龙眼壳纤维制成可降解环保材料的研究

王瑛

摘 要：我国是能源和资源消费大国，在龙眼加工产业链中，作为废弃物的龙眼壳每年达到几十万吨，如果能对其充分利用，不仅具有重要的经济利用价值，而且还有巨大的环保价值。作为环境保护的重要一方面，利用龙眼壳纤维开发新型环保材料并大力推广具有极其重要的意义。文章着重分析了龙眼壳的化学组成，并在此基础上介绍了利用龙眼壳纤维加工成环保材料的相关技术和工艺研究，最后简要分析了此项研究的可行性及意义。

关键词：龙眼壳；纤维；可降解；环保材料；研究

中图分类号：S566.9 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）34-0171-02

1 龙眼简介

龙眼是无患子科龙眼属植物。作为著名的食、药兼用的热带特色果树。其果实可鲜食也可加工成肉干、罐头、膏、酱、饮料等。中国龙眼种植历史悠久，具有种质资源丰富，种植面积大，总产量大等优势，种植面积和产量分别占世界的70%和50%以上，是世界上最大的龙眼生产国。

龙眼果实中存在萜类、脂类、甾体组分、挥发性组分、酚类物质氨基酸和糖类等化学成分。随着龙眼加工产业的进步，龙眼已经不仅仅局限于鲜果销售，产品形式逐渐形成以果肉干、果汁、果酱、饮料等多种系列。在深度加工产业链中，单我国龙眼壳废弃量每年高达到30万吨以上，随意弃置不仅污染环境，而且造成资源的浪费。

2 龙眼壳化学组成分析

龙眼壳的最大成分是粗纤维，含量65.7%-79.3%，且其纤维具有很高的活力，膨胀力达到5.27mL/g，持水力达到6.63g/g，具备制成可降解包装材料的物化性能。另外，壳中其他营养成分也很丰富，粗蛋白3.2%-6.4%，粗脂肪0.9%-2.1%，糖类如还原糖0.8%-1.9%，双糖2.7%-2.9%，戊糖13.1%-15.8%，淀粉0.8%，还含有一些矿物质，如钙0.20%、磷0.06%、镁0.07%、钾0.57%、氮1.09%、铁每千克321毫克等。可以根据这一特点，来加工可食用的膳食纤维。因此，对龙眼壳综合开发利用可进行多领域的研究，如开发成饲料、纸材、食品等。

为了进一步分析龙眼壳化学组成，并更好地提取其中纤维，我们需要对龙眼壳的组成成分做下面的两个试验：

（1）试验A：首先取新鲜龙眼剥壳处理，得到龙眼壳200g。研磨机打碎，榨取其中水提物，经大孔树脂吸附。然后用70%乙醇洗脱处理，静置半小时后，再用无水乙醇精制。最终得到龙眼壳的主要成分提取物。

用化学试剂以及紫外光谱定性分析，可以得知：龙眼壳中含有有机酸、鞣质、多糖、黄酮类、内酯和氨基酸、多肽、蛋白质、香豆素等主要成分，而这些物质在自然条件下均能够通过微生物进行降解，并且对生物环境无任何危害影响。

（2）试验B：将上述试验A中龙眼壳的水解液过滤，然后旋干，再用乙酸乙酯提取出极性较小的部分，通过硅胶柱层析、薄层制备、种结晶的试验方法分离纯化。经光谱分析：乙酸乙酯提取物中极性较小的物质组成为槲皮素单体，其残渣经过柱层析、重结晶等方法，分离出的化合物为没食子酸甲酯。龙眼壳精制物经化学检测，证实为6-甲氧基-6-甲基-香豆素。经过硅胶柱层析、重结晶等试验方法，从龙眼壳中分离出的单体化合物为三萜类化合物，根据其H-NMR、C-NMR谱数据测定，证实其为木栓酮。同样，槲皮素单体、没食子酸甲酯以及6-甲氧基-6-甲基-香豆素等成分可在自然条件下通过微生物而分解掉。

上述试验充分证明了龙眼壳在加工制成可降解环保材料方面的潜力。

3 龍眼壳纤维提取

龙眼壳纤维提取技术关键在于既要保持纤维素的提取量，又要尽可能较多地脱除半纤维素和木质素，以保证后续加工后材料的韧性及强度。以龙眼壳为原料，提取得到龙眼壳中的纤维素、半纤维素与木质素等可再生物质。前期的提取工艺主要是在比较成熟的技术上实施，因此操作过程难度不大，但需要精心操作，保证提取量。

（1）工艺流程

龙眼壳→清洗→干燥→粉碎→过筛→乙醇和乙酸混合液处理→NaOH溶液处理→纱布过滤→反复漂洗→盐酸提取→漂至中性→烘干→过筛后备用

首先对龙眼壳进行预处理：选取质地良好、无霉变腐蚀的龙眼壳，用蒸馏水将其外表杂质去除，并通风自然干燥。然后用高速自动粉碎机粉碎，将粉碎后的龙眼壳粉末在温度40℃下用一定pH的乙醇和乙酸混合液浸泡约40min，去除黄色素，并得到龙眼壳中的水溶性纤维素，将提取水溶性纤维后的滤渣置于烧杯中，以质量分数为4%的NaOH溶液浸泡1h，纱布过滤，流动水反复漂洗至中性，再用pH=2.0的盐酸于60℃水浴中提取2h，漂洗至中性后，过滤在50℃烘箱内烘干，过100目筛后备用。

（2）pH对提取率的影响

需要注意的是，在不同pH乙酸提取液下龙眼壳纤维的提取率会大不相同，因此需要严格控制好混合液的pH值。

（3）温度对提取率的影响

在酸性溶液下，浸泡的温度对纤维素提取率影响很大。实验研究表明，提取的温度和提取率遵从图1关系。

当提取温度在40℃时，提取率达到最高，为5%。超过40℃后，提取率降低，因此提取的温度一般控制在40±5℃范围内，来保证较高的提取率。

（4）时间对提取率的影响

在酸性溶液下，浸泡的时间不是越长越好，随着时间的延长，纤维素会被溶液进一步溶解，结构也会遭到破坏。

当提取时间在40min时，提取率达到最高，为2.3%。超过40min后，提取率快速降低，因此在用乙酸溶液浸泡处理时，提取的时间一般控制在40±2min范围内，来保证较高的提取率。

（5）NaOH溶液质量分数对提取率的影响

NaOH质量分数对提取龙眼壳纤维素的含量影响较小，但对半纤维素的脱除率具有较大影响，当NaOH质量分数为1%时，纤维素含量最高，为33.2%，而半纤维素的脱除率仅有72.33%；当NaOH质量分数为4%时，半纤维素的脱除率最高，达到了79.22%，而提取的纤维素含量为32.8%，与1%时的含量相差不大。综合考虑NaOH溶液的质量分数选用4%。而浸泡时间选为1小时即可。endprint

4 龙眼壳纤维素基本参数及性能的测定

按照上文所述的工艺流程制备龙眼纤维素后，用于环保材料的加工，还需进一步对其基本参数和性能进行分析测定，包括：纤维素的得率、膨胀力、持水力等。

（1）得率的测定

龙眼壳纤维素的得率（G）是指在龙眼壳纤维素制备提取过程中得到的龙眼壳纤维素与龙眼壳的百分比。按照如下计算公式（1）得到：

G=（m1÷m2）×100% （1）

其中：G为龙眼壳纤维素得率（%）；m1为龙眼壳纤维素的质量（g）；m2为龙眼壳的质量（g）。

（2）膨胀力的测定

取一定质量的龙眼壳纤维素（80目）置于10mL的刻度试管中，记录龙眼壳纤维素的体积，加入5mL的去离子水，充分摇匀，室温环境下静置24h，记录吸水后龙眼壳的体积。按下列公式（2）计算膨胀力（P）：

P=（V2-V1）÷W （2）

其中：P为龙眼壳纖维素的膨胀力；V1为龙眼壳纤维素的体积；V2为吸水膨胀后龙眼壳纤维素的体积；W为龙眼壳纤维素的质量。

（3）持水力的测定

称量一定质量的龙眼壳纤维素（80目）于离心试管中，并加入15mL去离子水，充分混匀，室温下静置24h，在1500/min的转速下离心10min，去掉上清液，对沉淀物进行称重。持水力（C）的计算公式（3）如下：

C=（W2-W1）÷W1 （3）

其中：C为龙眼壳纤维素的持水力（g/g）；W1为龙眼壳纤维素的质量；W2为洗水后龙眼壳纤维素的质量。

实际生产中，可以根据上述测定方法对所得纤维素进行参数测定，并由此调整纤维素提取过程参数。

5 结束语

龙眼果壳是目前龙眼加工产业链中尚未有效利用的一种农作物废料，来源充足，有效利用其制备环保材料，不仅有助于解决焚烧或丢弃时带来的环境污染问题，而且可以降低环保材料的原料及制造成本，如果能够实现工业化生产，必将产生巨大的经济环保价值。

参考文献：

[1]杨林.植物纤维理化特性研究[M].长春：吉林大学出版社，2013：82.

[2]李国芳，常江奇.龙眼果复合利用研究[M].北京：科学出版社，2007：133-135，187.

[3]华昌平.农作物纤维提取技术[M].北京：中国农业出版社，2013：122.endprint