的鲜苎麻进行除皮、预开纤，去除麻皮等杂质的同时增加苎麻的比表面积，有利于脱胶菌株以苎麻为基质进行发酵，降低了后续生物脱胶的难度；将扩大培养后的脱胶菌种接种于所述原麻中，以50r/min～200r/min的转速进行振荡发酵，脱胶菌种以原麻为基质进行发酵，产生脱胶酶，脱胶酶与原麻中的胶质物质发生酶促反应，将胶质物质与纤维素分离，而在振荡的条件下发酵能够使原麻与脱胶菌株充分、均匀接触，提高发酵效率和脱胶质量；然后将发酵麻进行水洗开纤，水洗开纤能够将胶质物质等杂质与纤维素彻底分离，再经过渍油、脱水和烘干后得到质量稳定、纤维强度高的精干麻。本发明提供的方法将机械处理方法与生物脱胶方法相结合，首先进行预开纤以提高后续生物脱胶的效率，生物脱胶完毕后再水洗开纤实现胶质物质与纤维素的彻底分离，缩短了脱胶时间，提高了脱胶效率，得到的精干麻质量稳定、纤维强度较高。同时，本发明提供的苎麻生物脱胶方法无需使用化学试剂，而且脱胶过程中产生的余液能够回收利用，不会产生废水，因而不会污染环境。此外，本发明提供的苎麻生物脱胶方法工艺流程简单，成本较低。
附图说明
图1为本发明提供的用于苎麻脱胶的装置的一种具体实施方式的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种苎麻生物脱胶方法，包括：
将再干燥后的鲜苎麻进行除皮、预开纤，得到原麻；
将扩大培养后的脱胶菌种浸泡接种于所述原麻中，以50r/min～200r/min的转速进行振荡发酵，得到发酵麻；
将所述发酵麻进行水洗开纤，得到初生麻；
将所述初生麻进行渍油、脱水和烘干，得到精干麻。
按照本发明，首先将鲜苎麻进行干燥，降低苎麻的含水量。鲜苎麻的含水量以重量计一般为14％～17％，经过干燥后，其含水量优选为10％～12％，更优选为11％～12％。将鲜苎麻进行干燥还可以去除苎麻表面的麻壳等杂质以及霉变气味，降低下一步除皮、预开纤的难度，提高其预开纤效率。
将干燥后的鲜苎麻进行除皮、预开纤，除掉麻皮等杂质的同时增加苎麻的比表面积，有利于苎麻均匀发酵，从而提高脱胶效率。本发明优选采用滚压揉搓的方式将干燥后的鲜苎麻进行除皮、预开纤。所述滚压揉搓可以人工进行，也可以通过机械进行，优选为用中国专利文献200610031993.4或中国专利文献20081014187.5公开的除皮机对干燥后的鲜苎麻进行除皮、预开纤。
再干燥后的鲜苎麻经过除皮、预开纤后，得到原麻。按照本发明，经过除皮开纤后，除掉的杂质的质量优选为干燥后的鲜苎麻的质量的6％～12％，原麻的比表面积优选增大两倍以上。除皮、预开纤的效果与除皮、预开纤的方式及时间有关，挤压力越大、时间越长，除皮、预开纤的效果越好，但是挤压力过大会损坏麻纤维的质量。除皮、预开纤可以同时进行，也可以单独进行，同时进行的具体例子包括采用中国专利文献200610031993.4公开的除皮机，通过罗拉的滚动揉搓同时实现除皮和预开纤的目的；单独进行的具体例子包括人工将干燥后的鲜苎麻的青皮去掉，然后将去掉皮的苎麻进行滚压揉搓或其他方式的预开纤处理，本发明优选采用机械方式同时进行除皮和预开纤。
将扩大培养的脱胶菌种浸泡接种于所述原麻中，以50r/min～200r/min的转速进行振荡发酵，得到发酵麻。所述浸泡接种优选包括以下步骤：将扩大培养后的脱胶菌种稀释成脱胶菌种液，按1∶8～10的浴比浸泡原麻，即可实现接种，余液回收利用。所述浸泡的温度优选为35℃～38℃，脱胶菌种液的pH值优选为4.5～5.5。本发明对所述脱胶菌种没有特殊限制，具体例子可以为中国专利文献95112564.8公开的胡萝卜软腐欧文氏杆菌，或者为中国专利文献02108820.9公开的菌种，或者为本发明人自主筛选培养的、实验室编号为RJ6的菌种。所述脱胶菌种经过活化、扩大培养、浸泡接种于原麻上以后，即可以原麻为基质进行发酵。
脱胶菌种进行发酵后产生脱胶酶，所述脱胶酶能够与原麻中的胶质物质发生酶促反应，使胶质物质与纤维素分离。本发明对所述接种后的原麻进行振荡发酵，振荡发酵能够使脱胶菌种与经过除皮和预开纤处理的、比表面积较大的原麻充分接触，从而使原麻发酵较为均匀，产生的脱胶酶在原麻中的分布较为均匀，使脱胶酶与原麻中的胶质物质充分、均匀的发生酶促反应，获得质量稳定的发酵麻。所述振荡发酵的转速为50r/min～200r/min，优选为60r/min～160r/min。所述发酵的温度优选为35℃～38℃，时间根据所用菌种的不同而不同，优选为4h～14h，更优选为4h～10h。由于发酵的同时伴随着酶促反应的发生，因此发酵后的苎麻中的胶质物质和纤维素基本实现了分离。本发明优选采用中国专利文献200620050490.7公开的苎麻生物脱胶连续发酵设备实现振荡发酵，该发酵设备设有车轨和车架，将原麻放置于车架上，使车架沿车轨反复快速运转，即可实现振荡发酵。发酵结束后，发酵余液可以回收，经过处理后重复利用。
得到发酵麻后，将其进行水洗开纤，将纤维素和胶质物质等杂质彻底分离，得到较为纯净的纤维。同时，水洗开纤还能够起到灭菌的作用。按照本发明，所述水洗开纤优选包括以下步骤：
将所述发酵麻进行滚压搓洗；
将经过滚压搓洗的发酵麻进行超声波水洗开纤。
按照本发明，可以以人工方式进行滚压搓洗，也可以以机械方式进行滚压搓洗，优选为使用中国专利文献200710035989.X公开的洗麻机对所述发酵麻进行滚压搓洗，达到分开纤维的目的。所述滚压搓洗的水温优选为80℃～90℃。
滚压搓洗后，对所述苎麻进行超声波水洗开纤，使纤维充分分开。所述超声波水洗开纤的水温优选为40℃～50℃。
将所述发酵麻水洗开纤得到初生麻后，对所述初生麻进行渍油。本发明优选使用中国专利文献200710035989.X公开的洗麻机对所述发酵麻进行渍油，即将发酵麻浸在5‰的乳化油中，通过所述洗麻机上的多对罗拉反复搓碾浸在油水中的发酵麻。所述油水的温度优选为70℃～80℃。
将渍油后的初生麻进行本领域技术人员熟知的脱水和烘干，即可得到外形成条状的精干麻。
对所述精干麻进行纤维品质的测定，其纤维线密度、束纤维断裂强度均有所提高；对所述精干麻的精梳麻条进行测定，与化学脱胶方法相比，其硬条率、不匀率、麻粒和短纤率均大大降低。
本发明还提供了一种用于苎麻脱胶的装置，请参见图1，图1为本发明提供的用于苎麻脱胶的装置的一种具体实施方式的示意图。
本发明提供的用于苎麻脱胶的装置包括用于对苎麻进行除皮、预开纤的除皮机1、通过传送带7与除皮机1相连的且可进行振荡发酵的发酵设备2、通过传送带7与发酵设备2相连的、用于对苎麻进行水洗开纤的洗涤机3、通过传送带7与洗涤机3相连的渍油机4、通过传送带7与渍油机4相连的干燥箱5、设置在洗涤机3和渍油机4之间、渍油机4和干燥箱5之间的滚轮6，所述滚轮6设置在传送带7上。
除皮机1通过滚压搓动将干燥后的鲜苎麻除皮、预开纤，为中国专利文献200610031993.4公开的麻除皮机，参见图1，除皮机1主要包括多个并排的主动罗拉11和多个并排的从动罗拉12，这些主动罗拉和从动罗拉一对一的啮合，对干燥后的鲜苎麻进行滚压搓动，麻皮被搓动碾掉；同时，由于受到挤压、碾搓，苎麻的比表面积增大，苎麻纤维初步分离。
发酵设备2是将纤维和胶质物质分离的主要设备，通过振荡发酵实现使原麻均匀发酵的目的，为中国专利文献200620050490.7公开的苎麻生物脱胶连续发酵设备。在发酵设备内，原麻放置在车架上，车架沿轨道反复快速运转，即可实现原麻的振荡发酵。
洗涤机3的作用是对发酵麻进行水洗开纤，为中国专利200710035989.X公开的洗涤机，参见图1，洗涤机3主要包括水池33、多个并排设置的主动罗拉31和多个并排的从动罗拉32，这些主动罗拉和从动罗拉一对一的啮合，对浸在水池33中的发酵麻进行滚压搓洗，实现纤维和胶质物质等杂质的最终分离。
渍油机4的作用是对初生麻进行上油，渍油机4具有与洗涤机3相同的结构，通过多对主从罗拉的反复搓碾对浸在乳化油池41中的初生麻进行渍油。
干燥箱5的作用是烘干脱水后的初生麻，得到干燥的精干麻。
滚轮6的作用是通过挤压实现对苎麻的脱水，以便进行下一步工艺。
传送带7的作用是实现苎麻在各设备之间的传递，实现自动化，以便节省劳力、提高效率。
通过上述装置可以实现苎麻脱胶，具体过程如下：
通过人工或机械的方式将干燥后的鲜苎麻送入除皮机1，除皮机1通过滚压揉搓将鲜苎麻除皮、预开纤后，得到原麻；
原麻通过传送带7进入发酵设备2内，在发酵设备2内，将扩大培养后的脱胶菌种稀释后，按1∶8～10的浴比将原麻浸泡，然后控制发酵设备2内的温度为32℃～38℃，使原麻以50r/min～200r/min的转速振荡发酵，原麻发酵后产生脱胶酶，脱胶酶与原麻上的胶质物质发生酶促反应，将胶质物质和纤维分离，得到发酵麻；
所述发酵麻通过传送带7进入洗涤机3中的水池33中，洗涤机3上的主动罗拉31和从动罗拉32对浸在水池31中的发酵麻进行滚压搓洗，实现纤维与胶质物质的彻底分离，得到初生麻；
所述初生麻通过设置在洗涤机3和渍油机4之间的滚轮6挤压脱水后，进入渍油机4的乳化油池41中，渍油机上的主动罗拉和从动罗拉对浸在乳化油池41中的初生麻进行碾搓渍油；
渍油后的初生麻通过设置在渍油机4和干燥箱5之间的滚轮6挤压脱水后，进入干燥箱5烘干，最后得到精干麻。
在本发明提供的用于苎麻脱胶的装置的第二个实施例中，除了上述各设备之外，在洗涤机和渍油机之间还可以包括超声波洗涤机，用于对苎麻进行超声波洗涤，提高脱胶效果，所述超声波洗涤机通过传送带分别与洗涤机和渍油机相连。
与现有技术相比，本发明提供的苎麻生物脱胶方法工艺流程简单，脱胶时间较短，脱胶效率较高，成本较低。同时，本发明提供的苎麻生物脱胶方法产生的余液可以回收利用，不会污染环境。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的苎麻生物脱胶方法进行详细描述。
实施例1
将产自湖南沅江的苎麻再干燥，使苎麻的水分含量为10％；
使用如图1所示的除皮机对再干燥后的鲜苎麻进行除皮、预开纤；
将除皮、预开纤后的原麻装入麻盆，麻盆中麻的厚度为60mm～120mm；将麻盆移入中国专利文献200620050490.7公开的发酵设备中，发酵设备中原麻的重量为500kg；
将胡萝卜软腐欧文氏杆菌扩大培养后用自来水稀释至活菌量为107cfu/mL的菌悬液，按1∶10的浴比，在水温为37℃、pH为4.5时将发酵设备中的原麻浸泡；然后将发酵设备中的温度调节为37±1℃，使发酵设备中的原麻以60r/min的转速进行振荡发酵，发酵8h；
将发酵后的发酵麻在80℃的热水中进行水洗开纤2h后，在40℃的温水中进行水洗开纤1h，然后在温度为70℃、质量浓度为5‰的油水中渍油1h，经过脱水、烘干后，得到精干麻。
得到1吨精干麻后，对所述精干麻进行纤维品质测定，结果见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的精干麻纤维品质的测定结果；
得到1吨精干麻后，对所述精干麻的精梳麻条进行测定进行品质测定，结果见表2，表2为本发明实施例及比较例提供的精干麻的精梳麻条品质测定结果。
实施例2
将产自湖南沅江的苎麻再干燥，使苎麻的水分含量为12％；
使用如图1所示的除皮机对干燥后的鲜苎麻进行除皮、预开纤；
将除皮、预开纤后的原麻装入麻盆，麻盆中麻的厚度为150mm；将麻盆移入中国专利文献200620050490.7公开的发酵设备中，发酵设备中原麻的重量为600kg；
将胡萝卜软腐欧文氏杆菌扩大培养后用自来水稀释至活菌量为107cfu/mL的菌悬液，按1∶10的浴比，在水温为37℃、pH为4.5时将发酵设备中的原麻浸泡；然后将发酵设备中的温度调节为37±1℃，使发酵设备中的原麻以160r/min的转速进行振荡发酵，发酵10h；
将发酵后的发酵麻在90℃的热水中进行水洗开纤2h后，在50℃的温水中进行水洗开纤1h，然后在温度为80℃、质量浓度为5‰的油水中渍油1h，经过脱水、烘干后，得到精干麻。
得到1吨精干麻后，对所述精干麻进行纤维品质测定，结果见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的精干麻纤维品质的测定结果；
得到1吨精干麻后，对所述精干麻的精梳麻条进行测定进行品质测定，结果见表2，表2为本发明实施例及比较例提供的精干麻的精梳麻条品质测定结果。
实施例3
将产自湖南沅江的苎麻再干燥，使苎麻的水分含量为11％；
使用如图1所示的除皮机对干燥后的鲜苎麻进行除皮、预开纤；
将除皮、预开纤后的原麻装入麻盆，麻盆中麻的厚度为100mm；将麻盆移入中国专利文献200620050490.7公开的发酵设备中，发酵设备中原麻的重量为400kg；
将胡萝卜软腐欧文氏杆菌扩大培养后用自来水稀释至活菌量为107cfu/mL的菌悬液，按1∶10的浴比，在水温为37℃、pH为5.5时将发酵设备中的原麻浸泡；然后将发酵设备中的温度调节为37±1℃，使发酵设备中的原麻以130r/min的转速进行振荡发酵，发酵9h；
将发酵后的发酵麻在80℃的热水中进行水洗开纤2h后，在40℃的温水中进行水洗开纤1h，然后在温度为70℃、质量浓度为5‰的油水中渍油1h，经过脱水、烘干后，得到精干麻。
得到1吨精干麻后，对所述精干麻进行纤维品质测定，结果见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的精干麻纤维品质的测定结果；
得到1吨精干麻后，对所述精干麻的精梳麻条进行测定进行品质测定，结果见表2，表2为本发明实施例及比较例提供的精干麻的精梳麻条品质测定结果。
比较例1
将产自湖南沅江的生苎麻扎成0.7kg的麻束，以110kg/m3的麻把排列密度装笼；
将胡萝卜软腐欧文氏杆菌扩大培养后用自来水稀释至活菌量为107cfu/mL的菌悬液，再按0.5g/L的比例加入N、P、K含量均为15wt％的农用肥，混匀，将麻笼在其中浸泡25min；
将浸泡接种后的麻笼在相对湿度90％、温度37℃的条件下静止发酵8h；
按1∶8的浴比配制pH值为5.5、温度为55℃的水溶液，将上述发酵后的麻笼浸没于水溶液中保温3h；
将麻把解开、抖松后送入洗麻机进行洗麻；
将洗过的麻纤维脱水、抖松、装笼后，在浴比为1∶8、温度为95℃、含1.5g/LH2O2、pH值为11的漂白液中漂白25min，再用75℃温水洗涤；
将经过漂白的麻纤维渍油、烘干后，得到精干麻。
得到1吨精干麻后，对所述精干麻进行纤维品质测定，结果见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的精干麻纤维品质的测定结果；
得到1吨精干麻后，对所述精干麻的精梳麻条进行测定进行品质测定，结果见表2，表2为本发明实施例及比较例提供的精干麻的精梳麻条品质测定结果。
表1本发明实施例及比较例提供的精干麻纤维品质的测定结果
表2本发明实施例及比较例提供的精干麻的精梳麻条品质测定结果
由表1和表2可知，本发明提供的脱胶方法获得的精干麻纤维品质较好，且其精梳麻条质量较好，硬条率、不匀率和麻粒均大大降低。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种苎麻生物脱胶方法，包括：
将再干燥后的鲜苎麻进行除皮、预开纤，得到原麻，所述再干燥后的鲜苎麻含水量以重量计为10％～12％；
将扩大培养后的脱胶菌种浸泡接种于所述原麻中，以50r/min～200r/min的转速进行振荡发酵，得到发酵麻；
将所述发酵麻进行水洗开纤，得到初生麻；
将所述初生麻进行渍油、脱水和烘干，得到精干麻。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过滚压揉搓将再干燥后的鲜苎麻除皮、预开纤。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振荡发酵的转速为60r/min～160r/min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵的温度为32℃～38℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水洗开纤包括以下步骤：
将所述发酵麻进行滚压搓洗；
将经过滚压搓洗的发酵麻进行超声波水洗开纤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述滚压搓洗的水温为80℃～90℃。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超声波水洗开纤的水温为40℃～50℃。
8.一种权利要求1～7任意一项所述的方法中应用的用于苎麻生物脱胶的装置，其特征在于，包括：
用于对苎麻进行除皮、预开纤的除皮机；
通过传送带与所述除皮机相连且可进行振荡发酵的发酵设备；
通过传送带与所述发酵设备相连的洗涤机，所述洗涤机用于对苎麻进行水洗开纤；
通过传送带与所述洗涤机相连的渍油机；
通过传送带与所述渍油机相连的烘干设备；
设置在所述渍油机和所述烘干设备之间的脱水设备。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括超声波洗涤机，所述超声波洗涤机设置于所述洗涤机和所述渍油机之间，通过传送带分别与所述洗涤机和所述渍油机相连。
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