桑皮纤维的脱胶工艺参数优化

第４Ｏ卷第３期　２０１１年９月　化纤与纺织技术　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ＆Ｔｅｘｔｉｌｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．４０　ＮＯ．３　Ｓｅｐ．２０１１　

文章编号：１６７２—５００Ｘ（２０１１）０３—００１６—０４　

桑皮纤维的脱胶工艺参数优化　

徐　曙　，瞿才新　，周　彬　，郝荣耀　

（１．盐城纺织职业技术学院，江苏盐城２２４０００；２．康地恩生物科技有限公司，山东青岛２６６０６１）　

摘　要：介绍了采用微波一超声波一生物酶一化学方法对桑皮纤维进行脱胶的工艺；选取工艺过程中微　

波处理时间、超声波频率及碱性果胶酶处理时间作为分析对象，进行组合试验，提取桑皮纤维，并对纤　

维性能进行测试，利用正交试验设计对脱胶方案进行优选，选出最优方案为：微波处理时间为０．５　

ｍｉｎ、超声波处理频率为３０　ｋＨｚ、酶处理时间为４　ｈ。　

关键词：桑皮纤维；脱胶工艺；微波；超声波；生物酶；正交试验设计　中图分类号：ＴＳ１０２．２２９　文献标志码：Ｂ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—５００ｘ．２０１１．０３．００５　

桑皮纤维来源于桑树枝条的韧皮部分，属天　

然植物纤维素纤维，是一种新型的高附加值的纯　

天然绿色纤维　。由于桑皮中纤维素质量分　

数较低，仅３０％左右，纤维较短，而半纤维素、　

木质素和果胶的质量分数较高　。　，因此，如何　

有效地提取可纺纤维是桑皮纤维利用的关键所　

在。中国具有极其巨大廉价的桑皮原料市场，这　

为桑皮纤维的研究和开发提供了非常有利的条　

件　ｏ。　。本文结合桑皮的性能指标，旨在探索一　

种高效、绿色、低碳的桑皮纤维脱胶工艺，同时　

利用正交试验设计对工艺进行优化。　

１　脱胶工艺　

１．１　原料　

１～２年桑树皮（产自江苏盐城）。　

１．２试剂　

碱性果胶酶（康地恩生物科技有限公司，　

ＫＤＮ—Ｔ０４过氧化氢酶）、氢氧化钠（ＡＲ）、浓硫　

酸、多聚磷酸钠、水玻璃等。　

１．３仪器　

微波炉、ＴＸＤ一２０２４Ｒ超声波清洗机（深圳　市同欣达超声波设备，１　２００　Ｗ，２０～４０　ｋＨｚ）、　

Ｙ８０２八篮烘箱、ｐＨ计、中段切断器、扭力天平　

（０．０２　ｍｇ）等。　

１．４脱胶工艺流程　

桑皮自然、机械处理一调湿一微波处理一机　

械捶打除杂一浸酸预处理一（超声波辅助）碱　

煮一酶处理一水洗一打纤一水洗一脱水一给油一　

抖松一干燥…　

１．５主要工艺　

１．５．１微波处理　

将桑皮在标准大气条件下（温度：２０　ｏＣ±２　

ｏＣ，ＲＨ：６５％±３％）进行调湿处理３～５　ｈ。由于　

Ｈ，Ｏ是一种极性分子，根据微波处理的原理，调　

湿后可大大提高微波处理的效率。微波处理参　

数：微波功率０．５　ｋＷ，处理时间０．５～１．５　ｍｉｎ，　

每隔０．５　ｍｉｎ要翻动一次。　

经微波处理后的桑皮纤维，胶质干化，其与　

纤维的黏着力已经大大降低，经过机械捶打，可　

以极大地减小胶质与纤维的结合程度，便于酶及　

化学试剂的吸附与渗透。同时部分胶质已脱离纤　

维，可直接去除。　

收稿日期：２０１１—０４—２６　作者简介：徐曙（１９５６一），男，江苏盐城人，高级讲师，主要从事纺织应用数学及数据分析工作。

　第３期　徐曙等：桑皮纤维的脱胶工艺参数优化　１７　

１．５．２（超声波辅助）碱煮　

氢氧化钠溶液１０　ｇ／Ｌ，在每１　０００　ｍＬ氢氧化　

钠溶液中分别加入３０～５０　ｇ三聚磷酸钠与３Ｏ一　

８０　ｇ水玻璃，配制成碱煮液，温度为１００℃，常　

压，浴比１：１５，处理时间２～４　ｈ。　

上述碱煮过程在ＴＸＤ一２０２４Ｒ超声波清洗机　

中进行。利用超声波的空化效应作用于桑皮的宏　

观与微观结构，从而大大提高桑皮纤维的脱胶效　

率，并极大地减少碱的浓度、用量及作用时间，　

从而达到节能、环保、高效的目的。　

１．５．３碱性果胶酶处理　

碱性果胶酶（液态浓缩型）：主要包括原果胶　

酶，裂解酶和果胶水解酶，配制３％碱性果胶酶　

溶液，温度５５℃，常压，ｐＨ＝９．０，浴比１：２０，　

处理时间３～５　ｈ。　

碱性果胶酶能有效分解去除果胶质及其它共　

生物杂质，是一种比较理想的生物精练和煮练　

酶，脱胶效率高，可减少碱、酸（中和）和水（清　

洗）的用量；不损伤纤维，不影响纤维强力，低能　

耗、低水耗，降低废水中ＴＤＳ、ＣＯＤ、ＢＯＤ指数，　

减少环境污染，减轻污水处理压力，降低污水治　

理费用；同时，作业环境安全，对环境、操作人　

员及设备无害。　

２试验方案优化　

２．１　正交表的设计　“　

如表１，本文选取工艺过程中微波处理时间，　

超声波频率，酶处理时间三个因素作为分析对　

象，设置高中低三个水平分别组合进行正交试验　

设计，最终确定最佳方案。按照表２所示的试验　

方案，对桑皮进行脱胶处理，提取桑皮纤维，参　

照（ＧＢ　Ｔ　６０９８．１—２００６，ＧＢ／Ｔ　６１００—２００７，ＧＢ／　

Ｔ１４３３７，ＧＢ／Ｔ　１８１４７．２—２０００）标准分别测试各　

组桑皮纤维平均长度、线密度、断裂强度及残胶　

率，测试结果见表２。　

表１三因子三水平参数　表２正交试验设计与测试结果　

２．２试验分析及最佳方案确定　

三个影响因素的主次，可用极差来分析，极　

差大说明这个因素的不同水平对纤维同一性能的　

测试结果影响较大，反之影响较小。根据表２中　

极差（Ｒ，Ｒ　，Ｒ”）可以分析出各因素对纤维强度、　

伸长率、回潮率影响因素大小见表３。　

表３各因素对纤维性能的影响顺序　

注：Ａ：微波处理时间（ｍｉｎ）；Ｂ：超声波频率（ｋＨｚ）；　

Ｃ：酶处理时间（ｈ）　

纤维的长度、强度、残胶率权重等同。从表　

３中可以看出，纤维性能主要影响因素为Ａ：微波　

处理时间（ｍｉｎ）＞Ｂ：超声波频率（ｋＨｚ）＞Ｃ：酶处　

理时间（ｈ）。　

根据前面正交设计及试验结果，做出各因素　

分别对纤维性能的影响曲线，见图１。

　１８　化纤与纺织技术　第４０卷　

斛　甾　

Ｉ　，　Ｚ　

骠　

静　蛰　

Ｚ　

皤　（ａ）微波处理时间对纤维性能影响　

ｇ　

越　

２．８　３．３　３．８　４．３　４．８　５．３　时间／ｈ　

（ｃ）酶处理时间对纤维性能影响　

图１　三因素三水平试验对纤维性能影响的趋势图　

从图ｌ（ａ）可以看出随着微波处理时间的逐　

渐增加纤维的强度先增大后减小，长度有逐渐变　

小的趋势，但趋势不是太明显，残胶率先变小后增　大。从图１（ｂ）可以看出随着超声波频率的增高纤　

维的强度有逐渐增大的趋势，但趋势不是太明显。　

残胶率逐渐下降，而长度先增大后变小。从图１　

（ｃ）可以看出随着酶处理时间的逐渐增加纤维的长　

度和残胶率逐渐减小，而强度一直增大。　

根据主次因素分析及图中各因素不同水平的　

影响分析最终确定：微波处理时间为０．５　ｍｉｎ，超　

声波处理频率为３０　ｋＨｚ，酶处理时间为４　ｈ，把　

这三个因素的水平组合起来就是最佳方案，记　

成：Ａ１Ｂ２Ｃ２。恰好是第２号方案。　

３　结语　

桑皮纤维的开发，属于新型天然纺织材料研　

发领域的一次新的突破　。采用高效、低污染的　

方法对桑皮进行开发利用符合当今“低碳、环保、　

节能”的大形势，必将会有巨大的开发前景　。同　

时，利用正交试验设计优选试验方案，可大大提高　

桑皮纤维脱胶效率及桑皮纤维的综合性能。　

参考文献　

［１］　闵庭元，周彬，王美红．桑皮纤维的绿色高效脱胶　

工艺［Ｊ］．化纤与纺织技术，２０１０（３）：１８—２Ｏ．　

［２］　丛锐利，董卫国．桑皮纤维的化学提取方法及性能　

测试［Ｊ］．山东纺织科技，２００７（４）：２３—２５．　

［３］　董震，丁志荣．桑皮纤维的脱胶工艺研究［Ｊ］．上海　

纺织科技，２００８（１１）：２Ｏ一２２．　

［４］　张之亮．桑皮纤维脱胶工艺和结构性能研究［Ｄ］．　

上海：东华大学，２００５：４５—７５．　

［５］　邱训国，严松俊．桑皮纤维开发及其综合利用［Ｊ］．　

辽宁丝绸，２００２（４）：１０—１３．　［６］　庞宗文，卢珍兰，张琳，梁静娟．桑皮微生物脱胶　

机理的初步研究［Ｊ］．丝绸，２００８（８）：３４—３７．　

［７］　荆学谦，杨佩鹏，武海良．桑皮纤维脱胶工艺初探　

［Ｊ］．中国麻业，２００６（４）：１８２—１８６．　

［８］　杨英贤，姜宜宽，张书策．罗布麻微波一超声波脱　

胶工艺的研究［Ｊ］．毛纺科技，２００６（９）：２７—２９．　

［９］　金鹏辉．生物酶处理技术应用于桑皮纤维提取　

［Ｄ］．苏州：苏卅Ｉ大学，２００９：１３—１６．　

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［１２］　华坚，彭旭东．桑皮纤维的结构和性能研究［Ｊ］，　

丝绸，２００３（１０）：２１—２３．　、料甾　

．ｘａ专．毛第３期　徐曙等：桑皮纤维的脱胶工艺参数优化　１９　

ｏＰＴＩＭＩＺＡＴＩｏＮ　ｏＮ　ＤＥＧＵＭＭＩＮＧ　ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹ　

ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ　ｏＦ　ＭＵＬＢＥＲＲＹ　ＦＩＢＲＥ　

ＸＵ　Ｓｈｕ　，ＱＵ　Ｃａｉ．ｘｉｎ　，ＺＨＯＵ　Ｂｉｎ　，ＨＡＯ　Ｒｏｎｇ．ｙａｏ　

（１．Ｙａｎｃｈｅｎｇ　Ｔｅｘｔｉｌｅ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ　２２４０００　Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｃｏｎｔｉｎｅｎｔ　Ｂｉｏｔｅｃｈ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｎｇｄａｏ　２２６０６１　Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｇｕｍｍｍｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｍｕｌｂｅｒｒｙ　ｆｉｂｒｅ　ｗｉｔｈ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｗａｖｅ—ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｎｚｙｍｅ—ａｃｃｅｓｓｏ　

ｒｉａｌ　ｃｈｅｍｉｃ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｎｚｙｍｅ　ａｎｄ　

ｔｈｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　ｕｈｒａｓｏｎｉｃ　ｗａｖｅ　ｗｅｒｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ａｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｂｊｅｃｔｓ，ｔｈｅｎ　ｗｅ　ｅｘｔｒａｃｔｅｄ　ｍｕｌｂｅｒｒｙ　ｆｉｂｒｅ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　

ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｅｓｔｅｄ　ｔｈｅ　ｆｉｂｒｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｄｅｇｕｍｍｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｏｒｔｈｏｇｏ－　

ｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｓｃｈｅｍｅ　ｉｓ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ：ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｉｓ　０．５　ｍｉｎ，ｕｈｒａｓｏｎ－　

ｉｃ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｉｓ　３０　ｋＨｚ，ａｎｄ　ｅｎｚｙｍｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｉｍｅ　ｉｓ　４　ｈ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｂｅｒｒｙ　ｆｉｂｒｅ；ｄｅｇｕｍｍｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｍｉｃｒｏｗａｖｅ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｗａｖｅ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｅｎｚｙｍｅ；ｏｒｔｈｏｇ－　

ｏｎａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　

（上接第１５页）　

［３］　陶丽珍，蔡苏英，蒋耀兴．丝光碱缩工艺对竹原纤　

维纱线性能的影响［Ｊ］．印染，２００５（１４）：２１—２４．　

［４］　张涛，鲍文斌，俞建勇．竹浆纤维力学性能的模拟　

分析［Ｊ］．纺织学报，２００５，２６（１）：２８—２９，３２．　［５］