[发明专利]植物纤维的酶法制备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2009年1月13日提交的序列号为61/193,967的美国临时专利申请的权益，在此通过参考的方式引入该临时专利申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及用于制备植物纤维的方法。

背景技术

大麻纤维历史上一直用于纺织品工业。然而，最近在复合材料中的突破允许再生性纤维例如来自大麻的那些纤维代替剥离的纤维作为复合材料中的增强剂。因此，在不损害其完整性的情况下提取大麻纤维的方法的研发将促进它们在纺织品工业和生物复合材料中的应用。所述方法优选是节能的，并且避免使用危险的和/或非生物降解性的试剂。

在纤维植物例如大麻、亚麻和黄麻的茎杆中，含有韧皮纤维(bast fiber)的树皮样层环绕木心或干木。手工剥离的或机械剥离的是可以将大麻茎杆分为大麻“树皮”和大麻“干木”部分的方法。“干木”部分可以用来进行化学制浆(Kortekaas 1998)。“树皮”用来描述茎杆的所有外部组织，包括韧皮纤维。韧皮纤维或纤维束被果胶或胶质材料所包围。

植物纤维由多糖(主要是纤维素)组成。这不同于由蛋白质组成的动物纤维如来自蚕和蜘蛛的丝料、来自绵羊或其他毛皮牲畜的毛料。

植物纤维在任何工业应用之前需要从剥离的树皮中分离出。提取主要包括脱胶，即从纤维中去除果胶。果胶是一种多糖，是半乳糖醛酸的聚合物。果胶不溶于水或酸。然而，可以通过强碱溶液例如烧碱(浓氢氧化钠)去除果胶。

用于分离出洁净纤维的常用方法包括各种改进型的雨露沤麻法、水沤麻法和化学法以及酶法处理。所述方法包括使将纤维保持在一起的胶质物松解并去除。传统方法是水沤麻法或雨露沤麻法。在雨露沤麻法中，在切割后将茎梗置于地里。在世界上一些地方，通过将茎梗束置于池塘或水流中而对大麻进行水沤麻。这两种沤麻(有限腐败)方法取决于天然微生物分泌的酶对果胶所进行的消化。水沤麻法的缺点是污染水道或水流。雨露沤麻法需要2周至6周以上才完成，并且受到天气的极大影响，不能保证存在有利的条件。

酶沤麻法涉及在存在或不存在其它酶例如木聚糖酶和/或纤维素酶的情况下果胶酶的作用。然而，这种酶在分离大麻纤维中的实际应用仍然停留在实验阶段。

现在常见的工业方法涉及到化学沤麻法，化学沤麻法涉及到烈性的危险化学品如纯碱、烧碱和草酸，经常在160℃高温在若干个大气压下进行。

本领域中已知有多种沤麻法。Clarke等(clarke，2002)描述了一种用于通过将剥离的韧皮部树皮(在预处理方法中经过或未经过酶溶液浸泡)放到封闭不透气的容器例如塑料袋中，从所述韧皮部树皮去除果胶或胶质材料以获得单独的纤维的方法。所述韧皮部树皮天然具有的酶生成微生物靠由酶预处理而释放的初始营养物生长，并将在这种封闭环境中完成沤麻过程。Clarke还描述了一种替代性的预处理方法，所述方法包括用化学品代替酶，所述化学品包括烧碱、纯碱、硅酸钠、草酸和乙二胺四乙酸(EDTA)。

因此，需要涉及环境友好的和/或生物降解性的试剂的更温和且有效的方法来分离大麻纤维。果胶是否为脱胶的唯一目标物也是个问题。除了主要目标物果胶之外的其他胶质物质的去除可以提供了获得更加精细更加柔软的大麻纤维的机会。

Sung等(Sung，2007)教导了在约6-13的pH在约90℃以下的温度用含有柠檬酸二钠、柠檬酸三钠或其混合物的水溶液对剥离的大麻韧皮部树皮进行的预处理。

大麻茎杆由韧皮部纤维(树皮)和木心(干木)一起组成。这两个部分的主要成分是纤维素、半纤维素、果胶和木质素(参见表1)(Garcia-Jaldon，1998)。

表1大麻各部的化学分析