【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中認(rèn)為杜仲膠的含量與葉長(zhǎng)、葉寬、單葉面積和單葉質(zhì)量相關(guān)性極其顯著，葉面積與杜仲膠含率呈顯著的負(fù)相關(guān) [12]。杜仲個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育特性 (遺傳因素 )也是調(diào)控次生代謝產(chǎn)物合成和積累的重要因素 []，芽開綻期早的個(gè)體次生代謝物含量高于芽開綻期晚的個(gè)體，橢圓形葉的杜仲膠含量明顯高于卵形葉的個(gè)體 [13]。 (3) 環(huán)境的影響：不同地區(qū)間杜仲膠的含量存在顯著差異 [7]。 根據(jù)以上的研究文獻(xiàn)可以知道收購(gòu)或采摘杜仲膠時(shí)應(yīng)該在 6 月和 11 月進(jìn)行，這個(gè)時(shí)期的葉片含杜仲膠量相對(duì)高，可以減少生產(chǎn)成本。杜仲葉成分如表 1[16]所示。 表 1 杜仲 葉子的組成（按干葉子質(zhì)量計(jì)） Table 1 The position of Eumia ulmoides leaves 組成 組分 組成 組成 組成 組分 膠分 黏膠素 總氮量 樹脂 五碳糖 水溶性物質(zhì) — 纖維素 半纖維素 加熱時(shí) 木質(zhì)素 灰分 冷卻時(shí) 注：灰分中含 SiO275%， Al2O36%， Fe %和 Cu 微量 2． 4. 2 杜仲膠的化學(xué)性質(zhì) 杜仲膠（ Eumia Ulmoides Gum， EUM），又名古塔波膠（ Gutta Percha），是產(chǎn)于杜仲樹的一種天然高分子材料 [4]。其化學(xué)組成與天然橡膠相同，都為 (C5H8)n[15]，但分子構(gòu)型上兩者存在著順、反的差異。 天然橡膠分子式 13 杜仲膠分子式 雖然二者在結(jié)構(gòu)上只有順、反的差別，但是在應(yīng)用上卻是天壤之別。天然橡膠因?yàn)橛兄鴥?yōu)越的彈性，在工業(yè)上、生活用品、軍工產(chǎn)品上處處都有著天然橡膠的身影。而相比之下，杜仲膠由于一直只能做塑料代用品，用途有限，早期利用其良好的絕緣性被用做海底電纜，后很快又被 合成塑料代替。杜仲膠的用途一度被邊緣化，直到彈性杜仲膠的彈性體制成才改變這種局面。 2． 4． 2 杜仲膠的物理性質(zhì) 純杜仲膠結(jié)構(gòu)式為 常態(tài)下為灰白色、顆粒絮狀，在空氣中易被氧化，逐漸成為黃粉末狀脆性物質(zhì)。因 14 此，純杜仲膠應(yīng)密封保存或保存在水中。素?zé)捄蟮亩胖倌z在常溫下是白色堅(jiān)硬的物質(zhì)，薄層似皮革，在 35～ 50℃時(shí)開始發(fā)軟， 50～ 60℃時(shí)發(fā)黏， 60～ 90℃時(shí)可以被加工成任意形狀，具有一定的記憶特性， 130℃以上則會(huì)熔化 [4]。 杜仲膠在常溫下是似皮革狀的堅(jiān)韌絮狀物，純膠無(wú)色，商品膠中常帶有各種顏色如灰色、黃 色，產(chǎn)生顏色的主要原因是含雜質(zhì)較多或被不同程度的氧化。純度較高的杜仲膠膠在 10℃時(shí)結(jié)晶， 40～ 50℃開始有彈性，且容易被伸長(zhǎng)， 100℃軟化，具有可塑性；但在冷卻后恢復(fù)原來(lái)的性質(zhì)，具有記憶性。其軟化點(diǎn)與可塑性隨樹脂含量而異 []：含樹脂率 2%～6%者，軟化點(diǎn)為 62～ 63℃；含樹脂率 7%～ 12%者 ,軟化點(diǎn)為 59～ 60℃； 杜仲橡膠的相對(duì)密度為 ～ ；平均分子量為 160000～ 173000，混煉后降解 [4]。 通過(guò)前人 的研究發(fā)現(xiàn)，可以利用杜仲膠的熱塑性、熱彈性及記憶性開發(fā)出相關(guān)的工業(yè)材料，如航空航天的記憶 性材料，最值得關(guān)注的是正在研發(fā)的杜仲膠高彈性材料。這種材料具有高耐磨性、摩擦產(chǎn)熱小、高彈性及空重復(fù)利用性等特點(diǎn)，可以用在航空及汽車行業(yè)的輪胎開發(fā)中；這樣不但可以解決長(zhǎng)期以來(lái)困擾汽車行業(yè)、航空業(yè)中因?yàn)檩喬ツΣ练艧崃看蟆⑹褂闷谙薅碳拜喬椥孕〉纫幌盗兄卮髥?wèn)題，能夠最大程度的減小因?yàn)檩喬ツΣ翆?dǎo)致溫度過(guò)高而爆裂造成的安全事故的概率，更重要的是能夠?yàn)槲覈?guó)國(guó)防事業(yè)、航空航天工業(yè)的發(fā)展提供了一種新型橡膠材料，最大程度地減少對(duì)三葉橡膠的依賴度，增強(qiáng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定性。 2．４．３ 杜仲膠的化學(xué)性質(zhì) 杜仲膠的密度為 ~，其折射率 （ 20℃），介電常數(shù) 。分子量在 16萬(wàn)左右 [4]。溶于芳香烴，也溶于加熱的脂肪烴、氯代烴（二氯乙烷）、汽油，微溶于乙醇和丙酮，在大多數(shù)酯類（如乙酸乙酯）中僅部分溶解或幾乎不溶 ， 但能較好的溶于鹵代烴（如三氯甲烷、四氯甲烷 )中。在 18～ 25℃之間時(shí)能很好地溶于苯和三氯乙烷中， 杜仲膠還有耐酸耐堿的性質(zhì)，所以強(qiáng)堿、強(qiáng)酸乃至氯氟酸都幾乎不起作用 ， 此外杜仲膠還有耐油型 [4]。 2．４ . ４ 杜仲膠產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格 主要技術(shù)參數(shù)：密度 179。，拉伸強(qiáng)度極限 20～ 28N/m ㎡，拉斷 延伸率≤ 1000%，硬度 (IRHD)50～ 98，耐油性能良好，允許工作溫度 50℃～ 160℃。 2． 5 工藝流程 2． 5． 1 杜仲膠的 工藝 生產(chǎn)原理 15 由于杜仲膠是一種天然高分子化合物，杜仲膠的提取工藝都比較特殊。目前杜仲膠的提取方法可分為堿洗法、機(jī)械法、溶劑法、溶劑 沉淀法以及生物發(fā)酵法 [4]。下面將分別簡(jiǎn)單介紹： (1) 堿洗法：其特征在于用堿反復(fù)浸洗原料，從而除去杜仲葉中的雜質(zhì)和不溶性的物質(zhì)。主要工藝流程為：備料→漂洗→浸入 2%～ 3%石灰水中→壓碎→水洗→發(fā)酵→洗滌→搗碎→堿浸 (10%NaOH 2～ 3h， 5%NaOH 1～ 2d 沖洗， 5%NaOH 3～4d 沖洗 )→ 45℃溫水分離雜質(zhì)→氯漂→再水洗→ 1%～ 2%鹽酸浸→干燥→杜仲橡膠 [17]。 它主要靠堿洗除去杜仲葉中其它成分。在整個(gè)工藝流程中，發(fā)酵、堿浸是前期處理的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，因?yàn)樗坏苁乖蠞饪s而體積減少，還能使一部分雜質(zhì)如木質(zhì)素、樹脂等，因堿的作用生成堿木素、皂化樹脂等，當(dāng)用水沖洗時(shí)，隨水排走。離心分離則是后期的主要環(huán)節(jié)，需多次離心分離，使膠體和剩余雜質(zhì)分開方能得到較純杜仲膠。因?yàn)樗褂脵C(jī)械多，易于大批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)杜仲膠的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。但它具有以下不足： (1) 工 藝流程復(fù)雜，操作困難，對(duì)工人熟練程度較高。 (2) 依賴大型連續(xù)離心設(shè)備，增加建廠成本。 (3) 耗費(fèi)氫氧化鈉過(guò)多，使膠的成本提高。 (4) 提取過(guò)程用水量大，產(chǎn)生的廢液多。 (5) 因需多次沖洗，故使部分膠絲被沖走，使其產(chǎn)率減低。 (6) 需要大量工業(yè)化學(xué)原料，生產(chǎn)成本高。 (2)機(jī)械法： 工藝流程為：備料→漂洗→發(fā)酵→沖洗甩干→蒸煮→脫水甩干→打碎→過(guò)篩→漂洗→壓塊成型。此工藝主要是利用高速的渦洗式的水力將杜仲原料打碎，游離出杜仲樹膠。 該方法適于工業(yè)化批量生產(chǎn)，但強(qiáng)力打碎沖洗過(guò)程中膠絲流失嚴(yán)重，產(chǎn)率低，且只能制得粗膠，所含雜質(zhì)較多。 (3) 溶劑法： 工藝流 程為：備料→漂洗→發(fā)酵→輕洗→干燥→溶劑提取 (石油醚、苯、甲苯等 )→蒸餾提取粗膠→加丙酮凈化。此工藝主要是利用利用有機(jī)溶劑將原料中的膠浸提出來(lái)，而與其他組分分離。 該工藝有膠絲流失量小、產(chǎn)率高且無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是溶劑抽提不易，需 16 經(jīng)過(guò)多次反復(fù)提取。在老爹公司實(shí)習(xí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，浸提液中的雜質(zhì)不能像石油醚一樣蒸發(fā)掉，它們會(huì)沉析在杜仲膠里，經(jīng)過(guò)多次提取依然有雜質(zhì)存在的現(xiàn)象，杜仲膠成塊狀。用丙酮加熱回流提純，這樣得到的膠也不是很純，不便于精制。 嚴(yán)瑞芳等發(fā)明了以杜仲樹葉為原料提取杜仲膠的新工藝方法 (申請(qǐng)?zhí)枺?，其特點(diǎn)是采用碾滾機(jī)械將樹葉表面非含膠組分磨碎，使樹葉中含膠組織暴露出來(lái)，達(dá)到含膠富集的目的，然后篩去廢渣，用有機(jī)溶劑提取杜仲粗膠和凈化。用該法提膠，可節(jié)省原料，并能定時(shí)定量簡(jiǎn)單操作 [4]。 (3) 溶劑 — 沉淀法： 其特征在于用有機(jī)溶劑（如石油醚）將杜仲膠從杜仲葉葉中浸提出來(lái)，加入沉淀劑使膠沉淀或者冷藏使膠沉淀而發(fā)生相分離。 該工藝先將原料打碎蒸煮，使膠絲部分游離出來(lái)，增加原料與溶劑的接觸面積，縮短提取時(shí)間、提高杜仲膠的提取率。再加入酒精作沉淀劑 或者直接冷藏 ，利用其溶解性將杜仲膠沉淀出來(lái)，而大量的雜質(zhì)此時(shí)并沒(méi) 有沉析，這樣可得較純的杜仲膠。且膠質(zhì)疏松，較易用丙酮進(jìn)一步提純?yōu)榫z，經(jīng)丙酮凈化后可制得純白色的杜仲膠。溶劑可經(jīng)分餾后循環(huán)使用，對(duì)環(huán)境污染較少，且生產(chǎn)成本小，原料利用率較高。 (4) 生物發(fā)酵法： 生物分離杜仲膠是利用微生物所產(chǎn)生的胞外酶來(lái)降解木質(zhì)素、纖維、果膠等高分子物質(zhì)，使木素、果膠等高分子多糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子糖類，從而使杜仲葉、皮和種皮的杜仲膠從木素、韌皮纖維和果膠的膠粘中解束分離 [4]。再經(jīng)過(guò)離心分離純化得到高純度的杜仲膠產(chǎn)品。此方法成本低，易于實(shí)現(xiàn)。重點(diǎn)是找到合適微生物進(jìn)行高效快速的對(duì)杜仲葉進(jìn)行發(fā)酵而又不 產(chǎn)生過(guò)多難以除去的雜物。生物發(fā)酵法生產(chǎn)杜仲膠的生產(chǎn)原理如圖 1： 2．５ .２ 工藝流程圖 微生物發(fā)酵處理破壞木質(zhì)素、纖維 素結(jié)構(gòu)，使杜仲膠分離 預(yù)處理過(guò)的杜仲葉 發(fā)酵后的混合液 杜仲膠產(chǎn)品 分離、純化 17 工藝操作要點(diǎn)： (1) 杜仲葉的精選：在收購(gòu)杜仲葉時(shí)應(yīng)成色和質(zhì)地較好的且采摘日期為 6 月或者 9 月的杜仲葉，這個(gè)時(shí)段的杜仲膠含量最高。 (2) 碎化、蒸煮 ： 將杜仲葉碎化后可以增加與菌種的接觸面積，縮短發(fā)酵時(shí)間；蒸煮可以殺死雜菌，同時(shí)可以縮短發(fā)酵時(shí)間。 (3) 接種培樣：此步驟是整個(gè)工藝流程中最重要的部分，也是最難的部分。應(yīng)注意控制發(fā)酵罐內(nèi)的 溫度、 ph、濕度，且要防止雜菌污染，使菌群處于最適生長(zhǎng)環(huán)境。發(fā)酵天數(shù)控制在 20 天，此時(shí)發(fā)酵最充分。 (4) 滅菌：此步跟第二步滅菌所采用方法一樣。 滅菌 杜仲葉 精選 纖維素酶預(yù)處理 接種培養(yǎng) 20天 菌種培養(yǎng) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 包裝 沖膠 純化 水 產(chǎn)品 18 (5) 沖膠：洗去可溶于水的雜質(zhì)，應(yīng)注意膠的流失。 (6) 純化：使用離心分離法，實(shí)現(xiàn)杜仲膠的純化。 (7) 包裝：按照工藝規(guī)格將產(chǎn)品進(jìn)行包裝。 (8) 產(chǎn)品：產(chǎn)品存放倉(cāng)庫(kù)時(shí)應(yīng)注意防潮防蟲。 2． 6 物料平衡計(jì)算 工藝設(shè)計(jì)中，物料衡算是在工藝流程確定后進(jìn)行的。目的是根據(jù)原料與產(chǎn)品之間的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系，計(jì)算原料的消耗量，各種中間產(chǎn)品、產(chǎn)品和副產(chǎn)品的產(chǎn)量，生產(chǎn)過(guò)程中各階段的消耗量以及組成，進(jìn)而為熱量衡算、其他 工藝計(jì)算及設(shè)備計(jì)算打基礎(chǔ)。 物料衡算是以質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ)對(duì)物料平衡進(jìn)行計(jì)算。物料平衡是指“在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng) (體系 )的全部物料質(zhì)量必定等于離開該系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量再加上損失掉的和積累起來(lái)的物科質(zhì)量”。 (1) 物料利用率 ： 成品杜仲膠 K=100% 杜仲原膠 K1=96%（提取損耗按 4%） 杜仲 K2=%（出膠按 %） (2) 物料總量 ： 成品杜仲膠 G=100t/100%=100t 杜仲原膠 G1=G/K1=100t/96%= 杜仲葉 G2=G1/K2=(3) 蒸汽：主要用于 某些設(shè)備及管道的消毒 ,用量約為 。 (4) 電：動(dòng)力用電高峰期在杜仲膠原料的加工及提取期，其余時(shí)間只是發(fā)酵、供熱、 清洗、照明等設(shè)備用電。加工提取期主要?jiǎng)恿τ秒娯?fù)荷如下： 設(shè)備名稱 數(shù)量 單臺(tái)動(dòng)力（ kw） 每天工作 時(shí)間 (h) 每天平均用 電量 (kwh) 減速機(jī) 1 11 8 88 包裝機(jī) 1 8 60 空氣壓縮機(jī) 1 8 60 振動(dòng)篩 1 11 10 110 電動(dòng)葫蘆 1 8 60 19 供熱設(shè)備 2 115 8 1840 排污泵 6 4 180 給水 泵 2 10 4 80 離心泵 12 11 8 1056 其他 8 400 合計(jì) 2224 2． 7 設(shè)備選型和計(jì)算 2． 7． 1 原則 物料計(jì)算是設(shè)備選型的根據(jù)，而設(shè)備選型則要符合工藝的要求。設(shè)備選型是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵和體現(xiàn)生產(chǎn)水平的標(biāo)準(zhǔn)，又是工藝布置的基礎(chǔ)，并且為動(dòng)力配電用量計(jì)算提供依據(jù)。設(shè)備選型應(yīng)根據(jù)每一個(gè)品種單位時(shí)間 (小時(shí)或分 )產(chǎn)量的物料平衡情況和設(shè)備生產(chǎn)能力來(lái)確定所需要設(shè)備的臺(tái)數(shù)。因此在設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和選型時(shí)應(yīng)考慮如下原則： (1) 保證工藝過(guò)程實(shí)施的安全可靠（包括設(shè)備材質(zhì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的安全可靠； 設(shè)備材質(zhì)強(qiáng)度的耐溫、耐壓、耐腐蝕的安全可靠；生產(chǎn)過(guò)程清洗、消毒的可靠性等）。 (2) 經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上先進(jìn)。 (3) 投資省，耗材料少，加工方便，采購(gòu)容易。 (4) 運(yùn)行費(fèi)用低，水電汽消耗少。 (5) 操作清洗方便，耐用易維修，備品配件供應(yīng)可靠，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)施機(jī)械化和自動(dòng)化方便。 (6) 結(jié)構(gòu)緊湊，盡量采用經(jīng)過(guò)實(shí)踐考驗(yàn)證明確實(shí)性能優(yōu)良的設(shè)備。 (7) 考慮生產(chǎn)波動(dòng)與設(shè)備平衡，留有一定余量。 (8) 考慮設(shè)備故障及檢修的備用。 2． 7． 2 設(shè)備一覽 1. 送料出渣： 設(shè)備名稱 規(guī)格或型號(hào) 數(shù)量 翻斗拖拉機(jī) 3 t 1 電動(dòng)葫蘆 1t 1 計(jì)量稱 2t 1 2. 菌種制作： 設(shè)備名稱 規(guī)格或型號(hào) 數(shù)量 20 菌種發(fā)酵罐 20 t 2 發(fā)酵液貯罐 50m3 2 擺線針輪減速機(jī) XwD94311KW Q出 ＝ 33r／ min Q入 ＝ 1400r／ min 2 水汽混合器 50℃ — 60℃ 2 管道離心泵 Q＝ 50 m3/h ,H＝ 32m 1 無(wú)堵塞管道排污泵 Q＝ 43 m3/h ,H＝ 13m 1 3. 發(fā)酵設(shè)備： 設(shè)備名稱 規(guī)格或型號(hào) 數(shù)量 發(fā)酵罐 5Om3 4 配制罐 5 m3 2 計(jì)量罐 10 m3 2 熱交換器 Cummins/3968810 1 無(wú)堵塞管道排污泵 Q＝ 43 m3/h ,H＝ 13m 2 4. 清洗設(shè)備：