亞麻浸泡脫膠與短時間浸漬脫膠的比較

田英華，張羽飛，劉曉蘭，王 路

(齊齊哈爾大學 食品與生物工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

亞麻纖維是可再生、可生物降解的天然纖維，具有優越的物理力學特性，被廣泛用于紡織、生物復合材料等領域[1-3]。亞麻纖維以纖維束的形式存在于麻莖的韌皮部，纖維束外包裹著膠質并且由膠質相互黏結。脫膠就是從非纖維組分中分離出纖維的過程。由于脫膠過程在很大程度上決定了亞麻纖維的特性，因此，被認為是制纖過程中重要的環節[4]。

亞麻制纖的歷史非常悠久，傳統的方法主要是雨露法和溫水浸泡法。雨露法長期占用耕地，而溫水浸泡法對環境污染嚴重。20世紀80年代，隨著生物學的發展，研究者們開始關注添加微生物或生物酶進行亞麻脫膠。酶法亞麻脫膠效率高，纖維生產率高，纖維的強力損失較小，但成本高制約了酶法脫膠工業化的進程。近年來課題組探索了短時浸漬脫膠方法，力圖在保證酶法脫膠優勢的基礎上減少酶的用量，降低生產成本[5-6]。本文分別研究了浸泡法和短時間浸漬法亞麻脫膠的適宜加酶量和pH值，對比研究了脫膠過程中，還原糖、總糖的變化及脫膠后纖維的分離程度。為酶法脫膠的機制研究及推動酶法亞麻脫膠提供理論參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

亞麻(黑龍江省金鼎亞麻紡織集團)，果膠酶(天津市利華酶制劑技術有限公司)，3，5-二硝基水楊酸、 結晶酚、結晶乙酸鈉、冰乙酸(天津市凱通化學實驗有限公司，均為分析純)，蒽酮 (上海源葉生物科技有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1還原糖含量的測定方法

采用3,5-二硝基水楊酸法[7]測定還原糖含量：將1 mL樣品溶液，1 mL蒸餾水及1 m 3，5-硝基水楊酸(DNS)試劑混合均勻，沸水浴5 min后驟冷，定容至25 mL，混合均勻，520 nm波長下測吸光值，空白為不加樣品。

1.2.2總糖含量的測定方法

采用蒽酮比色法[8]測定總糖含量：將1 mL樣品溶液，1 mL蒸餾水及10 mL蒽酮液混合均勻，沸水浴10 min后驟冷，620 nm波長下測吸光值，空白為不加樣品。

1.2.3亞麻原莖的預處理

5 cm 長的亞麻莖段→121 ℃濕熱滅菌→干燥→碾壓處理→蒸餾水浸泡12 h→干燥。

1.2.4亞麻原莖短時浸漬脫膠

將預處理后的亞麻原莖5 g在脫膠酶液中浸泡2 min后取出，去除多余溶液，置于密閉容器內，恒溫脫膠。

1.2.5短時浸漬法脫膠亞麻纖維中還原糖和總糖的提取

將不同脫膠時間的亞麻莖1 g剪成較小的莖段，加入到20 mL HAC-NaAC緩沖液中，然后進行30 min的超聲處理，再沸水浴30 min。

1.2.6亞麻原莖浸泡法脫膠

經預處理后的亞麻原莖按浴比1∶20 加入 pH 值5.5的果膠酶液，于36 ℃ 靜置脫膠處理。脫膠過程中每隔12 h測定溶液中的還原糖、總糖含量和纖維的分離程度。

1.2.7亞麻纖維分離程度的判斷方法

亞麻纖維的分離程度采用Freid評分法[9]進行測定。根據纖維分離的程度評分，共4個等級。0為不分散，1為稍有分散，2為基本分散，3為分散良好。“+”表示略高于該水平。

2 結果與討論

2.1 酶質量濃度對浸泡法亞麻脫膠的影響

分別采用質量濃度為10、5和2 g/L的酶液對亞麻原莖進行浸泡法脫膠，脫膠周期內，每12 h測定脫膠液的還原糖、總糖含量，及亞麻纖維的分離程度，浸泡法脫膠過程中酶質量濃度對還原糖含量的影響見圖1、浸泡法脫膠過程中酶質量濃度對總糖含量的影響見圖2，酶濃度對纖維分離度的影響(Fried值)見表1。

由圖1、2可見，不同酶質量濃度脫膠過程中，還原糖和總糖含量變化趨勢較為一致。隨著浸泡法脫膠的進行，脫膠液中還原糖含量均緩慢增加，脫膠48～60 h與脫膠72～84 h還原糖含量表現出2次迅速升高，脫膠84 h還原糖含量均達到最高值，這與一些研究者的報道脫膠液中還原糖含量呈“M”形并不相符[10-12]，這可能是本文所采用的亞麻莖經過滅菌處理，排除了麻莖攜帶的微生物對脫膠液中還原糖含量的影響。而總糖含量的變化呈“M”形，“M”形的2個峰值分別出現在48 h和72 h。脫膠過程中酶質量濃度越高，麻莖中的果膠類物質被分解的越多，脫膠液中還原糖和總糖含量也越高。

圖1 浸泡法脫膠過程中酶質量濃度對還原糖含量的影響

圖2 浸泡法脫膠過程中酶質量濃度對總糖含量的影響

酶質量濃度/(g·L-1) 時間/h1224364860728410Ⅰ0234445+Ⅱ1334555+5Ⅰ0223345Ⅱ1234555+2Ⅰ0123233Ⅱ1135434

注：Fried值為3次測試的均值; Ⅰ:浸泡法脫膠,Ⅱ: 短時浸漬法脫膠。

由表1可見，酶質量濃度越高，纖維分離程度(Fried值)增加越迅速，酶質量濃度10 g/L時，亞麻纖維在48 h Fried值達到4，酶質量濃度5 g/L時，亞麻纖維則在72 h Fried值才達到4，至脫膠84 h，酶質量濃度10、5 g/L脫膠的纖維均分離良好，Fried值達到5，但2 g/L脫膠的纖維Fried值僅為3。綜合考慮選擇5 g/L作為亞麻浸泡脫膠的適宜酶質量濃度。

2.2 酶質量濃度對短時浸漬法亞麻脫膠的影響

采用短時浸漬法亞麻脫膠，考察不同的酶質量濃度對提取液中還原糖、總糖含量及纖維分離程度的影響。短時浸漬法脫膠過程中酶質量濃度對還原糖含量的影響見圖3、短時浸漬法脫膠過程中酶質量濃度對總糖含量的影響見圖4。

圖3 短時浸漬法脫膠過程中酶質量濃度對還原糖含量的影響

圖4 短時浸漬法脫膠過程中酶濃度對總糖含量的影響

由圖3、4可見，短時浸漬法脫膠提取液中還原糖和總糖含量均較浸泡法脫膠的低；脫膠過程中還原糖含量呈逐步增加的趨勢，隨酶質量濃度的增加，脫膠提取液中還原糖含量明顯提高，但與浸泡法脫膠不同，較高酶質量濃度(10、5 g/L)對還原糖含量的影響并不顯著。脫膠過程中總糖含量呈近“W”形，脫膠84 h總糖含量相差不大。結合纖維分離度，選擇5 g/L為適宜的酶質量濃度。

2.3 pH值對浸泡法亞麻脫膠的影響

分別采用pH值為3.7，4.0，4.4，4.8和5.2的酶液進行浸泡法亞麻脫膠，浸泡法脫膠過程中pH值對還原糖含量的影響見圖5、浸泡法脫膠過程中pH值對總糖含量的影響見圖6。酶液pH值對纖維分離度的影響(Fried值)變化見表2。

圖5 浸泡法脫膠過程中pH值對還原糖含量的影響

圖6 浸泡法脫膠過程中pH值對總糖含量的影響

pH值時間 122436486072843.7Ⅰ1334455+Ⅱ1233344+4.0Ⅰ1334455+Ⅱ11112344.4Ⅰ0124344Ⅱ01111134.8Ⅰ0122243Ⅱ2123545+5.2Ⅰ0112244Ⅱ0112245

注：Fried值為3次測試的均值; Ⅰ:浸泡法脫膠,Ⅱ:短時浸漬法脫膠。

由圖5、6可見，隨著脫膠的進行還原糖含量緩慢升高，pH值3.7和pH值4.0脫膠液中還原糖含量在脫膠過程中始終保持較高的水平，至脫膠84 h，pH值3.7和pH值4.0脫膠液中還原糖含量分別為518.23 μg/mL 和586.54 μg/mL。脫膠液中總糖含量的變化基本成“M”形，最低點為脫膠60 h，至脫膠84 h，pH值4.0脫膠液中總糖含量最高，為5 352.81 μg/mL。由表2可見，酶液pH值為3.7和 4.0脫膠亞麻纖維Fried值增加較快，纖維分離度最好，分別在脫膠60 h和72 h Fried值達到5分。因此，浸泡法亞麻脫膠適宜pH值為3.7～4.0。

2.4 pH值對短時浸漬法亞麻脫膠的影響

分別采用pH值為3.7，4.0，4.4，4.8和5.2的酶液進行短時浸漬法亞麻脫膠，短時浸漬法脫膠過程中pH值對還原糖含量的影響見圖7、短時浸漬法脫膠過程中pH值對總糖含量的影響見圖8。

圖7 短時浸漬法脫膠過程中pH值對還原糖含量的影響

圖8 短時浸漬法脫膠過程中pH值對總糖含量的影響

隨著短時浸漬法脫膠的進行，脫膠提取液中還原糖含量呈增加的趨勢，脫膠后期(72～84 h)還原糖含量增加迅速，pH值4.8～5.2酶液的還原糖含量均超過440 μg/mL。由圖8可見，短時浸漬法脫膠總糖含量的變化與浸泡法脫膠的相似，均呈近“M”形，但不同pH值的脫膠提取液中總糖含量的變化趨勢并不一致，這也可能是由于短時浸漬法提取總糖時的誤差造成的。至脫膠84 h pH值4.0和pH值4.8脫膠提取液中總糖含量為最高。結合纖維分離度選擇適宜pH值為4.8。

3 結 論

①以亞麻莖為原料，分別采用浸泡法和短時浸漬法脫膠制備亞麻纖維，以纖維分離度評分為指標，浸泡法和短時浸漬法脫膠適宜酶質量濃度均為5 g/L，適宜pH值分別為3.7～4.0和4.8。

②對比研究浸泡法和短時浸漬法制備亞麻纖維過程還原糖、總糖含量的變化。浸泡法脫膠體系中還原糖和總糖含量明顯高于浸泡法脫膠。2種脫膠體系中還原糖含量均呈逐漸上升趨勢，脫膠后期(72～84 h)還原糖含量增加較快，至84 h達到最高值。浸泡法脫膠體系中總糖含量呈近“M”形。

③短時浸漬法脫膠的纖維分離度優于浸泡法脫膠，而短時浸漬法脫膠酶液用量約為浸泡法的40%，具有成本效益，但短時浸漬法脫膠纖維的一致性較浸泡法差，這也是課題組需要解決的問題。