（纺织工程专业论文）红麻韧皮纤维生物酶脱胶改性研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

红麻韧皮纤维生物酶脱胶改性研究 摘要 为解决长期以来红麻韧皮纤维脱胶改性的环境污染和化学残留的难 题，本文依据红麻韧皮纤维共生物特性，提出了生物酶脱胶改性技术，筛 选驯化出脱胶菌种，应用筛选出菌种分泌的果胶酶进行了系统的脱胶实验， 并用半纤维素酶和纤维素酶复配对脱胶后的纤维在同一反应装置中进行了 改性。分析了果胶酶和半纤维素酶的作用机制，并采用甲壳素生物膜法对 脱胶改性废水进行了处理。同时，应用红麻生物酶脱胶改性的实验室成果 进行了中试生产研究。本文各章节内容如下： 第一章阐述了国内外麻类韧皮纤维生物脱胶和改性及废水处理的研究 现状。 第二章筛选驯化了适于红麻脱胶的菌种，并对菌种进行表征。根据菌 落和菌体形态初步认定所筛选的菌种是a s p e r g i l l u sn i g e r 属，即黑曲霉属。 再经d n a 序列测定和该菌种在18 s r n a 编码区的基因表达，该菌种被进一步 鉴定为a s p e r g i l l u sn i g e r 属。提取了该菌种分泌的果胶酶，并采用d n s 法和粘 度下降法测定了果胶外切酶和果胶内切酶对果胶的活力分别为5 6 5u m l 和 41 4u m l ，而对纤维素的活力分别为9 9u m l 和2 6 1u m l ，因而该菌种分泌 的酶是一种既适合脱胶又不损伤纤维的酶。接着对该菌体生长与产酶关系 进行了研究，结果表明此关系为同步合成型，其最佳产酶时间为菌体生长 的第5 2 5 6 h ，温度为3 8 4 0 。 第三章进行了红麻生物酶脱胶改性试验及纤维检测。经单因子试验及正 交试验确定了较优脱胶工艺参数：温度3 6 ，p h 值8 ，浴比1 ：2 5 ，时间6 0 h ， 酶液用量3m l l0 9 麻皮。按上述生物酶脱胶工艺参数处理后，红麻纤维残 胶率和失重率分别为1 6 1 和2 3 9 6 ，纤维分离度和柔软度较好。为了提高纤 维可纺性，又在同一反应装置中采用纤维素酶和半纤维素酶复合改性法对 红麻纤维进行了改性处理，进一步去除了纤维中残留的半纤维素和部分木 质素等杂质。经试验改性处理的较优工艺参数为：温度4 0 ，p h 值5 5 ，时 间1 8 h ，用量比例为纤维素酶l0 9 ：半纤维素酶3 0 9 ( 每千克麻皮) 。对脱胶 改性后的纤维进行了检测分析，生物酶法脱胶改性所得纤维残胶率、失重 率均较低，分别为l2 1 和2 6 ，断裂强力、断裂伸长及柔软度等性能指标 优于天然法，同时，通过纤维横截面图像、纤维纵向电子显微扫描图像和 红外光谱图谱对比看出，生物酶法处理所得纤维表面光滑，分离度好且纤 维损伤小，有利于纤维的精深加工。 第四章阐述了红麻生物酶脱胶改性机理，分析了红麻生物酶脱胶改性 过程和果胶酶及半纤维素酶的作用位置及大分子链断裂情况。果胶酶脱胶 是一个连续作用过程，包含：将不可溶性果胶转化为可溶性果胶，将可溶 性果胶脱甲基成为果胶酸及水解各半乳糖醛酸单体间的l ，4 一苷键，使大分 子降解等三个阶段。在此过程中，发挥主要作用的是果胶分解酶m p g 和果胶 酸分解酶p g ，二者又分别存在内切酶和外切酶两种形式，即e n d o m p g p g ， e x o - m p g p g 。内切酶从中间任意位置切断果胶大分子，而外切酶由末端开 始逐渐降解果胶大分子，且e n d o - m p g 和e x o - m p g 优先作用于果胶，而e n d o p g 和e x o p g 优先作用于果胶酸。在半纤维素酶改性过程中，发挥主要作用的 是内切l ，4 一b - d - 木聚糖酶和外切l ，4 一b - d 一木聚糖酶。内切l ，4 一b d 一 木聚糖酶随机切断分子链骨架，产生木寡糖，降低其聚合度，随后外切l ， 4 1 3 - d 一木聚糖酶将木寡糖和木二糖分解为木糖。酶解后脱胶改性液中，主 要有半乳糖醛酸、半乳糖醛酸甲酯、半乳糖、木糖、葡萄糖、阿拉伯糖及 少量的鼠李糖和甘露糖等小分子产物。 第五章研究了红麻生物酶脱胶改性废水处理。利用气相色谱分析了红 麻脱胶改性液中的成分，确定了各单糖的含量及比例，以甲壳素作为载体 进行生物膜的固定化，采用甲壳素生物膜法对其脱胶改性废水进行处理， 通过试验确定了较优的处理工艺参数：时间为18 h ，p h 值为7 ，初始c o d 为 4 5 0 ，温度为2 7 。其处理后水质中的c o d 为2 0 8 、b o d 5 为6l 、p h 值为 6 9 、固形物含量为7 3 、色度为10 ，各项水质指标能达到污水综合排放标 准中二级标准要求。 i i 第六章对生物酶脱胶改性技术进行了中试生产研究，包括黑曲霉产果 胶酶的中试放大工艺和红麻生物酶脱胶改性的中试生产流程等研究，还应 用生物酶脱胶改性后的红麻纤维，开发了服饰面料及汽车内饰材料系列产 品，同时对红麻织物的超临界c 0 2 无水染色进行了试验研究。 第七章是结论与展望。对全文研究工作的主要贡献、存在的问题和进 一步研究方向进行了总结和展望。 关键词：红麻脱胶，红麻改性，生物酶脱胶，生物酶改性，菌种筛选， 废水处理 i i i a s t u d yo l lt h ed e g u m m i n g a n dm o d i f i c a t i o no fk e n a fb a s t f i b e rb yb i o - e n z y m ed e g r a d a t i o n a b s t r a c t b a s e do nt h e a n a l y s i so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fk e n a f si n t e r g r o w t h at e c h n o l o g yo f b i o e n z y m ed e g r a d a t i o nu s e df o rd e g u m m i n ga n dm o d i f i c a t i o no f k e n a fb a s tf i b e ri sp r o p o s e d i nt h e p a p e r t h et e c h n o l o g y i sa i m e da t r e s o l v i n g t h el o n g - s t a n d i n gp r o b l e m so f e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nw h i c hi sc a u s e db yt h ec h e m i c a lr e s i d u ee x i s t e di nb o t ht h e d e g u m m i n ga n dm o d i f y i n gp r o c e s s t h ew o r ki n c l u d e st h ef o l l o w i n gp a r t s ：t h es e l e c t i o na n d d o m e s t i c a t i o no ft h es t r a i ns p e c i a l l ys u i t a b l ef o rd e g u m m i n gt h ek e n a ff i b e r ；t h es y s t e m a t i c e x p e r i m e n t so fd e g u m m i n ga n dm o d i f i c a t i o no fk e n a ff i b e r su s i n gt h ep a c t i n a s es e c r e t e db y t h es e l e c t e ds t r a i na n dh e m i c c l l u l a s e ；t h ea n a l y s i so ft h ea c t i o nm e c h a n i s m so ft h ep e c t i n a s e a n dh e m i c e l l u l a s eo nk e n a ff i b e rd u r i n gt h ed e g u m m i n ga n dm o d i f y i n gp r o c e s s ；t h et r e a t m e n t o fd e g u m m i n gw a s t e w a t e ru s i n gb i o - m e m b r a n e em e t h o d ；a n dt h es t u d yo ft h ea p p l i c a t i o no f a l lt h er e s u l t so b t a i n e di nl a b o r a t o r yt ot h em e d i u m - d u t yo fk e n a fp r o d u c t s t h ec o n t e n t so f e a c hc h a p t e ra r ea sf o l l o w s ： t h ef i r s t c h a p t e rg i v e so u ta l li n t r o d u c t i o nt o t h ep r e s e n ts t a t u so fr e s e a r c hf o r d e g u m m i n ga n dm o d i f i c a t i o no fb a s tf i b e r sa n dd e g u m m i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tu s i n g b i o l o g i c a lt e c h n i q u ea th o m ea n da b r o a d i nt h es e c o n dc h a p t e r , t h es t r a i ns u i t a b l e f o rk e n a fd e g u m m m gi ss e l e c t e da tf i r s t a c c o r d i n gt ot h em o r p h o l o g yo fc o l o n ya n ds t r a i nb o d yt h es e l e c t e ds t r a i ni sc o n s i d e r e dt ob e a s p e r g i l l u sn i g e rf a m i l y w i t ht h ea i do fd n ad e t e r m i n a t i o na n di nt h el i g h to fd n a d e s c r i p t i o no ft h es t r a i ni n18 sr n ac o d i n gr e g i o nt h es t r a i nc a nb ef u r t h e ri d e n t i e dw i t h a s p e r g i l l u sn i g e rf a m i l y t h e nt h ep e c t i n a s es e c r e t e db yt h es t r a i ni se x t r a c t e d , a l s oi t sa c t i v i t y i sm e a s u r e d b yu s i n gd n sm e t h o da n dv i s c o s i t y d r o p p i n gm e t h o d t h ea c t i v i t i e so f e x o - p e c t a s ea n de n d o - p e c t a s ea r em e a s u r e dt ob e 5 6 5u m la n d414u m lr e s p e c t i v e l y i v w h e na c t i n go np e c t i n , b u to n l yt ob e9 9u m la n d2 6 1u m lw h e na c t i n go nc e l l u l o s e t h e r e f o r e ，t h ee n z y m es e c r e t e db yt h es t r a i ni ss u i t a b l ef o rd e g u m m i n gt h ek e n a f , b u ti tw i l l n o td a m a g et h ef i b e r s t h ef o l l o w i n gw o r ki st oi n v e s t i g a t et h ev a r i a t i o no fb o t ht h eb a c t e r i a a m o u n ta n dz y m o g e n i ca c t i v i t yw i t ht h es t r a i ng r o w i n g i ti sf o u n dt h a tb o mo ft h e ma l lr e a c h t h eh i g h e s tl e v e la _ 5 2 5 6h o u ra f t e rt h es t r a i ns t a r t i n gg r o w t h , a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h eb a c t e r i aa m o u n ti n c r e a s i n ga n dz y m o g e n i ca c t i v i t yh e i g h t e r i n gi sc h a r a c t e r i s t i co f s y n c h r o n o u ss y n t h e s i s t h e r e f o r e ，i ti sr e a s o n a b l ef o re x t r a c t i n gt h ep a c t i n a s es e c r e t e db yt h e s t r a i na tt h et i m em e n t i o n e da b o v e t h et h i r dc h a p t e rc o v e r st h es y s t e m a t i ce x p e r i m e n t so fd e g u m m i n ga n dm o d i f i c a t i o no f k e n a ff i b e r s u s i n gb i o e n z y m a t i ct e c h n o l o g ya n dt h et e s t i n g o ft h ep r o p e r t i e so ft h e d e g u m m e da n dm o d i f i e df i b e r s b ys i n g l e f a c t o rt e s ta n do r t h o g o n a lt e s t ，t h eo p t i m u m p r o c e s sp a r a m e t e r sf o rd e g t m a m i n ga r e ：t e m p e r a t u r e3 6 ，p hv a l u e8 ，b a t hr a t i o1 ：2 5 ， d e g u m m i n gt i m e6 0 h , a m o u n to fe n z y m a t i cs o l u t i o nf o re a c h 1 0 9k e n a ff i b e rb e i n g3 m l 10 9b a s t a f t e rb e i n gd e g u m m e d , t h er e s i d u a lg u mm t ea n dw e i g h t - l o s sr a t i oo ft h ef i b e r s a r e16 1 a n d2 3 r e s p e c t i v e l y ，a n dt h ef i b e rs e p a r a b i l i t ya n df l e x i b i l i t ya r eb e t t e rt h e nt h a t o fb e f o r e t oi m p r o v et h es p i n n i n gp e r f o r m a n c e ，t h ef i b e r sa l ef u r t h e rm o d i f i e di nt h es a n l e r e a c t o ra st h a ti nd e g u m m m g b yu s i n g t h ec o m b i n a t i o no fc e l l u l a s ea n dh e m i c e l l u l a s es oa st o r e m o v et h er e s i d u a lh e m i c e l l u l o s e ，p a r to fl i g n i na n do t h e ri m p u r i t i e si nt h ed e g u n u n e df i b e r s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h eo p t i m u mp r o c e s sp a r a m e t e r sf o rm o d i f i c a t i o na r e ： t e m p e r a t u r e4 0 。c ，p hv a l u e5 5 ，m o d i f y i n gt i m e18 h ，t h ec o n b i n a t i o np r o p o r t i o nb e h a g10 9o f c e l l u l a s ea n d3 0 9o fh e m i c e l l u l a s ep e rl k go fb a s t t h er e s u l t so b t a i n e df r o mf i b e r c r o s s s e c t i o n a lm i c r o s c o p i ci m a g e ，f i b e rl o n g i t u d i n a ls e mp h o t o s ，f i b e ri n f r a r e ds p e c m m a s a n dt e x t i l er o u t i n et e s t i n gs h o wt h a tt h ek e n a ff i b e r st r e a t e dw i mb i o - e n z y m et e c h n i q u eh a v e s u p e r i o r i t yo v e rt h eo n et r e a t e db yt r a d i t i o n a lr e r i n gm e t h o dd u et ol o w e rr e s i d u a lg u mr a t e a n dw e i g h t l o s sr a t i o ，b e t t e rb r e a k i n gs t r e n g t h , b r e a k i n ge l o n g a t i o na n df l e x i b i l i t y ，m o l e s m o o t hf i b e rs u r f a c e ，b e t t e rf i b e rs e p a r a b i l i t ya n dl e s sf i b e rd a m a g e i nf o u r t hc h a p t e rt h em e c h a n i s mo f d e g u m m i n ga n dm o d i f i c a t i o no fk e n a ff i b e r su s i n g b i o e n z y m et e c h n i q u e ，t h eb i o - e n z y m a t i cd e g u m m i n gp r o c e s s i n g , t h ec u t t i n gp o s i t i o no f p e c t i n a s ea n dh e m i c e u u l a s ea n dt h ed e g r a d a t i o no fl a r g em o l e c u l a rc h a i na r ea i le x p o u n di n v d e t a i l p e c t i n a s e & g u m m i n gi sa c o n t i n u o u sp r o c e s si n c l u d i n gt h r e es t a g e s ：f i r s t , t h ei n s o l u b l e p e c t i ni sc h a n g e di n t os o l u b l ep e c t i n ；s e c o n d ，t h es o l u b l ep e c t i ni sd e m e t h y l a t e dt op e c t i ca c i d ； f m a l l y ，1 , 4 一g l y c o s i d i cl i n k a g e sb j t w e e ng a l a c t u r o m ca c i dm o n o m e r s a r ；eh y d r o l y z e dm a k i n g t h e h r g e m o l e c u l e s d e g r a d e d d u r i n g t h e d e g u m m i n gp r o c e s s , m e t h o x y l a t i o n p o l y g a l a c t u r o r d a s ea n dp o l y g a l a c t u r o n l a s ep l a yam a j o rr o l e t h e yb o t l le x i s ta se n d o - p e c t a s e a n de x o - p e c t a s eo re n d o m p g p ga n de x o m p g p gf o rs h o r t e n d o p e e t a s ec u t st h el a r g e p e c t i cm o l e c u l ea tt h ea r b i t r a r yp o s i t i o ni nt h em i d d l ep a r to f t h em o l e c u l e ，w h i l ee x o p e 撇 d e g r a d e st h el a r g ep e c t i cm o l e c u l ea tt h ee n do ft h em o l e c u l e b o t he n d o m p g a n de x o m p g t a k e p r i o r i t y o f a c t i n g o n p e c t i n , b u t e n d o p ga n de x o p go np e c t i ca c i d e n d o 一1 ，如p d x y l a n a s ea n de x o - 1 ，舢p d - x y l a n a s ep l a yam a j o rr o l ei nt h ep r o c e s so f k e n a f f i b e rm o d i f i c a t i o nu s i n gh e m i c e l l u l a s e e n d o 一1 ，4 一p d - x y l a n a s oc u t st h em o l e c u l a rc h a i n f r a l n e r a n d o m l y ，t h u s r e s u l t si ng e n e r a t i n g x y l o o l i g o s a c c h a r i d ea n dd e c r e a s i n g t h e p o l y m e r i z a t i o nd e g r e e t h e nt h ee x o 1 ，4 一争d x y l a n a s cd e c o m p o s e st h ex y l o o l i g o s a c c h a r i d e a n dx y l o b i o s ei n t ox y l o s e a f t e rt h ee n z y m o l y s i s ，t h e r ea r em a i n l yg a l a c t u r o n i ca c i d , g a l a e t u r o n i ca c i dm e t h y le s t e r , g a l a c t o s e ，x y l o s e ，g l u c o s e ，a r a b i n o s ea n da s m a l ln u m b e ro f r h a m n o s ea n dm a n n o s ei nt h e & g u m m i n ga n dm o d i f i c a t i o nw a s t e w a t e r t h e ya r ea l lm o l l o s “g w i t hl o wm o l e c u l a rw e i g h ta n de a s i e rt od e g r a d ew h e nt h ew a s t e w a t e rn e e d st ob et r e a t e d i nf i f t h c h a p t e rt h e t r e a t m e n to fw a s t e w a t e ro r i g i n a t e df r o mt h ed e g u m m i n ga n d m o d i f i c a t i o no fk e n a ff i b e ru s i n gb i o - e n z y m et e c h n o l o g yi ss t u d i e d b a s e do nt h ea n a l y s i so f i n g r e d i e n t si nt h ew a s t e w a t e rb yu s i n gg a sc h r o m a t o g r a p h y ，t h ec o n t e n ta n dp r o p o r t i o no f e a c hm o n o s ca l ed e t e r m i n e d b yt a k i n gc h i t i na sc a r r i e r st oi m m o b i l i z et h eb i o - m e m b r a n e ，t h e c h i t i nb i o - m e m b r a n em e t h o di su s e dt ot r e a tt h ew a s t e w a t e r t h eo p t i m u mp r o c e s sp a r a m e t e r s a r ed e t e r m i n e db yt e s ta sf o l l o w s ：t r e a t m e n tt i m els h , p hv a l u e7 ，i n i t i a lc o d4 5 0 ， t e m p e r a t u r e2 7 c a f t e rt r e a t m e n tt h eq u a l i t yi n d e x e so f t h et r e a t e dw a t e ra r ec o dv a l u e2 0 8 ， b o d 5v a l u e61 ，p hv a l u e6 9 ，s o l i da m o u n t7 3a n dc o l o r10 ，w h i c hh a v er e a c h e dt h es e c o n d s t a n d a r dg r a d ea c c o r d i n gt ot h ei n t e g r a t e dw a s t e w a t e rd i s c h a r g es t a n d a r d i ns i x t hc h a p t e rt h ea p p l i c a t i o no ft h er e s u l t so b t a i n e di nl a b o r a t o r yt ot h em e d i u m - d u t y o f k e n a fp r o d u c t si ss t u d i e d a p p a r e lf a b r i c sa n da u t o m o t i v et r i mm a t e r i a l sa r ed e v e l o p e db y u s i n gt h e k e n a ff i b e r b e i n gd e g u m m e da n dm o d i f i e d a l s ot h ep o s s i b i l i t y o fu s i n g v i s u p e r c r i t i c a lc 0 2n o n w a t e rd y e i n gt e c h n i q u et od y et h et r e a t e dk e n a f f i b e ri se x p l o r e d t h es e v e n t hc h a p t e rg i v e so u tt h ec o n c l u s i o na n dp r o s p e c t t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h e w o r ka r es u m m e da n da no u t l i n eo ft h ep r o b l e m sw h i c hn e e dt ob ef u r t h e rs t h d i e di sm a d ea s w e l l k e y w o r d s ： k e n a f - d e g u m m i n g ， k e n a f - m o d i f i c a t i o n ， b i o - e n z y m ed e g u m m i n g ， b i o - e n z y m em o d i f i c a t i o n ，s t r a i ns e l e c t i o n ，w a s t e w a t e rt r e a t m e n t v 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在 导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成暴。除文中已明确注明和引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本 人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名；铆狂 日期：刁年夕月，曲 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅或借阅本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密亡 ，在一年解密后适用本版权书。 不保密囱。 学位论文作者签名 犯 日期2 年f 矿月，日 指导教师签名：名鸯妻、 日期：2 o a , a c 年千月f 。e l 引言 东华大学博士学位论文2 0 0 7 引言 麻类韧皮纤维具有良好的吸放湿性、透气性及抗静电、抗菌、抗紫外线 等保健性能 1 - 3 】。麻类韧皮纤维的可再生性、可循环性及与人体自然协调性 等绿色生态性能日益凸显，开发生态保健服饰己成为国内外市场的迫切需 要。因此，美国、瑞士、日本等许多国家都在积极开展麻类纤维资源的开 发利用研究【4 ，5 】。目前，苎麻、亚麻等纤维的深加工技术已趋于成熟，而对 于红麻的研究则甚少，其纤维也仅局限于生产包装材料等初加工产品【6 ，7 1 。 然而，红麻是一种耐瘠薄土地、气候适应性强、投入少产出多的经济作物， 在我国种植区域分布广，有着丰富的红麻原料资源。如果能对红麻进行深 加工、精加工，那么其产品既可同亚麻、苎麻等纤维混纺，缓解原料紧缺， 降低生产成本；又可开发红麻复合材料，为麻类的综合利用开发出新的途 径。 为了更好地开发利用红麻韧皮纤维资源，其纤维前处理过程尤为重要。 由于红麻韧皮纤维中含有纤维素和非纤维素成分有机物，后者由果胶、半 纤维素、木质素和灰分等成分组成。在这些组分中，果胶作为粘结纤维中 其它成分的胶粘剂。只有对红麻韧皮纤维进行脱胶改性处理才能得到适于 后加工的纤维，并且脱胶质量是决定红麻韧皮纤维可纺性和染色效果的关 键。由于传统的脱胶方法均采用化学方法或天然水沤麻法处理，存在环境 污染严重、劳动生产率低、水资源消耗大等不足，制约了红麻纤维资源的 开发利用。因此，自2 0 世纪中叶起，生物脱胶倍受关注，愈来愈多的国内 外专家学者致力于生物脱胶技术研究 8 “1 5 】。 针对目前国内外红麻研究的状况，依据红麻韧皮纤维共生物特性，本文 提出了红麻韧皮纤维生物酶脱胶改性技术。筛选驯化了适于红麻脱胶的菌 种，并对菌种进行了表征；阐述了红麻生物酶脱胶改性机理，分析了红麻 生物酶脱胶改性过程和果胶酶及半纤维素酶的作用位置及大分子链断裂情 况；采用甲壳素生物膜法对其脱胶改性废水进行处理，并对生物酶脱胶改 性技术进行了中试生产研究。 第一章文献综述东华大学博士学位论文2 0 0 7 1 1 生物脱胶研究现状 第一章文献综述 第一节国内外研究现状 生物脱胶主要利用脱胶菌分泌的胞外酶系果胶酶、半纤维素酶等混 合酶液降解麻类韧皮纤维中的胶质，从而达到脱胶之目的。生物脱胶方法 主要有加菌发酵法和在原麻加入生物酶制剂两种【1 6 】。前者主要依靠脱胶菌 在生长繁殖过程中分泌果胶酶等胞外酶系，实现脱胶。后者则直接向脱胶 液中添加果胶酶等商品酶制剂，使酶系直接作用于韧皮纤维以实现脱胶。 研究表明，两者脱胶原理都是依赖于酶脱除杂质，但区别在于加菌发酵法 中，果胶等杂质可作为微生物生长繁殖的碳源，而分泌的酶又可以分解果 胶，是一个“胶养菌一菌产酶一酶脱胶”的循环过程【 l 。而加生物酶制剂法， 则直接添加果胶酶等，是一个单向过程，酶损失较少，脱胶废液中的酶可 回收利用。相比之下，二者各有利弊，可依据不同生产环境的要求来选择 适当工艺。经检索有关资料，国内外麻类纤维生物脱胶的研究进展情况如 下： l9 9 4 年，美国密西西比州立大学g i t an r a m a s w a m y t l 8 】采用微生物法 和化学法分别处理人工种植红麻麻杆，对其处理后红麻纤维质量进行了对 比。微生物脱胶法在温度为3 0 士2 ，处理l0 天后，将麻杆放入热水洗净 后烘干。化学法采用浓度为7 n a o h 中处理lh ，用浓度为o 2 醋酸中进行 中和，洗净后烘干。同时，对红麻纤维特性进行了检测对比，如残胶率、 束纤维强力，断裂伸长，色度、光泽等。结果表明，微生物脱胶法残胶率 为21 2 3 ，化学脱胶法则为7 12 ，且纤维其它指标均以微生物法为更佳。 第一章文献综述东华大学博士学位论文2 0 0 7 文章最后提出了建议使用生物化学联合法，将会取得更好的效果。 l9 9 5 19 9 7年期间， 瑞士生物技术研究所( i n s t i t u t eo f b i o t e c h n o l o g y ) f r e d ib r 6 h l m a n n 1 9 , 2 0 1 等人筛选出适合于苎麻韧皮纤维的脱 胶菌种a m y c o l a t as p 。该菌种最佳产酶时间为5 8 h ，酶活力高达15 21u 。同 时，亦可产生具有一定活力的木聚糖酶，协同果胶酶共同实现脱胶。经大 量优化实验，其脱胶最佳工艺参数为：温度3 0 ，p h = 7 ，时间2 4 h 。脱胶 装置使用自行设计制作的旋转振荡脱胶装置，转速为15 0 r p m ，可在2 4 h 内 完成整个脱胶过程。经检测，脱胶后苎麻纤维残胶率降低为l4 7 17 3 ， 纤维柔软度和分离度均能达到后续工艺的要求，具有良好的可纺性。 自19 9 7 年起，美国克莱姆森( c l e m s o n ) 大学和乔治亚( g e o r g i a ) 大 学d a n n y e a k i n 、h e r r i k s s o ng 2 1 , 2 2 1 等人研究了亚麻纤维酶法脱胶技术， 结合酶的作用机制理论阐述了其在胶质大分子酶解过程中发挥的作用。同 时，用富含果胶酶的混合酶系对纤维表面进行了处理，利用电子扫描显微 镜，核磁共振等方法对纤维表面情况进行了检测。 19 9 8 年，瑞士联邦研究院( s w i s sf e d e r a lr e s e a r c hs t a t i o n ) m a r i a n n el l z 副 对大麻微生物脱胶进行了深入研究，分析并确定了影响其脱胶效果的因素 及最佳参数，并将脱胶后纤维成分含量同天然法、化学法及超声波法脱胶 进行了对比。结果表明，微生物脱胶所得纤维强度提高3 5 ，柔软度提高 2 6 ，残胶率和失重率均降低较大，综合指标效果最佳。 2 0 01 年，印度旁遮普( p u n j a b ) 大学m u k e s hk 2 4 】等人对苎麻、大麻 脱胶分别采用生物脱胶法、生物一化学联合法和化学脱胶法，进行了对比 实验。结果表明，采用筛选所得脱胶菌b a c i l l u ss p m g c p 一2 和化学联合法 效果最佳，确定了筛选菌种最佳培养条件及工艺路线，并对脱胶影响因素 进行了研究。 2 0 0 2 年，美国农业研究中心和d a n n ye a k i n i 2 5 l 研究了酶法脱胶对亚 麻纤维性能的影响，他们将酶和螯合剂按不同比例组成对亚麻进行了脱胶 实验，结果表明，螯合剂的比例对驻麻束纤维的支数有很大影响，螯合剂 比例越大，纤维支数越高，而酶的用量影响着亚麻纤维的强度，因此在脱 3 第一章文献综述东华大学博士学位论文2 0 0 7 胶时要注重二者的比例和脱胶的成本，同时为大范围的亚麻脱胶提供了依 据。 2 0 0 3 年，瑞典的u p p s a l au n i v e r s i t y ( 乌普萨拉大学) z h a n gj i n g 和 g u n n a rj o h a n s s o n 2 6 1 等人研究了提高亚麻酶法脱胶效率的方法。在酸性 ( p h = 2 ) 条件下，对亚麻进行预处理，使果胶分子链中的c a 2 + 被脱落，大 大减少了c a 2 + 的含量。脱胶后亚麻纤维用乙醇进行水洗，并采用丙酮或 0 1 m o l lk o h 进行处理，以提高纤维柔软度，进而消除纤维的干燥后发硬 的不足。 2 0 0 6 年，韩国培才( p a i c h a i ) 大学k y u n gh u ns o n g 和美国( c o r n e l l ) 康奈尔大学s k a yo b e n d o r f 2 7 1 运用化学、生物和酶三种方法对红麻韧皮纤 维进行了脱胶研究，并采用气相色谱对脱胶后的红麻纤维做了定量化学分 析，研究结果表明三种方法都可脱去红麻韧皮中的果胶、半纤维素和木质 素，但采用3 的果胶酶就可以完成红麻的脱胶，对红麻纤维性能影响小， 并且可减少对环境的污染。 除了上述国外研究成果外，我国在生物脱胶方面也进行了大量的探索。 19 9 1 年，中国农科院麻类研究所孙庆祥1 2 8 等利用多粘芽孢杆菌b a c i l l u s p o 砂m y x at 1 1 6 3 进行了红麻干皮润湿脱胶试验，采用人工浸泡方式接种脱胶， 去除杂菌干扰，接种量lo 15 ，并添加少许磷酸氢二铵( 或尿素或磷酸 氢二钾) 。结果表明，在不排除杂菌影响的条件下接种脱胶，35 振荡培养 6 h 后的菌液可使红麻湿润干皮在7 6 h 完成脱胶，且纤维质量好，精洗率高， 与不加菌液的陆地湿润脱胶相比，时间可缩短3 天。 1 9 9 1 年，华中农业大学杨瑞鹏【2 9 】等人筛选出果胶酶、木聚