INNOVATION
科技創新
產學研合作
一、國家科技支撐計劃項目，麻纖維清潔生產技術研究及示范，2014BAC13B01，2014-2017
傳統苧麻纖維制造普遍采用化學法脫膠，大量使用強酸、強堿和高溫高壓處理，導致纖維受損品質低，并且產生大量高濃度廢水、難處理。因此，苧麻纖維生物脫膠清潔生產技術是目前的重點和熱點，然而，目前的生物脫膠法普遍存在效率低、不穩定且成本較高等不足。針對這些突出問題，本課題系統研究了苧麻纖維生物脫膠技術，包括分析苧麻韌皮纖維組成及其與脫膠酶的相互作用、選育優勢脫膠菌株、建立脫膠菌大規模發酵技術，建立苧麻韌皮纖維原位生物脫膠技術，建立脫膠廢水分段循環回用技術，以期實現苧麻纖維的清潔生產。取得的主要研究結果如下：
?。?）選育獲得優勢脫膠菌株。通過分析苧麻韌皮纖維膠質成分及其與脫膠酶的相互作用，建立了脫膠優勢菌株的篩選策略，獲得系列優勢脫膠菌株，并進一步通過誘變選育獲得一株高效脫膠菌株Bacillus sp.HG-28。
?。?）研建立了工業規模的HG-28種子擴大培養技術及工藝。優化種子培養基組成為：30 g/L葡萄糖、20 g/L(NH4)2SO4、30 g/L黃豆餅粉、8 g/L NaCl、0.2 g/L K2HPO4和0.1 g/L MgSO4；培養條件為：溫度36°C、初始pH 7.5、轉速180 r/min；接種量為6%（V/V）時，兩級種子罐擴大培養時間分別為4.5和6 h，獲得菌體密度為1.85×1010 CFU/mL。
?。?）建立了工業規模的生物脫膠預處理技術及工藝。發現機械碾壓聯合高壓濕熱處理能顯著提高后續原位生物脫膠效果，建立的預處理工藝為：先經3次每次4 s的機械碾壓再經1.2×105 Pa持續15 min的高壓濕熱處理。該工藝處理后的韌皮除雜率為3.96%，雜菌和麻殼都完全除去，纖維分散性高。
（4）創建了苧麻韌皮纖維原位生物脫膠技術及工藝。研發了促進原位脫膠菌液均勻化的新型生物脫膠罐，并優化了原位生物脫膠工藝為：接種量10%、料液浴比1:12、溫度35°C、初始pH 7.6、通氣量50 m3/h。
?。?）建立了生物脫膠廢水分段處理及循環利用技術及工藝。通過分析脫膠過程各工段的廢水特性，確定堿梳理廢水可循環使用2次，拷打廢水循環使用15次后排至終端；漂洗廢水循環使用3次經處理后，可重復投入生物脫膠后的堿梳理工段及拷打段利用。
（6）建立了苧麻纖維原位生物脫膠制造技術體系及工藝，經工業應用實踐，獲得的精干麻殘膠率為1.71±0.18%，束纖維斷裂強度達到5.12±0.13 cN/dtex；與化學脫膠相比，使用的化學品、水和燃煤分別減少了90%、65%和64%，脫膠廢水COD只有化學脫膠的13.2%，顯示出了良好的環境友好性，且顯著降低了生產成本，為替代傳統化學脫膠提供了理論和實踐支撐。
二、湖北省技術創新專項重大項目，新型高品質麻纖維紡織材料綠色制造技術及工藝的研究與應用，2019AAA033，2019-2021
針對苧麻生物脫膠尚存在的半纖維素及木質素去除率偏低，需要后續一定量的堿和漂白劑處理的問題，為了提高半纖維素和木質素的去除，進一步降低精干麻的殘膠率，增加精干麻白度，得到更高品質的苧麻精干麻；針對亞麻粗紗煮練存在“脫膠目標不明確、化學品用量大、亞麻纖維品質低”等問題，為了降低酸堿和漂白劑的用量，生產加工高品質亞麻纖維，本項目研究內容主要包括以下方面：
?。?）高效脫除半纖維素的工程菌構建及其大規模發酵工藝優化
分析苧麻殘膠中半纖維素成分組成，針對性地篩選其高效降解酶，構建半纖維素酶系的高效穩定表達質粒并導入脫膠菌株，構建高產半纖維素酶系工程菌，并結合強啟動子、增強子、密碼子優化、增加拷貝數等分子操作技術手段提高工程菌中關鍵半纖維素酶基因的表達水平和降解活性，達到高效去除半纖維素的目的；通過對工程菌規模化發酵用的培養基及其發酵工藝參數（溫度、pH、溶解氧等）進行精準控制，確保工程菌在發酵罐中快速（約6~8h）、穩定增殖，為原位高效苧麻生物脫膠提供大量高性能脫膠菌種。
?。?）工程菌原位高效脫膠及生物漂白新技術研究及工藝優化
將大規模發酵得到的高活性工程菌接種到苧麻脫膠罐進行原位脫膠，對脫膠條件（溫度、pH、溶氧、種齡、接種量、料液比等）進行優化控制，找出原位脫膠的最佳條件；并且對脫膠過程進行實時監控，保證原位脫膠的高效穩定運行，在高效去除果膠等膠質的同時以高活性半纖維素酶去除了絕大部分的半纖維素和木質素，實現生物漂白作用，大幅降低生物脫膠后續的堿和漂白劑用量，實現苧麻韌皮生物脫膠過程的綠色生產。
?。?）高品質苧麻纖維綠色制造新技術體系的建立及工業應用
將本項目創建的高產半纖維素酶工程菌的構建技術，工程菌的大規模發酵技術、工程菌原位高效脫膠控制技術以及高活性半纖維素酶的生物漂白技術共同構建形成高品質苧麻纖維綠色制造新技術體系，并且在湖北精華紡織集團開展大規模生產研究，實現本技術體系的工業應用，建成年產1500噸高品質苧麻纖維的綠色生產線。
?。?）亞麻韌皮膠質脫除程度對其纖維材料特性的影響及生物脫膠精準控制技術研究
主要通過對亞麻韌皮膠質進行不同程度脫膠，采用多種表征方法揭示纖維材料特性演變規律。具體地，可分析韌皮纖維的熱學性能、力學性能等，揭示亞麻韌皮纖維特性演變規律。在本項目組前期研發的苧麻生物脫膠技術及工藝基礎上，采用生物脫膠技術對亞麻韌皮纖維進行精準脫膠處理，為制備復合纖維材料提供原料。
（5）亞麻粗紗膠質脫除程度對其紡織性能的影響及生物脫膠精準控制技術研究
主要通過對脫膠過程中關鍵步驟纖維樣品取樣，采用多種表征方法揭示纖維結構演變規律。具體的地，可采用掃描電鏡、傅里葉紅外光譜、X射線衍射、熱分析以及原子力顯微鏡等分析技術揭示粗紗脫膠過程纖維結構演變規律。分析亞麻粗紗膠質脫除程度與線密度、斷裂強度等紡織性能的關聯，研究脫膠過程中膠質組分變化情況與亞麻纖維抗菌性能變化規律。由于亞麻粗紗脫膠程度的高低直接決定了亞麻紗的品質，但亞麻粗紗脫膠行業內沒有統一標準，所以，亞麻粗紗的脫膠精準控制技術至關重要。通過分析傳統化學脫膠工藝中各關鍵步驟亞麻粗紗成分變化規律，結合膠質脫除程度與線密度、斷裂強度等紡織性能的關聯提出粗紗生物精準脫膠目標，為建立生物脫膠精準控制技術提供理論依據。
?。?）高品質亞麻纖維綠色制造新技術體系的建立及工業應用
主要通過對脫膠微生物菌株的大規模發酵進行精準調控，重點對脫膠微生物規?；a用培養基以及脫膠微生物發酵工藝參數（溫度、pH、通氣量、轉速等）等方面優化，確保脫膠微生物快速增殖，為亞麻粗紗大規模脫膠提供大量高效的脫膠微生物。將培養的高活力的脫膠微生物直接添加或固液分離制備酶液添加到亞麻粗紗中充分接觸脫膠，通過對影響脫膠的各種工藝條件如溫度、pH、時間、助劑等進行精準控制，借助生物脫膠技術對亞麻粗紗膠質精準去除，在達到化學脫膠相同水平的同時，實現完全不用酸，堿用量減少至化學脫膠的10%以下。
