生物酶在古文物霉斑去除中的應用前景

閆麗，呂靜，傅萌

（1.首都博物館保護部，北京 100045；2.中國石油大學（北京），北京 10224）

文物作為文化的載體以實物的形態留存并傳承下來，是人類在發展過程中遺留保存下來的所有遺物和遺跡的總稱。文物作為人類最寶貴的歷史文化遺產，從不同的側面展示并反映了各個歷史時期人類的社會活動和社會關系、人們的意識形態、人們當時所處的生態環境狀況以及人類如何利用自然并改造自然等所有信息。因此，保護文物并開展科學研究對于認清歷史、揭示人類社會發展的規律進而認識并促進社會的發展均具有十分重要的意義。

淀粉、纖維素、木質素和蛋白質等碳水化合物屬于有機組分，是所有霉菌賴以生存的營養源。紙質品、紡織品、皮革、漆木竹器、骨類等有機質文物和復合質文物藏品中存在各種各樣的有機組分，如果儲存環境存在通風差、濕度高、灰塵較多、溫度較高等問題，將導致藏品極易滋生霉菌。霉菌污染文物后，菌體在生長代謝過程中會產生色素，同時分泌大量的有機酸，嚴重污染和損傷文物，導致文物霉爛；霉菌生長過程中還會分泌粘液，造成紙質品類和紡織品類文物發生粘連，使文物的歷史價值、科學價值以及藝術價值等都受到不可彌補的重大損失。

1 文物受霉菌損害現狀研究

出土文物普遍存在霉菌斑污染的情況，這主要是由于環境潮濕造成的。考古出土的文物，如衣物絲織品和書畫等，普遍存在霉斑、無機鹽沉淀等問題。現存的古書畫都存在不同程度的損害，其表面會有不同種類的污染物，如霉斑、細菌、蟲斑以及塵埃等。在這些污染物中，霉菌對文物的破壞最為嚴重，特別是在字畫等紙質文物和絲織品等衣物文物中尤為明顯。霉菌產生的霉污不僅會在文物表面留下各種形狀不一的污漬，還會造成紡織品類文物的老化降解，嚴重影響紡織品類文物的價值和后續的保存收藏。霉菌被稱為文物中致命的“癌細胞”，因此霉斑的清除已經成為國內外文物界普遍關注和研究的重點和難點問題。目前，針對考古發掘的文物存在的霉斑污染問題，國內外尚無成熟、可靠、安全、高效快速的解決方法可以借鑒。

2 霉菌損害文物機制研究

在霉菌的生長過程中，會代謝產生各種水解酶，如蛋白酶、脂酶等。其中，蛋白酶可以分解文物某些物質的結構，使得文物物質結構中的大基團游離出來，造成文物的某些部位機械強度下降，進而損壞文物的完整性；有些霉菌分泌產生內肽酶，可將蛋白質分子分解生成分子量較小的短肽；霉菌分泌產生的有機酸會造成紙質文物酸老化，紙張因機械強度降低、變脆而壽命縮短；霉菌在生長繁殖過程中分泌的有色代謝產物形成的色斑不易清除，會造成文物表面形成各種不同顏色（黑、棕、褐、灰、紫等）的霉斑斑點，嚴重損壞文物品質，尤其是對珍貴的書法繪畫作品造成不可估量的損失。生長在絲織品文物上的霉菌，不僅可以分解利用絲織品原料，如纖維素、幾丁質、蛋白質等復雜的有機物，還可以在生長繁殖過程中產生有機酸類代謝產物（如乙二醇、檸檬酸、草酸、乳酸、醋酸等）、脂類、多糖、胞外多肽以及色素等次生代謝產物，從而對絲織品文物造成損傷破壞。霉斑的形成過程必須有氧氣的參與，因此其形成的時間點只可能在入棺期間或出土以后。

3 文物霉菌處理的常用方法及研究進展

目前，國內外對各類文物的保護普遍采用化學方法或物理方法，但這些方法存在一些問題，如使用的保護劑（化學物質）殘留、材料老化、不可逆等，對文物的保護存在一定程度的破壞，不利于文物的長期保護。而生物技術的使用，可以規避上述方法的缺陷，解決文物腐朽、脆化等根本性難題。生物法具有可逆性，可以安全、科學、有效地延長文物壽命，且因采用無動力方式，故對文物無損傷。

國外關于古代絲織品的文物保護研究相對較少，而國內該方面的研究較多，且主要集中在解決古代絲綢的老化問題及其保護[1]、絲織品文物菌斑中的菌種鑒定[2]、霉菌的培養優化及生理特性分析[3]、庫房等保存環境的防霉措施[4]以及清除霉斑的技術等方面[5]。

國內外進行絲織品文物清洗時常使用人工合成的化學試劑，國外多采用漂白劑（次氯酸鹽、過氧化氫）和表面活性劑（非離子型或陰離子型）等進行清洗[6-8]，國內采用濕洗法和干洗法兩大類清洗方法。濕洗法是指在水中加入酸性或者堿性試劑、氧化劑或還原劑、洗滌劑、酶制劑、螯合劑等進行清洗；而干洗法則是直接用丙酮、甲苯、乙酸乙酯、石油、三氯乙烯等有機溶劑進行洗滌[9-14]。目前，常采用漂劑漂洗方法（氧化、還原漂劑）移除紙質文物表面菌斑污痕，采用化學殺菌劑殺死菌體。霉斑的清洗主要采用化學清洗的方法，即利用電解槽正極產生的弱酸性電解水，在人工清洗的同時輔助超聲波清洗的方法達到清除文物霉斑的目的[15]。化學清洗霉斑的方法效果好、見效快、清洗能力強，但該方法使用的化學試劑易對古代絲織品的結構造成損傷，不僅會殘留在纖維結構中造成二次污染，還容易造成環境污染并影響操作人員的健康。天然提取的生物清洗材料可以避免上述化學清洗方法的缺點，因此受到文物保護研究者們的廣泛關注，已成為未來研究的重要方向。

4 生物技術處理文物霉斑的優勢及研究現狀

4.1 技術優勢

近年來，人們越來越認識到生物技術在文物清洗和修復中的應用優勢。例如，利用生物酶和生物有機酸可以高效去除文物中難以清除的結晶鹽。生物法因處理條件溫和、對人體和環境無害、無殘留和二次污染、機械強度低以及多數在室溫條件下進行處理等優點，已在多個文物修復領域中應用，如絲織品文物的加固、生物酶揭裱書畫文物、修復石質類文物、清除壁畫表面污物等方面[16-20]。

4.2 研究現狀

隨著國家立項支持及利用生物方法開展文物研究的熱度增加，與生物技術處理文物霉斑相關的文章、專利、項目以及社會響應度等多方面都顯著增加。統計《文物保護與考古科學》期刊1989—2012年的相關文章，可以看出1989—2008年20年間關于生物學方面的文章僅有6篇，而2009—2012年3年內生物方面的文章有18篇。2002年，《生物技術在文物保護領域的應用研究——出土絲織物加固處理》項目的提出，標志著我國文物保護研究中生物技術應用的正式開始。生物技術類課題在《文化遺產保護科學和技術研究課題匯編（1990—2008）》中立項8項。2011年，國家文物局發布的《文化遺產保護領域科學和技術研究課題指南（2011—2015）》中，將“生物技術等高新技術在館藏文物保護中的應用研究”列入文物保護領域中。

我國在文物保護方面發表的生物學文章主要集中在以下4個方面。（1）紙質文物、壁畫、文物環境中文物來源的微生物檢測培養、鑒定及其防治。目前，去除霉斑的研究主要集中在污染霉菌的形態學和分子生物學鑒定方面；（2）生物法清洗、生物修復以及生物加固在文物中的應用研究。（3）將生物礦化的研究進展應用于石質文物的修復。（4）分子生物學的技術和方法在考古學中的應用。

將生物技術應用于文物保護主要是指利用微生物新陳代謝產生的代謝物和生物活性物質，有目的地篩選分離出特異性菌株；在出土絲織品中加入多種不同的微生物，對各種不同菌群進行配伍和混合，形成微生物共生態進而對出土文物進行生物清洗。這種清洗過程安全環保，清洗廢液無毒無害、容易降解，能夠達到安全、科學、有效延長文物壽命的目的。

微生物清潔文物是一個生物物理和生物化學協同作用的過程，此外還伴隨著物理過程和化學過程。絲織品文物的霉斑清洗多采用化學清洗，利用電解槽正極產生的弱酸性電解水，在人工清洗的同時輔助超聲波清洗的方法達到清除文物霉斑的目的[21]。田金英等人[5]利用弱酸化水和改良型超聲清洗法清除故宮館藏的絲織品霉斑，為絲織品霉斑清除工作提供了新思路。這個方法不僅克服了絲織品失色問題，又沒有引入任何化學物質。閆麗等人[19]利用紅茶菌發酵液清洗絲織文物表面的結晶鹽，是清洗絲織品文物的一種溫和方法。其原理是紅茶菌發酵液中含有生物有機酸和生物酶，可將難溶的結晶鹽轉化為可溶性鹽。郭敏等人[21]利用生物技術清洗古代絲織品文物上的霉斑，該清洗過程具有環保、安全等優勢。此外，田金英等[22-23]采用冬瓜片擦洗清除霉斑；江西德安博物館的研究人員利用蛋白酶、溶菌酶清除了南宋周氏墓出土的絲綢文物上的霉斑；寧夏博物館用木瓜蛋白酶去除了賀蘭縣拜寺溝方塔廢墟出土的西夏時期的絲織品污斑；龔德才等人[24]利用纖維素酶、溶菌酶混合豆芽和冬瓜提取液清除文物上的大部分霉斑，效果明顯。

首都博物館基于生物酶法和分子生物學技術，研發了一種能夠高效去除文物霉點和霉斑的綠色除霉生物酶制劑——溶壁酶。溶壁酶是根據污染文物霉菌的種類而確定的含有多種生物酶的復合酶，包括溶菌酶、β-1,3-葡聚糖酶、β-1,6-葡聚糖酶、甘露糖酶、糖苷酶、肽鍵內切酶、殼多糖酶、蛋白酶、漆酶、脫色酶以及制霉菌素。該配方具有效果優、見效快的優點，能夠安全、高效、徹底去除霉菌及其代謝物產生的霉斑色素，可在文物除霉、清洗、修復和保藏中廣泛應用。

5 結語

盡管我國研究人員已嘗試使用生物酶清除文物的霉斑，但霉斑的處理仍是文物處理和保藏中的重點和難點問題。安全高效清除霉菌已成為文物界急需攻克的重大難題。污染文物的霉菌種類繁多，且霉菌產生的許多色素難以處理，使用單一或兩三種生物酶清除霉斑的效果均不理想。因此，需要基于生物酶法和分子生物學技術研發出能夠高效去除文物霉點和霉斑的綠色除霉生物酶制劑，從而安全、高效、徹底去除霉菌及其代謝物產生的霉斑，以滿足文物清洗、修復和保藏的需求，這對于實現文物的歷史再重現功能具有極其重要的作用和意義。