玉米棒包皮纤维的提取与工艺优化

玉米棒包皮纤维的提取与工艺优化

其研究和开发玉米棒包裹纤维纤维（玉米棒包裹纤维）具有很高的市场和生态利用价值。可用直接染料或活性染料等染色,最重要的是玉米棒包皮纤维可以生物降解,无环境污染问题。我国北方具有极丰富的玉米棒包皮原料,收获玉米后,大量的玉米包皮被白白扔掉十分可惜。将玉米棒包皮充分利用,变废为宝,提取出环保型的纤维。所以研究开发及生产玉米棒包皮纤维具有环保和现实使用意义。1去玉米棒包的纤维玉米棒包皮是变态叶,不仅含纤维素纤维,而且含有大量的杂质。采取物理、化学以及生物的综合方法,除去这些杂质,这与苎麻等麻类得脱胶相似,就可以从中提取出纤维素纤维。浸水和浸酸可以分别去除玉米棒包皮中可溶于水的杂质灰分和不溶矿物杂质。烧碱在适当的条件能和绝大部分天然杂质发生作用,并使它们转变为容易洗去的产物。亚硫酸钠,能使木质素形成易溶于碱的衍生物而被去除。2实验2.1实验药物和设备2.2设备和设备2.3实验材料玉米棒包皮2.4实验测定2.4.1干燥器的稳定性取一份样品,处理前和处理后分别在烘箱(100℃)烘至恒重,取出放入干燥器中,室温条件下平衡12个h,然后再精确称重。式中,M1和M2分别是处理前和处理后样品的质量。2.4.2固性染料的吸收率又称吸收率的测量活性橙K-2GN吸色率的测定按照国标GB/T2391-2003进行。2.4.3白测量用数字白度仪测样品3次,取平均值。3结果与讨论3.1采用玉米棒包纤维实验技术3.1.1纤维化学成分测定浸泡→浸水→浸酸→水洗→煮练Ⅰ→热水洗→冷水洗→煮练Ⅱ→热水洗→冷水洗→漂白→热水洗→冷水洗→除氧酶处理→水洗→果胶酶处理→水洗→烘干→测定纤维化学成分→染色→水洗→测定吸色率→烘干(1)浸提液的制备称重→浸泡(室温下,在渗透剂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,室温,2h)→热水洗→冷水洗→烘干→称重(2)煮出工艺润湿→煮练Ⅰ→热水洗→冷水洗→煮练Ⅱ→热水洗→冷水洗→烘干→称重(3)白色大理石工艺润湿→漂白→水洗→烘干→称重(4)染色过程活性染料染色工艺曲线:3.2实验计划和技术条件3.2.1玉米棒包的浸水、浸酸溶液的配制玉米棒包皮经过浸泡渗透剂JFC10g/L溶液3天后,再进行浸水、浸酸(硫酸5g/L)可将玉米棒包皮的水溶物和不溶物矿物质等杂质除去较多,失重率为30.68%。3.2.2煮熟工艺煮练实验处方及工艺条件见表3。3.3煮熟技术的结果和分析3.3.1各处方对玉米棒包失重率的影响煮练中煮练Ⅰ中各处方的选择要适当和合理,要确定最佳工艺,需要对煮练Ⅰ各处方的用量进行分析,失重率随煮练Ⅰ各处方变化见图1。由图1结合表4实验结果可知,随着氢氧化钠等在各处方的改变,玉米棒包皮的失重率也随着增加,在处方1和3之间,失重率增幅较大;在处方3和5之间,失重率增幅较小;在处方5和6之间,失重率几乎没有发生变化。为了使纤维的损伤较小和降低处理成本,综合选择处方2为煮练Ⅰ的工艺处方。3.3.2不同因素的影响是煮熟效果的影响煮熟口感按配方2不变(1)纳武酸钠的用量,失重率及其稳定性在不改变煮练Ⅱ处方中各因素的前提下,仅改变氢氧化钠的用量,失重率变化结果见图2。由图2可得出结论,当NaOH的用量为30%(omf)时,失重率最大为70.30%。可以获得最佳的处理效果。(2)钠的用量,失重率随na2to3的变化在不改变煮练Ⅱ处方中各因素的前提下,仅改变硅酸钠的用量,失重率变化结果见图3。由图3可得出结论,当Na2SiO3的用量为4%(omf)时,失重率最大为71.41%。可以获得最佳的处理效果。(3)磷酸钠的用量在不改变煮练Ⅱ处方中各因素的前提下,仅改变三聚磷酸钠的用量,失重率变化见图4。由图4可得出结论,当Na5P3O10的用量为8%(omf)时,失重率最大为70.20%,可以获得最佳的处理效果。(4)酸钠的用量在不改变煮练Ⅱ处方中各因素的前提下,仅改变无水碳酸钠的用量,失重率变化结果见图5。由上表可得出结论,当Na2CO3的用量为24%(omf)时,失重率最大为71.14%,可以获得最佳的处理效果。(5)钠的用量,失重率测定在不改变煮练Ⅱ处方中各因素的前提下,仅改变焦磷酸钠的用量,失重率变化结果见图6。由图6可得出结论,当Na4P2O7·10HO2为16%(omf)时,失重率最大为66.52%,可以获得最佳的处理效果。(6)亚硫酸钠用量在不改变煮练Ⅱ处方中各因素的前提下,仅改变无水亚硫酸钠的用量,失重率变化结果见图7。由上图可得出结论,当Na2SO3为18%(omf)时,失重率最大为67.62%。可以获得最佳的处理效果。(7)煮练时间的确定在不改变煮练Ⅱ处方中各用量的前提下,仅改变时间,失重率变化结果见图8。由上表可得出结论,随着时间的延长,失重率增加,同时纤维损伤程度也增大,为了使纤维损伤较小,可选择煮练Ⅱ的煮练时间为60min,失重率为71.50%,可以获得最佳的处理效果。综合考虑失重率和处理成本,由以上分析得到从玉米棒包皮提取纤维的煮练的最佳处方工艺条件见表8。3.4漂白技术3.4.1白色大理石处理对提取的玉米棒包皮纤维进行氧漂,漂白实验处方及工艺条件见表5。3.4.2双氧漂稳定剂用量对玉米棒包煮练后对提取出的玉米棒包皮纤维进行氧漂,其它因素不改变,仅改变30%双氧水用量,失重率变化结果见图9。由图9可知,当30%双氧水浓度为10g/L,氧漂稳定剂浓度为5g/L时,失重率为17.63%,可得到最佳的漂白效果,白度可达67%,而且玉米棒包皮纤维的损伤程度较小。另外,棉纤维氧漂后白度可达80%以上。说明玉米棒包皮纤维的色素比棉纤维色素要多很多。3.4.3氧气酶的处理氧漂后的玉米棒表皮纤维,经除氧酶处理的实验处方及工艺条件见表6。实验结果可得出,经除氧酶处理后的玉米棒包皮纤维柔软和白度有所提高。3.5验处方及工艺条件除氧酶处理后的玉米棒包皮纤维,经果胶酶处理实验处方及工艺条件见表7。经过果胶酶处理过的玉米棒包皮纤维的失重率可达到73.23%,表明果胶酶能更有效地去除所提取的纤维所含的果胶杂质。3.6纤维吸色率的变化测定得活性橙K-2GN的最大吸收波长为408纳米。活性橙K-2GN染玉米棒包皮纤维的吸色率为22.01%。而染漂白棉纤维吸色率为53.6%。由实验结果表明活性染料对玉米棒包皮纤维上染性能不如棉纤维好,这是由于玉米棒包皮纤维所含的杂质(大约60%)比棉花纤维所含的杂质(大约10%)多得多。3.7微乳饮料氧漂后纤维的制备综合上所述,煮练的最佳实验处方及工艺条件见表8。由表8最佳工艺及条件,从玉米棒包皮中提取出了纤维,失重率为70.26%。对所提取的玉米棒包皮纤维进行漂白的最佳实验处方及工艺条件见表9。经氧漂后玉米棒包皮纤维的白度和柔软性均有较大提高。再分别进行用除氧酶处理和果胶酶处理。最后得到最好的玉米棒包皮纤维。3.8化学成分的测定先对玉米棒包皮用渗透剂JFC的水溶液浸泡,后对处理样分别浸水和浸酸处理,再按照表8最佳煮练和表9最佳漂白处方从玉米棒包皮提取出了纤维。并分别对纤维用除氧酶处理和果胶酶处理。最后测定了所得玉米棒包皮纤维的化学成分。玉米棒包皮纤维属于天然纤维素纤维,参照《苎麻化学成分定量分析方法》(GB/T5589-1986)和《苎麻回潮率、含水率试验方法》(GB/T5883-1986)进行测试化学组成。依次测定含水量、脂蜡质、水溶物、果胶、半纤维素、木质素含量,从而得到纤维素含量。各组分具体含量如下:由表10可知:所提取的玉米棒包皮纤维含纤维素为39.93%,含有较多的木质素、水溶物及水分,其次就是半纤维素和脂蜡