专利名称：在线苎麻生物脱胶方法
技术领域：
本发明属于苎麻脱胶方法，具体涉及一种在线苎麻生物脱胶方法。
背景技术：
苎麻，学名Boehmeria nivea (L.) Gaudich.，别名家苎麻、白麻、圆麻、青麻，属多年 生宿根性草本植物，是重要的纺织纤维作物。苎麻韧皮单纤维长、强度最大，吸湿和散湿快， 热传导性能好，脱胶后洁白有丝光，可以纯纺，也可和棉、丝、毛、化纤等混纺。苎麻纤维的纯 手工制品夏布因其纤维长、结实、透气性好曾被历代列为贡布，亦曾于20世纪30年代获巴 黎国际博览会金奖。苎麻纤维中间有沟状空腔，管壁多孔隙，并且细长、坚韧、质地轻、吸湿散湿快，因 而透气性比棉纤维高三倍左右，同时苎麻纤维含有嘧啶、嘌呤等元素，对金黄色葡萄球菌、 绿脓杆菌、大肠杆菌等都有不同程度的抑制效果，具有防腐、防菌、防霉等功能，适宜纺织各 类卫生保健用品，因此苎麻纤维具有良好的穿着服用性能，是一种优良的纺织原料，被公认 为“天然纤维之王”。然而，苎麻韧皮含胶质30%以上，在纺织加工前要进行脱胶。目前，国内外报道和 正在使用苎麻脱胶的方法主要有四种化学脱胶、物理脱胶、微生物或酶与化学联合脱胶、 微生物脱胶方法。化学脱胶方法的特点是酸、碱等化学物质用量大。平均每生产It精干麻需耗酸 80 90kg、耗碱350 400kg、耗水600 800t，对自然水体污染严重(化学需氧量高达 17000mg/L左右)，污水处理难达标。徐梅荣在公开号CN101037808的发明专利申请中，公开 了一种苎麻纤维及其用途以及苎麻纤维的提取和制备方法，简称两煮两漂高温分裂法。两 次漂白分别为氯漂和氧漂，氯漂使用浓度为3 8g/L的次氯酸钠，氧漂用双氧水4 6g/L， 时间分别为40 80min。接着碱煮两次，然后再高温分裂。高温分裂时采用浓度为100 140g/L的纯碱，温度100 140°C，时间1. 5 2. 5h。但是其工艺含有大量的酸碱废水，污 水处理困难且成本高昂，此外该工艺的能耗比较大，于节能减排的环境保护基本国策有很 大背离。在环境保护的压力下，不少苎麻加工企业被关停或限产，即使有些企业加大环境治 理力度，投入巨资进行污水处理，由于生产成本偏高、生产的精干麻品质不高、利润空间小 而倒闭。孙焕良等在公开号CN1624213的发明专利申请中，公开了 一种苎麻物理脱胶方 法，发明涉及一种苎麻物理脱胶工艺流程为原麻_温水浸泡_机械敲麻洗麻_高温高压煮 练(或温水浸泡)_机械敲麻洗麻-后处理-精干麻。利用苎麻化学脱胶工艺的现有设备， 在不使用强酸、强碱等化工原料的情况下，以高温高压蒸煮、温水浸泡、机械敲打与水洗，脱 除苎麻韧皮中的杂细胞，制取环保型苎麻精干麻。但是其工艺处理周期比较长，需要高温高 压的条件，能耗比较大，不利于实际工业生产和节能的环保目标的实现。陈一平在公开号CN1232092的发明专利中，公开了苎麻的酶与化学联合脱胶方 法，利用高活力的果胶酶、木聚糖酶、和0 -甘露聚糖酶进行混和酶和化学法结合的苎麻脱胶技术，不仅能使苎麻胶质中的果胶得到降解，还能使胶质中的木聚糖、半乳甘露聚糖、葡 萄甘露聚糖以及半乳葡萄甘露聚糖得到充分降解，得到完全松散、无硬并条的优质苎麻纤 维。但是其生产工艺中使用的化学试剂比较多，且其中一些市场价格不低，并不利于工业化生产。曹军卫等在公开号CN1177003的发明专利申请中，提出了微生物与化学联合脱胶 法，用噬碱芽孢杆菌菌株处理苎麻16 24h后，再用1 % 5%的烧碱煮练1 2h可得到 残胶率小于3%的精干麻。该方法菌种不易被污染、酶活力稳定、处理成本低、纤维质量好， 可是该方法微生物作用时间长，得到的苎麻精干麻残胶率高，目前的技术仅局限于实验室 研究，尚未在苎麻脱胶中得到规模化应用。关于微生物脱胶方法，刘正初等在公开号CN101235357的发明专利申请中，公开 了一种欧文氏杆菌工厂化发酵快速提取苎麻纤维工艺，这种欧文氏杆菌嗜好甘露糖，纯培 养7 9h达到分泌非纤维素降解关键酶的高峰。将其菌剂活化5 6h后接种到苎麻等草 本纤维原料上，发酵5 6h的发酵草料变成蓝色，剥离和部分降解伴生于纤维细胞间的果 胶、半纤维素及部分木质素，再借助高压水柱冲洗可除去附着在纤维上的非纤维素残留物， 达到提取纯净纤维的目的。与前面的方法相比，该方法的优点是条件温和、所需能耗少、水 用量大大减少、且完全不用酸和碱，污水量及其处理难度都大大降低，因而生产成本降低。 该方法已得到应用。从使用情况看，该方法目前仍存在一些不足首先，脱胶微生物的产酶 活力不太稳定，对菌种及产酶条件要求较高，大规模脱胶过程难以很好地控制；其次，微生 物脱胶效率有待提高，胶质较难脱除干净，残胶率较高。以上现有技术存在的问题主要在于生产过程中能耗较大、污染严重，精干麻长度 低、制成率低；生物脱胶技术中生物菌体和酶的脱胶处理时间长，菌体产酶效率低，得到的 苎麻残胶率高，断裂强度低。
发明内容
本发明提出一种在线苎麻生物脱胶方法，解决现有苎麻脱胶方法中脱胶后残胶率 高、断裂强度低、制成率低的问题。本发明的一种在线苎麻生物脱胶方法，包括预处理步骤和发酵步骤，其特征在 于所述预处理步骤将烘干后的苎麻原麻，在0 70°C的温度下，使用5X104 2 X 105Pa的压强搓压，然后将搓压后的原麻放入预处理罐，在80 130°C的温度下保持5 150s，得到预处理麻；所述发酵步骤将预处理麻从预处理罐取出后，放入发酵罐中，注水，水与预处理 麻的质量比为9 15 1 ；发酵罐的温度调至25 38°C，加入菌液，构成发酵液，菌液浓度 为5X105 2X101(lCfu/mL，菌液与发酵罐中水的质量比为0.01 0. 15 1 ；调节发酵液 初始PH值为5. 0 8. 0，向发酵罐中通入空气进行发酵，发酵过程中控制发酵液中的溶氧量 为5% 40%，所述菌液为地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis Hg-1的种子培养液；发酵0 4h后添加氮源和消泡剂，然后继续发酵1 8h后停止，再将发酵罐的压 力升高至5 X 104 2 X 105Pa,处理10 60min后，降至常压，完成生物脱胶过程；氮源添加 量占发酵液质量百分比为0.01% ；消泡剂添加量占发酵液质量百分比为0. 005% 0. 1%。所述的在线苎麻生物脱胶方法，，其特征在于所述发酵步骤中，所述氮源为无机氮源和有机氮源的混和物，无机氮源与有机氮 源的质量比为0.1 1 1;无机氮源为硫酸铵、硝酸铵、硝酸钠中的一种；有机氮源为黄豆 饼粉、鱼粉、酵母粉中的一种。所述消泡剂为聚氧丙烯甘油醚和聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚的混和物，聚氧丙烯甘 油醚与聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚的质量比为1 0.2 5。本发明与现有化学脱胶方法、国家标准的质量指标对比如表1所示。表 1 本发明解决了现有的苎麻化学脱胶方法中生产过程能耗较大、污染严重、精干麻 制成率低的问题；以及现有的苎麻生物脱胶技术中生物菌体和酶的脱胶时间长、过程较繁 琐、脱胶效率低、且得到的苎麻产品精干麻品质较低、残胶率高、断裂强度低的问题。本发明的产品精干麻单纤维细度为5. 20dtex，小于国家标准GB/T20793-2006 《苎麻精干麻》规定的5. 56dtex，为一等精干麻；其色泽及脱胶均勻，纤维柔软松散，硬块、 硬条、夹生、红根极少，符合GB/T 20793-2006 —级精干麻的外观品质条件；束纤维断裂 强度5. 06cN/dteX、残胶率1. 67 %、白度50度、pH值6. 95、回潮率9. 08 %，均符合GB/T 20793-2006 一级精干麻的技术指标。地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis Hg-I保藏日期为2010年5月12日，保 藏单位为中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏编号为CCTCC NO.M2010113，保藏地址为 中国武汉武汉大学。
具体实施例方式实施例1，包括预处理步骤和发酵步骤；预处理步骤将烘干后的苎麻原麻500kg，在0°C的温度下，使用5 X IO4Pa的压强 搓压，然后将搓压后的原麻放入预处理罐，在80°C的温度下保持150s，得到预处理麻；发酵步骤将预处理麻从预处理罐取出后，放入发酵罐中，注4. 5t水，水与预处理 麻的质量比为9 1 ；发酵罐的温度调至25°C，加入45kg菌液，构成发酵液，菌液浓度为 2X101(lCfU/mL，菌液与发酵罐中水的质量比为0.01 1 ；调节发酵液初始pH值为5. 0，向发 酵罐中通入空气进行发酵，发酵过程中控制发酵液中的溶氧量为5%，所述菌液为地衣芽孢杆菌Hg-I的种子培养液；种子培养液所用培养基为每IOOmL蒸馏水中分别加入质量分数为 的蛋白胨，2%的酵母粉，的氯化钠，pH值7.0，系常规液体基础(LB)培养基；发酵4h后添加454. 5g氮源和227. 25g消泡剂，然后继续发酵Ih后停止，再将发酵罐的压力升高至5X IO4Pa,处理60min后，降至常压，完成生物脱胶过程；氮源添加量占 发酵液质量百分比为0. 01%，氮源为41. 32g硫酸铵和413. 18g黄豆饼粉的混和物，硫酸铵 与黄豆饼粉的质量比为0.1 1 ；消泡剂添加量占发酵液质量百分比为0.005%，消泡剂为 37. 88g聚氧丙烯甘油醚和189. 37g聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚的混和物，聚氧丙烯甘油醚与 聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚的质量比为0.2 1。经检测，脱胶后的苎麻精干麻束纤维断裂强度5. 03cN/dteX，残胶率1. 70%，pH值 6. 98。实施例2，包括预处理步骤和发酵步骤；预处理步骤将烘干后的苎麻原麻500kg，在35°C的温度下，使用1 X IO5Pa的压强 搓压，然后将搓压后的原麻放入预处理罐，在100°c的温度下保持80s，得到预处理麻；发酵步骤将预处理麻从预处理罐取出后，放入发酵罐中，注6t水，水与预处理麻 的质量比为12 1 ；发酵罐的温度调至32°C，加入480kg菌液，构成发酵液，菌液浓度为 lX108cfu/mL，菌液与发酵罐中水的质量比为0.08 1 ；调节发酵液初始pH值为6. 5，向发 酵罐中通入空气进行发酵，发酵过程中控制发酵液中的溶氧量为22%，所述菌液为地衣芽 孢杆菌Hg-I的种子培养液；种子培养液所用培养基为每IOOmL蒸馏水中分别加入质量分数 为2%的蛋白胨，的牛肉膏，2%的氯化钠，pH值7.0，系常规牛肉膏蛋白胨培养基；发酵2h后添加6. 48kg氮源和1. 30kg消泡剂，然后继续发酵4h后停止，再将发酵 罐的压力升高至ι χ IO5Pa,处理35min后，降至常压，完成生物脱胶过程；氮源添加量占发 酵液质量百分比为0. 1%，氮源为2. 16kg硝酸铵和4. 32kg鱼粉的混和物，硝酸铵与鱼粉的 质量比为0.5 1 ；消泡剂添加量占发酵液质量百分比为0.02%，消泡剂为650g聚氧丙烯 甘油醚和650g聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚的混和物，聚氧丙烯甘油醚与聚氧乙烯聚氧丙烯 甘油醚的质量比为1 1。经检测，脱胶后的苎麻精干麻束纤维断裂强度5. 07cN/dteX，残胶率1. 65%，pH值 6. 93。实施例3，包括预处理步骤和发酵步骤；预处理步骤将烘干后的苎麻原麻500kg，在70°C的温度下，使用2 X IO5Pa的压强 搓压，然后将搓压后的原麻放入预处理罐，在130°C的温度下保持5s，得到预处理麻；发酵步骤将预处理麻从预处理罐取出后，放入发酵罐中，注7. 5t水，水与预处理 麻的质量比为15 1;发酵罐的温度调至38°C，加入1. 125t菌液，构成发酵液，菌液浓度为 5X105cfu/mL，菌液与发酵罐中水的质量比为0. 15 1 ；调节发酵液初始pH值为8. 0，向发 酵罐中通入空气进行发酵，发酵过程中控制发酵液中的溶氧量为40 %，所述菌液为地衣芽 孢杆菌Hg-I的种子培养液；种子培养液所用培养基为每IOOmL蒸馏水中分别加入质量分 数为2%的葡萄糖，2%的蛋白胨，的酵母粉，pH值7.0，系常规酵母粉葡萄糖(YPD)培养 基；开始发酵即先添加86. 25kg氮源和8. 625kg消泡剂，然后发酵8h后停止，再将发 酵罐的压力升高至2X IO5Pa,处理IOmin后，降至常压，完成生物脱胶过程；氮源添加量占发酵液质量百分比为1%，氮源为43. 125g硝酸钠和43. 125g酵母粉的混和物，硝酸钠与酵母粉的质量比为1 1;消泡剂添加量占发酵液质量百分比为0.1%，消泡剂为7. 187kg聚 氧丙烯甘油醚和1.438kg聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚的混和物，聚氧丙烯甘油醚与聚氧乙烯 聚氧丙烯甘油醚的质量比为5 1。 经检测，脱胶后的苎麻精干麻束纤维断裂强度5. OScN/dtex，残胶率1. 62%，pH值 6. 97。
权利要求
一种在线苎麻生物脱胶方法，包括预处理步骤和发酵步骤，其特征在于所述预处理步骤将烘干后的苎麻原麻，在0～70℃的温度下，使用5×104～2×105Pa的压强搓压，然后将搓压后的原麻放入预处理罐，在80～130℃的温度下保持5～150s，得到预处理麻；所述发酵步骤将预处理麻从预处理罐取出后，放入发酵罐中，注水，水与预处理麻的质量比为9～15∶1；发酵罐的温度调至25～38℃，加入菌液，构成发酵液，菌液浓度为5×105～2×1010cfu/mL，菌液与发酵罐中水的质量比为0.01～0.15∶1；调节发酵液初始pH值为5.0～8.0，向发酵罐中通入空气进行发酵，发酵过程中控制发酵液中的溶氧量为5％～40％，所述菌液为地衣芽孢杆菌Bacillus licheniformis Hg-1的种子培养液；发酵0～4h后添加氮源和消泡剂，然后继续发酵1～8h后停止，再将发酵罐的压力升高至5×104～2×105Pa，处理10～60min后，降至常压，完成生物脱胶过程；氮源添加量占发酵液质量百分比为0.01％～1％；消泡剂添加量占发酵液质量百分比为0.005％～0.1％。
2.所述的在线苎麻生物脱胶方法，，其特征在于所述发酵步骤中，所述氮源为无机氮源和有机氮源的混和物，无机氮源与有机氮源的 质量比为0.1 1 1 ；无机氮源为硫酸铵、硝酸铵、硝酸钠中的一种；有机氮源为黄豆饼 粉、鱼粉、酵母粉中的一种。所述消泡剂为聚氧丙烯甘油醚和聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚的混和物，聚氧丙烯甘油醚 与聚氧乙烯聚氧丙烯甘油醚的质量比为0.2 5 1。
全文摘要
在线苎麻生物脱胶方法，属于苎麻脱胶方法，解决现有脱胶方法脱胶后残胶率高、断裂强度低、制成率低的问题。本发明包括(1)预处理步骤将烘干后的苎麻原麻，加压搓压后，在80～130℃的温度下保持，得到预处理麻；(2)发酵步骤将预处理麻放入水和地衣芽孢杆菌Hg-1的种子培养液构成的发酵液中，调节发酵液初始pH值和溶氧量，发酵后添加氮源和消泡剂，然后继续发酵1～8h后停止，再将发酵罐的压力升高处理后，降至常压，完成脱胶过程。本发明解决了现有方法脱胶时间长、过程较繁琐、脱胶效率低、且得到的苎麻产品精干麻品质较低、残胶率高、断裂强度低的问题，产品符合GB/T 20793-2006一级精干麻的技术指标。
文档编号D01C1/04GK101838856SQ201010171660
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者何峰, 余龙江, 樊培, 黎威 申请人:华中科技大学