亞麻原莖脫膠技術研究進展

吳真真　趙丹　劉鵬飛　廖上峰

摘要：亞麻纖維具有吸濕透氣的特性和抗菌保健的功效，在紡織品市場倍受青睞。亞麻原莖中的束狀纖維由復雜膠質粘連在一起，去除膠質獲得可紡纖維的過程稱為脫膠。常用脫膠技術可分為生物脫膠、酶法脫膠、理化脫膠和聯合脫膠。本文論述了不同類型亞麻原莖脫膠技術的工藝流程、應用現狀及優劣之處。

關鍵詞：亞麻；纖維；脫膠

中圖分類號：Q94 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）31-0069-02

亞麻（Linum usitatissimum）是一年生草本植物，在歐洲和亞洲的許多溫帶地區國家都有種植。在我國，亞麻種植區集中在黑龍江、新疆和湖南等省份。亞麻原莖中的纖維呈束狀，是人類最早使用的天然植物纖維。亞麻纖維具有吸濕透氣的特性和抗菌保健的功效，在紡織品市場倍受青睞，供不應求。束狀亞麻纖維存在于亞麻原莖中，由復雜的膠質組分粘連在一起。亞麻原莖脫膠指去除膠質獲得可紡纖維的過程，稱為脫膠：即將收割晾曬好的亞麻原莖浸入水中，利用生物、物理或化學方法，降解膠質，使纖維與膠質和韌皮部脫離。脫膠是纖維生產中的關鍵環節，直接影響纖維質量[1]。我國是僅次于歐盟的世界第二大亞麻纖維產區，但仍需從歐盟進口其總產量70～80%的亞麻纖維。為了提高國產亞麻纖維質量，實現亞麻原料進口從80%降至60%的“十二五”規劃目標，改進亞麻纖維生產工藝的技術革新迫在眉睫。目前常用的亞麻原莖脫膠技術有生物脫膠、酶法脫膠、物理脫膠、化學脫膠以及聯合脫膠。本文將詳細介紹上述脫膠技術的流程、原理、應用現狀及優劣之處。

一、亞麻原莖生物脫膠

在亞麻原莖的漚制過程中，原莖及水中天然存在的微生物產生胞外蛋白即脫膠酶，通過酶促反應降解膠質，即為生物脫膠。膠質組分主要是兩大類物質，一是果膠質，由D-半乳糖醛酸以1，4-糖苷鍵構成的高分子聚合物；二是半纖維素，主要包含甘露聚糖和木聚糖。因此，要徹底降解膠質，需要果膠酶、甘露聚糖酶和木聚糖酶等脫膠酶的協同作用。

目前我國亞麻纖維生產行業應用的主要脫膠技術是溫水漚麻——天然脫膠，即利用亞麻原莖上天然微生物發酵作用產生的果膠酶和半纖維素酶類等脫膠酶，去除果膠和半纖維素物質，使亞麻韌皮部與木質部分離，同時保留部分連接單纖維之間的膠質，以保證亞麻纖維的可紡性。與傳統的化學脫膠和物理脫膠技術相比，這一過程依靠酶的作用降解膠質，果膠和半纖維素等大分子膠質降解為小分子物質溶入水中，在緩和的環境中完成脫膠過程，提取純凈纖維，具有專一性強、作用條件溫和、纖維產量高、加工質量好、環境污染輕和簡單易行等優點，應用前景廣闊。但是，亞麻原莖上存在的天然微生物種類繁多，產生脫膠酶酶系組分單一、酶活偏低，限制了脫膠的效率和效果。生物脫膠指在漚麻過程中人為加入具有脫膠酶產生活性的微生物菌株，促進“膠養菌、菌產酶、酶脫膠”的高效脫膠進程，縮短亞麻纖維生產周期并提高纖維質量。為了提高亞麻原莖生物脫膠的效率，許多研究者嘗試將具有脫膠酶活性的微生物接種到溫水漚麻體系中，期望其成為優勢菌群，加速脫膠進程。生物脫膠具有反應條件溫和、不影響纖維質量的優點。作者所在的課題組從溫水漚麻液中分離出蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus）和地衣芽孢桿菌（B.licheniformis）并開展了亞麻生物脫膠的應用研究。首先，這兩個菌株是漚麻系統中的土著細菌，在脫膠實踐中具有良好的生物相容性。其次，這兩株菌具有脫膠酶系組分豐富，可同時產生果膠酶、甘露聚糖酶、半乳糖醛酸酶和木聚糖酶，并且有脫膠酶產量高的優良特性。最重要的是，這兩株細菌均不產生纖維素酶，即脫膠過程中不損傷亞麻纖維質量。將這兩株脫膠細菌活化、擴大培養后回接入漚麻體系，有效促進了脫膠進程，縮短了纖維生產周期[2-4]。溫水漚麻工藝的改進具有現實的實踐指導意義，而且對振興東北老工業基地經濟發展也將起到積極的推動作用。此外，生物脫膠技術在與亞麻相似的經濟作物黃麻[5]和大麻[6]原莖脫膠中也取得了很好的效果。黑龍江省作為我國亞麻主產區，具有地域種植及纖維生產優勢。

二、亞麻原莖酶法脫膠

由于生物脫膠的實質是微生物胞外蛋白即酶的作用結果，許多研究者利用微生物粗酶液或純酶進行亞麻原莖脫膠。王路等以天然漚麻為對照，與酶法漚麻脫膠動態做了比較研究，結果表明：天然溫水漚麻過程中的總氮含量、總糖含量、還原糖含量均大于酶法脫膠，而pH值則小于酶法脫膠液的pH值[7]。Sampriya等報道了擔子菌綱酵母菌Pseudozyma sp. SPJ菌株具有果膠酶產生活性，同時無纖維素酶產生能力。該菌能在漚麻液中生長良好，無需補充其他營養物質，并獲得較好的脫膠效果。以桔皮粉這一廉價原料為碳源，發酵所得的該菌發酵液上清為粗酶液。將該菌株粗酶液加入亞麻漚制體系，與不加菌和不加粗酶液的天然漚制亞麻原莖相比，顯著提高纖維失重率和纖維質量，同時降低了生產廢水的污染物含量[8]。Tian等人的結果表明，酶法漚麻對于改善亞麻纖維質量有顯著促進作用，與天然漚麻獲得的纖維相比，具體表現為：果膠質降解率顯著提高，纖維素損傷可以忽略不計。與此同時，酶法漚麻周期更短、長纖維強度更高，漚麻廢水中的污染物濃度顯著降低[9]。與生物脫膠相比，加入粗酶液或純酶雖然顯著提高了脫膠效率，但制備酶液延長了生產周期，購買酶制劑提高了生產成本。因此酶法脫膠技術在亞麻纖維生產行業尚未得到廣泛推廣。

三、亞麻原莖理化脫膠

物理和化學方法也被用于亞麻原莖的脫膠工藝實踐中。加拿大學者Nair等的報道表明，將亞麻原莖在微波（microwave）中預處理20分鐘后，漚制24～36小時，這一工藝處理的亞麻原莖可以在縮短生產周期的同時，也使漚麻廢水中污染物大幅減少，同時獲得了質量優良的可紡纖維。微波強度與微波處理時間，與纖維失重率、纖維強度、膠質含量等質量參數顯著相關[10]。此外，超聲（ultrasonic）在麻類作物的脫膠過程中能有效降解膠質。已報道用于亞麻原莖脫膠的化學試劑有尿素過氧化物[11]、過碳酸鈉[12]等。物理法和化學法雖然對去除膠質有一定幫助，但往往具有局限性：物理法需要較為昂貴的設備投入，化學法則污染環境并可能損傷纖維質量。

四、亞麻原莖聯合脫膠

上述亞麻原莖脫膠方法各有優劣，因此研究者嘗試將多種脫膠技術聯合應用，期望獲得最佳纖維生產工藝。Guo等聯合運用生物、化學和酶法脫膠技術，利用一株芽孢桿菌屬細菌Bacillus sp. Y1、過氧化氫以及蛋白酶的協同作用，實現了復雜膠質的快速、徹底降解[13]。Liu等則將酶法脫膠與化學脫膠技術聯合應用，在漚麻體系中加入堿性果膠酶與過碳酸鈉，獲得了高質量的亞麻纖維[12]。

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