CN105780135B

CN105780135B - 一种嗜碱芽孢杆菌在苎麻生物脱胶中的应用以及苎麻生物脱胶的方法

Info

Publication number: CN105780135B
Application number: CN201410812506.2A
Authority: CN
Inventors: 马延和; 周成; 薛燕芬
Original assignee: Institute of Microbiology of CAS
Current assignee: Institute of Microbiology of CAS
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: CN105780135A

Abstract

本发明涉及一种嗜碱芽孢杆菌在苎麻生物脱胶中的应用，本发明还涉及一种苎麻生物脱胶的方法，该方法包括：将嗜碱芽孢杆菌依次进行活化培养、发酵产酶培养，然后将发酵产酶培养后的嗜碱芽孢杆菌接种于浸有苎麻的脱胶培养基中进行脱胶培养。使用本发明的方法能够降低制得的苎麻产品的残胶率、提高单纤维支数和束纤维强度，并且制得的苎麻产品的纤维表面光滑，即提高了制得的苎麻产品的质量。

Description

一种嗜碱芽孢杆菌在苎麻生物脱胶中的应用以及苎麻生物脱胶的方法

技术领域

本发明涉及一种嗜碱芽孢杆菌在苎麻生物脱胶中的应用，以及一种苎麻生物脱胶的方法。

背景技术

苎麻属于荨麻科宿根性多年生草本植物，干燥后的苎麻原麻含有60％以上的纤维素，仅次于棉花，它的韧皮纤维特别长而结实，热传导性和吸湿透气性好，具有防腐、防菌、防霉等功能，被公认为“天然纤维之王”，因此苎麻纤维的高档化开发一直是纺织材料研究领域的热点。然而苎麻纤维上粘附着大量胶质，主要是果胶、半纤维素、木质素等，其含量达30％以上，因此要获得工业上可应用的麻纤维，首先必须进行脱胶处理，即去除苎麻中大量的果胶和半纤维素等胶质，而苎麻脱胶的效果好坏直接影响着麻纤维和其纱制产品的质量。

目前常用的传统脱胶方法为化学烧碱高压煮练法，该方法耗用大量的酸碱，能源、水和化工料消耗也较大，工业废水污染严重，劳动强度大，同时纤维强度也易受到较大损伤，造成纤维制成率低、强度下降明显等问题。因此开发研究更为环保高效的脱胶技术成为苎麻纤维纺织行业发展的趋势。

苎麻生物脱胶主要是利用微生物产生的特异性果胶酶和半纤维素酶降解果胶和半纤维素类物质，达到脱胶的目的。作为环境友好的脱胶方法，生物脱胶法减掉了大量的酸碱原料，与化学法相比具有处理条件温和、成本低、纤维质量好、环境污染小等优点，是一种环保高效的脱胶技术。然而目前报道的产脱胶酶的微生物主要包括真菌和细菌，其中真菌产生的脱胶酶中多含有纤维素酶，其最适作用pH多为酸性，而酸性条件易造成纤维强度的下降，且真菌生长速度慢导致脱胶周期长的缺陷，另外，中性细菌又存在脱胶过程中易污染杂菌，造成酶活力下降，脱胶效果不稳定等问题。

因此，现在急需一种能够提高脱胶效果且周期较短的生物脱胶方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中生物脱胶的脱胶效果不好、周期较长的缺陷，提供一种嗜碱芽孢杆菌在苎麻生物脱胶中的应用，以及一种苎麻生物脱胶的方法。

本发明的发明人在研究中发现，将适宜在碱性环境中生长且产酶的嗜碱芽孢杆菌在碱性环境下进行苎麻生物脱胶，克服了酸性条件易造成纤维强度的下降和中性细菌脱胶易污染杂菌的缺陷，使得苎麻的脱胶效果更好，且周期也较短。

因此，为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种嗜碱芽孢杆菌在苎麻生物脱胶中的应用。

另一方面，本发明还提供了一种苎麻生物脱胶的方法，该方法包括：将嗜碱芽孢杆菌依次进行活化培养、发酵产酶培养，然后将发酵产酶培养后的嗜碱芽孢杆菌接种于浸有苎麻的脱胶培养基中进行脱胶培养。

使用本发明的方法能够降低制得的苎麻产品的残胶率、提高单纤维支数和束纤维强度，并且制得的苎麻产品的纤维表面光滑，即提高了制得的苎麻产品的质量。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是未经本发明方法生物脱胶处理的苎麻原麻；

图2是本发明实施例1制得的苎麻产品A1肉眼观察的外观图；

图3是未经本发明方法生物脱胶处理的苎麻原麻的扫描电镜图(放大5000倍)；

图4是本发明实施例1制得的苎麻产品A1的扫描电镜图(放大5000倍)；

图5是对比例1制得的苎麻产品D1的扫描电镜图(放大5000倍)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

一方面，本发明提供了一种嗜碱芽孢杆菌在苎麻生物脱胶中的应用。

本发明中，嗜碱芽孢杆菌可以为本领域常规的嗜碱芽孢杆菌，为了进一步提高苎麻生物脱胶效果，优选地，嗜碱芽孢杆菌为嗜碱芽孢杆菌Bacillus sp.N16-5，现保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(简称CGMCC)，保藏号为CGMCC0369。

根据本发明，所述活化培养的条件可以为各种常规的活化培养嗜碱芽孢杆菌的条件，例如可以包括：温度为36-38℃，时间为14-18h。

根据本发明，对所述活化培养的培养基没有特别的要求，只要能够活化培养嗜碱芽孢杆菌即可，例如活化培养的培养基可以含有8-10g/L葡萄糖，2-7g/L多蛋白胨，2-7g/L酵母提取物，15-20g/L NaCl，1-3g/L KH₂PO₄，0.1-0.3g/L Mg₂SO₄·7H₂O，9-10g/L Na₂CO₃，pH为9-10。

根据本发明，所述发酵产酶培养的条件可以为各种常规的嗜碱芽孢杆菌发酵产酶培养所需的条件，例如可以包括：温度为36-38℃，时间为22-26h。

根据本发明，对所述发酵产酶培养的培养基没有特别的要求，只要能够诱导嗜碱芽孢杆菌发酵产酶即可，例如发酵产酶培养的培养基可以含有4-6g/L豆饼粉，0.1-0.3g/L酵母提取物，5-10g/L NaCl，1-3g/L KH₂PO₄，0.1-0.3g/L Mg₂SO₄·7H₂O，9-10g/L Na₂CO₃，9-12g/L果胶、魔芋粉和木聚糖的混合物，其中，果胶、魔芋粉和木聚糖的重量比可以为1:1-2:1-2，pH可以为9.5-10。

根据本发明，所述脱胶培养的条件可以为本领域常规的生物脱胶培养的条件，但是，为了进一步提高生物脱胶培养的效果，优选地，所述脱胶培养的条件包括：温度为37-40℃，时间为8-10h。

根据本发明，发酵产酶培养后的嗜碱芽孢杆菌的接种量可以为常规的接种量，但是，为了进一步提高生物脱胶培养的效果，优选地，相对于1g的苎麻，发酵产酶培养后的嗜碱芽孢杆菌的接种量为0.2-0.5mL。

本领域的技术人员应该理解的是，对浸有苎麻的脱胶培养基中的苎麻与脱胶培养基的比例用量没有特别的限定，只要使得苎麻能够完全浸于脱胶培养基中即可。

根据本发明，所述脱胶培养基的pH可以为常规的嗜碱芽孢杆菌产酶所需的pH，但是，优选地，所述脱胶培养基的pH为9.5-10时，能够诱导嗜碱芽孢杆菌持续产生分解苎麻中胶体的酶，从而进一步提高脱胶效果。

根据本发明，所述脱胶培养基的成分组成可以为本领域常规的嗜碱芽孢杆菌生长所需的成分组成，例如脱胶培养基可以含有1.5-2g豆饼粉，0.8-1gKH₂PO₄，8-12g NaCl，9.5g-10Na₂CO₃。

根据本发明，本发明的方法还包括使经过脱胶培养后得到的苎麻依次进行精炼和脱胶后处理。

根据本发明，所述精炼的方式可以为本领域常规的用于苎麻脱胶的精炼工艺，当所述精炼的方式包括：将经过脱胶培养后得到的苎麻与精炼溶液按照重量比1：10-12进行接触，然后在120-130℃下加热30-50分钟，其中，所述精炼溶液含有0.5-0.8重量％NaOH和0.1-0.3重量％Na₅P₃O₁₀时，能够进一步提高生物脱胶培养的效果。

根据本发明，所述脱胶后处理的方式可以为本领域常规的脱胶后处理的方式，例如可以包括：将精炼后得到的苎麻同时进行水洗、拷麻，然后依次进行漂白、酸洗、水洗、脱水、给油、脱除油水、抖麻和烘干。其中，同时进行水洗、拷麻可以在拷麻机中进行，漂白可以采用0.2g/L有效氯进行，酸洗可以通过pH为2.5的硫酸溶液进行，水洗可以在冲洗机中进行，脱水可以在脱水机中进行，给油、脱除油水可以在给油池和离心脱水机中进行，抖麻可以在抖麻机中进行，烘干可以在烘干机中进行。

本领域的技术人员应该理解的是，活化培养的培养基、发酵产酶培养的培养基和脱胶培养基在使用前均需要进行灭菌处理，灭菌处理的方法可以为本领域常规的微生物灭菌方法，例如可以为在115-121℃灭菌锅内处理15-20min。

本发明中，活化培养、发酵产酶培养和脱胶培养中，嗜碱芽孢杆菌的接种量为各培养基体积的2-5％。

本领域的技术人员应该理解的是，活化培养条件、发酵产酶培养条件和脱胶培养条件还包括在200-300rpm下振荡。

本发明的方法还可以包括：将脱胶培养后的菌液不经过活化培养，而循环用于发酵产酶培养、脱胶培养，循环进行2-5次

实施例

以下实施例和对比例中制备培养基所用的试剂均可商购获得。

制备活化培养的培养基：先将9g葡萄糖，5g多蛋白胨，5g酵母提取物，20g NaCl，1gKH₂PO₄，0.2g Mg₂SO₄·7H₂O混合，然后加入0.9L的蒸馏水，搅拌溶液至澄清；另将10g Na₂CO₃加入0.1L蒸馏水中，搅拌至澄清；然后分别在115℃下灭菌20min后，再混合后调pH至9待用。

制备发酵产酶培养的培养基：将5g豆饼粉，0.3g酵母提取物，8g NaCl，1g KH₂PO₄，0.2g Mg₂SO₄·7H₂O，3g果胶，3g魔芋粉，3g木聚糖混合，然后加入0.9L的蒸馏水，搅拌溶液至澄清；另将10g Na₂CO₃加入0.1L蒸馏水中，搅拌至澄清；然后分别在120℃下灭菌20min后，再混合后调pH至9.5待用。

制备脱胶培养基：将2g豆饼粉，1g KH₂PO₄，12g NaCl，10g Na₂CO₃混合，然后加入1L的蒸馏水，搅拌溶液至澄清，调节pH至10，再加入100g苎麻原麻，在115℃下灭菌20min后待用。

嗜碱芽孢杆菌N16-5保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(简称CGMCC)，保藏号为CGMCC0369。

实施例1

本实施例用于说明本发明的应用以及苎麻生物脱胶的方法。

将嗜碱芽孢杆菌N16-5按体积比2％接种于活化培养的培养基中，在36℃、220rpm下振荡培养16h，然后取2mL的菌液接种于100mL发酵产酶培养的培养基中，在36℃、220rpm下振荡培养22h，然后将3mL发酵产酶培养后的嗜碱芽孢杆菌菌液接种于浸有苎麻原麻的脱胶培养基中在38℃、220rpm下振荡培养8h，(脱胶培养基中浸有的苎麻原麻的干重为10g，脱胶培养基的体积为100mL)，然后将脱胶培养后的苎麻和精炼溶液(含有0.5重量％NaOH和0.1重量％Na₅P₃O₁₀)按照重量比1：12进行接触，然后在120℃下加热30分钟；然后将精炼的苎麻在拷麻机中进行水洗、拷麻，取出苎麻，将苎麻浸入有效氯为0.2g/L的次氯酸钠溶液中进行漂白，然后取出苎麻，用pH为2.5的硫酸溶液对苎麻进行酸洗，然后将苎麻依次在冲洗机、脱水机进行水洗、脱水，再将苎麻在给油池和离心脱水机中依次进行给油、脱除油水，最后将苎麻依次在抖麻机、烘干机中进行抖麻、烘干，制得苎麻产品A1，其中，该过程中，脱胶培养后的菌液不经过活化培养，而直接循环用于发酵产酶培养、脱胶培养，循环进行2次。

实施例2

本实施例用于说明本发明的应用以及苎麻生物脱胶的方法。

将嗜碱芽孢杆菌N16-5按体积比2％接种于活化培养的培养基中，在37℃、210rpm下振荡培养14h，然后取2mL的菌液接种于100mL发酵产酶培养的培养基中，在38℃、210rpm下振荡培养24h，然后将3mL发酵产酶培养后的嗜碱芽孢杆菌菌液接种于浸有苎麻原麻的脱胶培养基中在37℃、210rpm下振荡培养10h，(脱胶培养基中浸有的苎麻原麻的干重为10g，脱胶培养基的体积为100mL)，然后将脱胶培养后的苎麻和精炼溶液(含有0.7重量％NaOH和0.2重量％Na₅P₃O₁₀)按照重量比1：11进行接触，然后在120℃下加热30分钟；然后将精炼的苎麻在拷麻机中进行水洗、拷麻，取出苎麻，将苎麻浸入有效氯为0.2g/L的次氯酸钠溶液中进行漂白，然后取出苎麻，用pH为2.5的硫酸溶液对苎麻进行酸洗，然后将苎麻依次在冲洗机、脱水机进行水洗、脱水，再将苎麻在给油池和离心脱水机中中依次进行给油、脱除油水，最后将苎麻依次在抖麻机、烘干机中进行抖麻、烘干，制得苎麻产品A2，其中，该过程中，脱胶培养后的菌液不经过活化培养，而直接循环用于发酵产酶培养、脱胶培养，循环进行3次。

实施例3

本实施例用于说明本发明的应用以及苎麻生物脱胶的方法。

将嗜碱芽孢杆菌N16-5按体积比2％接种于活化培养的培养基中，在38℃、220rpm下振荡培养18h，然后取2mL的菌液接种于100mL发酵产酶培养的培养基中，在37℃、220rpm下振荡培养26h，然后将3mL发酵产酶培养后的嗜碱芽孢杆菌菌液接种于浸有苎麻原麻的脱胶培养基中在40℃、220rpm下振荡培养9h，(脱胶培养基中浸有的苎麻原麻的干重为10g，脱胶培养基的体积为100mL)，然后将脱胶培养后的苎麻和精炼溶液(含有0.8重量％NaOH和0.3重量％Na₅P₃O₁₀)按照重量比1：10进行接触，然后在120℃下加热40分钟；然后将精炼的苎麻在拷麻机中进行水洗、拷麻，取出苎麻，将苎麻浸入有效氯为0.2g/L的次氯酸钠溶液中进行漂白，然后取出苎麻，用pH为2.5的硫酸溶液对苎麻进行酸洗，然后将苎麻依次在冲洗机、脱水机进行水洗、脱水，再将苎麻在给油池和离心脱水机中中依次进行给油、脱除油水，最后将苎麻依次在抖麻机、烘干机中进行抖麻、烘干，制得苎麻产品A3，其中，该过程中，脱胶培养后的菌液不经过活化培养，而直接循环用于发酵产酶培养、脱胶培养，循环进行5次。

实施例4

本实施例用于说明本发明的应用以及苎麻生物脱胶的方法。

按照实施例1的方法制备苎麻产品，不同的是，脱胶培养的条件为：在35℃、220rmp下振荡12h，制得苎麻产品A4。

实施例5

本实施例用于说明本发明的应用以及苎麻生物脱胶的方法。

按照实施例1的方法制备苎麻产品，不同的是，将实施例1中的嗜碱芽孢杆菌N16-5替换为嗜碱芽孢杆菌Bacillus claussi(从中国普通微生物菌种保藏管理中心CGMCC获得，保藏号为CGMCC1.3672)，制得苎麻产品A5。

对比例1

按照实施例1的方法制备苎麻产品，不同的是，将实施例1中的嗜碱芽孢杆菌N16-5替换为中性的枯草芽孢杆菌(从中国普通微生物菌种保藏管理中心CGMCC获得，保藏号为CGMCC1.1391)，制得苎麻产品D1。

测试例

分别肉眼和使用扫描电镜(放大5000倍)观察实施例1中的苎麻原麻(即未经脱胶处理的苎麻)、实施例1制得的苎麻产品A1和对比例1制得的苎麻产品D1，其结果见图1-5。

按照FZ/T 31001国家标准评价实施例1-5制得的苎麻产品A1-A5和对比例1制得的苎麻产品D1的残胶率、单纤维支数和束纤维强度，测试结果见表1。

表1

实施例	残胶率(％)	单纤维支数(Nn)	束纤维强度(Cn/dtex)
				实施例1	2.2	1900	6.0
实施例2	2.5	1850	5.9
				实施例3	2.1	1950	5.8
实施例4	3.5	1750	5.5
				实施例5	6	1700	5.2
对比例1	10	1000	4.5

通过图1-5可以看出，通过对比例1的方法生物脱胶处理得到的苎麻产品的表面没有本发明生物脱胶处理得到的苎麻产品的表面光滑。通过表1的数据可以看出，实施例1-5制得的苎麻产品的残胶率低于对比例1制得的苎麻产品，单纤维支数和束纤维强度高于对比例1制得的苎麻产品。另外，将表1中实施例1与实施例4的数据比较可以看出，当脱胶培养的条件包括：温度为37-40℃，时间为8-10h时，能够进一步降低制得的苎麻产品的残胶率，并进一步提高制得的苎麻产品的单纤维支数和束纤维强度；将表1中实施例1与实施例5的数据比较可以看出，当嗜碱芽孢杆菌(Bacillus sp.)N16-5时，能够进一步降低制得的苎麻产品的残胶率，并进一步提高制得的苎麻产品的单纤维支数和束纤维强度。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种苎麻生物脱胶的方法，其特征在于，该方法包括：将嗜碱芽孢杆菌依次进行活化培养、发酵产酶培养，然后将发酵产酶培养后的嗜碱芽孢杆菌接种于浸有苎麻的脱胶培养基中进行脱胶培养，其中，所述嗜碱芽孢杆菌为嗜碱芽孢杆菌Bacillus sp.N16-5，保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(简称CGMCC)，保藏号为CGMCC NO.0369；

所述活化培养的培养基含有8-10g/L葡萄糖，2-7g/L多蛋白胨，2-7g/L酵母提取物，15-20g/LNaCl，1-3g/LKH₂PO₄，0.1-0.3g/LMg₂SO₄·7H₂O，9-10g/LNa₂CO₃，pH为9-10；

所述发酵产酶培养的培养基含有4-6g/L豆饼粉，0.1-0.3g/L酵母提取物，5-10g/LNaCl，1-3g/LKH₂PO₄，0.1-0.3g/L Mg₂SO₄·7H₂O，9-10g/LNa₂CO₃，9-12g/L果胶、魔芋粉和木聚糖的混合物，其中，果胶、魔芋粉和木聚糖的重量比为1:1-2:1-2，pH为9.5-10；

所述脱胶培养的条件包括：温度为37-40℃，时间为8-10h；

使经过脱胶培养后得到的苎麻依次进行精炼和脱胶后处理；所述精炼的方式包括：将经过脱胶培养后得到的苎麻与精炼溶液按照重量比1：10-12进行接触，然后在120-130℃下加热30-50分钟，其中，所述精炼溶液含有0.5-0.8重量％NaOH和0.1-0.3重量％Na₅P₃O₁₀。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于1g干重的苎麻，发酵产酶培养后的嗜碱芽孢杆菌的接种量为0.2-0.5mL。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脱胶后处理的方式包括：将精炼后得到的苎麻同时进行水洗、拷麻，然后依次进行漂白、酸洗、水洗、脱水、给油、脱除油水、抖麻和烘干。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述脱胶培养基的pH为9.5-10。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述脱胶培养基含有1.5-2g/L豆饼粉，0.8-1g/LKH₂PO₄，8-12g/L NaCl，9.5-10g/L Na₂CO₃。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述活化培养的条件包括：温度为36-38℃，时间为14-18h。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述发酵产酶培养的条件包括：温度为36-38℃，时间为22-26h。