第二节 亚麻原茎的脱胶（沤麻）
亚麻工艺纤维是以纤维束的形式存在于亚麻原茎的韧皮部，纤维束与纤维束之间，韧皮部与木质部之间，都存在着果胶、半纤维素及木质素等非纤维性物质。为获取工艺纤维，必须在一定程度上破坏它们之间的联结，在工程上用某种方法分解亚麻茎内非纤维性物质，破坏纤维束与周围组织粘连，而获得亚麻工艺纤维的过程叫亚麻的脱胶，俗称沤麻。
实际生产中亚麻原茎的脱胶方法有很多，从原理上可分为生物法、高温水解法及化学法。生物法广泛用于生产，主要有雨露法和水法（包括冷水、雪水、温水、加酶温水、加菌温水脱胶法5种）两种；高温水解法主要有高温蒸汽法和水煮法；化学法是指利用化学药剂进行脱胶的方法。
一、生物脱胶（沤麻）法
1.雨露脱胶（沤麻）法 此种方法是利用好氧性真菌，也就是在有氧的条件下，在空气自由流通和固定温度不变的条件下来完成的。这是由低等真菌发挥主要作用。
这种方法是将亚麻原茎铺放在露天空场（如场院、道路等），时间20～30天，利用雨水和露水等自然条件来达到沤麻的目的。此法在国内外的广大农村中普遍采用。其优点是条件简便，容易实现，所以生产成本最低。但是，它的缺点是因雨水和露水受自然条件的影响，不能实现有效控制。在理论上，这种方法能获取纺纱性能高的亚麻纤维，但是我国现有生产的雨露麻，其纺纱性能是很差的。
影响雨露沤麻的主要因素是温度、湿度和光照。微生物发育最适宜的温度是18～30℃，而且变化不应剧烈。最佳湿度范围是50%～60%，过于干燥，会使发酵过程中止；湿度过高，又抑制真菌发育，从而使细菌开始活跃起来。日光可破坏色素，使亚麻原茎色泽变白，从而有助于发酵过程的进行。雨露麻一般为银灰色和深灰色。
亚麻雨露法脱胶在世界上被广泛应用，主要优点有：无污染，可机械化连续作用和节省能源，而且制出的纤维的特殊臭味，尤其是纤维的颜色备受人们喜爱。但是雨露法受气候的限制和影响，质量时好时坏。这种方法比较适宜西欧地区的国家，我国由于气候干燥，当前雨露麻的质量不稳定。
2.水脱胶法
（1）冷水脱胶（沤麻）法。这种方法是将亚麻原茎放置在池塘河泊中，浸渍7～25天，利用天然的积水来完成沤麻。此法曾用于广大农村地区。其优点也是条件简便，容易实现，生产成本低，但因受天然水质的影响，所获得的纤维质量比较差。
冷水沤麻，根据沤麻水池的不同，可分为天然水池（如河流、湖泊等）沤麻和人造水池（如沤麻池、改良沤麻池和装修池）沤麻。根据沤麻方式的不同，又把冷水沤麻分为一次沤麻法（原茎在水中一直沤到完全转化为干茎为止）、水浸后露浸法（原茎在水中完全沤好之前取出，铺在草地上完成果胶质分解的后部过程）和两次沤麻法（原茎在池中浸5～6天后取出，在草地上呈伞形干燥2～3天，然后重新浸到水中，直到沤好为止）。
一次沤麻法的优点，在于节省劳动力，但所得纤维色泽不一；水浸后露浸法，所得纤维色泽一致且较细，但由于露沤时要额外耗费体力，使之应用有限；两次沤麻法所得纤维的质量好，但由于需耗费加倍的劳动强度而未广泛应用。
（2）雪水脱胶（沤麻）法。这种方法是将亚麻原茎放置在雪中，利用天然的雪水来完成沤麻。此种方法沤麻时间比较长，而且只适合比较寒冷地区，如俄罗斯等。
（3）温水脱胶（沤麻）法。这种方法在我国及国外的生产中普遍采用。先将原茎浸渍在长5m、宽3m、高2.45m的钢筋混凝土的水池子里，要求亚麻原茎在池内呈垂直状态放置，且预先将原茎捆束成50cm ×20cm×75cm的麻捆，在水池中的铺置密度应为150kg/m3，池中水温保持32～35℃之间，浸渍时间为40～60h。
这种沤麻法比雨露法和冷水法具有更多的优点。它几乎不受气候限制，不需要露浸场地，把制成干茎的时间缩减75%～83%，而且保证达到优良温水工艺指标。根据具体工艺的不同，温水沤麻又分为普通温水沤麻（无氧沤麻）、充气沤麻（有氧沤麻）和有氧无氧配合沤麻。
麻茎在沤麻池中沤麻时，为微生物创造了与雨露沤麻时不同的条件，在这里，由于沤麻水将原茎中氧气排出，同时从原茎中浸出的好氧细菌也消耗氧气，致使沤麻水环境贫氧。这种环境对厌氧果胶分解梭菌的繁殖有利，它们属于土壤有芽孢细菌，包括有少数几种，其中大多数为嗜热细菌，所以在工厂条件下的加热沤麻水中，原茎沤麻过程加快，只需2～4天。在水温较低时（15～20℃），沤麻过程明显延长，可达10～15天。
当完成亚麻的浸渍后，亚麻捆从水池中提取时，其重量应达到250kg/m3，这标志亚麻的浸渍质量得到了保证。由于此法对浸渍的工艺条件能有效地予以控制，所以制取的亚麻纤维质量比较稳定，且可纺性也较高。温水沤麻法在当今世界上仍是获取优质亚麻纤维的主要方法，而且其工艺过程不断改进，沤麻时间不断缩短。
温水沤麻工艺的主要工序有沤麻前的原茎准备即选茎工序、沤麻和沤麻后的干燥工序。
温水沤麻工序如下：
选茎工序：拆垛运原茎包→选茎→捆麻
沤麻工序：过秤→运捆装池→注水沤麻→放水出池
干燥工序：运水麻→晒麻→捆干茎→堆垛入库（养生）
①温水沤麻发酵过程。在任何韧皮原料生物脱胶过程中，都发生果胶物质的发酵，在温水沤麻中，除有果胶物质的发酵外，还有浸出液的发酵，这两种发酵出现在不同的沤麻阶段，均为细菌的作用。
温水沤麻发酵过程大致分为三个阶段：物理阶段、前生物阶段和主生物阶段。
a.物理阶段。麻茎被水浸湿后，体积增大，表皮破裂，麻茎内部的空气被水排挤到液面，可溶解的有机物及矿物质从茎内溢出，池水颜色改变，呈红褐色，这些物质在水中积聚，为各种微生物创造繁殖的环境，于是浸渍液成为其中各种微生物繁殖的培养基。这些微生物不是人工加入的，是固有的，是麻茎、泥土和水等本身所带的自然微生物群，这些微生物利用浸渍液中的有机物进行繁殖。由于营养而开始竞争，导致不太稳定的微生物种类消失。
此阶段对以后的沤麻过程具有很重要的意义。因为麻茎组织被水浸透，以及麻茎排出可溶物质等，这都是亚麻果胶物质能够发酵的必备条件。此阶段的持续时间从温水算起，在30～32℃水温下，一般为6～8h。
b.前生物阶段。在第一阶段从麻茎中移到水中糖类及其他碳水化合物恰好是细菌的养分。于是在溶液中各种能引起果胶物质等发酵的微生物开始繁殖起来。由于微生物的作用，溶液中的有机物质分解，首先是糖类分解，这就是发酵的第二阶段，即前生物阶段。其实质就是在沤麻水中的水溶性物质发酵。从液面上看，这一阶段会出现下列情况：温水沤麻6～8h后，从溶液中逸出气体发出响声。在液面形成泛白色的泡沫，并迅速布满整个液面。经过18～24h以后，泡沫减少，呈混浊色，不再密集于整个液面，而只分散在个别区域，在各区域间逐渐形成薄膜，泡沫破裂，液面分成各区并出现薄膜便说明沤麻第二阶段渐趋结束。
沤麻物理阶段末期，出现了好氧球细菌类。在整个前生物阶段，这类细菌占据优势，借助这些典型乳酸细菌（伴生菌）进行浸渍液的发酵，同时浸渍液的溶解被好氧微生物吸收，在液体中形成这些细菌的生命活动产物：非挥发性乳酸、二氧化碳和氢。随着水溶液物质的微生物发酵，液体中剩下的细菌营养物质减少了。
在这一阶段，发酵过程由缓慢渐变旺盛，又由旺盛渐变低落。这一阶段主要是球菌、可溶性物质（其中果胶物质40%）发酵，形成酸类（乳酸、碳酸等），因此，溶液呈酸性。这一阶段虽然麻茎组织没发生过任何结构上的变化，但是这一阶段的好氧细菌对氧气消耗，为后面的主生物阶段创造了条件。
c.主生物阶段。即果胶物质发酵阶段。开始于第一昼夜末或第二昼夜初，气泡重新增加，沤麻水继续积累有机酸，并释放丁酸特有气味，果胶物质发酵引起麻茎结构变化，中间组织分解，纤维束被释放。
此外，液体本身由于有机酸积累而形成了不适于物理阶段产生的微生物进一步生长的环境。与此相反，果胶分解菌在茎上强烈地发育，伴生的酸分解菌在液体中繁殖起来，进入主生物阶段。此阶段主要借助果胶分解菌对原果胶物质发酵，达到脱胶的工艺目的。在前生物阶段，pH下降较快，在主生物阶段，pH下降逐渐趋于缓慢，当pH达到4.8左右时，由于沤麻水的缓冲作用，pH几乎稳定不变。在达到沤麻工艺终点时，pH略有上升。
②温水沤麻基本原理。亚麻中果胶物质的分解是微生物分泌的酶完成的，果胶物质结构非常复杂，在进行酶水解时，不同结构的果胶物质由不同的果胶酶完成，果胶酶不是单一的酶，是一个酶体系的总称，包括原果胶酶、果胶脂酶、多聚半乳酸全酶。
在沤麻中，有很多微生物参与，起主要作用的有嗜果胶杆菌和费氏芽孢杆菌。在嫌气温水沤麻中，嗜果胶杆菌主要在开始阶段繁殖，从沤麻中期起，费氏芽孢杆菌占优势。而在冷水沤麻中，嗜果胶杆菌占主导。
a.嗜果胶杆菌。如图2-1所示，菌长8～15μm，宽为0.8μm。它们大多数具有椭圆形末端孢子，使菌体成为鼓棒形状。这种菌是分布很广的果胶分解菌，最适宜温度31℃，对果胶的分解力较强，但尚不及费氏芽孢杆菌。
b.费氏芽孢杆菌。如图2-2所示，它在厌氧温水沤麻中起最主要作用。它的形状近似雪茄烟，一端稍尖，菌体宽0.3～0.5μm，长2.5～4.5μm，有椭圆形的末端孢子，易被碘染色，最适宜温度37℃，对果胶物质的分解力很强。
图2-1 嗜果胶颗粒杆菌型果胶分解菌外形
图2-2 费氏芽孢杆菌型果胶分解菌外形
③温水沤麻工艺。沤麻过程是一个复杂的生物发酵过程。脱胶时间和脱胶质量取决于一系列因素，如温度、酸度、用水制度、原茎装池方法及装载密度、沤麻工艺终点的确定等。
a.沤麻温度。沤麻水的温度是影响果胶分解菌繁殖的主要因素，不仅影响沤麻周期的长短，还影响纤维制成率和质量，温度对于微生物的影响一般以三个界限来表示，即最低温度、最适宜温度和最高温度。在最低温度和超过最高温度的情况下，微生物不能或很难生存。最适宜温度是微生物生存的最好环境，此时能以较高的速度生长与繁殖。发酵菌属于中温性微生物，最适宜温度为（33±3）℃，在20℃以下时，处于停滞状态，在50℃以上时则很难生存。
b.酸度。它是重要的沤麻工艺参数，分为滴定酸度（总酸度）和活性酸度（pH）两种。各种微生物各有其最适宜的和能适应的pH范围，大多数细菌的最适宜pH范围为 6.5～7.5，能适应pH为4.0～10.0。果胶分解最适宜的pH因品种不同而不同。
滴定酸度：取10mL沤麻水，以酚酞为指示剂，滴定0.01mol/L NaOH溶液至粉色，计算每毫升沤麻水耗用0.01mol/L NaoH溶液的体积数（毫升）。
活性酸度：取10mL沤麻水，以酚酞为指示剂，用0.01N的NaOH滴定到溶液呈粉色为终点，计算每毫升沤麻水耗用0.01N的NaOH的体积数（毫升）。
大多数细菌最适宜的pH为6.5～7.5，在4.0～10.0也能生长。
c.用水制度。为使沤麻水的酸度达到工艺要求，在生产中使用换水的办法。关于沤麻用水制度，生产中叫几遍水，如一遍水、一遍半水、两遍水和两遍半水等。
用水制度实际只是调节酸度的一种手段，而不是工艺参数，然而用水制度非常重要，从某种意义讲，比温度和酸度还重要。
所谓二遍半水沤麻就是在沤麻过程中，分三次用水，第一次注满池，一次全部更换，一次部分更换，俗称“二遍半水”。
d.原茎装池方法与装载密度。原茎的装池方法有立装和横装两种，立装能够使溶液比较迅速地沿茎向循环，使温度、酸度等比较均匀一致，从而有利于沤麻过程的进行。为使麻茎脱胶均匀，装在池内的原茎必须放得尽可能均匀，不得过紧或过松。原茎的装载密度（沤麻池一立方米容积装载原茎的千克数）意义很大，它一方面关系到原茎的正确浸渍，另一方面关系到沤麻池内有效容积的合理利用。
e.沤麻工艺终点的确定。所谓沤麻工艺终点，就是在沤麻过程中能获得较高长麻率和较好纤维质量的某一发酵时刻。沤麻工艺终点的确定是整个沤麻过程的关键，如果亚麻干茎的脱胶不足，则不易机械加工，长麻率低，纤维粗硬。如果脱胶过度，则长麻出麻率显著下降，纤维很软，而且暗淡缺乏光泽。
由于不同的沤麻阶段，亚麻原茎的榨出液中含有的细菌量不同，因此，对这些细菌可利用碘染液染色来观测，即将两滴碘的酒精溶液加入经棉花过滤的亚麻原茎榨出液中，具体变化情况见表2-1。
表2-1 不同沤麻时间的亚麻原茎榨出液加碘的酒精溶液后颜色的变化情况
（4）加酶温水脱胶（沤麻）法。在温水沤麻过程中，人工加入一定量的酶制剂来加速沤麻过程，叫加酶沤麻，发酵过程叫酶法发酵。这是一种复合酶，主要有果胶分解酶、蛋白酶、纤维素酶和半纤维素酶。
亚麻酶为液体，和粉剂相比，不易散发到空气中，不侵害人的呼吸道。用酶法沤麻时，酶的浓度为每吨溶液中加5kg亚麻酶，即0.5%。当浴比为1∶10时，酶制剂对亚麻原茎的用量为 5%，重复利用10次，加上每次酶的损失量，酶的最后耗用量为2%，即沤好一吨亚麻原茎用酶 20kg。
（5）加菌温水脱胶（沤麻）法。在温水沤麻过程中，加入一定量的菌体（主要是果胶分解菌）来加速沤麻过程，叫加菌沤麻。
在20世纪50年代，我国季明时研究员曾作过研究，并取得了一定成绩。他用自己筛选的菌种制成菌液，浴比为1∶（10～12），菌液菌数为4亿个/mL。沤麻时间由130h缩短至78h，长麻率提高1%。
二、高温水解沤麻法
麻茎在高压高温（0.25MPa，126～138℃）下，发生果胶物质的水解，从而达到脱胶的工艺目的的方法，叫高温水解法。高温水解法是一种不加化学药品的化学脱胶法。
高温水解沤麻法有汽蒸法和水煮法两种。
1.汽蒸法的基本过程 原茎立装于高压罐内，浸泡1h排水，在0.25MPa下汽蒸75min，从汽蒸10min后，每间隔8～10min喷淋1.5～2.0min，排气注水再浸30min，然后出茎进行压洗。
2.水煮法的基本过程 注水后立即通气升压至0.25MPa，直接水煮2～8h，然后排水出茎进行压洗。
亚麻原茎脱胶无论采用何种方法，都属于半脱胶，也只能是半脱胶，因为亚麻单纤维的平均长度只有6～20mm，全脱胶就会失去纺纱价值，这里的“半”仅指不完全而已。
三、化学助剂沤麻法
在温水沤麻过程中，加入一定量的化学药品以加速沤麻过程，叫化学助剂沤麻法，加入的化学药剂主要是含氮物质。用于改善沤麻过程作用菌的生活条件，加速其生长繁殖；增加沤麻水中果胶酶活性，从而加速沤麻过程。前苏联中央韧皮纤维工业科学研究所确定，通过添加原茎重1%的硫酸铵和碳酸铵，可使沤麻过程加快24.6%～33%。