摘  要：本發(fā)明公開了一種利用亞麻籽殼制備高純度亞麻籽殼纖維素的方法，屬于食品加工技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下幾個步驟：(1)水熱清洗：將亞麻籽殼與水混合，加熱水洗脫膠，可以除去大部分的亞麻籽膠，干燥后得到水洗亞麻籽殼；(2)堿處理：用氫氧化鈉溶液堿煮水洗亞麻籽殼，去除殘存的亞麻籽膠，去除油脂、部分木質(zhì)素和半纖維素以及蛋白質(zhì)和亞麻木酚素，多次熱水洗滌后得到堿處理的半脫亞麻籽殼纖維；(3)脫色和去殘雜：將堿處理的半脫亞麻籽殼纖維在酸性條件下利用亞氯酸鈉漂白脫色，同時去除木質(zhì)素，然后多次加熱水洗，洗去殘存試劑，抽濾，凍干后即得到白色的高純度亞麻籽殼纖維素。

 

技術(shù)要點

1.一種從亞麻籽殼提取纖維素的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）水熱清洗：將亞麻籽殼和水混合，采用水浴加熱攪拌的方式進(jìn)行浸提脫膠，經(jīng)過濾、洗滌后，干燥得到水洗亞麻籽殼；

2）堿處理：將水洗亞麻籽殼和堿液混合進(jìn)行堿煮，經(jīng)過濾后，所得濾渣洗滌、過濾，得到半脫亞麻籽殼纖維；

3）脫色和去殘雜：將半脫亞麻籽殼纖維與亞氯酸鈉溶液混合，然后用酸調(diào)節(jié)pH在4.0~4.6范圍內(nèi)，然后采用水浴加熱攪拌的方式進(jìn)行脫色，然后過濾出濾渣，濾渣洗滌干凈后凍干，得到亞麻籽殼纖維素。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從亞麻籽殼提取纖維素的方法，其特征在于：步驟1）中，亞麻籽殼與水的質(zhì)量比為1：20~1：30；水浴加熱攪拌的溫度為70~90℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從亞麻籽殼提取纖維素的方法，其特征在于：步驟1）中，重復(fù)水浴加熱攪拌和過濾、洗滌的操作，直至過濾所得的濾液中無明顯亞麻籽膠溶出。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從亞麻籽殼提取纖維素的方法，其特征在于：步驟1）中，干燥方法為60~90℃烘箱干燥。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從亞麻籽殼提取纖維素的方法，其特征在于：步驟2）中，所用堿液為氫氧化鈉溶液，質(zhì)量濃度為15wt%~20wt%；水洗亞麻籽殼和堿液的質(zhì)量比為1：10~1：20。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從亞麻籽殼提取纖維素的方法，其特征在于：步驟2）中，所述洗滌方式為：將濾渣置于75~100℃熱水多次洗滌，重復(fù)多次至洗滌液無明顯顏色。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從亞麻籽殼提取纖維素的方法，其特征在于：步驟2）中，堿煮溫度為75~100℃，堿煮時間為4h以上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從亞麻籽殼提取纖維素的方法，其特征在于：步驟3）中，亞氯酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為1wt%~5wt%；所述酸為冰醋酸；半脫亞麻籽殼和亞氯酸鈉溶液的質(zhì)量比為1：10~1：15。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從亞麻籽殼提取纖維素的方法，其特征在于：步驟3）中水浴加熱攪拌時，水浴溫度為70~80℃，時間為4h~6h；濾渣洗滌條件為：70~80℃熱水洗滌；過濾方法為抽濾。

 

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于食品加工領(lǐng)域，具體涉及一種利用化學(xué)方法從亞麻籽殼中提取高純度亞麻籽殼纖維素的方法。

 

背景技術(shù)

亞麻籽是我國重要的油料作物，屬于八大油料作物之一，我國也是全球重要的亞麻籽產(chǎn)區(qū)之一，年產(chǎn)量巨大，其中2021年的產(chǎn)量達(dá)到39.6萬噸。亞麻籽中含有豐富的油脂(38％～45％)、蛋白質(zhì)(20％～30％)和膳食纖維(20～35％)以及亞麻籽膠、亞麻木酚素等物質(zhì)。亞麻籽的加工生產(chǎn)往往是提取其中的油脂、蛋白、多糖、多酚等成分，進(jìn)而加工獲取亞麻籽油、亞麻籽膠、亞麻籽蛋白、亞麻木酚素等產(chǎn)品，在這個加工的過程中會產(chǎn)生大量的亞麻籽殼，亞麻籽殼往往都會作為殘渣而廢棄，大量亞麻籽殼沒有得到有效利用會導(dǎo)致嚴(yán)重的資源浪費和巨大的環(huán)境問題。

纖維素是地球上分布最廣、來源最豐富的一種能抵抗人體腸道內(nèi)消化酶水解的非水溶性多糖，具有良好的生物穩(wěn)定性、生物相容性、安全無毒，被稱為“第七類營養(yǎng)物質(zhì)”，具有多種多樣的應(yīng)用前景。

纖維素來源廣泛，目前大多數(shù)纖維素的獲取都是從木材、棉花、棉短絨、植物的莖稈等原料中提取，此類植物原料中含有的組分種類少，成分簡單，在提取纖維素的過程中需要除去的雜質(zhì)少，大多只需除掉其中的木質(zhì)素、半纖維素等物質(zhì)就能獲得純度較高的纖維素?，F(xiàn)有的纖維素提取方法往往采用亞硫酸鹽法和堿法蒸煮植物材料脫去木質(zhì)素，然后通過漂白進(jìn)一步除去木質(zhì)素，即可得到纖維素。例如木材中纖維素的提取，首先利用亞氯酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液高溫蒸煮木材脫木質(zhì)素，然后通過漂泊進(jìn)一步脫去木質(zhì)素，在這兩步過程中，半纖維素也隨之脫除。但是，此種方法對于組分復(fù)雜、成分含量多的原料難以直接適用，無法除去原料中除木質(zhì)素、半纖維素以外的其他物質(zhì)。亞麻籽殼中含有多種組分，油脂、蛋白質(zhì)、木酚素、亞麻籽膠等，成分種類多，因而此方法不能直接適用于亞麻籽殼。

除此之外，亞麻籽殼中含有豐富的亞麻籽膠，現(xiàn)有的研究有很多從亞麻籽殼中提取亞麻籽膠的方法，其中水熱提膠法比較普遍，雖然現(xiàn)有的提膠方法能獲得純度很高的亞麻籽膠，但是并未能實現(xiàn)亞麻籽膠的完全提取，提膠之后的亞麻籽殼殘渣中仍然保留有許多亞麻籽膠，因此，如何完全脫除亞麻籽殼中的亞麻籽膠是一大難點，是從亞麻籽殼中提取纖維素亟待解決的問題，影響著高純度亞麻籽殼纖維素提取的成功與否。

亞麻籽殼中亞麻籽膠難以完全去除，各類組成成分種類多，若要提取高純度纖維素，需要除去其中的各種組分，可能要用到多種除雜步驟，除雜過程繁雜，因而目前對于亞麻籽殼的利用還局限于從亞麻籽殼中提取膳食纖維，少有直接從亞麻籽殼中提取高純度纖維素的方法，高純度亞麻籽殼纖維素提取技術(shù)亟待完善。因此，尋找一種從亞麻籽殼中提取亞麻籽殼纖維素的方法，能夠獲取亞麻籽殼純纖維素，有效的將亞麻籽殼利用起來，減少浪費，為亞麻籽殼纖維素后續(xù)的各種應(yīng)用打下基礎(chǔ)，實現(xiàn)亞麻籽的全值化、高值化利用。

 

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的難點與局限而提供一種從亞麻籽殼中提取高純度纖維素的方法。本發(fā)明首次從亞麻籽殼中提取到了高純度的亞麻籽殼纖維素，解決了現(xiàn)有工藝中亞麻籽殼脫膠難以完全脫除的問題。

本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：

一種從亞麻籽殼中提取高純度纖維素的方法，包括如下步驟：

1)加熱水洗：將亞麻籽殼和水混合，采用水浴加熱攪拌的方式進(jìn)行浸提脫膠，持續(xù)水浴加熱攪拌使亞麻籽膠溶出，過濾洗滌，除去濾出的亞麻籽膠，重復(fù)此操作直至水中無明顯的亞麻籽膠溶出；接著，洗滌過濾出亞麻籽殼，干燥，得到除去大部分亞麻籽膠的水洗亞麻籽殼；

2)堿處理：將水洗亞麻籽殼和高濃度堿液混合進(jìn)行堿煮，來實現(xiàn)殘余亞麻籽膠的脫除，脫脂、脫木質(zhì)素以及半纖維素和亞麻木酚素和蛋白質(zhì)的去除，然后重復(fù)熱水洗滌并過濾的操作，去除殘存試劑和雜質(zhì)，過濾后得到半脫亞麻籽殼纖維；

3)脫色和去殘雜：將半脫亞麻籽殼纖維與亞氯酸鈉溶液混合，然后用酸調(diào)pH至4.0～4.6范圍內(nèi)，然后采用水浴加熱攪拌的方式進(jìn)行脫色，然后過濾出濾渣，重復(fù)熱水洗滌并過濾的操作，洗去殘存試劑和雜質(zhì)，過濾后凍干，得到白色的亞麻籽殼纖維素。

按上述方案，步驟1)中，亞麻籽殼與水的料液質(zhì)量比為1：20～1：30；水浴加熱攪拌的溫度為70～90℃。

按上述方案，步驟1)中，干燥方法為60～90℃烘箱干燥。

按上述方案，步驟2)中，堿液為氫氧化鈉溶液，質(zhì)量濃度為15wt％～20wt％；煮制溫度為75～100℃，煮制時間為4h以上，一般4h～8h，水洗亞麻籽殼和堿液的質(zhì)量比為1：10～1：20。

按上述方案，步驟2)中，所述洗滌方式為：將濾渣置于75～100℃熱水多次洗滌，重復(fù)多次至洗滌液無明顯顏色；過濾方式為濾布過濾。

按上述方案，步驟3)中，亞氯酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為1wt％～5wt％；所述酸為冰醋酸；半脫亞麻籽殼和亞氯酸鈉溶液的料液質(zhì)量比為1：10～1：15。

按上述方案，步驟3)中水浴加熱攪拌時，水浴溫度為70～80℃，時間為4h～6h；濾渣洗滌條件為：70～80℃熱水洗滌；過濾方法為抽濾。

本發(fā)明所述從亞麻籽殼中提取高純度纖維素的方法，首先通過水熱清洗脫膠，除去大部分亞麻籽膠之后，緊接著進(jìn)行堿處理，在高溫下利用高濃度的氫氧化鈉溶液煮制脫除了大部分亞麻籽膠的亞麻籽殼。在堿煮這個步驟中，通過強(qiáng)堿和高溫的作用，亞麻籽殼中的油脂發(fā)生了皂化反應(yīng)，同時部分半纖維素和木質(zhì)素的脫除，使亞麻籽殼的結(jié)構(gòu)變得松散，殘余的亞麻籽膠從殼上脫離下來，溶解在熱溶液中，亞麻木酚素和蛋白質(zhì)也水解成水溶性物質(zhì)，全部能夠通過水洗過濾而除去，從而得到木質(zhì)素和半纖維素部分脫除，其他各種成分完全脫除的半脫亞麻籽殼纖維素，隨后進(jìn)行漂白操作，進(jìn)一步脫除半纖維素和木質(zhì)素，從而得到高純度的亞麻籽殼纖維素。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明首次從亞麻籽殼中提取到了高純度的亞麻籽殼纖維素，解決了現(xiàn)有工藝中亞麻籽殼脫膠難以完全脫除的問題，通過高濃度高溫堿處理這一個步驟就能同時除去亞麻籽殼中的亞麻籽膠、油脂、蛋白質(zhì)、亞麻木酚素、部分半纖維素和木質(zhì)素等多種組分，簡化了工藝，實現(xiàn)了高純度亞麻籽殼純纖維素的提取。在該方法處理前，亞麻籽殼中的纖維素含量約為7％～9％，通過本方法提取后，亞麻籽殼纖維素的含量提高至85％左右，纖維素純度高。同時，本發(fā)明將亞麻籽殼的利用局限在提取膳食纖維擴(kuò)展到了提取高純度纖維素，解決了亞麻籽殼浪費的問題，實現(xiàn)了亞麻籽加工過程中的廢棄物全值化、高值化利用。通過該方法可以獲得高純度亞麻籽殼纖維，工藝簡單，實現(xiàn)了資源充分利用的目的。

 

附圖說明

圖1為一種從亞麻籽殼中提取高純度纖維素的工藝路線圖；

圖2為實施例1制備的亞麻籽殼纖維素的掃描電鏡SEM圖；

圖3為實施例1制備的亞麻籽殼纖維素的傅里葉紅外光譜FITR圖；

圖4為實施例1制備的亞麻籽殼纖維素的X射線衍射XRD圖；

圖5為實施例1制備的亞麻籽殼纖維素的熱重圖，(a)為TG圖，(b)為DTG圖。

 

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實施例。

 

實施例1

一種從亞麻籽殼提取高純度纖維素的方法，包括如下步驟：

1)水熱清洗：將亞麻籽殼和水按料液質(zhì)量比為1：30混合，然后在75℃水浴水熱攪拌浸提除膠，持續(xù)水浴加熱攪拌使亞麻籽膠溶出，過濾洗滌，除去濾出的亞麻籽膠，重復(fù)此操作直至水中無明顯的亞麻籽膠溶出；接著，洗滌過濾出亞麻籽殼，70℃烘箱干燥，得到除去大部分亞麻籽膠的水洗亞麻籽殼；

2)堿處理：將步驟1)所得水洗亞麻籽殼和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.5wt％的NaOH溶液按照料液質(zhì)量比1：15混合，100℃堿煮6h；將堿煮后的溶液濾布過濾后，所得濾渣于蒸餾水中100℃加熱水洗多次，直至濾液無明顯顏色，去除殘存試劑與油脂，以及部分木質(zhì)素、半纖維素，得到半脫亞麻籽殼纖維；

3)脫色和去殘雜：將步驟2)所得半脫亞麻籽殼纖維與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.7wt％的NaClO2溶液按照料液質(zhì)量比為1：15混合，然后用冰醋酸調(diào)pH至4.0，然后75℃水浴加熱攪拌4h后，抽濾出濾渣，濾渣置于蒸餾水中75℃加熱水洗3次，去除殘存試劑，凍干后得到白色的亞麻籽殼纖維素。

從圖2可以看出，本實施例所制備的亞麻籽殼纖維素呈條狀纖維素管束結(jié)構(gòu)，有小孔，表面結(jié)構(gòu)光滑，纖維素管束上無其他附著和連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，說明半纖維素和木質(zhì)素脫除效果好，纖維素的純度較高，經(jīng)液相色譜法測定純度達(dá)到了85％。

由圖3可知，從亞麻籽殼中提取到的亞麻籽殼纖維素在3343cm1處出現(xiàn)OH的吸收峰；2890cm1處出現(xiàn)CH的吸收峰；1643cm1處出現(xiàn)C＝O吸收峰；1062cm1處出現(xiàn)CO吸收，都是纖維素的特征峰。

對亞麻籽殼纖維素進(jìn)一步進(jìn)行X射線衍射分析，如圖4所示，從亞麻籽殼中提取的亞麻籽殼纖維素在2θ＝15.1°和16.9°處具有衍射峰，代表纖維素I型的(101)晶面，2θ＝21.9°處衍射峰代表纖維素I型的(002)晶面；2θ＝34.7°處衍射峰代表纖維素I型的(040)晶面，表明亞麻籽殼纖維在提取純化的過程中仍然保留有天然纖維素I型的結(jié)構(gòu)；在2θ＝20.1°處的衍射峰代表纖維素II的(110)晶面，2θ＝12.3°處的衍射峰代表纖維素II的(110)晶面，表明亞麻籽殼纖維素在提取過程中，在濃堿的作用下，一部分轉(zhuǎn)變?yōu)榱死w維素II型結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提取的亞麻籽殼纖維素是纖維素I型和II型的混合體。

對亞麻籽殼纖維素進(jìn)行熱重分析，如圖5可知，亞麻籽殼纖維素具有良好的耐熱性，達(dá)到了260℃，亞麻籽殼纖維的失重溫度范圍主要集中在260～380℃，349℃時亞麻籽殼纖維素分解速率達(dá)到最大。

 

實施例2

一種從亞麻籽殼提取高純度纖維素的方法，包括如下步驟：

1)水熱清洗：亞麻籽殼加水混合，殼與水的料液質(zhì)量比為1：30，80℃水浴攪拌浸提除膠，持續(xù)水浴加熱攪拌使亞麻籽膠溶出，過濾洗滌，除去濾出的亞麻籽膠，重復(fù)此操作直至水中無明顯的亞麻籽膠溶出，洗滌過濾亞麻籽殼，80℃烘箱干燥，得到除去大部分亞麻籽膠的水洗亞麻籽殼；

2)堿處理：向步驟1)所得的水洗亞麻籽殼中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.5wt％的NaOH溶液，75℃堿煮6h，控制水洗亞麻籽殼和NaOH溶液的料液質(zhì)量比為1：15，堿煮過濾后，濾渣于蒸餾水中100℃加熱水洗多次，直至濾液無明顯顏色，去除殘存亞麻籽膠、殘存試劑以及油脂、木質(zhì)素、半纖維素，得到半脫亞麻籽殼纖維；

3)脫色和去殘雜：向步驟2)所得的半脫亞麻籽殼纖維中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.7wt％的NaClO2溶液，然后用冰醋酸調(diào)pH為4.0，然后75℃水浴加熱攪拌4h，半脫亞麻籽殼纖維和亞氯酸鈉的料液質(zhì)量比為1：15，抽濾后濾渣于蒸餾水中75℃加熱水洗3次，去除殘存試劑，凍干后得到白色的亞麻籽殼纖維素。

 

實施例3

一種從亞麻籽殼提取高純度纖維素的方法，包括如下步驟：

1)水熱清洗：亞麻籽殼加水混合，殼與水的料液質(zhì)量比為1：30，75℃水浴攪拌浸提除膠，持續(xù)水浴加熱攪拌使亞麻籽膠溶出，過濾洗滌，除去濾出的亞麻籽膠，重復(fù)此操作直至水中無明顯的亞麻籽膠溶出，洗滌過濾亞麻籽殼，75℃烘箱干燥，得到除去大部分亞麻籽膠的水洗亞麻籽殼；

2)堿處理：向步驟1)所得的脫膠亞麻籽殼中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18wt％的NaOH，100℃堿煮4h，控制水洗亞麻籽殼和NaOH溶液的料液質(zhì)量比為1：15，堿煮過濾后，濾渣于蒸餾水中90℃加熱水洗多次，直至濾液無明顯顏色，去除殘存試劑與油脂、木質(zhì)素、半纖維素，得到半脫亞麻籽殼。

3)脫色和去殘雜：然后向步驟2)所得的半脫亞麻籽殼中加入質(zhì)量濃度為5wt％的NaClO2溶液，然后用冰醋酸調(diào)pH為4.0，75℃水浴加熱攪拌4h，半脫亞麻籽殼和亞氯酸鈉的料液比為1：15，抽濾后濾渣于蒸餾水中90℃加熱水洗3次，去除殘存試劑，凍干后得到白色的亞麻籽殼纖維。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變換，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

  

  

  

  

  

 

摘自國家發(fā)明專利，發(fā)明人：湯虎，鄧乾春，李燕，黃鳳洪，張浩，欒倩，王佳慧，和海超，申請?zhí)枺?/font>202210710482.4，申請日：2022.06.22