玉米棒包皮纤维的脱胶方法以及得到的玉米棒包皮纤维

摘要

本发明提供一种玉米棒包皮纤维的脱胶方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（1）筛选无霉变的玉米棒包皮，去除包皮上的尘土和杂物；（2）对玉米棒包皮纤维进行预尿氧处理；（3）在碱条件下用超声波对玉米棒包皮纤维进行脱胶；（4）用生物酶对玉米棒包皮纤维进行深入脱胶；（5）烘干得到脱胶的玉米棒包皮纤维。本发明的方法脱胶效率高，制取的纤维分散性好，残胶含量低，强力高，是一种高效、绿色环保的可应用到实际生产的脱胶工艺。

说明书

技术领域

本发明涉及一种对农作物废弃物再利用的制备工艺及获得的产品，具体而 言，涉及一种玉米棒包皮纤维的脱胶方法以及使用该方法得到的玉米棒包皮纤 维，属于可再生资源利用的技术领域。

背景技术

玉米是我国主要的粮食作物，在我国大部分地域都有广泛种植，故玉米棒 包皮资源丰富，但对其的再利用率相当低，只局限在饲料、编织、沼气等，大 部分都被焚烧，不仅污染环境，而且浪费了资源。将玉米棒包皮纤维进行脱胶 后，可代替其他纤维用于产业中，如制作人造板、包装的缓冲材料等。因此， 对废弃玉米棒包皮进行再利用，既可以减少焚烧等带来的环境污染，又可以缓 解现在能源紧张的危机，具有绿色环保和经济收益的双重优势。

现在纤维脱胶最有效率的方法就是碱脱胶，但存在碱用量过大、对环境污 染较严重、碱的利用率不高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境污染小、脱胶效率高的玉米棒包皮纤维的 脱胶方法以及由此获得的玉米棒包皮纤维。

具体而言，本发明的玉米棒包皮纤维的脱胶方法包括如下步骤：

（1）筛选无霉变的玉米棒包皮，去除包皮上的尘土和杂物；

（2）对玉米棒包皮纤维进行预尿氧处理；

（3）在碱条件下用超声波对玉米棒包皮纤维进行脱胶；

（4）用生物酶对玉米棒包皮纤维进行深入脱胶；

（5）烘干得到脱胶的玉米棒包皮纤维。

步骤（2）中，尿素浓度优选为5.5-6.5g/L，双氧水浓度优选为7.5-8.5g/L， 处理温度优选为30-40度，处理时间优选为40-50分钟，浴比优选为1：15-20。

步骤（3）中，超声波频率优选为33-55KHz，碱浓度优选为25-30g/L，硅 酸钠浓度优选为1.5-2.2g/L，多聚磷酸钠浓度优选为1.5-2.2g/L，处理温度优 选为50-60度，处理时间优选为20-25分钟，浴比优选为1：15-20。

步骤（4）中，优选使用果胶酶与半纤维素酶的混合酶，混合酶浓度优选为 0.8-1.2g/L，果胶酶与半纤维素酶的配比优选为2.5-3.5：1，处理温度优选为 45-55度，处理时间优选为1-2小时，浴比优选为1：25-35，pH优选为7-9。

此外，本发明还提供一种玉米棒包皮纤维，其特征在于，所述玉米棒包皮 纤维是根据上述方法制备得到的。

本发明的方法脱胶效率高、绿色环保，制取的纤维分散性好，残胶含量低， 强力高。

具体实施方案

本发明的玉米棒包皮纤维的脱胶方法包括如下步骤：

（1）筛选无霉变的玉米棒包皮，去除包皮上的尘土和杂物；

（2）对玉米棒包皮纤维进行预尿氧处理；

（3）在碱条件下用超声波对玉米棒包皮纤维进行脱胶；

（4）用生物酶对玉米棒包皮纤维进行深入脱胶；

（5）烘干得到脱胶的玉米棒包皮纤维。

步骤（1）是对玉米棒包皮进行筛选的过程，需要将无霉变的玉米棒包皮挑 选出来，然后将玉米棒包皮上附着的尘土和玉米穗等杂物去除。

步骤（2）是利用尿素的渗透、溶胀作用和双氧水的氧化作用对玉米棒包皮 纤维进行预处理（即“预尿氧处理”）的过程。预尿氧处理期间，要对玉米棒包 皮进行翻滚浸压。通过预尿氧处理，可以在之后的超声波碱处理时，使碱更好 的作用到胶质，减少后续碱煮的负担，提高脱胶效率。其中，使用的尿素浓度 优选为5.5-6.5g/L，更优选为6g/L；双氧水浓度优选为7.5-8.5g/L，更优选为 8g/L。该预尿氧处理优选在30-40度的范围内（更优选为30度）进行，处理时 间优选为40-50分钟（更优选为40分钟），浴比优选为1：15-20（更优选为1： 15）。水洗经过预尿氧处理后的纤维，然后将水控干。

步骤（3）是利用超声波发生器在碱条件下对玉米棒包皮纤维进行初步脱胶 的过程。在碱处理时实施超声波技术，利用超声波的“空化效应”，可以提高脱 胶效率，其原理如下：超声波发生器产生的机械波传播的正压区和负压区交替 作用，产生大于1000个大气压的微小气泡，随时爆破对玉米棒包皮局部高压轰 击，促进碱进入纤维内部进行作用，有利于胶质的脱落，提高碱的利用率，提 高脱胶效率。与单纯的碱处理相比，在同等的提取效率下，本发明的方法可以 减少碱的用量，从而降低由于后续程序中大量碱的排放而引起的环境污染。其 中，对使用的碱没有特别限制，可以列举：氢氧化钠、氢氧化钾等，优选氢氧 化钠；碱浓度优选为25-30g/L，更优选为28g/L；硅酸钠浓度优选为1.5-2.2g/L， 更优选为2g/L；多聚磷酸钠浓度优选为1.5-2.2g/L，更优选为2g/L。超声波频 率优选为33-55KHz，更优选为33KHz；处理温度优选为50-60度，更优选为55 度；处理时间优选为20-25分钟，更优选为20分钟；浴比优选为1：15-20，更 优选为1：20。将超声波碱工艺下处理后的纤维先经过热水洗，然后再经过冷水 洗。

步骤（4）是在生物酶条件下对玉米棒包皮纤维进行深入脱胶的过程。生物 酶处理期间，要对纤维进行搅拌，防止酶发生沉淀。生物酶的脱胶原理如下： 酶具有专一性、高效性的特点，酶活性中心与底物形成中间络合物，随后分解 产物放出酶，从而达到去除胶质的目的。脱胶后的纤维表面纯净，纹路清晰， 胶质去除得彻底，不会因为胶质而粘连在一起，分散性好。此外，由于酶作用 柔和，因此纤维的细度相应变小，断裂强度有所提高。其中，优选使用果胶酶 与半纤维素酶的混合酶，混合酶浓度优选为0.8-1.2g/L，更优选为1g/L；果胶 酶与半纤维素酶的配比优选为2.5-3.5：1，更优选为3：1。酶处理的条件优选 如下：温度45-55度（更优选50度），处理时间1-2小时（更优选1.5小时）， 浴比1：25-30（更优选1：30），pH7-9（更优选pH=7）。将经过生物酶处理过 的纤维在热水下水洗使生物酶失活，然后再经过凉水洗。

步骤（5）是烘干上述经过深入脱胶的纤维，最后获得纤维胶质含量较少的 玉米棒包皮纤维的过程。对烘干温度没有特别限制，一般为70-90度。

综上所述，本发明的方法采用超声波-生物酶联合脱胶的方法处理玉米棒包 皮纤维，脱胶速率快，效率高，绿色环保，应用前景十分广阔。

由上述方法制备得到的玉米棒包皮纤维呈黄色，胶质含量低，强力高，分 散性好，可代替其他纤维用于产业中，如制作人造板、包装的缓冲材料等。纤 维的残胶率在25%以下，断裂强度在1.39cN/dtex以上，纤维细度在250dtex以 下。

实施例

下面列举实施例对本发明进行详细说明。但本发明不受下述实施例的限制， 在符合本发明前后宗旨的范围内，可对本发明做任意变化，这些变化均包括在 本发明的技术范围内。

实施例1

选取无霉变的洁净的玉米棒包皮，称取10g放入烧杯中，按照浴比1：15 加入150ml自来水，称取0.9g尿素、4g浓度为30wt%的双氧水加入到烧杯中， 在30度的条件下作用40分钟，期间要对玉米棒包皮纤维进行翻滚浸压，使溶 液能完全浸泡、充分浸润到玉米棒包皮的内部。预尿氧处理完成后，水洗玉米 棒包皮纤维，控干。

按照浴比1：20加入200ml自来水，加入5.6g氢氧化钠、0.4g硅酸钠、0.4g 多聚磷酸钠，使用超声波发生器（超声波频率33KHz），在55度的条件下，对玉 米棒包皮纤维作用20分钟。超声波碱处理完成后，先经过50度的热水水洗， 然后再经过4-5次冷水水洗，得到3.7g玉米棒包皮粗纤维。

按照浴比1：30量取蒸馏水111ml，称取0.083g果胶酶、0.028g半纤维素 酶加入烧杯中，在50度条件下对玉米棒包皮纤维作用1.5小时（pH=7）。期间 要对纤维进行搅拌，防止酶发生沉淀。将经过生物酶处理过的纤维在50度热水 中水洗，使生物酶失活后，再经过凉水洗，得到3.2g胶质含量低的玉米棒包皮 纤维（纤维的提取率为32.25%左右），将其在90度下烘干即可。

最终得到的玉米棒包皮纤维的理化性能：残胶率在21.6%左右，细度为 210-235dtex，断裂强度为1.39-1.47cN/dtex。

比较例1

选取无霉变的洁净的玉米棒包皮，称取10g放入烧杯中，按照浴比1：20 加入200ml自来水，再加入6g氢氧化钠，在100度的条件下对玉米棒包皮纤维 作用20分钟。碱处理完成后，先经过50度的热水水洗，然后再经过4-5次冷 水水洗，得到2.58g玉米棒包皮粗纤维，之后在90度下烘干即可。得到的纤维 粗硬且脆，弹性差，残胶率在31.7%左右，细度在350dtex左右，断裂强度为 1.22cN/dtex左右。

比较例2

在碱处理时不使用超声波且不进行生物酶脱胶，除此之外，与实施例1同 样地处理玉米棒包皮纤维。得到3.54g玉米棒包皮粗纤维，残胶率在28.4%左右， 细度在295dtex左右，断裂强度在1.30cN/dtex左右。

由上述试验结果可知，与用碱处理方法和用预尿氧处理-碱处理方法获得的 纤维相比，使用本发明的方法获得的纤维残胶率低，光泽好，细度好，较柔软 且有弹性，强度高。

此外，上述玉米棒包皮纤维的各项理化性能是通过如下方法测定得到的：

1.残胶率：GB/T18147.2-2000《大麻纤维试验方法—第2部分：残胶率试 验方法》

2.细度：GB/T18147.4-2000《大麻纤维试验方法—第4部分：细度试验方 法》

3.断裂强度：GB/T18147.5-2000《大麻纤维试验方法—第5部分：断裂强 度试验方法》