杜仲橡胶的工业化生产工艺及所用设备的制作方法

本发明属于橡胶生产技术领域，具体涉及一种杜仲橡胶的工业化生产工艺。

背景技术：

杜仲是重要的胶原植物，树叶、树皮和籽皮中均富含一种白色丝状物质—杜仲胶。关于杜仲胶的提取方法，以下的专利文献作过披露：

cn104356398a披露了一种全生物酶法提取杜仲胶的方法，首先将作为原材料的杜仲树皮进行爆破碎裂后，再依次使用蛋白酶分解杜仲树皮中的蛋白质成分，采用果胶酶分解杜仲树皮中细胞间壁和胞间层，采用纤维素酶提高纤维素、半纤维素的分解，从而将杜仲树皮中的非胶物质分解为可以和杜仲胶完全分离的成分，并采用提取釜中分离筒在水槽中旋转的方法将目标物和废弃成分相分离，分离筒内壁上设置横截面呈角形的弯板搅拌叶片，弯板的夹角不小于120°，搅拌叶片与支撑轴呈10°～15°倾斜角，并且在弯板上交错设有长形孔，保证了目标物和废弃成分分离的彻底性，本方法清洁，安全环保，成本低，效率高，且提取出的杜仲胶的纯度高，可达到92%以上，适宜于产业化生产。

以上工艺的缺点是，酶解时间长，每一次酶的作用时间在28h-32h，采用立式酶解，酶解时间缩短至6-8h。

因此，需要针对上述的工艺进行改进，同时对于新改进后的工艺设计一套配套的设备来适应新的工艺的要求。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种、生产效率高、产品纯度高、生产成本低的杜仲橡胶的工业化生产工艺；

同时，本发明还提供了上述工艺相配套的设备。

本发明主要以剥壳后的杜仲籽皮为主要原料，首先进行酶解，得到杜仲粗胶，然后采用溶剂提取的方案获得杜仲胶液，再经过分离、沉降、凝聚、干燥等过程，获得高纯度的生物基杜仲高分子材料，而且剥壳后的籽康可以用作生物基燃料，进一步回收利用。

杜仲橡胶的工业化生产工艺，包括以下的步骤：

（1）杜仲籽剥壳：将杜仲籽剥壳，分离出籽皮与籽仁，籽皮作为提取杜仲橡胶的原料备用；

（2）酶解杜仲籽皮：取（1）中的籽皮，分别采用纤维素酶、果胶酶、酸性蛋白酶在提取釜内酶解；

（3）提取：在（2）中所得的酶解液中加入有机溶剂中进行提取；

（4）胶液分离：采用胶渣过滤设备分离胶液与胶渣；

（5）胶液沉降：对分离后的胶液进行沉降，对胶液进行提纯；

（6）胶液凝聚：对胶液超低温冷冻使杜仲胶从胶液中凝聚出来；

（7）胶液与溶剂分离：离心分离胶液与橡胶颗粒；

（8）杜仲胶干燥：以氮气作为保护剂，低温干燥杜仲胶。

优选的，（2）中，纤维素酶、果胶酶、酸性蛋白酶加入量分别是籽皮加入量的1.2～1.5%；酶解温度在45～70℃，总酶解时间在12～24h；酶解后于95～100℃下灭酶5～15min。

优选的，上述的（3）中有机溶剂为石油醚，其加入量为原料籽皮质量的15～20倍。

（3）中溶剂提取时温度控制在50～80℃，提取时间为30～60min。

（4）中，将分离的胶渣干燥，并回收胶液。

优选的，（4）中，将分离的胶渣干燥，并回收胶液，将回收的胶液与分离所获得的胶液合并。

（6）中，超低温冷冻时温度控制在-20~-10℃。

（8）中，低温干燥是在-10～5℃下进行；低温干燥至其含湿量降至0.2～0.8%。

上述的杜仲橡胶的工业化生产工艺，包括以下的步骤：

（1）杜仲籽剥壳：将杜仲籽剥壳，分离出籽皮与籽仁，籽皮作为提取杜仲橡胶的原料备用；

（2）酶解杜仲籽皮：取（1）中的籽皮，分别采用纤维素酶、果胶酶、酸性蛋白酶在提取釜内酶解；酶解温度在45～70℃，总酶解时间在12～24h；酶解后于95～100℃下灭酶5～15min；

（3）提取：在（1）中的酶解液中加入有机溶剂石油醚类提取；石油醚类的用量是原料籽皮质量的15～20倍；提取时温度控制在50～80℃，提取时间为30～60min；

（4）胶液分离：采用胶渣过滤设备分离胶液与胶渣；

（5）胶液沉降：对分离后的胶液进行沉降，对胶液进行提纯；提纯时加入絮凝剂，采用絮凝的办法，使胶液内的木质残渣与絮凝剂大分子结合，从而沉降至罐体底部，与胶液分离，胶液得以提纯；

（6）胶液凝聚：取（5）中获得的胶液于-20~-10℃超低温冷冻，使杜仲胶从胶液中凝聚出来；

（7）胶液与溶剂分离：离心分离胶液与橡胶颗粒；

（8）杜仲胶干燥：以氮气作为保护剂，在-10～5℃下低温干燥杜仲胶至其含湿量降至0.2～0.8%。

上述的设备包括溶剂罐，溶剂罐与提取釜通过管道相连接，提取釜依次与分离机、胶液罐、沉降罐、凝聚釜、离心机、溶剂缓存罐相连接；

沉降罐包括第一沉降罐和第二沉降罐，第一沉降罐和第二沉降罐相并联；与胶液罐的出口相连接的管道分成两条支路，一条支路与第一沉降罐相连通，另一条支路与第二沉降罐相连通，第一沉降罐与第二沉降罐底部的管道汇集后通向凝聚釜；

凝聚釜包括第一凝聚釜和第二凝聚釜，第一凝聚釜和第二凝聚釜相并联；与沉降罐的出口相连接的管道分成两条支路，一条支路与第一凝聚釜相连通，另一条支路与第二凝聚釜相连通，第一凝聚釜与第二凝聚釜底部的管道汇集后通向离心机；离心机还与干燥物料管道相连接，干燥物料管道中的物料通向干燥装置。

与溶剂缓存罐的出口相连接的管道将物料输送至溶剂罐，以便于实现溶剂的回收与再利用。

溶剂罐与提取釜有第一输送泵，胶液罐与沉降罐之间有第二输送泵，沉降罐与凝聚釜之间有第三输送泵，与溶剂缓存罐的出口相连接的管道上有第四输送泵。

本发明采用独特的生产工艺及设备，整个过程绿色环保、生产效率高、产品纯度高、生产成本低，各工序间布局合理，衔接紧凑，是当前杜仲胶提取的最先进技术，实现了杜仲胶生产的产业化。

本发明的有益效果在于:

（1）本发明在对杜仲籽剥壳时，采用了特定的设备，能高效的将杜仲籽仁与坚硬的籽壳分离出，并且能够24h不间断运行。出仁率、出籽皮率分别达到27%，26%，为后续的提取工作打好了基础；

（2）采用了特定的酶对杜仲籽皮进行酶解，酶解效率大幅度提高，且酶解成本降低80%以上；

（3）在胶液与胶渣分离步骤中，对于胶渣中的胶液进行回收，使得胶液的获得量大幅增加，提高了后续杜仲橡胶的提取量；

（4）在对杜仲橡胶干燥时，采用了氮气做保护剂，防止橡胶的氧化，并且控制干燥温度在合理的范围内，实现了低温快速干燥，并且保证了杜仲橡胶的品质。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的提取设备结构图；

图中，1-溶剂罐，2-输送泵，3-提取釜，4-分离机，5-胶液罐，6-第一沉降罐，61-第二沉降罐，7-第一凝聚釜，71-第二凝聚釜，8-离心机，9-溶剂缓存罐。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不因此限制本发明。

实施例1

杜仲橡胶的工业化生产工艺中所用提取设备，包括以下的结构：所述的提取设备包括溶剂罐1，溶剂罐1与提取釜3通过管道相连接，提取釜3依次与分离机4、胶液罐5、沉降罐、凝聚釜、离心机8、溶剂缓存罐9相连接；

沉降罐包括第一沉降罐6和第二沉降罐61，第一沉降罐6和第二沉降罐61相并联；与胶液罐5的出口相连接的管道分成两条支路，一条支路与第一沉降罐6相连通，另一条支路与第二沉降罐61相连通，第一沉降罐6与第二沉降罐61底部的管道汇集后通向凝聚釜；

凝聚釜包括第一凝聚釜7和第二凝聚釜71，第一凝聚釜7和第二凝聚釜71相并联；与沉降罐的出口相连接的管道分成两条支路，一条支路与第一凝聚釜7相连通，另一条支路与第二凝聚釜71相连通，第一凝聚釜7与第二凝聚釜71底部的管道汇集后通向离心机8；离心机8还与干燥物料管道相连接，干燥物料管道中的物料通向干燥装置。

离心机8的出口与与溶剂缓存罐9的进口相连接；与溶剂缓存罐9的出口相连接的管道将物料输送至溶剂罐。

溶剂罐1与提取釜3有第一输送泵201，胶液罐5与沉降罐之间有第二输送泵202，沉降罐与凝聚釜之间有第三输送泵203，与溶剂缓存罐9的出口相连接的管道上有第四输送泵204。

上述的提取釜结构如下：提取釜3主体上部的一侧有投料口301，底部有排料口302；提取釜3主体的上部有搅拌电机303，搅拌电机303与搅拌桨304的转轴305相连接，通电之后电机303带动搅拌桨304的转轴305转动从而使搅拌桨304转动；提取釜3内的底部有闸板306，闸板306上部安装有滤网308。在提取釜3主体上部的另一侧有人孔308；当然提取釜3主体上还设置有放气口及放气阀门，类似的常规设计可以根据具体的情况来设置。

上述的滤网308为200目的滤网；上述搅拌桨304为锚式搅拌桨。

利用上述的设备来实现杜仲橡胶的工业化生产，具体的过程如下：

将杜仲籽剥壳，分离出籽皮与籽仁，取籽皮作为提取杜仲橡胶的原料，将籽皮投放至提取釜3，加入复合酶类，进行一定时间的酶解提取，酶解提取完成之后，将溶剂罐1中的溶剂泵入到提取釜3中，通过溶剂对酶解液发挥作用，进一步的提取；然后将提取后的物料输送至分离机4中，进行胶液与胶渣的分离，分离之后，利用第一沉降罐6和第二沉降罐61对胶液进行沉降处理；然后通过第一凝聚釜7和第二凝聚釜71对沉降后的胶液超低温冷冻使杜仲胶从胶液中凝聚出来；由离心机8离心分离胶液与橡胶颗粒，然后在氮气作为保护剂的条件下，低温干燥杜仲胶。

同时，离心机8中的溶剂进入溶剂缓存罐9，回收后再进入1中继续循环使用。

实施例2

杜仲橡胶的工业化生产工艺，包括以下的步骤：

（1）杜仲籽剥壳：将杜仲籽剥壳，分离出籽皮与籽仁，籽皮作为提取杜仲橡胶的原料备用；其中籽仁经过挤压造粒，作为生物基燃料；

（2）酶解杜仲籽皮：取（1）中的籽皮，分别采用纤维素酶、果胶酶、酸性蛋白酶在提取釜内酶解；酶解温度在55℃左右，总酶解时间为16h；酶解后于95℃下灭酶5min；

（3）提取：在（1）中的酶解液中加入有机溶剂石油醚类提取；石油醚类的用量是原料籽皮质量的18倍；提取时温度控制在70℃，提取时间为40min；

（4）胶液分离：采用胶渣过滤设备分离胶液与胶渣；

（5）胶液沉降：对分离后的胶液进行沉降，对胶液进行提纯；提纯时加入絮凝剂，采用絮凝的办法，使胶液内的木质残渣与絮凝剂大分子结合，从而沉降至罐体底部，与胶液分离，胶液得以提纯；

（6）胶液凝聚：取（5）中获得的胶液于-15℃超低温冷冻，使杜仲胶从胶液中凝聚出来；

（7）胶液与溶剂分离：离心分离胶液与橡胶颗粒；

（8）杜仲胶干燥：以氮气作为保护剂，于-8℃下低温干燥杜仲胶颗粒至其含湿量降至0.5%，获得成品杜仲橡胶。

在此过程中，回收离心上清液中的有机溶剂，循环使用。

实施例3

杜仲橡胶的工业化生产工艺，包括以下的步骤：

（1）杜仲籽剥壳：将杜仲籽剥壳，分离出籽皮与籽仁，籽皮作为提取杜仲橡胶的原料备用；

（2）酶解杜仲籽皮：取（1）中的籽皮，分别采用纤维素酶、果胶酶、酸性蛋白酶在提取釜内酶解；酶解温度在50℃，总酶解时间在18h；酶解后于95℃下灭酶10min；

（3）提取：在（1）中的酶解液中加入有机溶剂石油醚类提取；石油醚类的用量是原料籽皮质量的16倍；提取时温度控制在60℃，提取时间为45min；

（4）胶液分离：采用胶渣过滤设备分离胶液与胶渣；

（5）胶液沉降：对分离后的胶液进行沉降，对胶液进行提纯；提纯时加入絮凝剂，采用絮凝的办法，使胶液内的木质残渣与絮凝剂大分子结合，从而沉降至罐体底部，与胶液分离，胶液得以提纯；

（6）胶液凝聚：取（5）中获得的胶液于-10℃超低温冷冻，使杜仲胶从胶液中凝聚出来；

（7）胶液与溶剂分离：离心分离胶液与橡胶颗粒；

（8）杜仲胶干燥：以氮气作为保护剂，-2℃下低温干燥杜仲胶至其含湿量降至0.6%。

实施例4

杜仲橡胶的工业化生产工艺，包括以下的步骤：

（1）杜仲籽剥壳：将杜仲籽剥壳，分离出籽皮与籽仁，籽皮作为提取杜仲橡胶的原料备用；

（2）酶解杜仲籽皮：取（1）中的籽皮，分别采用纤维素酶、果胶酶、酸性蛋白酶在提取釜内酶解；酶解温度在45℃，总酶解时间在12h；酶解后于100℃下灭酶5min；

（3）提取：在（1）中的酶解液中加入有机溶剂石油醚类提取；石油醚类的用量是原料籽皮质量的15倍；提取时温度控制在60℃，提取时间为50min；

（4）胶液分离：采用胶渣过滤设备分离胶液与胶渣；

（5）胶液沉降：对分离后的胶液进行沉降，对胶液进行提纯；提纯时加入絮凝剂，采用絮凝的办法，使胶液内的木质残渣与絮凝剂大分子结合，从而沉降至罐体底部，与胶液分离，胶液得以提纯；

（6）胶液凝聚：取（5）中获得的胶液于-15℃超低温冷冻，使杜仲胶从胶液中凝聚出来；

（7）胶液与溶剂分离：离心分离胶液与橡胶颗粒；

（8）杜仲胶干燥：以氮气作为保护剂，-5℃下低温干燥杜仲胶至其含湿量降至0.2～0.8%。

实施例5

本发明对通过实施例2～4中所获得的杜仲橡胶进行了检测，结果表明，杜仲胶的提取率达到95%以上，纯度≥99%。对成品胶进行经过检验，得出胶的门尼粘度在90±15，300%定伸应力在20.1±2.0mpa，拉伸强度≥25.0mpa，扯断伸长率%≥35。达到了橡胶的应用标准。

提取率的检测方法：提取率=杜仲胶干重/样品中实际所含的杜仲橡胶重×100%；

纯度的检测方法：铬酸氧化法（橡胶工业手册编写小组，橡胶工业手册，第六分册，上册；北京：化学工业出版社）

本发明人所选择的不同时间生产的不同批次的样品如下：

注：以上表格中，编号1～3中的提取率是相同的，即它们是同一批次不同样品；编号1与4的提取率不同，即它们是不同批次的不同样品。

从以上的表格中可以看出，本发明的杜仲橡胶提取率高，最高达到了96.4%左右，300%定伸应力、拉伸强度及伸长率都非常理想，达到了橡胶的应用标准。

除了获得高品质的杜仲橡胶之外，采用本发明的工艺，实现了规模化的连续生产，缩短了时间，提高了生产效率。