苧麻復合生物酶脫膠方法的研究

張 平，張佳會，李彬煜，曾慶福，王 軍

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苧麻復合生物酶脫膠方法的研究

張 平，張佳會，李彬煜，曾慶福，王 軍*

（武漢紡織大學 紡織印染清潔生產教育部工程研究中心，湖北 武漢 430073）

應用纖維素酶單獨處理、纖維素酶和半纖維素酶復配后進行苧麻生物酶脫膠及脫膠纖維強力影響因子組合優化實驗，以苧麻殘膠率和纖維斷裂強力和斷裂強度為判斷依據。結果表明纖維素酶和半纖維素酶按照纖維素酶∶甘露葡聚糖酶∶木聚糖酶= 2∶1∶1的比例復配，復配酶總濃度為8g/L，55℃，0.2%EDTA，135min，浴比1∶15，pH7，搖床轉速200r/min時，處理工藝較為理想，該處理后精干麻的殘膠率最低為6.65%，斷裂強力為44.4625cN；纖維斷裂強度為5.2309cN/dTex。

苧麻；復合生物酶；生物脫膠

苧麻生物脫膠技術是當前苧麻產業發展的重要內容和趨勢[1]。生物脫膠包括微生物脫膠和酶脫膠兩種方法。微生物脫膠主要是通過篩選的微生物產生的果膠酶、半纖維素酶以及木質素酶對苧麻膠質進行分解的過程，由于單一菌種很難高效的產生三種酶，加之單一菌種脫膠前須對苧麻原麻進行高溫滅菌處理，增大能耗，因而當前共生菌群成為微生物脫膠的發展方向。經過馴化后的共生菌積累了有利突變，使得脫膠菌群以及脫膠酶之間進化出了高度協同的共生機制[2]，但其殘膠率還高達11%，仍無法滿足后續紡織工藝的要求，還須輔以化學工藝方能達標，這可能是由于共生菌群后續苧麻膠質供給的營養不足，導致酶系分泌受到影響的原因。在苧麻膠質中，半纖維素含量最高，一般為12-15%，果膠是細胞壁主要成分含量一般4%左右，因而半纖維素是苧麻脫膠的難點和主攻對象。另外研究發現纖維素酶可使苧麻纖維的結晶區之間的空隙擴大，非結晶區部分水解，纖維剛度減小[3 ]。與此同時纖維素酶可以使纖維頭端變得圓滑，擴大接觸面積，降低皮膚單位面積所承受的刺壓力而減輕刺癢感[4, 5]。鑒于此本研究對微生物脫膠精干麻進行半纖維素酶和纖維素酶的后處理，以達到降低殘膠率和改善苧麻纖維品質提高可紡性的目的。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料和儀器

材料：微生物脫膠精干麻取自紡織印染清潔生產教育部工程研究中心。

儀器：賽多利斯BP221S型電子天平；賽多利斯PP-15-P11型pH計；DK-98-1A型數顯恒溫水浴鍋；101A鼓風干燥箱；LLY-06型電子單纖維強力儀。

1.2 主要試劑

纖維素酶，該酶的酶活為5000U/g，最適酶活條件：pH 5.5-7.5，50-65℃；木聚糖酶，半纖維素酶的主要成分酶，該酶的酶活為10000U/g，最適酶活條件：pH 4.5-7.5，最適溫度50-65℃；甘露聚糖酶，半纖維素酶的主要成分酶，該酶的酶活為1000U/g，最適酶活條件：pH 4.7-7.5，最適溫度50-65℃），三種酶由武漢新華揚生物股份有限公司饋贈。燒堿由國藥集團化學試劑有限公司生產。EDTA由BIOSHARP公司生產。

1.3 實驗方法

研究分別采用纖維素酶、纖維素酶+半纖維素酶處理微生物脫膠后的精干麻，測定酶處理后精干麻的殘膠率、單纖維斷裂強力和斷裂強度。

處理工藝：試樣滅菌→烘干→稱重→酶處理→水洗→烘干→殘膠率測定

酶處理條件：pH7，浴比1：15；搖床轉速200r/min，正交表條件。

殘膠率按照國標GB5889-1986測定。

單纖維斷裂強力和斷裂強度按照GB5889-1986測定。

1.4 實驗設計

把實驗分成A、B兩組，其中A：纖維素酶；B:半纖維素酶+纖維素酶（纖維素酶+甘露葡聚糖酶+木聚糖酶）處理，三者的比例為2：1：1。對A、B兩組設計如表1所示的正交試驗，每組分成9個處理，分別為A1-A9,B1-B9,C1-C9。每處理工藝重復3次實驗。

表1 酶處理脫膠纖維的因素水平表

2 結果與分析

2.1 酶處理前脫膠纖維的測定分析

對酶處理前的脫膠纖維進行測定分析，其殘膠率為13.61%，纖維斷裂強度為5.5346cN/dTex；斷裂強力為52.9845cN。

2.2 酶處理后精干麻的殘膠率測定分析

表2 酶處理脫膠纖維殘膠率的正交實驗結果

由表2，纖維素酶處理脫膠纖維的正交實驗結果表明：9組正交處理中精干麻殘膠率最大的是A5，其殘膠率為13.43%，最小的是B9，其殘膠率為10.91%。各因素對苧麻脫膠的殘膠率的影響由強到弱順序依次為：B＞D＞C＞A，最優處理方案為B3D3C2A3，即酶濃度為16g/L，EDTA濃度為0.4%，處理時間為90min，溫度為60℃。取最優處理方案進行驗證實驗，測得其殘膠率為11.23%。

半纖維素酶與纖維素酶1：1復配處理脫膠纖維的正交實驗結果表明：在正交實驗中，脫膠纖維殘膠率最大的是C7，為13.75%，最小的是C5，其殘膠率為6.64%。各因素對苧麻脫膠的殘膠率的影響由強到弱順序依次為：B＞C＞D＞A，最優處理方案為B2C3D1A2，即酶濃度為8g/L，EDTA濃度為0.2%，處理時間為135min，溫度為55℃。該最優處理方案恰好為處理組中的B5。

通過兩組正交試驗，可得出纖維素酶單獨處理苧麻精干麻時，纖維素酶對于苧麻膠質的去除效果不理想。但是半纖維素酶和纖維素酶復配后其殘膠率的處理條件較纖維素酶單獨處理時有較大變化，可能是二者酶共同作用時帶有一定的協同作用，這種協同作用使得每種酶的用量減少，與此同時，酶用量減少，酶分子與苧麻纖維接觸的頻率降低，因而酶催化時間加長，故復合酶作用時間需要135min。

2.3 酶處理后精干麻纖維強力和斷裂強度

對酶處理前的脫膠纖維進行測定分析，其纖維斷裂強度為5.5346cN/dTex；斷裂強力為52.9845cN。

由表3可看出，纖維素酶處理后精干麻的纖維斷裂強度和斷裂強力普遍較復合酶處理后的低，說明纖維素酶處理對精干麻纖維有損傷。半纖維素酶和纖維素酶復配的效果較纖維素酶處理好，尤其是處理效果較好的B5，處理后精干麻的斷裂強力和斷裂強度分別為44.4625 cN和5.2309 cN/dTex均較復配酶處理均值44.1920cN和5.0155cN/dTex要高，因而半纖維素酶與纖維素酶復配有利于提高纖維品質，這可能是與二者協同作用和較低的纖維素酶濃度有關。

表3 酶處理后纖維的強力及其斷裂強度正交試驗結果

3 結論

本研究結果表明：纖維素酶和半纖維素酶按照纖維素酶：甘露葡聚糖酶：木聚糖酶= 2：1：1的比例復配，復配酶總濃度為8g/L，溫度55℃，0.2%EDTA，135min，浴比1：15，pH7，搖床轉速200r/min時處理較為理想，該處理后精干麻的殘膠率最低為6.65%，斷裂強力為44.4625cN；纖維斷裂強度為5.2309cN/dTex。微生物脫膠精干麻經生物酶再次處理后殘膠率仍高達6.65%，同時也證明溫和的生物處理條件很難去除部分膠質，仍需要輔以化學處理方能達到精干麻可紡性的要求。

[1] 王軍，夏東升，陳悟，等. 苧麻生物脫膠研究進展[J]. 安徽農業科學，2008, 36(15):6517-6518.

[2] 饒維橋，陳洪高，余苗，等. 苧麻生物脫膠復合菌群的構建[J]. 中國麻業科學，2012,34(3):146-150.

[3] 蘇靜.苧麻脫膠關鍵酶-半纖維素酶純化及協同脫膠效果的研究[D]. 濟南：山東大學，2008. 4-6.

[4] 韓露, 于偉東，張元明. 苧麻織物刺癢感研究[J]. 東華大學學報（自然科學版）, 2002, 28(2):132-136.

[5] 張琳琳, 朱俊萍. 纖維素酶用于改善苧麻織物刺癢感的研究[J]. 染整技術, 2009, (8):9-12.

Study of Composite Microorganism Degumming of Ramie

ZHANG Ping, ZHANG Jia-hui, LI bin-yu, ZENG Qing-fu, WANG Jun

(Engineering Research Center for Clean Production of Textile Printing, Ministry of Education, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

The optimized study on ramie degumming and fiber strength with cellulase、cellulase and hemieellulase were introduced in this paper. The residual gum rate, breaking strength and breaking tenacity were used as the judgment basis. The results showed that the finest combination of influencing factors during ramie degumming with the mixed enzymes (enzyme proportion of cellulase: mannan glucanase: xylanase is 2:1:1) concentration 8g/L, the treating temperature 55℃,0.2% sodium EDTA, treating time 135min, bath ratio is 1:15, pH7, 200rpm, with which the lowest residual gum rate was 6.65%, the breaking tenacity was 44.4625cN, the fiber breaking strength was 5.2309cN/dTex.

Ramie; Compound Enzymes; Biological Degumming

王軍（1976-），男，副教授，博士，研究方向：苧麻清潔生產.

湖北省教育廳優秀中青年科技人才項目(Q20081704); 武漢科技學院青年基金項目(20073204);中國紡織工業協會項目(2006074) ; 國家科技支撐計劃項目(2010BAD02B00).

S563.1；TS123.2

A

2095－414X(2014)03－0005－03