CN109267157A - 一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汉麻纤维制备技术领域，具体涉及一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺。本发明将汉麻麻皮经过超声波预处理后，依次经过盐和复合酶处理脱胶。相对于常规脱胶用强酸强碱而言，草酸铵在工业生产中对生产设备损伤小，对环境污染小。汉麻富含大量果胶，草酸铵处理后获得的脱胶液，可利用传统果胶提取方法提取果胶，既节能减排，又变废为宝。复合酶处理工艺除杂针对性强，除杂率高，高效环保，处理后纤维残胶率低，白度高。采用本发明可以有效提高汉麻麻皮的脱胶效率，工艺简单，易于操作。

Description

一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺
技术领域
本发明属于汉麻纤维制备技术领域，具体涉及一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺。
背景技术
汉麻纺织品具有挺括、凉爽、强力高、吸湿散热快、不贴身等优点，在抗菌防腐，抵抗紫外线，抗静电方面也表现出其它纤维所不具有的优异性能。汉麻纤维存在于汉麻麻皮中，麻皮在生长过程中除了纤维素，还具有半纤维素、果胶、木质素、蜡质等伴生杂质，它们的大量存在，增加了汉麻纤维脱胶的难度。
我国古代通常通过天然的雨露对汉麻麻皮进行沤制，沤麻是一种简单并且容易实现的去除胶质的方法，但是沤麻所产生的脱胶废水生物需氧量高，处理起来很困难，对环境的破坏远比想象中的要更加严重，沤麻技术脱胶时间长，依赖于沤麻场地的天然气候和水源，已经不适宜工业上进行产业化的生产。近年来，在麻类生产企业中通常采用化学脱胶，利用氢氧化钠、无机酸、氧化剂来去除纤维中的胶质，其剩余的部分大多为纤维素，但是化学脱胶后的废液不仅污染环境，而且氢氧化钠等试剂会破坏纤维的结构以及化学成分，造成汉麻纤维的抗菌、抗紫外等性能大幅度下降，这样本以绿色纤维著称的汉麻纤维变的名不副实。随着生物化学的发展，近几年生物酶脱胶在汉麻前处理方面得以应用，酶脱胶具有条件相对温和、环境破坏小、工艺流程短的优点，但从大量的试验及实践来看单一的酶法脱胶还存在着酶的活性不够高，作用效果不够均匀稳定，木质素去除不够彻底等问题。
发明内容
针对我国汉麻麻皮脱胶工艺存在污染严重，能耗高，处理工艺复杂等突出问题，本发明提出了一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，本发明利用盐-复合酶联合处理提高汉麻麻皮的脱胶效率，工艺简单，易于操作，所制备的汉麻纤维具有良好的可纺性。
所述超声波预处理主要是借助超声波的空化作用，利用气泡膨胀及破裂时产生的巨大压力来粉碎和冲击胶质团，使胶质粉碎。
所述盐为草酸铵，草酸铵具有较强的金属络合作用，可与果胶酸钙中的钙离子螯合生成可溶性铵盐，增加果胶溶解度。
所述复合酶处理为先经过酸性果胶酶处理再经甘露聚糖酶和木聚糖酶处理；所述酸性果胶酶主要是利用生物方法去除果胶成分，所述甘露聚糖酶主要是利用生物方法去除半纤维素，所述木聚糖酶主要是利用生物方法去除木质素成分，增加纤维白度。上述的复合酶处理顺序不可颠倒，先利用酸性果胶酶去除草酸铵处理后剩余的粘附在纤维表面上的粘性果胶物质，这样里面的半纤维素和纤维素才会暴露出来；接下来就是利用甘露聚糖酶去除连接纤维素和木质素的各类聚糖物质(即半纤维素)，同时利用木聚糖酶将其去除木质素，避免木质素的存在会影响纤维素的白度。
本发明所述的一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其具体处理步骤为：
(1)超声波预处理：将汉麻麻皮置于纯水中，采用超声波设备进行预处理，超声波工作频率40kHz，功率为90-120W，温度为40-70℃，处理时间为15-40min，然后将汉麻麻皮在50-60℃温水中搓洗10-15min，将麻皮表面的粘性物质去除干净；
(2)草酸铵处理：将超声波预处理后的汉麻麻皮放入草酸铵水溶液中，在80-100℃保温30-50min，然后将汉麻麻皮在50-60℃温水中搓洗10-15min，将麻皮表面的粘性物质去除干净；脱胶液可利用传统过滤、浓缩、沉淀、烘干的方法获得果胶粉末产品，例如：高健，马路山，胡建军，范铁桢，刘国际.果胶提取技术研究进展[J].食品工业科技，2014，35(06):368-372.。
(3)复合酶处理：将草酸铵处理后的汉麻纤维加入到含有酸性果胶酶的水溶液I中，调节溶液pH＝4，并加热至50-60℃保温40-60min，然后将麻纤维在50-60℃温水中搓洗10-15min，将麻纤维表面的粘性物质去除干净；再将酸性果胶酶处理后的汉麻纤维加入到含甘露聚糖酶和木聚糖酶的水溶液II中，调节溶液pH＝5.5，在55-60℃保温40-60min，将汉麻纤维用清水洗净并烘干。
优选的，步骤(1)中将汉麻麻皮置于纯水中，浴比为50:1。
步骤(2)中草酸铵水溶液质量浓度为2-6g/L。
步骤(2)中将超声波预处理后的汉麻麻皮放入草酸铵水溶液中，浴比为30：1。
步骤(3)中水溶液I中酸性果胶酶的质量浓度为4-6g/L。
步骤(3)中水溶液II中甘露聚糖酶和木聚糖酶的质量浓度均为4-6g/L。
本发明中所述草酸铵处理过程非常重要，草酸铵具有很强的金属螯合作用，草酸根离子可以和果胶酸钙中钙离子螯合生成可溶性盐，增加果胶溶解性，草酸铵处理可去除大部分果胶，减轻后续酶脱胶负担。当草酸铵用量大于6g/L时，对脱胶效果增加不明显；若小于2g/L，则起不到很好的脱胶效果；因此草酸铵最佳用量范围为2-6g/L。草酸铵处理的温度在80-100℃，若低于80℃，则脱胶效果不佳；若温度高于100℃，则工艺操作不易控制；如果草酸铵用量低时，建议选择的处理温度高一些，时间长一些。
所述复合酶处理过程中各种酶试剂选择的pH和温度均是该类酶试剂保持最佳活性的pH和温度条件。
众所周知，利用传统化学脱胶法、化学-酶联合脱胶法处理后汉麻纤维的残胶率分别为12.875％和8.433％，而利用草酸铵-复合酶法处理后汉麻纤维的残胶率低至2.340％，杂质剩余率明显下降，脱胶效果更好，白度测试表明草酸铵-复合酶处理获得纤维的白度(53.73)均高于传统化学脱胶法(46.30)和化学-酶联合脱胶法(49.29)。
与现有技术相比，本发明提供的汉麻麻皮脱胶工艺简单、易于操作，环保高效。汉麻纤维中存在大量果胶，果胶连接着纤维素、半纤维素、木质素等伴生成分。采用该草酸铵-复合酶联合脱胶工艺，草酸铵具有很强的金属螯合作用，草酸根离子可以和果胶酸钙中钙离子螯合生成可溶性盐，增加果胶溶解性，草酸铵处理可去除大部分果胶，减轻后续酶脱胶负担；同时草酸铵是一种是由弱酸的酸根阴离子和弱碱阳离子所组成的弱酸弱碱盐，相对于强酸强碱而言，在工业生产中对生产设备损伤小，对环境污染小。利用本发明工艺技术草酸铵处理后获得的脱胶液，可利用传统果胶提取方法提取果胶，既节能减排，又变废为宝。
复合酶处理为先经过酸性果胶酶处理，去除残余的果胶成分，再经甘露聚糖酶和木聚糖酶处理，分别去除半纤维素和木质素成分，酶的工艺设计首先将包裹在麻皮外部的粘性果胶去除，再去除半纤维素成分，最后利用木聚糖酶去除木质素，该工艺除杂针对性强，除杂率高，处理后纤维残胶率低，白度高。
附图说明
图1(a)和图1(b)分别为本发明技术方法中省略复合酶脱胶步骤，草酸铵浓度分别为1g/L和5g/L处理获得的汉麻纤维，说明当草酸铵浓度仅为1g/L时，脱胶效果不显著；当草酸铵浓度为5g/L时，大部分胶质已经从麻皮表面脱掉，麻皮呈现出良好的纤维状。
图2为本发明技术方法中经草酸铵-复合酶脱胶后的汉麻纤维；从图2中可见，与图1(b)相比，经草酸铵-复合酶脱胶后的汉麻纤维更加成纤维的细丝状，说明胶质去除的更加彻底。
图3为本发明技术方法中大麻麻皮经草酸铵脱胶后的脱胶液利用传统方法提取的果胶粉末。
具体实施方式
实施例1
一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其具体处理步骤为：
(1)超声波预处理：将汉麻麻皮置于水溶液中，浴比50:1，采用超声波设备进行预处理，超声波工作频率40kHz，功率为120W，温度为50℃，处理时间为35min，预处理后的汉麻麻皮在60℃温水中搓洗10min，将麻皮表面的粘性物质去除干净。
(2)草酸铵处理：将超声波预处理后的汉麻麻皮放入4g/L草酸铵水溶液中，浴比30：1，在100℃保温50min，处理后将麻纤维在60℃温水中搓洗10min，将麻皮表面的粘性物质去除干净。
(3)复合酶处理：将草酸铵处理后的汉麻纤维加入到含有5g/L酸性果胶酶的水溶液中，用HCl调节溶液pH＝4，加热至50℃，并使其保温60min，处理后将麻纤在60℃温水中搓洗10min，将麻皮表面的粘性物质去除干净；将酸性果胶酶处理后的汉麻纤维加入到含有5g/L甘露聚糖酶和5g/L木聚糖酶的水溶液中，浴比30∶1，用HCl调节溶液pH＝5.5，在55℃保温60min，处理后将汉麻纤维用清水洗净并烘干；计算获得汉麻纤维残胶率为2.340％，采用北京康光仪器有限公司生产的WSD-3U白度仪测试纤维白度为53.73。
注：参照标准GB/T 5889-1986，汉麻纤维的残胶率计算公式为：
式中：W1-试样的残胶率，％；
G0-脱胶后试样的干重，g；
G0′-提取残胶后的试样干重，g。
实施例2
超声波预处理：将汉麻麻皮置于水溶液中，浴比50∶1，采用超声波设备进行预处理，超声波工作频率40kHz，功率为120W，温度为50℃，处理时间为35min，预处理之后的汉麻麻皮在50℃温水中搓洗10min，将麻皮表面的粘性物质去除干净。
草酸铵处理：将超声波预处理后的汉麻麻皮放入6g/L草酸铵水溶液中，浴比30∶1，在100℃保温30min，处理后将麻纤维在50℃温水中搓洗10min，将麻皮表面的粘性物质去除干净。
复合酶处理：将草酸铵处理后的汉麻纤维加入到含有4g/L酸性果胶酶的水溶液中，用HCl调节溶液pH＝4，加热至50℃使其保温50min，处理后将麻纤维在50℃温水中搓洗10min，将麻皮表面的粘性物质去除干净；将酸性果胶酶处理后的汉麻纤维加入到含有5g/L甘露聚糖酶和4g/L木聚糖酶的水溶液中，浴比30∶1，用HCl调节溶液pH＝5.5，在55℃保温50min，处理后将汉麻纤维用清水洗净并烘干；计算获得汉麻纤维残胶率为2.420％，白度为52.52。
实施例3
超声波预处理：将汉麻麻皮置于水溶液中，浴比50∶1，采用超声波设备进行预处理，超声波工作频率40kHz，功率为90W，温度为50℃，处理时间为35min，预处理之后的汉麻麻皮在60℃温水中搓洗10min，将麻皮表面的粘性物质去除干净。
草酸铵处理：将超声波预处理后的汉麻麻皮放入3g/L草酸铵水溶液中，浴比30：1，在100℃保温40min，处理后将麻纤维在60℃温水中搓洗10min，将麻皮表面的粘性物质去除干净。
复合酶处理：将草酸铵处理后的汉麻纤维加入到含有6g/L酸性果胶酶的水溶液中，用HCl调节溶液pH＝4，加热至50℃，并使其保温60min，处理后将麻纤维在60℃温水中搓洗10min，将麻皮表面的粘性物质去除干净；将酸性果胶酶处理后的汉麻纤维加入到含有6g/L甘露聚糖酶和6g/L木聚糖酶的水溶液中，浴比30：1，用HCl调节溶液pH＝5.5，在55℃保温60min，处理后将汉麻纤维用清水洗净并烘干；计算获得汉麻纤维残胶率为2.540％，白度为52.76。
实施例4
一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其具体处理步骤为：
(1)超声波预处理：将汉麻麻皮置于水溶液中，浴比50:1，采用超声波设备进行预处理，超声波工作频率40kHz，功率为100W，温度为40℃，处理时间为30min，预处理后的汉麻麻皮在55℃温水中搓洗15min，将麻皮表面的粘性物质去除干净。
(2)草酸铵处理：将超声波预处理后的汉麻麻皮放入2g/L草酸铵水溶液中，浴比30：1，在80℃保温50min，处理后将麻纤维在50℃温水中搓洗15min，将麻皮表面的粘性物质去除干净。
(3)复合酶处理：将草酸铵处理后的汉麻纤维加入到含有4g/L酸性果胶酶的水溶液中，用HCl调节溶液pH＝4，加热至60℃，并使其保温40min，处理后将麻纤在60℃温水中搓洗15min，将麻皮表面的粘性物质去除干净；将酸性果胶酶处理后的汉麻纤维加入到含有4g/L甘露聚糖酶和6g/L木聚糖酶的水溶液中，浴比30：1，用HCl调节溶液pH＝5.5，在60℃保温40min，处理后将汉麻纤维用清水洗净并烘干；计算获得汉麻纤维残胶率为2.380％，采用北京康光仪器有限公司生产的WSD-3U白度仪测试纤维白度为53.45。
实施例5
一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其具体处理步骤为：
(1)超声波预处理：将汉麻麻皮置于水溶液中，浴比50:1，采用超声波设备进行预处理，超声波工作频率40kHz，功率为110W，温度为70℃，处理时间为15min，预处理后的汉麻麻皮在60℃温水中搓洗10min，将麻皮表面的粘性物质去除干净。
(2)草酸铵处理：将超声波预处理后的汉麻麻皮放入5g/L草酸铵水溶液中，浴比30：1，在90℃保温50min，处理后将麻纤维在60℃温水中搓洗10min，将麻皮表面的粘性物质去除干净。
(3)复合酶处理：将草酸铵处理后的汉麻纤维加入到含有6g/L酸性果胶酶的水溶液中，用HCl调节溶液pH＝4，加热至55℃，并使其保温50min，处理后将麻纤在60℃温水中搓洗15min，将麻皮表面的粘性物质去除干净；将酸性果胶酶处理后的汉麻纤维加入到含有6g/L甘露聚糖酶和4g/L木聚糖酶的水溶液中，浴比30：1，用HCl调节溶液pH＝5.5，在60℃保温40min，处理后将汉麻纤维用清水洗净并烘干；计算获得汉麻纤维残胶率为2.460％，采用北京康光仪器有限公司生产的WSD-3U白度仪测试纤维白度为52.63。

Claims (9)

1.一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其特征在于，将汉麻麻皮经过超声波预处理后，依次经过盐和复合酶处理脱胶。
2.根据权利要求1所述的一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其特征在于，所述的盐为草酸盐。
3.根据权利要求1或2所述的一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其特征在于，所述的盐为草酸铵。
4.根据权利要求1所述的一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其特征在于，其具体步骤为：
(1)超声波预处理：将汉麻麻皮置于纯水中，采用超声波设备进行预处理，超声波工作频率40kHz，功率为90-120W，温度为40-70℃，处理时间为15-40min，然后将汉麻麻皮在50-60℃温水中搓洗10-15min，将麻皮表面的粘性物质去除干净；
(2)草酸铵处理：将超声波预处理后的汉麻麻皮放入草酸铵水溶液中，在80-100℃保温30-50min，然后将汉麻麻皮在50-60℃温水中搓洗10-15min，将麻皮表面的粘性物质去除干净；
(3)复合酶处理：将草酸铵处理后的汉麻纤维加入到含有酸性果胶酶的水溶液I中，调节溶液pH＝4，并加热至50-60℃保温40-60min，然后将麻纤维在50-60℃温水中搓洗10-15min，将麻纤维表面的粘性物质去除干净；再将酸性果胶酶处理后的汉麻纤维加入到含甘露聚糖酶和木聚糖酶的水溶液II中，调节溶液pH＝5.5，在55-60℃保温40-60min，将汉麻纤维用清水洗净并烘干。
5.根据权利要求1所述的一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其特征在于，步骤(1)中将汉麻麻皮置于纯水中，浴比为50:1。
6.根据权利要求1所述的一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其特征在于，步骤(2)中草酸铵水溶液质量浓度为2-6g/L。
7.根据权利要求1所述的一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其特征在于，步骤(2)中将超声波预处理后的汉麻麻皮放入草酸铵水溶液中，浴比为30：1。
8.根据权利要求1所述的一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其特征在于，步骤(3)中水溶液I中酸性果胶酶的质量浓度为4-6g/L。
9.根据权利要求1所述的一种汉麻麻皮的绿色脱胶工艺，其特征在于，步骤(3)中水溶液II中甘露聚糖酶和木聚糖酶的质量浓度均为4-6g/L。
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