摘要：苧麻酶脫膠法是一種高效能、優(yōu)質(zhì)量、無污染的脫膠方法，它是直接利用微生物發(fā)酵后期產(chǎn)生的胞外酶或酶制劑降解苧麻的膠質(zhì)，使得苧麻纖維釋放出來。到目前為止，國內(nèi)外的科研人員在這方面已經(jīng)進行了大量的研究，篩選了許多不同的脫膠菌，包括需氧菌和厭氧菌等用于苧麻的脫膠。相比化學(xué)脫膠，苧麻的酶脫膠具有提高精干麻的質(zhì)量、大幅度降低環(huán)境污染等顯著的優(yōu)點，是苧麻脫膠未來的主要發(fā)展方向，有著不可估量的前途。同時，隨著酶脫膠技術(shù)在工業(yè)化生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用，酶的使用量勢必大幅度增加，從而將帶動酶工業(yè)的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：苧麻，脫膠，果膠酶，半纖維素酶
中圖分類號：Q93 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0253。
我國是苧麻的故鄉(xiāng)。昔時稱中國草的苧麻，主要分布在湖南、江西、湖北、四川、安徽、貴州、廣西、浙江、江蘇等省。苧麻纖維是一種特殊的衣著原料，這是因為苧麻纖維具有拉力強、柔軟性好、吸濕和散熱快、膨脹率大、抗腐蝕、導(dǎo)電小、耐酸堿等特性。苧麻制品由于這些特性而深受國外消費者的歡迎，使得近年來我國苧麻制品的出口不斷擴大，特別是歐洲市場一直呈上升之勢。目前，我國苧麻的年產(chǎn)量達(dá)到36萬噸左右，占世界總產(chǎn)量的85％以上，是世界苧麻生產(chǎn)和出VI大國。在我國加入WTO以后，國內(nèi)紡織、服裝行業(yè)迅速發(fā)展，苧麻紡織需求量也大幅度增長，而苧麻產(chǎn)品也不再受配額限制，這就意味著可以大量打入歐美市場，因此苧麻及其制品將得到更大的發(fā)展。然而，在苧麻等麻類作物中，除了含有纖維外，還有一些膠質(zhì)存在，如果不除去這些膠質(zhì)就會影響苧麻纖維的質(zhì)量，不能做紡織用。因此，在作紡織用之前，要把苧麻原麻中的這25％ ～30％ll 的膠質(zhì)脫去，釋放出纖維使其呈單纖維分離狀態(tài)，以達(dá)到紡織要求
1 膠質(zhì)復(fù)合體
膠質(zhì)的主要成分為果膠、半纖維素和木質(zhì)素等_2J。果膠物質(zhì)是以a一1，4一糖苷鍵連接幾百個半乳糖醛酸殘基的高分子化合物_3 J，大多以其鈣、鎂鹽的形式存在。半纖維素是指天然植物韌皮中聚合度較低(聚合度為200左右)，較易溶于稀堿溶液的多糖類物質(zhì)中除去果膠之外的物質(zhì)的統(tǒng)稱。半纖維素主要以共聚物(徹底水解產(chǎn)物中有2種或2種以上的單糖)的形式存在，完全水解產(chǎn)物中有以下單糖：葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸及鼠李糖、巖藻糖等。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中含有較多的甲氧基、羥基、羧基及雙鍵等，其中羥基包括酚羥基和醇羥基。在果膠和半纖維素大分子中都包含有游離的羥基及羧基，而在木質(zhì)素大分子中只有游離羥基。果膠、半纖維素和木質(zhì)素這3種物質(zhì)，作為麻的結(jié)殼物質(zhì)，在纖維細(xì)胞間，若無空間阻礙時，就可依靠這些游離的羥基、羧基進行物理結(jié)合、氫鍵連接或化學(xué)鍵合，使得膠質(zhì)3種成分之間相互連接，形成更復(fù)雜的聚合體，稱之為膠質(zhì)復(fù)合體。膠質(zhì)復(fù)合體包裹在苧麻纖維的外面，使纖維相互膠結(jié)在一起。酶脫膠法包括微生物脫膠、化學(xué)一酶聯(lián)合脫膠、純酶脫膠。
2 微生物脫膠
微生物脫膠是把經(jīng)過篩選的脫膠菌株種到生苧麻上，以生苧麻上的膠質(zhì)為營養(yǎng)源，讓脫膠菌在生苧麻上大量繁殖，在脫膠菌繁殖過程中，分泌出酶物質(zhì)來分解膠質(zhì)，使高分子量的果膠及半纖維素等大分子分解成低分子物質(zhì)而溶于水中，即在緩和的條件下進行的一系列“膠養(yǎng)菌，菌產(chǎn)酶，酶脫膠”的生化反應(yīng)。在微生物脫膠過程中，最重要的一步就是菌株的篩選，而這步是相當(dāng)繁瑣的。菌株篩選涉及到菌株分布的廣泛性、生長的快速性、營養(yǎng)特異性及脫膠高效性。近幾年內(nèi)，國內(nèi)的一些研究人員就從這些方面著手，已經(jīng)篩選出有效的脫膠菌株。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所的彭源德等人篩選了一株高效脫膠菌株T85—260(Erwinia sp．)la，其高效性表現(xiàn)在：該菌株可以在8 h內(nèi)完成苧麻脫膠，并且殘膠率低，達(dá)到紡織要求。Zheng等人 篩選了3株嗜堿性菌株NT-39、NT一53、NT一76應(yīng)用于苧麻的脫膠過程。不僅降低了苧麻的殘膠率，而且還提高了苧麻的光澤度。國外的Fredi等人篩選出一株嗜． 堿性細(xì)菌Amycolata sp． 。在苧麻脫膠過程中，該菌株產(chǎn)生的果膠裂解酶作用在纖維膠質(zhì)上的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于它所產(chǎn)生的木聚糖酶的作用效率。上面所說的菌株都是需氧菌株，也有人篩選出厭氧脫膠菌。何紹江等人_7 利用亨氏厭氧技術(shù)從漚麻塘泥、麻地和菜園土采集的土樣中分離得到苧麻厭氧脫膠菌。微生物脫膠的工藝流程：菌種制備一生苧麻扎把一裝籠一接種一微生物脫膠一洗麻機洗麻(或拷麻)一酸漂洗一脫水一抖麻一漬油一脫油水一抖麻一烘干 。這條路線是針對無殼苧麻的。如果是有殼苧麻，則需要在“微生物脫膠”和“洗麻機洗麻”之間加一道“脫殼工序”。
3 酶．化學(xué)聯(lián)合脫膠
目前，國內(nèi)外采用的脫膠方法多是化學(xué)方法——強堿煮練。其脫膠原理是利用酸、堿和氧化劑的水解氧化作用，破壞膠質(zhì)大分子，使之變成能溶人溶液的小分子，從而將膠質(zhì)與苧麻纖維分離 。盡管化學(xué)脫膠能使苧麻的殘膠率達(dá)到紡織要求，但是，該方法會對纖維造成一定程度的損傷，且煮練廢液含堿較多，污水處理難度較大，大多數(shù)苧麻加工企業(yè)已經(jīng)面臨停產(chǎn)的危機。雖然，近年來該方法有了較好的改進，但因為其自身無法避免的缺點以及其它一些因素，國內(nèi)外的許多研究者都在尋找苧麻脫膠的新方法，而酶一化學(xué)聯(lián)合脫膠是目前一種比較好的脫膠方法。酶．化學(xué)聯(lián)合脫膠就是先用相關(guān)的酶(或微生物產(chǎn)酶或酶制劑)處理苧麻，使得原麻中的膠質(zhì)在分子結(jié)構(gòu)上發(fā)生了較大的變化，膠質(zhì)復(fù)合體的穩(wěn)定性受到很大的破壞，其中的大分子之間有較大的空隙，活化了這些大分子的化學(xué)反應(yīng)性能，提高了大分子對堿的敏感性。然后，在較短的時間內(nèi)利用較稀的堿液除去酶脫膠后殘余的膠質(zhì) 。酶．化學(xué)脫膠的工藝：生苧麻扎把一裝籠一酶脫膠一堿煮一洗麻機洗麻(或拷麻)一酸漂洗一脫水一抖麻一漬油一脫油水一抖麻一烘干 J。由此工藝可以看出，在酶．化學(xué)聯(lián)合脫膠過程中利用酶作用取代了化學(xué)脫膠過程中的一次堿煮，而且降低了二次堿煮中堿的濃度和縮短了堿煮的時間。因為目前酶脫膠后苧麻的殘膠率仍較高，所以在今后一段時期內(nèi)化學(xué)法脫膠和酶．化學(xué)聯(lián)合脫膠仍將是苧麻脫膠的主要方法，尤其是后者將逐步取代前者，成為苧麻脫膠的主流。
4 純酶脫膠
4．1 純酶脫膠純酶脫膠法是直接利用脫膠酶制劑作用于苧麻上。其作用原理是利用酶的生物活性，降解苧麻纖維外包裹的膠質(zhì)復(fù)合體，從而使纖維分離出來，作為紡織原料。在苧麻膠類物質(zhì)中，果膠尤如粘著劑一樣，將各種膠質(zhì)組分粘在一起。果膠一旦被脫去，其它膠質(zhì)就相對容易脫去。所以在用酶制劑脫去苧麻的膠質(zhì)成分時，主要是用果膠酶脫去苧麻中的果膠雜質(zhì)。當(dāng)然苧麻脫膠還依賴于其它多糖降解酶的協(xié)同作用?？偟膩碚f，脫膠酶類中果膠酶對苧麻脫膠的效果有著直接的影響，因而果膠酶可以作為脫膠酶酶制劑優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)。通過紙層析試驗，發(fā)現(xiàn)與化學(xué)脫膠方法相比，酶脫膠法產(chǎn)生的終產(chǎn)物不盡相同h⋯。因此，有理由認(rèn)為酶脫膠和化學(xué)脫膠二者的作用點不同，作用機制也不相同。前者是強水解氧化作用，后者是利用酶的生物活性，最終都是纖維分離出來，作為紡織原料。酶脫膠法較化學(xué)方法優(yōu)越，具體表現(xiàn)在酶脫膠專一性強，作用條件溫和，可以提高苧麻纖維的加工質(zhì)量：增加苧麻纖維的光澤度；能減少苧麻纖維的成束斷裂堅韌度的降低，使降低率小于5．O％ 。同時，酶脫膠法能降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益；能大幅度地減輕環(huán)境污染。
4．2 參與苧麻脫膠的酶類在酶脫膠的過程中，常見的酶有果膠酶、半纖維素酶和木質(zhì)素降解酶等。這三種酶類的組成都比較復(fù)雜，每一類都是一個復(fù)雜的酶類。酶脫膠的關(guān)鍵酶類主要為果膠酶和半纖維素酶，木質(zhì)素降解酶所起的作用較小。
4．2．1 果膠酶：果膠酶(Pectinase)是指分解果膠質(zhì)(由D一半乳糖醛酸以a一1，4糖苷鍵連接形成的直鏈狀的聚合物)的一類含多種酶的復(fù)合酶，將多聚半乳糖醛酸降解為半乳糖醛酸。按底物專一性、對糖苷鍵作用機理、切斷方式等，其大致可分9種組分，包括果膠甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶、裂解酶、原果膠酶等⋯j。產(chǎn)果膠酶的微生物種類繁多，主要是細(xì)菌中的芽孢桿菌(Bacillus)、假單胞菌(Pseudomonas)、節(jié)桿菌(Ar—throbacter)、軟腐病菌(Carotovora)和霉菌中的曲霉(Aspergillus)。其中，能產(chǎn)堿性果膠酶并具有工業(yè)化使用前景的細(xì)菌卻為數(shù)不多，僅嗜堿性芽孢桿菌¨引、蘿卜軟腐歐文氏菌¨副等幾種。目前，國外仍多以黑曲霉、根酶和盾殼酶發(fā)酵法制取果膠酶[1 。作為苧麻酶脫膠的關(guān)鍵酶，果膠酶的活力決定著酶脫膠的效率。
4．2．2 半纖維素酶：半纖維素是一類結(jié)構(gòu)和成分十分復(fù)雜的物質(zhì)，主要包括甘露聚糖、木聚糖及多聚半乳糖等。半纖維素酶類相應(yīng)包括甘露聚糖酶、木聚糖酶、多聚半乳糖酶等。由于甘露聚糖是苧麻半纖維素最主要的成分，故其酶脫膠過程中所需的半纖維素酶主要為甘露聚糖酶 引?！?l，4一D一甘露聚糖酶( 一1，4．D—mannan mannano hydrolase)是一種能水解含j3一l4一D一甘露糖苷鍵的甘露寡糖、甘露多糖的內(nèi)切水解酶，屬半纖維素酶類。大部分甘露聚糖酶以胞外誘導(dǎo)酶的形式存在于生物體中，只有很少一部分以結(jié)構(gòu)酶的形式存在。甘露糖酶的來源廣泛，已報導(dǎo)的產(chǎn)j3一甘露聚糖酶的菌有芽孢桿菌、假單孢桿菌、諾卡氏菌，弧菌，曲霉、木霉、酵母、青霉、梭孢菌、多孔菌和鏈霉菌等。木聚糖多為異聚多糖，其降解需要許多酶的參與，有主要f}-l，4一內(nèi)切木聚糖酶( 一1，4-end0xylanase)、 一木糖苷酶(13-xylosidase)、a一葡萄糖醛酸苷酶(a-glucuronidase)、乙酰木聚糖酯酶(acetylxylan esterase)、酚酸酯酶(phenol acid estera,se)等。這些酶通過特定的協(xié)同機制作用于木聚糖，使木聚糖得以降解。木聚糖酶的來源比較廣，主要有黑曲霉、里氏木霉、青霉、頂青霉、毛霉、嗜堿芽孢桿菌等。
4．2．3 木質(zhì)素降解酶：苧麻中所含的木質(zhì)素，是具有三維結(jié)構(gòu)的芳香族高聚物，由各種C—C鍵聯(lián)結(jié)在一起。正是因為木質(zhì)素的這種特殊結(jié)構(gòu)，微生物幾乎不能通過水解方式進行水解。好在麻類包括苧麻中木質(zhì)素的含量很低，不是脫膠的主攻對象，故一般不考慮該物質(zhì)分解所需的酶類。
5 展望
總的看來，由于酶脫膠具有高效能，優(yōu)質(zhì)量，低消耗，無污染等特點，苧麻脫膠將會向酶脫膠的方向發(fā)展。但是，酶脫膠仍未完全進入實際應(yīng)用。其主要原因在于以前的酶脫膠采用的主要是果膠酶類，對果膠的去除作用相當(dāng)明顯，可是對于苧麻中的半纖維素，酶脫去的效果一直不好，使得相比較化學(xué)脫膠的效果，酶脫膠的殘膠率要高一些。此外，由于酶制劑的價格比較高，而且酶活力不高，如果完全采用酶制劑進行苧麻脫膠，就會增加脫膠的成本。而酶一化學(xué)聯(lián)合脫膠在一定程度上可以彌補全酶脫膠的不足，所以在今后一段時期內(nèi)，生物化學(xué)聯(lián)合脫膠和化學(xué)脫膠將是苧麻脫膠的主要方法。酶脫膠完全取代化學(xué)脫膠的兩個亟需解決的問題是如何提高細(xì)菌產(chǎn)酶量，如何提高酶活力。目前，國內(nèi)外大量的研究人員正在從事這方面的工作B s-，并且取得了相當(dāng)?shù)倪M展，相信不久的將來就可以完全實現(xiàn)苧麻酶脫膠的工業(yè)化，同時促進酶制劑工業(yè)的發(fā)展。

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