不同剝制機械對苧麻纖維產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

歐文靜, 王曉飛, 喻春明, 朱愛國, 陳繼康, 陳平

(中國農(nóng)業(yè)科學院麻類研究所, 長沙 410205)

苧麻是我國特色的韌皮纖維作物，在我國具有悠久的種植歷史。苧麻韌皮纖維層與麻殼、麻骨緊密聯(lián)結(jié), 不易分離，需經(jīng)簡易刮麻器或機械剝制及后續(xù)加工才能獲得可紡纖維[1]。苧麻一年收獲三季，適時收獲才能保證纖維品質(zhì)及下一季麻的正常生長。因此，苧麻收獲剝制時間緊、任務(wù)重，是苧麻原料生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是制約我國苧麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。

為解決苧麻剝制難題，研究者發(fā)明了簡易刮麻器[2-3]、人力反拉式苧麻剝麻機[4-5]、橫向大型直喂式剝麻機[6-7]等大量苧麻剝制機械[8-11]。目前,苧麻種植以家庭和小型合作社為主，生產(chǎn)中應(yīng)用的主要剝制機械為簡易刮麻器、人力反拉和回拉式剝麻機等小型機械。簡易刮麻器操作簡單，剝制的原麻外觀色澤好，深得種植戶和企業(yè)喜愛，但其剝制效率低，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人口減少無法持續(xù)。人力反拉式剝麻機效率較簡易刮麻器提高，但需人力反拉，勞動強度較大，剝制的原麻外觀和色澤不及簡易刮麻器剝制的，因此市場價格不及簡易刮麻器剝制麻。近年來，由農(nóng)民發(fā)明家肖曉平發(fā)明的回拉式苧麻剝麻機在苧麻種植區(qū)大量推廣，成為主要的剝制機械之一。不同剝麻機剝制原麻在色澤、出麻率和含膠率方面存在差距，但目前對苧麻機剝麻的質(zhì)量沒有統(tǒng)一的標準。不同機械剝制苧麻原麻市場價格有所不同[8,12]，一般手工麻比機剝麻價格貴，但是采用苧麻剝麻機剝麻，比手工剝麻節(jié)約剝麻成本約2.0元·kg-1 [13]。為明確不同剝制機械對苧麻剝制產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，本研究以苧麻品種中苧3號[14]為試驗材料，利用不同剝麻機剝制從原麻顏色、出麻率、單纖維強力和化學成分含量差異四方面進行探討，以期為苧麻剝麻機的推廣及改進、苧麻原麻收購的定價提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試苧麻品種為中苧3號，2016年種植于中國農(nóng)業(yè)科學院麻類研究所長沙創(chuàng)新試驗基地(28°12′33.50″N，112°41′51.64″E)。廂寬3.5 m，廂溝寬0.5 m，行株間距70 cm×40 cm，按照國家苧麻生產(chǎn)試驗規(guī)程[15]進行施肥和田間管理。

1.2 試驗設(shè)備

沅江2號簡易刮麻器、回拉式剝麻機、反拉式剝麻機，沅江市草尾鎮(zhèn)三星機械廠;3nhNR10QC型色差儀，深圳市三恩時科技有限公司；YG001D型單纖維強力儀，常州常泰勒儀器科技有限公司；HC-83303FB型格蘭仕微波爐，廣東格蘭仕微波生活電器制造有限公司；120目分樣篩，臨沂五金萬達工具有限公司；ME204精密分析天平(0.000 1 g)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；101-0ES電熱鼓風干燥箱，上?？坪銓崢I(yè)發(fā)展有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1不同機械剝麻方法 簡易刮麻器屬于臥式單刀、腳踏結(jié)構(gòu)的刮麻裝置。作業(yè)時每次取木架上4～5片麻皮，麻殼朝上平放進刀口內(nèi)，左腳踩住腳踏板使刀口閉合夾緊麻皮，用手捏緊麻皮基部一次拖出而刮凈麻皮的梢部，同樣的方法將基部刮凈。

回拉式剝麻機(配3.31 kW柴油機，轉(zhuǎn)速1 500 r·min-1，重量120 kg)剝制纖維過程中，人力將苧麻莖稈從喂麻口喂入，再由機內(nèi)向回拉，然后將莖稈換向加工另一端，機器將破碎的麻骨清理干凈。

反拉式剝麻機(配7.35 kW柴油機，轉(zhuǎn)速600 r·min-1，重量250 kg)剝制纖維過程中，將苧麻莖稈從喂麻口喂入，對滾式剝麻滾筒將苧麻莖稈自動拉入，實現(xiàn)苧麻莖稈麻骨的碾壓與折斷，再將莖稈換向加工另一端。

1.3.2出麻率計算 試驗于2019年5月31日頭麻工藝成熟期進行。苧麻收獲后，去除無效株，按重量分成9份，每份15 kg。采用三種剝制機械進行剝制，每種剝制機械設(shè)置三次重復。剝制后的原麻曬干并稱重，用于后續(xù)試驗。

1.3.3原麻顏色測定 采用色差儀測定原麻顏色，該色差計采用8°方向照明擴散受光方式，測定光源為內(nèi)置D65標準光源，測量口徑4 mm，選用CIELAB色空間。色度學指標L*為明度值；a*為紅綠色度值，正值代表紅色度，負值代表綠色度；b*為黃藍色度值，正值代表黃色度, 負值代表藍色度。選取原麻梢部、中部、根部顏色較均勻處分別進行測定，每個部位測定3次取平均值。

1.3.4單纖維強力 原麻樣品送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部麻類產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心測定苧麻纖維拉伸斷裂強度[16]。測試設(shè)置參數(shù)為拉伸速度30 mm·min-1，測試次數(shù)250次，隔距20 mm。

1.3.5水溶物、果膠、半纖維素含量測定 稱取3 g烘干苧麻原麻試樣(每個樣品3個平行試樣)，扎成較為松散小麻球放入250 mL錐形瓶，并加入相應(yīng)的萃取劑，用耐酸、堿及高溫封口膜封好瓶口并充分浸泡20 min左右，放入微波爐，采用優(yōu)化條件測定化學成分[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對數(shù)據(jù)進行初步整理，采用SAS 9.4軟件進行方差分析，結(jié)果用平均值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同剝麻機對剝制原麻出麻率的影響

反拉式剝麻機剝制原麻結(jié)成條塊，手感較硬，并且殘留部分麻骨。簡易刮麻器剝制與回拉式剝麻機剝制原麻相互分離，手感稍軟，沒有麻骨殘留。從出麻率測定結(jié)果(表1)看，簡易刮麻器剝制與回拉式剝麻機剝制的出麻率沒有顯著差異，分別為3.20%和3.42%。反拉式剝制的出麻率為3.86%，顯著高于前兩者。

表1 三種苧麻剝麻機的出麻率Table 1 Fresh weight stripping percentage of 3 kinds of ramie decorticators

2.2 不同剝麻機對剝制原麻顏色的影響

顏色是苧麻原麻質(zhì)量評定的指標之一，青白色為優(yōu)等，黃白色次之，黃褐色為劣等。肉眼觀察三種剝麻機剝制的原麻，簡易刮麻器剝制的呈青白色，回拉式剝麻機剝制的為黃褐色，反拉式剝麻機剝制的為深褐色(圖1)。簡易刮麻器剝制的原麻外觀色澤最佳，反拉式剝麻機剝制的最差。利用色差儀來定量表征原麻色澤在三維空間中變化的變量值，如表2所示。3種原麻L值存在顯著差異，其中簡易刮麻器剝制的原麻明度最亮，明顯亮于回拉式剝麻機和反拉式剝麻機剝制麻。三種原麻a值差異顯著，且均大于0，說明樣品偏紅色，其中反拉式剝制的原麻為9.89，紅色相對較深。3種原麻b值也存在顯著差異，且均為正值，說明樣品偏黃色。

圖1 三種剝麻機所產(chǎn)苧麻原麻Fig.1 Ramie fiber peeled by 3 kinds of ramie decorticators

表2 三種剝麻機剝制的原麻顏色Table 2 Difference of fiber color among 3 kinds of ramie decorticators

2.3 不同剝麻機對剝制原麻單纖維強力的影響

三種方式剝制的原麻單纖維強力均在25～30 cN之間，三者之間存在顯著差異，單纖維強力最大的是簡易刮麻器剝制的原麻，其值為29.80 cN，最小的是反拉式剝麻機剝制的原麻，其值為25.86 cN，較簡易刮麻器剝麻低13.2%(表3)。

表3 三種剝麻機剝制的原麻單纖維強力Table 3 Difference of single fiber strength among 3 kinds of ramie decorticators

2.4 不同剝麻機對剝制原麻主要膠質(zhì)成分的影響

苧麻中膠質(zhì)成分主要為水溶物、果膠、半纖維素。如表4所示，3種原麻水溶物含量在5.5%～8.5%之間，三者存在顯著差異，含量最高的是簡易刮麻器剝制的原麻，最低的是回拉式剝麻機剝制的原麻。果膠含量在3%～6%之間，回拉式剝麻機剝制的原麻含量最高，為5.73%，與反拉式剝麻機剝制的原麻無顯著差異，兩者顯著高于簡易刮麻器剝制的原麻。不同原麻半纖維素含量在14%～16%之間，簡易刮麻器與回拉式剝麻機剝制麻含量差異不顯著，但顯著低于反拉式剝麻機剝制原麻。反拉式剝麻機剝制麻3種膠質(zhì)含量之和最高，達28.21%，顯著高于其他兩者，簡易刮麻器剝制麻與回拉式剝麻機剝制的原麻間無顯著差異，結(jié)果與出麻率一致。

表4 三種剝麻機剝制的原麻主要膠質(zhì)成分Table 4 Difference of main colloid components among 3 kinds of ramie decorticators

3 討論

機械化剝制一直是苧麻作物產(chǎn)業(yè)化中的難題。本研究比較了三種剝麻機剝制的原麻產(chǎn)量和質(zhì)量的差異。苧麻單纖維斷裂強力是評價苧麻纖維性能好壞的重要指標之一[18]，苧麻纖維的強力在各種麻類纖維中是最大的[19]，平均在19.6～29.4 cN左右[20]。本研究中，回拉式和反拉式剝麻機雖然滾筒轉(zhuǎn)動方向不同，但是在剝麻過程中，均通過滾筒多刀片的擠壓、打刮，將莖稈上麻骨打碎，因此會對原麻的纖維強力產(chǎn)生影響。剝麻機剝制原麻單纖維強力比簡易手工剝麻器略有下降，但三種剝麻機剝制原麻的單纖維強力均在25 cN以上，仍遠高于陸地棉纖維強力(3.92～10.78 cN)。

苧麻剝制過程中，隨著正壓力增大，剝制的纖維含膠率降低，因此出麻率降低，但麻纖維質(zhì)量得到提高[21]。反拉式剝麻機的出麻率高，原麻顏色深褐色，外觀品質(zhì)較差，且手感粗硬，殘留部分麻骨，殘膠率也較高，對后續(xù)脫膠等加工造成一定的影響[22]，回拉式剝麻機與簡易刮麻器得到的原麻纖維較柔軟，沒有麻骨殘留，出麻率分別為3.20%和3.42%，差異不顯著，兩種剝麻機剝制的原麻3種主要膠質(zhì)成分之和也無顯著差異，進一步驗證了出麻率一致的結(jié)果。但外觀品質(zhì)上，回拉式剝麻機剝制麻顏色偏黃，不如簡易刮麻器剝制的原麻明亮。造成顏色差異的原因可能是由于剝麻機刀片對麻刮力大小的差異造成的?；乩絼兟闄C采用螺旋形刀片，刀片與苧麻纖維間不是正面接觸，因此省力，所需動力小，很容易將麻骨與表皮去掉，因此總含膠量和出麻率低；而反拉式剝麻機所用刀片為直角型刀片，正面剝制苧麻纖維，阻力大，所需動力大?；乩絼兟闄C同簡易刮麻器剝制力度小，細胞組織受損程度低，細胞受損后，酚氧化酶釋放出來，在空氣中氧的作用下，受損細胞內(nèi)的酚類化合物被氧化成醌類化合物，顏色變黃；而反拉式剝麻機力度大，細胞組織受損嚴重，流出汁液偏多，黏附在纖維外表面，隨著反應(yīng)量的增加顏色逐漸加深，最后變成深褐色。優(yōu)質(zhì)苧麻原麻需達到頭白尾凈全身無殼的要求[23]，因此兩種剝麻機在剝制麻的顏色控制上有待改進。

反拉式剝麻機和回拉式剝麻機相對于簡易刮麻器都提高了功效，縮短了用時，但是兩種機械比較，反拉式剝麻機質(zhì)量大所需動力大，田間靈活性和操作便利性不如回拉式剝麻機；在剝制質(zhì)量方面也不如回拉式剝麻機，因此回拉式苧麻剝麻機比反拉式剝麻機具有較大的優(yōu)勢，具有取代反拉式剝麻機的潛力。