CN107287271A - 一种微生物发酵法制备纺织品用纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微生物发酵法制备纺织品用纤维的方法，由施氏假单胞菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、里氏木霉、富硒酵母菌、玫瑰微球菌制备微生物复合菌剂，使用所述菌剂处理天然纤维后能够提高天然纤维的性能，本方法具有环保、成本低、工艺简单等特点，适于工业化推广。

Description

一种微生物发酵法制备纺织品用纤维的方法

技术领域

本发明涉及一种生物发酵法制备纺织品用纤维材料的方法，属于纺织品相关领域。

背景技术

纺织品领域的原料纤维来源广泛，大致可分为天然来源与人造来源两种。长期大量用于纺织的天然来源纤维主要有棉、麻、毛、丝四种，棉和麻是植物纤维，毛和丝是动物纤维，棉纤维的产量最多，用途很广，可供缝制衣服、床单、被褥等生活用品，也可用作帆布等的制备原料。人造来源纤维主要是各种化纤纤维，如涤纶短纤、锦纶短纤、丙纶短纤、腈纶短纤等等。

现有的原料生产的各种纺织品存在一定的不足，如手感差、强度不够、透气性差、吸湿性和染色性差等，因此需要进一步研究新型的纺织品原料，现有技术中对此已有多种探索，如研究使用竹纤维来作为纺织品的原料，竹原纤维具有良好的透气性、瞬间吸水性、较强的耐磨性和良好的染色性等特性，具有天然抗菌、抑菌、除螨、防臭和抗紫外线功能。

目前采用两种方法制造竹纤维，一种是将竹材通过物理机械的方法经过整料、制竹片、浸泡、蒸煮、分丝、梳纤、筛选等工艺除去竹子中的木质素、多戊糖、竹粉和果胶等杂质，提取天然纤维素部分，直接制得天然竹纤维(竹原纤维)；另一种是采用化学方法将竹材制成竹浆粕，将浆粕溶解制成竹浆黏胶溶液，然后通过湿法纺丝制得竹浆黏胶纤维(竹浆纤维)。天然竹纤维的化学成分主要是纤维素、木质素和半纤维素，其总量占纤维干质量的90％以上，其次是蛋白质、脂肪、果胶等成分，现有技术制备天然竹纤维存在步骤繁琐、除杂效率低等缺陷，而微生物中含有大量对这些杂质成分具有良好处理效果的酶，因此微生物处理天然竹纤维后可改变天然竹纤维的性能，已有现有技术将由黑曲霉、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、乳酸乳球菌制备的复合菌剂用于天然竹纤维的发酵，并获得了较好的效果。

本发明通过进一步优选发酵微生物的种类以及发酵条件而提供了一种生物发酵法制备纺织品用纤维的方法，使用所述微生物处理后能够提高天然纤维的性能，本方法具有环保、成本低、工艺简单等特点，适于工业化推广。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种新的微生物发酵法制备纺织品用纤维的方法，通过该方法获得的面料相对于天然竹纤维面料，具有更佳的透气性、亲肤性和抗菌性，具有广泛的纺织用品应用前途。

本发明采用的技术方案如下：

一种微生物发酵制备纺织品用原料的方法，其包括如下制备步骤：

(1)天然纤维原料的制备；

所述天然纤维原料优选天然粗竹纤维，制备步骤包括：取生长状况良好的成熟竹材进行整料、制竹片，置于沸水中使竹片软化，煮沸的同时加以超声波处理，超声条件为：2000w，30s/30s，共40分钟。超声波处理后的竹片经敲击进一步松散后进行分丝，重复操作3次后，于60-75℃干燥，得到天然粗竹纤维。

(2)菌群发酵

初始培养：将施氏假单胞菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、里氏木霉、富硒酵母菌、玫瑰微球菌分别在培养基中单独培养，然后将各微生物菌种的培养物混合，得到菌种混合物；优选地所述菌种混合物中施氏假单胞菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、里氏木霉、富硒酵母菌、玫瑰微球菌按照重量比为：1-3:2-5:2-5:5-7:1-3:0.5-2.

扩大培养：将上述经初始培养制备得到的菌种混合物在发酵培养基中进行扩大培养获得复合发酵剂，所述发酵培养基为本领域常用的微生物发酵培养基，优选可以按照以下配方配制，发酵培养基(g/L)：50g葡萄糖，10酵母粉，10牛肉膏，10豆粕，0.02NaCl，0.5乙酸钠，0.2磷酸二氢钾，0.2柠檬酸铵，0.08硫酸锰，pH 6-8。进一步优选所述发酵培养基以小分子水作为溶剂进行配制。

现有技术研究表明，水除以单分子形式存在外，还可形成分子团簇结构，即由若干水分子形成由氢键连起来的水的团簇，水的团簇结构引起粘度、表面张力、熔点和沸点的温度以及热容量等数值都很高的原因，更为重要的是，水的团簇结构可能对生物体具有重要的影响，如在奥地利，自然学家约翰.格兰特经过十多年苦心研究，发明了一种称之为“活水系统”的水质处理系统，利用物理学原理彻底解决水的团簇结构问题，据称“活水系统”所生产出的水具有增强人体健康，促进植物生长以及抑制细菌繁殖等神奇功能。本发明人出人意料地发现，使用小分子水作为发酵培养基溶剂有利于本申请菌种活力的保持以及菌种密度的提升，从而有利于本申请复合菌种对竹纤维的处理能力的提升。

本申请所用水分子的表征：取小分子水和普通再来水测试其17O核磁共振半高宽(NMRFWHM)来判断其分子团簇结构的大小。具体即：测试仪器为Bruker 400MHz超导核磁共振谱仪，依据JY/007-1996超导脉冲傅里叶变换核磁共振谱方法通则进行测定，测试结果显示小分子水的半高宽(Hz)为79.8，自来水的半高宽(Hz)为118.4。

(3)竹纤维的发酵处理

用复合菌剂处理粗竹纤维，优选的处理方式为：将复合发酵剂15g经以小分子水配制的2°Bx麦芽汁200L中，35℃下以200转/min速度搅拌活化1小时即可。将粗竹纤维分层堆积，堆积30cm厚时，喷洒一次菌液，室温堆置2天即可。

相对于现有技术，本发明有益效果为：

1)本发明经小分子水配制的发酵培养基发酵获得的复合发酵剂的菌群密度及菌群活力更佳，各微生物之间合理配伍，共生协调，互不拮抗，能有效除去粗竹纤维中的杂质。

2)制得的竹纤维面料顺滑透气，机械性能优异，具有良好的亲肤性、抗菌性和耐磨性。

具体实施方式

下面实施例1：粗竹纤维的制备方法

取生长状况良好的成熟竹材进行整料、制竹片，置于沸水中使竹片软化，煮沸的同时加以超声波处理，超声条件为：2000w，30s/30s，共40分钟。超声波处理后的竹片经敲击进一步松散后进行分丝，重复操作3次后，于60-75℃干燥，得到天然粗竹纤维。

实施例2：复合发酵剂的制备方法

初始培养：将施氏假单胞菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、里氏木霉、富硒酵母菌、玫瑰微球菌分别在培养基中单独培养，然后将各微生物菌种的培养物混合，得到菌种混合物；所述培养基优选为：麦芽糖3％～10％，蛋白胨0.2％～2％，牛肉膏0.2％～1％，KH2PO4 0.1％～1％，MgSO4·7H2O0.01％～0.12％，余量水，pH6.0～8.0；发酵条件为：在温度28℃～33℃的下，培养20h～50h。发酵结束后，4000rpm离心10min收集菌体，将各菌体按照以下经优化的比例混合，施氏假单胞菌：地衣芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌：里氏木霉：富硒酵母菌：玫瑰微球菌＝1:3:4:5:1:0.5(按重量比计算)。

扩大培养：将初始培养获得的菌种混合物在发酵培养基中进行扩大培养，发酵条件为：在温度30℃下培养40h。发酵培养基(g/L)为：50g葡萄糖，10酵母粉，10牛肉膏，10豆粕，0.02NaCl，0.5乙酸钠，0.2磷酸二氢钾，0.2柠檬酸铵，0.08硫酸锰，pH 6-8，所述水为小分子水。发酵结束后，4000rpm/min离心15min，收集菌体获得复合发酵菌剂。

实施例3：粗竹纤维的复合发酵剂处理

用实施例2获得的复合发酵剂处理实施例1获得的天然粗竹纤维，具体即：将复合发酵剂15g经以小分子水配制的2°Bx麦芽汁中，35℃下以200转/min速度搅拌活化1小时即可。将粗竹纤维分层堆积，堆积30cm厚时，喷洒一次菌液，室温堆置2天即可获得经微生物处理的粗竹纤维。

对比例1：复合发酵剂的制备方法

采用与实施例2基本相同的步骤与参数制备复合发酵剂，区别在于利用普通自来水替换发酵培养基中的小分子水。

对比例2：粗竹纤维的复合发酵剂处理

参照实施例3的方法，利用对比例1获得的复合发酵剂处理处理实施例1获得的天然粗竹纤维，区别在于用普通自来水替换麦芽汁中的小分子水。

实施例4：检测分析

抗菌性测试：将未经处理的天然粗竹纤维、实施例3处理的粗竹纤维、对比例2处理的粗竹纤维分别进行抗菌能力测试，具体采用“振荡瓶法”测试，将上述三种粗竹纤维分别和试样菌加到盛放缓冲液的烧瓶中，用振荡器在25℃下以300rmp/min振荡1h后，分别计算振荡前后的活菌数，再按下式计算抗菌率：抗菌率＝(A-B)/A*100％，A为振荡前的活菌数，B为振荡后的活菌数。实验菌种：金黄色葡萄球菌(ATCC6538)、大肠杆菌(ATCC8739)。

结果如下：

由此可见，经过小分子水发酵制备的复合发酵剂相对于普通自来水制备的复合发酵剂在处理天然粗竹纤维时可以获得更优的抗菌效果，不受理论束缚，原因在于小分子水发酵能够与复合发酵剂产生协同效果，大大提升复合发酵剂的菌群活力，并增强复合发酵剂中菌种分泌的有益于增强天然粗竹纤维抗菌能力的多肽、酶和或蛋白等生物物质的量从而导致粗竹纤维抗菌能力的提升，或者由于菌群具有更好的活力，从而使得天然粗竹纤维经发酵处理后仅保留了不能为金黄色葡萄球菌、大肠杆菌利用的纤维素等成分从而导致粗竹纤维抗菌能力的提升。

耐磨性测试：织物抵抗与另一物体摩擦而磨损的性能成为耐磨性，织物使用过程中损坏的大部分原因是因为磨损而引起的，因此磨损是造成织物损坏的主要原因。因此需要测试织物的耐磨性。

分别取未经处理的天然粗竹纤维、实施例3处理的粗竹纤维、对比例2处理的粗竹纤维经常用编织布工艺制备得到平布布料，将上述布料分别在耐磨机上进行常规耐磨测试，结果显示未经处理的天然粗竹纤维、实施例3处理的粗竹纤维、对比例2处理的粗竹纤维制备的布料的耐磨性分别为60％、95％、84％，即经过小分子水发酵制备的复合发酵剂相对于普通自来水制备的复合发酵剂在处理天然粗竹纤维时可以获得更优的耐磨性，不受理论束缚，原因在于小分子水发酵能够与复合发酵剂产生协同效果，大大提升复合发酵剂的菌群活力，并增强复合发酵剂中菌种分泌的有益于增强天然粗竹纤维抗菌能力的多肽、酶和或蛋白等生物物质的量，进而使得所获得的粗竹纤维更加顺滑，从而增强其耐磨性。

实施例5：复合发酵菌剂菌种活力测试

将实施例2制备的复合发酵剂以0.2g的量加入经以小分子水配制的2°Bx麦芽汁中，35℃下以200转/min速度搅拌培养1小时后微孔膜过滤，滤液5000g离心20min，收集菌体。

将对比例1制备的复合发酵剂以以0.2g的量加入经以小分子水配制的2°Bx麦芽汁中，35℃下以200转/min速度搅拌培养1小时后微孔膜过滤，滤液5000g离心20min，收集菌体。

结果显示，实施例2制备复合发酵剂收集的菌体的量为0.8g，而对比例1制备的复合发酵剂收集的菌体的量仅为0.45g。即实验结果表面小分子水相较于普通自来水有益于菌群的增殖及活力的保持。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的专利范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种微生物发酵法制备纺织品用纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)天然纤维原料的制备；

(2)菌群发酵；

(3)纺织品用纤维原料的菌群发酵处理；

(4)收获纺织品用纤维原料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述天然纤维原料选自天然粗竹纤维、苎麻纤维、蕉麻纤维等植物来源的纤维原料，优选为天然粗竹纤维。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤(1)天然粗竹纤维的制备方法为：取生长状况良好的成熟竹材进行整料、制竹片，置于沸水中使竹片软化，煮沸的同时加以超声波处理，超声条件为：2000w，30s/30s，共40分钟；超声波处理后的竹片经敲击进一步松散后进行分丝，重复操作3次后，于60-75℃干燥，得到天然粗竹纤维。

4.根据权利要求1-3所述的方法，其特征在于：步骤(2)菌群发酵，包括初始培养和扩大培养步骤，其中初始培养获得的菌种混合物及扩大培养获得的复合发酵菌剂由施氏假单胞菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、里氏木霉、富硒酵母菌、玫瑰微球菌组成，优选菌种混合物中施氏假单胞菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、里氏木霉、富硒酵母菌、玫瑰微球菌按照重量比为：1-3:2-5:2-5:5-7:1-3:0.5-2，更优选菌种混合物中施氏假单胞菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、里氏木霉、富硒酵母菌、玫瑰微球菌按照重量比为1:3:4:5:1:0.5。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：用于扩大培养的发酵培养基的组成为(g/L)：50g葡萄糖，10酵母粉，10牛肉膏，10豆粕，0.02NaCl，0.5乙酸钠，0.2磷酸二氢钾，0.2柠檬酸铵，0.08硫酸锰，pH 6-8；优选所述发酵培养基以小分子水作为溶剂进行配制；更优选所述小分子水的半高宽(Hz)为79.8。

6.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于：步骤(3)具体为：将复合发酵剂15g经以小分子水配制的2°Bx麦芽汁200升中，35℃下以200转/min速度搅拌活化1小时即可。将粗竹纤维分层堆积，堆积30cm厚时，喷洒一次菌液，喷匀足量，室温堆置2天即可。

7.权利要求1-6所述方法制备获得的纺织品用纤维原料用于制备纺织品的用途。