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(xué)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(jiǎn)易刮麻器或機(jī)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(shí)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(shí)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(jiǎn)易刮麻器[2-3]、人力反拉式苧麻剝麻機(jī)[4-5]、橫向大型直喂式剝麻機(jī)[6-7]等大量苧麻剝制機(jī)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?jiǎng)冎茩C(jī)械為簡(jiǎn)易刮麻器、人力反拉和回拉式剝麻機(jī)等小型機(jī)械。簡(jiǎn)易刮麻器操作簡(jiǎn)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(jī)效率較簡(jiǎn)易刮麻器提高，但需人力反拉，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，剝制的原麻外觀和色澤不及簡(jiǎn)易刮麻器剝制的，因此市場(chǎng)價(jià)格不及簡(jiǎn)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(jī)在苧麻種植區(qū)大量推廣，成為主要的剝制機(jī)械之一。不同剝麻機(jī)剝制原麻在色澤、出麻率和含膠率方面存在差距，但目前對(duì)苧麻機(jī)剝麻的質(zhì)量沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。不同機(jī)械剝制苧麻原麻市場(chǎng)價(jià)格有所不同[8,12]，一般手工麻比機(jī)剝麻價(jià)格貴，但是采用苧麻剝麻機(jī)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(jī)械對(duì)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(hào)[14]為試驗(yàn)材料，利用不同剝麻機(jī)剝制從原麻顏色、出麻率、單纖維強(qiáng)力和化學(xué)成分含量差異四方面進(jìn)行探討，以期為苧麻剝麻機(jī)的推廣及改進(jìn)、苧麻原麻收購的定價(jià)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試苧麻品種為中苧3號(hào)，2016年種植于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所長沙創(chuàng)新試驗(yàn)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(yàn)規(guī)程[15]進(jìn)行施肥和田間管理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

沅江2號(hào)簡(jiǎn)易刮麻器、回拉式剝麻機(jī)、反拉式剝麻機(jī)，沅江市草尾鎮(zhèn)三星機(jī)械廠;3nhNR10QC型色差儀，深圳市三恩時(shí)科技有限公司；YG001D型單纖維強(qiáng)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(dá)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(fēng)干燥箱，上?？坪銓?shí)業(yè)發(fā)展有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1不同機(jī)械剝麻方法 簡(jiǎn)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(shí)每次取木架上4～5片麻皮，麻殼朝上平放進(jìn)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(jī)(配3.31 kW柴油機(jī)，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(jī)內(nèi)向回拉，然后將莖稈換向加工另一端，機(jī)器將破碎的麻骨清理干凈。

反拉式剝麻機(jī)(配7.35 kW柴油機(jī)，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(duì)滾式剝麻滾筒將苧麻莖稈自動(dòng)拉入，實(shí)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(jì)算 試驗(yàn)于2019年5月31日頭麻工藝成熟期進(jìn)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(jī)械進(jìn)行剝制，每種剝制機(jī)械設(shè)置三次重復(fù)。剝制后的原麻曬干并稱重，用于后續(xù)試驗(yàn)。

1.3.3原麻顏色測(cè)定 采用色差儀測(cè)定原麻顏色，該色差計(jì)采用8°方向照明擴(kuò)散受光方式，測(cè)定光源為內(nèi)置D65標(biāo)準(zhǔn)光源，測(cè)量口徑4 mm，選用CIELAB色空間。色度學(xué)指標(biāo)L*為明度值；a*為紅綠色度值，正值代表紅色度，負(fù)值代表綠色度；b*為黃藍(lán)色度值，正值代表黃色度, 負(fù)值代表藍(lán)色度。選取原麻梢部、中部、根部顏色較均勻處分別進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)部位測(cè)定3次取平均值。

1.3.4單纖維強(qiáng)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(yàn)測(cè)試中心測(cè)定苧麻纖維拉伸斷裂強(qiáng)度[16]。測(cè)試設(shè)置參數(shù)為拉伸速度30 mm·min-1，測(cè)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(cè)定 稱取3 g烘干苧麻原麻試樣(每個(gè)樣品3個(gè)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(cè)定化學(xué)成分[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，采用SAS 9.4軟件進(jìn)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(jī)對(duì)剝制原麻出麻率的影響

反拉式剝麻機(jī)剝制原麻結(jié)成條塊，手感較硬，并且殘留部分麻骨。簡(jiǎn)易刮麻器剝制與回拉式剝麻機(jī)剝制原麻相互分離，手感稍軟，沒有麻骨殘留。從出麻率測(cè)定結(jié)果(表1)看，簡(jiǎn)易刮麻器剝制與回拉式剝麻機(jī)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(jī)的出麻率Table 1 Fresh weight stripping percentage of 3 kinds of ramie decorticators

2.2 不同剝麻機(jī)對(duì)剝制原麻顏色的影響

顏色是苧麻原麻質(zhì)量評(píng)定的指標(biāo)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(jī)剝制的原麻，簡(jiǎn)易刮麻器剝制的呈青白色，回拉式剝麻機(jī)剝制的為黃褐色，反拉式剝麻機(jī)剝制的為深褐色(圖1)。簡(jiǎn)易刮麻器剝制的原麻外觀色澤最佳，反拉式剝麻機(jī)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(jiǎn)易刮麻器剝制的原麻明度最亮，明顯亮于回拉式剝麻機(jī)和反拉式剝麻機(jī)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(duì)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(jī)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(jī)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(jī)對(duì)剝制原麻單纖維強(qiáng)力的影響

三種方式剝制的原麻單纖維強(qiáng)力均在25～30 cN之間，三者之間存在顯著差異，單纖維強(qiáng)力最大的是簡(jiǎn)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(jī)剝制的原麻，其值為25.86 cN，較簡(jiǎn)易刮麻器剝麻低13.2%(表3)。

表3 三種剝麻機(jī)剝制的原麻單纖維強(qiáng)力Table 3 Difference of single fiber strength among 3 kinds of ramie decorticators

2.4 不同剝麻機(jī)對(duì)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(jiǎn)易刮麻器剝制的原麻，最低的是回拉式剝麻機(jī)剝制的原麻。果膠含量在3%～6%之間，回拉式剝麻機(jī)剝制的原麻含量最高，為5.73%，與反拉式剝麻機(jī)剝制的原麻無顯著差異，兩者顯著高于簡(jiǎn)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(jiǎn)易刮麻器與回拉式剝麻機(jī)剝制麻含量差異不顯著，但顯著低于反拉式剝麻機(jī)剝制原麻。反拉式剝麻機(jī)剝制麻3種膠質(zhì)含量之和最高，達(dá)28.21%，顯著高于其他兩者，簡(jiǎn)易刮麻器剝制麻與回拉式剝麻機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)剝制的原麻產(chǎn)量和質(zhì)量的差異。苧麻單纖維斷裂強(qiáng)力是評(píng)價(jià)苧麻纖維性能好壞的重要指標(biāo)之一[18]，苧麻纖維的強(qiáng)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(jī)雖然滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)對(duì)原麻的纖維強(qiáng)力產(chǎn)生影響。剝麻機(jī)剝制原麻單纖維強(qiáng)力比簡(jiǎn)易手工剝麻器略有下降，但三種剝麻機(jī)剝制原麻的單纖維強(qiáng)力均在25 cN以上，仍遠(yuǎn)高于陸地棉纖維強(qiáng)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(jī)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(duì)后續(xù)脫膠等加工造成一定的影響[22]，回拉式剝麻機(jī)與簡(jiǎn)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(jī)剝制的原麻3種主要膠質(zhì)成分之和也無顯著差異，進(jìn)一步驗(yàn)證了出麻率一致的結(jié)果。但外觀品質(zhì)上，回拉式剝麻機(jī)剝制麻顏色偏黃，不如簡(jiǎn)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(jī)刀片對(duì)麻刮力大小的差異造成的?；乩絼兟闄C(jī)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(dòng)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(jī)所用刀片為直角型刀片，正面剝制苧麻纖維，阻力大，所需動(dòng)力大?；乩絼兟闄C(jī)同簡(jiǎn)易刮麻器剝制力度小，細(xì)胞組織受損程度低，細(xì)胞受損后，酚氧化酶釋放出來，在空氣中氧的作用下，受損細(xì)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(jī)力度大，細(xì)胞組織受損嚴(yán)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(dá)到頭白尾凈全身無殼的要求[23]，因此兩種剝麻機(jī)在剝制麻的顏色控制上有待改進(jìn)。

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