CN114182361A - 一种适用于亚麻纤维超临界脱胶的复合生物酶脱胶剂 - Google Patents
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Abstract
一种适用于亚麻纤维超临界脱胶的复合生物酶脱胶剂，涉及亚麻纤维脱胶用添加剂，由固体和液体两部分组成，固体占固液总质量的比为6‑12%，液体由硫酸、乙醇和水组成，固体由复合酶、无机盐、平稳剂组成，在超临界状态下，用超临界CO2流体携带复合生物酶脱胶剂对亚麻纤维进行脱胶，利用超临界CO2流体溶胀性、高扩散性和高溶解性，以加快反应速度，改善传质，提高产物的选择性和收率，促进产物分离，实现亚麻纤维的超临界CO2复合生物酶脱胶，完成清洁化生产，经该工艺处理后的亚麻纤维，胶质去除率达70~80%，脱胶效率提高30‑40%。
Description
技术领域
本发明涉及亚麻纤维脱胶用添加剂，特别涉及一种适用于亚麻纤维超临界脱胶的复合生物酶脱胶剂。
背景技术
亚麻是一种古老的纤维及油料作物，其纤维可用于纺织、造纸和复合材料。为了在纺织加工业中更好地利用亚麻纤维，必须对亚麻纤维进行脱胶处理，且脱胶质量是决定亚麻纤维后续加工的关键。目前世界范围内普遍采用温水脱胶、雨露脱胶法和化学脱胶法。温水脱胶所得亚麻纤维品质较好，但由于厌氧菌发酵所产生的恶臭气味对环境污染严重，且使纤维也带有恶臭味。欧洲国家多采用雨露法，但所得纤维品质一致性较差，并且该方法受地理条件和温度、湿度限制。化学脱胶过程需要耗费大量强酸、强碱,不仅对苎麻纤维的损伤大,而且产生二次污染，是阻碍麻纺企业绿色发展的瓶颈之一。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，研制了一种适用于亚麻纤维超临界脱胶的复合生物酶脱胶剂，在超临界状态下，超临界CO2流体携带复合生物酶脱胶剂对亚麻纤维进行脱胶，利用超临界CO2流体溶胀性、高扩散性和高溶解性，以加快反应速度，改善传质，提高产物的选择性和收率，促进产物分离，实现亚麻纤维的超临界CO2复合生物酶脱胶，完成清洁化生产，经该工艺处理后的亚麻纤维，胶质去除率达70~80%。
具体是这样实施的：一种适用于亚麻纤维超临界脱胶的复合生物酶脱胶剂，由固体和液体两部分组成，其特征在于，固体占固液总质量的比为6-12%，其中：
液体由硫酸、乙醇和水组成，100份质量液体中，含硫酸1-2份，乙醇40-60份，其余为水；
固体以质量份数计，由复合酶22~50份，无机盐20~40份，平稳剂10~20份组成，其中：
复合酶以质量份数计，由果胶酶5~10份，半纤维素酶10~25份，木质素酶5~10份，其余酶2~5份组成，所述果胶酶以质量份数计，由原果胶酶1份、果胶酯酶1份和多聚半乳糖醛酸酶0.2~0.5份组成，所述半纤维素酶以质量份数计，由木聚糖酶2份、甘露聚糖酶1-2份和多聚半乳糖酶0.2~0.4份组成，所述木质素酶以质量份数计，由木质素过氧化物酶2份、锰过氧化物酶0.4~0.8份和漆酶1-2份组成，所述其他酶以质量份数计，由脲酶1份和磷脂酶0.5~1.5份组成；
无机盐以质量份数计，由亚硫酸钠2-5份和甲酸钠1份组成；
平稳剂以质量份数计，由聚乙烯吡络烷酮1份和有机硅聚物1-3份组成。
脱胶主要在生物酶协同作用下进行，由于亚麻纤维中非纤维素物质成分比较复杂，单一酶不能取得良好脱胶效果，需要多种酶的共同作用才能完成。例如原果胶酶作用是促进果胶水解，果胶酯酶催化水解果胶中甲氧基生成果胶酸, 从而增加果胶在水中的溶解度，多聚半乳糖醛酸酶可以催化果胶分子多聚α-(1,4)-聚半乳糖醛酸的裂解，使细胞壁结构软化解体。这三种酶的共同作用可以加快果胶的降解速度。木聚糖酶、甘露聚糖酶和多聚半乳糖酶的作用就是降解非纤维素，过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶的作用就是降解纤维中的木质素，加入脲酶和磷脂酶能够加快脱胶速率。无机盐的作用就是脱除木质素和一定的漂白作用。平稳剂能够较长时间的保持酶的活性。
本发明应用在亚麻纤维超临界脱胶，将所述固体和液体搅拌混合，在高压泵的作用下，与超临界CO2流体混合，在密闭的脱胶容器内进行超临界脱胶，脱胶剂与超临界CO2流体的质量比为2~4%：1。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供了的脱胶剂，主要利用生物酶在超临界条件下，利用超临界流体的高溶胀、高扩散性进行脱胶，加快了反应速度，节约了大量的水，同时处理条件温和，能有效防止纤维被损坏，并且脱胶产物便于回收利用。
2、本发明脱胶剂环境友好，在超临界CO2流体脱胶工艺中活性较强，同时各类酶之间协同性好，在超临界流体中，生物酶能够加快酶与胶质的接触，大大缩短了脱胶时间，提高了脱胶效率，亚麻纤维脱胶后，脱胶率可达70%-80%，脱胶效率提高30-40%。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述，其中所用到原料和设备均为市售，没有特别要求。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
原料准备：
一、液体，各组份的质量份数配伍如表1：
表1
| 硫酸 | 乙醇 | 水 | |
| 液体1 | 1 | 40 | 59 |
| 液体2 | 2 | 50 | 48 |
| 液体3 | 1 | 60 | 39 |
二、固体
（1）果胶酶，各组份的质量份数配伍如表2：
表2
| 原果胶酶 | 果胶酯酶 | 多聚半乳糖醛酸酶 | |
| 果胶酶1 | 1 | 1 | 0.2 |
| 果胶酶2 | 1 | 1 | 0.3 |
| 果胶酶3 | 1 | 1 | 0.4 |
| 果胶酶4 | 1 | 1 | 0.5 |
（2）半纤维素酶，各组份的质量份数配伍如表3：
表3
| 木聚糖酶 | 甘露聚糖酶 | 多聚半乳糖酶 | |
| 半纤维素酶1 | 2 | 1 | 0.2 |
| 半纤维素酶2 | 2 | 2 | 0.3 |
| 半纤维素酶3 | 2 | 1 | 0.4 |
| 半纤维素酶4 | 2 | 2 | 0.3 |
（3）木质素酶，各各组份的质量份数配伍如表4：
表4
| 木质素过氧化物酶 | 锰过氧化物酶 | 漆酶 | |
| 木质素酶1 | 2 | 0.4 | 2 |
| 木质素酶2 | 2 | 0.5 | 1 |
| 木质素酶3 | 2 | 0.6 | 1 |
| 木质素酶4 | 2 | 0.8 | 2 |
（4）其余酶，各组份的质量份数配伍如表5：
表5
| 脲酶 | 磷脂酶 | |
| 其余酶1 | 1 | 1 |
| 其余酶2 | 1 | 0.5 |
| 其余酶3 | 1 | 1.2 |
| 其余酶4 | 1 | 1.5 |
（5）复合酶，各组份的质量份数配伍如表6：
表6
| 过胶酶，份 | 半纤维素酶，份 | 木质素酶，份 | 其余酶，份 | |
| 复合酶1 | 过胶酶1，5 | 半纤维素酶1，10 | 木质素酶4，8 | 其余酶2，2 |
| 复合酶2 | 过胶酶2，5 | 半纤维素酶3，15 | 木质素酶3，6 | 其余酶4，5 |
| 复合酶3 | 过胶酶3，6 | 半纤维素酶2，20 | 木质素酶2，5 | 其余酶3，3 |
| 复合酶4 | 过胶酶4，8 | 半纤维素酶4，22 | 木质素酶1，10 | 其余酶1，4 |
| 复合酶5 | 过胶酶3，10 | 半纤维素酶4，25 | 木质素酶1，10 | 其余酶1，4 |
（6）无机盐，各组份的质量份数配伍如表7：
表7
| 亚硫酸钠 | 甲酸钠 | |
| 无机盐1 | 2 | 1 |
| 无机盐2 | 3 | 1 |
| 无机盐3 | 4 | 1 |
| 无机盐4 | 5 | 1 |
（7）平稳剂，各组份的质量份数配伍如表8：
表8
| 聚乙烯吡络烷酮 | 有机硅聚物 | |
| 平稳剂1 | 1 | 1 |
| 平稳剂2 | 1 | 2 |
| 平稳剂3 | 1 | 3 |
| 平稳剂4 | 1 | 2 |
（8）固体，各组份的质量份数配伍如表9：
表9
| 复合酶，份 | 无机盐，份 | 平稳剂，份 | |
| 固体1 | 复合酶1，22 | 无机盐2，20 | 平稳剂3，10 |
| 固体 2 | 复合酶2，25 | 无机盐4，25 | 平稳剂2，20 |
| 固体 3 | 复合酶3，35 | 无机盐4，35 | 平稳剂2，20 |
| 固体4 | 复合酶4，45 | 无机盐1，40 | 平稳剂4，10 |
| 固体 5 | 复合酶5，50 | 无机盐3，38 | 平稳剂1，20 |
实施例1-5
一种适用于亚麻纤维超临界脱胶的复合生物酶脱胶剂，由固体和液体二部分组成，各组份的质量份数配伍如表10：
表10
| 液体，份 | 固体A，份 | 固体占固液总质量的比（%） | |
| 实施例1 | 液体1 | 固体1 | 6 |
| 实施例2 | 液体2 | 固体2 | 8 |
| 实施例3 | 液体3 | 固体3 | 10 |
| 实施例4 | 液体2 | 固体4 | 12 |
| 实施例5 | 液体3 | 固体5 | 12 |
将实施例1-5制得的复合生物酶脱胶剂用在亚麻纤维超临界脱胶工艺中，将固体和液体先搅拌混合，在高压泵的作用下，与超临界CO2流体混合，在密闭的脱胶容器内进行超临界脱胶，脱胶剂与超临界CO2流体的质量比为2%：1，亚麻纤维脱胶后，脱胶率分别达到73%、75%、73%、72%、78%，脱胶时间小于 5小时。
将实施例1-5制得的复合生物酶脱胶剂用在亚麻纤维超临界脱胶工艺中，将固体和液体先搅拌混合，在高压泵的作用下，与超临界CO2流体混合，在密闭的脱胶容器内进行超临界脱胶，脱胶剂与超临界CO2流体的质量比为4%：1，亚麻纤维脱胶后，脱胶率分别达到75%、76%、78%、80%、78%，脱胶时间小于 5小时。
比较例
目前一般采用的是生物酶化学联合法脱胶，将弱酸预处理的麻纤维，通过果胶酶和漆酶的复合酶溶液处理4ｈ左右，随后在１００℃通过 ＮａＯＨ 水溶液继续处理３~4ｈ。整个过程需要7~8h以上，脱胶率为80%。
使用本发明的脱胶剂对亚麻纤维脱胶，与比较例脱胶率相当，但脱胶时间可减少30~40%，由此可见，对脱胶工艺大大缩短了脱胶时间，提高了脱胶效率，另外比较例中大量使用了ＮａＯＨ，严重污染了环境，而本发明为使用生物酶进行脱胶，减少了环境污染。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (5)
1.一种适用于亚麻纤维超临界脱胶的复合生物酶脱胶剂，由固体和液体两部分组成，其特征在于，固体占固液总质量的比为6-12%，其中：
液体由硫酸、乙醇和水组成，100份质量液体中，含硫酸1-2份，乙醇40-60份，其余为水；
固体以质量份数计，由复合酶22~50份，无机盐20~40份，平稳剂10~20份组成。
2.根据权利要求1所述的一种适用于亚麻纤维超临界脱胶的复合生物酶脱胶剂，其特征在于复合酶以质量份数计，由果胶酶5~10份，半纤维素酶10~25份，木质素酶5~10份，其余酶2~5份组成，所述果胶酶以质量份数计，由原果胶酶1份、果胶酯酶1份和多聚半乳糖醛酸酶0.2~0.5份组成，所述半纤维素酶以质量份数计，由木聚糖酶2份、甘露聚糖酶1-2份和多聚半乳糖酶0.2~0.4份组成，所述木质素酶以质量份数计，由木质素过氧化物酶2份、锰过氧化物酶0.4~0.8份和漆酶1-2份组成，所述其他酶以质量份数计，由脲酶1份和磷脂酶0.5~1.5份组成。
3.根据权利要求1所述的一种适用于亚麻纤维超临界脱胶的复合生物酶脱胶剂，其特征在于无机盐以质量份数计，由亚硫酸钠2-5份和甲酸钠1份组成。
4.根据权利要求1所述的一种适用于亚麻纤维超临界脱胶的复合生物酶脱胶剂，其特征在于平稳剂以质量份数计，由聚乙烯吡络烷酮1份和有机硅聚物1-3份组成。
5.根据权利要求1所述的一种适用于亚麻纤维超临界脱胶的复合生物酶脱胶剂，其特征在于应用在亚麻纤维超临界脱胶，将所述固体和液体搅拌混合，在高压泵的作用下，与超临界CO2流体混合，在密闭的脱胶容器内进行超临界脱胶，脱胶剂与超临界CO2流体的质量比为2~4%：1。
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