汉麻生物质综合利用郝新敏

汉麻生物质综合开发与利用

郝新敏1，高明斋2，杨元 2

（1 总后勤部军需装备研究所，北京，100082；

2 汉麻产业投资控股有限公司，云南，666200）

摘要：汉麻是一种古老而又新兴的生物质资源，重新审视并合理开发利用汉麻生物质资源，将为农民开辟一个新的增收渠道，为我国新农村建设提供一个良好机遇。同时对保障能源安全、保护环境、促进社会经济可持续发展也有着非常重要的意义。本文介绍了汉麻生物质资源的低碳环保特性，重点介绍了汉麻纤维低碳环保加工技术和汉麻在低碳环保纺织品、原生态汉麻秆芯人造板材以及生物制药等领域的综合利用现状。

关键词：汉麻，生物质，低碳环保，综合利用

1 汉麻的低碳环保性

汉麻是一种生命力很旺盛的作物，除极地和热带雨林外，在世界各地几乎都可以生长。我国是世界上最早栽培和使用汉麻的国家之一，距今已超过6000年。通过深入研究表明，汉麻是一种具有突出“低碳品质”的高值生物质资源，并且是可以在多个行业利用的工业原材料，具有以下特点：

1.1 生态性

汉麻与其他植物有良好的可共性，不与粮、棉、油争地，对土质要求不高，山坡地、荒地和盐碱地等都能种植，根系使土壤中氧含量和肥力得到提高,土壤不板结。汉麻是速生植物，其叶子更新快，对虫害的耐受力较强。与其它农作物间作，汉麻田附近的害虫会被汉麻大量的绿叶吸引过来。种植汉麻使适应并危害常见农作物的病原体及害虫的生物周期被打破，因此这些病/虫害由于汉麻的轮作被迫远离。可减少农药、杀虫剂等易造成温室气体高排放的化学药剂的使用。叶子回田后降解，养分被土壤吸收。

1.2 资源性

汉麻生物产量高，特别适合于和其他作物轮作间作。一季汉麻生长期仅为120天左右，但其生物产量高，一季杆芯的产量相当于一年速生林，每亩汉麻韧皮纤维常量可达100kg以上，最高可达200kg。汉麻的韧皮、秆芯、花、叶和根均具有很高的利用价值，是一种高值特种生物资源。

1.3 低碳性

（1）汉麻种植的碳汇效应

汉麻种植具有显着的低碳性，从种植到收获，每吨汉麻排放的CO2仅为544kg，而棉花为1680kg，而合成纤维生产CO2排放量比天然纤维高10～20倍。同时汉麻也是一种优秀的“碳汇”植物，在生长过程中通过光合作用吸收空气中的CO2，并以有机物的形式固定于植物体内，具有明显的固碳效应，是一种很好的低碳环保经济作物。据测算，种植1公顷汉麻在100天的生长周期内可以在纤维素碳中隔离并储存（螯合作用）20吨的CO2，并且在土壤中隔离并贮存另外500kg CO2。采用汉麻制造的产品也称为“碳汇产品（CO2 Sink Products）”。汉麻、黄红麻、棉花种植的碳汇效应如表1和图2所示。

CO2人均

2

排放减少0.42%。

图2 汉麻种植的碳汇效应

（说明：以上数据均是各品种单个生长周期的估算数据；棉花、黄红麻的生物量值均来源于2008年国家统计局发布的全国平均数值。汉麻生物量测量地在云南省西双版纳州勐海县。）

（2）生长过程中原料碳排放

汉麻、棉花等经济作物生长过程中，均需要施加一定的化肥量，有的甚至还需喷洒农药、杀虫剂才能达到高产的效果，但这些化学原料均属于高耗能产品，对温室气体排放构成直接影响。表2是各品种每亩均产量所用化学品量值。

表2 各品种每亩均产量所用化学品量值

（汉麻：2.5—4.1吨/公顷；黄红麻：6—9.96吨/公顷；棉花：8.08—15吨/公顷）根据Footprint Expert Model Framework v3.0提供的数据排放因子，可分别估算以上品种所用化肥农药量的二氧化碳排放当量，如图3所示（由于国内部分原料碳排放因子仍不完善，故暂且采用GBR标准进行估算得出）。

2、汉麻纤维加工技术的低碳环保性

汉麻的低碳性不仅体现在其种植与收获上, 在整个汉麻纺织品的生产过程中也是本着低碳、环保、可持续的原则，不断加大技术创新力度，引进先进设备，使产品的绿色、低碳源于原料，始于生产过程。做到了低能耗、低排放。在汉麻纤维的初始加工阶段，研制出生物脱胶技术，最大限度地避免了因化工料的使用，给环境和产品带来的污染；实施了污水处理等一系列节能减排项目；在纺纱、织造过程中，不断加大技术创新，引进新设备、开发新技术，不仅提高了产品科技含量，而且实现了低能耗、高产出。

2.1 韧皮纤维提取技术-鲜茎皮秆分离技术

研究了汉麻韧皮纤维鲜茎皮秆分离的提取方法，利用鲜茎皮秆分离设备，具有韧皮纤维产量高，损失小；韧皮纤维质量稳定，木质素含量低，长度长；加工工艺简单，生产效率高，用人少，产生成本低，满足了田间山头生产需要，解决了传统干茎加工时收割、去叶、晒干等工序用人多、效率低、运输费高等难题；加工过程无污染产生，副产物秆茎和叶子便于直接利用，有效避免了传统汉麻韧皮纤维提取时沤麻所产生的大量污水，同时解决了沤麻对秆茎性能的负面影响。

表3是手剥和皮杆分离对麻皮成分的影响。从表中可看出通过皮杆分离可有效改善麻皮质量，提高各部位纤维素含量，降低果胶，木质素，半纤维素等含量。减少后续加工的压力。

表3 手剥与先进皮秆分离成分对比

2.2

采用挤压、揉搓、振荡、拍打等物理作用方式对汉麻韧皮纤维进行机械脱胶处理，使韧皮纤维分裂度提高50%以上，确保了脱胶的高效、快速和均匀。通过筛选、育种、脱胶试验，优选了汉麻韧皮纤维生物脱胶菌种——嗜碱性革兰阳性菌种HXM—09,具有生长及繁殖能力旺盛、抗污染、适应能力强、可重复使用、易灭活脱、胶效率高等特点，菌株在14～18h内脱胶率可达60～80%。以此为基础发明了韧皮纤维液下生物——高温漂洗联合脱胶新工艺和新设备，实现了温控简单、湿度恒定、给氧均匀、循环使

用的目标，克服了传统生物脱胶由于在空气中温度、湿度、供氧难以控制而引起的脱胶不均匀的难题。，采用高温漂洗，可有效脱出半纤维素、木质素等杂质，所处理纤维更均匀，所用碱浓度仅为常规化学脱胶的10%，取代了传统的浸酸——碱煮化学脱胶方式。

机械+生物+高效漂洗”三位一体脱胶技术首次实现麻类韧皮纤维连续机械化加工。由于能耗、化工原料投入及污水排放的减少，加上脱胶微生物新陈代谢活动消耗了部分有机物，生物脱胶工艺可以很大程度上减轻无机及有机污染物排放。生产1吨精干麻所产生的高中浓度生物脱胶废水76吨左右，废水COD在2200～2500mg/L（单纯化学脱胶15000-20000 mg/L），BOD可降低到200 mg/L（单纯化学脱胶350-500 mg/L）以下，色度为1800～2300倍，污水排放量降低30%，蒸煮时间比常规缩短4倍，提高了工作效率。故生物脱胶废水易于处理达标，从而减轻污水处理构筑物负荷，节省污水处理费用。

脱胶后得到汉麻精干麻的梳成率可提高7～9%；精梳麻粒少而小，纤维整齐度高，短纤、短绒率低。生物脱胶后的精干麻外观、手感及物理性能测试中均优于化学脱胶，特别是在纤维手感及光泽上。生物脱胶后精干麻的伸长率（用于表示纤维柔软度指标）比化学脱胶精干麻提高了15%左右，且其纤维强度也有所提高，达到 4.0 cN·d-1以上。通过纺纱测试，其纤维制成率提高了4～7%，麻条不匀率下降了1%左右，成品质量较好。表4生物脱胶与传统脱胶工艺效果对比。

表4 生物脱胶与传统脱胶工艺效果对比

2.3

采用原始创新发明的分纤水洗和漂洗柔软工艺和设备，实现了汉麻韧皮纤维带状连续处理，结束了韧皮纤维分纤水洗手工或半机械化加工的历史。将传统敲麻、柔软、漂白、水洗等手工或间歇操作连续化，减轻了工人劳动强度，节约了用工，提高了生产效率；采用打出胶质单独通道排出，后工段的排水简单过滤回用到前工段，实现了大幅度降低了用水量，比常规处理节3倍左右用水，大幅度减少了用水和污染排放；连续顺直处理，保证了纤维的平直程度，减少纤维损耗和损伤，提高了纤维利用率；可控连续敲打和水洗，保证了分纤和洗涤的均匀，使脱胶更均匀，提高了纤维分裂度，从而提高了分纤加工的效果，为汉麻高支精细加工奠定了基础。由于分纤漂洗柔软设备的生产使得牵切纺成为可能，不仅提高了生产效率，同时避免了采用开松机、梳麻机所带来的麻粒多，纤维损伤严重的问题，提高了纤维得率。提高了纤维分裂度，使得汉麻高支纺纱成为可能。

采用先进的污水处理设备与工艺，在分纤水洗工序使用污水处理终水生产，可以大大减少生产中废水的产生量，对环境友好。终水回用及自来水分纤水洗所得精干麻数据对比如表5所示，使用污水处理终水与用自来水分纤水洗后的纤维的分裂度和硬条基本一致，残胶分别为2.61%及2.35%，可见使用终水分纤水洗对纤维有一定影响，但只要在一遍分纤水洗采用终水，二遍分纤水洗使用自来水，不仅对纤维影响很小，还能实现水资源重复利用。所以采用终水回用分纤水洗基本可以满足现阶段生产需求。根据上述技术在西双版纳新建的汉麻纤维加工厂，为西双版纳州中高海拨地区农民经济收入增长带来了福音，为边强工业的可持续科学发展起到了示范作用。

表5 终水回用及自来水分纤水洗所得精干麻数据对比

2.4低碳环保汉麻纺织品

汉麻韧皮、秆芯、叶都具有天然抗菌防臭、防紫外、防螨、防霉、防虫蛀等特性。通过将汉麻纤维与棉花、羊毛、羊绒、合成纤维等混纺交织，无需采用化学品后整理，即可使织物具有功能性，从而降低了能耗、减少了化学品对环境的污染。

汉麻韧皮纤维加工后，精干麻得率达到54%以上，汉麻麻条和短纤维综合得率在48%以上。长纤维麻条平均长度可根据需要在55～120mm之间调整，短纤维可在20～35mm之间调整，分裂度可达2800Nm。生产的汉麻纤维功能性强，具有天然生态性，抗菌性（抑菌率95%以上），防螨（>60%）、防霉等功能。所生产的汉麻纤维可纺性能良好，既可纯纺，也可与棉、毛、化纤等混纺，纺纱工艺简单，消耗小，成纱质量优异。目前已可纺出14、18、22、24、28、32、36、40、48、60Ne的纯汉麻纱线。汉麻可与棉、毛、丝、黏胶、合成纤维等各种比例混纺纱线。可纺出20、28、32、36、40、48、50、60、80S的55/45汉麻/棉等。可用于开发针织、机织等面料。汉麻长纤维麻条制成的60Nm纯汉麻纱单纱断裂强度28.4cN/tex，百米重量偏差4.4%，黑板条干均匀度80分；汉麻棉型短纤维与棉混纺制成80s混纺纱(55汉麻/45棉)单纱断裂强度12.1cN/tex，百米重量偏差0.7%。

3 原生态汉麻秆芯人造板材----低碳环保产品

建国以来，尤其是进入20世纪90年代以来，我国人造板产业取得了长足发展，已成为世界人造板生产大国。人造板产业属于资源依赖型产业，2009年，我国人造板年产量突破1.1亿立方米，消耗1.5亿立方米木材。随着经济的快速发展，对木材的需求量越来越大，目前需求量约为3.5亿立方米。另一方面，我国森林资源总量不足。根据国务院公布的第七次全国森林资源清查结果显示：截至2009年，中国森林面积 1.95 亿公顷；森林覆盖率 20.36%，只有全球平均水平的2/3，排在世界第139位；人均森林面积0.145公顷，不足世界人均占有量的1/4；人均森林蓄积10.151立方米，只有世界人均占有量的1/7。国际木材市场价格的上涨及木材主要出口国的政策变化，增加了中国人造板产业发展的障碍。天然林保护工程大规模实施导致木材量缩减、资源结构性短缺、原材料基地位于生态敏感带不利于采木、其他行业对木材资源的争夺都加大了人造板企业原材料危机。木材原料短缺，已经成为制约木质人造板发展的瓶颈。

汉麻秆芯产量较大，占整个汉麻产量的70-80%，通常被当做废料处理掉（或烧掉），既浪费了资源，又污染了环境。汉麻秆芯的主要成分为纤维素（约46.5%）、木质素（约21.9%）和聚戊糖（约25.4%），与木材的成分组成相似，如杨木的纤维素含量约为43.1%、木质素含量约为17%、聚戊糖含量约为22.6%.具有取代木材制备人造板材的可能性。采用原生态汉麻秆芯制造的人造板材防火阻燃性能达到B2级，甲醛释放为0，并且表面平整可以继续进行深加工，其与木质人造板性能的对比如表6所示。以原生态的汉麻秆芯为原材料，可使得人造板材产品更加符合循环经济和可持续发展的要求，具有绿色环保概念。

表6 原生态汉麻秆芯人造板材与木质人造板性能的对比

中国人造板的市场需求空间仍旧是比较广阔的。人造板产业关联度较高，建筑业、家具业、林业、包装、印刷、机械制造、交通运输等诸多行业均与人造板产业有密切关联。其中建筑业和家具业对人造板产业发展的拉动作用尤为明显。目前中国正处于城市化和工业化的重要发展阶段，在中国经济高速发展的情况下，人造板产业会与相关行业同步发展。人造板产业竞争力的加强也将带动相关产业群的发展。将汉麻秆芯在人造板制造业上的工业化利用，可有效缓解木材的供需矛盾，对于保护森林资源和人类环境具有重要的现实意义。

4 汉麻的生物药用价值

4.1 汉麻叶提取物的研究

对汉麻叶汁的初步研究表明，汉麻叶汁中的黄酮含量为0.98mg/ml，是银杏叶片中的黄酮含量（0.1 mg/ml）的9倍，并含有多种矿物质和金属元素。黄酮可以改善血液循环，可以降低胆固醇，黄酮还含有一种PAF抗凝因子，这些作用大大降低了心脑血管疾病的发病率，也可改善心脑血管疾病的症状。可见汉麻叶是一种具有很高药用价值的植物，合理的利用汉麻叶中所含丰富的矿物质和黄酮，能够使汉麻在药品、保健品和功能性食品中发挥出更多的经济效益。

4.2 汉麻籽的药用价值

汉麻籽具有很高的药用价值，人类很早就认识到汉麻籽具有治疗疾病的功效。4000多年前，古代药学家神农氏就利用汉麻籽药方治疗痛风、脚气、疟疾、风湿等疾病。后来，此药方在印度、非洲、希腊、罗马等地广为传用，开创了人类使用汉麻治疗疾病的先河。

据报道，汉麻仁对糖尿病、冠心病、痉挛、慢性咽炎、幽门梗阻所致之噎嗝、肺源性心脏病、高血压性心脏病等均有疗效。现代医学已验证汉麻籽具有增强胃肠功能、降血脂、治疗便秘等疗效。

汉麻籽油含有丰富的亚麻酸，营养试验证明对心血管疾病具有很好的防治作用。但在高温下汉麻籽中的多不饱和脂肪酸易受破坏，因此一般将汉麻籽油制成胶囊的形式。软胶囊中汉麻籽油不饱和脂肪酸含量≥75g/100g，亚麻酸含量≥15.0g/100g，维生素E≥30mg/100g。

4.3 汉麻的抗菌性能

通过对汉麻叶不同极性浸膏的抑菌作用并对其活性抑菌物质进行跟踪，发现汉麻叶的石油醚浸膏对金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌和白色念珠菌有明显(P<0.001)的抑制作用，同时低毒汉麻叶石油醚浸膏中化学物质齐墩果烯和齐墩果酸(P<0.001)的抑制作用更加明显。通过对石油醚的浸膏进行化学物质的分离，鉴定出其中的6种化合物，分别为二十四烷、二十四烷酸、β-古甾醇、豆甾醇、齐墩果烯、齐墩果酸，并且对其进行抑菌效果的跟踪，发现齐墩果烯、齐墩果酸的抑菌作用较为明显。

齐墩果酸具有消炎、镇静，强心、利尿、降血脂、降血糖以及护肝降酶、增强免疫和抑制S180瘤株生长等作用。此外，还对染色体损伤有保护作用，对实验性动脉粥样硬化有预防作用，是开发治疗肝病和降血糖等药物的有效成分。

4.4 内源性汉麻素的研究

目前已被证实的内源性汉麻素样物质(endogenous cannabinoids，EC)有两种：N-花生四烯酸氨基乙醇(anandamine)和2-花生四烯酸甘油(2-AG)，它们均具有与THC极为相似的三维结构，都能作用于CB1和CB2受体；但他们对受体的亲和力是不同的，如2-AG与CB1的亲和力小，主要作用于CB2，而小剂量的anandamine主要作用于CB1。

汉麻素能够对抗兴奋性中毒、氧化应激、低氧低糖等伤害性刺激而具有神经保护作用；在外伤性脑损伤动物模型、全脑及局灶性脑缺血动物模型以及神经退行性变和神经毒性动物模型中，也同样能观察到汉麻素的保护作用。目前，用于临床的汉麻素类药物的治疗作用十分广泛，包括治疗神经系统疾病、心血管疾病、代谢紊乱和肥胖症等。

5、结束语

减少社会经济发展对化石能源的依赖、改进技术装备，提高能源利用效率，发展低碳经济已成为一

种必然的趋势。作为一种不施肥、不用农药，田间地头均可种植的生物质资源，汉麻的独特性能使其逐步成为建材、纺织材料、复合材料的最佳原材料。采用汉麻也使上述材料和产品的生产具有更低的碳排放。发展具有低碳经济性的汉麻产业，推动汉麻的农业生产、工业加工和产品使用，既能为全社会的综合减碳做出贡献；又可促进科技进步，加快我国产业结构调整的步伐，有利于产品升级换代，为经济的可持续发展发挥巨大的作用。

参考文献（略）