CN106012042A - 地膜用苎麻脱胶方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种苎麻脱胶方法，其步骤包括利用果胶酶、木聚糖酶、壳聚糖、尿素、草酸、糖蜜等物质复配脱胶液，利用青贮饲料加工工艺及厌氧环境进行脱胶，并利用清水洗涤和机械开松等后处理措施，达到苎麻原麻适度脱胶的目的。通过该方法的实施，将实现青贮饲料制备与苎麻脱胶同步进行，并获得保留了一定量木质素的纤维产品。在就地加工苎麻鲜麻与副产物、为麻地膜/麻育秧膜等可降解麻纤维膜提供低成本原料的同时，大幅度降低原麻保存成本、脱胶成本及环境污染治理成本。

Description

地膜用苎麻脱胶方法

技术领域

本发明涉及苎麻脱胶领域，具体涉及一种苎麻生物脱胶工艺。

背景技术

苎麻(Boehmeria nivea L.)是荨麻科苎麻属多年生宿根型草本植物，是我国传统特色经济作物。苎麻纤维是单纤维，是天然纤维中强度最高的种类。而且其质地轻、吸湿散湿快，透气性比棉纤维高3倍左右。苎麻纤维组成中除纤维素外，还有果胶、半纤维素、木质素、脂肪和水溶物等伴生物质，统称为胶质。在胶质的作用下，苎麻纤维单细胞在韧皮中相互疏松地排列并粘合。为了达到纺织要求，苎麻原麻必须经过脱胶，脱除纤维周围全部或部分胶质，使纤维分离、松散，制取可纺纤维。

麻地膜是一类以麻纤维为骨架的生物完全降解农用膜。近年来，可降解麻地膜、麻育秧膜等新兴麻纤维制品得到迅速推广和应用。据国家麻类产业技术体系统计，2011年起麻育秧膜水稻机插育秧技术开始在全国进行应用推广，截止2014年，全国累计应用面积598.79万亩，增加水稻产量17.34万吨，综合效益增加4.74亿元。然而该产品的麻原料主要是经过脱胶的苎麻纤维，或者经过脱胶的苎麻精干麻经梳理后获得的落麻。限于当前脱胶技术成本高、污染重等问题，其原料的来源难以满足更大规模的生产需求，且生产成本较高而严重限制了麻地膜的推广应用。目前，麻地膜的价格一般在塑料地膜的3倍左右。因此，研究操作简单、成本低、污染小、对仪器设备要求不高的生物脱胶或者结合物理手段的生物脱胶技术，成为麻类脱胶工艺的必然发展趋势。

麻地膜、麻育秧膜加工时，一般采用将麻纤维经开松、分散、机械拉伸成网后，采用淀粉胶、聚乙烯醇水溶液或聚醋酸乙烯水溶液等生物降解胶粘剂进行粘结、烘干而成膜。加之麻纤维脱胶工序，实际上出现了脱胶-加胶的往复过程，从而导致了较高的生产成本和污染治理成本。同时，麻类纤维中果胶占4％-8％，其他12％-18％的半纤维素和2％-5％的木质素对增强膜材料的强度、防止其过快降解有益，不同于纺织纤维的要求。因此，研发一种适度脱胶技术，达到有效分散苎麻纤维，减少木质素的损失，并直接利用或部分利用苎麻纤维原有的胶质的胶合能力，少量辅以其他生物降解胶粘剂，减少高强度脱胶程序，为麻地膜、麻育秧膜生产提供低成本、少污染的原料，能够为促进苎麻产业及麻地膜产业的发展起到重要作用。

苎麻脱胶方法主要包括化学脱胶和生物脱胶两大类。目前苎麻脱胶企业普遍采用的是化学脱胶法。化学脱胶的原理是利用植物韧皮中纤维素和胶质对碱、无机酸和氧化剂等稳定性不同而去除胶质。一般可分为前处理、碱液煮练和后处理三个阶段。其中，前处理有选麻、分把、浸酸等工序；碱液煮练是苎麻脱胶的中心工序，包括碱液与助剂配制、多次循环煮练等工序；后处理又有打纤、冲洗、酸洗、水洗(漂白或精练)、脱水、给油和烘干等工序。使用的主要设备有煮锅(高压或常压)、打洗机、冲洗机、脱水机、烘干机等。其繁杂的工序、诸多专用设备、耗水量大以及碱液等废液废水的排放等因素，导致化学脱胶纤维制成率低、严重污染环境、生产成本高等问题，在对水资源的保护意识与日俱增以及各级政府节能减排重大部署迅速实施的今天，苎麻脱胶行业面临着高成本的污水治理乃至“关停”的严峻形势和挑战，严重制约 着产业的健康发展。

生物脱胶已经成为国内外研究的热点，印度、加拿大、美国均在积极进行麻类生物脱胶技术的研究。生物脱胶主要有天然条件下的沤麻，人工条件下的微生物脱胶和酶脱胶等方法。沤麻主要用于黄麻、红麻、亚麻、大麻等作物。其中黄麻、红麻为通常是将收割的麻茎或剥制的生麻皮捆成一定重量的麻捆浸于河流、池塘或小溪等缓流中使其自然发酵，主要是利用嫌气性微生物进行部分脱胶。大麻和亚麻利用自然条件接种，在雨露、温水等湿润条件下脱去胶质。这些作物的纤维都是束纤维，不同于苎麻的单纤维。而且，沤麻用水量大，水质好坏对产品质量起着重要作用，对水源要求较高。同时，脱胶过程中含有大量果胶和半纤维的水解产物、色素等，均随水流扩散，对水体造成严重污染。

生物脱胶技术可大幅度降低脱胶污染排放。但目前微生物脱胶或酶脱胶条件苛刻、专业性强、对操作人员技术要求高，且微生物本身及其代谢产物同样会造成生产废水COD升高，且生产成本高。酶脱胶主要应用于绢纺原料加工中，所施用的酶类主要针对动物性纤维(蚕丝)，与植物性纤维差异大。

以往研究以提供家纺原料等为目标，需要尽可能完全地脱去苎麻纤维胶质，尚未见以提供麻地膜、麻育秧膜原料为目的的适度脱胶、保留一定量胶质的技术的报道。同时，现行的化学脱胶、生物脱胶方法均利用耗氧体系，加工过程中导致的空气污染恶化生产环境，不利于生产者的健康，但尚未见相对更封闭的厌氧体系中脱胶方法的研究。

苎麻原麻中胶质含量多，因此在剥制后，麻农均需对其进行晾晒，否则会在很短的时间内发霉、腐烂。但长江流域苎麻收获季节多雨、高温，对其晾晒造成严重影响。实现对刚剥制出的鲜麻的脱胶将有效防止因多雨气候造成的产量损失。然而当前集中脱胶的方式需要含水量较稳定、运输成本较低、加工工程贮存成本较低的干麻，导致鲜麻脱胶技术停滞不前。

近年来，以苎麻副产物青贮饲料加工技术为代表的苎麻饲料化技术得以迅速推广。在苎麻主产区及麻园就地处理苎麻，制作青贮饲料成为当前的主要加工模式。苎麻副产物青贮饲料制备过程中的拉伸膜裹包、窖藏等措施产生了厌氧环境，并随着发酵产生了40-50℃的较高温度及偏酸环境，这与以往研究中酶脱胶适宜环境较为接近。而且这种相对分散的生产模式对环境的压力减小。利用苎麻副产物青贮饲料制备的设备及其厌氧环境，研发一种苎麻适度脱胶技术，在生产饲料的同时，就地完成苎麻鲜麻的脱胶，满足麻地膜、麻育秧膜等可降解麻纤维膜加工，将大幅度降低脱胶及污染治理成本，提高效益。

附图说明

图1是本发明苎麻纤维(a)与常规化学脱胶苎麻纤维(b)外形对比

图2是本发明获得的苎麻纤维梳理成的麻网(a)和利用该麻网并条纺成的熟条

发明内容

本发明的目的在于提供一种苎麻脱胶方法，该方法可在厌氧环境中，获得有效分散并保存了一定量胶质的适于麻地膜、麻育秧膜等可降解麻纤维膜加工的苎麻纤维，达到显著降低污染治理成本、脱胶成本和麻纤维膜原料成本的效果；同时提供青贮饲料。

本发明提供的苎麻脱胶方法技术方案如下：

1.脱胶液准备：将重量份为5-10份尿素、2.5-5份糖蜜、2-2.5份草酸、0.25-0.40份氯化钙、0.10-0.20份壳聚糖、0.15-0.25份果胶酶和0.10-0.20份木聚糖酶溶解在500-800份的常温清水中，搅拌均匀，储存于阴凉、遮阴处。

2.厌氧脱胶：收集苎麻原麻扎成直径30-50cm的把，其中以用剥麻机刚剥制的鲜麻为佳，按照浴比(烘干原麻与脱胶液质量比)1:5-8将原麻浸入脱胶液中20-25min。将原麻取出，沥水4-5min后与等重量的风干麻骨、麻叶或稻草、玉米秸等一起打捆，以麻骨、麻叶等填充物包裹住苎麻湿麻为宜；将圆捆好的苎麻捆用塑料拉伸膜在裹包机上包膜2-4层密封，置于阴凉干燥处存放15-40d。或将原麻取出，与等重量的风干麻骨、麻叶或稻草、玉米秸等一起混合，填入青贮窖最外端，以麻骨、麻叶等填充物包裹住苎麻原麻且原麻距离表层不少于30cm为宜；将青贮料压实，并用黑色等遮光塑料布等材料密封，存放20-40d。脱胶液可重复使用。

3.后处理：将存放好的苎麻原麻取出，用洗麻机进行清洗，晾干、机械开松，并给油。

自然条件下，生物残体上附着有大量产生纤维素酶的微生物。在青贮过程中，纤维素酶会导致苎麻纤维讲解，纤维强度大幅下降。同时，残体上还附着有大量产生果胶酶的微生物和乳酸菌等。苎麻原麻可溶性糖含量低，在厌氧环境下将被乳酸菌迅速利用，产果胶酶微生物因能源不足而繁殖首先，脱胶效果差。本发明首先发现了可通过浸泡达到有效脱胶的果胶酶和木聚糖酶的复配方法及适宜浓度，并在添加人工生产的果胶酶和木聚糖酶复合物的基础上，通过将壳聚糖和尿素、糖蜜适宜的量相组合，抑制天然纤维素酶的产生，促进产果胶酶及乳酸菌微生物的生长，提供低pH环境。配合适宜浓度的草酸和氯化钙等果胶酶激活物质，提高了脱胶效率。

利用青贮饲料加工过程产生的厌氧环境，及较高的温度环境，加速脱胶。浸泡后的原麻含水量高，若直接青贮，将导致丁酸发酵等生物过程，难以形成较高的温度环境，且显著降低原麻质量。因此本发明通过研究发现与等重量的风干麻骨、麻叶及稻草、玉米秸等副产物混合后可达到一个适宜的含水量，对形成厌氧环境及保证原麻与青贮饲料的品质均为较优选择。当青贮时间超过40d后，脱胶效果显著降低，超过180d后，苎麻纤维品质显著降低。

厌氧脱胶后的苎麻原麻中的果胶等物质大部分变为可溶性，但仍然附着在纤维表面，必须经过清洗，避免直接晾干后胶质粘附牢固仍然无法纺织，并可使可溶性有机物减少，避免晾晒时遇阴雨天气霉烂。机械开松可增强其可纺性。洗麻水无强酸、强碱等物质，可直接排入麻园用作灌溉水，其含有一定量的有机物质，有利于土壤有机质含量的提高。

具体实施方式

本发明所提到的苎麻原麻、尿素、糖蜜、壳聚糖、果胶酶等原料，均为常规生产获得，可在市场购得。本发明所提供的技术方案，均在常温(12-35℃)下进行，所述清水为为常温的、没有污染的自来水、河水、井水等。以下所述仅为本发明的较佳实施案例，对本发明并不构成限制。

本实施案例中，苎麻化学成分定量分析方法参照国标GB5889-86进行。其步骤是：

1.在水泥池中，将重量份为8kg尿素、3kg糖蜜、2kg草酸、0.3kg氯化钙、0.20kg壳聚糖、0.25kg 果胶酶和0.20kg木聚糖酶溶解在500kg的常温自来水中，搅拌均匀。

2.收集剥麻机刚剥制的苎麻鲜麻，扎成直径30cm左右的把。称取400kg鲜麻(按照75％含水率折算为干重100kg)，浸入脱胶液中25min。将原麻取出，沥水5min，分为9份，每份50kg(浸泡后含水量增加10％左右)。将50kg每份的原麻与50kg的风干麻骨、麻叶、稻草、玉米秸一起填入圆捆机，制成每个100kg的圆捆，其中麻骨麻叶和稻草玉米秸秆的重量比为1:1。将圆捆用塑料拉伸膜在裹包机上包膜2-4层密封，置于阴凉干燥处存放30d。

3.将存放好的苎麻原麻取出，立即用洗麻机进行清洗，之后晾干、用开松机机械开松，并给油。

由表1可知，本发明获得的苎麻纤维必须经过清洗，其脱胶率可达10％以上，脱去了大部分胶质。1％硫酸洗涤脱胶率较清水洗涤稍高，但没有显著性差异，采用清水洗涤更经济。

表1不同后处理方法脱胶率比较

注：平均值一列中相同小写字母代表在0.05水平上没有显著差异。

由表2可知，本发明脱胶率较高，残胶率达到10％左右，显著高于常规化学脱胶的5％，尚未达到家纺纤维的要求，但能够满足膜用纤维的要求。脱去的胶质中，水溶物、果胶和半纤维素比例较大，而保留了较多的木质素，达到了本发明保留适量胶质和木质素的目的。

表2不同脱胶方法苎麻成分分析(％)

由表3可知，本发明获得的苎麻纤维细度较低，但纤维强度与常规化学脱胶没有显著差异，满足膜用纤维的要求。且由于其含有较高的木质素，将进一步提高麻纤维膜的稳定性。

表3本发明苎麻纤维与常规苎麻纤维性能对比

对不同后处理方法获得的洗麻水的基本性状进行测定发现(表4)，洗麻水pH接近中性，含有一定量的有机物质。加工过程中没有添加重金属等有害物质，满足灌溉用水的质量要求。结合就地加工、分散经营的生产模式，大幅度降低污水治理成本，且有利于土壤质量提升。

表4不同后处理方法洗麻水基本性状测定

注：悬浮固形物主要包括样液中泥土、硅酸盐及二氧化硅等不溶性物质；可溶性固形物主要包括样液中可溶性无机化合物、酸、碳水化合物，如单糖、水溶性果胶质、可溶性蛋白质等。

将本发明获得苎麻纤维喂入梳棉机进行梳理获得麻网，进一步喂入并条机，成功获得熟条。完成此工序后即可进行麻纤维膜制备及纺织。

Claims (7)

1.一种苎麻脱胶方法，其步骤包括：

A.脱胶液准备：将重量份为5-10份尿素、2.5-5份糖蜜、2-2.5份草酸、0.25-0.40份氯化钙、0.10-0.20份壳聚糖、0.15-0.25份果胶酶和0.10-0.20份木聚糖酶溶解在500-800份的常温清水中，搅拌均匀，储存于阴凉、遮阴处。

B.厌氧脱胶：收集苎麻原麻扎成直径30-50cm的把，按照浴比1:5-8将原麻浸入脱胶液中20-25min。将原麻取出，沥水4-5min后与等重量的风干麻骨、麻叶或稻草、玉米秸等一起混合，并采用青贮饲料制作工艺压实、密封，置于阴凉干燥处存放15-40d。

C.后处理：将存放好的苎麻原麻取出，用洗麻机进行清洗，晾干、机械开松，并给油。

2.根据权利要求1所述的果胶酶和木聚糖酶酶活均≥5U/g、含水率≤8％。

3.根据权利要求1所述的脱胶液可重复使用。

4.根据权利要求1所述的苎麻原麻优选用剥麻机刚剥制的鲜麻。

5.根据权利要求1所述的麻骨、麻叶与稻草、玉米秸的质量比优选为1:1。

6.根据权利要求1所述的青贮饲料制作工艺优选拉伸膜裹包青贮法。

7.根据权利要求1所述的青贮饲料制作工艺，青贮时间为20-40d。