CN110965382A - 一种生物型竹纤维素提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物型竹纤维素提取方法，属于生物技术及纤维素提取领域。取水、碳酸氢钠、酒石酸铵、月桂醇油醇聚氧乙烯醚、氯化钙、氨水、过氧化氢、尿素、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯‑80配置成纤维素提取剂；将粗酶液A，粗酶液B混合，得混合酶液；将毛竹去叶，剖开，洗净，截断后进行水煮；将毛竹粉碎得到毛竹粉末；将竹粉末与纤维素提取剂混合浸泡后加热后进行固液分离，取滤渣；将滤渣加入混合酶液中浸泡；将浸泡完的竹材固液分离，取滤渣，用去离子水清洗后，高温干燥后即得竹纤维素。本发明提供一种生物型竹纤维素提取方法，该方法简单易行，利用生物法从毛竹中提取纤维素，杂质含量少，并且避免了高能耗及环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物型竹纤维素提取方法，属于生物技术及纤维素提取领域。
背景技术
森林资源和农业资源是关系到我国民生的最主要资源，种类繁多，品种丰富。其中竹类资源是其中分布最为广泛的资源之一。我国具有400多种竹类植物，占世界竹类资源的三分之一。现有竹林面积约540万公顷，占全国森林面积2.8％。目前竹类资源主要用于竹笋的加工，竹席、竹毯等竹编织品的生产，竹炭材料以及竹复合材料的制造等诸多领域。竹纤维是从自然生长的竹子中直接提取的一类天然纤维，是我国存量最大，应用范围最广泛的纤维之一。广泛应用于纺织业，造纸业甚至是军工产业。随着国内外对竹纤维及其产品的研究愈来愈深入。发现竹纤维不仅能够满足人们对天然产品的需求，而且竹纤维产品还具有着很多优良的特点，而纤维素是竹纤维中的主要成分，竹纤维素经过一系列化学反应后能形成酯类，醚类衍生物应有于各种领域，经过硝化反应形成的硝化竹纤维素更是无烟无硫冷烟花药剂的重要组成材料之一，因此，如何更高效的提取出大量竹纤维素，同时最大幅度减少提取废液对环境的污染有着及其重要的意义。
植物纤维是由纤维素，半纤维素，木质素等构成的超分子体系，成分繁多，结构复杂。传统纤维脱胶技术主要依赖于强酸强碱，高温高压处理，从而使纤维分子链断裂，提高结晶度，但传统方法存在成本高，污染严重等难题。不符合国家建设资源节约型，环境友好型现代企业的发展方针。中国专利CN108660836A提供了一种利用秸秆提取纤维素的方法，该方法先将秸秆粉碎后与碱液进行混合，之后对混合液进行蒸汽爆破处理，最后用3-甲基-N-丁基氯代吡啶水溶液进行处理得到纤维素，该方法使用的蒸汽爆破法需要专业仪器，生产成本较高，且氢氧化钠，氢氧化钾的使用容易对环境产生污染。中国专利CN105507049A提供了一种从绿豆皮中提取纤维素的方法，该方法通过预处理、微波-超声波联合辅助碱法处理、次氯酸钠脱色和干燥粉碎等步骤得到纤维素，该方法对条件，设备要求高，应用范围窄。所以，一种能安全可靠地生物型竹纤维素提取方法具有重大的社会意义和现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物型竹纤维素提取方法，该方法简单易行，利用生物法从毛竹中提取出纤维素，避免了高能耗及环境污染。
本发明专利的目的是通过以下技术方案实现的。
一种生物型竹纤维素提取方法，包括如下步骤：
步骤一，按下述各组分与所占质量百分比混合均匀，配置成纤维素提取剂：
步骤二，将粗酶液A，粗酶液B按照1：1的比例均匀混合，即得混合酶液
步骤三，将毛竹去叶，剖开，洗净，截断后进行高压水煮；
步骤四，将步骤三所得毛竹放入粉碎机中粉碎得到毛竹粉末；
步骤五，将步骤四所得竹粉末与步骤一所得纤维素提取剂按5：1的比例混合，常温浸泡60～90min后加热至100～120℃蒸煮1.5～3小时；
步骤六，将步骤五中蒸煮完成的液体固液分离，取滤渣；
步骤七，按照每克滤渣对应(20～50)ml混合酶液的比例将步骤六所得滤渣加入步骤二所得混合酶液中，常温浸泡3～5小时
步骤八，将步骤七中浸泡完的竹材固液分离，取滤渣，用去离子水清洗3次后，在170～200℃条件下高温干燥后即为竹纤维素。
其中粗酶液A按以下方法制得：
步骤一、将棘孢曲霉培养基在0.15Mpa，120℃高温灭菌15～25min；
步骤二、将棘孢曲霉接种到培养基中，140r/min，36℃条件下震荡培养15～20小时，制备成摇瓶菌液：
步骤三、制备一定量的发酵培养基，倒入发酵罐中，0.15Mpa，121℃高温灭菌25～30min后冷却：
步骤四、按照摇瓶菌液质量为发酵培养基质量5％的比例，将步骤二所得摇瓶菌液接到发酵培养基中，36℃环境培养60～80h，通风量为10～20L/min，得发酵液；
步骤五、将在步骤四所得发酵液放入高速离心机中，14000rpm/min，离心5～10min取上清液即为粗酶液A。
所述棘孢曲霉培养基的组成成分如下：蔗糖30～50g/L，琼脂15～20g/L，硫酸亚铁0.01～0.03g/L，氯化钾0.5～0.8g/L，硝酸钠3～5g/L，其余为蒸馏水，pH7.0～7.2；
所述发酵培养基的组成成分如下：蔗糖60～140g/L，硫酸镁1g/L，磷酸二氢钾3～5g/L，硫酸铵1.5～3.0g/L，氯化钾0.5g/L，硝酸钾1.5g/L，氯化钙0.5～1.0g/L，酵母膏4～10g/L，柚皮苷2.7～3.5g/L,其余为蒸馏水，pH6～6.8。
其中，其中粗酶液B按以下方法制得：
步骤一、将粉红粘帚霉培养基在0.1Mpa，121℃高温灭菌15～25min；
步骤二、将粉红粘帚霉接种到种子培养基中，35～37℃震荡培养15～20小时，制备成摇瓶菌液：
步骤三、制备一定量的发酵培养基，倒入发酵罐中，0.1Mpa，121℃高温灭菌25～30min后冷却：
步骤四、按照摇瓶菌液质量为发酵培养基质量2～5％的比例，步骤二所得摇瓶菌液接到发酵培养基中，36℃环境培养60～80小时，供氧量为0.08kg/h*L，得发酵液，
步骤五、将在步骤四所得发酵液放入高速离心机中，4℃12000r/min离心5～10min取上清液，过滤，除菌处理后即为粗酶液B。
所述粉红粘帚霉培养基包括：可溶性淀粉20～40g/L，硝酸钾1～1.5g/L，磷酸氢二钾0.5～1.5g/L，硫酸镁0.5～1.2g/L，氯化钠0.3～0.5g/L，硫酸亚铁0.01g/L，琼脂10～20g/L，其余为蒸馏水，pH7.4-7.6。
所述发酵培养基的组成成分如下：麸皮40～60g/L、玉米粉100g/L、豆饼粉20g/L、硫酸铵0.8～1.0g/L，氯化钠0.3～0.5g/L，硫酸亚铁0.01～0.03g/L，其余为蒸馏水，pH5.0-7.6。
有益效果
1、一种生物型竹纤维素提取方法，以生物降解为主，避免了强酸，强碱的使用，提取出纤维素杂质含量少，并适用于从其他生物质材料提取纤维素。
2、本方法工艺简单，步骤简洁，过程安全，成本低，对环境污染小，不产生有害物质。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。
实施例1
按照下述配方质量比取下述各组分溶于水中制成5L纤维素提取剂；
按照棘孢曲霉培养基的组份取蔗糖30g，琼脂15g，硫酸亚铁0.01g，氯化钾0.5g，硝酸钠3g溶于蒸馏水配置1L培养基，调节pH＝7.0。将配好的培养基放入摇瓶中在0.15Mpa，120℃条件下高温灭菌15min；灭菌完成后将棘孢曲霉接种到培养基中，140r/min，36℃条件下震荡培养15小时，制备成摇瓶菌液。按照发酵培养基的组份取蔗糖120g，硫酸镁2g，磷酸二氢钾6g，硫酸铵3g，氯化钾1g，硝酸钾3g，氯化钙1g，酵母膏8g，柚皮苷5.4g溶于蒸馏水配置2L发酵培养基，调节pH＝6。将配好的发酵培养基倒入发酵罐中，置于0.15Mpa，121℃条件下高温灭菌25min。待冷却后，按照5％接种量，将摇瓶菌液接种到发酵培养基中，36℃环境恒温培养60小时，通风量为10L/min，得发酵液；将发酵液放入高速离心机中，14000rpm/min，离心5min取上清液为粗酶液A。
按照粉红粘帚霉培养基的组分取可溶性淀粉20g，硝酸钾1g，磷酸氢二钾0.5g，硫酸镁0.5g，氯化钠0.3g，硫酸亚铁0.01g，琼脂10g溶于蒸馏水配置1L培养基，调节pH＝7.4。将培养基放入摇瓶中在0.15Mpa，120℃条件下高温灭菌15min；将粉红粘帚霉接种到种子培养基中，35℃震荡培养15小时，制备成摇瓶菌液。按照发酵培养基的组份取麸皮100g、玉米粉200g、豆饼粉40g、硫酸铵1.6g，氯化钠0.6g，硫酸亚铁0.02g溶于蒸馏水配置2L发酵培养基，调节pH＝7。将发酵培养基倒入发酵罐中，在0.1Mpa，121℃高温条件下灭菌25min，冷却后按照5％的重量比例，将摇瓶菌液接到发酵培养基中，36℃环境恒温培养60小时，供氧量为0.08kg/h*L，得发酵液，将发酵液放入高速离心机中，4℃12000r/min离心5min取上清液，将上清液过滤，除菌后即为粗酶液B。将粗酶液A，粗酶液B按照1：1的比例均匀混合，即为混合酶液。
将1kg毛竹去除表面叶片，剖开，洗净，截断制成竹条，之后放入高温高压蒸煮釜中进行高压水煮1小时，待竹条冷却后放入粉碎机中粉碎得到毛竹粉末，将竹粉末与纤维束提取剂按5：1的比例混合，常温浸泡60min后加热至100℃蒸煮1.5小时后进行固液分离，取滤渣；将滤渣按照1g：20ml的比例加入混合酶液，充分混合，常温浸泡3小时后固液分离，取滤渣，将滤渣用去离子水清洗3次后，在172℃条件下高温干燥后即为竹纤维素。
所得纤维素形态完整，粗细均匀，其中α-纤维素含量测定方法参照FZ/T50010.4-1998，灰分测定采用FZ/T 50010.5-1998方法，经测定采用本实施例的方法得到的纤维素其α-纤维素含量94wt％，灰分0.03wt％，提取效率较高，用于硝化纤维素合成效果良好。
实施例2
按照下述配方质量比取下述各组分溶于水中制成10L纤维素提取剂；
按照棘孢曲霉培养基的组份取蔗糖40g，琼脂18g，硫酸亚铁0.02g，氯化钾0.6g，硝酸钠4g溶于蒸馏水配置1L培养基，调节pH＝7.0。将培养基放入摇瓶中在0.15Mpa，120℃条件下高温灭菌20min；将棘孢曲霉接种到培养基中，140r/min，36℃条件下震荡培养15小时，制备成摇瓶菌液。按照发酵培养基的组份取蔗糖240g，硫酸镁3g，磷酸二氢钾12g，硫酸铵6g，氯化钾1.5g，硝酸钾4.5g，氯化钙1.5g，酵母膏21g，柚皮苷9g溶于蒸馏水配置3L发酵培养基，调节pH＝6。将发酵培养基倒入发酵罐中，置于0.15Mpa，121℃高温条件下灭菌25min，冷却后按照5％接种量，将摇瓶菌液接种到发酵培养基中，在通风量为10L/min条件下，36℃环境恒温培养60小时，得发酵液；将发酵液放入高速离心机中，14000rpm/min，离心5min取上清液得到粗酶液A。
按照粉红粘帚霉培养基的组分取可溶性淀粉30g，硝酸钾1.2g，磷酸氢二钾1g，硫酸镁0.8g，氯化钠0.4g，硫酸亚铁0.01g，琼脂15g溶于蒸馏水配置1L培养基，调节pH＝7.4。将配好的培养基放入摇瓶中在0.15Mpa，120℃条件下高温灭菌15min；再将粉红粘帚霉接种到种子培养基中，35℃震荡培养15小时，制备成摇瓶菌液。按照发酵培养基的的组份取麸皮150g、玉米粉300g、豆饼粉60g、硫酸铵2.4g，氯化钠1.2g，硫酸亚铁0.03g溶于蒸馏水配置3L发酵培养基，调节pH＝5.0。将发酵培养基倒入发酵罐中，在0.1Mpa，121℃高温条件下灭菌25min后冷却。按照5％的重量比例，将摇瓶菌液接到发酵培养基中，在供氧量为0.08kg/h*L的条件下36℃恒温培养60小时，得发酵液。将发酵液放入高速离心机中，4℃，12000r/min离心5min取上清液，经过滤，除菌处理后即为粗酶液B。将粗酶液A，粗酶液B按照1：1的比例均匀混合，即为混合酶液。
将2kg毛竹去除表面叶片，剖开，洗净，截断制成竹条，之后放入高温高压蒸煮釜中进行高压水煮1.5小时，待竹条冷却后放入粉碎机中粉碎得到毛竹粉末，将竹粉末与纤维束提取剂按5：1的比例混合，常温浸泡70min后加热至110℃蒸煮2小时后进行固液分离，取滤渣；将滤渣按照1g：20ml的比例加入混合酶液，充分混合，常温浸泡4小时后固液分离，取滤渣，将滤渣用去离子水清洗3次后，在172℃条件下高温干燥后即为竹纤维素。
所得纤维素形态完整，粗细均匀，其中α-纤维素含量测定方法参照FZ/T50010.4-1998，灰分测定采用FZ/T 50010.5-1998方法，经测定采用本实施例的方法得到的纤维素其α-纤维素含量89wt％，灰分0.06wt％，提取效率较高，用于硝化纤维素合成效果良好。
实施例3
按照下述配方质量比取下述各组分溶于水中制成15L纤维素提取剂；
按照棘孢曲霉培养基的组份取蔗糖50g，琼脂20g，硫酸亚铁0.03g，氯化钾0.8g，硝酸钠5g溶于蒸馏水配置1L培养基，调节pH＝7.0。将培养基放入摇瓶中在0.15Mpa，120℃条件下高温灭菌15min；将棘孢曲霉接种到灭菌后的培养基中，140r/min，36℃条件下震荡培养15小时，制备成摇瓶菌液。按照发酵培养基的组份取蔗糖480g，硫酸镁4g，磷酸二氢钾20g，硫酸铵12g，氯化钾2g，硝酸钾6g，氯化钙2g，酵母膏40g，柚皮苷12g/L溶于蒸馏水配置4L发酵培养基，调节pH＝6。将发酵培养基倒入发酵罐中，在0.15Mpa，121℃高温条件下灭菌25min，冷却后按照5％接种量，将摇瓶菌液接种到发酵培养基中，在通风量为10L/min条件下，36℃恒温培养60小时，得发酵液。将发酵液放入高速离心机中，14000rpm/min，离心5min取上清液为粗酶液A。
按照粉红粘帚霉培养基的组分取可溶性淀粉40g，硝酸钾1.5g，磷酸氢二钾1.5g，硫酸镁0.5g，氯化钠0.3g，硫酸亚铁0.01g，琼脂20g溶于蒸馏水配置1L培养基，调节pH＝7.4。将培养基放入摇瓶中在0.15Mpa，120℃条件下高温灭菌15min；将粉红粘帚霉接种到种子培养基中，35℃震荡培养20小时，制备成摇瓶菌液。按照发酵培养基的组份取麸皮240g、玉米粉400g、豆饼粉80g、硫酸铵4g，氯化钠4.6g，硫酸亚铁0.04g溶于蒸馏水配置4L发酵培养基，调节pH＝7.6。将发酵培养基倒入发酵罐中，在0.1Mpa，121℃条件下高温灭菌25min，冷却后按照5％的重量比例，将摇瓶菌液接到发酵培养基中，在供氧量为0.08kg/h*L，36℃条件下恒温培养60小时，得发酵液。将发酵液放入高速离心机中，4℃12000r/min离心5min取上清液，经过滤，除菌处理后即为粗酶液B。将粗酶液A，粗酶液B按照1：1的比例均匀混合，即为混合酶液。
将3kg毛竹去除表面叶片，剖开，洗净，截断制成竹条，之后放入高温高压蒸煮釜中进行高压水煮2小时，待竹条冷却后放入粉碎机中粉碎得到毛竹粉末，将竹粉末与纤维束提取剂按5：1的比例混合，常温浸泡80min后加热至130℃蒸煮2.5小时后进行固液分离，取滤渣；将滤渣按照1g：20ml的比例加入混合酶液，充分混合，常温浸泡4小时后固液分离，取滤渣，将滤渣用去离子水清洗3次后，在200℃条件下高温干燥后即为竹纤维素。
所得纤维素形态完整，粗细均匀，其中α-纤维素含量测定方法参照FZ/T50010.4-1998，灰分测定采用FZ/T 50010.5-1998方法，经测定采用本实施例的方法得到的纤维素其α-纤维素含量96wt％，灰分0.01wt％，提取效率较高，用于硝化纤维素合成效果良好。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种生物型竹纤维素提取方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、按下述各组分与所占质量百分比称取相应物质，混合均匀，配置成纤维素提取剂：
步骤二、将粗酶液A，粗酶液B按照1：1的比例均匀混合，即得混合酶液；
步骤三、将毛竹去叶，剖开，洗净，截断后进行高压水煮；
步骤四、将步骤三所得毛竹放入粉碎机中粉碎得到毛竹粉末；
步骤五、将步骤四所得竹粉末与步骤一所得纤维素提取剂按5：1的比例混合，常温浸泡60～90min后加热至100～120℃蒸煮1.5～3小时；
步骤六、将步骤五中蒸煮完成的液体固液分离，取滤渣；
步骤七、按照每克滤渣对应(20～50)ml混合酶液的比例将步骤六所得滤渣加入步骤二所得混合酶液中，常温浸泡3～5小时；
步骤八、将步骤七中浸泡完的竹材固液分离，取滤渣，用去离子水清洗3次后，在170～200℃条件下高温干燥后即为竹纤维素。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述粗酶液A的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将棘孢曲霉培养基在0.15Mpa，120℃高温灭菌15～25min；
步骤二、将棘孢曲霉接种到培养基中，140r/min，36℃条件下震荡培养15～20小时，制备成摇瓶菌液：
步骤三、制备发酵培养基，倒入发酵罐中，0.15Mpa，121℃高温灭菌25～30min后冷却：
步骤四、按照摇瓶菌液质量为发酵培养基质量5％的比例，将步骤二所得摇瓶菌液接到发酵培养基中，36℃环境培养60～80h，通风量为10～20L/min，得发酵液；
步骤五、将在步骤四所得发酵液放入高速离心机中，14000rpm/min，离心5～10min取上清液即为粗酶液A；
所述棘孢曲霉培养基的组成成分如下：蔗糖30～50g/L，琼脂15～20g/L，硫酸亚铁0.01～0.03g/L，氯化钾0.5～0.8g/L，硝酸钠3～5g/L，其余为蒸馏水，pH7.0～7.2；
所述发酵培养基的组成成分如下：蔗糖60～140g/L，硫酸镁1g/L，磷酸二氢钾3～5g/L，硫酸铵1.5～3.0g/L，氯化钾0.5g/L，硝酸钾1.5g/L，氯化钙0.5～1.0g/L，酵母膏4～10g/L，柚皮苷2.7～3.5g/L,其余为蒸馏水，pH6～6.8。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述粗酶液B按以下方法制得：
步骤一、将粉红粘帚霉培养基在0.1Mpa，121℃高温灭菌15～25min；
步骤二、将粉红粘帚霉接种到种子培养基中，35～37℃震荡培养15～20小时，制备成摇瓶菌液；
步骤三、制备发酵培养基，倒入发酵罐中，0.1Mpa，121℃高温灭菌25～30min后冷却：
步骤四、按照摇瓶菌液质量为发酵培养基质量2～5％的比例，将步骤二所得摇瓶菌液接到发酵培养基中，36℃环境培养60～80小时，供氧量为0.08kg/h*L，得发酵液；
步骤五、将在步骤三所得发酵液放入高速离心机中，4℃12000r/min离心5～10min取上清液，过滤，除菌处理后即为粗酶液B；
所述粉红粘帚霉培养基包括：可溶性淀粉20～40g/L，硝酸钾1～1.5g/L，磷酸氢二钾0.5～1.5g/L，硫酸镁0.5～1.2g/L，氯化钠0.3～0.5g/L，硫酸亚铁0.01g/L，琼脂10～20g/L，其余为蒸馏水，pH7.4-7.6；
所述发酵培养基的组成成分如下：麸皮40～60g/L、玉米粉100g/L、豆饼粉20g/L、硫酸铵0.8～1.0g/L，氯化钠0.3～0.5g/L，硫酸亚铁0.01～0.03g/L，其余为蒸馏水，pH5.0-7.6。
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