龍眼殼纖維制成可降解環(huán)保材料的研究

王瑛

摘 要：我國是能源和資源消費(fèi)大國，在龍眼加工產(chǎn)業(yè)鏈中，作為廢棄物的龍眼殼每年達(dá)到幾十萬噸，如果能對(duì)其充分利用，不僅具有重要的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值，而且還有巨大的環(huán)保價(jià)值。作為環(huán)境保護(hù)的重要一方面，利用龍眼殼纖維開發(fā)新型環(huán)保材料并大力推廣具有極其重要的意義。文章著重分析了龍眼殼的化學(xué)組成，并在此基礎(chǔ)上介紹了利用龍眼殼纖維加工成環(huán)保材料的相關(guān)技術(shù)和工藝研究，最后簡要分析了此項(xiàng)研究的可行性及意義。

關(guān)鍵詞：龍眼殼；纖維；可降解；環(huán)保材料；研究

中圖分類號(hào)：S566.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）34-0171-02

1 龍眼簡介

龍眼是無患子科龍眼屬植物。作為著名的食、藥兼用的熱帶特色果樹。其果實(shí)可鮮食也可加工成肉干、罐頭、膏、醬、飲料等。中國龍眼種植歷史悠久，具有種質(zhì)資源豐富，種植面積大，總產(chǎn)量大等優(yōu)勢，種植面積和產(chǎn)量分別占世界的70%和50%以上，是世界上最大的龍眼生產(chǎn)國。

龍眼果實(shí)中存在萜類、脂類、甾體組分、揮發(fā)性組分、酚類物質(zhì)氨基酸和糖類等化學(xué)成分。隨著龍眼加工產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，龍眼已經(jīng)不僅僅局限于鮮果銷售，產(chǎn)品形式逐漸形成以果肉干、果汁、果醬、飲料等多種系列。在深度加工產(chǎn)業(yè)鏈中，單我國龍眼殼廢棄量每年高達(dá)到30萬噸以上，隨意棄置不僅污染環(huán)境，而且造成資源的浪費(fèi)。

2 龍眼殼化學(xué)組成分析

龍眼殼的最大成分是粗纖維，含量65.7%-79.3%，且其纖維具有很高的活力，膨脹力達(dá)到5.27mL/g，持水力達(dá)到6.63g/g，具備制成可降解包裝材料的物化性能。另外，殼中其他營養(yǎng)成分也很豐富，粗蛋白3.2%-6.4%，粗脂肪0.9%-2.1%，糖類如還原糖0.8%-1.9%，雙糖2.7%-2.9%，戊糖13.1%-15.8%，淀粉0.8%，還含有一些礦物質(zhì)，如鈣0.20%、磷0.06%、鎂0.07%、鉀0.57%、氮1.09%、鐵每千克321毫克等。可以根據(jù)這一特點(diǎn)，來加工可食用的膳食纖維。因此，對(duì)龍眼殼綜合開發(fā)利用可進(jìn)行多領(lǐng)域的研究，如開發(fā)成飼料、紙材、食品等。

為了進(jìn)一步分析龍眼殼化學(xué)組成，并更好地提取其中纖維，我們需要對(duì)龍眼殼的組成成分做下面的兩個(gè)試驗(yàn)：

（1）試驗(yàn)A：首先取新鮮龍眼剝殼處理，得到龍眼殼200g。研磨機(jī)打碎，榨取其中水提物，經(jīng)大孔樹脂吸附。然后用70%乙醇洗脫處理，靜置半小時(shí)后，再用無水乙醇精制。最終得到龍眼殼的主要成分提取物。

用化學(xué)試劑以及紫外光譜定性分析，可以得知：龍眼殼中含有有機(jī)酸、鞣質(zhì)、多糖、黃酮類、內(nèi)酯和氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)、香豆素等主要成分，而這些物質(zhì)在自然條件下均能夠通過微生物進(jìn)行降解，并且對(duì)生物環(huán)境無任何危害影響。

（2）試驗(yàn)B：將上述試驗(yàn)A中龍眼殼的水解液過濾，然后旋干，再用乙酸乙酯提取出極性較小的部分，通過硅膠柱層析、薄層制備、種結(jié)晶的試驗(yàn)方法分離純化。經(jīng)光譜分析：乙酸乙酯提取物中極性較小的物質(zhì)組成為槲皮素單體，其殘?jiān)?jīng)過柱層析、重結(jié)晶等方法，分離出的化合物為沒食子酸甲酯。龍眼殼精制物經(jīng)化學(xué)檢測，證實(shí)為6-甲氧基-6-甲基-香豆素。經(jīng)過硅膠柱層析、重結(jié)晶等試驗(yàn)方法，從龍眼殼中分離出的單體化合物為三萜類化合物，根據(jù)其H-NMR、C-NMR譜數(shù)據(jù)測定，證實(shí)其為木栓酮。同樣，槲皮素單體、沒食子酸甲酯以及6-甲氧基-6-甲基-香豆素等成分可在自然條件下通過微生物而分解掉。

上述試驗(yàn)充分證明了龍眼殼在加工制成可降解環(huán)保材料方面的潛力。

3 龍眼殼纖維提取

龍眼殼纖維提取技術(shù)關(guān)鍵在于既要保持纖維素的提取量，又要盡可能較多地脫除半纖維素和木質(zhì)素，以保證后續(xù)加工后材料的韌性及強(qiáng)度。以龍眼殼為原料，提取得到龍眼殼中的纖維素、半纖維素與木質(zhì)素等可再生物質(zhì)。前期的提取工藝主要是在比較成熟的技術(shù)上實(shí)施，因此操作過程難度不大，但需要精心操作，保證提取量。

（1）工藝流程

龍眼殼→清洗→干燥→粉碎→過篩→乙醇和乙酸混合液處理→NaOH溶液處理→紗布過濾→反復(fù)漂洗→鹽酸提取→漂至中性→烘干→過篩后備用

首先對(duì)龍眼殼進(jìn)行預(yù)處理：選取質(zhì)地良好、無霉變腐蝕的龍眼殼，用蒸餾水將其外表雜質(zhì)去除，并通風(fēng)自然干燥。然后用高速自動(dòng)粉碎機(jī)粉碎，將粉碎后的龍眼殼粉末在溫度40℃下用一定pH的乙醇和乙酸混合液浸泡約40min，去除黃色素，并得到龍眼殼中的水溶性纖維素，將提取水溶性纖維后的濾渣置于燒杯中，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaOH溶液浸泡1h，紗布過濾，流動(dòng)水反復(fù)漂洗至中性，再用pH=2.0的鹽酸于60℃水浴中提取2h，漂洗至中性后，過濾在50℃烘箱內(nèi)烘干，過100目篩后備用。

（2）pH對(duì)提取率的影響

需要注意的是，在不同pH乙酸提取液下龍眼殼纖維的提取率會(huì)大不相同，因此需要嚴(yán)格控制好混合液的pH值。

（3）溫度對(duì)提取率的影響

在酸性溶液下，浸泡的溫度對(duì)纖維素提取率影響很大。實(shí)驗(yàn)研究表明，提取的溫度和提取率遵從圖1關(guān)系。

當(dāng)提取溫度在40℃時(shí)，提取率達(dá)到最高，為5%。超過40℃后，提取率降低，因此提取的溫度一般控制在40±5℃范圍內(nèi)，來保證較高的提取率。

（4）時(shí)間對(duì)提取率的影響

在酸性溶液下，浸泡的時(shí)間不是越長越好，隨著時(shí)間的延長，纖維素會(huì)被溶液進(jìn)一步溶解，結(jié)構(gòu)也會(huì)遭到破壞。

當(dāng)提取時(shí)間在40min時(shí)，提取率達(dá)到最高，為2.3%。超過40min后，提取率快速降低，因此在用乙酸溶液浸泡處理時(shí)，提取的時(shí)間一般控制在40±2min范圍內(nèi)，來保證較高的提取率。

（5）NaOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)提取率的影響

NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)提取龍眼殼纖維素的含量影響較小，但對(duì)半纖維素的脫除率具有較大影響，當(dāng)NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，纖維素含量最高，為33.2%，而半纖維素的脫除率僅有72.33%；當(dāng)NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，半纖維素的脫除率最高，達(dá)到了79.22%，而提取的纖維素含量為32.8%，與1%時(shí)的含量相差不大。綜合考慮NaOH溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)選用4%。而浸泡時(shí)間選為1小時(shí)即可。endprint

4 龍眼殼纖維素基本參數(shù)及性能的測定

按照上文所述的工藝流程制備龍眼纖維素后，用于環(huán)保材料的加工，還需進(jìn)一步對(duì)其基本參數(shù)和性能進(jìn)行分析測定，包括：纖維素的得率、膨脹力、持水力等。

（1）得率的測定

龍眼殼纖維素的得率（G）是指在龍眼殼纖維素制備提取過程中得到的龍眼殼纖維素與龍眼殼的百分比。按照如下計(jì)算公式（1）得到：

G=（m1÷m2）×100% （1）

其中：G為龍眼殼纖維素得率（%）；m1為龍眼殼纖維素的質(zhì)量（g）；m2為龍眼殼的質(zhì)量（g）。

（2）膨脹力的測定

取一定質(zhì)量的龍眼殼纖維素（80目）置于10mL的刻度試管中，記錄龍眼殼纖維素的體積，加入5mL的去離子水，充分搖勻，室溫環(huán)境下靜置24h，記錄吸水后龍眼殼的體積。按下列公式（2）計(jì)算膨脹力（P）：

P=（V2-V1）÷W （2）

其中：P為龍眼殼纖維素的膨脹力；V1為龍眼殼纖維素的體積；V2為吸水膨脹后龍眼殼纖維素的體積；W為龍眼殼纖維素的質(zhì)量。

（3）持水力的測定

稱量一定質(zhì)量的龍眼殼纖維素（80目）于離心試管中，并加入15mL去離子水，充分混勻，室溫下靜置24h，在1500/min的轉(zhuǎn)速下離心10min，去掉上清液，對(duì)沉淀物進(jìn)行稱重。持水力（C）的計(jì)算公式（3）如下：

C=（W2-W1）÷W1 （3）

其中：C為龍眼殼纖維素的持水力（g/g）；W1為龍眼殼纖維素的質(zhì)量；W2為洗水后龍眼殼纖維素的質(zhì)量。

實(shí)際生產(chǎn)中，可以根據(jù)上述測定方法對(duì)所得纖維素進(jìn)行參數(shù)測定，并由此調(diào)整纖維素提取過程參數(shù)。

5 結(jié)束語

龍眼果殼是目前龍眼加工產(chǎn)業(yè)鏈中尚未有效利用的一種農(nóng)作物廢料，來源充足，有效利用其制備環(huán)保材料，不僅有助于解決焚燒或丟棄時(shí)帶來的環(huán)境污染問題，而且可以降低環(huán)保材料的原料及制造成本，如果能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)環(huán)保價(jià)值。

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