北京秦藤供应链研究所
孙前进物流研究室
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发酵甘蔗渣造纸浆

    纸的主要成分是植物纤维,甘蔗渣中含有丰富的半纤维素、纤维素、木质素等,是造纸的优良原料,但若甘蔗渣直接机械制浆,因其中的木质素的影响,导致磨浆能量消耗过大,造浆成本高,所以要设法消除木质素。


    甘蔗渣的结构复杂,但其主要成分是纤维素,半纤维素,木质素。其中半纤维素大约20. 6%,木质素18. 6%。纤维素在甘蔗渣里的含量大约为35. 4%,由β——1、4——糖苷键联结毗喃葡萄糖苷构成,是一两相共存体系(结晶区和无定形区共存)。结晶区含有易与表面水分子形成氢键的羟基,使用纤维素的结晶部分很难被分解。半纤维素在化学性质上与纤维素相似,是有不同的己、戊糖基通过β——1 4氧桥键联接而成的不均一聚糖,其聚合度相对较小,甘蔗渣的半纤维素中含有大约70%为纤维素,30%为聚阿拉伯糖。木质素是甘蔗渣的重要组分,分子量在10000——50000约占95%。甘蔗渣里的木质素主要分布在表皮组织部分,它与半纤维素结合形成牢固的保护层,阻碍微生物或酶与纤维素的接触,使得甘蔗渣水解比较困难。长期研究发现,白腐菌、软腐菌等真菌具有选择性降解木质素等作用,对软化甘蔗渣等有良好效果。


    甘蔗渣发酵剂含有多种真菌、细菌、放线菌等物质,能有效地降解甘蔗渣中的木质素并使其组织结构松弛,起到软化、熟化甘蔗渣的作用,进而达到磨浆时纤维容易分离的效果。同时生物发酵预处理甘蔗渣,能显著改善甘蔗渣纸浆的强度性能(提高抗张强度和撕裂强度)。其操作使用方法如下。


一、注意启动


    甘蔗渣发酵剂中的功能菌种,在温度10——15℃以上时生长繁殖最快,低于这个温度区间,易处于不活泼状态或半休眠状态,5℃以下将处于休眠状态,0℃以下功能微生物菌种将处于完全休眠状态,无法正常工作。所以在低于最活泼状态的温度区间(低于10——15℃)时,一般可采取人工升温,设法使环境温度达到10——15℃以上,有利于让微生物打破休眠状态,进入快速繁殖期,这种人工升温称之为“启动”。发酵启动之后,菌种会经过一个短期适应期,然后呈几何级数快速繁殖(理想状态下,24小时可达272个!!),在发酵繁殖过程中将会放出大量热能及代谢产物,使环境温度持续升高。微生物菌种利用自身产生的热量又能加快繁殖,这样就可形成良性循环,启动完毕。


    如何让物料快速启动?夏天温度高,肯定没问题。冬天可根据实际情况择优选用:


    1、热水升温。物料的水分不足时,应向其中加入热水(30——40℃),这样可加快启动速度。


    2、火炉暖气。在物料舍内生火炉或通暖气,有条件的也可以用空调加温,启动后即可撤除。


    3、温室加热。温室大棚内的温度较高,可以满足物料启动条件,将物料运进温室即可。


    4、蒸汽升温。通过烧水,利用水蒸汽在房间或大棚内的弥漫也可达到加温的目的。


    在实际应用中,可能会出现很多意想不到的问题。下面是两个应用中实际遇到的问题和解决方法,可供参考:


    1、物料被冻,有冰块。南方的冬季,北方的深秋至初春季,因下雪冰冻等原因导致物料被冻住,而且里面含有大量冰块。这样的物料因温度低,不好启动。或者即使启动,因物料在逐渐融化的过程中要吸收热量,导致物料的温度上升缓慢或温度过低,一般只能维持在40度左右,发酵速度较慢。应:先将物料运到室内,让其逐渐融化,然后再用上述方法启动。


    2、物料不纯,有杂质。有些用户的物料中含有石块、炉渣、泥沙等无机杂质。如果含量较小,没什么问题,含量太大,就会影响发酵温度和速度。应:尽量减少杂质含量,提高物料纯度。


二、物料配比


    甘蔗渣发酵剂能够起到发酵作用,靠的是其中的功能菌种。这些宝贝适宜生活在“碳氮比”(C/N比)为20——30:1的环境中,这时的营养结构最优,我们在物料配比中就要尽量满足这个比例,过高或过低的碳氮比都会导致“营养不良”。甘蔗渣中碳氮比比较合适,属于比较不需配置即可完成发酵的物料。


    1公斤甘蔗渣发酵剂可以发酵甘蔗渣3——5吨。


三、稀释办法


    稀释甘蔗渣发酵助剂一般优先采用质量较好的米糠(比例1: 5),米糠的营养和通气性均好,万一无米糠可用玉米面、麸皮等细粉状物料替代,可先将菌剂与米糠的混和物喷少量水稍匀湿(但水分不能太多,否则“成团”,反而不利于播撒),再将其均匀播撒入物料堆中。甘蔗渣等物料发酵,因本身营养较好,稀释用料要求不高。


四、水分控制


    发酵物料的水分应保持在60——65%,这样才能让功能菌种正常繁殖。简单的判断办法为:用手紧抓一把物料,指缝见水不滴水为大致合宜标准,见不到水印为太干,往下滴水为太湿。水分太多或太少均不利于发酵:水分太少微生物发酵慢,就象人长期在“脱水”状态下无法正常工作生活一样。水分太多升温慢,而且通气不良,形成局部厌氧环境,促使另一种很不利的微生物————腐败菌种不请自来,腐败菌一捣乱就麻烦了,最明显的标志是产生臭味。


    发酵时,用户应注意水分调节的方式方法。1、加水。应掌握先少后多、逐渐添加的原则。如果条件允许,应添加热水,这样就会启动很快。2、减水。如果由于各种原因,造成物料中的水分过多,影响发酵速度及升温,应及时采取措施降低水分。方法有摊开晾晒,向物料中添加秸秆粉、锯末等等。


五、注意通气


    甘蔗渣发酵剂中的功能微生物菌种属于好(耗)氧型微生物,发酵时必须有氧气参加。这就要求物料能够透气,避免微生物因缺氧而无法工作。下面是一些常用的通气方法:


    1、翻倒。用翻倒机直接翻倒,翻倒时应尽量细致,达到通风透气的目的。


    2、打孔。可向物料堆中用10厘米左右的尖头木棒打孔,数量应尽量多。


    3、遮盖物。物料发酵的遮盖物应尽量用草帘、麻袋等通气材料。如果用塑料布遮盖,应该将其用砖头、木棍垫起,距离物料表层10—20厘米。并且应留适当缝隙,以利氧气进入。


    4、鼓风机。物料底层可放入带孔管道,运用鼓风机送气,可加快氧气的补给。


六、调控pH值


    任何微生物都有适合自己生长繁殖的酸碱度,甘蔗渣发酵剂中的功能微生物适合在pH值为6——8的环境。普通物料发酵一般不需调节,物料过酸可加石灰调节,过碱可加醋酸等调节。尤其是PH值10以上或5以下时必须调节。


七、节奏控制


    用发酵助剂发酵物料,其发酵节奏在一定范围内可人为控制,要加快发酵时,可分别或综合采用:提高启动温度、改善营养结构、改善通气、增加翻倒次数(低于30度少翻倒)等措施。还可向其中加入适量已经发酵好的物料,能够达到“以料带料、以老带新、促进发酵”的目的。要减慢或结束发酵时,可采用相反措施。


    一般经历一周左右,中间翻倒一两次,此后温度会逐步下降到四五十度或以下,这时发酵已进行到七八成,其表现为颜色变深、无任何原臭味或有淡淡氨香味、芳香味、泥土味,此时可摊开物料堆开始降温,进入下一工序。如十几天之后,温度一直在60度以上,应考虑中止发酵,因为过度发酵反而不好,容易消耗过多的纤维素和半纤维素,可采取人为降温措施进入下工序,如将物料堆迅速摊薄到10——20厘米,然后凉干或直接用机械法磨制纸浆。

 

责任编辑:玲儿

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