苎麻生物脱胶工艺技术与设备的制作方法

专利名称：苎麻生物脱胶工艺技术与设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及纺织工业中苎麻脱胶的新工艺及其设备。
苎麻是一种原产于我国的高产、优质、高效韧皮纤维作物。农民通过剥制而获得的农产品-苎麻(原麻，又称生苎麻)，必须经脱胶，除去其非纤维素物质(包括果胶、半纤维素、木质素、蜡脂质、水溶物等，统称苎麻胶质，占生苎麻重量的22～30％)，才能获得松散、洁白、可用于纺纱织布的苎麻纤维。目前国内外广泛采用的苎麻脱胶方法仍然是以烧碱煮炼为中心的常规化学脱胶工艺。其技术路线一般为生苎麻→扎把装笼→浸酸(浴比1∶8～10，硫酸4.5g/l，50℃左右，30分钟)→一煮(蒸汽压2.0～2.5kg/cm2，1.5h，浴比1∶10，NaOH浓度6～8g/l)→洗麻(60℃热水，浴比1∶10)→二煮(蒸汽压2.0～2.5kg/cm2，2.5h，浴比1∶10，NaOH浓度14～18g/l，助剂2％左右)→洗麻(60～80℃热水，浴比1∶10)→打纤→漂酸洗(联合机)→给油→脱水→烘干(精干麻)。该法存在的主要问题是消耗大量化工原料和能源，每加工一吨生苎麻耗固体烧碱150～200kg，浓硫酸45kg，原煤约2.5T，水600m3，电350度左右；损坏苎麻纤维固有的优良特性并降低纤维产量，高温高压和强酸浓碱水解胶质的同时使本来交叉、扭曲排列的微纤维变得平直了，并且水解了结晶度低的纤维素分子末端，导致成纱抱合力差、织物刺痒感明显，脱胶制成率一般为62～65％；污染环境严重，这些污染除了来自脱胶工艺能耗、化工原料的大量投入外，还来自生苎麻本身，其高浓度废水中COD值平均高达10000mg/l左右；工厂成本高，每吨生苎麻至精干麻的加工费在3000元左右。
此外，国内外还报道过第一代生物脱胶方法，即以微生物发酵作用或微生物酶制剂(粗酶液)催化作用为主体的生物脱胶工艺。其中最先达生产应用水平、在生产中应用最多且综合效果最好的工艺是“苎麻细菌化学联合脱胶技术”(专利号85103481，1990年获国家发明三等奖)。与常规化学脱胶工艺相比，该项技术节省化工原料42.3％，节省能耗23.6％，纤维耐磨提高4.5倍，脱胶制成率提高4.9个百分点，高浓度废水中COD降低56％，加工成本降低15％左右。然而，该项技术亦存在不尽人意之处，如菌株需氧量大，再加上酶活不太高，脱胶周期较长导致电力消耗较大；微生物酶对胶质结构破坏不彻底，生物脱胶后仍需要高温高压下稀碱液精炼；由于碱煮对纤维结构有一定的负作用，因此，细菌化学联合脱胶的苎麻纤维纺织性能仍未达到理想的水平。除此以外，采用酶制剂脱胶还存在着生产成本偏高，企业难以接受等问题。
本发明的目的是针对苎麻常规化学脱胶和生物化学联合脱胶方法存在的主要问题，提供一种生物脱胶工艺技术，使之与已有技术相比，具有节能，减少工艺辅料，提高脱胶制成率，保持纤维长度及扭曲数不受加工过程影响，改善可纺性能，减少污染源等特点。同时，为本工艺提供一种设备——洗麻机。
本发明的技术解决方案是通过选育高效脱胶菌株，并利用这种菌株对苎麻纤维进行生物脱胶加工，形成一套新的生物脱胶工艺。其技术方案包括(1)高效脱胶菌株选育；(2)高效菌株生物学特性及其制备技术；(3)生物脱胶工艺参数；(4)生物脱胶麻后处理工艺。同时，为生物脱胶麻的后处理工艺设计试制一种洗麻机。该洗麻机采用辊式结构，即由齿辊和光辊对脱胶麻进行轧辊清洗。
(1)高效脱胶菌株选育自湖南、湖北、广东、河南、安徽等麻区采集菌样109份，从中分离具脱胶能力的菌株501个，经反复筛选，以编号为T85-260的菌株脱胶能力最强。果胶、半纤维素和总胶质脱除分别为88.3％、29.0％和60.6％，比T66菌株分别提高51、16和13个百分点。
(2)其高效脱胶菌株T85-260的生物学特性及其制备技术镜检为革兰氏阴性无芽孢杆菌。普通营养琼脂葡萄糖平板12～14小时长成皮膜状浅黄色微透明菌苔，边缘不整齐；营养肉汤培养有混浊沉淀，需氧性测定为兼性好氧细菌。该菌提纯复壮采用果胶平板分离，24～36小时即形成圆形菌落并在其周围出现透明圈。果胶平板培养基配方为果胶0.6～1.2％、蛋白胨0.2～0.6％、猪胆盐0.8～1.2％、酵母汁0.08～0.12％、(NH4)2HPO40.08～0.12％、0.2g/l煌绿溶液0.5～1.5％、琼脂1.8～2.0％、PH6.5～7.2。该菌活化及扩培采用肉汤、普通豆饼粉无机盐或面粉无机盐溶液(面粉1.0～2.0％，磷酸氢二铵0.04～0.06％，磷酸二氢钾0.04～0.06％，酵母汁0.04～0.06％，硫酸镁0.01～0.02％)，生长良好，2～4小时即进入对数生长期，6～8小时，可用于脱胶。该菌可在PH5.0～9.0范围内生长，最适PH值为6.5～7.0，适宜生长温度为27～42℃，最适宜生长温度为35～37℃，最高生长温度在40～42℃之间。糖类发酵结果表明对苎麻胶质中较难去除的甘露糖、半乳糖等发酵速度最快。经综合鉴定定名为胡萝卜软腐欧文氏杆菌(Erwinia carotovora，编号T85-260)。该菌株于1995年11月12日提交北京中关村中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心保藏，编号为CGMCC95。
(3)生物脱胶工艺参数将扩大培养菌液以自来水稀释30～50倍，加农用复合肥0.3～0.7％配成菌悬液，温度35～40℃，再将装好麻笼浸没于菌悬液中处理15～30分钟，吊出麻笼置于22～40℃及相对湿度大于或等于90％的细菌脱胶锅中静止发酵7～12小时，然后按浴比1∶8～10，用PH5.5、温度55±3℃的温水浸泡3±0.5小时，经洗麻机处理得生物脱胶麻。同时，收集浸泡接种余液，待补充扩培菌液和复合肥后，再次浸麻接种。
(4)生物脱胶麻后处理工艺将生物脱胶麻采用洗麻机洗麻，然后进行漂白，H2O2浓度0.8～1.8g/l，PH11±0.5，浴比1∶6～8，80～100℃处理15～30分钟，再用60～80℃的清水洗一次即可得生物加工苎麻纤维，经给油、烘干即可得常规用途精干麻。
脱胶麻的后处理工艺设备——洗麻机如图2所示。它由传动系统、轧辊洗麻系统和机架等组成。其传动由动力驱动减速机1，再由传动链3带动齿辊4，由齿辊和光辊5压轧从喂麻斗11送来的脱胶麻，同时由进水管10向轧辊麻供水，实现一边压轧，一边清洗，使脱胶麻能清洗干净，从出麻斗2输出，反复3～6次，进入下道漂白工序。其压辊架6座落在机架12上，里似龙门架，两边分别设齿辊轴孔；其光辊5通过辊轴装在一对滑块9的轴孔内，并使光辊辊面能接触齿辊4的辊面。其齿辊长度为250～350mm，齿型为等腰三角形，齿距2.5～3.0mm，齿高1.5～2.0mm；其滑块9上安装有弹簧8，每个弹簧的压力为0.5～1.5T，且弹簧压力由调节螺栓7进行调节控制。
由于采用上述技术解决方案，本发明与常规化学脱胶和细菌化学联合脱胶的精于麻进行比较测试，生物加工纤维长度分别增加19.1％和8.4％，扭曲数增加127.5％和53.1％，勾结强力提高64.0％和30.7％，勾结伸长提高39.2％和8.6％，脱胶制成率提高10.0和5.1个百分点。电镜观察，生物加工精干麻的微纤维里交叉、扭曲排列，与天然状态下观察一致；常规化学脱胶者平直状态；细菌化学联合脱胶介于二者之间，有交叉、扭曲现象。
经测算，每吨生麻增收节支收入在2500元左右，其中增产纤维100kg，节约烧碱约150kg，工业用煤1.5～2.0T，工业用电约150度。此外，污染源大幅度减少亦可产生明显社会效益。


图1是本发明工艺流程方框图。
图2是本发明的设备——洗麻机的示意图。
实施例本发明实施的工艺流程包括生苎麻扎把装笼↓保藏菌种→提纯复壮菌种→活化菌种→扩培菌种→浸泡接种→湿润发酵→酶促反应→洗麻机洗麻→漂白→给油→烘干(精干麻)。
①菌种提纯复壮采用果胶平板分离，在37℃下培养30小时即形成圆形菌落并在其周围出现透明圈。果胶平板培养基配方为果胶0.8％、蛋白胨0.4％、猪胆盐1.0％、酵母汁0.1％、(NH4)2HPO40.1％、0.2g/l煌绿溶液1％、琼脂1.8％、PH7.0。
②菌种活化采用500ml锥形瓶盛肉汤或豆饼(面粉)无机盐培养基100～400ml，本实施例用500ml锥形瓶盛面粉无机盐培养基200ml，接典型菌落1个，37℃振荡培养8小时。面粉无机盐培养基配方为面粉1.0％、(NH4)2HPO40.05％、KH2PO40.05％、酵母汁0.05％、硫酸镁0.01％。
③菌种扩培采用普通发酵罐盛面粉无机盐溶液(面粉1.0％、(NH4)2HPO40.05％、KH2PO40.05％、酵母汁0.05％、硫酸镁0.01％、自然PH)70～90％，本实施例盛培养基溶液80％、37℃、搅拌、不通压缩空气，培养8小时。
④生苎麻扎把装笼将生苎麻抖松理直并分别扎成0.4～0.7kg小束，按一定方式(横向平放或纵向悬挂)均匀装成麻笼，麻把排列密度为100～120kg/m3，本实施例为110kg/m3。
⑤浸泡接种将扩培菌液以39℃温水稀释成含活菌107cfu/ml的菌悬液，再按0.5g/l的比例加入农用复合肥，混匀，将麻笼浸没于其中处理25分钟，吊出麻笼，收集余液，待补充扩培菌液和复合肥后，再次浸麻接种。
⑥湿润发酵将浸泡接种后的麻笼置于苎麻脱胶锅(专利号892115690)中，顶部排气口微开，保持相对湿度90％，温度37℃，静止8小时。
⑦酶促反应按1∶8的浴比配制PH5.5，温度55℃水溶液，将湿润发酵的麻笼浸没于其中保温3小时，排出废液。
⑧洗麻机洗麻将生物脱胶后的麻把解开，抖松，铺于本发明设计试制的洗麻机上进行洗麻，工艺参数为水柱压力3.0±0.5kg/cm2，本实施例采用3kg/cm2，麻把经过机压次数为5次，转动速率0.3～0.5M/S，本例为0.4M/S，进料厚度3～5mm，本例为4mm。
⑨漂白将洗麻机洗过的麻纤维脱水，抖松并装笼后，置于漂白槽中进行漂白。漂白液含H2O21.5g/l，PH11，浴比1∶8，温度95℃，时间25分钟，再用75℃温水洗一次。
⑩给油按常规方法进行处理。
烘干按常规方法进行处理。
本发明采用1kg、5kg和20kg生苎麻的规模实施上述工艺流程，实施结果表明，不同产地、不同品种、不同收获季节、不同刮制质量的生苎麻均可采用本发明进行加工。脱胶制成率稳定在72～76％之间，比常规方法提高近10个百分点；纤维长度、扭曲数、勾结强力和勾结伸长增加幅度分别在20％、130％、60％和40％左右；加工过程的能耗不到常规方法的一半，工艺辅料仅为常规方法的1/3，高浓度废水中有机污染物指标降低60％左右。与细菌化学联合脱胶工艺相比，其菌株脱胶能力强，性能稳定，周期较短，生物脱胶过程不必通气，生物脱胶后不必化学精炼，脱胶制成率更高，纤维品质更好。因此，可以肯定，本发明是苎麻加工领域一项节能、高产、优质、高效的第二代生物加工技术。
权利要求
1.一种苎麻生物脱胶工艺技术，包括高效脱胶菌株选育、菌种提纯复壮、菌种活化及扩大培养、浸泡接种、湿润发酵、酶促反应、洗麻机洗麻、漂白、给油、烘干等工艺过程，其特征在于所述高效脱胶菌株是从自然界采集菌样分离而获得，即胡萝卜软腐欧文氏杆菌(Erwinia carotovora)，编号T85-260，保藏号CGMCC95，其生物学特性为革兰氏阴性无芽孢杆菌，兼性好氧，可在PH5.0～9.0的范围内生长，最适生长PH6.5～7.0，适宜生长温度为27～42℃，最适生长温度35～37℃，最高生长温度在40～42℃之间，接种2～4小时即进入对数生长期，葡萄糖营养琼脂平板12-14小时，长成皮膜状微透明菌苔。
2.根据权利要求1所述的苎麻生物脱胶工艺技术，其特征在于胡萝卜软腐欧文氏杆菌CGMCC95提纯复壮采用果胶平板分离，24～36小时即形成圆形菌落并在其周围出现透明圈，果胶平板培养基配方为果胶0.6～1.2％、蛋白胨0.2～0.6％、猪胆盐0.8～1.2％、酵母汁0.08～0.12％、(NH4)2HPO40.08～0.12％、0.2g/l煌绿溶液0.5～1.5％、琼脂1.8～2.0％，PH6.5～7.2。
3.根据权利要求1所述的苎麻生物脱胶工艺技术，其特征在于CGMCC95菌种活化采用500ml锥形瓶盛肉汤或豆饼粉(面粉)无机盐培养基100～400ml，接典型菌落1-3个，35～37℃振荡培养6～10小时。
4.根据权利要求1所述的苎麻生物脱胶工艺技术，其特征在于CGMCC95菌株的扩大培养技术参数为普通发酵罐盛豆饼粉无机盐培养基或面粉无机盐培养基70～90％，自然PH，35～37℃，搅拌，不通压缩空气，起始菌量105cfu/ml，培养6～8小时活菌量达108cfu/ml，可用于脱胶，其中面粉无机盐培养基配方为面粉1.0～2.0％，(NH4)2HPO40.04～0.06％、KH2PO40.04～0.06％、酵母汁0.04～0.06％、MgSO40.01～0.02％。
5.根据权利要求1所述的苎麻生物脱胶工艺技术，其特征在于浸泡接种工艺参数为以37～40℃自来水稀释扩培菌液至活菌量达107cfu/ml的菌悬液，加农用复合肥0.3～0.7g/l，混匀，按1∶8～10浴比浸麻15～30分钟，收集余液重复利用。
6.根据权利要求1所述的苎麻生物脱胶工艺技术，其特征在于湿润发酵工艺参数为将接种后的麻笼置于细菌脱胶锅中，顶部排气口启开自然通气，保温32～37℃，相对湿度在90～95％之间，静止7～12小时。
7.根据权利要求1所述的苎麻生物脱胶工艺技术，其特征在于酶促反应工艺参数为浴比1∶8～10，PH5.5±0.3，保温55±3℃，3±0.5小时。
8.根据权利要求1所述的苎麻生物脱胶工艺技术，其特征在于漂白工艺参数为浴比1∶6～8，H2O20.8～1.8g/l，PH11±0.5，80～100℃保温25～35分钟，再以60～80℃清水洗一次。
9.一种适用于权利要求1所述的苎麻生物脱胶工艺技术的设备——洗麻机，由减速机[1]、出麻斗[2]、传动链[3]、齿辊[4]、光辊[5]、压辊座[6]、调节螺检[7]、压力弹簧[8]、滑块[9]、进水管[10]、喂麻斗[11]和机架[12]组成，其特征是a、所述的光辊[5]通过辊轴装在一对滑块[9]的轴孔内，并使光辊辊面能接触齿辊[4]的辊面；b、所述的齿辊长度250～350mm，齿型为等腰三角形，齿距2.5～3.0mm，齿高1.5～2.0mm；c、所述的滑块[9]上安装弹簧[8]，其弹簧的压力为每个0.5～1.5T。
10.根据权利要求1和9所述的苎麻生物脱胶工艺技术与设备，其特征在于采用洗麻机洗麻的工艺参数为水柱压力3.0±0.5kg/cm2，进料厚度3.0～5.0mm。转动速率0.3～0.5M/S，麻把经机压3～6次。
全文摘要
本发明涉及苎麻生物脱胶工艺技术及设备。其特征在于选育出一个高效脱胶菌株T85-260，经适当培养后采用浸泡方式接种到生苎麻上，在湿润条件下进行“胶养菌→菌产酶→酶脱胶”的生物化学反应，再经洗麻机洗麻、漂白及常规给油、烘干处理，便可把生苎麻加工成具有广谱可纺性能的纯净苎麻纤维。与常规化学方法相比，其节能率达40％，工艺辅料减少70～80％，脱胶制成率提高8～10个百分点，纤维长度及扭曲数分别提高20％和130％，钩结强力及伸长等可纺性能指标明显改善，污染源总量减少一半以上。
文档编号D01C1/04GK1130216SQ9511256
公开日1996年9月4日 申请日期1995年11月29日 优先权日1995年11月29日
发明者刘正初, 彭德源, 孙庆祥, 冯湘沅, 吕江南 申请人:中国农业科学院麻类研究所