酸性溶液预浸对酶法亚麻脱胶及纤维性能的影响

田英华， 刘晓兰， 郑喜群， 王 路

(1. 齐齐哈尔大学 食品与生物工程学院， 黑龙江 齐齐哈尔 161006；2. 齐齐哈尔大学 农产品加工黑龙江省普通高校重点实验室， 黑龙江 齐齐哈尔 161006)

酸性溶液预浸对酶法亚麻脱胶及纤维性能的影响

田英华1，2， 刘晓兰1，2， 郑喜群1,2， 王 路1,2

(1. 齐齐哈尔大学 食品与生物工程学院， 黑龙江 齐齐哈尔 161006；2. 齐齐哈尔大学 农产品加工黑龙江省普通高校重点实验室， 黑龙江 齐齐哈尔 161006)

为克服亚麻脱胶过程中酶液向麻茎渗透的屏障，并且节约酶的用量和缩短脱胶时间，采用弱酸对亚麻原茎进行预处理，再经酶法脱胶，以蒸馏水处理为对照，考察了CH3COOH、NaH2PO4/H3PO4、H2SO4和H3PO4溶液预浸处理对亚麻原茎质量损失率及纤维分离程度的影响。以还原糖和总糖含量、纤维分离程度为指标，研究酸溶液种类和浓度对酶法亚麻脱胶的影响，并考察了H2SO4和H3PO4溶液处理后脱胶麻纤维的力学性能。结果表明，20 mmol/L的H2SO4或H3PO4溶液处理的亚麻原茎再经酶法脱胶其释放的还原糖和总糖均较高，纤维断裂强力可达150 cN以上，过高和过低浓度的酸溶液对脱胶都没有促进作用。

亚麻； 酶法脱胶； 酸性溶液； 预浸

亚麻是一种古老的纤维及油料作物，其纤维可用于纺织、造纸和复合材料[1-2]。从亚麻原茎提取纤维的过程称为亚麻脱胶，脱胶是利用微生物酶类部分降解中胶层的胶质多糖，从而释放纤维的过程。脱胶是亚麻纤维生产中的限制性环节。目前世界范围内普遍采用温水脱胶和雨露脱胶法。温水脱胶所得亚麻纤维品质较好，但由于厌氧菌发酵所产生的恶臭气味对环境污染严重，且使纤维也带有恶臭味[3]。欧洲国家多采用雨露法，但所得纤维品质一致性较差，并且该方法受地理条件和温度、湿度限制[4-5]。近年来，酶法脱胶成为研究的焦点[6-8]，而酶的价格成为了制约其推广的瓶颈。本文采用价格低廉、环境友好的弱酸对亚麻原茎进行前处理，研究酸溶液处理对酶法亚麻脱胶及对纤维力学特性的影响，力图节省脱胶酶的用量，促进酶法脱胶的推广应用。

1 实验部分

1.1 材 料

亚麻厚茎由黑龙江省金鼎亚麻纺织集团提供。果胶酶：自制，菌种为AspergillusnigerHYA4[9]。3,5-二硝基水杨酸，结晶酚(天津凯通化学试剂有限公司)，蒽酮(上海源叶生物科技有限公司)，CH3COOH、NaH2PO4、H3PO4、H2SO4(均为分析纯，南京化学试剂股份有限公司)。

1.2 亚麻原茎的预处理

将亚麻原茎剪成5 cm长的亚麻茎段，经过碾压处理，用蒸馏水浸泡12 h后，烘干。

1.3 亚麻原茎的酸性溶液预浸

称取2.0 g烘干的亚麻，加入40 mL酸性溶液，浸泡24 h(酸的种类包括：CH3COOH、NaH2PO4-H3PO4、H2SO4和H3PO4)，蒸馏水浸泡的作为对照。经过酸性溶液预浸处理后的亚麻原茎用蒸馏水冲洗，再用pH=5的醋酸铵缓冲液冲洗、浸泡12～18 h后烘干。

1.4 还原糖含量的测定

采用3,5-二硝基水杨酸法[10]：将1 mL样品溶液，1 mL蒸馏水及1 mL DNS液混合均匀，沸水浴5 min后骤冷，定容至25 mL，混合均匀，于520 nm处测吸光值，空白为不加样品。

1.5 总糖含量的测定

采用蒽酮比色法[10]：将1 mL样品溶液，1 mL蒸馏水及10 mL蒽酮液混合均匀，沸水浴10 min后骤冷，于620 nm处测定吸光值，空白为不加样品。

1.6 亚麻原茎的酶法脱胶

经酸性溶液处理后的亚麻原茎按浴比1∶20加入pH=5.5的果胶酶液(酶活力约为1.5 U/mL)，于36 ℃静置脱胶处理。脱胶过程中，每隔12 h测定溶液中的还原糖和总糖含量，每隔36 h测定纤维的分离程度。

1.7 亚麻纤维分离程度的评价

亚麻纤维的分离程度采用Freid评分法[11]。根据纤维分离的程度评分，共4个等级。0为不分散，1为稍有分散，2为基本分散，3为分散良好。“+”表示略高于该水平。

1.8 亚麻纤维断裂强力及伸长率的测定

采用手工方式将亚麻纤维剥离，采用YG061型电子单纱强力仪，夹持距离为10 mm，测定纤维的断裂强力及断裂伸长率。每个试样做3个平行测试。

1.9 质量损失率的测定

分别称取处理前后亚麻原茎的质量，按下式计算质量损失率：

G=(Gb-Ga)/Gb×100%

式中：Gb为处理前亚麻原茎的质量，g；Ga为处理后亚麻原茎的质量，g。

2 结果与讨论

2.1 酸性溶液种类对亚麻脱胶的影响

分别采用浓度为20 mmol/L的CH3COOH、NaH2PO4/H3PO4、H2SO4和H3PO4溶液浸泡亚麻原茎，以蒸馏水处理作为对照，测定处理后亚麻原茎的质量损失率及分离程度，结果见表1。

表1 酸性溶液处理后亚麻原茎的质量损失率Tab.1 Weight loss ratio of flax by acid treatment

注：Fried值为3次测试的均值。

由表1可见，不同酸性溶液处理的亚麻原茎质量损失率差异较大，其中经H3PO4溶液处理的亚麻原茎质量损失率最大为7.17%，CH3COOH和H2SO4溶液处理后亚麻原茎的质量损失率与对照组相当，而NaH2PO4/H3PO4溶液处理组的质量损失率低于对照组。经酸性溶液处理后的亚麻原茎纤维分离程度均未见明显变化。由此可见，由于所采用的酸性溶液浓度较低，并不能够水解纤维间的胶质多糖，因此，可推测其对纤维的损伤也应较小。

酸性溶液处理的亚麻原茎烘干后用酸性果胶酶脱胶处理，以蒸馏水处理组为对照，脱胶液中还原糖及总糖相对含量变化如图1所示。麻茎中胶质的水解程度越高，脱胶液中还原糖和总糖含量相应增加，而胶质水解的越彻底则还原糖含量越高。由图可见，经H2SO4和H3PO4处理的亚麻原茎在脱胶过程中还原糖含量均高于对照，经H3PO4处理后的脱胶液中总糖含量较高，H2SO4处理的样品中总糖含量与对照相当。这说明上述2种酸溶液能够有效地解除与胶质多糖螯合的钙、镁离子，从而促进胶质多糖的水解。而CH3COOH和H2SO4处理后的脱胶液还原糖和总糖含量均较对照低。因此，选择H2SO4和H3PO4溶液处理亚麻原茎。

图1 酸性溶液处理对还原糖和总糖含量的影响Fig.1 Effect of acid treatment on reducing sugar (a) and total sugar (b)

2.2 酸性溶液浓度对亚麻脱胶的影响

以蒸馏水处理为对照，采用浓度为10，20，50，80 mmol/L的H2SO4和H3PO4溶液分别浸泡处理亚麻原茎，再经果胶酶脱胶处理。酸溶液对钙、镁离子交联区的作用能削弱中胶层的联结，破坏原果胶的网状结构，促进酶对麻茎中果胶的水解。酸溶液对胶质的作用越有效，脱胶液中还原糖和总糖含量越高。研究脱胶过程中还原糖与总糖相对含量的变化，结果见图2、3。

图2 H2SO4浓度对脱胶过程中还原糖和总糖含量的影响Fig.2 Effect of sulfuric acid treatment on reducing sugar (a) and total sugar (b)

由图2、3结果可见，经H2SO4溶液处理后的脱胶液中还原糖含量均高于对照，其中，以20 mmol/L和50 mmol/L处理组较高，至脱胶108 h还原糖质量分数达到240%以上，总糖质量分数则以50 mmol/L处理组最高，20 mmol/L处理组与对照相当。经20 mmol/L H3PO4溶液处理后的脱胶液中还原糖含量高于对照组，50 mmol/L和80 mmol/L H3PO4溶液处理组还原糖含量与对照相近，20 mmol/L和50 mmol/L H3PO4溶液处理组总糖含量与对照相当。由此可见，酸溶液的适宜处理浓度为： H2SO4溶液20～50 mmol/L，H3PO4溶液20 mmol/L，过高和过低浓度的酸溶液对脱胶都起到促进作用。

表2示出酶法脱胶过程中亚麻纤维的分离程度。20 mmol/L H3PO4溶液处理、脱胶后亚麻纤维的分离程度优于其他处理组。从亚麻纤维的分离程度来看，采用20 mmol/L和50 mmol/L的H2SO4溶液处理，再经酶法脱胶纤维的分离程度相当，脱胶108 h纤维的分离程度较高，均优于对照组。

注：Fried值为3次测试的平均值。

2.3 亚麻纤维的力学性能分析

表3 酶法脱胶后亚麻纤维的性能Tab 3 Properties of flax fibers by enzyme retting

注：Fried值为3次测试的均值。

脱胶108 h的亚麻原茎用手工剥离方法获得纤维，采用纤维强力仪研究亚麻纤维的断裂强力和断裂伸长，结果见表3。

亚麻原茎经108 h脱胶处理后只有20 mmol/L和50 mmol/L H2SO4溶液处理组和20 mmol/L H3PO4溶液处理组纤维达到了良好分散，但50 mmol/L H2SO4溶液处理组纤维强力损失较大，可能是较大浓度的酸溶液损伤了纤维，使其强力下降。但除80 mmol/L处理组，其他各浓度酸溶液处理所得纤维的力学性能均优于传统温水脱胶。从纤维的力学性能分析，选择20 mmol/L的H2SO4和 H3PO4溶液处理为宜。

3 结 论

1)本文采用酸溶液浸泡后再经果胶酶处理亚麻原茎，避免了酸溶液pH值对果胶酶的影响。亚麻纤维中的胶质多糖螯合的钙、镁离子在弱酸溶液的作用下与多糖解离，使得胶质多糖的溶解性增加，并有利于果胶酶的作用。

2)胶质中的多糖经酶水解后产生还原糖溶解于脱胶液中，随着多糖的降解，胶质中出现了缝隙和孔洞，这一方面增加了胶质中可溶性物质的溶出，另一方面一部分没有被完全水解的多糖可能从胶质中脱落至脱胶液中使得总糖含量增加。

3)20 mmol/L的H2SO4溶液或H3PO4溶液对酶法脱胶有较好的促进作用，纤维损伤较小，纤维的力学性能没有明显下降。弱酸溶液的使用促进了酶法亚麻脱胶的进程，可为减少酶制剂的使用，降低酶法亚麻脱胶成本提供新的思路。

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Influence of acid presoak on enzyme flax retting and properties of fibers

TIAN Yinghua1,2， LIU Xiaolan1,2, ZHENG Xiqun1,2， WANG Lu1,2

(1.CollegeofFoodandBiotechnology,QiqiharUniversity,Qiqihar,Heilongjiang161006,China; 2.KeyLaboratoryofProcessingAgriculturalProductsofHeilongjiangProvince,QiqiharUniversity,Qiqihar,Heilongjiang161006,China)

Flax stem was presoaked by dilute acid and then treated with enzyme to lift permeated barrier between enzyme and substrate in flax fiber. This environmentally favorable and economical method was investigated to facilitate the flax enzyme retting. Weight loss ratio and fiber separation degree of flax stems treated by CH3COOH, NaH2PO4/H3PO4, H2SO4and H3PO4were researched. Taking reducing sugar and total sugar contents, fiber separation degree and mechanical property as indexes, the influence of acid treatment on flax enzyme retting was investigated. The flax stems that treated by 20 mmol/L H2SO4and H3PO4and subsequently retted by enzyme released more reducing sugar and total sugar, and breaking strength of retted fibers could reached more than 150 cN. Only the optimal concentration could accelerate enzyme retting.

flax； enzyme retting； acid solution； presoak

10.13475/j.fzxb.20150401305

2015-04-10

2016-02-03

黑龙江省自然科学基金资助项目(E201345)；黑龙江省教育厅科技项目(12531752)

田英华(1975—)，女，硕士。主要研究方向为麻类纤维的生物处理。E-mail: yinghua_tian@163.com。

TS 12

A