【摘 要】
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温水沤麻是我国亚麻纤维生产行业应用最广泛的一种生物脱胶技术,通过形成复杂的微生态系统,利用果胶酶、甘露聚糖酶以及多聚半乳糖醛酸酶等系统中由微生物代谢产生的脱胶酶,降解果胶和半纤维素类物质,从而使亚麻韧皮部与木质部分离,并将亚麻纤维从非纤维类物质中分离出来。本研究通过人工添加可用于脱胶的菌株以及代谢物,改变脱胶系统中微生物的群落结构、微生物数量或非生物基质的结构组成,探讨脱胶酶系动态变化的一般规律。
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温水沤麻是我国亚麻纤维生产行业应用最广泛的一种生物脱胶技术,通过形成复杂的微生态系统,利用果胶酶、甘露聚糖酶以及多聚半乳糖醛酸酶等系统中由微生物代谢产生的脱胶酶,降解果胶和半纤维素类物质,从而使亚麻韧皮部与木质部分离,并将亚麻纤维从非纤维类物质中分离出来。本研究通过人工添加可用于脱胶的菌株以及代谢物,改变脱胶系统中微生物的群落结构、微生物数量或非生物基质的结构组成,探讨脱胶酶系动态变化的一般规律。同时,通过对比分析微波与超声脱胶对纤维分离情况的影响,寻找切实可行的辅助脱胶方法,构建高效、环保的联合脱胶体系,为探求进一步改善麻类原茎的脱胶质量及缩短脱胶周期提供了新的契机,对于加菌温水沤麻工艺的完善与规模化推广也具有一定的实践指导意义。在本研究中,首先从温水沤麻系统中分离出一株蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）,命名为HDYM-02,以此作为供试菌株,分别构建天然温水沤麻体系（CK）,加菌B.cereus HDYM-02温水沤麻体系（BA）,加经果胶诱导B.cereus HDYM-02产粗酶沤麻体系（P）,加经魔芋粉诱导B.cereus HDYM-02产粗酶沤麻体系（K）,通过分析比较四种体系的产酶进程和生化指标,探索供试菌在亚麻脱胶实践中的最佳应用方式。结果表明,供试菌株B.cereus HDYM-02能够通过代谢产生甘露聚糖酶、果胶酶以及多聚半乳糖醛酸酶,对于亚麻脱胶过程有积极的促进作用。就产酶进程来说,粗酶液P组产果胶酶活力最高,可达1037.45±2.78 U/m L;粗酶液K组产甘露聚糖酶活力最高,可达330.20±11.13 U/m L。但加酶组麻纤维品性不佳,纤维燃烧试验表明,K组纤维阻燃性最差,加菌脱胶纤维洁净程度和松散性更好。然后,对四种体系脱胶60 h的亚麻单纤维进行品性分析。光学显微镜下,加菌组纤维更透明、完整,加酶组样品表面附着有少量杂质。荧光显微镜下,加菌组单纤维表面光滑,附着胶质较少;而自然组单纤维表面凹凸不平,附着胶质较多。通过形态上比较,加菌组的脱胶效果明显优于其他三组,能够在最短时间内将胶质分解,提前结束脱胶进程,缩短脱胶周期,并使麻纤维品质得到良好改善。回潮率试验表明,加菌组纤维回潮率最高,为2.94±0.04%,较其他三组差异显著。说明经过加菌脱胶的麻纤维舒适性更好。吸湿导湿曲线表明,与其他组相比较,加菌组的导湿性更好,因此在潮湿的条件下穿着经加菌脱胶方法制成的亚麻服装会更干爽。四种脱胶体系水质监测结果表明,加酶组总氮含量高达0.30±0.02 mg/m L,48h P组与K组色度值分别为2000度和3600度,水质极差,严重污染环境。而加菌组电导率水平最小,最终为1402±0μs/cm,低于自然组的1489±0μs/cm。对化学需氧量COD的监测表明,发酵末期,加酶组COD值极高,其中K组最高可达12166.67±15.28 mg/L,而加菌组仅为5106.67±11.55 mg/L,K组COD值为加菌组的2.38倍,说明加酶组水质差,而加菌组对沤麻液水质的改善具有积极的促进作用。此外,本研究将微波热处理与超声技术运用到亚麻原茎脱胶过程中,利用微波热和非热效应与超声技术的空化作用,通过对单因素影响下纤维进行改进的Fried test评分与脱胶率分析,并运用响应面法进行条件优化,得出最佳微波辅助脱胶条件为:预浸泡时间20.99 h、微波处理时间10.95 min和微波功率等级90%。最佳超声辅助脱胶条件为:预浸泡时间10.41 h、超声处理时间16.08 min和超声温度45℃。优化后微波辅助方法脱胶率预测值为77.63%,是单因素试验后（73.94±0.30%）的1.05倍,脱胶率水平提高了5.00%。超声辅助方法脱胶率预测值为65.96%,是单因素试验后（64.71±0.09%）的1.02倍,脱胶率水平提高了1.93%。由此,通过在温水沤麻体系中加入供试菌株B.cereus HDYM-02,可以促进脱胶优势菌群的生长,引起沤麻体系中关键酶等代谢产物的积累,通过加菌脱胶与微波脱胶相结合,既能获得洁净程度和松散性更好的亚麻纤维,又可保持好的水质,最大限度的减少环境污染与能源消耗。
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