CN106434757A - 棉用红色纳米色素染液的微生物合成制备与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种棉用红色纳米色素染液的微生物合成制备与应用，包括：(1)利用高产粘质沙雷氏菌发酵生产红色纳米色素染液，采用改良的发酵培养基，在接种后0～48h加入非离子表面活性剂体系，培养温度25～28℃，摇床转速180～250rpm，时间50～100h，避光培养。发酵结束后离心去除菌体，得红色纳米色素染液。(2)利用上述染液对棉织物进行染色，染液中加入助染体系，调pH为6.0～8.0，浴比为1∶10～60，温度60～100℃，染色时间30～90min，最后进行皂洗和水洗。本发明解决了非水溶性微生物色素不能对棉织物染色的问题。染色后的棉织物具有良好的色牢度，色泽鲜艳，抗菌性能优异，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为70％和95％以上，应用前景广阔。

Description

棉用红色纳米色素染液的微生物合成制备与应用
技术领域
本发明属于棉纤维纺织品的染整加工领域，特别涉及红色纳米色素染液的微生物合成制备及用此染液对棉纤维纺织品的染色方法。
技术背景
近年来，随着人们对化学合成色素研究的进一步深入，相当一部分色素对人体的致癌性和其他毒害作用日益显现。用于纺织品染色的染料同样在安全性、健康性、环保性等方面存在问题。纺织工业每年生产和使用大约130万吨染料、颜料和染料前体，价值约230亿美元，几乎都是人工合成色素/染料，完全由石油等不可再生资源制成。其生产、加工以及染色废液的排放对环境造成相当大的危害。
随着人们对色素质量、安全性和绿色环保性的要求越来越高，天然色素以安全性高，具有良好的环境相容性和生物降解性而受到广泛关注，成为研究热点。其中微生物色素的生产具有不受季节、气候和地域限制，生产周期短，条件易于控制，产量大，种类丰富等优点，被开发利用的潜力巨大，同时保护了环境和生态平衡，解决了资源短缺的矛盾，具有可持续开发利用的优势。利用微生物生产天然色素可以解决天然色素原料稀少、成本高昂等诸多问题，更有利于工业化生产。因此，微生物色素将逐渐成为天然色素来源的主流。
但是，许多种类的微生物来源色素水溶性低，如何将制备具有良好加工性能的染液，是微生物色素在纺织品加工领域应用需要解决的首要问题。纳米生物技术的出现为解决这一问题提供了新的途径。纳米生物技术是在生物技术与纳米技术的学科交叉的基础上形成的新兴技术。纳米粒子的微生物制备是纳米生物技术的研究内容之一。由微生物来制备纳米颗粒为纳米材料的制备提供了新途径，目前已有多种无机纳米材料被成功制备。
发明内容
本发明提供了一种通过微生物合成来制备纳米色素的方法，并由此形成制备染液用于纤维素纤维织物的染色。
本发明所述的红色纳米色素染液的生物制备及对棉织物的染色方法，包括：
(1)将粘质沙雷氏菌在平板培养基上划线，选择颜色最红的单菌落挑出，接入发酵培养基中培养至对数生长期，移取5ml菌液至直径为9cm的培养皿中，功率为15W的紫外线灯管距离30cm照射5～20min，避光保存8-24h后，转移至发酵培养基中培养至对数生长期，然后再转接到选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，然后以10％的接种量转接到新的选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，再转接至新的选择培养基中，直至吸光度不再增加，分别取菌液0.1ml涂布10个平板，选择颜色最红的单菌落挑出，接入发酵培养基中培养至对数生长期，加入氯化锂使其浓度为0.1～1.5％，保温0.5～10min，取菌液5ml转移至发酵培养基中培养至对数生长期，然后再转接到选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，然后以10％的接种量转接到新的选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，再转接至新的选择培养基中，直至吸光度不再增加，分别取菌液0.1ml涂布10个平板，选择颜色最红的单菌落挑出，作为改造完成的高产工程菌株。
(2)将高产菌株接入发酵培养基中进行发酵培养，在接种后0～48h加入非离子表面活性剂体系A，培养48～96h后将发酵液在10000rpm，20℃下离心10min，去除菌体，得红色纳米色素染液。
(3)在步骤(2)制备的红色纳米色素染液中，加入助染体系B，调pH为6.0～8.0，浴比为1∶10～60，60～100℃，对棉织物染色30～90min，然后20～40℃水洗5～20min，40～100℃皂洗5～20min，最后20～40℃水洗5～20min。
步骤(1)所述的平板培养基中，1L培养基中含有如下成分：琼脂1～2％，蛋白胨15g，丙三醇3g，硫酸镁2g，氯化钠3g，氯化钾2g，pH 5.0～7.0。
步骤(1)和(2)所述的发酵培养基中，1L培养基中含有如下成分：蛋白胨15g，丙三醇3g，硫酸镁2g，氯化钠3g，氯化钾2g，pH 5.0～7.0。
步骤(1)和(2)所述的培养条件为：培养温度25～28℃，摇床转速180～250rpm，时间50～100h，避光培养。
步骤(1)所述的选择培养基中，1L培养基中含有如下成分：蛋白胨15g，甘油(丙三醇)3g，硫酸镁2g，氯化钠12g，氯化钾2g，pH 5.0～7.0。
步骤(2)所述的表面活性剂体系A的组成为0～20g/L的吐温-80，0～20g/L的蔗糖脂肪酸酯和0～20g/L的脂肪醇聚氧乙烯醚。
步骤(3)所述的助染体系B为：0～30％的甲醇、0～30％的乙醇和0～30％的二甲基甲酰胺(DMF)。
经本发明染色工艺染色后的棉织物具有良好的耐摩擦、耐皂洗、耐水和耐汗渍色牢度，色泽鲜艳，染色棉织物具有良好的抗菌性能，对大肠杆菌的抑菌率在70％以上，对金黄色葡萄球菌的抑菌率达95％以上，具有良好的应用前景。且该发明可应用于其他非水溶性微生物色素，通过微生物发酵的方法直接生产纳米色素染液，并对大多数微生物色素亲和力较差的纤维素纤维染色。
本发明创造性的设计出非水溶性红色素对棉织物的染色方法，染液制备方法简单，可以大规模发酵生产，色素原料充足。在染色废液中加入原染液，只需少量补充助染剂，即可循环使用，节约成本，可以最大程度的减小染色废液的排放，保护环境。
染色后棉织物具有良好的耐摩擦、耐皂洗、耐水和耐汗渍色牢度，色泽鲜艳，染色棉织物具有良好的抗菌性能，对大肠杆菌的抑菌率在70％以上，对金黄色葡萄球菌的抑菌率达95％以上，应用前景广阔。
本发明的优点及有益效果是：
(1)本发明的红色纳米色素染液的生物制备方法简单，直接由微生物发酵制得，无需经过色素的提取、浓缩、纯化以及染液配制过程，更不需要一般分散液的复杂制备过程，对设备的要求低，既省时又节省原料。
(2)本发明的染色方法简单，容易操作，突破性的解决了非水溶性色素不能用于棉织物染色的问题。棉织物是所有织物中服用最多，穿着最广泛的，本发明显著拓展了非水溶性微生物色素在纺织品染色方面的应用范围。
具体实施方式
针对本发明棉用红色纳米色素染液的微生物合成制备与应用，采用下列方式具体实施。但本发明所述的实施方式不限于此。
实施例1
高产菌株的培育。
首先，将粘质沙雷氏菌在平板培养基上划线，选择颜色最红的单菌落挑出，接入发酵培养基中培养至对数生长期，移取5ml菌液至直径为9cm的培养皿中，功率为15W的紫外线灯管距离30cm照射5min，避光保存12h后，转移至发酵培养基中培养至对数生长期，然后再转接到选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，然后以10％的接种量转接到新的选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，再转接至新的选择培养基中，直至吸光度不再增加，分别取菌液0.1ml涂布10个平板，选择颜色最红的单菌落挑出，接入发酵培养基中培养至对数生长期，加入氯化锂使其浓度为0.3％，保温3min，取菌液5ml转移至发酵培养基中培养至对数生长期，然后再转接到选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，然后以10％的接种量转接到新的选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，再转接至新的选择培养基中，直至吸光度不再增加，分别取菌液0.1ml涂布10个平板，选择颜色最红的单菌落挑出，得到高产工程菌株。
实施例2
红色纳米色素染液的制备。
将高产菌株按照2.0％接种至改良的发酵培养基(蛋白胨15g/L，甘油3g/L，吐温-80 18g/L，硫酸镁2g/L，氯化钠3g/L，氯化钾2g/L)中进行发酵培养72h。然后将发酵液在10000rpm，20℃下离心10min，去除菌体，得红色纳米色素染液。测定染液分散系中色素颗粒的粒径大小(D50)为187.70nm。
实施例3
红色纳米色素对棉织物染色。
在制备的红色纳米色素染液中，加入25％(V/V)乙醇，调pH为8.0，浴比为1∶50，染色温度为90℃，对棉织物染色75min，然后25℃水洗5min，100℃皂洗5min，最后25℃水洗5～20min。
按照国标GB/T 3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》；GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》；GB/T 5713-2013《纺织品色牢度试验耐水色牢度》；GB/T 3922-2013《纺织品色牢度试验耐汗渍色牢度》测定染色棉织物的各项色牢度，结果见表1。
表1 染色棉织物色牢度
按照国标GB/T 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》对染色棉织物进行抗菌性能测试。振荡接触后菌液所涂平板抑菌率计算结果表明：对大肠杆菌抑菌率为73.5％，对金黄色葡萄球菌抑菌率为95.3％。

Claims (2)

1.一种棉用红色纳米色素染液，所述染液通过下述微生物合成方法制备：所用红色纳米色素产生菌为经过改造的高产粘质沙雷氏菌工程菌株，利用优化的培养条件进行发酵培养，在接种后0～48h加入非离子表面活性剂体系A，培养结束后将发酵液在10000rpm，20℃下离心10min，去除菌体，得红色纳米色素染液；
所述的改良培养基，1L培养基中含有如下成分：蛋白胨15g，丙三醇3g，硫酸镁2g，氯化钠3g，氯化钾2g，pH 5.0～7.0。所述的培养条件：培养温度25～28℃，摇床转速180～250rpm，时间50～100h，避光培养；
所述的表面活性剂体系A的组成为0～20g/L的吐温-80，0～20g/L的蔗糖脂肪酸酯和0～20g/L的脂肪醇聚氧乙烯醚。
2.一种利用权利要求1所述的红色纳米色素染液对棉织物染色的方法，其特征在于：在染液中加入助染体系B，调pH为6.0～8.0，浴比为1∶10～60，温度为60～100℃，对棉织物染色30～90min，然后20～40℃水洗5～20min，40～100℃皂洗5～20min，最后20～40℃水洗5～20min；
所述的助染体系B为：0～30％的甲醇、0～30％的乙醇和0～30％的二甲基甲酰胺(DMF)。
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