CN106917146A

CN106917146A - 一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法

Info

Publication number: CN106917146A
Application number: CN201710293576.5A
Authority: CN
Inventors: 盛占武; 郑丽丽; 艾斌凌; 郑晓燕; 金志强
Original assignee: Haikou Experimental Station of Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences
Current assignee: Haikou Experimental Station of Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2017-07-04
Anticipated expiration: 2037-04-28
Also published as: CN106917146B

Abstract

本发明公开了一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，1)汽爆提取；2)预酸处理；3)清洗；4)酶脱胶；5)汽爆脱胶；6)第一次漂白；7)第二次漂白；8)后处理。首先采用预酸处理、再通过生物酶和蒸汽爆破结合的方式，既有效地提高香蕉纤维得率，又降低香蕉纤维残胶率，同时避免环境污染。

Description

一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法

技术领域

本发明涉及植物纤维制备技术领域，尤其涉及一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法。

背景技术

香蕉纤维可分为香蕉茎纤维和香蕉叶纤维，香蕉叶纤维蕴藏于香蕉树的树叶中，属于叶纤维；香蕉茎纤维则蕴藏于香蕉树的韧皮内，属于韧皮类纤维；香蕉韧皮的主要化学成分为纤维素，其次为半纤维素、木质素、果胶物质、水溶物、脂蜡质等，可以看出，香蕉韧皮中的纤维素含量尽管低于亚麻、黄麻中的纤维素，但其在香蕉韧皮中含量也在60％左右；相对于亚麻、黄麻，其香蕉韧皮中的半纤维素和木质素的含量较高，二者占了香蕉纤维化学组成的30％以上，大量研究表明，香蕉纤维具有诸多优点如：强度高、伸长小、吸湿放湿快、初始模量高、服用卫生性能良好等优点。此外，香蕉纤维作为天然纤维的一种，又具有可再生、可降解、来源丰富、加工能耗小、原料价格低廉等优点。如何开展香蕉纤维的综合利用，延长香蕉产业链，有效降低香蕉产业发展的风险、提高产业经济效益、增加产品的附加值是香蕉产业发展中亟需解决的重大问题之一。香蕉纤维及制品的开发生产为纺织行业增添了一种新型的环保天然纤维材料，对纺织业的发展将起到积极地推动作用，香蕉纤维、纱线及产品应用前景广阔，具有良好的经济和社会效益。目前，香蕉纤维基本上采用碱溶液进行浸提，利用汽爆技术进行脱胶，其中半纤维素和木质素存在脱除不明显的效果，易造成制备的香蕉纤维强度不匀，平均断裂强度较低等问题。因此，本发明结合酶法和汽爆技术对香蕉粗纤维进行脱胶，使得香蕉粗纤维的表明覆盖的半纤维素及木质素含量较低，纤维素含量高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，解决上述问题。

本发明采用的技术手段如下：一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，包括以下步骤：

1)汽爆提取：取新鲜香蕉茎秆、叶切割后放入汽爆罐中在1.7～3.0Mpa的汽爆压力下维压70～200s，瞬间释放后水洗并脱水得到香蕉粗纤维；

2)预酸处理：将香蕉粗纤维浸泡于浓度为0.5～2％的酸溶液中，固液比为1:15～1:30，进行蒸煮；

3)清洗：将蒸煮后的香蕉粗纤维在20～50℃温水中清洗；

4)酶脱胶：利用复合酶进行脱胶处理，所述复合酶为半纤维素酶、果胶酶和木质素酶，且重量比为2～4:0.1～0.5:1～2；

5)汽爆脱胶：将酶脱胶后的香蕉纤维再放入汽爆罐中，在压力1.0～1.5Mpa的条件下维压时间为30～120s，瞬间释放后水洗并脱水；

6)第一次漂白：取汽爆脱胶后的香蕉纤维，在温度为60～65℃、固液比为1:10～1:15下进行漂白液漂白处理，水洗至中性；

7)第二次漂白：在温度为50～60℃、固液比为1:5～1:10下漂白液处理，水洗至中性；

8)后处理：对漂白后的香蕉纤维进行给油、干燥、开松、梳理而得到柔顺洁白的香蕉纤维。

优选地，所述步骤2)中，所述酸溶液是由水、盐酸溶液或稀硝酸溶液和渗透剂组成，且重量比为50～100：1～10：0.1～2。

优选地，所述渗透剂为渗透剂JFC-1或低泡渗透剂SF。

优选地，所述步骤2)中，所述高温蒸煮的温度为80～100℃，时间为10～20h。

优选地，所述步骤4)中，酶脱胶的温度为30～60℃，pH值为4.0～6.0，处理时间为5～10h。

优选地，所述步骤5)中，汽爆脱胶的香蕉纤维水分含量控制在20～40％。

优选地，所述步骤6)中，所述漂白液含2～2.5％的Na₂SiO₃、3～4％的NaOH、3～4％的H₂O₂，处理2～3h。

优选地，所述步骤7)中，所述漂白液含1～2％的Na₂SiO₃、0.5～1％的NaOH、1.5～2.0％的H₂O₂，处理1～2h。

优选地，所述步骤8)中，采用椰子油或甘油给漂白后的香蕉纤维进行润滑处理。

采用本发明所提供的一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，具有以下有益效果：

1、在浓度较低的酸溶液的作用下，纤维素的水解速度较快，它能降低甙键的活化能，因而水解速度较快，使得纤维素不易受到破坏；

2、将高温蒸煮后的香蕉粗纤维在温水中清洗，目的是为了将香蕉粗纤维上残留的酸溶液清洗彻底，使得依附在纤维素上的木质素等物质留有缝隙，便于去除；

3、采用复合酶进行预处理脱胶，将部分的木质素、半纤维素及果胶等进行降解，使得纤维进行分离；

4、采用汽爆脱胶进行二次处理，快速将纤维进行脱离，充分将香蕉粗纤维中果胶等物质进行降解，复合酶和汽爆结合进行脱胶，使得附在纤维上的木质素、果胶等物质易脱落降解，提高纤维细度，不仅提高香蕉纤维的得率，又降低了香蕉纤维残胶率。

5、采用二次漂白方式能够进行适度的漂白，且其温度、固液比呈阶梯，增加纤维的漂白度，进而能够提高产品后续的染色和印花质量，而且其色泽效果好。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，包括以下步骤：

1)汽爆提取：取新鲜香蕉茎秆、叶切割后放入汽爆罐中在1.7Mpa的汽爆压力下维压70s，瞬间释放后水洗并脱水得到香蕉粗纤维。

2)预酸处理：将香蕉粗纤维浸泡于浓度为0.5％的酸溶液中，固液比为1:15，进行高温蒸煮；所述酸溶液是由水、盐酸溶液或稀硝酸溶液和渗透剂组成，且重量比为50：1：0.1，所述渗透剂为渗透剂JFC-1。

3)清洗：将高温蒸煮后的香蕉粗纤维在20℃温水中清洗，所述高温蒸煮的温度为80℃，时间为10h。

4)酶脱胶：利用复合酶进行脱胶处理，所述复合酶为半纤维素酶、果胶酶和木质素酶，且重量比为2:0.1:1；酶脱胶的温度为30℃，pH值为4.0，处理时间为5h。

5)汽爆脱胶：将酶脱胶后的香蕉纤维再放入汽爆罐中，在压力1.0Mpa的条件下维压时间为30s，瞬间释放后水洗并脱水；汽爆脱胶的香蕉纤维水分含量控制在20％。

6)第一次漂白：取汽爆脱胶后的香蕉纤维，在温度为60℃、固液比为1:10下进行漂白液漂白处理，水洗至中性；所述漂白液含2％的Na₂SiO₃、3％的NaOH、3％的H₂O₂，处理2h。

7)第二次漂白：在温度为50℃、固液比为1:5下漂白液处理，水洗至中性；所述漂白液含1％的Na₂SiO₃、0.5％的NaOH、1.5％的H₂O₂，处理1h。

8)后处理：对漂白后的香蕉纤维进行给油、干燥、开松、梳理而得到柔顺洁白的香蕉纤维。采用椰子油或甘油给漂白后的香蕉纤维进行润滑处理。

实施例2

1)汽爆提取：取新鲜香蕉茎秆、叶切割后放入汽爆罐中在3.0Mpa的汽爆压力下维压200s，瞬间释放后水洗并脱水得到香蕉粗纤维。

2)预酸处理：将香蕉粗纤维浸泡于浓度为2％的酸溶液中，固液比为1:30，进行高温蒸煮；所述酸溶液是由水、盐酸溶液或稀硝酸溶液和渗透剂组成，且重量比为100：10：2，所述渗透剂为低泡渗透剂SF。

3)清洗：将高温蒸煮后的香蕉粗纤维在50℃温水中清洗，所述高温蒸煮的温度为100℃，时间为20h。

4)酶脱胶：利用复合酶进行脱胶处理，所述复合酶为半纤维素酶、果胶酶和木质素酶，且重量比为4:0.5:2；酶脱胶的温度为60℃，pH值为6.0，处理时间为10h。

5)汽爆脱胶：将酶脱胶后的香蕉纤维再放入汽爆罐中，在压力1.5Mpa的条件下维压时间为120s，瞬间释放后水洗并脱水；汽爆脱胶的香蕉纤维水分含量控制在40％。

6)第一次漂白：取汽爆脱胶后的香蕉纤维，在温度为65℃、固液比为1:15下进行漂白液漂白处理，水洗至中性；所述漂白液含2.5％的Na₂SiO₃、4％的NaOH、4％的H₂O₂，处理3h。

7)第二次漂白：在温度为60℃、固液比为1:10下漂白液处理，水洗至中性；所述漂白液含2％的Na₂SiO₃、1％的NaOH、2.0％的H₂O₂，处理2h。

实施例3

1)汽爆提取：取新鲜香蕉茎秆、叶切割后放入汽爆罐中在2.0Mpa的汽爆压力下维压100s，瞬间释放后水洗并脱水得到香蕉粗纤维。

2)预酸处理：将香蕉粗纤维浸泡于浓度为1％的酸溶液中，固液比为1:20，进行高温蒸煮；所述酸溶液是由水、盐酸溶液或稀硝酸溶液和渗透剂组成，且重量比为70：5：0.5，所述渗透剂为渗透剂JFC-1。

3)清洗：将高温蒸煮后的香蕉粗纤维在30℃温水中清洗，所述高温蒸煮的温度为85℃，时间为12h。

4)酶脱胶：利用复合酶进行脱胶处理，所述复合酶为半纤维素酶、果胶酶和木质素酶，且重量比为3:0.2:1.5；酶脱胶的温度为40℃，pH值为5.0，处理时间为6h。

5)汽爆脱胶：将酶脱胶后的香蕉纤维再放入汽爆罐中，在压力1.2Mpa的条件下维压时间为50s，瞬间释放后水洗并脱水；汽爆脱胶的香蕉纤维水分含量控制在30％。

6)第一次漂白：取汽爆脱胶后的香蕉纤维，在温度为62℃、固液比为1:12下进行漂白液漂白处理，水洗至中性；所述漂白液含2.2％的Na₂SiO₃、3％的NaOH、4％的H₂O₂，处理2小时。

7)第二次漂白：在温度为55℃、固液比为1:8下漂白液处理，水洗至中性；所述漂白液含1％的Na₂SiO₃、1％的NaOH、1.5％的H₂O₂，处理1小时。

实施例4

1)汽爆提取：取新鲜香蕉茎秆、叶切割后放入汽爆罐中在2.5Mpa的汽爆压力下维压150s，瞬间释放后水洗并脱水得到香蕉粗纤维。

2)预酸处理：将香蕉粗纤维浸泡于浓度为1.5％的酸溶液中，固液比为1:25，进行高温蒸煮；所述酸溶液是由水、盐酸溶液或稀硝酸溶液和渗透剂组成，且重量比为80：5：1，所述渗透剂为低泡渗透剂SF。

3)清洗：将高温蒸煮后的香蕉粗纤维在40℃温水中清洗，所述高温蒸煮的温度为90℃，时间为20h。

4)酶脱胶：利用复合酶进行脱胶处理，所述复合酶为半纤维素酶、果胶酶和木质素酶，且重量比为4:0.5:2；酶脱胶的温度为55℃，pH值为5.0，处理时间为8h。

5)汽爆脱胶：将酶脱胶后的香蕉纤维再放入汽爆罐中，在压力1.4Mpa的条件下维压时间为100s，瞬间释放后水洗并脱水；汽爆脱胶的香蕉纤维水分含量控制在30％。

6)第一次漂白：取汽爆脱胶后的香蕉纤维，在温度为65℃、固液比为1:10下进行漂白液漂白处理，水洗至中性；所述漂白液含2.5％的Na₂SiO₃、3％的NaOH、4％的H₂O₂，处理3h。

7)第二次漂白：在温度为50℃、固液比为1:10下漂白液处理，水洗至中性；所述漂白液含2％的Na₂SiO₃、0.5％的NaOH、1.5％的H₂O₂，处理2h。

实施例5

1)汽爆提取：取新鲜香蕉茎秆、叶切割后放入汽爆罐中在2.5Mpa的汽爆压力下维压160s，瞬间释放后水洗并脱水得到香蕉粗纤维。

2)预酸处理：将香蕉粗纤维浸泡于浓度为1.2％的酸溶液中，固液比为1:20，进行高温蒸煮；所述酸溶液是由水、盐酸溶液或稀硝酸溶液和渗透剂组成，且重量比为80：8：1，所述渗透剂为渗透剂JFC-1。

3)清洗：将高温蒸煮后的香蕉粗纤维在50℃温水中清洗，所述高温蒸煮的温度为80℃，时间为20h。

4)酶脱胶：利用复合酶进行脱胶处理，所述复合酶为半纤维素酶、果胶酶和木质素酶，且重量比为3:0.2:1.5；酶脱胶的温度为50℃，pH值为5.0，处理时间为8h。

5)汽爆脱胶：将酶脱胶后的香蕉纤维再放入汽爆罐中，在压力1.3Mpa的条件下维压时间为80s，瞬间释放后水洗并脱水；汽爆脱胶的香蕉纤维水分含量控制在30％。

6)第一次漂白：取汽爆脱胶后的香蕉纤维，在温度为65℃、固液比为1:15下进行漂白液漂白处理，水洗至中性；所述漂白液含2.5％的Na₂SiO₃、3％的NaOH、3％的H₂O₂，处理3h。

7)第二次漂白：在温度为60℃、固液比为1:10下漂白液处理，水洗至中性；所述漂白液含1％的Na₂SiO₃、0.5％的NaOH、1.5％的H₂O₂，处理2h。

为了验证本发明的有益效果，设置对比例实验：

对比例1

该对比例与实施例5的区别在于，所述步骤1)汽爆提取：取新鲜香蕉茎秆、叶切割后放入汽爆罐中在1.5Mpa的汽爆压力下维压100s，瞬间释放后水洗并脱水得到香蕉粗纤维。

对比例2

该对比例与实施例5的区别在于，所述步骤2)预酸处理：将香蕉粗纤维浸泡于浓度为1.2％的酸溶液中，固液比为1:20，进行高温蒸煮，所述酸溶液为硫酸溶液。

对比例3

该对比例与实施例5的区别在于，所述步骤2)预碱处理：将香蕉粗纤维浸泡于浓度为1.2％的碱溶液中，固液比为1:20，进行高温蒸煮，所述碱溶液为NaOH溶液。

对比例4

该对比例与实施例5的区别在于，所述步骤3)清洗：将高温蒸煮后的香蕉粗纤维用自来水清洗，所述高温蒸煮的温度为120℃，时间为20h。

对比例5

该对比例与实施例5的区别在于，所述步骤4)中未采用复合酶进行脱胶，直接进行汽爆脱胶。

对比例6

该对比例与实施例5的区别在于，所述步骤5)中未进行汽爆脱胶。

对比例7

该对比例与实施例5的区别在于，所述步骤6)中第一次漂白：取汽爆脱胶后的香蕉纤维，在温度为70℃、固液比为1:20下进行漂白液漂白处理，水洗至中性；所述漂白液含1.5％的Na₂SiO₃、2％的NaOH、2％的H₂O₂，处理5h。

检测实施例1～5及对比例1～7制备的香蕉纤维物理性能的实验数据：

从表中结果可以看出，采用本发明提供的制备方法可获得物理性能较好的香蕉纤维，对比例2较对比例3的香蕉纤维的各个物理性能较好，对比例5较各个组别的性能较差，对比例6只采用汽爆进行脱胶，其物理性能也较差，从而表示了酶法和汽爆进行结合脱胶的方式，使得制备的香蕉纤维质量更优。纤维素在高温水和酸的作用下都会发生水解作用，在无机酸作用下，纤维素的水解速度较快，酸是一种催化剂，它能降低甙键的活化能，因而水解速度较快，特别是强无机酸的影响更为明显，渗透剂加速了溶胀的效果，因包围在纤维外表的胶质不利于纺织加工，酸溶液将香蕉韧皮的表面润湿，水溶液中的化学试剂离子向香蕉韧皮表面扩散，香蕉韧皮纤维开始溶胀，待溶胀平衡、扩散平衡、吸附平衡、渗透终止，溶液与香蕉纤维体系之间的化学试剂离子分布平衡。采用生物酶和汽爆技术进行脱胶，生物酶预先将半纤维素等物质与香蕉纤维进行分离，汽爆技术再快速进行脱除已分离的半纤维素等物质，使得半纤维素和木质素基本上从束纤维周围脱除，完成脱胶作用。在后处理时，蜡质物质已经基本上脱除，若直接进入开松、梳理等工序，则易造成香蕉纤维断裂，降低成纱品质，给椰子油工艺可防止香蕉纤维断裂、提高柔软度，椰子油原料易得，对香蕉纤维具有良好的保湿性，从而提高了利用香蕉纤维进行纺织的效果。

检测实施例1～5及对比例1～7制备的香蕉纤维化学成分含量(％)的实验数据(原香蕉纤维的脂蜡质含量为3.25％、水溶物含量为3.37％、果胶含量为3.41％、半纤维素含量为30.25％、木质素含量8.06％、纤维素含量60.21％)：

由表可知，采用本发明提供的制备方法获得的香蕉纤维，其果胶、半纤维素和木质素的含量较低，使得制备的纤维易制成性能好的成品，相对于采用预碱处理及单一采用酶法脱胶或汽爆脱胶的效果较好。

综上所述，采用本发明所提供的一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，在浓度较低的酸溶液的作用下，纤维素的水解速度较快，它能降低甙键的活化能，因而水解速度较快，使得纤维素不易受到破坏；将高温蒸煮后的香蕉粗纤维在温水中清洗，目的是为了将香蕉粗纤维上残留的酸溶液清洗彻底，使得依附在纤维素上的木质素等物质留有缝隙，便于去除；采用复合酶进行预处理，将部分的木质素、半纤维素及果胶等进行降解，使得纤维进行分离；采用汽爆脱胶进行二次处理，充分将香蕉粗纤维的果胶等物质进行降解，复合酶和汽爆结合进行脱胶，使得附在纤维上的木质素、果胶等物质易脱落降解，提高纤维细度，不仅提高香蕉纤维的得率，又降低了香蕉纤维残胶率。采用二次漂白方式能够进行适度的漂白，且其温度、固液比呈阶梯，增加纤维的漂白度，进而能够提高产品后续的染色和印花质量，而且其色泽效果好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，其特征在于，包括以下步骤：

3)清洗：将蒸煮后的香蕉粗纤维在20～50℃温水中清洗；

2.根据权利要求1所述的一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述酸溶液是由水、盐酸溶液或稀硝酸溶液和渗透剂组成，且重量比为50～100：1～10：0.1～2。

3.根据权利要求2所述的一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，其特征在于，所述渗透剂为渗透剂JFC-1或低泡渗透剂SF。

4.根据权利要求1所述的一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述高温蒸煮的温度为80～100℃，时间为10～20h。

5.根据权利要求1所述的一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，其特征在于，所述步骤4)中，酶脱胶的温度为30～60℃，pH值为4.0～6.0，处理时间为5～10h。

6.根据权利要求1所述的一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，其特征在于，所述步骤5)中，汽爆脱胶的香蕉纤维水分含量控制在20～40％。

7.根据权利要求1所述的一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，其特征在于，所述步骤6)中，所述漂白液含2～2.5％的Na₂SiO₃、3～4％的NaOH、3～4％的H₂O₂，处理2～3h。

8.根据权利要求1所述的一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，其特征在于，所述步骤7)中，所述漂白液含1～2％的Na₂SiO₃、0.5～1％的NaOH、1.5～2.0％的H₂O₂，处理1～2h。

9.根据权利要求1所述的一种利用汽爆技术对香蕉纤维进行提取和脱胶的方法，其特征在于，所述步骤8)中，采用椰子油或甘油给漂白后的香蕉纤维进行润滑处理。