長期以來，對紅麻生物脫膠技術(shù)的研究主要集中在能夠產(chǎn)生果膠酶、半纖維素酶等水解酶類的菌種脫膠上，而對采用酶制劑直接脫膠方法研究則甚少。由于紅麻纖維短，要采用工藝?yán)w維紡紗，脫膠時要保留部分膠質(zhì)，因此麻皮中的木質(zhì)素可以適當(dāng)保留一些，脫膠過程去除的主要是果膠質(zhì)、半纖維素等物質(zhì)，它們的主要化學(xué)成分為聚戊糖、聚己糖和雜聚多糖。這些多糖是長鏈大分子物質(zhì)，不溶于水，選用的酶對這些物質(zhì)均有分解作用，使其分解成可溶性小分子物質(zhì)。本文在研究酶制劑脫膠工藝的同時，從生物化學(xué)的角度分析了全酶法脫膠的機(jī)理，為全酶法脫膠在紅麻生產(chǎn)方面的應(yīng)用和研究提供了理論依據(jù)。
1 材料與方法
1．1 材 料
1．1．1 原 麻 紅麻生麻取自遼寧朝陽地區(qū)種植的前一年的陳麻，采用GB 5889—86的方法測其化學(xué)成分見表1。
1．1．2 酶制劑 酶制劑選用天津利華酶制劑廠生產(chǎn)的果膠酶制劑，這種酶制劑是果膠酶與半纖維素酶的混合酶，且為固體，易于保存。
1．2 方 法
1．2．1 脫膠效果的確定通過手感目測法確定脫膠效果，主要評定指標(biāo)為纖維的分離度和柔軟度，并以這兩個指標(biāo)為主要參數(shù)，將麻的脫膠程度從未脫膠到脫膠過熟分成0～9共10種類型，其中0級為未脫膠，1～4級為脫膠不完全，5，6級為脫膠完全，7～9級為脫膠微熟至脫膠過熟。
1．2．2 脫膠條件試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室條件下，以紅麻干皮為原料，通過一組正交試驗(yàn)確定了全酶法脫膠工藝的基本范圍。在其基礎(chǔ)上分別確定溫度、預(yù)處理、起始pH值、浴比、酶濃度和回用的最佳工藝。
2 結(jié)果與討論
2．1 脫膠條件對脫膠效果的影響
2．1．1 溫度對脫膠效果的影響當(dāng)溫度低于50cc時，脫膠速度隨溫度的升高而增大，當(dāng)溫度超過
2．1．2 預(yù)處理對脫膠效果的影響隨著沸煮預(yù)處理時間的增加，相同條件下脫膠程度逐漸提高，其中30～35 min時脫膠程度的提高速率最大。沸煮預(yù)處理主要有兩方面的作用：水解部分可溶性果膠質(zhì)；潤濕纖維，使原麻纖維溶脹，有助于酶分子的擴(kuò)散和吸附，快速形成酶與底物的絡(luò)合物，加速反應(yīng)的進(jìn)行。預(yù)處理時間越長，越有利于提高脫膠速度。從節(jié)約成本的角度來看，采用30～35 rain預(yù)處理較為合適，如果是當(dāng)年的鮮麻，時間可適當(dāng)縮短，若麻皮剝制的時間較長，麻皮中的水分含量少則適當(dāng)延長預(yù)處理時間。
2．1．3 起始pH值對脫膠效果的影響 起始pH值
在2～2．5脫膠效果最好，且?guī)仔r內(nèi)pH值會上升至2．5～3。在一定條件下，每種酶都有各自的最適pH域，在這個pH值范圍內(nèi)酶表現(xiàn)出最佳的活力。環(huán)境的pH值影響酶蛋白分子的離解，特別是活性中心基團(tuán)的離解；另一方面，pH值也影響底物分子的離解，這些都會影響酶和底物的結(jié)合，由此影響它們反應(yīng)的速度。在最適pH值，酶分子和底物分子的離解情況最適合它們的相互結(jié)合，所以反應(yīng)速度最快。本脫膠條件的最適pH值為3，但是由于隨著脫膠的進(jìn)行，pH值會在最初幾小時內(nèi)升高，所以起始pH值要略低于脫膠的最佳pH值，選用2．5較為合適。
2．1．4 浴比對脫膠效果的影響浴比對脫膠效果的影響主要在于對脫膠液pH值的影響。浴比反應(yīng)的是底物的濃度，由于在脫膠過程中，酶作用的底物— — 麻的濃度非常大，所有的酶都與底物結(jié)合了，改變底物濃度不會影響酶作用速度，所以浴比變化對于脫膠沒有明顯的影響。從生產(chǎn)的角度考慮，浴比
1：15比較合適。
2．1．5 酶濃度對脫膠效果的影響試驗(yàn)結(jié)果表明(見圖1)，酶的濃度越大，脫膠速度越快，完成脫膠的時問越短。酶與原麻重量的比例不斷增大，單位時問與底物結(jié)合的酶的活性部位就越多，生成產(chǎn)物也就越多，脫膠的速度就越快。從既滿足工業(yè)化生產(chǎn)又要節(jié)約成本的角度考慮，酶對原麻的質(zhì)量比可以為l：200，這樣可在8 h左右完成脫膠。
2．1．6 回用比對脫膠效果的影響采用回用脫膠池底的10％左右的廢液再加入90％ 的水和80％ 的原脫膠酶量與最初的脫膠效果相當(dāng)。由于采用的酶制劑不溶于水而且比重大于水，所以脫膠廢液中的大部分剩余酶都沉在水底，另外，脫膠過程中產(chǎn)生可溶性廢物對于脫膠酶的活性有抑制作用，因此采用這種回用方法既可最大限度地應(yīng)用剩余的酶制劑，又可減少廢液對脫膠的負(fù)作用。
2．2 全酶法脫膠微觀作用過程 “
2．2．1 酶分子從水溶液中向纖維擴(kuò)散這一過程是脫膠液中的物質(zhì)傳遞過程。在酶分子向纖維擴(kuò)散的過程中，麻纖維表面的可溶性物質(zhì)向脫膠液中擴(kuò)散，水分子向纖維內(nèi)部滲透使纖維溶脹。麻皮表面的可溶性物質(zhì)的pH值都低于脫膠液的起始pH值，因而在這一過程中，脫膠液的pH值會緩慢升高。由于脫膠液起始pH值低于脫膠酶系的最適DH值，所以在這一過程中脫膠液中的pH值越來越有利于提高酶的活性部位的活力，也就有利于酶與底物的結(jié)合。酶分子向纖維擴(kuò)散的過程也可稱為酶向底物“靠近”的過程。
2．2．2 酶分子在纖維表面吸附酶分子吸附在纖維的表面，由于麻濃度即底物濃度非常大，幾乎所有的果膠酶和半纖維素酶的活性中心的結(jié)合基團(tuán)都分別與底物發(fā)生絡(luò)合。在這一過程中酶的活性基團(tuán)發(fā)揮了軌道控制作用，酶蛋白發(fā)生了一定的構(gòu)象變化，使底物的反應(yīng)基團(tuán)與酶活性中心的催化基團(tuán)相互嚴(yán)格的定向。同時，酶分子中某些基團(tuán)可使底物分子的敏感鍵中電子云密度部分地增高或降低，從而產(chǎn)生“電子張力”，使敏感鍵更加敏感，為形成酶一底物絡(luò)合物打下基礎(chǔ)。
2．2．3 形成酶與底物的絡(luò)合物酶的活性中心與底物結(jié)合后，酶并不是立即催化底物，使之形成反應(yīng)物，而是要與之形成一個不穩(wěn)定的中問產(chǎn)物一酶與底物的絡(luò)合物。這個過程中底物分子內(nèi)的某些化學(xué)鍵發(fā)生極化，呈不穩(wěn)定狀態(tài)，反應(yīng)能量降低，只需很少的能量就可生成產(chǎn)物，為快速形成產(chǎn)物打下基礎(chǔ)。
2．2．4 由絡(luò)合物形成產(chǎn)物由于反應(yīng)所需能量很低，中間絡(luò)合物會迅速分解釋放出酶和產(chǎn)物。針對脫膠反應(yīng)，基本都是酶對于果膠類和半纖維素類物質(zhì)的催化分解產(chǎn)物。其中果膠酸甲酯會被果膠酯酶水解其中的甲酯鍵，生成果膠酸及甲醇溶于水；聚戊糖和聚己糖等長鏈物質(zhì)會在a—l，4糖苷鍵處被酶切斷，生成小分子的戊糖、己糖等物質(zhì)，生成的戊糖、己糖等多碳糖還會繼續(xù)被裂解酶作用生成三碳糖、四碳糖和丙酮酸等物質(zhì)溶于脫膠液中。
2．2．5 產(chǎn)物從纖維表面向溶液擴(kuò)散可溶性產(chǎn)物生成后，立即向脫膠液中擴(kuò)散，因?yàn)槊撃z產(chǎn)物的酸度都沒有原脫膠液強(qiáng)，因此脫膠液中的酸度下降。脫膠液的pH值會不斷的上升，當(dāng)超過酶系作用的最適pH值時，酶系的活力就會下降，產(chǎn)物的生成速度也會降低；同時，溶于脫膠液中的產(chǎn)物對于脫膠酶的活力還有一定的抑制作用，因而隨著產(chǎn)物從纖維表面向溶液的不斷擴(kuò)散，脫膠速度會不斷降低。
2．3 酶法脫膠產(chǎn)品質(zhì)量
從脫膠紅麻纖維的放大500倍的掃描電鏡圖(見圖2)可以看出紅麻經(jīng)酶脫膠后，纖維分散，表面光滑，膠質(zhì)去除較為理想。從2000倍的掃描電鏡圖(見圖3)可以看酶脫膠對纖維的損傷小，保留了表面的纖維，這有助于提高成紗的抱合力及紗線強(qiáng)度。對酶法脫膠麻的束纖維進(jìn)行強(qiáng)力測試，其完全脫膠(脫膠程度為6級)的斷裂強(qiáng)度為4．7 cN／dtex，完全可以滿足生產(chǎn)要求。
3 結(jié) 論
1．全酶法脫膠可達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求，脫膠工藝參數(shù)為：溫度
2．全酶法脫膠中起主要作用的是酶制劑，酶是生物制劑，降低反應(yīng)所需能量，使不溶于水的膠質(zhì)降
解成溶于水的小分子物質(zhì)。
