地膜用苎麻脱胶方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
地膜用兰麻脱胶方法
技术领域
[0001] 本发明设及巧麻脱胶领域，具体设及一种巧麻生物脱胶工艺。
【背景技术】
[0002] 巧麻(Boehmeria nivea L.)是等麻科巧麻属多年生宿根型草本植物，是我国传统 特色经济作物。巧麻纤维是单纤维，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。巧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，巧麻纤维单细胞在初皮中相 互疏松地排列并粘合。为了达到纺织要求，巧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。
[0003] 麻地膜是一类W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 育秩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 麻育秩膜水稻机插育秩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 是经过脱胶的巧麻纤维，或者经过脱胶的巧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W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。
[0004] 麻地膜、麻育秩膜加工时，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、聚乙締醇水溶液或聚醋酸乙締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，达到有效分散巧麻纤维，减少木质素的损失，并直接利用或部分利用巧麻纤 维原有的胶质的胶合能力，少量辅W其他生物降解胶粘剂，减少高强度脱胶程序，为麻地 膜、麻育秩膜生产提供低成本、少污染的原料，能够为促进巧麻产业及麻地膜产业的发展起 到重要作用。
[0005] 巧麻脱胶方法主要包括化学脱胶和生物脱胶两大类。目前巧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初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=个阶段。其中，前处理 有选麻、分把、浸酸等工序;碱液煮练是巧麻脱胶的中屯、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W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W及各级政府节能减 排重大部署迅速实施的今天，巧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。
[0006] 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妪麻，人工条件下的微生物脱胶和酶脱胶 等方法。妪麻主要用于黄麻、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、溫水等湿润 条件下脱去胶质。运些作物的纤维都是束纤维，不同于巧麻的单纤维。而且，妪麻用水量大， 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。
[0007] 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 亥IJ、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。酶脱胶主要应用于絹纺原料加工中，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。
[0008] W往研究W提供家纺原料等为目标，需要尽可能完全地脱去巧麻纤维胶质，尚未 见W提供麻地膜、麻育秩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。
[0009] 巧麻原麻中胶质含量多，因此在剥制后，麻农均需对其进行惊晒，否则会在很短的 时间内发霉、腐烂。但长江流域巧麻收获季节多雨、高溫，对其惊晒造成严重影响。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、加工工程胆存成本较低的干麻，导致鲜麻脱胶技术停滞不 前。
[0010] 近年来，W巧麻副产物青胆饲料加工技术为代表的巧麻饲料化技术得W迅速推 广。在巧麻主产区及麻园就地处理巧麻，制作青胆饲料成为当前的主要加工模式。巧麻副产 物青胆饲料制备过程中的拉伸膜裹包、鲁藏等措施产生了厌氧环境，并随着发酵产生了 40- 50°C的较高溫度及偏酸环境，运与W往研究中酶脱胶适宜环境较为接近。而且运种相对分 散的生产模式对环境的压力减小。利用巧麻副产物青胆饲料制备的设备及其厌氧环境，研 发一种巧麻适度脱胶技术，在生产饲料的同时，就地完成巧麻鲜麻的脱胶，满足麻地膜、麻 育秩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】
[0011] 图1是本发明巧麻纤维(a)与常规化学脱胶巧麻纤维(b)外形对比
[0012] 图2是本发明获得的巧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】
[0013] 本发明的目的在于提供一种巧麻脱胶方法，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、麻育秩膜等可降解麻纤维膜加工的巧麻纤维，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;同时提供青胆饲料。
[0014]本发明提供的巧麻脱胶方法技术方案如下：
[00巧]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 氯化巧、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 份的常溫清水中，揽拌均匀，储存于阴凉、遮阴处。
[0016] 2.厌氧脱胶:收集巧麻原麻扎成直径30-50cm的把，其中W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，渐水4-5min后与等重量的风干麻骨、麻叶或稻草、玉米賴等一起打捆，W麻骨、麻叶等填 充物包裹住巧麻湿麻为宜;将圆捆好的巧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、玉米賴等一 起混合，填入青胆鲁最外端，W麻骨、麻叶等填充物包裹住巧麻原麻且原麻距离表层不少于 30cm为宜;将青胆料压实，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。
[0017] 3.后处理：将存放好的巧麻原麻取出，用洗麻机进行清洗，惊干、机械开松，并给 油。
[0018] 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。在青胆过程中，纤维 素酶会导致巧麻纤维讲解，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。巧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巧等果胶酶 激活物质，提高了脱胶效率。
[0019] 利用青胆饲料加工过程产生的厌氧环境，及较高的溫度环境，加速脱胶。浸泡后的 原麻含水量高，若直接青胆，将导致下酸发酵等生物过程，难W形成较高的溫度环境，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、玉米賴等副 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胆饲料的品质均为 较优选择。当青胆时间超过40d后，脱胶效果显著降低，超过ISOd后，巧麻纤维品质显著降 低。
[0020] 厌氧脱胶后的巧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，避免直接惊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，避免惊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概水，其含有一定量的有机物质，有利于±壤有机质含量的提高。
【具体实施方式】
[0021] 本发明所提到的巧麻原麻、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，均在常溫（12-35°C)下进行，所述清水为为常 溫的、没有污染的自来水、河水、井水等。W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。
[0022] 本实施案例中，巧麻化学成分定量分析方法参照国标GB5889-86进行。其步骤是：
[0023] I.在水泥池中，将重量份为8kg尿素、3kg糖蜜、2kg草酸、0.3kg氯化巧、0.20kg壳聚 糖、0.2化g果胶酶和0.20kg木聚糖酶溶解在500kg的常溫自来水中，揽拌均匀。
[0024] 2.收集剥麻机刚剥制的巧麻鲜麻，扎成直径30cm左右的把。称取400kg鲜麻很照 75%含水率折算为干重1001^)，浸入脱胶液中25111111。将原麻取出，渐水5111111，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 米賴一起填入圆捆机，制成每个IOOkg的圆捆，其中麻骨麻叶和稻草玉米賴杆的重量比为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。
[0025] 3.将存放好的巧麻原麻取出，立即用洗麻机进行清洗，之后惊干、用开松机机械开 松，并给油。
[00%]由表1可知，本发明获得的巧麻纤维必须经过清洗，其脱胶率可达10% W上，脱去 了大部分胶质。1 %硫酸洗涂脱胶率较清水洗涂稍高，但没有显著性差异，采用清水洗涂更 经济。
[0027]表1不同后处理方法脱胶率比较 [002引
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 表2不同脱胶方法巧麻成分分析（％ )
[0032]
[0033] 由表3可知，本发明获得的巧麻纤维细度较低，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。
[0034] 表3本发明巧麻纤维与常规巧麻纤维性能对比
[00351
[0036]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，满足灌概用水的质 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±壤质 量提升。
[0037]表4不同后处理方法洗麻水基本性状测定 [00；3 引
[i
[0040] 注:悬浮固形物主要包括样液中泥±、娃酸盐及二氧化娃等不溶性物质；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。
[0041] 将本发明获得巧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。
【主权项】
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多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所述的青饲料制作工艺优选拉伸膜裹包青法。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。
【文档编号】A23K10/14GK106012042SQ201610471486
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】熊和平, 喻春明, 陈平, 王延周, 高钢, 陈坤梅
【申请人】中国农业科学院麻类研究所