香蕉莖稈制造紙漿工藝研究

黎瑞珍

摘要：對香蕉（Musa ‘Paradisiaca）莖稈制造紙漿的工藝進行了研究，并探討了乙酸溶液濃度對香蕉樹原莖化學脫膠效果的影響及過氧化氫、氨水濃度對其漂白效果的影響，最終確定3種試劑的最佳濃度。結果表明，老的香蕉樹原莖在加熱的情況下選用6.0 mol/L的過氧化氫溶液、5.0 mol/L的氨水、6.0 mol/L的乙酸溶液進行漂白和脫膠，所得紙漿成品效果最好。

關鍵詞：香蕉（Musa ‘Paradisiaca）樹；紙漿；漂白；脫膠；工藝

中圖分類號：TQ340.6 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）05-1128-03

香蕉（Musa ‘Paradisiaca）在植物分類學上屬芭蕉科芭蕉屬。中國是香蕉的主產國，香蕉資源非常豐富[1]。海南省是中國主要的香蕉產地之一，每年都種植大量的香蕉，2012年種植的香蕉就有5.91萬hm2，產量達200萬t。作為四大水果之一的香蕉[2]，在供人們食用的同時也有大量的副產品如香蕉莖、香蕉葉等產生，而這些副產品絕大多數都被當作垃圾丟掉，造成再次污染。香蕉莖稈中含有豐富的人體必需的無機元素和微量元素[3]，粗蛋白和粗脂肪的含量也比較豐富[4]。有報道[5-7]用香蕉莖稈制取養豬飼料及生產養雞的菌體蛋白飼料添加劑等。

香蕉莖稈可以用來制造紙漿。使用香蕉莖稈制造紙漿有以下幾點優勢：第一，原料來源廣，香蕉樹遍布中國大江南北，一年四季均可獲得大量新鮮原料，可變廢為寶增加農民收益，同時為國家節約大量的木材資源，保護生態環境；第二，脫膠容易，工藝簡單，成本低；第三，香蕉樹松軟，容易加工切碎，且無需高壓蒸煮；第四，無污染，試驗過程中使用無污染的過氧化氫溶液，不會有燒堿回收等問題[8]。本試驗主要對香蕉莖稈制造紙漿的工藝進行了研究，旨在為香蕉樹的進一步開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

案式彈簧度盤秤（廣東香山衡器集團股份有限公司），A-103型美嘉寶多功能攪拌機（廣州市恒躍家用電器有限公司），DHG-9030A型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海金宏實驗設備有限公司）；30%過氧化氫溶液，25%氨水，35%乙酸溶液；試驗用水均為蒸餾水，其他試劑為分析純。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品的采集與前處理 試驗中所采用的香蕉樹均來自海南省五指山市香蕉種植園。在試驗開始時選擇嫩的和老的香蕉樹進行對比試驗，根據對比結果選擇老的香蕉樹進行后續試驗。本試驗采用的香蕉樹原莖是從原料產地取的整根莖條。每個葉鞘的橫切面分為3層，即最外韌皮層、形似蜂窩狀的中層和含纖維最少的內層。

試驗前將香蕉樹原莖從根部開始切成3～5 cm的片段，并將其剁碎，然后送入攪拌機打碎。由于香蕉樹莖稈在使用多功能攪拌機打碎時需要添加水輔助打磨，而且在打磨的過程中香蕉樹原莖也會出水，所以每次漂白和脫膠試驗前均需要將碎屑過濾，然后取100 g樣品進行后續試驗。

1.2.2 試驗設計 將過氧化氫溶液、氨水、乙酸溶液配制成6個不同濃度的溶液（表1）。在固定其他兩種溶液濃度的條件下，考察其中一種溶液對紙漿制品效果的影響。

1）不同濃度的過氧化氫溶液對香蕉樹原莖的漂白效果試驗。在氨水和乙酸溶液濃度一定的條件下，考察不同的過氧化氫溶液對香蕉樹原莖漂白效果的影響。

2）不同濃度的氨水對香蕉樹原莖的漂白效果試驗。在過氧化氫溶液和乙酸溶液濃度一定的條件下，考察不同濃度的氨水對香蕉樹原莖堿煮效果的影響。

3）不同濃度的乙酸溶液對香蕉樹原莖的脫膠效果試驗。在過氧化氫溶液和氨水濃度一定的條件下，考察不同濃度的乙酸溶液對香蕉樹原莖脫膠效果的影響。

2 結果與分析

2.1 不同濃度的過氧化氫溶液對香蕉樹原莖的漂白效果分析

為了減少環境污染，造紙工業建議用無氯漂白或少氯漂白[9-11]，過氧化氫作為溫和的氧化劑，它是一種對環境友好的漂白試劑[12]。試驗在將切碎的香蕉莖稈打碎后，加入不同濃度的過氧化氫溶液（9.0、8.0、7.0、6.0、5.0、4.0 mol/L）和相同濃度的氨水（6.0 mol/L），然后加熱。當溫度升高至95～98 ℃時加入乙酸溶液（6.0 mol/L），停止加熱。靜置后將其過濾，將紙漿放入盤中。最后將盤子放入電熱恒溫鼓風干燥箱，設定在50 ℃下加熱14 h。其結果如圖1所示。由圖1可見，圖1D（過氧化氫溶液濃度為6.0 mol/L）的漂白效果最好。

2.2 不同濃度的氨水對香蕉樹原莖的漂白效果分析

試驗將切碎的香蕉莖稈打碎后，加入不同濃度的氨水（6.0、5.5、5.0、4.5、4.0、3.5 mol/L）和相同濃度的過氧化氫溶液（9.0 mol/L）后加熱。當溫度升高至95～98 ℃時加入乙酸溶液（6.0 mol/L），停止加熱。靜置后將其過濾，將紙漿放入盤中。最后將盤子放入電熱恒溫鼓風干燥箱，設定在50 ℃下加熱14 h。其結果如圖2所示。由圖2可見，隨著氨水濃度的降低，紙漿成品的纖維出現強度下降的情況，主要表現為紙漿變脆；漂白效果變化不大，但黏度出現一定變化規律。經比較后發現圖2C（氨水濃度為5.0 mol/L）的紙漿成品比較好。

2.3 不同濃度的乙酸溶液對香蕉樹原莖的脫膠效果分析

香蕉樹莖纖維化學脫膠是利用香蕉樹莖纖維中的纖維素和膠雜質成分對堿、無機酸和氧化劑作用的穩定性的不同，在不損傷或盡量少損傷纖維原有性質的原則下，去除其中的膠質成分，而保留或制取纖維素的化學加工過程[13]。試驗在將切斷的香蕉莖稈粉碎后，加入相同濃度的過氧化氫溶液（9.0 mol/L）和相同濃度的氨水（6.0 mol/L），然后加熱。當溫度升高至95～98 ℃時加入不同濃度的乙酸溶液（6.0、5.5、5.0、4.5、4.0和3.5 mol/L），停止加熱。靜置后將其過濾，將紙漿放入盤中。最后將盤子放入電熱恒溫鼓風干燥箱，設定在50 ℃下加熱14 h。其結果如圖3所示。由圖3可見，隨著乙酸溶液濃度的降低，其紙漿成品的黏性增加，脫膠效果逐漸減弱。纖維之間的黏連性較大，而且纖維有膨脹的現象，靜置空氣中紙漿成品出現變潮的現象，成品變黏。綜合分析后認為圖3A（乙酸濃度為6.0 mol/L）的紙漿制品效果最好。

3 小結與討論

香蕉樹原莖中所含的纖維素含量的多少直接影響其紙漿成品制成率。老樹原莖纖維素含量比嫩樹原莖纖維素含量多，所制造出的紙漿成品質量評定結果比嫩樹好。過氧化氫溶液雖為溫和性的氧化劑，但其濃度過高時會破壞一部分纖維，而濃度過低則漂白效果不理想；隨著氨水濃度的降低，紙漿成品的黏性增大，放置空氣中易吸收空氣中的水分受潮。乙酸作為化學脫膠試劑，隨著其濃度的降低，紙漿成品的黏性加大，脫膠效果逐漸減弱，且其成品容易吸收空氣中的水分受潮進而長霉。試驗結果表明，老的香蕉樹原莖在加熱的情況下選用6.0 mol/L的過氧化氫溶液、5.0 mol/L的氨水、6.0 mol/L的乙酸溶液進行漂白和脫膠，所得紙漿成品效果最好。

參考文獻：

[1] 柳新燕，郁崇文.香蕉纖維的性質與開發應用分析[J].上海紡織科技，1997（5）：11.

[2] 李玉萍，方 佳，董定超，等.世界香蕉產業的發展現狀與發展趨勢分析[J].廣東農業科學，2008（2）：115-119.

[3] 陳 蓉，梁 永，楊素嬌，等.香蕉假莖營養成分的分析[J].湛江師范學院學報（自然科學版），2000，21（2）：11-14.

[4] 楊禮富，陸海燕.香蕉莖葉資源的飼料化研究[J].云南熱作科技，2000，23（4）：11-12.

[5] 魏登山.用香蕉莖稈、廢菌筒制菌飼料養豬實驗[J].福建熱作科技，1995，20（1）：22-24.

[6] 葉涌清.香蕉莖稈生產菌蛋白飼料添加劑技術和產品喂雞實

驗[J].福建熱作科技，1995，20（1）：19-21.

[7] 韋英明，鄒隆樹.香蕉莖稈飼喂泌乳牛實驗[J].廣西農業生物科學，2001，20（1）：34-36.

[8] 楊春燕.香蕉莖纖維制取工藝研究[D].上海：東華大學，2009.

[9] GRIMSLEY S A，ROBINSON J C，SCHROEDER M A. Method of bleaching high yield pulp by using dithionite ion and excluding oxygen[P].US：4863564，1989.

[10] HAGIMORI K，ABE Y，KANKE T.Method of decomposing hydrogen peroxide[P].US：5348724，1994.

[11] MENDIRATTA S K，GAWLFIELD D.Process for gas phase delignifying wood pulp using chlorine dioxide at subatmospheric pressure[P].US：5474654，1995.

[12] 孫慶祥.麻類作物的微生物漂白[J].中國麻作，1981（1）：38-41.

[13] 王曉玲，徐劍輝，周國英.竹纖維的利用[J].安徽農業科學，2006（8）：1578-1579.

3 小結與討論

香蕉樹原莖中所含的纖維素含量的多少直接影響其紙漿成品制成率。老樹原莖纖維素含量比嫩樹原莖纖維素含量多，所制造出的紙漿成品質量評定結果比嫩樹好。過氧化氫溶液雖為溫和性的氧化劑，但其濃度過高時會破壞一部分纖維，而濃度過低則漂白效果不理想；隨著氨水濃度的降低，紙漿成品的黏性增大，放置空氣中易吸收空氣中的水分受潮。乙酸作為化學脫膠試劑，隨著其濃度的降低，紙漿成品的黏性加大，脫膠效果逐漸減弱，且其成品容易吸收空氣中的水分受潮進而長霉。試驗結果表明，老的香蕉樹原莖在加熱的情況下選用6.0 mol/L的過氧化氫溶液、5.0 mol/L的氨水、6.0 mol/L的乙酸溶液進行漂白和脫膠，所得紙漿成品效果最好。

參考文獻：

[1] 柳新燕，郁崇文.香蕉纖維的性質與開發應用分析[J].上海紡織科技，1997（5）：11.

[2] 李玉萍，方 佳，董定超，等.世界香蕉產業的發展現狀與發展趨勢分析[J].廣東農業科學，2008（2）：115-119.

[3] 陳 蓉，梁 永，楊素嬌，等.香蕉假莖營養成分的分析[J].湛江師范學院學報（自然科學版），2000，21（2）：11-14.

[4] 楊禮富，陸海燕.香蕉莖葉資源的飼料化研究[J].云南熱作科技，2000，23（4）：11-12.

[5] 魏登山.用香蕉莖稈、廢菌筒制菌飼料養豬實驗[J].福建熱作科技，1995，20（1）：22-24.

[6] 葉涌清.香蕉莖稈生產菌蛋白飼料添加劑技術和產品喂雞實

驗[J].福建熱作科技，1995，20（1）：19-21.

[7] 韋英明，鄒隆樹.香蕉莖稈飼喂泌乳牛實驗[J].廣西農業生物科學，2001，20（1）：34-36.

[8] 楊春燕.香蕉莖纖維制取工藝研究[D].上海：東華大學，2009.

[9] GRIMSLEY S A，ROBINSON J C，SCHROEDER M A. Method of bleaching high yield pulp by using dithionite ion and excluding oxygen[P].US：4863564，1989.

[10] HAGIMORI K，ABE Y，KANKE T.Method of decomposing hydrogen peroxide[P].US：5348724，1994.

[11] MENDIRATTA S K，GAWLFIELD D.Process for gas phase delignifying wood pulp using chlorine dioxide at subatmospheric pressure[P].US：5474654，1995.

[12] 孫慶祥.麻類作物的微生物漂白[J].中國麻作，1981（1）：38-41.

[13] 王曉玲，徐劍輝，周國英.竹纖維的利用[J].安徽農業科學，2006（8）：1578-1579.

3 小結與討論

香蕉樹原莖中所含的纖維素含量的多少直接影響其紙漿成品制成率。老樹原莖纖維素含量比嫩樹原莖纖維素含量多，所制造出的紙漿成品質量評定結果比嫩樹好。過氧化氫溶液雖為溫和性的氧化劑，但其濃度過高時會破壞一部分纖維，而濃度過低則漂白效果不理想；隨著氨水濃度的降低，紙漿成品的黏性增大，放置空氣中易吸收空氣中的水分受潮。乙酸作為化學脫膠試劑，隨著其濃度的降低，紙漿成品的黏性加大，脫膠效果逐漸減弱，且其成品容易吸收空氣中的水分受潮進而長霉。試驗結果表明，老的香蕉樹原莖在加熱的情況下選用6.0 mol/L的過氧化氫溶液、5.0 mol/L的氨水、6.0 mol/L的乙酸溶液進行漂白和脫膠，所得紙漿成品效果最好。

參考文獻：

[1] 柳新燕，郁崇文.香蕉纖維的性質與開發應用分析[J].上海紡織科技，1997（5）：11.

[2] 李玉萍，方 佳，董定超，等.世界香蕉產業的發展現狀與發展趨勢分析[J].廣東農業科學，2008（2）：115-119.

[3] 陳 蓉，梁 永，楊素嬌，等.香蕉假莖營養成分的分析[J].湛江師范學院學報（自然科學版），2000，21（2）：11-14.

[4] 楊禮富，陸海燕.香蕉莖葉資源的飼料化研究[J].云南熱作科技，2000，23（4）：11-12.

[5] 魏登山.用香蕉莖稈、廢菌筒制菌飼料養豬實驗[J].福建熱作科技，1995，20（1）：22-24.

[6] 葉涌清.香蕉莖稈生產菌蛋白飼料添加劑技術和產品喂雞實

驗[J].福建熱作科技，1995，20（1）：19-21.

[7] 韋英明，鄒隆樹.香蕉莖稈飼喂泌乳牛實驗[J].廣西農業生物科學，2001，20（1）：34-36.

[8] 楊春燕.香蕉莖纖維制取工藝研究[D].上海：東華大學，2009.

[9] GRIMSLEY S A，ROBINSON J C，SCHROEDER M A. Method of bleaching high yield pulp by using dithionite ion and excluding oxygen[P].US：4863564，1989.

[10] HAGIMORI K，ABE Y，KANKE T.Method of decomposing hydrogen peroxide[P].US：5348724，1994.

[11] MENDIRATTA S K，GAWLFIELD D.Process for gas phase delignifying wood pulp using chlorine dioxide at subatmospheric pressure[P].US：5474654，1995.

[12] 孫慶祥.麻類作物的微生物漂白[J].中國麻作，1981（1）：38-41.

[13] 王曉玲，徐劍輝，周國英.竹纖維的利用[J].安徽農業科學，2006（8）：1578-1579.