棕櫚纖維的生化聯(lián)合處理工藝

張毅　高金霞

摘要：為改善棕櫚纖維柔軟度和細(xì)化纖維，研究了草酸銨+復(fù)合酶聯(lián)合處理工藝。探討了草酸銨質(zhì)量濃度、溫度、時(shí)間的單因子影響，進(jìn)行了漆酶質(zhì)量濃度、酸性木聚糖質(zhì)量濃度、時(shí)間、溫度、pH值的L16（45）正交試驗(yàn)，并進(jìn)行纖維性能對(duì)比。結(jié)果表明：草酸銨5.5g/L，溫度100℃，時(shí)間70min，漆酶3.0g/L，酸性木聚糖酶5.5g/L，時(shí)間70min，溫度50℃，pH值5.0為最優(yōu)處理工藝方案;此方案下棕櫚纖維的斷裂強(qiáng)度為7.7cN/dtex，纖度為0.6tex，柔軟度為296捻/20cm;相對(duì)未處理的棕櫚纖維，斷裂強(qiáng)度降低了45.8%，纖度降低了57.7%，柔軟度提升了48.7%，改善了纖維性能，為后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：棕櫚葉;生物酶;改性;草酸銨;柔軟度

中圖分類號(hào)：TS102.22文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009265X（2022）03016006

Biochemical combined treatment process for palm fiber

ZHANG Yi GAO Jinxia

Abstract： In order to improve the softness and refinement of palm fiber， ammonium oxalate and complex enzyme combined treatment process was studied. This paper discussed the single factor impact of ammonium oxalate mass concentration， temperature， and time. Then， L16（45）orthogonal test was performed on laccase mass concentration， acidic xylan mass concentration， time， temperature， and pH value， and the performance was compared. The results indicated that the optimal process could be obtained under the following condition： mass concentration of ammonium oxalate was 5.5 g/L， the treatment temperature was 100 ℃， the treatment time was 70 m， the mass concentration of laccase was 3.0 g/L， the acid xylanase was 5.5 g/L， the treatment time was 70 m， the treatment temperature was 50 ℃， pH 5.0; the breaking strength of palm fiber reached 7.7 cN/dtex， the linear density was 0.6 tex， and the softness was 296 twist/20 cm. Compared with unprocessed palm fiber， the breaking strength was reduced by 45.8%， the linear density was reduced by 57.7%， and the softness was increased by 48.7%. The process improved the properties of palm fiber， and provided a reference for subsequent product development.

Key words： palm fiber; enzyme; modified; ammonium oxalate; softness

棕櫚植物具有降血壓、降血糖等藥用價(jià)值[1]，棕櫚纖維是一種葉鞘形成的網(wǎng)狀棕衣纖維[2]，具有纖維長度長、斷裂強(qiáng)度高和多孔結(jié)構(gòu)[3]，經(jīng)雨露漚麻工序得到棕櫚纖維長度一般能達(dá)到51～65 mm[45]，市場(chǎng)前景較為廣闊[6]。近年來，張毅等[7]對(duì)棕葉纖維的脫膠工藝進(jìn)行了探討，研究了經(jīng)硫酸浸漬、堿氧一浴等脫膠工藝制取出的棕櫚纖維，拉伸斷裂強(qiáng)度為14.2 cN/dtex，纖度為1.44tex，柔軟度為200捻/20cm，擁有一定的可紡價(jià)值，但很難純紡或與其他纖維混紡成高支紗，造成目前市場(chǎng)化產(chǎn)品鮮見報(bào)道。若能對(duì)已脫膠后的棕櫚纖維進(jìn)一步改性處理，改善纖維柔軟度，降低纖度，便可紡紗或織造產(chǎn)品[8]。目前改性處理方式主要有化學(xué)方式，生化聯(lián)合方式和生物方式?；瘜W(xué)方式指堿煮氯漂或堿氧一浴工藝處理，完全可達(dá)到改性效果，但廢水治理和助劑成本是不可避免的問題;單獨(dú)采用生物酶制劑處理，用量大，雖具有一定的效果，但成本高昂;采用既達(dá)到處理效果，又能降低能耗的生化聯(lián)合處理方式，符合生態(tài)和市場(chǎng)預(yù)期。本課題前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，某個(gè)工藝參數(shù)下的草酸銨處理棕櫚纖維后，再通過復(fù)合酶進(jìn)一步處理，可完全達(dá)到化學(xué)處理效果，原因在于利用草酸銨處理時(shí)，草酸根和鈣離子生成不溶性沉淀，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分離，增加膠質(zhì)中果膠的溶解度[910];再將漆酶和木聚糖酶（酸性）復(fù)配后進(jìn)行處理，充分利用漆酶去除棕櫚纖維中的木質(zhì)素，酸性木聚糖酶去除棕櫚纖維中的木質(zhì)素及半纖維素等原理[11]，達(dá)到降低木質(zhì)素含量，降低纖維纖度，改善纖維柔軟度的目的。

本文以纖維斷裂強(qiáng)度、膠質(zhì)去除率來評(píng)定草酸銨質(zhì)量濃度、溫度、時(shí)間變化后的處理效果、以纖維斷裂強(qiáng)度、纖維纖度、纖維柔軟度為評(píng)定指標(biāo)進(jìn)行漆酶質(zhì)量濃度、酸性木聚糖酶質(zhì)量濃度、時(shí)間、溫度、pH值的L16（45）正交優(yōu)化試驗(yàn)，最終得出生化聯(lián)合處理的最佳工藝方案，并進(jìn)行纖維性能對(duì)比，為棕櫚纖維后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

1試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)材料

經(jīng)化學(xué)脫膠后的棕櫚纖維（紹興），草酸銨（杭州久靈化工有限公司），漆酶和酸性木聚糖酶（諾維信有限公司，二者適宜pH值都為4.0～5.5，溫度范圍均為50～60 ℃，漆酶980μ/g，酸性木聚糖酶700μ/g）。

1.2棕櫚葉纖維生化聯(lián)合處理工藝條件

1.2.1試驗(yàn)流程

脫膠后的棕櫚纖維→草酸銨煮練→酸液洗滌→復(fù)合酶處理→沸水處理→烘箱烘干→測(cè)試。

1.2.2草酸銨處理工藝條件

草酸銨用量3.5～7.5 g/L，處理溫度70～110 ℃，處理時(shí)間30～110 min，浴比1∶10。

1.2.3復(fù)合酶處理工藝條件

漆酶1.0～4.0 g/L，酸性木聚糖酶2.5～5.5 g/L，時(shí)間50～80 min，溫度50～65 ℃，pH值4.0～5.5，浴比1∶10。

1.3測(cè)試指標(biāo)與方法

纖維斷裂強(qiáng)度：測(cè)試儀器為YG008E型電子單纖維強(qiáng)力機(jī)，測(cè)試參數(shù)為：測(cè)試隔距20 mm，儀器速度20 mm/min，試驗(yàn)次數(shù)50，取所有測(cè)試次數(shù)的平均值，得出纖維斷裂強(qiáng)力，除以對(duì)應(yīng)纖維的纖度，換算成纖維斷裂強(qiáng)度。

膠質(zhì)去除率：按下式計(jì)算：

W/%=（1-M2/M1）×100

式中：M1、M2表示處理前后的試樣質(zhì)量。

纖維纖度：測(cè)試儀器為XD1振動(dòng)式細(xì)度儀，測(cè)試參數(shù)為：測(cè)試隔距20 mm，預(yù)加張力0.2 cN，諧振頻率10 kHz，測(cè)試次數(shù)10次（取具有代表性的棕櫚纖維若干），測(cè)試結(jié)果取平均值。

纖維柔軟度：測(cè)試儀器為YG511A型紗線捻度儀，試樣首先經(jīng)調(diào)濕平衡后夾在捻度儀的夾持器中（此時(shí)指針在零位），實(shí)施加捻直至纖維斷裂，記下讀數(shù)，換算成20 cm內(nèi)的捻回?cái)?shù)（即為扭曲度）該值愈大，表明柔軟度愈好。

2結(jié)果與討論

2.1草酸銨質(zhì)量濃度的影響

按照1.2.2草酸銨處理工藝條件處理棕櫚纖維，其中固定溫度為100 ℃，時(shí)間為70 min，表1為不同草酸銨質(zhì)量濃度下棕櫚纖維的性能。

表1表明，隨著草酸銨用量的增加，棕櫚纖維的斷裂強(qiáng)度逐步下降，膠質(zhì)去除率逐步增加。原因在于草酸銨處理后，增加了纖維中果膠的溶解度，使得纖維中的膠質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松。當(dāng)草酸銨質(zhì)量濃度大于5.5 g/L時(shí)，斷裂強(qiáng)度下降趨于緩慢，膠質(zhì)去除率幾乎保持穩(wěn)定。原因在于草酸根與纖維表面膠質(zhì)上的鈣離子等金屬離子反應(yīng)趨于飽和。故選擇草酸銨質(zhì)量濃度為5.5 g/L。

2.2草酸銨處理溫度的影響

按照1.2.2草酸銨處理工藝條件處理棕櫚纖維，其中固定草酸銨5.5 g/L，時(shí)間70 min。表2為不同溫度下棕櫚纖維的性能。

由表2可知，升高溫度，纖維斷裂強(qiáng)度逐步下降，膠質(zhì)去除率先增加后下降，但當(dāng)溫度達(dá)110 ℃時(shí)，膠質(zhì)去除率下降，原因在于高溫時(shí)，草酸銨反應(yīng)過快，同時(shí)也發(fā)生了一定的分解反應(yīng)。故綜合考慮選擇100 ℃為佳。

2.3草酸銨處理時(shí)間的影響

按照1.2.2草酸銨處理工藝條件處理棕櫚纖維，其中固定草酸銨5.5 g/L，溫度100 ℃，得出不同處理時(shí)間對(duì)棕櫚纖維的性能影響見表3。

表3表明了在浴比1∶10時(shí)，延長處理時(shí)間，棕櫚纖維的斷裂強(qiáng)度呈現(xiàn)出先下降后上升的狀態(tài)，膠質(zhì)去除率先上升后下降，原因在于隨著處理時(shí)間的增加，已溶解的果膠等膠質(zhì)會(huì)再次吸附或黏附在試樣表面，故選擇處理時(shí)間為70 min。

綜合上述單因子試驗(yàn)，得出草酸銨處理的最優(yōu)工藝參數(shù)為：用量5.5 g/L，溫度100 ℃，時(shí)間70 min。此時(shí)棕櫚纖維的纖維斷裂強(qiáng)度為10.5 cN/dtex，膠質(zhì)去除率為3.98%，纖度為1.28 tex，柔軟度為235捻/20cm。

2.4復(fù)合酶處理的正交優(yōu)化

研究對(duì)象為草酸銨最佳處理方案下后的棕櫚纖維，設(shè)計(jì)A為漆酶（g/L）、B為酸性木聚糖酶（g/L）、C為處理時(shí)間（min）、D為處理溫度（℃）、E為pH值的L16（45）正交優(yōu)化試驗(yàn)，表4為因子水平表，表5為試驗(yàn)結(jié)果。

由表5可知，對(duì)纖維斷裂強(qiáng)度的影響程度主次為A>B>C>E>D，纖度為A>B>E>D>C，柔軟度為A>E>B>C>D，對(duì)于A，A4時(shí)斷裂強(qiáng)度過低，不利于后續(xù)工藝，A3時(shí)的纖度和柔軟度與A4相當(dāng)，故選擇A3;對(duì)于B，B4時(shí)纖度最低，且斷裂強(qiáng)度的K值達(dá)29.6，降低很少，故選擇B4;對(duì)于C，其對(duì)纖度、柔軟度的影響較小，C3時(shí)纖度最小，考慮能耗等因素，選擇C3;對(duì)于D，其對(duì)斷裂強(qiáng)力、柔軟度影響最小，對(duì)纖度影響較小，考慮能耗，選擇D1;對(duì)于E，其對(duì)柔軟度影響較大，E3時(shí)柔軟度的K值最高，纖度的K最低，故選擇E3。

綜上所述，最優(yōu)化的工藝方案為A3B4C3D1E3。對(duì)照表5可知，最佳工藝方案與試驗(yàn)號(hào)12最為接近，進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證試驗(yàn)，見表6。

表6證實(shí)A3B4C3D1E3為最優(yōu)值，即漆酶3.0 g/L，酸性木聚糖酶5.5 g/L，處理時(shí)間70 min，處理溫度50 ℃，pH值5.0。此時(shí)棕櫚纖維斷裂強(qiáng)度7.7 cN/dtex，纖度為0.6tex，纖維柔軟度為296 捻/20cm。

2.5性能對(duì)比

2.5.1纖維的化學(xué)組成對(duì)比

按照GB/T 5889-1986《苧麻 化學(xué)成分定量分析方法》，對(duì)未處理的棕櫚纖維、僅經(jīng)草酸銨處理的棕櫚葉纖維、草酸銨+復(fù)合酶聯(lián)合處理的棕櫚纖維進(jìn)行化學(xué)成分定量分析，見表7。

表7表明：僅草酸銨處理的棕櫚纖維相比未處理的纖維，果膠含量降低了56.64%，草酸銨+復(fù)合酶聯(lián)合處理后的棕櫚纖維，木質(zhì)素含量降低了43.04%;充分證明了草酸銨處理可充分增加果膠的溶解度;漆酶/酸性木聚糖酶復(fù)配可充分除去木質(zhì)素和半纖維素，從而進(jìn)一步改善棕櫚纖維性能。

2.5.2纖維的截面特征對(duì)比

采用CH2型顯微攝影儀對(duì)未處理﹑僅草酸氨處理﹑草酸銨+復(fù)合酶聯(lián)合處理的棕櫚纖維的縱截面和橫截面進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見圖1﹑圖2所示。

由圖1、圖2可知，草酸銨+復(fù)合酶聯(lián)合處理的縱截面最為清晰光滑，存在著一定的橫節(jié)豎紋;橫截面上可以看到棕櫚纖維未處理時(shí)呈現(xiàn)不規(guī)則的多邊形，草酸銨+復(fù)合酶聯(lián)合處理后，橫截面呈現(xiàn)扁橢圓形或圓形，有中腔或中孔結(jié)構(gòu)。

2.5.3纖維物理性能對(duì)比

對(duì)未處理的棕櫚纖維、僅草酸銨處理的棕櫚纖維、草酸銨+復(fù)合酶聯(lián)合處理的棕櫚纖維進(jìn)行相應(yīng)性能測(cè)試，見表8。

由表8可知，與未處理相比，僅經(jīng)草酸銨處理的棕櫚纖維維斷裂強(qiáng)度降低了26.1%，纖度降低了9.1%，柔軟度提高了19.1%，而草酸銨+復(fù)合酶聯(lián)合處理后的棕櫚纖維，斷裂強(qiáng)度降低了45.8%，但纖度降低了57.7%，柔軟度提高了48.7%，說明了漆酶/酸性木聚糖酶復(fù)配處理的效果較好。

3結(jié)論

為改善棕櫚纖維柔軟度和細(xì)化纖維，通過影響因素的單因子和正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)處理前后纖維性能進(jìn)行對(duì)比分析，得到如下主要結(jié)果：

a）草酸銨+復(fù)合酶聯(lián)合處理后的棕櫚纖維性能要明顯優(yōu)于僅草酸銨處理。

b）草酸銨+復(fù)合酶聯(lián)合處理后的棕櫚纖維，對(duì)比未處理纖維，纖維斷裂強(qiáng)度雖降低了45.8%，但纖度降低了57.7%，柔軟度提高了48.7%，顯著改善棕櫚纖維性能，為后續(xù)工藝開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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收稿日期：20200408網(wǎng)絡(luò)出版日期：20210804

基金項(xiàng)目：浙江省高校國內(nèi)訪問工程師校企合作項(xiàng)目（FG2019143）;浙江省教育廳科研項(xiàng)目（Y201839010）

作者簡(jiǎn)介：張毅（1985-），男，安徽廣德人，副教授，碩士，主要從事麻類纖維的脫膠與產(chǎn)品開發(fā)方面的研究。