亚麻复合酶脱胶技术研究

沈克群，刘鲁民，谢纯良，严理，胡镇修

(1.青岛蔚蓝生物集团,山东 青岛 266001；2.中国农业科学院麻类研究所，长沙 410205)



亚麻复合酶脱胶技术研究

沈克群1，刘鲁民1，谢纯良2，严理2，胡镇修2

(1.青岛蔚蓝生物集团,山东 青岛 266001；2.中国农业科学院麻类研究所，长沙 410205)

摘要：利用碱性果胶酶复配部分木聚糖酶对亚麻原茎进行脱胶试验,比较了不同的酶配比和用量、作用温度和时间等条件下打成麻强力和长麻率，探讨了酶重复利用的可行性。结果表明，碱性果胶酶和木聚糖酶配比为1∶2，酶用量0.8%(w/w)，温度30-32℃，浴比1∶13-14，pH 8.5，脱胶时间60-65 h, 打成麻质量最佳，打成麻强力提高10%-15%左右，长麻出麻率提高1.2%-1.5%，且比传统沤麻提高1-2号数，此外，添加50%脱胶废液用于再次沤麻具有一定的可行性。本研究总结出一套较成熟工艺，提高温水沤麻的质量，降低沤麻污染，缩短沤麻时间，提高生产效率，提升打成麻品质和市场竞争力。

关键词：亚麻 ; 生物酶; 沤麻; 打成麻

亚麻是麻类纤维中品质最好的天然纤维之一,其纺织品散热性能好[1-4]，透气比率高达25%以上，能迅速、有效地降低皮肤表层温度4-8℃[5]，被誉为“天然空调”。但亚麻纤维不能直接纺纱，要经过脱胶制成精洗麻，然后去除表皮和木质部制成打成麻，才可进行纺织加工。

传统的亚麻脱胶方法一般为温水沤麻。在温水沤麻过程中，首先是非典型乳酸这类伴生菌对浸渍液水溶物质发酵形成乳酸、CO2和氢。随着溶解氧的消耗和有机酸的积累，以果胶分解菌为主的厌氧微生物将果胶分解成丁酸、乙酸等有机酸以及其他有机化合物和气体。由于沤麻水中有机酸大量积累，恶化了果胶分解菌的繁殖环境[6-7]，因此，传统温水沤麻存在以下不足：沤麻周期长，30-32℃需100-124 h；同时由于附生微生物与周围环境中其它杂菌的存在，在沤麻过程中伴随产生纤维素酶，使纤维强力受损，导致打成麻品质下降，长麻制成率低。基于传统脱胶存在的缺陷，本研究根据亚麻胶质的主要成分为果胶和半纤维素，用碱性果胶酶、木聚糖酶[8-9]进行酶法脱胶研究，以期提高亚麻脱胶的产量和品质。

1材料与方法

1.1材料

亚麻原茎来自湖南安乡产冬亚麻，存放一年以上；果胶酶和木聚糖酶均来自青岛蔚蓝生物集团，碱性果胶酶和木聚糖酶的酶活分别为300 U/mL和91000 U/mL。

1.2试验方法

1) 复合酶配比脱胶实验设计

为了考察复合酶的配比和脱胶时间对亚麻脱胶效果的影响，本文进行了5组实验，碱性果胶酶和木聚糖酶的配比如表1所示，脱胶时间为40-60 h。以上实验重复三次(下同)。

表1复合酶配比

Tab.1Compound enzyme ratio

序号碱性果胶酶:木聚糖酶11:121:231:342:153:1

2)酶的用量对原茎脱胶质量的影响

在pH为8.5，浴比为 1∶13-14，温度为30-32℃，每池装麻量为5000 kg的相同条件下，添加不同酶量进行试验：不加酶，0.4%(w/w,下同)，0.8%，1.2%，1.6%，定期抽取小样100 kg观察麻茎变化情况,检测打成麻强度和长麻率。

3) 温度对原茎脱胶质量的影响

设计脱胶的水温分别为：①24-26℃，②30-32℃，③36-38℃，④40-42℃，⑤50-55℃，其它参数相同的条件下进行实验。

4)沤麻时间对原茎脱胶质量的影响

在前期试验的基础上，选取酶用量0.8%(w/w)，温度30-32℃，浴比1∶13-14，pH 8.5，在沤麻时间分别为20 h、30 h、40 h、50 h、55 h、60 h、65 h、70 h、80 h、90 h时，抽样100 kg检测打成麻强度和长麻率。

必须坚持推动重心下移、力量下沉、资源下投的方向，尽可能把资源、服务、管理放到基层，更好发挥基层机构贴近群众、服务群众的优势和作用，保证基层事情基层办、基层权力给基层、基层事情有人办。

5)沤麻水重复利用

根据碱性果胶酶酶活力在37℃条件下保存曲线(图2)和酶的生物学特性，脱胶40-60 h后，剩余残液仍保留有一部分生物活性。利用废液添加50%用量(即0.4%)重新调pH=8，温度36-38℃，浴比1∶13-14，重新沤制。

1．3测定项目和方法

强力指纤维抵抗拉断的能力大小，即纤维在连续增加负荷的作用下，所承受的最大复荷值N。长麻率指能制成长麻的概率。根据GB/T17345-2008进行强力和长麻率检测。

2结果与分析

2.1复合酶配比对原茎脱胶质量的影响

从表2可以看出，碱性果胶酶和木聚糖酶配比为1∶2时,打成麻长麻率和强力最高；与其他各实验组相比，具有统计学差异，其中果胶酶和木聚糖酶配比为3∶1时打成麻长麻率和强力最低，说明复合酶配比对脱胶质量影响较大。因此，后续试验碱性果胶酶和木聚糖酶配比为1∶2。

表2不同复合酶配比对原茎脱胶质量的影响

Tab.2The influence of the ratio of compound enzyme on the quality of degumming

碱性果胶酶:木聚糖酶强度/N长麻率/%1∶116214.21∶218715.31∶316113.92∶115512.43∶113211.7

2.2酶的用量对原茎脱胶质量的影响

从表3可以看出，加酶实验组与不加酶相比，打成麻长麻率和强力提升明显。其中，酶浓度为1.2%实验组打成麻强度最大；1.6%实验组打成麻长麻率最高，但与0.8%实验组相比，没有统计学差异。经过对成本和质量进行综合考虑，后续试验采用0.8%加酶量。

表3不同酶用量对原茎脱胶质量的影响

Tab.3The influence of the dose of different enzymes on the quality of degumming

酶用量/%强度/N长麻率/%0.416513.50.817814.01.218514.31.618014.7不加酶(传统沤麻)15512.0

不同温度下，碱性果胶酶和木聚糖酶酶活力变化如图1所示，结果表明，在60℃以下，随着温度的提高，酶活力逐渐提高。高于60℃以上，酶活力急剧降低，70℃时，酶活力为0。

图1　碱性果胶酶和木聚糖酶活力变化图

从表4可以看出，随着温度逐渐上升，打成麻强度逐渐增大和长麻率逐渐升高。24-26℃池塘中自然水温为25℃，不需加温；30-32℃加温至32℃，中途保温情况较好，基本不要再升温；36-38℃由于温差较大，每天需升温一次；40-42℃以及50-55℃如果工厂处在冬季，升温保温十分困难，难以完全满足工艺条件。因此，综合考虑以上条件，工厂中脱胶温度采用36-38℃为宜。

表4温度对原茎脱胶质量的影响

Tab.4The influence of different temperatures on the quality of degumming

温度/℃长麻率/%强力/N24-2612.816230-3214.217836-3814.618540-4214.819050-5515.2195

2.4沤麻时间对原茎脱胶质量的影响

不同沤麻时间对亚麻原茎脱胶质量的影响如表5所示，结果表明当沤麻时间为30 h时，长麻率和强力最高，但打成麻分裂度差，含杂率高，打麻困难，高号数麻极少。当沤麻时间≥80 h，强力和长麻率有所下降，且工艺时间长，设备利用率低。因此综合考虑长麻率、强力以及打成麻分裂度等因素，最合适的脱胶时间为60 h。

表5沤麻时间对原茎脱胶质量的影响

Tab.5The influence of different response time on the quality of degumming

沤麻时间/h强力/N长麻率/%2021527.33022727.94020626.15019316.55519515.86018614.66518914.97018114.18017712.99016312.3

2.5沤麻水的重复利用

碱性果胶酶和木聚糖酶酶活力在37℃条件下保存曲线如图2所示。实验结果表明，脱胶40-60 h后，剩余残液仍保留有一部分生物活性，酶活性为87 U/mL。从表 6 可以看出，不同含量沤麻水的再利用效果有明显的差异，当沤麻水含量达到50%以上时，强力和长麻率急剧下降，当沤麻水含量低于50%时，强力和长麻率随着新鲜酶液的比例升高而有所增强。综合考虑成本、强力和长麻率，沤麻水重复利用比例采用50%为宜。

表6不同含量沤麻水对原茎脱胶质量的影响

Tab.6The influence of different amount of water retting on the quality of degumming

处理强力/N长麻率/%10%沤麻水+90%新鲜酶液22928.230%沤麻水+70%新鲜酶液22327.350%沤麻水+50%新鲜酶液21326.970%沤麻水+30%新鲜酶液18316.690%沤麻水+10%新鲜酶液14013.2100%沤麻水9212.8

图237℃碱性果胶酶和木聚糖酶保藏曲线

Fig.2Alkaline pectinase and Xylanase storage curve under 37℃

3小结与讨论

亚麻胶质的主要成分为果胶、半纤维素和木质素。果胶和半纤维素大分子中都包含有游离的羟基及羧基，木质素分子中有游离的羟基。这三种物质作为麻的结壳物质，在纤维细胞间，若无空间阻碍时，就依靠游离的羟基、羧基进行物质结合、氢键连接或化学键结合，使胶质分子之间相互连接，形成更复杂的聚合体[10]。因而当用单种酶进行脱胶时，由于胶质复合体形成的网络体系，酶分子很难渗透到胶质内部与其中的胶质作用，一部分胶质大分子虽被相应的酶所降解，但由于这些片断与其他大分子连接在一起而不能从胶质体系中游离出来。用果胶酶和木聚糖酶进行联合脱胶，其去除的胶质，比它们单独进行脱胶的总和多得多，这是由于两种酶的协同作用，使分解的胶质更容易从胶质复合体中释放出来，同时也使脱胶酶进一步向胶质复合体渗透，从而使脱胶作用增强。

在本研究的单因子试验中，碱性果胶酶和木聚糖酶配比为1∶2，酶用量0.8%，温度30-32℃，浴比1∶13-14，pH 8.5，脱胶时间60-65 h,打成麻质量最佳，打成麻强力提高10%-15%左右，长麻出麻率提高1.2%-1.5%左右，且比传统沤麻提高1-2号数。对提升国产打成麻品质开辟了一条新途径。本论文虽然对酶法亚麻脱胶的研究取得了阶段性成果，但是还有许多问题亟待解决。其中脱胶酶的价格较高是制约酶法脱胶广泛应用的瓶颈问题。因此要深入探究亚麻脱胶的机理，揭示各种脱胶酶对亚麻微观结构、纤维及纺纱性能的影响，从而确定亚麻脱胶酶的有效组成[11]；采用传统的诱变或构建基因工程菌株等方法选育高产脱胶菌，提高脱胶酶活力，降低亚麻酶法脱胶的成本才能使酶法脱胶广泛应用于工业化生产。

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Study on the Technology of Enzymatic Degumming of Flax

SHEN Kequn1, LIU Lumin1, XIE Chunliang2, YAN Li2, HU Zhenxiu2

(1.Vland Biology Co., Ltd, Qingdao 266001, Shandong, China;2.Institute of Bast Fiber Crops, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410205, China)

Abstract:In this study, a degumming experiment was carried out in flax using alkaline pectase combined with partial xylanase for measuring strength of scutched flax and the rate of long fibra de lino under the condition of the ratio and dosage of different enzymes, five different temperature and ten different response time. And, we investigated the feasibility of reusing enzymes that were used in present study. The results showed that the quality and strength of scutched flax were best when the ratio of alkaline pectinase and xylanase ratio was 1∶2, the dose of enzyme was 0.8%(w/w), the temperature was 30-32℃, and the response time was 60-65 h.Compared with traditional techniques, the strength of scutched flax was raised by 10%-15%, the rate of long fibra de lino was increased by 1.2%-1.5%. From the present study, we found a more mature way to improve the quality, reduce pollution, save time and increase production efficiency.

Key words:linen; enzyme; flax retting; scutched flax

中图分类号：S563.2

文献标识码：A

作者简介：沈克群(1968-)，男，工程师，主要从事麻类脱胶与苎麻纺织工程研究。E-mail：hnyjskq@163.com。 青岛蔚蓝生物集团和中国农业科学院麻类研究所为并列第一单位。

收稿日期：2016-01-04

文章编号：1671-3532(2016)02-0069-06