生物酶在古文物霉斑去除中的應(yīng)用前景

閆麗，呂靜，傅萌

（1.首都博物館保護(hù)部，北京 100045；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京 10224）

文物作為文化的載體以實(shí)物的形態(tài)留存并傳承下來(lái)，是人類在發(fā)展過(guò)程中遺留保存下來(lái)的所有遺物和遺跡的總稱。文物作為人類最寶貴的歷史文化遺產(chǎn)，從不同的側(cè)面展示并反映了各個(gè)歷史時(shí)期人類的社會(huì)活動(dòng)和社會(huì)關(guān)系、人們的意識(shí)形態(tài)、人們當(dāng)時(shí)所處的生態(tài)環(huán)境狀況以及人類如何利用自然并改造自然等所有信息。因此，保護(hù)文物并開展科學(xué)研究對(duì)于認(rèn)清歷史、揭示人類社會(huì)發(fā)展的規(guī)律進(jìn)而認(rèn)識(shí)并促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展均具有十分重要的意義。

淀粉、纖維素、木質(zhì)素和蛋白質(zhì)等碳水化合物屬于有機(jī)組分，是所有霉菌賴以生存的營(yíng)養(yǎng)源。紙質(zhì)品、紡織品、皮革、漆木竹器、骨類等有機(jī)質(zhì)文物和復(fù)合質(zhì)文物藏品中存在各種各樣的有機(jī)組分，如果儲(chǔ)存環(huán)境存在通風(fēng)差、濕度高、灰塵較多、溫度較高等問(wèn)題，將導(dǎo)致藏品極易滋生霉菌。霉菌污染文物后，菌體在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生色素，同時(shí)分泌大量的有機(jī)酸，嚴(yán)重污染和損傷文物，導(dǎo)致文物霉?fàn)€；霉菌生長(zhǎng)過(guò)程中還會(huì)分泌粘液，造成紙質(zhì)品類和紡織品類文物發(fā)生粘連，使文物的歷史價(jià)值、科學(xué)價(jià)值以及藝術(shù)價(jià)值等都受到不可彌補(bǔ)的重大損失。

1 文物受霉菌損害現(xiàn)狀研究

出土文物普遍存在霉菌斑污染的情況，這主要是由于環(huán)境潮濕造成的?？脊懦鐾恋奈奈?，如衣物絲織品和書畫等，普遍存在霉斑、無(wú)機(jī)鹽沉淀等問(wèn)題?，F(xiàn)存的古書畫都存在不同程度的損害，其表面會(huì)有不同種類的污染物，如霉斑、細(xì)菌、蟲斑以及塵埃等。在這些污染物中，霉菌對(duì)文物的破壞最為嚴(yán)重，特別是在字畫等紙質(zhì)文物和絲織品等衣物文物中尤為明顯。霉菌產(chǎn)生的霉污不僅會(huì)在文物表面留下各種形狀不一的污漬，還會(huì)造成紡織品類文物的老化降解，嚴(yán)重影響紡織品類文物的價(jià)值和后續(xù)的保存收藏。霉菌被稱為文物中致命的“癌細(xì)胞”，因此霉斑的清除已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外文物界普遍關(guān)注和研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。目前，針對(duì)考古發(fā)掘的文物存在的霉斑污染問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)成熟、可靠、安全、高效快速的解決方法可以借鑒。

2 霉菌損害文物機(jī)制研究

在霉菌的生長(zhǎng)過(guò)程中，會(huì)代謝產(chǎn)生各種水解酶，如蛋白酶、脂酶等。其中，蛋白酶可以分解文物某些物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使得文物物質(zhì)結(jié)構(gòu)中的大基團(tuán)游離出來(lái)，造成文物的某些部位機(jī)械強(qiáng)度下降，進(jìn)而損壞文物的完整性；有些霉菌分泌產(chǎn)生內(nèi)肽酶，可將蛋白質(zhì)分子分解生成分子量較小的短肽；霉菌分泌產(chǎn)生的有機(jī)酸會(huì)造成紙質(zhì)文物酸老化，紙張因機(jī)械強(qiáng)度降低、變脆而壽命縮短；霉菌在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中分泌的有色代謝產(chǎn)物形成的色斑不易清除，會(huì)造成文物表面形成各種不同顏色（黑、棕、褐、灰、紫等）的霉斑斑點(diǎn)，嚴(yán)重?fù)p壞文物品質(zhì)，尤其是對(duì)珍貴的書法繪畫作品造成不可估量的損失。生長(zhǎng)在絲織品文物上的霉菌，不僅可以分解利用絲織品原料，如纖維素、幾丁質(zhì)、蛋白質(zhì)等復(fù)雜的有機(jī)物，還可以在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中產(chǎn)生有機(jī)酸類代謝產(chǎn)物（如乙二醇、檸檬酸、草酸、乳酸、醋酸等）、脂類、多糖、胞外多肽以及色素等次生代謝產(chǎn)物，從而對(duì)絲織品文物造成損傷破壞。霉斑的形成過(guò)程必須有氧氣的參與，因此其形成的時(shí)間點(diǎn)只可能在入棺期間或出土以后。

3 文物霉菌處理的常用方法及研究進(jìn)展

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)各類文物的保護(hù)普遍采用化學(xué)方法或物理方法，但這些方法存在一些問(wèn)題，如使用的保護(hù)劑（化學(xué)物質(zhì)）殘留、材料老化、不可逆等，對(duì)文物的保護(hù)存在一定程度的破壞，不利于文物的長(zhǎng)期保護(hù)。而生物技術(shù)的使用，可以規(guī)避上述方法的缺陷，解決文物腐朽、脆化等根本性難題。生物法具有可逆性，可以安全、科學(xué)、有效地延長(zhǎng)文物壽命，且因采用無(wú)動(dòng)力方式，故對(duì)文物無(wú)損傷。

國(guó)外關(guān)于古代絲織品的文物保護(hù)研究相對(duì)較少，而國(guó)內(nèi)該方面的研究較多，且主要集中在解決古代絲綢的老化問(wèn)題及其保護(hù)[1]、絲織品文物菌斑中的菌種鑒定[2]、霉菌的培養(yǎng)優(yōu)化及生理特性分析[3]、庫(kù)房等保存環(huán)境的防霉措施[4]以及清除霉斑的技術(shù)等方面[5]。

國(guó)內(nèi)外進(jìn)行絲織品文物清洗時(shí)常使用人工合成的化學(xué)試劑，國(guó)外多采用漂白劑（次氯酸鹽、過(guò)氧化氫）和表面活性劑（非離子型或陰離子型）等進(jìn)行清洗[6-8]，國(guó)內(nèi)采用濕洗法和干洗法兩大類清洗方法。濕洗法是指在水中加入酸性或者堿性試劑、氧化劑或還原劑、洗滌劑、酶制劑、螯合劑等進(jìn)行清洗；而干洗法則是直接用丙酮、甲苯、乙酸乙酯、石油、三氯乙烯等有機(jī)溶劑進(jìn)行洗滌[9-14]。目前，常采用漂劑漂洗方法（氧化、還原漂劑）移除紙質(zhì)文物表面菌斑污痕，采用化學(xué)殺菌劑殺死菌體。霉斑的清洗主要采用化學(xué)清洗的方法，即利用電解槽正極產(chǎn)生的弱酸性電解水，在人工清洗的同時(shí)輔助超聲波清洗的方法達(dá)到清除文物霉斑的目的[15]?；瘜W(xué)清洗霉斑的方法效果好、見效快、清洗能力強(qiáng)，但該方法使用的化學(xué)試劑易對(duì)古代絲織品的結(jié)構(gòu)造成損傷，不僅會(huì)殘留在纖維結(jié)構(gòu)中造成二次污染，還容易造成環(huán)境污染并影響操作人員的健康。天然提取的生物清洗材料可以避免上述化學(xué)清洗方法的缺點(diǎn)，因此受到文物保護(hù)研究者們的廣泛關(guān)注，已成為未來(lái)研究的重要方向。

4 生物技術(shù)處理文物霉斑的優(yōu)勢(shì)及研究現(xiàn)狀

4.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到生物技術(shù)在文物清洗和修復(fù)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。例如，利用生物酶和生物有機(jī)酸可以高效去除文物中難以清除的結(jié)晶鹽。生物法因處理?xiàng)l件溫和、對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害、無(wú)殘留和二次污染、機(jī)械強(qiáng)度低以及多數(shù)在室溫條件下進(jìn)行處理等優(yōu)點(diǎn)，已在多個(gè)文物修復(fù)領(lǐng)域中應(yīng)用，如絲織品文物的加固、生物酶揭裱書畫文物、修復(fù)石質(zhì)類文物、清除壁畫表面污物等方面[16-20]。

4.2 研究現(xiàn)狀

隨著國(guó)家立項(xiàng)支持及利用生物方法開展文物研究的熱度增加，與生物技術(shù)處理文物霉斑相關(guān)的文章、專利、項(xiàng)目以及社會(huì)響應(yīng)度等多方面都顯著增加。統(tǒng)計(jì)《文物保護(hù)與考古科學(xué)》期刊1989—2012年的相關(guān)文章，可以看出1989—2008年20年間關(guān)于生物學(xué)方面的文章僅有6篇，而2009—2012年3年內(nèi)生物方面的文章有18篇。2002年，《生物技術(shù)在文物保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究——出土絲織物加固處理》項(xiàng)目的提出，標(biāo)志著我國(guó)文物保護(hù)研究中生物技術(shù)應(yīng)用的正式開始。生物技術(shù)類課題在《文化遺產(chǎn)保護(hù)科學(xué)和技術(shù)研究課題匯編（1990—2008）》中立項(xiàng)8項(xiàng)。2011年，國(guó)家文物局發(fā)布的《文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域科學(xué)和技術(shù)研究課題指南（2011—2015）》中，將“生物技術(shù)等高新技術(shù)在館藏文物保護(hù)中的應(yīng)用研究”列入文物保護(hù)領(lǐng)域中。

我國(guó)在文物保護(hù)方面發(fā)表的生物學(xué)文章主要集中在以下4個(gè)方面。（1）紙質(zhì)文物、壁畫、文物環(huán)境中文物來(lái)源的微生物檢測(cè)培養(yǎng)、鑒定及其防治。目前，去除霉斑的研究主要集中在污染霉菌的形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)鑒定方面；（2）生物法清洗、生物修復(fù)以及生物加固在文物中的應(yīng)用研究。（3）將生物礦化的研究進(jìn)展應(yīng)用于石質(zhì)文物的修復(fù)。（4）分子生物學(xué)的技術(shù)和方法在考古學(xué)中的應(yīng)用。

將生物技術(shù)應(yīng)用于文物保護(hù)主要是指利用微生物新陳代謝產(chǎn)生的代謝物和生物活性物質(zhì)，有目的地篩選分離出特異性菌株；在出土絲織品中加入多種不同的微生物，對(duì)各種不同菌群進(jìn)行配伍和混合，形成微生物共生態(tài)進(jìn)而對(duì)出土文物進(jìn)行生物清洗。這種清洗過(guò)程安全環(huán)保，清洗廢液無(wú)毒無(wú)害、容易降解，能夠達(dá)到安全、科學(xué)、有效延長(zhǎng)文物壽命的目的。

微生物清潔文物是一個(gè)生物物理和生物化學(xué)協(xié)同作用的過(guò)程，此外還伴隨著物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程。絲織品文物的霉斑清洗多采用化學(xué)清洗，利用電解槽正極產(chǎn)生的弱酸性電解水，在人工清洗的同時(shí)輔助超聲波清洗的方法達(dá)到清除文物霉斑的目的[21]。田金英等人[5]利用弱酸化水和改良型超聲清洗法清除故宮館藏的絲織品霉斑，為絲織品霉斑清除工作提供了新思路。這個(gè)方法不僅克服了絲織品失色問(wèn)題，又沒(méi)有引入任何化學(xué)物質(zhì)。閆麗等人[19]利用紅茶菌發(fā)酵液清洗絲織文物表面的結(jié)晶鹽，是清洗絲織品文物的一種溫和方法。其原理是紅茶菌發(fā)酵液中含有生物有機(jī)酸和生物酶，可將難溶的結(jié)晶鹽轉(zhuǎn)化為可溶性鹽。郭敏等人[21]利用生物技術(shù)清洗古代絲織品文物上的霉斑，該清洗過(guò)程具有環(huán)保、安全等優(yōu)勢(shì)。此外，田金英等[22-23]采用冬瓜片擦洗清除霉斑；江西德安博物館的研究人員利用蛋白酶、溶菌酶清除了南宋周氏墓出土的絲綢文物上的霉斑；寧夏博物館用木瓜蛋白酶去除了賀蘭縣拜寺溝方塔廢墟出土的西夏時(shí)期的絲織品污斑；龔德才等人[24]利用纖維素酶、溶菌酶混合豆芽和冬瓜提取液清除文物上的大部分霉斑，效果明顯。

首都博物館基于生物酶法和分子生物學(xué)技術(shù)，研發(fā)了一種能夠高效去除文物霉點(diǎn)和霉斑的綠色除霉生物酶制劑——溶壁酶。溶壁酶是根據(jù)污染文物霉菌的種類而確定的含有多種生物酶的復(fù)合酶，包括溶菌酶、β-1,3-葡聚糖酶、β-1,6-葡聚糖酶、甘露糖酶、糖苷酶、肽鍵內(nèi)切酶、殼多糖酶、蛋白酶、漆酶、脫色酶以及制霉菌素。該配方具有效果優(yōu)、見效快的優(yōu)點(diǎn)，能夠安全、高效、徹底去除霉菌及其代謝物產(chǎn)生的霉斑色素，可在文物除霉、清洗、修復(fù)和保藏中廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

盡管我國(guó)研究人員已嘗試使用生物酶清除文物的霉斑，但霉斑的處理仍是文物處理和保藏中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。安全高效清除霉菌已成為文物界急需攻克的重大難題。污染文物的霉菌種類繁多，且霉菌產(chǎn)生的許多色素難以處理，使用單一或兩三種生物酶清除霉斑的效果均不理想。因此，需要基于生物酶法和分子生物學(xué)技術(shù)研發(fā)出能夠高效去除文物霉點(diǎn)和霉斑的綠色除霉生物酶制劑，從而安全、高效、徹底去除霉菌及其代謝物產(chǎn)生的霉斑，以滿足文物清洗、修復(fù)和保藏的需求，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)文物的歷史再重現(xiàn)功能具有極其重要的作用和意義。