篩分方式對蔗渣含髓率測定的影響

王成 王霄 梁辰 石美玲 覃程榮 黃顯南

摘要：分別采用頂擊式標準振篩機、拍擊式標準振篩機、數(shù)顯調速多用振蕩器進行蔗渣含髓率測定的篩分實驗，并分別對篩出的蔗髓進行分析，確定3種篩分方式對蔗髓的篩分效果。結果表明，不同設備篩分測得的含髓率差別較大，與設備的運動方式有關，其中頂擊篩的篩分效果最為穩(wěn)定。3種篩分方式篩出蔗髓中綜纖維素含量超過80%，而木素含量僅有蔗渣木素含量的50%左右。蔗髓中細胞的平均長度和寬度均較小，分布較為集中。通過形貌觀察可以看出蔗髓中除含有較多薄壁細胞外，還有較多的細短的纖維狀細胞。

關鍵詞：蔗渣；含髓率；篩分設備；化學組分；纖維分析

中圖分類號：TS49+6文獻標識碼：ADOI：1011980/jissn0254508X201803007

收稿日期：20171106（修改稿）

*通信作者：梁辰，博士，講師；主要從事木質纖維原料綜合利用方面的研究。Effect of Screening Method on Determination of Pith Content in BagasseWANG Cheng1，4WANG Xiao1，4LIANG Chen1，3，4，*SHI Meiling2，3QIN Chengrong1，3，4HUANG Xiannan2

（1 College of Light Industry and Food Engineering， Guangxi University， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530004；

2 Guangxi Paper Association， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530004；

3 Guangxi Technical Association of Paper Industry， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530004；

4 Guangxi Key Lab of Clean Pulp & Papermaking and Pollution Control， Nanning， Guangxi Zhuang Autonomous Region， 530004）

（*Email： liangchen@gxueducn）

Abstract：In this paper， the determination of pith content of bagasse was carried out by using the Standard Tophit Vibrating Screen， the Standard Slap Vibrating Screen and the Digital SpeedControlled Multipurpose Oscillator respectively The pith was screened and analyzed， to evaluate the effect of screening equipment on screening of bagasse pith Results showed that the pith content measured by different devices was different， which was attributed to the movement mode of the equipment The holocellulose content of pith was more than 80%， while the lignin content was only about half of the content of bagasse The average length and width of the cells in pith were smaller and they had more concentrated distribution Through morphology observation， great amount of fine fibrous cells could be found in bagasse pith in addition to contain more parenchyma cells

Key words：sugarcan bagasse； pith content； screening equipment； chemical composition； fiber analysis

甘蔗制糖是廣西的支柱和特色產(chǎn)業(yè)，每生產(chǎn)1 t的蔗糖就會產(chǎn)生2～3 t蔗渣[1]。蔗渣中含有豐富的半纖維素、纖維素、木素等，是一種優(yōu)良的造紙原料[2]，利用蔗渣制漿造紙是廣西制糖產(chǎn)業(yè)鏈上的重要一環(huán)，是廣西糖業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的重要組成部分，其綜合利用的社會效益和環(huán)境效益顯著。制漿造紙企業(yè)是規(guī)?；倪B續(xù)生產(chǎn)型企業(yè)，持續(xù)不斷的原料供應、均一穩(wěn)定的原料質量是正常生產(chǎn)進行的基本保障。蔗渣中含有大量海綿狀非纖維的雜細胞，生產(chǎn)中常稱之為蔗髓[3]。蔗髓質地松軟，吸水性強，在蒸煮中首先和藥液發(fā)生反應，影響蒸煮的均勻性，降低紙漿得率，增加化學品的消耗，紙漿濾水困難[4]，抄紙時易糊網(wǎng)粘缸，成紙強度降低[57]，紙張發(fā)脆[8]，透光點多。另外，蔗髓中硅含量較高，黑液回收困難[9]。

《造紙用原料蔗渣》標準制訂于1985年，在1999年進行了修訂[10]。在該標準中，蔗渣含髓率測定使用專用的蔗髓篩分設備和檢測方法，對蔗髓含量的測定以及蔗髓的分析研究有重要意義。然而隨著甘蔗制糖和蔗渣造紙工業(yè)的發(fā)展，原有的檢測過程和設備在蔗渣制漿企業(yè)中應用較少。根據(jù)廣西造紙行業(yè)協(xié)會在廣西造紙企業(yè)中的調查發(fā)現(xiàn)，目前企業(yè)大多是執(zhí)行企業(yè)標準，使用的設備多為干式振動框篩，配有標準的10目和20目不銹鋼篩網(wǎng)，篩分設備的構造和測試方法均有所不同，指標要求等差別較大，不同企業(yè)之間數(shù)據(jù)無可比性。因此針對企業(yè)目前的情況，尋找一種能夠準確快速分析蔗髓含量、滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)需求的蔗髓篩分設備很有必要。本實驗在調研不同企業(yè)的蔗髓測定方法的基礎上，選擇3種常用的實驗室篩分設備，研究了蔗髓的篩分方式、化學組分、形態(tài)、組織結構等幾個方面，為分析蔗渣含髓率的快速檢測方法提供參考。

1實驗

11原料

蔗渣，取自廣西某制漿造紙企業(yè)的原料堆場，已在料場露天堆放3個月，未經(jīng)除髓。經(jīng)風干后，放入密封袋儲存?zhèn)溆谩?/p>

12蔗髓篩分方式

風干蔗渣試樣，分別采用以下設備進行蔗渣含髓率測定的篩分實驗：頂擊式標準振篩機（SDB V-Φ200，不銹鋼篩網(wǎng)，篩子搖動次數(shù)（221±5）次/min，頂擊次數(shù)（147±3）次/min，篩子往復搖動行程125 mm）；拍擊式標準振篩機（SDB200B，不銹鋼篩網(wǎng)，搖動（旋轉）次數(shù)290次/min，拍擊次數(shù)156次/min，拍擊高度38 mm）；數(shù)顯調速多用振蕩器（HY2A，不銹鋼篩網(wǎng)，頻率310次/min，往復運動）。

實驗方法：將10目標準篩、20目標準篩按順序疊好，將絕干蔗渣試樣倒在10目標準篩框內，蓋好，固定，啟動振篩機，同時開始計時，篩60 s；將底盒中蔗髓全部轉移入稱量容器中，稱量，記錄，計算。

13蔗髓化學成分分析

取篩后的蔗髓部分，經(jīng)植物粉碎機粉碎，取顆粒大小在40～60目之間的蔗髓原料備用。

131灰分測定

蔗髓灰分含量按照 GB/T 742—2008 測定。

132抽出物含量測定

蔗髓的苯醇抽出物含量按照GB/T 26776—1994測定。

133木素含量測定

Klason木素：按照 GB/T 26778—1994 中72%硫酸法測定，經(jīng)苯醇抽提后的蔗髓樣品在20℃用濃酸水解2 h，再用3%硫酸煮沸水解4 h。用已恒質量的G4玻璃濾器（過濾孔徑3～4 μm）過濾，用熱蒸餾水洗滌并烘干至恒質量，即得到Klason木素。

酸溶木素含量：上述過程濾液用3%硫酸溶液稀釋一定倍數(shù)，并以3%硫酸作參比液，采用德國耶拿SPECORD50 PLUS紫外分光光度計測定波長205 nm處特征吸收峰的吸收值，計算酸溶木素的含量。

134綜纖維素含量測定

按照GB/T267710—1995的亞氯酸鈉法處理蔗髓原料，并按GB/T 742—2008測定綜纖維素中的灰分含量。

14蔗髓纖維形態(tài)與組織結構分析

141纖維樣品制備

將蔗髓試樣放在水中多次煮沸，并換水多次，以排除試樣中的空氣。然后，用 1∶1（體積比）的冰醋酸和過氧化氫（30%～35%）溶液將試樣在60°C下浸泡約30～48 h，以使試樣變白、分散。分散好的試樣經(jīng)過充分洗滌后，備用。

142蔗髓纖維形態(tài)分析

將試樣制成質量分數(shù)005%的懸浮液備用。取一定量的蔗髓懸浮液到纖維分析儀（Metso FS300）中分析蔗髓纖維形態(tài)。

143蔗髓組織結構分析

光學顯微鏡：按照GB/T 10336—1989規(guī)定的顯微鏡制片方法，通過光學顯微鏡對蔗髓的組織結構進行觀察。

掃描電子顯微鏡：取少量試樣均勻分散于水中，經(jīng)砂芯漏斗抽濾后的濾餅置于40°C真空干燥箱中干燥4 h，冷卻后噴金，用掃描電子顯微鏡分析表面形貌。

2結果與討論

21蔗渣含髓率的測定

蔗渣含髓率是指絕干蔗渣經(jīng)10目標準篩及20目標準篩篩60 s后，篩出的蔗髓量，以百分數(shù)表示。本實驗中分別采用頂擊式標準振篩機（以下簡稱頂擊篩）、拍擊式標準振篩機（以下簡稱拍擊篩）、數(shù)顯調速多用振蕩器（以下簡稱振蕩器）測定蔗渣含髓率，實驗結果如表1所示。

表13種設備測定的蔗渣含髓率%

篩分方式蔗渣含髓率標準偏差頂擊篩3551275拍擊篩2717318振蕩器3756281注表中數(shù)據(jù)為測試30次結果的平均值。從表1可以看出，振蕩器蔗渣含髓率數(shù)值偏高，與頂擊篩較為接近，拍擊篩蔗渣含髓率最小。振蕩器底盒蔗髓中細小纖維較多，20目篩上蔗渣試樣中細碎試樣較多（或為蔗髓），振蕩器的運動方式為左右往復運動，頻率較快，底層的蔗髓篩下后，因無翻轉，中上層的蔗渣難以篩得充分，而底層小一些的纖維又容易被篩落。頂擊篩與拍擊篩進行平面圓周運動的同時還有上下運動。其中拍擊篩測得的蔗渣含髓率較小，標準偏差較大，其20目篩上蔗渣試樣量較大，其拍打裝置位于頂部，對下部的20目篩作用較小，使得大部分蔗渣試樣留于20目篩中，以至于篩落的蔗髓量較小。頂擊篩蔗渣含髓率的標準偏差最小，儀器重復性較好，其產(chǎn)生上下運動的裝置位于底部，能更好起到篩分作用。由表1數(shù)據(jù)和篩分效果可以看出，篩分設備的運動方式對蔗渣含髓率的測定有較大影響。

22蔗髓化學組分的分析

蔗髓的化學組分分析如表2所示。從表2可以看出，采用不同設備篩分出的蔗髓中綜纖維素含量接近，在8210%～8320%之間；灰分在359%～538%之間，其中振蕩器最高，而拍擊篩的最少；Klason木素含量差別較大，在1050%～1421%之間，而酸溶木素的含量差別不大。苯醇抽出物含量變化不大，在088%～122%之間，拍擊篩稍低于頂擊篩和振蕩器。

23蔗髓形態(tài)與組織結構分析

231蔗髓纖維的長寬分析

蔗髓纖維的平均長寬結果如表3所示，3種設備篩分的蔗髓中纖維重均長度在109～126 mm，明顯小于蔗渣纖維的平均長度（173 mm），平均寬度也小于蔗渣纖維平均寬度（225 μm）[11]。3種篩分方式得到的蔗髓與蔗渣相比，纖維相對較小，表明頂擊篩、拍擊篩和振蕩器均可以有效地篩分出蔗渣中的蔗髓部分。

與頂擊篩和拍擊篩不同的是，振蕩器篩分出的蔗髓中纖維的重均寬度為2056 μm，明顯大于其他兩種蔗髓，長度和寬度均較為接近蔗渣纖維。蔗髓的纖維長寬分布如圖1所示，3種篩分方式得到的蔗髓中纖維的長寬分布較為接近。從圖1的蔗髓纖維長度分布中可以看出，振蕩器篩分的蔗髓中長纖維（>100 mm）的比例較高，接近50%。這是由于采用振蕩器篩分時，會有較多的長纖維被篩分出來，造成測得的蔗髓含量數(shù)值較高（見表1）。

拍擊篩篩分出的蔗髓中短纖維含量較高，尤其是長度在040～100 mm的比例接近40%，寬度較小的纖維比其他兩種蔗髓要小。頂擊篩篩分出的蔗髓纖維的長寬小的占比較高。

232蔗髓組織結構分析

蔗髓的組織結構如圖2和圖3所示。由圖2（a）可見，蔗髓中含有大量的呈長方形的雜細胞，大小差別較大，這些雜細胞經(jīng)過濾后會形成片狀結構（見圖3（a）），其進入紙漿中會對濾水性產(chǎn)生影響[4，6]。蔗髓中的纖維狀細胞較少，長度較短，寬度較小，均在20 μm。還可以看出篩分出的蔗髓細胞形態(tài)與蔗渣有較大不同，蔗髓細胞以片狀的雜細胞為主，這部分的雜細胞主要來源于甘蔗的髓部，在制漿之前應盡量篩分出來。

3結論

31采用頂擊式標準振篩機、拍擊式標準振篩機和數(shù)顯調速多用振蕩器3種篩分方式對蔗渣進行篩分除髓，測得的含髓率有較大差別，與各個設備的運動方式有關。平面圓周運動同時上下振動的方式有利于蔗髓的篩分，其中頂擊式篩分效果更加穩(wěn)定均衡。

32與蔗渣相比，3種篩分方式篩出的蔗髓中綜纖維素含量較高，超過表3蔗髓纖維長寬分析

篩分方式纖維長度/mm纖維寬度/μm細小纖維含量/%數(shù)均L（n）長均L（l）重均L（w）數(shù)均L（n）長均L（l）重均L（w）數(shù)均L（n）長均L（l）頂擊篩035±0001069±0001116±0041672±0311643±0081651±0704098±1201303±035拍擊篩034±001066±001109±0041635±0241593±0311587±0144143±0511060±022振蕩器036±001073±002126±0041643±0181631±0142056±0374029±0081289±027

圖1蔗髓纖維的長寬分布圖圖2蔗髓組織結構的光學顯微鏡圖圖3蔗髓組織結構的掃描電鏡圖80%；而木素含量較小，僅有蔗渣木素含量的50%左右。

33蔗髓中細胞的平均長度和寬度均較小，分布較為集中。通過形貌觀察可以看出蔗髓中除含有較多薄壁細胞外，還有較多的細短的纖維狀細胞。

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