亚麻浸泡脱胶与短时间浸渍脱胶的比较

田英华，张羽飞，刘晓兰，王 路

(齐齐哈尔大学 食品与生物工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

亚麻纤维是可再生、可生物降解的天然纤维，具有优越的物理力学特性，被广泛用于纺织、生物复合材料等领域[1-3]。亚麻纤维以纤维束的形式存在于麻茎的韧皮部，纤维束外包裹着胶质并且由胶质相互黏结。脱胶就是从非纤维组分中分离出纤维的过程。由于脱胶过程在很大程度上决定了亚麻纤维的特性，因此，被认为是制纤过程中重要的环节[4]。

亚麻制纤的历史非常悠久，传统的方法主要是雨露法和温水浸泡法。雨露法长期占用耕地，而温水浸泡法对环境污染严重。20世纪80年代，随着生物学的发展，研究者们开始关注添加微生物或生物酶进行亚麻脱胶。酶法亚麻脱胶效率高，纤维生产率高，纤维的强力损失较小，但成本高制约了酶法脱胶工业化的进程。近年来课题组探索了短时浸渍脱胶方法，力图在保证酶法脱胶优势的基础上减少酶的用量，降低生产成本[5-6]。本文分别研究了浸泡法和短时间浸渍法亚麻脱胶的适宜加酶量和pH值，对比研究了脱胶过程中，还原糖、总糖的变化及脱胶后纤维的分离程度。为酶法脱胶的机制研究及推动酶法亚麻脱胶提供理论参考。

1 实验部分

1.1 实验材料

亚麻(黑龙江省金鼎亚麻纺织集团)，果胶酶(天津市利华酶制剂技术有限公司)，3，5-二硝基水杨酸、 结晶酚、结晶乙酸钠、冰乙酸(天津市凯通化学实验有限公司，均为分析纯)，蒽酮 (上海源叶生物科技有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1还原糖含量的测定方法

采用3,5-二硝基水杨酸法[7]测定还原糖含量：将1 mL样品溶液，1 mL蒸馏水及1 m 3，5-硝基水杨酸(DNS)试剂混合均匀，沸水浴5 min后骤冷，定容至25 mL，混合均匀，520 nm波长下测吸光值，空白为不加样品。

1.2.2总糖含量的测定方法

采用蒽酮比色法[8]测定总糖含量：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，620 nm波长下测吸光值，空白为不加样品。

1.2.3亚麻原茎的预处理

5 cm 长的亚麻茎段→121 ℃湿热灭菌→干燥→碾压处理→蒸馏水浸泡12 h→干燥。

1.2.4亚麻原茎短时浸渍脱胶

将预处理后的亚麻原茎5 g在脱胶酶液中浸泡2 min后取出，去除多余溶液，置于密闭容器内，恒温脱胶。

1.2.5短时浸渍法脱胶亚麻纤维中还原糖和总糖的提取

将不同脱胶时间的亚麻茎1 g剪成较小的茎段，加入到20 mL HAC-NaAC缓冲液中，然后进行30 min的超声处理，再沸水浴30 min。

1.2.6亚麻原茎浸泡法脱胶

经预处理后的亚麻原茎按浴比1∶20 加入 pH 值5.5的果胶酶液，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、总糖含量和纤维的分离程度。

1.2.7亚麻纤维分离程度的判断方法

亚麻纤维的分离程度采用Freid评分法[9]进行测定。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。

2 结果与讨论

2.1 酶质量浓度对浸泡法亚麻脱胶的影响

分别采用质量浓度为10、5和2 g/L的酶液对亚麻原茎进行浸泡法脱胶，脱胶周期内，每12 h测定脱胶液的还原糖、总糖含量，及亚麻纤维的分离程度，浸泡法脱胶过程中酶质量浓度对还原糖含量的影响见图1、浸泡法脱胶过程中酶质量浓度对总糖含量的影响见图2，酶浓度对纤维分离度的影响(Fried值)见表1。

由图1、2可见，不同酶质量浓度脱胶过程中，还原糖和总糖含量变化趋势较为一致。随着浸泡法脱胶的进行，脱胶液中还原糖含量均缓慢增加，脱胶48～60 h与脱胶72～84 h还原糖含量表现出2次迅速升高，脱胶84 h还原糖含量均达到最高值，这与一些研究者的报道脱胶液中还原糖含量呈“M”形并不相符[10-12]，这可能是本文所采用的亚麻茎经过灭菌处理，排除了麻茎携带的微生物对脱胶液中还原糖含量的影响。而总糖含量的变化呈“M”形，“M”形的2个峰值分别出现在48 h和72 h。脱胶过程中酶质量浓度越高，麻茎中的果胶类物质被分解的越多，脱胶液中还原糖和总糖含量也越高。

图1 浸泡法脱胶过程中酶质量浓度对还原糖含量的影响

图2 浸泡法脱胶过程中酶质量浓度对总糖含量的影响

酶质量浓度/(g·L-1) 时间/h1224364860728410Ⅰ0234445+Ⅱ1334555+5Ⅰ0223345Ⅱ1234555+2Ⅰ0123233Ⅱ1135434

注：Fried值为3次测试的均值; Ⅰ:浸泡法脱胶,Ⅱ: 短时浸渍法脱胶。

由表1可见，酶质量浓度越高，纤维分离程度(Fried值)增加越迅速，酶质量浓度10 g/L时，亚麻纤维在48 h Fried值达到4，酶质量浓度5 g/L时，亚麻纤维则在72 h Fried值才达到4，至脱胶84 h，酶质量浓度10、5 g/L脱胶的纤维均分离良好，Fried值达到5，但2 g/L脱胶的纤维Fried值仅为3。综合考虑选择5 g/L作为亚麻浸泡脱胶的适宜酶质量浓度。

2.2 酶质量浓度对短时浸渍法亚麻脱胶的影响

采用短时浸渍法亚麻脱胶，考察不同的酶质量浓度对提取液中还原糖、总糖含量及纤维分离程度的影响。短时浸渍法脱胶过程中酶质量浓度对还原糖含量的影响见图3、短时浸渍法脱胶过程中酶质量浓度对总糖含量的影响见图4。

图3 短时浸渍法脱胶过程中酶质量浓度对还原糖含量的影响

图4 短时浸渍法脱胶过程中酶浓度对总糖含量的影响

由图3、4可见，短时浸渍法脱胶提取液中还原糖和总糖含量均较浸泡法脱胶的低；脱胶过程中还原糖含量呈逐步增加的趋势，随酶质量浓度的增加，脱胶提取液中还原糖含量明显提高，但与浸泡法脱胶不同，较高酶质量浓度(10、5 g/L)对还原糖含量的影响并不显著。脱胶过程中总糖含量呈近“W”形，脱胶84 h总糖含量相差不大。结合纤维分离度，选择5 g/L为适宜的酶质量浓度。

2.3 pH值对浸泡法亚麻脱胶的影响

分别采用pH值为3.7，4.0，4.4，4.8和5.2的酶液进行浸泡法亚麻脱胶，浸泡法脱胶过程中pH值对还原糖含量的影响见图5、浸泡法脱胶过程中pH值对总糖含量的影响见图6。酶液pH值对纤维分离度的影响(Fried值)变化见表2。

图5 浸泡法脱胶过程中pH值对还原糖含量的影响

图6 浸泡法脱胶过程中pH值对总糖含量的影响

pH值时间 122436486072843.7Ⅰ1334455+Ⅱ1233344+4.0Ⅰ1334455+Ⅱ11112344.4Ⅰ0124344Ⅱ01111134.8Ⅰ0122243Ⅱ2123545+5.2Ⅰ0112244Ⅱ0112245

注：Fried值为3次测试的均值; Ⅰ:浸泡法脱胶,Ⅱ:短时浸渍法脱胶。

由图5、6可见，随着脱胶的进行还原糖含量缓慢升高，pH值3.7和pH值4.0脱胶液中还原糖含量在脱胶过程中始终保持较高的水平，至脱胶84 h，pH值3.7和pH值4.0脱胶液中还原糖含量分别为518.23 μg/mL 和586.54 μg/mL。脱胶液中总糖含量的变化基本成“M”形，最低点为脱胶60 h，至脱胶84 h，pH值4.0脱胶液中总糖含量最高，为5 352.81 μg/mL。由表2可见，酶液pH值为3.7和 4.0脱胶亚麻纤维Fried值增加较快，纤维分离度最好，分别在脱胶60 h和72 h Fried值达到5分。因此，浸泡法亚麻脱胶适宜pH值为3.7～4.0。

2.4 pH值对短时浸渍法亚麻脱胶的影响

分别采用pH值为3.7，4.0，4.4，4.8和5.2的酶液进行短时浸渍法亚麻脱胶，短时浸渍法脱胶过程中pH值对还原糖含量的影响见图7、短时浸渍法脱胶过程中pH值对总糖含量的影响见图8。

图7 短时浸渍法脱胶过程中pH值对还原糖含量的影响

图8 短时浸渍法脱胶过程中pH值对总糖含量的影响

随着短时浸渍法脱胶的进行，脱胶提取液中还原糖含量呈增加的趋势，脱胶后期(72～84 h)还原糖含量增加迅速，pH值4.8～5.2酶液的还原糖含量均超过440 μg/mL。由图8可见，短时浸渍法脱胶总糖含量的变化与浸泡法脱胶的相似，均呈近“M”形，但不同pH值的脱胶提取液中总糖含量的变化趋势并不一致，这也可能是由于短时浸渍法提取总糖时的误差造成的。至脱胶84 h pH值4.0和pH值4.8脱胶提取液中总糖含量为最高。结合纤维分离度选择适宜pH值为4.8。

3 结 论

①以亚麻茎为原料，分别采用浸泡法和短时浸渍法脱胶制备亚麻纤维，以纤维分离度评分为指标，浸泡法和短时浸渍法脱胶适宜酶质量浓度均为5 g/L，适宜pH值分别为3.7～4.0和4.8。

②对比研究浸泡法和短时浸渍法制备亚麻纤维过程还原糖、总糖含量的变化。浸泡法脱胶体系中还原糖和总糖含量明显高于浸泡法脱胶。2种脱胶体系中还原糖含量均呈逐渐上升趋势，脱胶后期(72～84 h)还原糖含量增加较快，至84 h达到最高值。浸泡法脱胶体系中总糖含量呈近“M”形。

③短时浸渍法脱胶的纤维分离度优于浸泡法脱胶，而短时浸渍法脱胶酶液用量约为浸泡法的40%，具有成本效益，但短时浸渍法脱胶纤维的一致性较浸泡法差，这也是课题组需要解决的问题。