黑木相思樹皮制取栲膠的浸提工藝試驗研究

韋良斌，蘇宏偉，谷瑤，周麗珠，梁發(fā)星*

（1.廣西桂海林漿紙有限公司，廣西 南寧 530001；2.廣西靈水林化有限公司，廣西 南寧 530001；3.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002）

黑木相思（Acacia melanoxylonR.Br.）屬含羞草科相思屬常綠喬木，為相對耐寒的速生豐產(chǎn)用材樹種，原產(chǎn)于澳大利亞南部，是強(qiáng)陽性速生常綠喬木，為相思類最高大喬木之一，具有速生、適應(yīng)性強(qiáng)、根瘤菌固氮和改良土壤等特性，為短周期多用途樹種[1]。黑木相思的培育、木材的利用及經(jīng)濟(jì)效益分析[2-5],近10年來已進(jìn)行比較多研究，但針對其副產(chǎn)物產(chǎn)量較大的樹皮綜合利用研究尚未見相關(guān)報道。在作者前期研究工作基礎(chǔ)上[6]，本文探究了黑木相思樹皮制取栲膠的浸提工藝，為提高黑木相思的附加值及提升其栲膠性能提供參考。

1 實驗

1.1 材料和儀器

黑木相思樹皮（廣西南寧林科所提供），氮?dú)猓邏悍磻?yīng)釜（型號：TGYF-C500，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司），微型植物試樣粉碎機(jī)（FZ102，河南鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司），其余為常規(guī)分析栲膠原料及栲膠產(chǎn)品所用的藥品和儀器。

1.2 備料

在廣西南寧市林科所隨機(jī)砍伐三棵黑木相思樹（4年樹齡），取根部、中部和頂部三處樹皮樣，砍斷成1～2 cm大小，混合均勻，攤開放置，讓其自然風(fēng)干。風(fēng)干后用四分法取樣約200 g，用FZ102微型植物試樣粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，通過0.4 cm篩板，收集并倒入樣品瓶，備分析檢測及實驗用。

1.3 實驗方法

1.3.1 樹皮單寧分析

按《栲膠原料與產(chǎn)品試驗方法》（LY/T 1082-2021）進(jìn)行分析。

1.3.2 浸提工藝實驗

1.3.2.1 樹皮吸水率測試

稱取200 g事先準(zhǔn)備好的樹皮原料，倒入干凈的1000 mL錐形瓶中，加入700 mL水，在水浴鍋上煮沸2 h。冷卻，用濾布過濾，收集全部濾液，用量筒測量濾液的體積。

1.3.2.2 浸提溫度（即首罐和尾罐浸提溫度）實驗

稱取50 g事先準(zhǔn)備好的樹皮原料倒入高壓反應(yīng)釜，每增加一步浸提就提高浸提溫度3℃～4℃。首罐壓力為0.2 MPa（用氮?dú)饧訅?，以下同。），尾罐壓力?.35 MPa，浸提時間為14 h，共浸提8步（第1步加75 mL蒸餾水，以后各步加100 mL蒸餾水，靠壓力放出浸提液，從進(jìn)料口加水，以下同。），第4步加1.5%焦亞硫酸鈉，出液系數(shù)為400%。分別按首罐90℃～尾罐110℃和首罐100℃～尾罐120℃兩種組合方案進(jìn)行浸提，然后對浸提液進(jìn)行蒸發(fā)干燥，制得栲膠。采用LY/T 1087-2021栲膠分析方法測定制得栲膠的單寧含量，計算浸提出來的單寧和栲膠得率。

1.3.2.3 浸提時間實驗

稱取50 g事先準(zhǔn)備好的樹皮原料倒入高壓反應(yīng)釜，首罐壓力為0.2 MPa，尾罐壓力為0.35 MPa，首罐浸提溫度為100℃，尾罐浸提溫度為120℃，出液系數(shù)為400%，分別按浸提時間為12 h和14 h兩種方案進(jìn)行試驗，第4步加1.5%焦亞硫酸鈉。然后對浸提液進(jìn)行蒸發(fā)干燥，制得栲膠。采用LY/T 1087-2021栲膠分析方法測定制得栲膠的單寧含量，計算浸提出來的單寧和栲膠得率。

1.3.2.4 添加焦亞硫酸鈉助浸實驗

稱取50 g事先準(zhǔn)備好的樹皮原料倒入高壓反應(yīng)釜，首罐壓力為0.2 MPa，尾罐壓力為0.35 MPa，首罐浸提溫度為100℃，尾罐浸提溫度為120℃，浸提時間為14 h，出液系數(shù)為400%，分別按第4步加1.5%和1.8%焦亞硫酸鈉兩種方案進(jìn)行試驗。然后對浸提液進(jìn)行蒸發(fā)干燥，制得栲膠。采用LY/T 1087-2021栲膠分析方法測定制得栲膠的單寧含量，計算浸提出來的單寧和栲膠得率。

1.3.2.5 浸提壓力實驗

稱取50 g事先準(zhǔn)備好的樹皮原料倒入高壓反應(yīng)釜，首罐浸提溫度為100℃，尾罐浸提溫度為120℃，浸提時間為14 h，出液系數(shù)為400%，第4步加1.5%焦亞硫酸鈉，分別按首罐0.1 MPa～尾罐0.3 MPa和首罐0.2 MPa～尾罐0.4 MPa兩種組合方案進(jìn)行試驗。然后對浸提液進(jìn)行蒸發(fā)干燥，制得栲膠。采用LY/T 1087-2021栲膠分析方法測定制得栲膠的單寧含量，計算浸提出來的單寧和栲膠得率。

2 結(jié)果與討論

2.1 樹皮單寧分析結(jié)果

黑木相思樹皮水分為12.6%,水提取物總固物為39.2%，單寧含量為27.4%，非單寧含量為9.9%，不溶物為1.9%。黑木相思樹皮單寧含量都較高，可作為一種新的栲膠原料。

2.2 樹皮吸水率測試結(jié)果

樹皮的吸水率是指氣干樹皮經(jīng)過水浸泡充分吸水后，所吸收水的質(zhì)量占樹皮質(zhì)量的百分率。經(jīng)過測試，將200 g氣干黑木相思樹皮加入700 mL水在水浴鍋上煮沸2 h，并冷卻、過濾后得到200 mL浸提液，則樹皮吸收了500 mL水，即馬占相思樹皮吸水率為500/200×100%=250%，吸水重量為樹皮重量的2.5倍。樹皮的吸水率為實驗室浸提試驗頭步加水量提供了依據(jù)。

2.3 浸提溫度實驗結(jié)果

栲膠得率是指被浸提出的含單寧的混合物質(zhì)經(jīng)蒸發(fā)、干燥制得的栲膠質(zhì)量占原料中浸提出的總固物質(zhì)量的百分率；單寧得率是制得栲膠中所含單寧占原料中所含單寧的百分率。例如表1，栲膠得率=18.2/[(50×(1-12.6%))×39.2%]×100=106.24；單寧得率=18.2×68.2%/[(50×(1-12.6%))×27.4%]×100=103.66。以下同。從表1得出，采用較高的浸提溫度，有利于將黑木相思樹皮的難溶和較不熱敏的單寧盡可能地浸提出來，栲膠得率和單寧得率都超過100%，原因是樹皮單寧含量的標(biāo)準(zhǔn)分析是在常壓下未添加焦亞硫酸鈉條件下浸提，一些難溶單寧尚未被抽提出來，仍然還留住原料中。而在高溫帶壓強(qiáng)烈條件下浸提，難溶單寧及木質(zhì)素便可以被抽提出來，所以在生產(chǎn)過程中，可以采用首罐溫度為100℃，出渣前的尾罐溫度為120℃，以達(dá)到較高的抽出率和單寧獲得率。

表1 浸提溫度對抽出率的影響結(jié)果（干基，%）Tab.1 Influence of extract temperature on yield of extraction(absolutedry,%)

2.4 浸提時間實驗結(jié)果

從表2可以看出，由于黑木相思樹皮比較厚，總固物含量比較高，短時間內(nèi)浸提可抽出物未能完全浸提出來，在考慮合理經(jīng)濟(jì)效益范圍內(nèi)可以適當(dāng)延長浸提時間，以提高樹皮資源利用率。

表2 浸提時間對抽出率的影響結(jié)果（干基，%）Tab.2 Influence of extract time on yield of extraction(absolutedry,%)

2.5 添加焦亞硫酸鈉助浸實驗結(jié)果

黑木相思單寧屬于縮合類單寧，生產(chǎn)此類栲膠時，在浸提過程中都添加亞硫酸鹽助浸，最常用的亞硫酸鹽就是焦亞硫酸鈉，以提高單寧的獲得率，有效利用原料資源，提高浸提液質(zhì)量。從表3可以看出，添加1.5%焦亞硫酸鈉助浸可以得到較高單寧含量的栲膠，達(dá)68.8%，但栲膠得率和單寧的抽出率略比添加1.8%的低一些；添加1.8%焦亞硫酸鈉助浸得到的栲膠，其單寧含量雖然比添加1.5%的稍低，但仍然保持較高含量，達(dá)到67.5%，而栲膠得率和單寧的抽出率分別比添加1.5%的提高5.8%和3.7%。因此可以得出，浸提時改變添加焦亞硫酸鈉用量或改變浸提助劑將產(chǎn)生不同的效果，得到的產(chǎn)品質(zhì)量也有差別。

表3 添加焦亞硫酸鈉助浸實驗結(jié)果（干基，%）Tab.3 Results of extract by added sodium pyrosulfite(absolute dry,%)

2.6 浸提壓力實驗結(jié)果

壓力可以加速溶劑滲入原料[7]，對樹皮中溶質(zhì)產(chǎn)生的作用增加，對浸提有利。從表4可以看出，首罐壓力越大，栲膠和單寧的得率越高。目前浸提罐的額定壓力為0.4 MPa，因此可以選擇首罐0.2 MPa～尾罐0.4 MPa進(jìn)行生產(chǎn)，栲膠得率相對較高，質(zhì)量較好?？梢灶A(yù)測，浸提壓力是重要的影響因素，期待進(jìn)行更深入研究。

表4 浸提壓力實驗結(jié)果（干基，%）Tab.4 Results of extract by pressure(absolutedry,%)

3 結(jié)論

（1）黑木相思樹皮單寧含量較高，單寧含量達(dá)到27.4%，可作為一種新的栲膠原料。

(2)當(dāng)首罐溫度為100℃，壓力為0.2 MPa，尾罐溫度為120℃，壓力為0.4 MPa，浸提時間為14 h，添加焦亞硫酸鈉量為氣干原料質(zhì)量的1.5%時，栲膠和單寧得率超過100%，栲膠中單寧含量67%以上，此浸提工藝對工業(yè)生產(chǎn)很有參考價值。

(3)黑木相思栲膠是一種新品種栲膠，值得深入研究和推廣應(yīng)用。