CN107254491A - 基于pH响应的生物合成吡咯结构红色纳米色素对棉织物的染色方法 - Google Patents

基于pH响应的生物合成吡咯结构红色纳米色素对棉织物的染色方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于pH响应的生物合成吡咯结构红色纳米色素对棉织物的染色方法，包括：(1)利用高产粘质沙雷氏菌发酵生产吡咯结构红色纳米色素悬浮液，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，避光培养。发酵结束后离心去除菌体，得吡咯结构红色纳米色素染液。(2)利用上述染液对棉织物染色，调pH为2.0～5.0，浴比1∶10～50，温度80～100℃，染色时间30～75min，最后进行皂洗和水洗。本发明中吡咯结构红色纳米色素染液的制备及染色过程无需使用有机溶剂，绿色环保。染色后的棉织物具有良好的色牢度，色泽鲜艳，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为85％和95％以上，应用前景广阔。

Description

基于pH响应的生物合成吡咯结构红色纳米色素对棉织物的染 色方法
技术领域
本发明属于棉纤维纺织品的染整加工领域，特别涉及一种基于pH响应的生物合成吡咯结构红色纳米色素对棉织物的染色方法。
技术背景
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。随着能源和环境问题的恶化，人们对染料来源的可再生性和绿色环保性的要求越来越高。天然染料以原料可再生，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。其中微生物染料/色素的生产不受季节、气候和地域限制，生产周期短，产量大，种类丰富，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。因此，微生物色素将逐渐成为天然染料的主要来源。
吡咯结构色素是生物合成色素中的重要种类，是微生物的次生代谢产物，可由细菌、放线菌和霉菌获得。其中，具有3吡咯环的红色色素研究较多，该色素易溶于甲醇、乙醇、丙酮、DMF、乙酸乙酯、氯仿和苯，几乎不溶于水。该色素主要分布在细胞内，色素的提取需要进行细胞破碎。由于此色素水溶性很低，色素提取要使用有机溶剂。有研究尝试用微生物产的3吡咯环结构红色色素对羊毛织物、腈纶织物和涤纶织物的染色。在制备染液时，需要加入有机溶剂来溶解色素，这不仅使得染液制备过程工序增加，更重要的是极大增加了染色成本。此色素与棉织物亲和力低，更无可与纤维素反应的活性基团，国内外的研究表明该类色素对棉织物只能沾色，不能上染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于pH响应的，利用生物合成的吡咯结构红色纳米色素对棉织物的染色方法。
本发明所述的基于pH响应的生物合成吡咯结构红色纳米色素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)将高产菌株接入种子培养液中培养，温度30℃，摇床转速120～200rpm，培养时间6～24h。
(3)将种子培养液接入含有非离子表面活性剂体系A的改良的发酵培养基中进行发酵培养，培养48～144h后将发酵液在10000rpm，10℃下离心10min，去除菌体，得吡咯结构红色纳米色素悬浮液。
(4)将步骤(3)制备的吡咯结构纳米红色素悬浮染液调pH为2.0～5.0，浴比为1∶10～50，放入棉织物后，以1～4℃/min的速率升温，在80～100℃染色30～75min，然后20～40℃水洗5～10min，100℃皂洗5～20min，最后20～40℃水洗5～10min。
步骤(2)所述的种子培养液中，1L培养基中含有如下成分：蛋白胨10g，酵母粉5g，氯化钠3g，氯化钾2g，pH 5.0～7.0。
步骤(3)所述的改良的发酵培养基中，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(3)所述的培养条件为：培养温度25～28℃，摇床转速150～250rpm，时间48～144h，避光培养。
步骤(3)所述的表面活性剂体系A的组成为0～40g/L的吐温-80，0～40g/L的蔗糖脂肪酸酯和0～40g/L的脂肪醇聚氧乙烯醚。
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85％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悬浮染液，在不使用有机溶剂的情况下对纤维素纤维染色。
本发明创造性的设计出生物合成吡咯结构红色素对棉织物的pH响应染色方法，染液制备方法简单，可以大规模发酵生产，色素原料充足。染液的制备及染色过程不需要添加有机溶剂，极大地提高了环保性。
本发明的优点及有益效果是：
(1)本发明的吡咯结构红色纳米色素悬浮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、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，突破性的解决了生物合成的吡咯结构红色素不能用于棉织物染色的问题。同时染液的制备及染色过程无需使用有机溶剂。棉织物是所有纺织品中服用最多，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
针对本发明一种基于pH响应的生物合成吡咯结构红色纳米色素对棉织物的染色方法，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
生物合成吡咯结构红色纳米色素悬浮染液的制备。
将高产粘质沙雷氏菌菌株接入种子培养液中培养，温度30℃，摇床转速160rpm，培养时间15h。然后将种子液按照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84h，温度28℃，摇床转速200rpm。然后将发酵液在10000rpm，10℃下离心10min，去除菌体，得吡咯结构红色素的纳米悬浮染液。测定染液分散系中色素颗粒的D50粒径大小为152.6nm，平均粒径为253.8nm。
实施例2
吡咯结构红色素纳米悬浮染液对棉织物染色。
将制备的吡咯结构红色素纳米悬浮染液调pH为3.0，浴比为1∶20，放入棉织物后，以3℃/min的速率升温，在90℃染色60min，然后25℃水洗5min，100℃皂洗10min(两次)，最后25℃水洗5min。
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 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89.7％，对金黄色葡萄球菌抑菌率为99.3％。

Claims (1)

1.一种基于pH响应的生物合成吡咯结构红色纳米色素对棉织物的染色方法，其特征在于：染液为微生物发酵制备的吡咯结构红色纳米色素悬浮液，调染液pH为2.0～5.0，浴比为1∶10～50，染色温度为80～100℃，对棉织物染色30～75min，然后20～40℃水洗5～10min，100℃皂洗5～20min，最后20～40℃水洗5～10min。
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