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生物脱胶:告别传统“沤麻”

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-05-15  来源:中国科学报  浏览次数:61

脱胶是将麻类原料转变为麻纤维的必经环节。生物脱胶则是加速麻类产业发展的关键技术。

  麻类纺织品是具有抗菌、吸汗、防紫外线特点的绿色产品,脱胶则是将麻类原料转变为麻纤维的必经环节。但美中不足的是,传统脱胶方法造成的资源消耗和环境污染却长期困扰着企业,这在素有“中国草”之称的苎麻领域表现尤为突出。

  近日,中国农业科学院麻类研究所研究员刘正初等发明的“欧文氏杆菌工厂化发酵快速提取苎麻纤维工艺”获得第十五届中国专利优秀奖。该工艺首次在 国内外选育出能独立完成苎麻脱胶的高效菌株,可取代传统的化学脱胶或生物—化学联合脱胶方法,显著降低了苎麻脱胶过程中资源和能源的消耗。

  刘正初在接受《中国科学报》记者采访时指出,生物脱胶具有节能、减排、降耗、高效利用资源、流程简短、质量监测直观且可靠、生产环境友好等特点。与沤麻等传统脱胶方法相比,生物脱胶实现了生产方式由粗犷型沤麻向工厂化脱胶的转变,加速了麻类产业的发展。

  苎麻脱胶“杀手锏”

  脱胶是指从麻类纤维质农产品中剥离非纤维素而提取纤维的加工过程,据刘正初介绍,麻类脱胶方法可分为沤麻、化学脱胶、生物—化学联合脱胶和生物脱胶共四类。

  《诗经》中提到“东门之池,可以沤苎”,沤麻成为我国最为传统的粗犷型脱胶技术,但却不适宜工业化生产。随着苎麻加工业的发展,化学脱胶成为近 年来麻类企业普遍采用的技术,然而该技术却存在消耗大量化学试剂和能源以及对环境污染严重等弊端,企业仅在污水处理上就需要一笔不菲的费用。

  为达到节能减排的效果,被称为“生物预处理”的生物—化学联合脱胶应运而生,然而,这种技术仍未将“菌发酵”和“酶降解”作为剥离非纤维素的主体,也存在工艺技术复杂、菌剂制备流程长、酶制剂成本高、不能摆脱化学方法的副作用等问题。

  在刘正初看来,真正能够实现苎麻产业绿色化的关键技术还是生物脱胶,即利用微生物分泌的复合酶专一性裂解胞间层,并切断纤维素连接非纤维素的化学键,从而剥离麻类纤维原料中非纤维素的加工过程。

  为更加适应工业化生产,刘正初团队经分离、筛选和基因操作获得了一个高效菌株cgmcc5522,其拥有繁殖速度快、培养条件粗犷、工艺成熟标志明显等特点。以地表水稀释高效菌株活化菌液后,再接种到进行预处理过的原料上发酵5~7小时,经灭活及洗麻处理,就可获得天然本色麻类纤维。

  刘正初表示,经测验,生物脱胶可节省原煤76.4%,降低水耗62.6%,减少工艺辅料用量93.1%,降低生产成本20.5%;纤维资源利用率、企业盈利率依次提高47%和58%;无机、有机污染物分别从源头上减少95.9%和58.3%。

  技术推广存障碍

  早在2006年,国家发展改革委等10部委就在“纺织行业结构调整转变增长方式专项资金”中对“苎麻生物脱胶项目”给予了重点支持,许多企业也得到了国家专项资金的扶植,推动了苎麻纺织技术的进步和产业升级。

  如今,生物脱胶技术产业化应用也取得了不少成果。以农科院麻类研究所为例,湖南沅江明星麻业股份有限公司与该所共同承担国家“863”计划课 题,建成年加工苎麻8000吨的“高效节能清洁型苎麻生物脱胶示范工程”,未来苎麻年生产能力还将达到3万吨;湖北天源纺织有限公司也与该所签订“苎麻生 物脱胶许可实施合同”,目前已建成年产苎麻2万吨示范工程。

  不过,生物脱胶要想在全行业普及推广,还存在不少有待攻克的技术难题与瓶颈。

  刘正初对记者坦言,生物脱胶技术虽然属于国内外首创的全新工艺发明成果,但与之配套的工艺装备却没有成功的先例可以借鉴。

  “目前虽然已形成了工艺装备的专利技术方案,但是没有机械加工企业愿意试制与改进这些工艺装备。而生物脱胶技术研究单位受人力、物力、财力等因素制约,没有也不可能完全解决与生物脱胶技术匹配的后续加工技术与装备等问题。”刘正初说。

  据记者了解,现行麻纺企业都在利用上世纪七八十年代形成的加工技术与装备进行小规模产能上的微利经营,只能勉强维持企业生存的现状。企业自身既没有经济实力也没有相关技术力量来实现涉及众多加工环节的自主创新。

  正如刘正初所述:“即使企业成功引进了生物脱胶技术,一时也难以利用关键技术成果开发出具有特色优势和市场潜力的新产品。”

  由于技术推广成本高且设备投入大,也致使许多企业特别是中小企业难以接受。另外,中国工程院院士姚穆还指出,生物脱胶也不是一项企业很容易就能掌握的技术。

  “菌脱胶和生物酶脱胶对纤维的处理要适当,不可以处理不足,也不可以处理过度。”姚穆表示,在选择菌和酶的品种时,企业要选择合适的可“精密控制”的品种,使脱胶工作适时启动,适时停止,这也对企业在技术方面提出了更高的要求。

  “小产业”如何推广

  在刘正初看来,生物脱胶是加速麻类产业发展的关键技术。而以姚穆为首的同行专家也认为,生物脱胶技术的实施可以缓解石油、森林和土地资源短缺矛盾,改善生态环境,给纺织业和新兴的生物质能源与材料产业带来一场技术革命。

  不过,“麻”和“丝”这些具有中国特色的民族产业,在我国却被习惯认为是“小产业”,并没有得到足够的重视,这在一定程度上限制了生物脱胶技术的推广应用。

  对此,刘正初认为,在综合国力和大宗产业科技水平发展到较高程度的基础上,适度调整科技引导政策也是很必要的。

  他建议现行科技引导政策应该调整的方向为:一是在确保“粮食安全”、“生态安全”的前提下,“抓大不放小”;二是在强调“企业是创新的主体”的同时,充分发挥科研机构原始创新平台的作用。

  为加快生物脱胶的产业化应用,姚穆也建议加快研发和配备苎麻脱胶、纺织新型设备、装置和控制系统。菌种繁殖和生物酶也要依靠专业企业生产,并靠近脱胶基地。

  另外,生物脱胶技术也需要国家给予一定的资金支持。刘正初表示,生物脱胶属于交叉、边缘学科并涉及麻类产业链的全过程,而受惯性思维的影响,从事跨行业、跨学科的边缘或交叉学科研究的科技人员,争取科研项目、获得科技成果的难度是一般人难以想象的。

  为此他认为,如果把交叉学科的项目或成果独立出来进行多学科、公开答辩的综合评议,将有限的科研经费用于迫切需要资助的交叉学科,并加大对革命性成果转化的投入,或许对生物脱胶技术推广起到“画龙点睛”的作用。 
 
 
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