摘 要：漢麻纖維是近年來備受關(guān)注的具有較高比剛度和強(qiáng)度的天然纖維，其韌皮纖維具有生物可降解性，且在汽車工業(yè)、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、制漿和紡織等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。文章對漢麻纖維的物理、化學(xué)、生物和綜合脫膠工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，以及漢麻纖維脫膠工藝的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了梳理和分析。研究認(rèn)為：物理脫膠法適用于預(yù)處理及后處理；化學(xué)脫膠法需要與其他方法聯(lián)合以減少環(huán)境污染及能源損耗，其是目前工業(yè)化脫膠最主要的手段；有機(jī)溶劑、電化學(xué)及微波法等新型脫膠方法尚處于探究階段，很難應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐；生物脫膠法可有效降低能耗和環(huán)境污染，且對纖維的損傷小，具有廣闊的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：漢麻纖維；脫膠工藝；化學(xué)脫膠；生物脫膠；聯(lián)合脫膠；綠色脫膠
漢麻(hemp)別稱漢麻、火麻等，系?？祁愐荒晟荼局参铩Ｒ驖h麻纖維制品具有強(qiáng)力高、剛度大、耐磨性能優(yōu)異等特點(diǎn)，并且兼具吸汗排濕、抗霉抑菌、紫外線屏蔽、干爽透氣等功能，被廣泛應(yīng)用于高檔服裝面料、功能性紡織品等領(lǐng)域。近年來，在“綠色消費(fèi)、綠色生產(chǎn)”的倡導(dǎo)下，漢麻纖維逐漸進(jìn)入大眾的日常生活，展現(xiàn)出了極高的市場活力。脫膠是由漢麻皮獲取漢麻纖維的首道工藝，直接影響纖維的可紡性及成紗質(zhì)量，最終影響漢麻纖維制品的使用性能［1］。早期漢麻脫膠主要采用池塘漚麻、堆積發(fā)酵、青莖曬制等生物方法進(jìn)行脫膠［2］，但是脫膠時間長、效率低，易受環(huán)境影響，脫膠效果不穩(wěn)定，難以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，后來衍生出了化學(xué)脫膠法、物理脫膠法、生物脫膠等工藝方法。本文重點(diǎn)介紹不同脫膠工藝的特點(diǎn)，以及漢麻纖維脫膠工藝的最新研究進(jìn)展和趨勢。
1漢麻的結(jié)構(gòu)及組成
1.1漢麻的結(jié)構(gòu)
漢麻植物的長度為1．0～2．5m，直徑為7～16mm。漢麻莖由中腔、木質(zhì)部(1～5mm)、韌皮纖維組成，如圖1［3］所示。漢麻莖含有30%～40%的韌皮纖維，韌皮纖維由形成層(10～50μm)、皮層(100～300μm)、表皮(20～100μm)和角質(zhì)層(2～5μm)組成，其中皮層由初級纖維和次級纖維組成。
圖1漢麻結(jié)構(gòu)
1.2韌皮纖維的結(jié)構(gòu)及組成
韌皮纖維是由纖維素和非纖維素組成的。纖維素為一種線性多糖，非纖維素包括半纖維素、木質(zhì)素、果膠和脂蠟質(zhì)。半纖維素是易于生物降解的多糖，木質(zhì)素賦予纖維剛性和穩(wěn)定性，果膠影響韌皮纖維的柔韌性，而脂蠟質(zhì)在保護(hù)纖維方面起重要作用。韌皮纖維的化學(xué)成分在不同品種的纖維、不同生長區(qū)域的同品種纖維和同一品種纖維的不同部位均存在一定差異，如表1［4-5］、表2［6］所示。單纖維由中間片層連接呈網(wǎng)狀束，如圖2所示，單纖維包括細(xì)胞空腔和細(xì)胞壁，細(xì)胞壁由初級細(xì)胞壁和次級細(xì)胞壁組成，而次生細(xì)胞壁又劃分為三層，依次為S3、S2和S1［7］。
表1不同韌皮纖維的化學(xué)成分
表2漢麻原麻各部位的化學(xué)成分
圖2漢麻纖維束及單纖維結(jié)構(gòu)
2脫膠方法
脫膠是將漢麻纖維從韌皮復(fù)合結(jié)構(gòu)中分離的過程。脫膠方法主要分為化學(xué)脫膠法、物理脫膠法、生物脫膠法，但在具體實(shí)施過程中，為獲得更好的脫膠效果及更高的脫膠效率，脫膠工藝一般為多種工藝的結(jié)合。現(xiàn)如今，漢麻脫膠正朝著可生物降解、綠色脫膠方向發(fā)展。
2.1化學(xué)脫膠法
化學(xué)脫膠法利用纖維素和膠質(zhì)對于酸、堿、氧化劑等物質(zhì)的穩(wěn)定性差異，通過煮煉、漂白、水洗和機(jī)械作用來實(shí)現(xiàn)膠質(zhì)與纖維素的分離。預(yù)處理方式和助劑的選擇在化學(xué)脫膠過程中對脫膠效果而言至關(guān)重要。預(yù)處理方式包括預(yù)氧、預(yù)酸、預(yù)堿、預(yù)氯、預(yù)水、預(yù)超聲波等方法。不同預(yù)處理方式對脫膠效果有差異，預(yù)酸、預(yù)堿處理能夠產(chǎn)生明顯且穩(wěn)定的效果，但需要控制反應(yīng)時間和濃度，同時耗水量較大且對環(huán)境有嚴(yán)重的污染［8］。助劑的添加可以幫助提高脫膠效果，如磷酸三鈉、三聚磷酸鈉、亞硫酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硅酸鈉、次氯酸鈉、乙酸和表面活性劑等。水的類型對脫膠效果也有影響。張家勝等［9］對比了硬水與軟水對于脫膠效果的影響，結(jié)果表明：硬水中，強(qiáng)堿洗滌劑會與溶液中的鈣離子和鎂離子結(jié)合形成膠體降低催化劑活性，從而抑制氧化作用；在軟水中，pH值升高會加速雙氧水的分解，減弱氧化作用。
2.1.1堿處理
堿處理是目前最常用且有效的去除膠質(zhì)的方法，氫氧化鈉輔以助劑是最常用堿處理方式，氫氧化鈉與膠質(zhì)組成的無定形區(qū)發(fā)生反應(yīng)，纖維素組成的結(jié)晶區(qū)被保留下來。適宜的堿質(zhì)量濃度、反應(yīng)時間和溫度是堿處理的關(guān)鍵。堿質(zhì)量濃度的增加會對纖維結(jié)構(gòu)造成損害，并產(chǎn)生細(xì)而脆的纖維；較長的處理時間將導(dǎo)致纖維強(qiáng)力的降低；浸泡溫度過高將導(dǎo)致纖維過短，從而產(chǎn)生過多的短絨，影響纖維可紡性［10］。最初的漢麻化學(xué)脫膠工藝主要借鑒于傳統(tǒng)苧麻的化學(xué)脫膠工藝路線。1986年，王坤等［11］提出化學(xué)與機(jī)械相結(jié)合的漢麻化學(xué)脫膠新工藝，工藝流程為：煮練廢堿液浸泡→頭道打麻→煮練→二道打麻→酸洗→漂白→水洗→給油→烘干→分梳→工藝?yán)w維。研究人員為了達(dá)到更好的脫膠效果，對化學(xué)脫膠參數(shù)進(jìn)行了不斷的優(yōu)化。有關(guān)堿處理在麻纖維脫膠中的研究進(jìn)展如表3所示。
表3堿處理的研究
2.1.2有機(jī)溶劑處理
工業(yè)上常用堿處理對漢麻纖維進(jìn)行脫膠，但是NaOH及其他添加劑會產(chǎn)生大量的廢水，且木質(zhì)素在堿性處理過程中會再聚合，沉積在固體表面，降低了木質(zhì)素的去除率［15］。有機(jī)溶劑處理是一種新型分離纖維素的方法，所用有機(jī)溶劑包括甲醇、乙醇、甘油、乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇和丁醇等。在高溫高壓的環(huán)境中，有機(jī)溶劑將滲透到單纖維間隙，分解木質(zhì)素中的芳醚鍵和醚鍵，再借助催化劑使非纖維素等物質(zhì)在溶液中快速溶解［16］。上述催化劑主要由鹽和酸組成，包括CH2O2、CH3COOH、BaCl2、Fe2(SO4)3、NaHSO4等，且有機(jī)溶劑可蒸餾后再利用，在減少成本的同時降低了廢液的排放。有關(guān)有機(jī)溶劑處理在漢麻纖維脫膠中的研究進(jìn)展如表4所示。
表4有機(jī)溶劑處理的研究
2.1.3氧化處理
氧化法是一種較為環(huán)保、高效的漢麻脫膠法，化學(xué)藥劑使用量少，可以作為一種潛在的化學(xué)處理方法。氧化法漢麻脫膠主要包括芬頓法、電化學(xué)、等離子體氧化等方法，在脫膠中使用的氧化劑主要包括H2O2、2Na2CO3·3H2O2等。在處理過程中，需要嚴(yán)格控制氧化劑質(zhì)量濃度、處理時間、溫度等，否則會使纖維素受損傷，力學(xué)性能降低，并會造成環(huán)境污染［20］。有關(guān)氧化處理在麻纖維脫膠中的研究進(jìn)展如表5所示。
表5氧化處理的研究
2.1.4混合物鹽處理
深共熔溶劑(DES)是一種新型溶劑，能夠在較低溫度下進(jìn)行高效環(huán)保的纖維素纖維分離處理。DES由兩種及以上的成分組成，包括氫鍵受體(季銨鹽、膽堿衍生物和有機(jī)酸)和氫鍵供體(酰胺、多元醇和羧酸)。DES具有與離子液體相似的物理化學(xué)性質(zhì)，且成本更低，毒性更小，可以選擇性的溶解木質(zhì)素，而不會對纖維素造成太大損害，此外，由于具有可回收和可重復(fù)使用的特性，在漢麻、苧麻、紅麻等脫膠領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景［25-27］。有關(guān)混合物鹽處理在漢麻纖維脫膠中的研究進(jìn)展如表6所示。
表6混合物鹽處理的研究
2.2物理脫膠法
物理脫膠法常見手段包括機(jī)械脫膠、超聲波脫膠和閃爆法等，脫膠過程方便快捷且化學(xué)污染較小，對纖維的損傷程度較低，但是易造成噪聲污染，對操作人員的健康造成一定影響。單一物理脫膠法的脫膠效果不佳，通常將物理脫膠法作為預(yù)處理或后處理與其他脫膠方法聯(lián)合使用，以提高脫膠效果。
2.2.1旋棍式機(jī)械脫膠
傳統(tǒng)的物理脫膠工藝即采用按壓、摩擦的方式使原麻中的纖維分離，以減少并絲現(xiàn)象。郭肖青［30］、朱士鳳［31］利用旋輥或羅拉的壓力作用于平鋪堅硬地面上的漢麻原麻，使原麻中的脆性膠質(zhì)受到輥?zhàn)铀┘拥妮d荷作用力而破碎，單纖維之間的連接作用降低而使其分離。旋輥式機(jī)械脫膠在脫膠前不需要進(jìn)行氧化、氯化等預(yù)處理，符合綠色發(fā)展理念，成本低且效果明顯，并且在脫膠過程中無廢水廢氣的產(chǎn)生。Liu等［32］在機(jī)械脫膠之前，首先對原麻進(jìn)行深冷處理以減弱纖維之間的抱合，隨后采用機(jī)械處理使?jié)h麻纖維束分離，最后采用堿性溶液清洗纖維，纖維素含量由66．25%提高到78．93%，半纖維素和木質(zhì)素含量分別降低到7．16%和2．82%。機(jī)械脫膠后續(xù)可輔以化學(xué)脫膠或生物脫膠，使精干麻的殘膠率進(jìn)一步減小，提高麻纖維的品質(zhì)。
2.2.2閃爆法
閃爆法脫膠是在高溫高壓狀態(tài)下，將液態(tài)水和水蒸氣作用于纖維原料，通過瞬間泄壓的過程實(shí)現(xiàn)組分分離和結(jié)構(gòu)變化。閃爆法于1998年由Kessler等［33］首次應(yīng)用于亞麻纖維提取，隨后應(yīng)用于漢麻纖維的脫膠。閃爆法脫膠包括兩部分：首先高溫(160～260℃)、高壓(0．69～4．83MPa)產(chǎn)生飽和蒸汽，使纖維束間膠質(zhì)的水解作用加劇，隨后瞬間降壓，使加熱的空氣以沖擊波的形式作用于原麻聚合體，利用原麻聚合體與沖擊波不同的變形速度，原麻聚合體發(fā)生剪切變形運(yùn)動，使麻纖維發(fā)生分離，同時破壞頑固的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)［34］。
閃爆法是一種很有前景的麻脫膠方法，但單一閃爆法并不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，仍要與其他方法進(jìn)行結(jié)合使用，才能達(dá)到更好的效果。殷祥剛等［35-36］探究了預(yù)水處理對閃爆效果的影響，研究結(jié)果表明：原麻含水率為30%時，經(jīng)閃爆處理后的非纖維素更易溶于水，隨后進(jìn)行化學(xué)脫膠，殘膠率顯著降低，且纖維強(qiáng)度未受影響。季英超等［37］探究了穩(wěn)壓時間對脫膠效果的影響，得到的較優(yōu)脫膠條件為溫度165℃,壓力0．55MPa，穩(wěn)壓時間25min，纖維素含量提高到47．598%。
盡管閃爆法具有脫膠效果好、工藝簡單、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是閃爆法脫膠并不適用于實(shí)際生產(chǎn)，閃爆法脫膠在使用過程中需要消耗大量的氣壓和氣流，能源消耗比較大，需要投入較高的能源成本，且容器需要承受突然降壓帶來的快速應(yīng)力變化，降低了容器使用壽命，增加了生產(chǎn)成本，且高溫蒸汽和釋放壓力時的噪聲等會對人體產(chǎn)生較大危害。
2.2.3超聲波
頻率高于20000Hz人不可聞的聲波稱為超聲波，其最大頻率可達(dá)1011Hz，具有能量高、穿透力強(qiáng)、方向性好的特性。超聲波脫膠通常在添加化學(xué)試劑或生物有機(jī)體的水溶液中進(jìn)行，借助于超聲波的空化作用和機(jī)械作用，使其作用于漢麻原麻。首先去除原麻表面的雜質(zhì)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，表面邊界層厚度可以減少到未處理樣品的1%～8%，使化學(xué)物質(zhì)更容易進(jìn)入纖維素內(nèi)部，纖維之間的大量膠質(zhì)被破壞成較小的膠質(zhì)團(tuán)分散在水中，部分膠質(zhì)被徹底分解［38］。蔣國華［39］使用不同頻率的超聲波進(jìn)行預(yù)處理，研究發(fā)現(xiàn)：在200W及頻率為28kHz時，膠質(zhì)去除率為20%左右，效果最佳。利用超聲波作用于漢麻纖維，有助于化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入纖維素內(nèi)部進(jìn)行反應(yīng)，降低了化學(xué)物質(zhì)的用量進(jìn)而減少了化學(xué)污染物的排放。由于超聲波對于纖維膠質(zhì)的破壞能力有限，在進(jìn)行超聲波反應(yīng)時，液體使用量較大，增加了水的消耗。
2.2.4微波法
微波是一種波長在300MHz～300GHz的電磁波，最初應(yīng)用于電視、廣播、通訊。至20世紀(jì)60年代，人們才開始利用微波進(jìn)行有機(jī)反應(yīng)，并成為非纖維素生物質(zhì)脫膠的良好的手段。Raveendran等［40］研究發(fā)現(xiàn)，萃取效率主要受水分含量、微波能量和微波加熱時間的影響。由于水具有較高的介電損耗，而非纖維素具有較低的介電損耗，當(dāng)微波作用于水和漢麻時，由于水對微波有很強(qiáng)的吸收能力，水分子每秒可產(chǎn)生24．5億次振動，并立即升溫，將微波能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能［41］，使膠質(zhì)分離甚至破裂。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，更深層的膠質(zhì)逐漸暴露并進(jìn)一步被分解，將浸泡時間用來評估水分含量。研究發(fā)現(xiàn)：浴比為1︰10時，浸麻效率可達(dá)100%，微波處理36h時，半纖維素含量降低到6%［40］。微波不僅能產(chǎn)生熱效應(yīng)，還有非熱效應(yīng)的存在。包肖婧［42］等通過微波輻照法加熱和水浴鍋加熱進(jìn)行漢麻脫膠對比實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)：擁有非熱效應(yīng)的微波輻照加熱法的脫膠效果明顯優(yōu)于水浴鍋加熱法。
雖然微波具有較好的非纖維素處理效果，且反應(yīng)介質(zhì)除水以外不再涉及其他化學(xué)物質(zhì)，但微波在使用過程中能量損耗較高，且對操作人員會產(chǎn)生微輻射。
2.2.5超臨界CO2流體脫膠法
超臨界狀態(tài)是指流體的壓力和溫度均超過臨界壓力和臨界溫度的狀態(tài)，其在溶解、萃取、分離、質(zhì)量傳遞和溶劑回收等方面均有較大的應(yīng)用價值，適合無污染、低成本、高效綠色化工的發(fā)展方向。超臨界CO2流體可以代替水溶液進(jìn)行脫膠，利用超臨界流體在超臨界條件下的高溶解能力，將漢麻纖維中的膠質(zhì)萃取出來。有關(guān)超臨界CO2流體處理在麻纖維脫膠中的研究進(jìn)展如表7所示。
表7超臨界CO2流體的研究
利用超臨界CO2流體處理漢麻纖維之后，提高壓力使CO2蒸發(fā)，得到高濃度的廢水，并且蒸發(fā)的CO2可以重新壓縮再利用，但是在此過程中蒸發(fā)及壓縮CO2需要消耗較高的能量，另外對反應(yīng)容器的要求也較高。
2.2.6低溫冷凍處理
深冷處理是材料在低溫處理時，利用熱膨脹的差異來操縱或改變材料的結(jié)構(gòu)，它在提高材料性能方面作出了卓越的貢獻(xiàn)。在漢麻纖維脫膠中，影響脫膠效率的因素主要有浸泡溫度、浸泡時間、冷卻速度和加熱速度。Liu等［32］進(jìn)行機(jī)械處理之前，對漢麻纖維進(jìn)行深冷處理，快速變化的溫度會產(chǎn)生殘余熱應(yīng)力，并產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。由于膠質(zhì)與纖維素之間膨脹系數(shù)的差異，導(dǎo)致微分層和開裂，使纖維結(jié)構(gòu)變得松散，降低纖維之間的連接。隨后進(jìn)行機(jī)械處理以分離纖維束，半纖維素和木質(zhì)素含量分別降至7．16%和2．82%，纖維素含量可達(dá)78.93%。低溫處理需要結(jié)合其他脫膠方法使用才能得到更優(yōu)異的效果，并且低溫處理價格昂貴，因此難以進(jìn)行規(guī)?；茝V應(yīng)用。
2.3生物脫膠法
生物脫膠在減少環(huán)境污染、降低能耗方面展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。生物脫膠包括自然生物脫膠和人工生物脫膠，而人工生物脫膠有微生物脫膠和酶法脫膠。
2.3.1自然生物脫膠
自然脫膠主要是利用雨露或水浸對漢麻纖維進(jìn)行處理，利用自然環(huán)境中微生物和水的協(xié)同作用，分解膠質(zhì)從而分離漢麻纖維。雨露脫膠用于夜間露水重、白天溫度高的地區(qū)，通過細(xì)菌、陽光、空氣等將麻纖維中的非纖維素成分進(jìn)行分解，過程持續(xù)14～21d。水浸麻是將漢麻進(jìn)行捆壓并浸泡，水滲透到纖維基質(zhì)中使韌皮組織膨脹，溶解可溶性物質(zhì)，微生物進(jìn)入漢麻纖維內(nèi)部，產(chǎn)生的酶與非纖維素成分反應(yīng)。經(jīng)水浸麻后，質(zhì)量可減輕10%以上，8～14d后，對漢麻纖維進(jìn)行收集。但是傳統(tǒng)水浸法處理的漢麻纖維，取決于特定地理區(qū)域、降雨量和天氣條件，因此水箱法成為一種可行的選擇。水箱法處理可以控制在適當(dāng)?shù)臈l件，包括環(huán)境和水溫、空氣濕度、日曬和干燥時間，甚至在罐中應(yīng)用礦物質(zhì)營養(yǎng)、發(fā)酵和液體再循環(huán)來加速分解［45］。雖然條件可控，但是仍要處理數(shù)周時間，并且需要多次換水。
雨露漚麻對水體污染較小，但對環(huán)境條件要求較高，且處理后的漢麻纖維質(zhì)量不穩(wěn)定，纖維粗糙。水浸法脫膠處理盡管較雨露法質(zhì)量好，但由于耗時長，用水量大，并不能適應(yīng)現(xiàn)代社會工業(yè)化生產(chǎn)。
2.3.2人工生物脫膠
1)微生物脫膠。微生物脫膠是通過培養(yǎng)特定菌種，在人工調(diào)控的微生物生長環(huán)境中利用菌種生長代謝降解漢麻原麻中除纖維素外的成分的過程。菌種主要包括腸球菌、枯草芽孢桿菌、芽孢桿菌Y1、堿性假單胞菌、褐腐菌、白腐菌、鏈霉菌、擔(dān)子菌、子囊菌、Streptomycessp．S27等［46-47］。在脫膠過程中，選擇多種菌種相結(jié)合，通過基因克隆、基因突變等技術(shù)提高產(chǎn)酶能力［48］，并添加酶助劑，以增強(qiáng)酶的活性。因此，微生物菌種的選擇和培養(yǎng)條件的優(yōu)化對脫膠效果至關(guān)重要。微生物脫膠是一種環(huán)境友好的方法，不需要使用化學(xué)溶劑或高溫處理等物理化學(xué)方法來脫膠，減少了對環(huán)境的污染，通過選擇合適的微生物菌種，可以實(shí)現(xiàn)對特定膠質(zhì)的高效降解，同時利用微生物的生長代謝來實(shí)現(xiàn)酶的連續(xù)生產(chǎn)，能夠滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，菌種的選育和培養(yǎng)需要大量的時間和資源投入，培養(yǎng)條件復(fù)雜，操作技術(shù)要求相對較高，對從業(yè)者的技能水平和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求較高。
劉自镕等［49］用Bacillussp．No．74菌發(fā)酵生產(chǎn)的粗酶進(jìn)行漢麻纖維脫膠實(shí)驗(yàn)，并且評估了漢麻酶法脫膠的工藝條件，隨后對Bacillussp．No．46進(jìn)行誘變選育，使果膠酶酶活相較于原始菌株提高了20%～30%，聚半乳糖醛酸酶酶活提高了35%～70%。江云飛［50］以漢麻漚麻系統(tǒng)中的細(xì)菌為研究對象進(jìn)行多樣性分析，研究發(fā)現(xiàn)：在發(fā)酵初期(12h)，主發(fā)酵期(72h)及發(fā)酵末期(108h和120h)四個時段的細(xì)菌菌群較多，優(yōu)勢種群明顯，其主要優(yōu)勢菌為Clostridiumsp和不可培養(yǎng)的細(xì)菌。
2) 酶法脫膠。酶法脫膠是利用粗酶或純化酶的稀釋液進(jìn)行漢麻纖維膠質(zhì)的分解。與微生物脫膠類似，酶法脫膠不需要使用高溫或強(qiáng)酸堿等劇烈條件，降解過程相對溫和，從而保留更多原麻中有價值的成分。通過調(diào)節(jié)酶的用量、反應(yīng)時間、溫度和pH值等參數(shù)，可以精確控制脫膠過程的效果，實(shí)現(xiàn)定制化的脫膠需求。脫膠所需的酶包括半纖維素酶、果膠酶和木質(zhì)素酶。果膠水解酶處理天然植物韌皮纖維會誘導(dǎo)果膠聚合物從纖維之間的片層和纖維細(xì)胞壁釋放，因?yàn)檫@些酶催化均半乳果糖酸主鏈的糖苷鍵隨機(jī)水解，釋放單體、二聚體或低聚體片段［51］，當(dāng)去除果膠后，纖維之間的黏合變?nèi)酰瑔蝹€纖維和小纖維束可以與較大的纖維束分離。半纖維素酶主要指木聚糖酶和甘露聚糖酶。其機(jī)制在于木聚糖鏈中β-1，4鍵的分解，從而釋放單個纖維之間的連接［52］。用于降解木質(zhì)素的酶，主要有漆酶、錳過氧化物酶和木質(zhì)素過氧化物酶，直接可用的木質(zhì)素酶很少。在酶的作用下，結(jié)構(gòu)單元之間的鍵斷裂，高相對分子質(zhì)量化合物被分解成低相對分子質(zhì)量物質(zhì)。由于酶具有高特異性的特點(diǎn)，因此在酶脫膠中廣泛采用不同酶的混合物，有關(guān)酶處理在麻纖維脫膠中應(yīng)用的研究進(jìn)展如表8所示。為了更高效地發(fā)揮酶的作用，通常會在酶作用之前，進(jìn)行物理化學(xué)等預(yù)處理。
表8酶處理的研究
盡管酶法脫膠具有高效降解、溫和條件和可控性強(qiáng)等優(yōu)勢，但酶的使用也面臨著成本高、易失活及穩(wěn)定性差等方面的挑戰(zhàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮這些因素，選擇適合的酶種和脫膠條件，以實(shí)現(xiàn)高效的漢麻脫膠處理。
3結(jié)論
當(dāng)前，漢麻脫膠領(lǐng)域正面臨許多技術(shù)難題，如微生物脫膠過程中代謝調(diào)控機(jī)制的進(jìn)一步探索，野生菌株的定向改造與篩選、復(fù)合菌株的馴化與復(fù)配，以及工程菌株的構(gòu)造等。此外，酶法脫膠技術(shù)中酶的耐熱性、耐堿性及活性位點(diǎn)等方面問題仍需深入探究，同時生物脫膠過程中產(chǎn)生的刺激性氣味也需妥善處理。
生物脫膠技術(shù)作為一種可持續(xù)發(fā)展的選擇，必然需要與其他脫膠技術(shù)相結(jié)合，以彌補(bǔ)其在脫膠效率和操作便捷性方面的不足。在未來的漢麻脫膠技術(shù)發(fā)展中，應(yīng)加強(qiáng)對優(yōu)質(zhì)菌株的選育、高效酶的提取，以及脫膠預(yù)處理及后處理的優(yōu)化。同時，需要重視生物脫膠技術(shù)與物理、化學(xué)技術(shù)的結(jié)合，探索它們在漢麻脫膠過程中的協(xié)同效應(yīng)。生物、物理、化學(xué)聯(lián)合脫膠將為漢麻脫膠技術(shù)帶來更廣闊的發(fā)展前景，進(jìn)一步推動其向高效、便捷、環(huán)保的方向發(fā)展。因此，致力于生物脫膠技術(shù)與其他技術(shù)的聯(lián)合研究，將是未來漢麻脫膠技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
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文章摘自：王亞非,吳韶華,陳韶娟,等.漢麻纖維脫膠技術(shù)研究進(jìn)展[J].絲綢,2024,61(08):70-79.
