INNOVATION
科技创新
产学研合作
一、国家科技支撑计划项目，麻纤维清洁生产技术研究及示范，2014BAC13B01，2014-2017
传统苎麻纤维制造普遍采用化学法脱胶，大量使用强酸、强碱和高温高压处理，导致纤维受损品质低，并且产生大量高浓度废水、难处理。因此，苎麻纤维生物脱胶清洁生产技术是目前的重点和热点，然而，目前的生物脱胶法普遍存在效率低、不稳定且成本较高等不足。针对这些突出问题，本课题系统研究了苎麻纤维生物脱胶技术，包括分析苎麻韧皮纤维组成及其与脱胶酶的相互作用、选育优势脱胶菌株、建立脱胶菌大规模发酵技术，建立苎麻韧皮纤维原位生物脱胶技术，建立脱胶废水分段循环回用技术，以期实现苎麻纤维的清洁生产。取得的主要研究结果如下：
（1）选育获得优势脱胶菌株。通过分析苎麻韧皮纤维胶质成分及其与脱胶酶的相互作用，建立了脱胶优势菌株的筛选策略，获得系列优势脱胶菌株，并进一步通过诱变选育获得一株高效脱胶菌株Bacillus sp.HG-28。
（2）研建立了工业规模的HG-28种子扩大培养技术及工艺。优化种子培养基组成为：30 g/L葡萄糖、20 g/L(NH4)2SO4、30 g/L黄豆饼粉、8 g/L NaCl、0.2 g/L K2HPO4和0.1 g/L MgSO4；培养条件为：温度36°C、初始pH 7.5、转速180 r/min；接种量为6%（V/V）时，两级种子罐扩大培养时间分别为4.5和6 h，获得菌体密度为1.85×1010 CFU/mL。
（3）建立了工业规模的生物脱胶预处理技术及工艺。发现机械碾压联合高压湿热处理能显著提高后续原位生物脱胶效果，建立的预处理工艺为：先经3次每次4 s的机械碾压再经1.2×105 Pa持续15 min的高压湿热处理。该工艺处理后的韧皮除杂率为3.96%，杂菌和麻壳都完全除去，纤维分散性高。
（4）创建了苎麻韧皮纤维原位生物脱胶技术及工艺。研发了促进原位脱胶菌液均匀化的新型生物脱胶罐，并优化了原位生物脱胶工艺为：接种量10%、料液浴比1:12、温度35°C、初始pH 7.6、通气量50 m3/h。
（5）建立了生物脱胶废水分段处理及循环利用技术及工艺。通过分析脱胶过程各工段的废水特性，确定碱梳理废水可循环使用2次，拷打废水循环使用15次后排至终端；漂洗废水循环使用3次经处理后，可重复投入生物脱胶后的碱梳理工段及拷打段利用。
（6）建立了苎麻纤维原位生物脱胶制造技术体系及工艺，经工业应用实践，获得的精干麻残胶率为1.71±0.18%，束纤维断裂强度达到5.12±0.13 cN/dtex；与化学脱胶相比，使用的化学品、水和燃煤分别减少了90%、65%和64%，脱胶废水COD只有化学脱胶的13.2%，显示出了良好的环境友好性，且显著降低了生产成本，为替代传统化学脱胶提供了理论和实践支撑。
二、湖北省技术创新专项重大项目，新型高品质麻纤维纺织材料绿色制造技术及工艺的研究与应用，2019AAA033，2019-2021
针对苎麻生物脱胶尚存在的半纤维素及木质素去除率偏低，需要后续一定量的碱和漂白剂处理的问题，为了提高半纤维素和木质素的去除，进一步降低精干麻的残胶率，增加精干麻白度，得到更高品质的苎麻精干麻；针对亚麻粗纱煮练存在“脱胶目标不明确、化学品用量大、亚麻纤维品质低”等问题，为了降低酸碱和漂白剂的用量，生产加工高品质亚麻纤维，本项目研究内容主要包括以下方面：
（1）高效脱除半纤维素的工程菌构建及其大规模发酵工艺优化
分析苎麻残胶中半纤维素成分组成，针对性地筛选其高效降解酶，构建半纤维素酶系的高效稳定表达质粒并导入脱胶菌株，构建高产半纤维素酶系工程菌，并结合强启动子、增强子、密码子优化、增加拷贝数等分子操作技术手段提高工程菌中关键半纤维素酶基因的表达水平和降解活性，达到高效去除半纤维素的目的；通过对工程菌规模化发酵用的培养基及其发酵工艺参数（温度、pH、溶解氧等）进行精准控制，确保工程菌在发酵罐中快速（约6~8h）、稳定增殖，为原位高效苎麻生物脱胶提供大量高性能脱胶菌种。
（2）工程菌原位高效脱胶及生物漂白新技术研究及工艺优化
将大规模发酵得到的高活性工程菌接种到苎麻脱胶罐进行原位脱胶，对脱胶条件（温度、pH、溶氧、种龄、接种量、料液比等）进行优化控制，找出原位脱胶的最佳条件；并且对脱胶过程进行实时监控，保证原位脱胶的高效稳定运行，在高效去除果胶等胶质的同时以高活性半纤维素酶去除了绝大部分的半纤维素和木质素，实现生物漂白作用，大幅降低生物脱胶后续的碱和漂白剂用量，实现苎麻韧皮生物脱胶过程的绿色生产。
（3）高品质苎麻纤维绿色制造新技术体系的建立及工业应用
将本项目创建的高产半纤维素酶工程菌的构建技术，工程菌的大规模发酵技术、工程菌原位高效脱胶控制技术以及高活性半纤维素酶的生物漂白技术共同构建形成高品质苎麻纤维绿色制造新技术体系，并且在湖北精华纺织集团开展大规模生产研究，实现本技术体系的工业应用，建成年产1500吨高品质苎麻纤维的绿色生产线。
（4）亚麻韧皮胶质脱除程度对其纤维材料特性的影响及生物脱胶精准控制技术研究
主要通过对亚麻韧皮胶质进行不同程度脱胶，采用多种表征方法揭示纤维材料特性演变规律。具体地，可分析韧皮纤维的热学性能、力学性能等，揭示亚麻韧皮纤维特性演变规律。在本项目组前期研发的苎麻生物脱胶技术及工艺基础上，采用生物脱胶技术对亚麻韧皮纤维进行精准脱胶处理，为制备复合纤维材料提供原料。
（5）亚麻粗纱胶质脱除程度对其纺织性能的影响及生物脱胶精准控制技术研究
主要通过对脱胶过程中关键步骤纤维样品取样，采用多种表征方法揭示纤维结构演变规律。具体的地，可采用扫描电镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射、热分析以及原子力显微镜等分析技术揭示粗纱脱胶过程纤维结构演变规律。分析亚麻粗纱胶质脱除程度与线密度、断裂强度等纺织性能的关联，研究脱胶过程中胶质组分变化情况与亚麻纤维抗菌性能变化规律。由于亚麻粗纱脱胶程度的高低直接决定了亚麻纱的品质，但亚麻粗纱脱胶行业内没有统一标准，所以，亚麻粗纱的脱胶精准控制技术至关重要。通过分析传统化学脱胶工艺中各关键步骤亚麻粗纱成分变化规律，结合胶质脱除程度与线密度、断裂强度等纺织性能的关联提出粗纱生物精准脱胶目标，为建立生物脱胶精准控制技术提供理论依据。
（6）高品质亚麻纤维绿色制造新技术体系的建立及工业应用
主要通过对脱胶微生物菌株的大规模发酵进行精准调控，重点对脱胶微生物规模化生产用培养基以及脱胶微生物发酵工艺参数（温度、pH、通气量、转速等）等方面优化，确保脱胶微生物快速增殖，为亚麻粗纱大规模脱胶提供大量高效的脱胶微生物。将培养的高活力的脱胶微生物直接添加或固液分离制备酶液添加到亚麻粗纱中充分接触脱胶，通过对影响脱胶的各种工艺条件如温度、pH、时间、助剂等进行精准控制，借助生物脱胶技术对亚麻粗纱胶质精准去除，在达到化学脱胶相同水平的同时，实现完全不用酸，碱用量减少至化学脱胶的10%以下。
