摘要：將實(shí)驗(yàn)室自行分離的功能菌株HDDMM02、HDDMG05培養(yǎng)至最大產(chǎn)酶時(shí)期后用于大麻（Cannabis sativa）脫膠漚麻，并對(duì)大麻纖維化學(xué)成分進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果顯示兩種菌株最佳的接種量為麻原料體積的0.5%，尿素和NaCl的最佳添加量均為1.0 g/L。在此條件下進(jìn)行中試，對(duì)麻纖維各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明加菌漚制麻纖維的平均出麻率比正常漚制時(shí)增加了1.45個(gè)百分點(diǎn)，平均強(qiáng)度提高了23.67 N，斷裂比強(qiáng)度提高了0.21 cN/dtex，麻束有效強(qiáng)度伸長(zhǎng)了0.16 m。掃描電鏡圖片顯示加菌漚麻纖維脫膠完全且粘附在纖維表面，單纖維已基本游離出來(lái)。

關(guān)鍵詞：大麻（Cannabis sativa）；脫膠功能菌株；漚麻

中圖分類號(hào)：S563.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2012）21-4772-04

Application of Functional Degumming Bacteria in Hemp Retting

YU Wen-jie1，2，WANG Gui-bin1，2，HAN Jie1，2，JIE Wei-guang3，GE Jing-ping1，2，CAI Bai-yan1，2，3

（1.Key Laboratory of Microbiology， College of Life Science， Heilongjiang University， Harbin 150080， China； 2. Engineering Research Center of Agricultural Microbiology Technology， Ministry of Education， Harbin 150500， China； 3. Department of Food and Environmental Engineering， Heilongjiang Oriental College， Harbin 150086， China）

Abstract： Functional hemp degumming strains HDDMM02 and HDDMG05 isolated in laboratory were cultured to maximum enzyme production phase and inoculated for degumming and retting of Cannabis sativa fiber. The chemical composition of hemp fiber was determined； and it was showed that the optimum inoculation dose of the 2 strains was 0.5% of the volume of raw hemp； the optimal dose of urea and NaCl was 1.0 g/L. Pilot test was conducted under these conditions and indexes of hemp fiber was measured. The result showed that adding retting bacteria could increase hemp fiber yield by 12.44%， enhance hemp fiber strength by 23.67 N， improve fiber breakage strength by 0.21 cN/dtex， and increase hemp-fiber-bundle effective length by 0.16 cm. Compared to CK， SEM images showed the gum could be completely removed from the hemp with the bacteria adhered to the fiber surface； and single fiber was nearly dissociated in treatment adding degumming fiber.

Key words： hemp； functional degumming bacteria； hemp retting

大麻（Cannabis sativa）是中國(guó)古老的纖維栽培作物，其纖維性能優(yōu)異，具有耐用、衛(wèi)生和附加值高等特點(diǎn)，是一種環(huán)保型的纖維原料，有著巨大的應(yīng)用潛力[1，2]。大麻等麻類作物韌皮結(jié)構(gòu)中除65%左右的纖維素外，還含有25%～30%的果膠、半纖維素、木質(zhì)素等膠質(zhì)成分。要使大麻具有可紡性，必須先對(duì)其作脫膠處理[3-5]。大麻的脫膠工藝一直是制約大麻紡織加工質(zhì)量的瓶頸問(wèn)題，脫膠效果的好壞直接影響成紗質(zhì)量[6]。大麻脫膠的實(shí)質(zhì)是采取化學(xué)、物理、生物以及綜合的方法，破壞纖維束與周圍組織、韌皮部與表皮、韌皮部與木質(zhì)部之間的連接程度[7，8]，在盡可能除去膠質(zhì)的同時(shí)減少對(duì)纖維細(xì)胞間膠質(zhì)的破壞，維持纖維束內(nèi)部纖維細(xì)胞間的固有形態(tài)與結(jié)構(gòu)[9]。脫膠微生物可利用大麻中的膠質(zhì)作為營(yíng)養(yǎng)源而大量繁殖，在繁殖過(guò)程中分泌出酶來(lái)分解膠質(zhì)，從而達(dá)到脫膠的目的[10-12]。本項(xiàng)研究在小規(guī)模試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將篩選得到的大麻微生物脫膠功能菌株接入漚池中進(jìn)行漚麻脫膠，考察菌株的脫膠效果，為規(guī)模化生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

大麻原莖由黑龍江省延壽亞麻股份有限公司提供。

果膠酶產(chǎn)生菌HDDMG05和甘露聚糖酶產(chǎn)生菌HDDMM02由黑龍江大學(xué)微生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自行分離得到。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)室漚麻試驗(yàn) ①最佳接種量的確定。將大麻原莖經(jīng)去土、去雜處理，放入1 L量筒中，加入麻10倍質(zhì)量的自來(lái)水到量筒中，在35 ℃條件下浸漬1 h后將水倒出，重新加入麻10倍質(zhì)量的自來(lái)水。應(yīng)用優(yōu)化后的產(chǎn)酶培養(yǎng)條件將所選育的菌株HDDMG05和HDDMM02培育至最佳產(chǎn)酶時(shí)期，按照1∶1的比例將兩種菌株接入量筒，接種量分別為麻原料體積的0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，在35 ℃條件下漚麻4 d[5]。②最佳助劑添加量。按優(yōu)化的接種量將菌株接入量筒中，分別按0、0.5、1.0和10.0 g/mL的添加量加入尿素和NaCl，在35 ℃條件下漚麻4 d。

1.2.2 纖維測(cè)定 參考文獻(xiàn)[13]測(cè)定大麻原麻中果膠、半纖維素和木質(zhì)素的含量。

1.2.3 工廠中試 按優(yōu)化后的接種量和助劑添加量將活化后的菌液加入5 t的中試池，以未加菌的處理作對(duì)照進(jìn)行中試，測(cè)定出麻率和大麻纖維強(qiáng)度，并將所得纖維送國(guó)家亞麻產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心黑龍江省纖維檢驗(yàn)局檢測(cè)大麻纖維斷裂比強(qiáng)度、麻束有效強(qiáng)度。并取原麻纖維、未加菌的漚麻纖維、加菌漚麻纖維進(jìn)行電鏡掃描。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)室加菌漚麻試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 最佳接種量的確定 麻纖維中各種膠質(zhì)尤其是木質(zhì)素的去除會(huì)使得纖維光澤好、潔白，柔軟且有彈性，可紡性、染色性好。實(shí)驗(yàn)室漚麻后所得麻纖維的果膠、半纖維素和木質(zhì)素含量見表1。由表1可知，添加菌株漚麻后所得麻纖維的果膠、半纖維素和木質(zhì)素含量均有所下降。其中兩種菌株的接種量均為麻原料質(zhì)量的0.5%時(shí)，大麻纖維中果膠和木質(zhì)素含量明顯低于其他處理，半纖維素含量也有較大幅度的下降，所以確定兩種菌株最佳的接種量為麻原料體積的0.5%。

2.1.2 助劑添加量的確定 大麻的生物脫膠是漚麻液中的微生物以麻莖中的果膠類物質(zhì)為碳源進(jìn)行發(fā)酵的過(guò)程。微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)酶需要適宜的碳氮比，為維持漚麻液中碳氮比的平衡，需要添加氮素和一定量的無(wú)機(jī)離子[17]。考慮到微生物對(duì)NH4+的吸收較快，對(duì)銨鹽的利用率高，同時(shí)兼顧原料的易得性及價(jià)格低廉，選擇的助劑為尿素和NaCl。由表2可知，添加助劑后，大麻纖維中果膠、半纖維素和木質(zhì)素的含量與原麻相比有較大幅度的下降。尿素和NaCl添加量均為1.0 g/L時(shí)麻纖維中果膠、半纖維素和木質(zhì)素的含量分別為5.318%、17.954%和2.105%，與僅添加菌株的處理相比也有所下降，說(shuō)明適量的助劑可以改善漚麻菌的生長(zhǎng)繁殖條件，使其脫膠活力增強(qiáng)，能更好地提高纖維的質(zhì)量。

2.2 工廠加菌中試

2.2.1 工廠加菌中試結(jié)果 將HDDMG05和HDDMM02菌株分別培養(yǎng)至最佳產(chǎn)酶期，并按中試漚麻池所裝原莖質(zhì)量的0.5%接入黑龍江省延壽縣亞麻紡織廠41、42和43號(hào)漚麻池中，以正常生產(chǎn)的36和39號(hào)漚麻池為對(duì)照池（未加菌），所用漚麻原莖均為三等莖，在漚制中同時(shí)上水、同時(shí)補(bǔ)溫。漚制結(jié)束后應(yīng)用剝麻機(jī)進(jìn)行制麻加工，所得麻纖維指標(biāo)測(cè)定結(jié)果見表3。由表3可知，加菌后大麻纖維的出麻率和強(qiáng)度均有較大幅度的提高。加菌漚制的3個(gè)池子的大麻纖維的平均出麻率為13.11%，比正常漚制時(shí)增加了1.45個(gè)百分點(diǎn)。與正常漚制的大麻纖維相比，加菌漚制的大麻纖維的平均強(qiáng)度提高了23.67 N；斷裂比強(qiáng)度提高了0.21 cN/dtex，麻束有效強(qiáng)度伸長(zhǎng)了0.16 m。中試結(jié)果表明，將實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模試驗(yàn)優(yōu)化得到的漚制條件應(yīng)用于工廠中試是可行的，不僅可以提高出麻率，而且加強(qiáng)了纖維的品質(zhì)，可用于生產(chǎn)實(shí)踐。

2.2.2 大麻纖維電鏡掃描結(jié)果 為了觀察脫膠過(guò)程中膠質(zhì)的去除效果，分別對(duì)原麻纖維、未加菌的漚麻纖維、加菌漚麻纖維進(jìn)行電鏡掃描，結(jié)果見圖3。圖3A顯示原麻韌皮纖維從梢部到根部表面都有木質(zhì)素等非纖維素物質(zhì)，麻纖維被緊密包被在果膠質(zhì)內(nèi)，沒有明顯的分散纖維，韌皮纖維細(xì)胞間組織如導(dǎo)管和篩管等清晰可見。根部比較粗糙，不平整，表面有裂痕，梢部的纖維束有扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，同時(shí)可清楚地看到原麻根部的纖維束在膠質(zhì)的粘著下呈現(xiàn)平行的排列，原麻的中部表面有很多細(xì)長(zhǎng)的突起且韌皮上有節(jié)。圖3B顯示未加菌的漚麻纖維的胞間組織結(jié)構(gòu)成分如導(dǎo)管已部分消失，纖維呈現(xiàn)一定的分散度。纖維表面疏松有微孔和裂痕，有部分膠質(zhì)粘附在纖維表面，部分纖維束仍然存在。大麻根部、中部和梢部3個(gè)部位的脫膠效果呈現(xiàn)出明顯的差異：大麻梢部較細(xì)，組織結(jié)構(gòu)較松弛，可溶性果膠質(zhì)含量較高，酶促反應(yīng)速度快，脫膠效果最好；大麻中部次之；而大麻根部纖維較粗，組織老熟致密，果膠質(zhì)與鈣、鎂等離子結(jié)合形成難溶性的復(fù)合物，脫膠困難，大麻失重率低，脫膠效果最差。這說(shuō)明大麻纖維粗細(xì)程度和結(jié)構(gòu)的致密度是影響大麻脫膠效果的重要因素。圖3C為加菌漚麻纖維掃描電鏡圖，其纖維分散度已超過(guò)90%，纖維表面大部分膠質(zhì)變得更加疏松，出現(xiàn)很多微孔和裂痕，粘附在纖維表面，單纖維已基本游離出來(lái)。經(jīng)HDDMM02、HDDMG05菌株脫膠后大麻纖維從梢部到根部纖維束清晰、表面光滑且未遭破壞，證明大麻的微生物脫膠是半脫膠，對(duì)大麻纖維結(jié)構(gòu)無(wú)不良影響[14]。試驗(yàn)用菌株不僅可以使果膠呈游離狀態(tài)，還可以隨之使表面其他雜質(zhì)脫落。由于微生物菌株的處理過(guò)程中未采用機(jī)械攪拌作用，膠質(zhì)與微生物作用后的水解產(chǎn)物不易從纖維上脫離，仍然粘附在纖維表面，不利于菌懸浮液向纖維內(nèi)部滲透。有關(guān)大麻脫膠后的纖維制成率與殘膠以及纖維支數(shù)還有待進(jìn)一步研究分析。

3 小結(jié)與討論

微生物脫膠已被廣泛應(yīng)用于食品[15]、紡織[16]等各個(gè)領(lǐng)域，其不僅可以提高大麻微生物脫膠的纖維素平均出麻率，而且提高了纖維的品質(zhì)[17]。果膠和半纖維素的大分子中都包含有游離的羥基及羧基，纖維細(xì)胞間無(wú)空間阻礙時(shí)這些物質(zhì)就依靠游離的羥基、羧基進(jìn)行結(jié)合，使膠質(zhì)分子之間相互連接，形成更復(fù)雜的聚合體。因而使用單種菌株培養(yǎng)液進(jìn)行脫膠時(shí)，菌株所產(chǎn)酶很難滲透到膠質(zhì)內(nèi)部與其作用，一部分被降解的膠質(zhì)大分子片段也會(huì)與其他大分子連接在一起而不能從膠質(zhì)體系中游離出來(lái)。而果膠酶產(chǎn)生菌HDDMG05和甘露聚糖酶產(chǎn)生菌HDDMM02兩種功能菌株的協(xié)同作用可使分解的膠質(zhì)更易從膠質(zhì)復(fù)合體中釋放出來(lái)，同時(shí)也使脫膠酶進(jìn)一步向膠質(zhì)復(fù)合體滲透，增強(qiáng)脫膠效果，這與王貴賓[18]對(duì)大麻脫膠功能菌株在漚麻中應(yīng)用的研究結(jié)果相符。

微生物法脫膠不僅能提高脫膠制成率，而且可以保持纖維固有的形態(tài)結(jié)構(gòu)，改善其紡織性能，節(jié)省經(jīng)濟(jì)開支[19-22]。黑龍江省發(fā)展大麻生產(chǎn)具有基礎(chǔ)條件好、自然生態(tài)環(huán)境適宜、良好的技術(shù)支持和完善的產(chǎn)供銷經(jīng)營(yíng)體系等優(yōu)勢(shì)，其得天獨(dú)厚的自然條件可為黑龍江省地域經(jīng)濟(jì)創(chuàng)立新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)[23]。

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收稿日期：2011-11-04

基金項(xiàng)目：哈爾濱市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2007AA6CN032）；黑龍江省教育廳面上項(xiàng)目（11531271）；黑龍江省博士后啟動(dòng)基金（LBH-Q05113）；

黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（C200505）；黑龍江省人事廳留學(xué)回國(guó)擇優(yōu)資助項(xiàng)目；黑龍江省教育廳振興老工業(yè)基地成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目

（1152GZH03）

作者簡(jiǎn)介：于文杰（1986-），女，黑龍江青岡人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槲⑸锷鷳B(tài)學(xué)，（電話）13804533425（電子信箱）yuwenjiedf@163.com；

通訊作者，蔡柏巖（1968-），男，教授，博士，主要從事生態(tài)學(xué)研究，（電話）13936139957（電子信箱）caibaiyan@126.com。