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一种全功能菌株用于工厂化发酵快速提取草本纤维的方法

阅读:919发布:2020-08-15

专利汇可以提供一种全功能菌株用于工厂化发酵快速提取草本纤维的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种全功能菌株用于工厂化 发酵 快速提取草本 纤维 的方法,其步骤包括草本纤维原料预处理、活化态菌液接种到草本纤维原料上进行工厂化发酵和发酵材料后处理等步骤。先对草本纤维原料进行碾压或剪切,并将Dickeya dadantii菌株进行活化、扩增处理,得到菌悬液;对菌悬液进行稀释后,对草本纤维原料进行浸泡接种以及浸泡发酵或者湿润发酵,直至纤维分散;再对发酵产物进行热 水 灭活、洗涤等后处理,直至获得满足后续加工要求的草本纤维。本发明具有脱胶周期短、生产成本低、产品 质量 稳定、环境污染轻等优点。,下面是一种全功能菌株用于工厂化发酵快速提取草本纤维的方法专利的具体信息内容。

1.一个全功能菌株,其特征在于,该菌株属于Dickeya dadantii,菌种保藏号为CGMCC
5522,具有如下特点:
(1)繁殖代时14-16min;
(2)兼性好,适宜生长温度21-37℃、pH为4.0-9.0,单糖利用速率为甘露糖>葡萄糖>半乳糖;
(3)处于生长旺盛期的培养物在环境温度低于4℃时保存15天或高于55℃时保存
30min.的检验结果,无活菌;
(4)纯培养9h-11h,同时表达果胶酶、β-甘露聚糖酶和木聚糖酶活分别达到-1 -1 -1
160U·mL 、320U·mL 和80U·mL ,具备完全剥离草本纤维原料中非纤维素的能力。
2.一种如权利要求1所述全功能菌株的活化态菌悬液的制备方法,其特征在于,包括的工艺步骤如下:
(1)将长期保存的全功能菌株,接种到改良肉汤培养液中活化5-7h,使休眠态菌种变成活化态菌悬液,取1.0mL所述菌悬液稀释后均匀涂布到培养平板上培养22-24h,获得典型菌落;
(2)取1个典型菌落置于装有改良肉汤培养液的试管中分散后,倒入盛改良肉汤培养液300mL的锥形瓶中,35℃、120-180rpm搅拌,培养5-7h;
(3)将步骤(2)获得的菌悬液转接到盛改良肉汤培养液的种子罐,34-36℃、
180-220rpm搅拌,通气培养5-7h;
(4)将步骤(3)获得的菌悬液转接到盛专用豆饼培养基的发酵罐,34-36℃、
120-180rpm搅拌,通气培养5-6h,即可获得满足后续工艺要求的活化态菌悬液。
3.如权利要求2所述的活化态菌悬液的制备方法,其特征在于,
所述满足后续工艺要求的活化态菌悬液的检测指标包括:
(1)显微镜下观测,菌体呈细长杆状、单生和对生菌体数量的比例约为6∶4,平均每个视野可见菌体数量达到100个以上;
8 -1
(2)活菌计数的菌体密度达到8×10cfu.mL 。
4.一种工厂化发酵快速提取草本纤维的方法,其特征在于,其工艺过程包括:草本纤维原料预处理、活化态菌液接种到草本纤维原料上进行工厂化浸泡或湿润发酵和发酵材料进行生物脱胶或生物制浆后处理;
所述活化态菌液接种到草本纤维原料上进行工厂化浸泡发酵的工艺步骤包括:
7 -1
a、采用32-36℃的地表稀释所述活化态菌悬液至活菌含量在5×10cfu·mL 以上的稀菌悬液;
b、将草本纤维原料浸泡于所述稀菌悬液中,在31-35℃、通气条件下发酵6-7h,用水冲洗发酵产物使纤维分散;
c、直接用蒸汽将发酵产物加热至90-95℃,通入压缩空气鼓动30min进行灭活,排出废液,注入60-80℃的热水淹没发酵产物,再通入压缩空气鼓动20min,排出废液。
5.如权利要求4所述的工厂化发酵快速提取草本纤维的方法,其特征在于,活化态菌液接种到草本纤维原料上进行工厂化湿润发酵的工艺步骤包括:
7 -1
a、采用32-36℃的地表水稀释活化态菌悬液至活菌含量在8×10cfu·mL 以上的稀菌悬液;
b、将草本纤维原料置于所述稀菌悬液中浸泡10-30min,取出草本纤维原料置于
31-35℃、相对湿度在85%以上、空气对流温室里发酵5-6h,用水冲洗发酵产物是纤维分散;
c、将接种剩余菌悬液、菌种活化罐冷却水、洗罐水、接种锅清洗废水一并收集并用蒸汽直接加热至90-95℃,然后,将经过发酵处理后的草本纤维浸泡其中,再通入压缩空气鼓动30min进行灭活,排出废液,注入60-80℃的热水淹没发酵产物,再通入压缩空气鼓动
20min,排出废液。
6.如权利要求4所述的工厂化发酵快速提取草本纤维的方法,其特征在于所述草本纤维原料预处理的工艺过程包括:将苎麻、红麻韧皮、黄麻韧皮、大麻韧皮和/或亚麻原茎草本纤维原料分成小把并理直后喂入罗拉碾压装置进行碾压,使原料结构均匀破损但不拉断
2
纤维,其中,原料结构未破损面积≤150mm。
7.如权利要求4所述的工厂化发酵快速提取草本纤维的方法,其特征在于,所述草本纤维原料预处理的工艺过程包括:将红麻韧皮、黄麻韧皮、大麻韧皮、亚麻原茎、龙须草和/或麦秆草本纤维原料分成小把并理直后喂入切割机械进行剪切,原料剪切片段长度为
200-400mm,装入吊篮。
8.如权利要求7所述的工厂化发酵快速提取草本纤维的方法,其特征在于,所述吊篮包括篮架、篮体、吊环和吊环支撑座,所述篮体由网板构成,直径1900-2100mm、高度600-800mm;所述篮架由或槽钢制成,用于对篮体支撑;所述吊环为2根Φ=
1900-2100mm的弧形圆钢,其两端与篮架上部边缘位置的吊环支撑座活动链接。
9.如权利要求4所述的工厂化发酵快速提取草本纤维的方法,其特征在于所述发酵材料进行生物脱胶后处理的工艺步骤包括:
a、将经过热水灭活的发酵产物均匀喂入带有罗拉挤压和高压水柱冲洗装置的机械进行洗涤,除去附着在纤维上的非纤维素物质,获得纯净纤维,其中,罗拉挤压不损伤纤维,水柱压力≥0.6MPa;
b、将经过洗涤的纯净纤维进行脱水至含水率≤55%,后浸泡于乳化油液中,在
85-95℃条件下处理4-8min.,使纤维表面包被一层油脂膜、保持分散状态;
c、将步骤b处理的草本纤维进行脱水至含水率≤55%,后进行干燥,直至含水率≤12%。
10.如权利要求4所述的工厂化发酵快速提取草本纤维的方法,其特征在于所述发酵材料进行生物制浆后处理的工艺步骤包括:
a、将经过热水洗涤的发酵产物进行纤维分离,使之全部成为单细胞纤维,分离的磨盘间隙为0.25-0.85mm;
b、除去步骤a获得的单细胞纤维中的杂物,同时用300目网袋收集单细胞纤维并以清水对其进行冲洗后脱水至含水率≤55%,获得纯净单细胞纤维;
c、将步骤b获得纯净单细胞纤维进行干燥,干燥时最高温度≤115℃。

说明书全文

一种全功能菌株用于工厂化发酵快速提取草本纤维的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一个功能菌种和利用生物处理草本纤维原料技术领域,尤是一种全功能菌株用于工厂化发酵快速提取草本纤维的方法。

背景技术

[0002] 草本纤维是一类最具发展潜且广泛用作传统轻纺工业和新型生物质产业的基础材料。由于草本纤维包裹在植株的韧皮部或叶片中,农民通过物理方法初加工而获得的农产品含有25%-45%的果胶、半纤维素等键合型非纤维素物质,将草本纤维紧紧地粘连在一起,只有经过“脱胶”或“制浆”(统称为“提取纤维”),才能获得纯净的天然纤维素纤维。
[0003] 目前,国内外从草本纤维原料——苎麻、红麻韧皮、黄麻韧皮、大麻韧皮、亚麻原茎、龙须草、麦秆等农产品中提取纤维,主要采用化学和生物两类方法。化学脱胶(纺织行业)或制浆(轻工造纸行业)方法的技术原理是利用纤维素与非纤维素对于酸、等化学催化剂的稳定性差异,通过硫酸溶液浸泡和高浓度NaOH溶液蒸煮来彻底解非纤维素,辅以拷麻、或打浆等物理作用除去残留物而提取纤维。由于化学催化剂的专一性不强,完全水解非纤维素的同时也水解部分纤维素,伴随着高温高压条件,对纤维产生“淬火”变性作用,因此,该方法存在消耗大量化学试剂能源、环境污染严重、影响纤维产量和质量等问题。
[0004] 生物方法是利用酶的高效性、专一性催化非纤维素剥离,包括传统的“沤麻”和现代生物提取技术。红麻、黄麻等麻类纤维提取均采用天然水体沤制方法,即“沤麻”。沤麻是人类最早发明的麻类纤维提取方法,至今已有2600多年历史。它是将成熟的麻杆晾晒1-2天后运至天然水体附近,扎成排,就地取石头、泥等将其压入水下,沤制几天、十几天、甚至几十天,然后捞起来撕麻、洗麻、晒麻的加工过程。该方法之所以能沿袭数千年,是因为它适宜个体操作、只需投入劳动力成本。伴随人类社会的发展和科学技术的进步,沤麻方法存在的脱胶时间长、占用水面(与水产养殖业冲突)、产品质量不稳定、环境污染严重、劳动强度大、操作环境恶劣、损坏农田水利设施等突出问题,业已成为麻类产业发展的制约因素。
[0005] 为此,国内外广泛开展了新工艺、新方法研究,形成了未脱离天然水体的“温水沤麻”、“围田沤麻”、“剥皮沤麻”和脱离天然水体的“雨露沤麻”、“沤麻袋沤麻工艺”、“黄麻和红麻陆地湿润脱胶技术”、“高效清洁型红麻韧皮生物脱胶技术”,并获得一定规模的生产应用。其中,“陆地湿润脱胶技术”、“红麻韧皮生物脱胶技术”居改良方法的领先地位。这些研究成果在不同程度上解决了传统沤麻方法的弊端。但是,由于其本质还是利用天然水体中混合微生物或者通过人工选育、诱变获得的菌种在天然条件下进行麻类发酵的加工过程,故而依然存在脱胶周期长、纤维产量和品质不稳定等关键性问题。
[0006] 与此同时,通过菌种选育,发明了过渡型生物-化学联合脱胶技术,其技术原理是:先采用微生物发酵或酶降解除去部分非纤维素物质(14%-47%),再利用化学催化剂进一步水解生物酶没有降解的非纤维素而实现提取纤维目标的。由于它在不同程度上保留了化学脱胶作用机制,因而存在工艺流程长、菌制备技术复杂或酶制剂成本高、不能彻底摆脱化学催化剂的负作用等问题。
[0007] 在上述研究基础上,申请者选育出能独立完成苎麻脱胶新菌株——胡萝卜软腐欧文氏杆菌(Erwinia carotovora)变异菌株CXJZU-120(保藏号CGMCC 2194)。将其典型菌落或高效菌剂接种到改良肉汤培养基活化、扩增3-4h后,转接到豆饼粉培养基中培养5-6h,接种到苎麻上发酵5-6h,能定向切断纤维素与非纤维素连接的“桥梁”,使苎麻胶质发生“块状崩溃”,从纤维上彻底剥离出来,达到提取天然纤维的目的。形成了苎麻生物脱胶工艺技术与设备(ZL95112564.8)、欧文氏杆菌工厂化发酵快速提取苎麻纤维工艺(ZL200710305340.5)、草本纤维工厂化脱胶/制浆用高效菌剂制备工艺(ZL02108820.9)、利用欧文氏杆菌提取甘露聚糖酶工艺(ZL200510032497.6)、“红麻韧皮工厂化生物脱胶工艺”(ZL200810143762.1)等发明专利,率先取得了苎麻脱胶方法及技术原理由化学领域向生物领域跨越的重大突破。

发明内容

[0008] 本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一个具有繁殖速度快、培养条件粗犷、分泌剥离非纤维素的关键酶系等特点的全功能菌株。
[0009] 本发明的另一目的是提供利用所述全功能菌株且具有脱胶周期短、生产成本低、产品质量稳定、环境污染轻等优点的一种工厂化发酵快速提取草本纤维的方法。
[0010] 为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案包括一个全功能菌株Dickeya dadantii(中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心,保藏号为CGMCC 5522)、一种全功能菌株的制备方法、草本纤维原料预处理方法、活化态菌液接种到草本纤维原料上进行工厂化浸泡或湿润发酵方法以及发酵材料进行生物脱胶或生物制浆后处理方法共五部分。
[0011] 一个全功能菌株,该菌株属于Dickeya dadanti,2011年12月5日提交中国普通微生物菌种保藏中心(国家指定专利菌种保藏中心)保藏,保藏号为CGMCC 5522,具有如下特点:
[0012] (1)繁殖速度快,即代时14-16min.;
[0013] (2)培养条件粗犷,即兼性好,适宜生长温度为21-37℃、pH为4.0-9.0,最适的生长温度31-37℃、pH为5.5-6.9,普通源和氮源,单糖利用速率为甘露糖>葡萄糖>半乳糖;
[0014] (3)致死温度敏感,即处于生长旺盛期的培养物在环境温度低于4℃时保存15天或高于55℃时保存30min的检验结果,无活菌;
[0015] (4)高产剥离非纤维素的关键酶系,即纯培养9h-11h,同时表达果胶酶、β-甘露聚糖酶和木聚糖酶活力分别达到160U·mL-1、320U·mL-1和80U·mL-1,对草本纤维提取具有广谱性和高效性,具备完全剥离草本纤维原料中非纤维素的能力。
[0016] 一种全功能菌株的制备方法,将长期保存的Dickeya dadanti菌种活化、扩增至满足后续工艺要求的活化态菌悬液,具体操作步骤包括:
[0017] (1)将长期保存的Dickeya dadanti菌种,接种到改良肉汤培养液中活化5-7h,使休眠态菌种变成活化态菌悬液,取1.0mL菌悬液稀释若干倍后均匀涂布到培养平板上培养22-24h,获得典型菌落(4-8℃冷藏,可用15天),所述培养平板优选选择性培养平板;
[0018] (2)取1个典型菌落置于装有改良肉汤培养液的试管中分散后,倒入盛改良肉汤培养液300mL的锥形瓶中,35℃、120-180rpm搅拌,培养5-7h;
[0019] (3)将步骤(2)获得的菌悬液转接到盛改良肉汤培养液的种子罐,34-36℃、3 3
180-220rpm,微量通气(0.4MPa的压缩空气流量0.3m/m·h)培养5-7h;
[0020] (4)将步骤(3)获得的菌悬液转接到盛专用豆饼培养基的发酵罐,34-36℃、120-180rpm,微量通气培养5-6h,获得满足后续工艺要求的活化态菌悬液。
[0021] 所述改良肉汤培养液由配方为蛋白胨5.0g·L-1、肉膏3.0g·L-1、酵母膏-1 -1 -1 -1 -12.0g·L 、葡萄糖10.0g·L 、NaCl 3.5g·L 、KH2PO4 1.0g·L 、MgSO4 0.5g·L 配置而成(详见《一种草本纤维工厂化脱胶或制浆用高效菌剂制备方法》(ZL 02108820.9))。
[0022] 所述专用豆饼培养基的制备:将质量分数为1.75%±0.15%的豆饼粉、0.05%的K2HPO4、0.05%的NH4H2PO4、0.2%的NaCl和余量的水置于培养罐中混合,然后加热至110℃±5℃灭菌,保温15±5min后,培养罐壁热交换降温至35±1℃;所述豆饼粉的粒度为
100±20目;
[0023] 所述满足后续工艺要求的活化态菌悬液的检测指标包括:
[0024] (1)显微镜下观测,菌体呈细长杆状、单生和对生菌体数量的比例约为6∶4,平均每个视野可见菌体数量达到100个以上;
[0025] (2)活菌计数的菌体密度达到8×108cfu.mL-1。
[0026] 工厂化发酵快速提取草本纤维的方法,其步骤包括:草本纤维原料预处理、活化态菌液接种到草本纤维原料上进行工厂化浸泡或湿润发酵和发酵材料进行生物脱胶或生物制浆后处理;
[0027] 所述草本纤维原料预处理的方法为以下两种方式中的任意一种:
[0028] 所述活化态菌液接种到草本纤维原料上进行工厂化浸泡发酵的工艺步骤包括:
[0029] (1)将苎麻、红麻韧皮、黄麻韧皮、大麻韧皮、亚麻原茎等草本纤维原料分成小把并理直后喂入罗拉碾压装置(其结构参照《红麻韧皮工厂化生物脱胶工艺》(ZL200810143762.1))或类似机械进行碾压,使原料结构均匀破损但不拉断纤维,其中,原2
料结构未破损面积≤150mm,均匀装入麻笼(其结构参照《红麻韧皮工厂化生物脱胶工艺》(ZL200810143762.1))或类似装置;
[0030] (2)将红麻韧皮、黄麻韧皮、大麻韧皮、亚麻原茎、龙须草、麦秆等草本纤维原料分成小把并理直后喂入切割机械进行剪切,原料剪切片段长度为200-400mm,均匀装入吊篮;
[0031] 所述吊篮包括篮体1、篮架2、吊环3、吊环支撑座4等部件,所述篮体由网板构成,直径1900-2100mm、高度600-800mm;所述篮架由或槽钢制成,对篮体支撑作用;所述吊环为2根Φ=1900-2100mm的弧形圆钢,两端与篮架上部边缘合适位置的吊环支撑座活动链接,承重2000kg。
[0032] 所述种活化态菌液接种到草本纤维原料上进行工厂化发酵的方法为以下两种方式中的任意一种:
[0033] (1)所述活化态菌液接种到草本纤维原料上进行工厂化浸泡发酵的工艺步骤包括:
[0034] :
[0035] a、采用32-36℃的地表水稀释活化态菌悬液至活菌含量在5×107cfu·mL-1以上的稀菌悬液;
[0036] b、将装载草本纤维原料的麻笼或吊篮浸泡于稀菌悬液中,在31-35℃、微量通气条件下发酵6-7h,用水冲洗发酵产物使纤维分散;
[0037] c、直接用蒸汽将发酵产物加热至90-95℃,通入适量压缩空气鼓动30min进行灭活,排出废液,注入60-80℃的热水淹没麻笼或吊篮,再通入适量压缩空气鼓动20min.,排出废液。
[0038] (2)活化态菌液接种到草本纤维原料上进行工厂化湿润发酵的工艺步骤包括:
[0039] a、采用32-36℃的地表水稀释活化态菌悬液至活菌含量在8×107cfu·mL-1以上的稀菌悬液;
[0040] b、将装载草本纤维原料的麻笼或吊篮置于稀菌悬液中浸泡10-30min(取出麻笼或吊篮后通入少许压缩空气,可重复接种2-4次),取出麻笼或吊篮置于31-35℃、相对湿度在85%以上、空气对流温室里发酵5-6h,用水冲洗发酵产物时纤维分散;
[0041] c、将接种剩余菌悬液、菌种活化罐冷却水、洗罐水、接种锅清洗废水一并收集并用蒸汽直接加热至90-95℃,然后,将经过发酵处理的麻笼或吊篮浸泡其中,再通入适量压缩空气鼓动30min.进行灭活,排出废液,注入60-80℃的热水淹没麻笼或吊篮,再通入适量压缩空气鼓动20min.,排出废液。
[0042] 所述发酵材料后处理方法为以下两种方式中的任意一种:
[0043] (1)长纤维或束纤维精制(生物脱胶后处理),具体操作步骤包括:
[0044] a、将经过热水灭活的发酵产物均匀喂入带有罗拉挤压和高压水柱冲洗装置的机械进行洗涤,除去附着在纤维上的非纤维素物质,获得纯净纤维,其中,罗拉挤压不损伤纤维,水柱压力≥0.6MPa;
[0045] b、将经过洗涤的纯净纤维进行脱水至含水率≤55%,后浸泡于乳化油液中,在85-95℃条件下处理4-8min.,使纤维表面包被一层油脂膜、保持分散状态;
[0046] c、将步骤b处理的草本纤维进行脱水至含水率≤55%,后进行干燥,直至含水率≤12%,干燥时最高温度≤115℃。
[0047] (2)短纤维或单细胞纤维精制(生物制浆后处理),具体操作步骤包括:
[0048] a、将经过热水洗涤的发酵产物置于高浓度磨浆机或类似机械进行纤维分离,使之全部成为单细胞纤维,磨盘间隙为0.25-0.85mm;
[0049] b、采用离心分流方法除去步骤a获得的单细胞纤维中的泥沙、金属碎片等杂物,同时用300目网袋收集单细胞纤维并以清水对其进行冲洗后脱水至含水率≤55%,获得纯净单细胞纤维;
[0050] c、将步骤b获得纯净单细胞纤维进行干燥,直至含水率≤12%,干燥时最高温度≤115℃。
[0051] 与现有技术相比,本发明的优点是:脱胶周期短、生产成本低、产品质量稳定、环境污染轻等。附图说明
[0052] 图1为吊篮立体结构示意图。

具体实施方式

[0053] 以下结合具体实施例对本发明进行详细的说明。
[0054] 实施例1:
[0055] 利用中国农业科学院麻类加工酶制剂中试车间和湖南沅江市明星麻业股份有限公司的部分设备,将南、安徽等大麻产区收购的不同品种和产地的大麻韧皮进行批量为300kg的生物脱胶,具体包括以下步骤:
[0056] (1)大麻韧皮的预处理:将大麻韧皮解、理直并分成麻把,每把的质量为0.8kg,喂入罗拉碾压装置进行碾压,使原料结构均匀破损但不拉断纤维,原料结构未破损面积2
≤150mm。
[0057] (2)活化态菌悬液:首先将长期保存的Dickeya dadanti菌种接种到改良肉汤培5
养液中活化5h,使休眠态菌种变成活化态菌悬液,取1.0mL菌悬液稀释10 倍后均匀涂布到选培养平板上培养22h,获得典型菌落;取1个典型菌落置于装有改良肉汤培养液的试管中分散后,倒入盛改良肉汤培养液300mL的锥形瓶中,35℃、160rpm,培养6h;转接到盛改良肉汤培养液的种子罐(50L),34-36℃、200r/m,微量通气培养6h;然后,转接到盛专用豆饼培
3 3
养基的发酵罐(1000L),34-36℃、140rpm,微量通气(0.4MPa的压缩空气流量0.3m/m·h)培养5h,获得满足后续工艺要求的活化态菌悬液。显微镜下观测,菌体呈细长杆状、单生和对生菌体数量的比例约为6∶4,平均每个视野可见菌体数量达到100个以上;活菌计数的
8 -1
菌体密度达到8×10cfu.mL 。
[0058] (3)工厂化发酵:首先,将经过碾压的大麻韧皮均匀装入麻笼,采用32-36℃的地7 -1
表水稀释活化态菌悬液至活菌含量在5×10cfu·mL 以上的菌悬液(稀菌悬液);其次,将装载大麻韧皮的麻笼浸泡于稀菌悬液中,在31-35℃、微量通气条件下发酵6h,用水冲洗发酵产物时纤维分散;然后,直接用蒸汽将发酵产物加热至90-95℃,通入适量压缩空气鼓动30min.,排出废液,注入60-80℃的热水淹没麻笼,再通入适量压缩空气鼓动20min.,排出废液。
[0059] (4)发酵材料后处理:首先,将经过热水灭活的发酵产物均匀喂入带有罗拉挤压和高压水柱冲洗装置的机械进行洗涤,除去附着在纤维上的非纤维素物质,获得纯净纤维,其中,罗拉挤压不损伤纤维,水柱压力≥0.6MPa;接着将经过洗涤的纯净纤维进行脱水至含水率≤55%,后浸泡于乳化油液中,在85-95℃条件下处理4-8min.,使纤维表面包被一层油脂膜、保持分散状态;然后,将大麻纤维进行脱水至含水率≤55%,后进行干燥,直至含水率≤12%。
[0060] 运用本实施例的工艺进行循环脱胶,累计加工大麻韧皮0.9t,除了遇到工艺条件不满足以致出现生产不稳定的现象以外,正常运转生产试验成功率达到100%。本实施例的实施效果数据表明:(1)将大麻韧皮加工成大麻纤维的脱胶制成率稳定在68%以上;(2)将大麻韧皮加工成大麻纤维的生产成本比化学方法节省25%(4500元/t);(3)从源头上减少无机污染物95.9%,有机污染物58.3%,废气、废渣排放量76.4%。
[0061] 实施例2:
[0062] 利用中国农业科学院麻类加工酶制剂中试车间和长沙理工大学的部分试验设备,将浙江、安徽等红麻产区收购的不同品种和产地的红麻韧皮进行批量为300kg的生物制浆,具体包括以下步骤:
[0063] (1)红麻韧皮的预处理:将红麻韧皮解捆、理直并分成麻把,每把的质量为1.2kg,喂入切割机械进行剪切,原料剪切片段长度为200-400mm。
[0064] (2)活化态菌悬液:同实施例1。
[0065] (3)工厂化发酵:包括以下步骤,
[0066] a、将经过剪切的红麻韧皮均匀装入吊篮,同时,采用32-36℃的地表水稀释活化态7 -1
菌悬液至活菌含量在8×10cfu·mL 以上的菌悬液(稀菌悬液);
[0067] b、将装载红麻韧皮的吊篮置于稀菌悬液中浸泡10-30mi n(取出吊篮后通入少许压缩空气,可重复接种2-4次),取出吊篮置于31-35℃、相对湿度在85%以上、空气对流的温室里发酵5-6h,用水冲洗发酵产物时纤维分散;
[0068] c、将接种剩余菌悬液、菌种活化罐冷却水、洗罐水、接种锅清洗废水一并收集并用蒸汽直接加热至90-95℃,然后,将经过发酵处理的吊篮浸泡其中,再通入适量压缩空气鼓动30min.进行灭活,排出废液,注入60-80℃的热水淹没吊篮,再通入适量压缩空气鼓动20min.,排出废液。
[0069] 上述吊篮包括篮架、篮体、吊钩等部件,篮体由网板构成,直径1900mm、高度700mm;篮架由角钢或槽钢制成,对篮体支撑作用;吊钩为2根Φ=1900的弧形圆钢,两端与篮架上部边缘合适位置活动链接,承重2000kg。
[0070] (4)发酵材料后处理:首先,将经过热水洗涤的发酵产物置于高浓度磨浆机进行纤维分离,使之全部成为单细胞纤维,磨盘间隙为0.25-0.85mm;接着,采用离心分流方法除去单细胞纤维中的泥沙、金属碎片等杂物,同时用300目网袋收集单细胞纤维并以清水对其进行冲洗后脱水(含水率≤55%),获得纯净单细胞纤维;然后,对纯净单细胞纤维进行干燥,干燥时最高温度≤115℃。
[0071] 运用本实施例的工艺进行循环制浆,累计加工红麻韧皮1.2t,除了遇到工艺条件不满足以致出现生产不稳定的现象以外,正常运转生产试验成功率达到100%。本实施例的实施效果数据表明:(1)将红麻韧皮加工成红麻浆粕的脱胶制成率稳定在65%以上,将红麻浆粕用于替代木粉(添加量20%)制造复合材料,其静曲强度提高40%;(2)将红麻韧皮加工成红麻浆粕的生产成本比化学制浆方法降低15%以上;(3)污染物产生量比化学制浆方法减少70%。
[0072] 实施例3:
[0073] 在实验室条件下,采用Dickeya dadanti菌株对苎麻、红麻韧皮、黄麻韧皮、大麻韧皮、亚麻原茎、龙须草、麦秆等草本纤维原料分别进行了批量为30-1000g的生物脱胶或生物制浆试验,具体包括以下步骤:
[0074] (1)活化态菌悬液:同实施例1。
[0075] (2)草本纤维原料预处理:将苎麻、红麻韧皮、黄麻韧皮、大麻韧皮、亚麻原茎等草本纤维原料分成小把并理直后喂入罗拉碾压装置或类似机械进行碾压,使原料结构均匀破2
损但不拉断纤维,其中,原料结构未破损面积≤150mm ;或者,将红麻韧皮、黄麻韧皮、大麻韧皮、龙须草、麦秆等草本纤维原料分成小把并理直后喂入切割机械进行剪切,原料剪切片段长度为200-400mm。
[0076] (3)活化态菌液接种到草本纤维原料上进行工厂化发酵工艺为以下两种方式中的任意一种:
[0077] A、浸泡发酵,具体操作步骤包括:将经过碾压的草本纤维原料均匀装入麻笼或类似装置,或者将经过剪切的草本纤维原料均匀装入吊篮,同时,采用32-36℃的地表水稀释7 -1
活化态菌悬液至活菌含量在5×10cfu·mL 以上的菌悬液(稀菌悬液);将装载草本纤维原料的麻笼或吊篮浸泡于稀菌悬液中,在31-35℃、微量通气条件下发酵6-7h,用水冲洗发酵产物时纤维分散;直接用蒸汽将发酵产物加热至90-95℃,通入适量压缩空气鼓动
30min.进行灭活,排出废液,注入60-80℃的热水淹没麻笼或吊篮,再通入适量压缩空气鼓动20min.,排出废液。
[0078] B、湿润发酵,具体操作步骤包括:将经过碾压的草本纤维原料均匀装入麻笼,或者将经过剪切的草本纤维原料均匀装入吊篮,同时,采用32-36℃的地表水稀释活化态菌悬7 -1
液至活菌含量在8×10cfu·mL 以上的菌悬液(稀菌悬液);将装载草本纤维原料的麻笼或吊篮置于稀菌悬液中浸泡10-30min(取出麻笼或吊篮后通入少许压缩空气,可重复接种2-4次),取出麻笼或吊篮置于31-35℃、相对湿度在85%以上、空气对流的温室里发酵
5-6h,用水冲洗发酵产物时纤维分散;将接种剩余菌悬液、菌种活化罐冷却水、洗罐水、接种锅清洗废水一并收集并用蒸汽直接加热至90-95℃,然后,将经过发酵处理的麻笼或吊篮浸泡其中,再通入适量压缩空气鼓动30min.进行灭活,排出废液,注入60-80℃的热水淹没麻笼或吊篮,再通入适量压缩空气鼓动20min.,排出废液。
[0079] (4)发酵材料后处理工艺为以下两种方式中的任意一种:
[0080] A、长纤维或束纤维精制(生物脱胶后处理),具体操作步骤包括:将经过热水灭活的发酵产物均匀喂入带有罗拉挤压和高压水柱冲洗装置的机械进行洗涤,除去附着在纤维上的非纤维素物质,获得纯净纤维,其中,罗拉挤压不损伤纤维,水柱压力≥0.6MPa;、将经过洗涤的纯净纤维进行脱水(含水率≤55%)后浸泡于乳化油液中,在85-95℃条件下处理4-8min.,使纤维表面包被一层油脂膜、保持分散状态;将草本纤维进行脱水(含水率≤55%)后进行干燥,直至含水率≤12%,干燥时最高温度≤115℃。
[0081] B、短纤维或单细胞纤维精制(生物制浆后处理),具体操作步骤包括:将经过热水洗涤的发酵产物置于高浓度磨浆机或类似机械进行纤维分离,使之全部成为单细胞纤维,磨盘间隙为0.25-0.85mm;采用离心分流方法除去步骤a获得的单细胞纤维中的泥沙、金属碎片等杂物,同时用300目网袋收集单细胞纤维并以清水对其进行冲洗后脱水(含水率≤55%),获得纯净单细胞纤维;将纯净单细胞纤维进行干燥,直至含水率≤12%,干燥时最高温度≤115℃。
[0082] 运用本实施例的工艺进行循环脱胶或制浆,累计加工多种草本纤维原料约50kg,试验成功率达到100%。本实施例的实施效果数据表明:苎麻脱胶制成率稳定在70%以上,红麻韧皮、大麻韧皮、黄麻韧皮脱胶制成率稳定在65%以上,亚麻原茎出麻率稳定在40%以上;红麻韧皮、大麻韧皮、黄麻韧皮加工成单细胞纤维的得率稳定在60%以上,龙须草、麦秆浆粕的得率在50%以上。
[0083] 上述实施例并非是对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以作出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。
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