CN107156975B - 生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法 - Google Patents

生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于人发制品加工技术领域，具体涉及一种生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法。本发明利用人发纤维中的黑色素作为唯一碳源进行发酵，培养含有黑色素降解酶的发酵液，然后将经过脱鳞处理后的人发纤维置于该发酵液中，进行脱色处理。本发明利用这类发酵液实现对人发纤维中黑色素的脱除，而且不会对人发纤维中的其他蛋白质等成分造成破坏，从而能够使脱色处理后的人发纤维仍然保持较好的强力性能和手感。

Description

生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法
技术领域
本发明属于人发制品加工技术领域，具体涉及一种生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法。
背景技术
人发制品在生产加工的过程中，必须首先脱除黑色人发纤维中的黑色素，从而使人发纤维达到较高的白度，进而可以对其进行染色等加工，以满足市场需要。现有技术中的人发制品加工过程，多采用双氧水氧化等化学手段来破坏人发纤维中的黑色素。但是，由于双氧水较强的氧化性能，导致其在破坏黑色素的同时也会降解或破坏人发纤维中的角蛋白等组成成分，从而导致化学法漂白处理后的人发纤维强力性能的严重下降。同时，采用双氧水漂白方法处理人发纤维后，会产生大量的含有双氧水、无机盐及多类有机物的漂白废水，造成极大的环境隐患。随着市场对人发制品品质的要求不断增大，以及环境保护意识和要求的不断提高，研究开发无损的人发纤维漂白新工艺成为研究的热点和难点问题。
基于此，本发明利用发酵对人发纤维进行脱色，目前并未发现与该方法类似的相关国内外专利及文献报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法，利用生物发酵法条件温和及反应专一性的特点实现对人发纤维的无损脱色，工艺简单、适于工业化生产。
本发明所述的生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法，是将人发纤维中的黑色素作为唯一碳源制备液体发酵培养基，利用发酵对人发纤维中的黑色素进行脱除。
具体包括以下步骤：
(1)提取人发纤维中的黑色素：采用酸化法提取人发纤维中的黑色素；
(2)配制发酵液：将人发纤维中的黑色素作为唯一碳源制备液体发酵培养基，接种微生物菌种进行发酵，得到发酵液；
(3)脱鳞处理：将人发纤维加入脱鳞处理液中进行脱鳞处理；
(4)脱除黑色素：将步骤(3)经过脱鳞处理的人发纤维置于步骤(2)得到的发酵液中，继续发酵，对人发纤维中的黑色素进行脱除；
(5)水洗：对脱除黑色素的人发纤维进行水洗。
其中：
步骤(1)中，酸化法是：将人发纤维放入酸煮液中，在浴比1:25-35，90-100℃下回流反应2-3小时，过滤，滤饼洗涤至中性，干燥后得到人发纤维中的黑色素，优选浴比1:30，95℃下回流反应，其中酸煮液为浓盐酸与乙醇体积比1:1-1:2的混合物，优选1:1。
步骤(2)中，以质量百分比计，液体发酵培养基各组分为：黑色素0.1-0.8％，酵母浸膏0.6-1.5％，硫酸亚铁0.01-0.02％，氯化钾0.4-0.6％，硫酸镁0.4-0.6％，磷酸氢二钾0.4-1.0％，氯化铵1.5-4.0％，余量为水。
步骤(2)中，微生物菌种为能够利用黑色素的厌氧微生物。优选的微生物菌种包括细菌或放线菌中的一种或多种，更优选红球菌、幽门螺旋菌、双杆菌中的一种或多种，以液体发酵培养基总质量计，接种量为5-12％。
步骤(2)中，发酵条件如下：发酵温度29-37.5℃，发酵pH值5.5-8.0，发酵周期24-96h。
步骤(3)中，将人发纤维加入脱鳞处理液中，浴比1:10-1:30，室温条件下搅拌8-15min，放水，冷水冲洗两次，得到脱鳞的人发纤维。
步骤(3)中，脱鳞处理液的组成为：次氯酸钠8-13ml/L，浓硫酸2-5ml/L，溶剂为水。
步骤(4)中，发酵条件如下：发酵温度29-37.5℃，发酵pH值5.5-8.0，发酵周期24-96h。
发酵方式包括单菌厌氧发酵、混合菌厌氧发酵。
本发明筛选到了多种可利用黑色素的微生物，包括厌氧、好氧以及兼氧三种类型的微生物，均有比较理想的黑色素脱除效果，但在开展人发纤维黑色素脱除的试验过程中，好氧方式需要采用机械搅拌或气升搅拌来增加发酵液的溶解氧，会增加头发的缠绕，降低黑色素脱除效果的同时，给头发的收集造成了不必要的麻烦，不利于产业化，兼氧方式产生的副产物有一定的异味，也不利于脱色产品的产业化应用。所以，本发明从脱除效果以及产业化实际应用角度考虑，采用了厌氧发酵法完成人发纤维黑色素的脱除。
由于生物发酵法具有反应条件温和、专一性反应等特点，因而广泛应用于食品、化工、环保等行业。基于此，本发明利用人发纤维中的黑色素作为唯一碳源进行发酵，培养含有黑色素降解酶的发酵液，然后将经过脱鳞处理后的人发纤维置于该发酵液中，进行脱色处理。本发明利用这类发酵液实现对人发纤维中黑色素的脱除，不会对人发纤维中的其他蛋白质等成分造成破坏，从而能够使脱色处理后的人发纤维仍然保持较好的断裂强力性能和手感。
本发明适用于离体的人发纤维的脱色处理。漂白处理后的人发纤维，可以直接进行染色或其他加工整理制备各类人发制品。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明利用生物发酵法脱除人发纤维内黑色素替代传统的过氧化氢氧化分解黑色素的方法，降低了对人发纤维漂白脱色过程中造成的损伤，提高了人发纤维的断裂强力性能和手感。
(2)与传统的过氧化氢氧化分解黑色素的方法相比，本发明反应条件温和、毒性小、节能降耗；所产生的废水处理简单，对环境危害小。
(3)采用本发明处理后的人发纤维的白度值可以达到35以上，与传统过氧化氢氧化后的人发纤维白度相当；断裂强力达到125cN以上，与传统过氧化氢氧化方法相比，人发纤维断裂强力提高20％以上，完全满足市场需要。
(4)本发明工艺简单，效果好，易于工业化生产，有效提高人发制品的质量。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
(1)提取人发纤维中的黑色素：
取500g人发纤维，放入浓盐酸:乙醇＝1:1(v/v)的溶液中，浴比1:30，95℃下回流反应3小时，过滤，滤饼洗涤至中性，干燥后得到人发纤维中的黑色素。
(2)配制发酵液：
将人发纤维中的黑色素作为唯一碳源制备3L液体发酵培养基，接种微生物菌种进行发酵，得到发酵液；
其中，以质量百分比计，液体发酵培养基各组分如下：黑色素的添加量0.4％，酵母浸膏的添加量1％，硫酸亚铁添加量0.01％，氯化钾添加量0.5％，硫酸镁添加量0.5％，磷酸氢二钾添加量0.5％，氯化铵添加量3％，余量为水。
发酵菌种为红球菌，以液体发酵培养基总质量计，接种量10％，发酵温度35.5℃，发酵pH值6.7，发酵时间60h。
(3)脱鳞处理：
取人发纤维1kg，按照浴比1:10，将其放入脱鳞处理液中处理，处理时间10min，取出洗净，得到脱鳞的人发纤维。其中，脱鳞处理液含有次氯酸钠10ml/L、浓硫酸2.5ml/L，水为溶剂。
(4)脱除黑色素：
将步骤(3)经过脱鳞处理的人发纤维置于步骤(2)得到的发酵液中，继续发酵，发酵温度维持35.5℃，发酵pH值6.7，继续发酵60h，对人发纤维中的黑色素进行脱除；
(5)水洗：
对脱除黑色素的人发纤维进行水洗。
实施例2
(1)提取人发纤维中的黑色素：
取500g人发纤维，放入浓盐酸:乙醇＝1:2(v/v)的溶液中，浴比1:25，100℃下回流反应2.5小时，过滤，滤饼洗涤至中性，干燥后得到人发纤维中的黑色素。
(2)配制发酵液：
将人发纤维中的黑色素作为唯一碳源制备3L液体发酵培养基，接种微生物菌种进行发酵，得到发酵液；
其中，以质量百分比计，液体发酵培养基各组分如下：黑色素的添加量0.6％，酵母浸膏的添加量0.6％，硫酸亚铁添加量0.02％，氯化钾添加量0.5％，硫酸镁添加量0.6％，磷酸氢二钾添加量0.8％，氯化铵添加量1.6％，余量为水。
发酵菌种为幽门螺旋菌，以液体发酵培养基总质量计，接种量6％，发酵温度29.5℃，发酵pH值5.9，发酵时间30h。
(3)脱鳞处理：
取人发纤维500g，按照浴比1:20，将其放入脱鳞处理液中处理，处理时间10min，取出洗净。其中，脱鳞处理液含有次氯酸钠12ml/L、浓硫酸2ml/L，水为溶剂。
(4)脱除黑色素：
将步骤(3)经过脱鳞处理的人发纤维置于步骤(2)得到的发酵液中，继续发酵，发酵温度维持29.5℃，发酵pH值5.9，继续发酵24h，对人发纤维中的黑色素进行脱除；
(5)水洗：
对脱除黑色素的人发纤维进行水洗。
实施例3
(1)提取人发纤维中的黑色素：
取500g人发纤维，放入浓盐酸:乙醇＝1:1(v/v)的溶液中，浴比1:35，90℃下回流反应2小时，过滤，滤饼洗涤至中性，干燥后得到人发纤维中的黑色素。
(2)配制发酵液：
将人发纤维中的黑色素作为唯一碳源制备3L液体发酵培养基，接种微生物菌种进行发酵，得到发酵液；
其中，以质量百分比计，液体发酵培养基各组分如下：黑色素的添加量0.5％，酵母浸膏的添加量1.5％，硫酸亚铁添加量0.01％，氯化钾添加量0.6％，硫酸镁添加量0.5％，磷酸氢二钾添加量0.5％，氯化铵添加量4％，余量为水。
发酵菌种为红球菌与双杆菌混合发酵，混合质量比例1:1，以液体发酵培养基总质量计，总接种量10％，发酵温度32℃，发酵pH值7.2，发酵时间48h。
(3)脱鳞处理：
取人发纤维1kg，按照浴比1:30，将其放入脱鳞处理液中处理，处理时间12min，取出洗净。其中，脱鳞处理液含有次氯酸钠11ml/L、浓硫酸4.5ml/L，水为溶剂。
(4)脱除黑色素：
将步骤(3)经过脱鳞处理的人发纤维置于步骤(2)得到的发酵液中，继续发酵，发酵温度维持32℃，发酵pH值7.2，继续发酵36h，对人发纤维中的黑色素进行脱除；
(5)水洗：
对脱除黑色素的人发纤维进行水洗。
对比例1
传统氧化法处理的人发纤维具体步骤如下：
(1)取人发纤维10kg，按照浴比1:10，将其放入脱鳞处理液中处理，处理时间10min。取出洗净。其中，脱鳞处理液为含有次氯酸钠12ml/L、浓硫酸2ml/L的水溶液。
(2)将步骤(1)所得脱鳞处理后的人发纤维放入催化处理液中，浴比为1:10，升温至80℃，并保温180min。然后，取出人发纤维，用40℃的蒸馏水冲洗3遍。其中，催化处理液为含有草酸25g/L、硫酸亚铁14g/L、氯化钠20g/L的水溶液。
(3)将步骤(2)所得的经过催化处理的人发纤维加入含有过氧化氢22ml/L、过硫酸钾14g/L及硅酸钠12g/L的漂白液中进行漂白。浴比为1:10，温度40℃，pH＝8，漂白时间120min。取出纤维，水洗3次。
对实施例1-3和对比例1中漂白后的人发纤维分别测定其白度值和断裂强力，见表1。
表1漂白后的人发纤维的白度和断裂强力比较表
白度值 断裂强力/cN/tex
实施例1 40.3 130.5
实施例2 38.8 129.8
实施例3 42.7 116.3
对比例1 38.5 97.3
通过上表的数据对比可以发现，采用本发明处理后的人发纤维比采用传统氧化法处理的人发纤维的断裂强力提高了20％以上，同时其白度性能相近。
人发纤维白度测定
将样品放入样品盒中，采用X-Rite8400型测色配色仪，选择标准D65标准照明体、10°视场测定，并采用常用的Stensby白度公式计算白度，试样测定10次计算平均值为人发纤维的白度值。
人发纤维断裂强力测定
使用YG004E型电子单纤维强力仪测试样品的断裂强力。人发纤维的夹持长度50mm，拉伸速度100mm/min。每一批漂白后的人发纤维选取粗细均匀的20根进行测量，取平均值获得其断裂强力。

Claims (9)

1.一种生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法，其特征在于：将人发纤维中的黑色素作为唯一碳源制备液体发酵培养基，利用发酵对人发纤维中的黑色素进行脱除；包括以下步骤：
（1）提取人发纤维中的黑色素：采用酸化法提取人发纤维中的黑色素；
（2）配制发酵液：将人发纤维中的黑色素作为唯一碳源制备液体发酵培养基，接种微生物菌种进行发酵，得到发酵液，微生物菌种为能够利用黑色素的厌氧微生物，包括细菌；
（3）脱鳞处理：将人发纤维加入脱鳞处理液中进行脱鳞处理；
（4）脱除黑色素：将步骤（3）经过脱鳞处理的人发纤维置于步骤（2）得到的发酵液中，继续发酵，对人发纤维中的黑色素进行脱除；
（5）水洗：对脱除黑色素的人发纤维进行水洗。
2.根据权利要求1所述的生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法，其特征在于：步骤（1）中，酸化法是：将人发纤维放入酸煮液中，在浴比1:25-35，90-100℃下回流反应2-3小时，过滤，滤饼洗涤至中性，干燥后得到人发纤维中的黑色素，其中酸煮液为浓盐酸与乙醇体积比1:1-1:2的混合物。
3.根据权利要求1所述的生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法，其特征在于：步骤（2）中，以质量百分比计，液体发酵培养基各组分为：黑色素0.1-0.8%，酵母浸膏0.6-1.5%，硫酸亚铁0.01-0.02%，氯化钾0.4-0.6%，硫酸镁0.4-0.6%，磷酸氢二钾0.4-1.0%，氯化铵1.5-4.0%，余量为水。
4.根据权利要求1所述的生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法，其特征在于：步骤（2）中，微生物菌种以液体发酵培养基总质量计，接种量为5-12%。
5.根据权利要求1所述的生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法，其特征在于：步骤（2）中，发酵条件如下：发酵温度29-37.5℃，发酵pH值5.5-8.0，发酵周期24-96h。
6.根据权利要求1所述的生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法，其特征在于：步骤（3）中，将人发纤维加入脱鳞处理液中，浴比1:10-1:30，室温条件下搅拌8-15min，放水，冷水冲洗两次，得到脱鳞的人发纤维。
7.根据权利要求1或6所述的生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法，其特征在于：步骤（3）中，脱鳞处理液的组成为：次氯酸钠8-13ml/L，浓硫酸2-5ml/L，溶剂为水。
8.根据权利要求1所述的生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法，其特征在于：步骤（4）中，发酵条件如下：发酵温度29-37.5℃，发酵pH值5.5-8.0，发酵周期24-96h。
9.根据权利要求1所述的生物发酵法脱除人发纤维中黑色素的方法，其特征在于：发酵方式包括单菌厌氧发酵、混合菌厌氧发酵。
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