玉米棒包皮纖維的提取與工藝優(yōu)化

玉米棒包皮纖維的提取與工藝優(yōu)化

其研究和開發(fā)玉米棒包裹纖維纖維（玉米棒包裹纖維）具有很高的市場(chǎng)和生態(tài)利用價(jià)值。可用直接染料或活性染料等染色,最重要的是玉米棒包皮纖維可以生物降解,無(wú)環(huán)境污染問題。我國(guó)北方具有極豐富的玉米棒包皮原料,收獲玉米后,大量的玉米包皮被白白扔掉十分可惜。將玉米棒包皮充分利用,變廢為寶,提取出環(huán)保型的纖維。所以研究開發(fā)及生產(chǎn)玉米棒包皮纖維具有環(huán)保和現(xiàn)實(shí)使用意義。1去玉米棒包的纖維玉米棒包皮是變態(tài)葉,不僅含纖維素纖維,而且含有大量的雜質(zhì)。采取物理、化學(xué)以及生物的綜合方法,除去這些雜質(zhì),這與苧麻等麻類得脫膠相似,就可以從中提取出纖維素纖維。浸水和浸酸可以分別去除玉米棒包皮中可溶于水的雜質(zhì)灰分和不溶礦物雜質(zhì)。燒堿在適當(dāng)?shù)臈l件能和絕大部分天然雜質(zhì)發(fā)生作用,并使它們轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀紫慈サ漠a(chǎn)物。亞硫酸鈉,能使木質(zhì)素形成易溶于堿的衍生物而被去除。2實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)藥物和設(shè)備2.2設(shè)備和設(shè)備2.3實(shí)驗(yàn)材料玉米棒包皮2.4實(shí)驗(yàn)測(cè)定2.4.1干燥器的穩(wěn)定性取一份樣品,處理前和處理后分別在烘箱(100℃)烘至恒重,取出放入干燥器中,室溫條件下平衡12個(gè)h,然后再精確稱重。式中,M1和M2分別是處理前和處理后樣品的質(zhì)量。2.4.2固性染料的吸收率又稱吸收率的測(cè)量活性橙K-2GN吸色率的測(cè)定按照國(guó)標(biāo)GB/T2391-2003進(jìn)行。2.4.3白測(cè)量用數(shù)字白度儀測(cè)樣品3次,取平均值。3結(jié)果與討論3.1采用玉米棒包纖維實(shí)驗(yàn)技術(shù)3.1.1纖維化學(xué)成分測(cè)定浸泡→浸水→浸酸→水洗→煮練Ⅰ→熱水洗→冷水洗→煮練Ⅱ→熱水洗→冷水洗→漂白→熱水洗→冷水洗→除氧酶處理→水洗→果膠酶處理→水洗→烘干→測(cè)定纖維化學(xué)成分→染色→水洗→測(cè)定吸色率→烘干(1)浸提液的制備稱重→浸泡(室溫下,在滲透劑JFC10g/L的溶液中浸泡3天,取出水洗)→浸水(80℃±1℃,30min)→晾干→浸酸(3g/L硫酸,室溫,2h)→熱水洗→冷水洗→烘干→稱重(2)煮出工藝潤(rùn)濕→煮練Ⅰ→熱水洗→冷水洗→煮練Ⅱ→熱水洗→冷水洗→烘干→稱重(3)白色大理石工藝潤(rùn)濕→漂白→水洗→烘干→稱重(4)染色過程活性染料染色工藝曲線:3.2實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和技術(shù)條件3.2.1玉米棒包的浸水、浸酸溶液的配制玉米棒包皮經(jīng)過浸泡滲透劑JFC10g/L溶液3天后,再進(jìn)行浸水、浸酸(硫酸5g/L)可將玉米棒包皮的水溶物和不溶物礦物質(zhì)等雜質(zhì)除去較多,失重率為30.68%。3.2.2煮熟工藝煮練實(shí)驗(yàn)處方及工藝條件見表3。3.3煮熟技術(shù)的結(jié)果和分析3.3.1各處方對(duì)玉米棒包失重率的影響煮練中煮練Ⅰ中各處方的選擇要適當(dāng)和合理,要確定最佳工藝,需要對(duì)煮練Ⅰ各處方的用量進(jìn)行分析,失重率隨煮練Ⅰ各處方變化見圖1。由圖1結(jié)合表4實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,隨著氫氧化鈉等在各處方的改變,玉米棒包皮的失重率也隨著增加,在處方1和3之間,失重率增幅較大;在處方3和5之間,失重率增幅較小;在處方5和6之間,失重率幾乎沒有發(fā)生變化。為了使纖維的損傷較小和降低處理成本,綜合選擇處方2為煮練Ⅰ的工藝處方。3.3.2不同因素的影響是煮熟效果的影響煮熟口感按配方2不變(1)納武酸鈉的用量,失重率及其穩(wěn)定性在不改變煮練Ⅱ處方中各因素的前提下,僅改變氫氧化鈉的用量,失重率變化結(jié)果見圖2。由圖2可得出結(jié)論,當(dāng)NaOH的用量為30%(omf)時(shí),失重率最大為70.30%?？梢垣@得最佳的處理效果。(2)鈉的用量,失重率隨na2to3的變化在不改變煮練Ⅱ處方中各因素的前提下,僅改變硅酸鈉的用量,失重率變化結(jié)果見圖3。由圖3可得出結(jié)論,當(dāng)Na2SiO3的用量為4%(omf)時(shí),失重率最大為71.41%?？梢垣@得最佳的處理效果。(3)磷酸鈉的用量在不改變煮練Ⅱ處方中各因素的前提下,僅改變?nèi)哿姿徕c的用量,失重率變化見圖4。由圖4可得出結(jié)論,當(dāng)Na5P3O10的用量為8%(omf)時(shí),失重率最大為70.20%,可以獲得最佳的處理效果。(4)酸鈉的用量在不改變煮練Ⅱ處方中各因素的前提下,僅改變無(wú)水碳酸鈉的用量,失重率變化結(jié)果見圖5。由上表可得出結(jié)論,當(dāng)Na2CO3的用量為24%(omf)時(shí),失重率最大為71.14%,可以獲得最佳的處理效果。(5)鈉的用量,失重率測(cè)定在不改變煮練Ⅱ處方中各因素的前提下,僅改變焦磷酸鈉的用量,失重率變化結(jié)果見圖6。由圖6可得出結(jié)論,當(dāng)Na4P2O7·10HO2為16%(omf)時(shí),失重率最大為66.52%,可以獲得最佳的處理效果。(6)亞硫酸鈉用量在不改變煮練Ⅱ處方中各因素的前提下,僅改變無(wú)水亞硫酸鈉的用量,失重率變化結(jié)果見圖7。由上圖可得出結(jié)論,當(dāng)Na2SO3為18%(omf)時(shí),失重率最大為67.62%。可以獲得最佳的處理效果。(7)煮練時(shí)間的確定在不改變煮練Ⅱ處方中各用量的前提下,僅改變時(shí)間,失重率變化結(jié)果見圖8。由上表可得出結(jié)論,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),失重率增加,同時(shí)纖維損傷程度也增大,為了使纖維損傷較小,可選擇煮練Ⅱ的煮練時(shí)間為60min,失重率為71.50%,可以獲得最佳的處理效果。綜合考慮失重率和處理成本,由以上分析得到從玉米棒包皮提取纖維的煮練的最佳處方工藝條件見表8。3.4漂白技術(shù)3.4.1白色大理石處理對(duì)提取的玉米棒包皮纖維進(jìn)行氧漂,漂白實(shí)驗(yàn)處方及工藝條件見表5。3.4.2雙氧漂穩(wěn)定劑用量對(duì)玉米棒包煮練后對(duì)提取出的玉米棒包皮纖維進(jìn)行氧漂,其它因素不改變,僅改變30%雙氧水用量,失重率變化結(jié)果見圖9。由圖9可知,當(dāng)30%雙氧水濃度為10g/L,氧漂穩(wěn)定劑濃度為5g/L時(shí),失重率為17.63%,可得到最佳的漂白效果,白度可達(dá)67%,而且玉米棒包皮纖維的損傷程度較小。另外,棉纖維氧漂后白度可達(dá)80%以上。說明玉米棒包皮纖維的色素比棉纖維色素要多很多。3.4.3氧氣酶的處理氧漂后的玉米棒表皮纖維,經(jīng)除氧酶處理的實(shí)驗(yàn)處方及工藝條件見表6。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出,經(jīng)除氧酶處理后的玉米棒包皮纖維柔軟和白度有所提高。3.5驗(yàn)處方及工藝條件除氧酶處理后的玉米棒包皮纖維,經(jīng)果膠酶處理實(shí)驗(yàn)處方及工藝條件見表7。經(jīng)過果膠酶處理過的玉米棒包皮纖維的失重率可達(dá)到73.23%,表明果膠酶能更有效地去除所提取的纖維所含的果膠雜質(zhì)。3.6纖維吸色率的變化測(cè)定得活性橙K-2GN的最大吸收波長(zhǎng)為408納米?；钚猿菿-2GN染玉米棒包皮纖維的吸色率為22.01%。而染漂白棉纖維吸色率為53.6%。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明活性染料對(duì)玉米棒包皮纖維上染性能不如棉纖維好,這是由于玉米棒包皮纖維所含的雜質(zhì)(大約60%)比棉花纖維所含的雜質(zhì)(大約10%)多得多。3.7微乳飲料氧漂后纖維的制備綜合上所述,煮練的最佳實(shí)驗(yàn)處方及工藝條件見表8。由表8最佳工藝及條件,從玉米棒包皮中提取出了纖維,失重率為70.26%。對(duì)所提取的玉米棒包皮纖維進(jìn)行漂白的最佳實(shí)驗(yàn)處方及工藝條件見表9。經(jīng)氧漂后玉米棒包皮纖維的白度和柔軟性均有較大提高。再分別進(jìn)行用除氧酶處理和果膠酶處理。最后得到最好的玉米棒包皮纖維。3.8化學(xué)成分的測(cè)定先對(duì)玉米棒包皮用滲透劑JFC的水溶液浸泡,后對(duì)處理樣分別浸水和浸酸處理,再按照表8最佳煮練和表9最佳漂白處方從玉米棒包皮提取出了纖維。并分別對(duì)纖維用除氧酶處理和果膠酶處理。最后測(cè)定了所得玉米棒包皮纖維的化學(xué)成分。玉米棒包皮纖維屬于天然纖維素纖維,參照《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》(GB/T5589-1986)和《苧麻回潮率、含水率試驗(yàn)方法》(GB/T5883-1986)進(jìn)行測(cè)試化學(xué)組成。依次測(cè)定含水量、脂蠟質(zhì)、水溶物、果膠、半纖維素、木質(zhì)素含量,從而得到纖維素含量。各組分具體含量如下:由表10可知:所提取的玉米棒包皮纖維含纖維素為39.93%,含有較多的木質(zhì)素、水溶物及水分,其次就是半纖維素和脂蠟