提升苎麻纤维微生物脱胶效率：强化木聚糖酶活性与优化预处理的协同作用

针对苎麻纤维微生物脱胶效率低、残留半纤维素需碱处理污染环境的问题，华中科技大学团队通过基因改造增强Pectobacterium carotovorum HG-49的木聚糖酶活性，并创新性采用草酸铵(AO)浸泡-微波(MW)预处理工艺。该协同策略使脱胶时间缩短2小时，总胶质去除率达87.33%，为绿色纺织工业提供了关键技术支撑。

　　

在全球工业化进程加速的背景下，能源危机与环境污染问题日益严峻。被誉为"天然纤维之王"的苎麻纤维，因其可再生、可降解的特性成为石油基纤维的理想替代品。然而，苎麻韧皮纤维中约30%的胶质（如果胶、半纤维素等）需要通过脱胶工艺去除，传统化学脱胶方法存在高污染、高能耗的缺陷。虽然微生物脱胶技术因环境友好备受关注，但现有菌株普遍存在脱胶不完全、效率低下等问题，特别是半纤维素降解不彻底仍需后续碱处理，这与可持续发展目标背道而驰。

针对这一行业痛点，华中科技大学研究团队在《Bioresource Technology》发表重要研究成果。该研究采用双管齐下的创新策略：一方面从Bacillus subtilis HR-5中克隆木聚糖酶基因，在脱胶菌Pectobacterium carotovorum HG-49中实现组成型分泌表达；另一方面开发草酸铵(AO)浸泡结合微波(MW)加热的预处理工艺。关键技术包括基因工程改造、AO-MW协同预处理优化、酶活性测定及脱胶动力学分析等，实验材料采用中国达州"中国苎麻之乡"的苎麻韧皮纤维。

遗传改良增强木聚糖酶活性
通过基因组分析发现HG-49天然缺乏endo-β-1,4-木聚糖酶基因，这是限制其半纤维素降解能力的关键因素。研究人员成功将源自Bacillus subtilis HR-5的木聚糖酶基因导入HG-49，构建出能持续分泌高活性木聚糖酶的工程菌株，为后续高效脱胶奠定基础。

优化AO-MW预处理工艺
创新的预处理方案包含两个关键步骤：纵向机械分散增加纤维比表面积，随后采用AO浸泡（通过螯合Ca²⁺溶解果胶）结合MW加热（破坏纤维超分子结构）。该组合不仅溶解了大部分果胶，还使纤维结构松散化，同时AO作为氮源促进了HG-49的生长和酶产量。

脱胶效率显著提升
经优化后的协同处理使脱胶时间从16小时缩短至14小时，半纤维素去除率提升10.78%，总胶质去除率达到87.33%的行业新高。ATR FT-IR和SEM分析证实预处理有效破坏了木质素-碳水化合物复合体，Micro FT-IR显示特征官能团变化与胶质去除直接相关。

这项研究通过基因工程与工艺创新的"双轮驱动"，实现了微生物脱胶技术的突破性进展。其重要意义在于：首次在HG-49中实现外源木聚糖酶的分泌表达，填补了该菌株半纤维素降解的能力空白；开发的AO-MW预处理工艺兼具高效性与环境友好性，AO可被微生物完全代谢避免水体污染；最终建立的集成工艺为纺织工业绿色转型提供了可规模化应用的技术范式。该成果不仅推动了天然纤维的高值化利用，对实现"双碳"目标也具有积极意义。