CN101423983A - 苎麻韧皮纤维的混菌脱胶方法 - Google Patents

苎麻韧皮纤维的混菌脱胶方法 Download PDF

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陈洪高
曾庆福
陈悟
王军
崔永明
李广美
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本发明是一种苎麻韧皮纤维的混菌脱胶方法,包括原麻胶质养菌产酶、酶脱胶、碱氧清理和脱胶后处理工艺,其中:在原麻胶质养菌产酶的过程中,是以苎麻韧皮为培养基混合培养脱胶菌,菌群利用原麻胶质增殖的同时,分泌胞外酶使培养液中的原麻脱胶;混菌培养3天后,原麻分纤成棉花状,泵出培养液,留下培养液总量体积的10%作为接种体,其余作为粗酶液用于其它原麻的脱胶;所述脱胶菌是指腐烂麻生境的自然菌群经过1~2年定向驯化获得的高度苎麻营养专一性的共生菌群。本发明具有脱胶效率高,菌种和酶制备简单,设备要求低,成本低,抗杂菌,污染低等优点。

Description

苎麻韧皮纤维的混菌脱胶方法
技术领域
本发明属于韧皮纤维制取技术,具体涉及一种苎麻韧皮纤维的混菌脱胶方法。 背景技术
苎麻原产中国,其纤维具有良好的吸湿透气性能和蚕丝般的光泽,是优质的纺织原料, 然而,由于苎麻脱胶困难,致使苎麻原料在整个纺织原料中的份额尚不足l %。脱胶是苎麻 纺纱的必经工序,目前生产上脱胶主要采用烧碱煮炼,此法能耗高,污染重,污水治理难度 大,限制了苎麻产业的发展。生物脱胶利用微生物及其所分泌的胞外酶降解苎麻胶质,不涉 及强酸强碱,处理条件温和,节水节能,污染轻,被业内外普遍寄予厚望。
苎麻生物脱胶方法主要有纯培养加菌脱胶、酶脱胶和混菌脱胶三种。我国以纯培养加菌 脱胶研究为主,少数已形成了生产工艺:武汉大学用嗜碱芽孢杆菌菌株处理苎麻16〜24小 时后,再用1〜5%的烧碱煮炼1〜2小时可得到残胶率小于3%的精干麻(专利号 CN97109044.0);中国农业科学院麻类研究所系统研究了枯草芽孢杆菌和胡萝卜软腐欧文氏杆 菌等高效脱胶菌种,并先后发明了"苎麻细菌一一化学联合脱胶技术"(专利号CN85103481)、
"苎麻生物脱胶工艺技术与设备"(专利号CN95112564.8)和"欧文氏杆菌工厂化发酵快速 提取苎麻纤维工艺"(专利号CN200710305340.5),将异地活化菌剂接种到苎麻韧皮处理5〜6 小时,再用高压水柱冲洗即可得到纯净的苎麻纤维。酶脱胶包括粗酶液脱胶和复配商品酶脱 胶两种形式:前者如湖南沅江麻业有限公司和益阳麻纺厂利用山东大学提供的枯草芽孢杆菌
(专利号CN01106884.2)生产粗酶液处理苎麻2〜4小时后,再用烧碱与助剂混合液煮沸2 小时即可完成脱胶,脱胶率达97.5〜98.5%;后者如湖南益阳麻纺厂和洞庭麻纺厂先后采用 诺维信(中国)公司提供的复配酶进行苎麻脱胶,也取得了较好的效果。在我国沿用上千年 的池塘沤麻是最原始的混菌脱胶形式,其原理是利用自然菌群分泌的胞外酶降解苎麻胶质, 由于菌群结构未知,脱胶条件不可控制,导致脱胶速度慢,麻纤维质量不均一,不利于工厂 化生产。我国从上世纪五十年代开始有人研究混合菌用于苎麻的工业化生产,1970年,上海 工业微生物研究所和株洲苎麻纺织印染厂、上海国棉九厂一起,将不同作用的霉菌混合进行 苎麻脱胶试验,但此后少有研究报道,直到最近才被人们重新提起。胡延素等人用1种黑曲 霉、1种芽孢杆菌和2种链球菌混合培养处理苎麻的脱胶率达到60%,庞宗文等人用3株芽 孢杆菌和1株球菌的混合液处理苎麻,5X的接种量37'C下处理3d可将胶质除净,罗远莉等 人用2种黑曲霉联合脱胶的效果优于单菌脱胶,胡国权等人用4种厌氧细菌组合脱胶的效果 优于单菌脱胶。
到目前为止,生物脱胶还没有一例能在生产上推广应用,其原因在于:(1)纯培养加菌 脱胶菌种生产工艺要求高,菌种易退化或受杂菌污染,加菌脱胶条件严格,在目前脱胶企业 的硬件设施和技术人才状况下,脱胶效果不稳定,纤维质量不均一;(2)纯种菌株产酶能力有限,多数菌株胶质去除率不足50 %,只能用于化学脱胶之前辅助性地去除少部分胶质, 减少化学药剂的用量;(3)脱胶关键酶活力不高,复配酶用量大,酶重复使用效果差,脱胶 成本高;(4)混菌脱胶目前尚处于实验室试验阶段,多采用分离优势菌重新组合的办法,忽 略了非优势菌和不可培养微生物在苎麻脱胶过程的作用。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种苎麻韧皮纤维的混菌脱胶方法,以克服目前纯 培养脱胶所面临的技术和设备要求高,成本高,胶质去除率低,易退化和污染杂菌等问题。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:包括原麻胶质养菌产酶、酶脱胶、碱氧清理 和脱胶后处理工艺。在原麻胶质养菌产酶的过程中,是以苎麻韧皮为培养基混合培养脱胶菌, 菌群利用原麻胶质增殖的同时,分泌胞外酶使培养液中的原麻脱胶;混菌培养3天后,原麻 分纤成棉花状,泵出培养液,留下培养液总量体积的10%作为接种体,其余作为粗酶液用于 其它原麻的脱胶;所述脱胶菌是指腐烂麻生境的自然菌群经过1〜2年定向驯化获得的高度苎 麻营养专一性的共生菌群。
在以苎麻韧皮为培养基混合培养脱胶菌生产粗酶液的过程中,其工艺条件可以是:接种 体用量占脱胶溶液总体的10%。并且于42°C,起始pH 7. 5〜8. 0,每隔24小时将pH调回初 始值,原麻干重与脱胶溶液体积之比为1: IO条件下,静置培养3天。
将所述的粗酶液用于其它原麻的脱胶,其工艺条件可以是:按原麻干重与脱胶溶液体积
之比l: 15,粗酶液用量占脱胶溶液总体积的15%, MgS(V7H" lg/L, EDTA 二钠5g/L,与自 來水配制脱胶体系。在脱胶起始时用NaOH调节l次pH到7.8〜8. 2, 50〜55。C保温,30〜40 分钟时重新调节pH到7. 8〜8. 2,继续孵育4. 5小时,脱胶过程中不断通过循环泵使脱胶溶 液由顶部沿挂麻方向下行循环。
碱氧清理和脱胶方法是:生物脱胶对木质素的去除效率较低,因此,无论是生产粗酶液
过程中获得的麻纤维,还是直接用粗酶液脱胶获得的麻纤维,都还必须经过2ml/L30X HA 和3 g/L NaOH的水溶液煮沸1小时,泵出废液(可循环用于预浸泡原麻),再以70〜80'C热
水清洗1遍。
用于脱胶和产生酶的菌群是以在苎麻韧皮培养基中活体传代的方式来维持菌群结构和功 能的稳定性,或者以低温方式保存。所述菌群在大规模应用前需经1次二级扩大培养,培养
方法为:以苎麻原麻作为培养基,原麻干重与脱胶溶液体积之比为1: 10,接种量占脱胶溶
液总体积的l %,并且于42。C,初始pH7.5〜8.0,每隔24小时将pH调回初始值的条件下,
静置培养5〜7天。
所述活体传代,其方法为:在装有原麻和自来水的锥形瓶中,置放IO ml接种体,调节 其起始pH8.5, 3小时后调节pH7.5, 42t:静置培养,3次重复,每个传代周期不超过3天。
所述定向驯化的方法为:按原麻干重与培养液体积比1: IO投加苎麻,按培养液体积的 10%接种混合菌,调节起始pH8.5, 42'C静置培养,每天调节pH7.5,培养至原麻全部分纤 成棉花状后,滤掉麻纤维,留以体积计10%的滤液作接种体,按相同的方法反复继代,直至菌群能够在预定的时间内使原麻完全分纤。
本发明脱胶后处理工艺为:麻纤维在普通圆盘敲麻机上锤洗5〜6圈,然后漂洗,脱水,
在含有10%重量的给油剂的溶液中于4CTC给油30分钟,再脱水和烘干。
腐烂麻生境是指正在沤麻的池塘水、污泥、老麻园土、腐烂麻堆、受病菌感染腐败的麻 杆和麻类脱胶厂污泥。
本发明与现行苎麻生物脱胶工艺相比,具有以下主要优点: 其一.菌种和酶制备简单,成本低。
脱胶菌群长期在苎麻韧皮环境中协同进化形成一套高效降解利用苎麻胶质的机制,可实 现"胶养菌一菌产酶一酶脱胶"的良性循环,直接用菌酶混合液作为接种体和原麻作为培养 基生产脱胶酶,不需要反复的菌种活化过程,也不需要额外的培养基,节约了生产成本。
其二.无需防杂菌,设备和技术要求低。
山于菌群的进化包含了一个淘汰杂菌的过程,因此菌群本身具有很强的抗杂菌能力,可 在简单的培养罐中培养产酶,不需要复杂的灭菌操作和防染菌设施,操作简单,技术要求低。 其三.脱胶效率高,污染低。
传统商品脱胶酶用纯种菌和非苎麻培养基生产,酶活力不高,用量大,成本高。 本发明利用苎麻混合培养生产脱胶酶,酶类齐全,酶与苎麻胶质底物亲和力高,脱胶速
度快,效率高,脱胶后的麻纤维只需要低浓度碱氧辅助清理即可达到纺织要求,节水节能,
节约成本,污染低。
具体实施方式
下面的实施案例是对本发明的进一歩详细描述,但其不意味着对本发明的任何限制。 实施例l:菌种驯化与保存
从不同地区的沤麻池水、苎麻脱胶厂污泥、老麻园土、腐烂麻堆收集菌种材料,水和污
泥各采集1L,泥土和腐烂麻杆各采集1 Kg,不同生境的样品分开存放,留约100g样品低温 保存备用,剩余样品直接作为接种体分别接种到60 L塑料桶中,每桶加40L自来水,5 Kg 苎麻韧皮,压实浸没,每24小时调节pH 7.5, 37 'C静置培养8〜12天,然后用双层纱布过 滤,清理干净桶内泥沙和残渣,每桶留20 L培养液作为接种体,重新添加5Kg苎麻原麻, 20L自来水,每24小时调节pH7.5, 37 'C静置培养8〜12天。
取来自不同生境的微生物富集培养液各10L,等比例混合,按原麻干重与培养液体积比 1: IO投加苎麻韧皮,调节初始pH 8.5, 37 'C静置培养,每24小时调节pH 7.5,至原麻分 纤成棉花状后,取出纤维,留50%的培养液,加等体积的水稀释,按原麻干重与培养液体积 比l: IO投加苎麻原麻,每24小时调节pH7.5, 42 'C静置培养至原麻分纤成棉花状。
取混合菌培养液5L,加45L自来水,5Kg原麻,调节起始pH8.5, 42 "C静置培养, 每24小时调节pH7.5,至原麻全部分纤后滤掉麻纤维,滤液留作接种体。此后每次接种5L 培养液,按相同的方法反复继代,每个继代周期以原麻分纤成棉花状为标准。对于驯化过程 中分纤时间缩短达12小时以上的菌群,取5ml培养液分装5管,每管lml,在终浓度20 %
6的甘油溶液中一70 'C及时保存备份,并对累计驯化时间、脱胶能力、纤维质量和保存时期等 作详细登记,同时在500ml锥形瓶中活体传代:加40g原麻,390ml自来水,接种混菌培养 液10ml,调节其起始pH8.5, 3小时后调节pH7.5, 42'C静置培养,3次重复,每个传代周 期不超过3天。
实施例2:菌酶混合液制备
在5L三角中,加200g原麻,2L自来水,接种活体传代的种子20ml,调节pH7.5〜S, 42 。C静置培养7d。取1 L培养液接种到120 L扩大培养罐中,添加10 Kg原麻,100 L自来 水,调节pH7.5〜8.0, 42 'C静置培养7d。
将二级放大培养液全部接种到脱胶罐中,添加100 Kg原麻,1000 L自來水,调节pH 7.5〜 8.0, 42 'C静置培养3d,泵出并收集培养液,留100L作为接种体,其余用作粗酶液。
重新添加含2ml/L 30% HA和3 g/L NaOH的溶液,煮沸1小时,取出麻纤维,经锤麻、 漂洗和给油后获得精干麻。
实施例3:菌酶混合液脱胶
将200 Kg原麻装笼后吊装到脱胶罐内,加300 L菌酶混合液、2700 L自來水、15 Kg EDTA-Na,和3KgMgS0,,启动循环泵,用NaOH调节溶液pH到8.0左右,升温到50 °C, 30 mm后重新调节pH到8.0, 50 。C保温4.5小时,排掉废液,重新添加含2ml/L 30% HA 和3 g/LNaOH的溶液,煮沸1小时,取出麻纤维,经锤麻、漂洗和给油后获得精干麻。
按上述工艺共生产了 3批次,分纤状况良好,按国标法检测的残胶率低于4%,束纤维 断裂强度高于5cN/dt (附表1)。
附表
表l不同批次苎麻脱胶的质量检测结果
脱胶批次
检测内容 -
_菌脱胶l 酶脱胶l 菌脱胶2 酶脱胶2 齒脱胶3 酶脱胶3
残胶率(%) 3.71 3.37 3.48 3.22 3.53 3.34
^纤维断裂强度(cN/dt) 5.59 5.24 5.38 5.25 5.51 5.27

Claims (10)

1. 一种苎麻韧皮纤维的混菌脱胶方法,包括原麻胶质养菌产酶、酶脱胶、碱氧清理和脱胶后处理工艺,其特征是:在原麻胶质养菌产酶的过程中,是以苎麻韧皮为培养基混合培养脱胶菌,菌群利用原麻胶质增殖的同时,分泌胞外酶使培养液中的原麻脱胶;混菌培养3天后,原麻分纤成棉花状,泵出培养液,留下培养液总量体积的10%作为接种体,其余作为粗酶液用于其它原麻的脱胶;所述脱胶菌是指腐烂麻生境的自然菌群经过1~2年定向驯化获得的高度苎麻营养专一性的共生菌群。
2. 根据权利要求1所述的混菌脱胶方法,其特征是在以苎麻韧皮为培养基混合培养脱胶 菌生产粗酶液的过程中,其工艺条件是:接种体于42'C,起始pH7.5〜8.0,每隔24小时将 pH调回初始值,原麻干重与脱胶溶液体积之比为1: IO条件下,静置培养3天。
3. 根据权利要求1所述的混菌脱胶方法,其特征是用粗酶液脱胶的工艺条件是:按原麻干重与脱胶溶液体积之比为1: 15、粗酶液用量15%、 MgS04.7H20 lg/L、 EDTA 二钠5g/L和 自来水配制脱胶体系,在脱胶起始时用NaOH调节1次pH到7. 8〜8. 2, 50〜55"保温,30〜 40分钟时重新调节pH到7.8〜8.2,继续孵育4.5小时,脱胶过程中不断通过循环泵使脱胶 溶液由顶部沿挂麻方向下行循环。
4. 根据权利要求3所述的混菌脱胶方法,其特征是在碱氧清理和脱胶过程中,无论是生 产粗酶液过程中获得的麻纤维,还是直接用粗酶液脱胶获得的麻纤维,都还必须经过2ml/L 30% HA禾n 3 g/L NaOH的水溶液煮沸1小时,泵出废液,再以70〜80。C热水清洗1遍;泵 出的废液用于预浸泡原麻。
5. 根据权利要求1所述的混菌脱胶方法,其特征是用于脱胶和产生酶的菌群是以在苎麻 韧皮培养基中活体传代的方式来维持菌群结构和功能的稳定性,或者以低温方式保存。
6. 根据权利要求5所述的混菌脱胶方法,其特征是所述菌群在大规模应用前需经1次二 级扩大培养,培养方法为:以苎麻原麻作为培养基,原麻千重与脱胶溶液体积之比为1: 10, 接种量占脱胶溶液总体积的1 %,并且于42'C,初始pH7. 5〜8. 0,每隔24小时将pH调回 初始值的条件下,静置培养5〜7天。
7. 根据权利要求5所述的混菌脱胶方法,其特征是所述活体传代,其方法为:在装有原 麻和自来水的锥形瓶中,置放10ml接种体,调节其起始pH 8.5, 3小时后调节pH 7.5, 42 'C静置培养,3次重复,每个传代周期不超过3天。
8. 根据权利要求1所述的混菌脱胶方法,其特征是脱胶后处理工艺为:麻纤维在普通圆 盘敲麻机上缍洗5〜6圈,然后漂洗,脱水,在含有10%重量的给油剂的溶液中于40匸给油 30分钟,再脱水和烘干。
9. 根据权利要求1所述的混菌脱胶方法,其特征是:腐烂麻生境是指正在沤麻的池塘水、 污泥、老麻园土、腐烂麻堆、受病菌感染腐败的麻杆和麻类脱胶厂污泥。
10.根据权利要求1所述的混菌脱胶方法,其特征是定向驯化的方法为:按原麻干重与培 养液体积比h IO投加苎麻,按培养液体积的10%接种混合菌,调节起始pH8.5, 42。C静置 培养,每天调节pH7.5,培养至原麻全部分纤成棉花状后,滤掉麻纤维,留以体积计10%的 滤液作接种体,按相同的方法反复继代,直至菌群能够在预定的时间内使原麻完全分纤。
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Applicant after: Wuhan Textile University

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Applicant before: Wuhan University of Science and Technology

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Hubei new agriculture ecological Flax Industry Co., Ltd.

Assignor: Wuhan Textile University

Contract record no.: 2012420000008

Denomination of invention: Bacteria mixing and degumming method of ramie phloem fiber

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Record date: 20120116

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