玉米棒包皮纖維的脫膠方法以及得到的玉米棒包皮纖維的制作方法

專利名稱：玉米棒包皮纖維的脫膠方法以及得到的玉米棒包皮纖維的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對農作物廢棄物再利用的制備工藝及獲得的產品，具體而言，涉及一種玉米棒包皮纖維的脫膠方法以及使用該方法得到的玉米棒包皮纖維，屬于可再生資源利用的技術領域。
背景技術：
玉米是我國主要的糧食作物，在我國大部分地域都有廣泛種植，故玉米棒包皮資源豐富，但對其的再利用率相當低，只局限在飼料、編織、沼氣等，大部分都被焚燒，不僅污染環境，而且浪費了資源。將玉米棒包皮纖維進行脫膠后，可代替其他纖維用于產業中，如制作人造板、包裝的緩沖材料等。因此，對廢棄玉米棒包皮進行再利用，既可以減少焚燒等帶來的環境污染，又可以緩解現在能源緊張的危機，具有綠色環保和經濟收益的雙重優勢。·現在纖維脫膠最有效率的方法就是堿脫膠，但存在堿用量過大、對環境污染較嚴重、堿的利用率不高等問題。

發明內容
本發明的目的在于提供一種環境污染小、脫膠效率高的玉米棒包皮纖維的脫膠方法以及由此獲得的玉米棒包皮纖維。具體而言，本發明的玉米棒包皮纖維的脫膠方法包括如下步驟(I)篩選無霉變的玉米棒包皮，去除包皮上的塵土和雜物；( 2 )對玉米棒包皮纖維進行預尿氧處理；(3)在堿條件下用超聲波對玉米棒包皮纖維進行脫膠；(4)用生物酶對玉米棒包皮纖維進行深入脫膠；(5)烘干得到脫膠的玉米棒包皮纖維。步驟(2)中，尿素濃度優選為5. 5-6. 5g/L，雙氧水濃度優選為7. 5-8. 5g/L，處理溫度優選為30-40度，處理時間優選為40-50分鐘，浴比優選為I : 15-20。步驟(3)中，超聲波頻率優選為33-55KHZ，堿濃度優選為25_30g/L，硅酸鈉濃度優選為I. 5-2. 2g/L，多聚磷酸鈉濃度優選為I. 5-2. 2g/L，處理溫度優選為50-60度，處理時間優選為20-25分鐘，浴比優選為I : 15-20。步驟(4)中，優選使用果膠酶與半纖維素酶的混合酶，混合酶濃度優選為0. 8-1. 2g/L，果膠酶與半纖維素酶的配比優選為2. 5-3. 5 :1，處理溫度優選為45-55度，處理時間優選為1-2小時，浴比優選為I :25-35，pH優選為7-9。此外，本發明還提供一種玉米棒包皮纖維，其特征在于，所述玉米棒包皮纖維是根據上述方法制備得到的。本發明的方法脫膠效率高、綠色環保，制取的纖維分散性好，殘膠含量低，強力高。具體實施方案
本發明的玉米棒包皮纖維的脫膠方法包括如下步驟(I)篩選無霉變的玉米棒包皮，去除包皮上的塵土和雜物；(2)對玉米棒包皮纖維進行預尿氧處理；(3)在堿條件下用超聲波對玉米棒包皮纖維進行脫膠；(4)用生物酶對玉米棒包皮纖維進行深入脫膠；(5)烘干得到脫膠的玉米棒包皮纖維。步驟(I)是對玉米棒包皮進行篩選的過程，需要將無霉變的玉米棒包皮挑選出來，然后將玉米棒包皮上附著的塵土和玉米穗等雜物去除。·步驟(2)是利用尿素的滲透、溶脹作用和雙氧水的氧化作用對玉米棒包皮纖維進行預處理(即“預尿氧處理”)的過程。預尿氧處理期間，要對玉米棒包皮進行翻滾浸壓。通過預尿氧處理，可以在之后的超聲波堿處理時，使堿更好的作用到膠質，減少后續堿煮的負擔，提高脫膠效率。其中，使用的尿素濃度優選為5. 5-6. 5g/L，更優選為6g/L ;雙氧水濃度優選為7. 5-8. 5g/L，更優選為8g/L。該預尿氧處理優選在30-40度的范圍內(更優選為30度)進行，處理時間優選為40-50分鐘(更優選為40分鐘)，浴比優選為I :15-20 (更優選為
I:15)。水洗經過預尿氧處理后的纖維，然后將水控干。步驟(3)是利用超聲波發生器在堿條件下對玉米棒包皮纖維進行初步脫膠的過程。在堿處理時實施超聲波技術，利用超聲波的“空化效應”，可以提高脫膠效率，其原理如下超聲波發生器產生的機械波傳播的正壓區和負壓區交替作用，產生大于1000個大氣壓的微小氣泡，隨時爆破對玉米棒包皮局部高壓轟擊，促進堿進入纖維內部進行作用，有利于膠質的脫落，提高堿的利用率，提高脫膠效率。與單純的堿處理相比，在同等的提取效率下，本發明的方法可以減少堿的用量，從而降低由于后續程序中大量堿的排放而引起的環境污染。其中，對使用的堿沒有特別限制，可以列舉氫氧化鈉、氫氧化鉀等，優選氫氧化鈉；堿濃度優選為25-30g/L，更優選為28g/L ;硅酸鈉濃度優選為I. 5-2. 2g/L，更優選為2g/L ;多聚磷酸鈉濃度優選為I. 5-2. 2g/L，更優選為2g/L。超聲波頻率優選為33-55KHZ，更優選為33KHz ;處理溫度優選為50-60度，更優選為55度；處理時間優選為20-25分鐘，更優選為20分鐘；浴比優選為I :15-20，更優選為I :20。將超聲波堿工藝下處理后的纖維先經過熱水洗，然后再經過冷水洗。步驟(4)是在生物酶條件下對玉米棒包皮纖維進行深入脫膠的過程。生物酶處理期間，要對纖維進行攪拌，防止酶發生沉淀。生物酶的脫膠原理如下酶具有專一性、高效性的特點，酶活性中心與底物形成中間絡合物，隨后分解產物放出酶，從而達到去除膠質的目的。脫膠后的纖維表面純凈，紋路清晰，膠質去除得徹底，不會因為膠質而粘連在一起，分散性好。此外，由于酶作用柔和，因此纖維的細度相應變小，斷裂強度有所提高。其中，優選使用果膠酶與半纖維素酶的混合酶，混合酶濃度優選為0. 8-1. 2g/L，更優選為lg/L ;果膠酶與半纖維素酶的配比優選為2. 5-3. 5 :1，更優選為3 :1。酶處理的條件優選如下溫度45-55度(更優選50度)，處理時間1-2小時(更優選I. 5小時)，浴比I :25-30 (更優選I :30)，pH7-9 (更優選pH=7)。將經過生物酶處理過的纖維在熱水下水洗使生物酶失活，然后再經過涼水洗。步驟(5)是烘干上述經過深入脫膠的纖維，最后獲得纖維膠質含量較少的玉米棒包皮纖維的過程。對烘干溫度沒有特別限制，一般為70-90度。
綜上所述，本發明的方法采用超聲波-生物酶聯合脫膠的方法處理玉米棒包皮纖維，脫膠速率快，效率高，綠色環保，應用前景十分廣闊。由上述方法制備得到的玉米棒包皮纖維呈黃色，膠質含量低，強力高，分散性好，可代替其他纖維用于產業中，如制作人造板、包裝的緩沖材料等。纖維的殘膠率在25%以下，斷裂強度在1.39cN/dtex以上,纖維細度在250dtex以下。實施例下面列舉實施例對本發明進行詳細說明。但本發明不受下述實施例的限制，在符合本發明前后宗旨的范圍內，可對本發明做任意變化，這些變化均包括在本發明的技術范圍內。實施例I·
選取無霉變的潔凈的玉米棒包皮，稱取IOg放入燒杯中，按照浴比I :15加入150ml自來水，稱取0. 9g尿素、4g濃度為30wt%的雙氧水加入到燒杯中，在30度的條件下作用40分鐘，期間要對玉米棒包皮纖維進行翻滾浸壓，使溶液能完全浸泡、充分浸潤到玉米棒包皮的內部。預尿氧處理完成后，水洗玉米棒包皮纖維，控干。按照浴比I :20加入200ml自來水，加入5. 6g氫氧化鈉、0. 4g硅酸鈉、0. 4g多聚磷酸鈉，使用超聲波發生器(超聲波頻率33KHz)，在55度的條件下，對玉米棒包皮纖維作用20分鐘。超聲波堿處理完成后，先經過50度的熱水水洗，然后再經過4-5次冷水水洗，得到
3.Ig玉米棒包皮粗纖維。按照浴比I :30量取蒸餾水111ml，稱取0. 083g果膠酶、0. 028g半纖維素酶加入燒杯中，在50度條件下對玉米棒包皮纖維作用1.5小時(pH=7)。期間要對纖維進行攪拌，防止酶發生沉淀。將經過生物酶處理過的纖維在50度熱水中水洗，使生物酶失活后，再經過涼水洗，得到3. 2g膠質含量低的玉米棒包皮纖維(纖維的提取率為32. 25%左右)，將其在90度下烘干即可。最終得到的玉米棒包皮纖維的理化性能殘膠率在21. 6%左右，細度為210-235dtex，斷裂強度為 I. 39-1. 47cN/dtex。比較例I選取無霉變的潔凈的玉米棒包皮，稱取IOg放入燒杯中，按照浴比I :20加入200ml自來水，再加入6g氫氧化鈉，在100度的條件下對玉米棒包皮纖維作用20分鐘。堿處理完成后，先經過50度的熱水水洗，然后再經過4-5次冷水水洗，得到2. 58g玉米棒包皮粗纖維，之后在90度下烘干即可。得到的纖維粗硬且脆，彈性差，殘膠率在31. 7%左右，細度在350dtex左右，斷裂強度為I. 22cN/dtex左右。比較例2在堿處理時不使用超聲波且不進行生物酶脫膠，除此之外，與實施例I同樣地處理玉米棒包皮纖維。得到3. 54g玉米棒包皮粗纖維，殘膠率在28. 4%左右，細度在295dtex左右，斷裂強度在I. 30cN/dtex左右。由上述試驗結果可知，與用堿處理方法和用預尿氧處理-堿處理方法獲得的纖維相比，使用本發明的方法獲得的纖維殘膠率低，光澤好，細度好，較柔軟且有彈性，強度高。此外，上述玉米棒包皮纖維的各項理化性能是通過如下方法測定得到的I.殘膠率GB/T18147. 2-2000《大麻纖維試驗方法一第2部分殘膠率試驗方法》
2.細度GB/T18147. 4-2000《大麻纖維試驗方法一第4部分細度試驗方法》3.斷裂強度GB/T18147. 5-2000《大麻纖維試驗方法一第5部分斷裂強度試驗方法》·
權利要求
1.一種玉米棒包皮纖維的脫膠方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1)篩選無霉變的玉米棒包皮，去除包皮上的塵土和雜物； (2)對玉米棒包皮纖維進行預尿氧處理； (3)在堿條件下用超聲波對玉米棒包皮纖維進行脫膠； (4)用生物酶對玉米棒包皮纖維進行深入脫膠； (5)烘干得到脫膠的玉米棒包皮纖維。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(2)中，尿素濃度為5.5-6. 5g/L，雙氧水濃度為7. 5-8. 5g/L，處理溫度為30-40度，處理時間為40-50分鐘，浴比為I : 15-20。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，超聲波頻率為33-55KHZ，堿濃度為25-30g/L，硅酸鈉濃度為I. 5-2. 2g/L，多聚磷酸鈉濃度為I. 5-2. 2g/L，處理溫度為50-60度，處理時間為20-25分鐘，浴比為I : 15-20。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，步驟(4)中，使用果膠酶與半纖維素酶的混合酶，混合酶濃度為O. 8-1. 2g/L，果膠酶與半纖維素酶的配比為2. 5-3. 5 :1，處理溫度為45-55度，處理時間為1-2小時，浴比為I :25-35，pH為7-9。
5.一種玉米棒包皮纖維，其特征在于，所述玉米棒包皮纖維是根據權利要求1-4中任意一項所述的方法制備得到的。
全文摘要
本發明提供一種玉米棒包皮纖維的脫膠方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟(1)篩選無霉變的玉米棒包皮，去除包皮上的塵土和雜物；(2)對玉米棒包皮纖維進行預尿氧處理；(3)在堿條件下用超聲波對玉米棒包皮纖維進行脫膠；(4)用生物酶對玉米棒包皮纖維進行深入脫膠；(5)烘干得到脫膠的玉米棒包皮纖維。本發明的方法脫膠效率高，制取的纖維分散性好，殘膠含量低，強力高，是一種高效、綠色環保的可應用到實際生產的脫膠工藝。
文檔編號D01C1/00GK102787372SQ20121025834
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者呂麗華, 蘇興根 申請人:大連工業大學