CN113152106A - 一种通过微生物菌群处理羊毛细化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，该方法包含：步骤1、选取能够分泌角蛋白酶的微生物菌株，筛选培养基配方，将微生物菌株进行平板培养；步骤2、对羊毛毛条进行称重分装；步骤3、配制发酵液与种子液，将培养平板上的菌落接种至种子液中；步骤4、待种子液中的菌浓达到要求后，将步骤2所得的羊毛毛条和发酵液、种子液一起加入发酵容器中，进行发酵；步骤5、将发酵后的羊毛取出，清洗后进行后续工艺或直接晾干；步骤6、剩余发酵液留取部分进行检测与继续培养，其余灭菌后作为废液处理。本发明提供了一种成本较低、污染较小、处理方式温和的方式实现羊毛纤维的大规模工业化处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用微生物处理羊毛的方法，具体地，涉及一种通过微 生物菌群处理羊毛细化的方法。
背景技术
羊毛作为人类最早发现并长期使用的纺织原料之一，有吸湿性好，手感 好，保暖性强，力学性能好等优点。利用羊毛纤维制作出的服饰也具有柔软， 保暖等优点。
但是由于羊毛纤维表面天然覆盖有一层主要由角蛋白组成的鳞片层，穿 着羊毛织物会产生刺痒感。同时鳞片层的存在易使羊毛织物在洗涤时发生毡 缩，使织物的形状和纹理等产生变化，影响使用以及美观。另外，羊毛鳞片 层也影响到了羊毛纤维的染色、软化、抗菌等加工，鳞片层上存在一种肽胺 键交联的屏障，阻碍到了染料、软化剂等分子对羊毛纤维内的渗透。
随着纺织行业的发展，天然的羊毛纤维的性能已经渐渐不能满足需求， 人们追求在保暖的基础上对羊毛织物的其他指标如防缩性能，透气性能等提 出了要求。同时由于环境保护对染整加工业的限制，羊毛纤维的难染色等问 题也备受科研人员的关注。
因此，如何简单有效的通过剥离羊毛纤维鳞片层对羊毛的各项性能进行 改良，是现在羊毛产业的研究前沿。经过改性的羊毛纤维性能得到改良，同 时，粗细作为评价羊毛纤维价值的主要评价标准之一，将羊毛鳞片剥离，纤 维的价值会大幅上升，利润可观。
目前的羊毛改性研究中，虽然方式众多，百花齐放，但都有各自的弊端， 无法大规模的应用于工业处理中。如氯氧化法，硫酸盐处理法等化学方法， 及需要严格控制时间，又需要处理尾液污染，而且还要考虑化学试剂有可能 残留在羊毛纤维上对人体的影响。如紫外线辐射处理，低温等离子体处理法 等物理方式又存在着无法实现深度的大规模的处理，大规模生产设备也难以 设计。利用生物酶处理的方式虽然既可以大规模处理，尾液处理也较化学法 简单。但是单一种类的酶处理效果不佳，而复合酶处理成本较高，从废液中 回收酶难度大，购买纯酶又将提高成本。因此需要一种成本较低，污染较小， 处理方式温和的方式实现羊毛纤维的大规模工业化处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用微生物处理羊毛的方法，能够解决现有问 题，作为一种成本较低、污染较小、处理方式温和的方式实现羊毛纤维的大 规模工业化处理。
为了达到上述目的，本发明提供了一种通过微生物菌群处理羊毛细化的 方法，其中，所述的方法包含：步骤1、选取能够分泌角蛋白酶的微生物菌 株，筛选培养基配方，将微生物菌株进行平板培养；步骤2、对羊毛毛条进 行称重分装；步骤3、配制发酵液与种子液，将培养平板上的菌落接种至种 子液中；步骤4、待种子液中的菌浓达到要求后，将步骤2所得的羊毛毛条 和发酵液、种子液一起加入发酵容器中，进行发酵；步骤5、将发酵后的羊 毛取出，清洗后进行后续工艺或直接晾干；步骤6、剩余发酵液留取部分进 行检测与继续培养，其余灭菌后作为废液处理。
上述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其中，所述的步骤1中， 微生物菌株选取能够分泌角蛋白酶的枯草芽孢杆菌。
上述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其中，所述的步骤1中， 培养基为固体培养基，配方中按重量份数计包含：羽毛粉1份、氯化钠0.5 份、可溶性淀粉或葡萄糖1份、琼脂1份，加入超纯水配置成100份；培养 基的pH值为7.5。
上述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其中，所述的步骤3中， 种子液采用标准的液体LB培养基。
上述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其中，所述的步骤3中， 发酵液中按重量份数计包含葡萄糖1份、羊毛纤维2.5份、磷酸氢二钠0.4 份、磷酸二氢钾0.03份、氯化钾0.03份、氯化钠0.04份、吐温-80为0.6份， 加入超纯水配置成100份；发酵液的pH值为7.5。
上述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其中，所述的步骤4中， 种子液中的菌浓要求为OD600＝2.0。
上述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其中，所述的步骤4中， 发酵过程中的温度为37℃，发酵过程中发酵液pH值为7.5。
上述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其中，所述的步骤4中， 发酵的时间大于或等于24h。
本发明提供的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法的具有以下优点：
本发明利用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)处理羊毛，通过剥离羊毛纤 维表面鳞片层的方式提升羊毛纤维性能经证明是可行的，处理效果也可以达 到预期要求。
利用微生物直接处理羊毛纤维相较于之前介绍的几种处理方式的优势在 于以下几点：1、微生物处理羊毛纤维的处理条件较为温和，相较物理的拉伸 及等离子照射，化学的氧化还原等方式于对羊毛纤维的损伤较小。2、使用微 生物处理后的羊毛纤维表面的刺激性残留较常规的化学处理方式少，人体亲 和度高，亲肤性好。3、利用微生物处理羊毛纤维的处理效率高，微生物自行 判断环境条件分泌对应酶种，效率较高。当鳞片层剥离后，致密的羊毛纤维 主干又可以减缓微生物分泌的角蛋白酶对纤维主干的损伤，只要在鳞片层剥 离后将羊毛纤维取出清洗，则其对羊毛纤维力学性能不会造成影响。4、利用 微生物处理羊毛纤维成本低廉，技术简单。培养基中的成分均为常见廉价试 剂，且不需要进行额外的如提纯等特殊操作，成本可以控制在较低的水平。
对于处理效果来看，利用枯草芽孢杆菌处理后的羊毛，在显微镜的观察 下可知，其鳞片层的剥离效果可以达到预期目标。在摩擦系数的测定上也可 以得知，经过生物处理的羊毛纤维的摩擦系数较无处理对照组要更低，可以 从侧面证明了作为摩擦力的主要提供来源的鳞片层从羊毛纤维表面剥落。经 过测定经过微生物处理后的纤维的断裂强力和断裂伸长率与未经过微生物处 理的羊毛进行比较，断裂强力几乎无下降，可以得知羊毛经过微生物处理后， 主干部分的结构并没有遭到破坏，处理范围局限于羊毛表面的鳞片层。这些 结果充分表明了利用枯草芽孢杆菌处理羊毛纤维的方式是可以成功剥离羊毛 纤维表面的鳞片层并且不伤害纤维主干部分，而处理后的羊毛纤维的力学性 能没有降低，且由于鳞片层的剥离，疏水层与肽胺键交联的破坏，羊毛纤维 的染色性能将得到提高。
附图说明
图1为本发明的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法的工艺流程示意 图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其包含：步骤1、 选取能够分泌角蛋白酶的微生物菌株，筛选培养基配方，将微生物菌株进行 平板培养；步骤2、对羊毛毛条进行称重分装；步骤3、配制发酵液与种子液， 将培养平板上的菌落接种至种子液中；步骤4、待种子液中的菌浓达到要求 后，将步骤2所得的羊毛毛条和发酵液、种子液一起加入发酵容器中，进行 发酵；步骤5、将发酵后的羊毛取出，清洗后进行后续工艺(如染色)，或直 接晾干，得到成品羊毛；步骤6、剩余发酵液留取部分进行检测与继续培养， 其余灭菌后作为废液处理。后续可以继续研究发酵液中含有的剩余价值。参 见图1所示。
优选地，步骤1中，微生物菌株选取能够分泌角蛋白酶的枯草芽孢杆菌。 通过菌株的驯化与筛选，获取可以高效表达角蛋白酶的重组枯草芽孢杆菌工 程菌。
步骤1中的培养基为固体培养基，配方中包含：培养基为固体培养基， 配方中按重量份数计包含：羽毛粉1份、氯化钠0.5份、可溶性淀粉或葡萄 糖1份、琼脂1份，加入超纯水配置成100份；培养基的pH值为7.5。
该培养基中成分应包含表面活性剂、无机盐、水，以及酶和葡萄糖(均 可不加)，葡萄糖经过过滤灭菌，各成分混合后经过高温灭菌(也可不灭菌)， 得到所需的培养基。
羽毛粉是一种可广泛用于畜禽水产等饲养的高蛋白质饲料，蛋白质含量 可高达80％，氨基酸组份比较齐全，其赖氨酸、蛋氨酸低于进口鱼粉外，其 余微量元素均高于鱼粉，而且胱氨酸的含量，居所有天然饲料之首，是很好 的蛋白质饲料资源。
超纯水(Ultrapure water)又称UP水，是指电阻率达到18MΩcm(25℃) 的水。这种水中除了水分子外，几乎没有什么杂质，更没有细菌、病毒、含 氯二噁英等有机物，也没有人体所需的矿物质微量元素，也就是几乎去除氧 和氢以外所有原子的水。可以用于超纯材料(半导体原件材料、纳米精细陶 瓷材料等)应用蒸馏、去离子化、反渗透技术或其它适当的超临界精细技术 的制备过程。
超纯水也可以替换为以玻璃蒸馏器制备的双蒸水或三蒸水。
步骤3中，种子液采用标准的液体LB培养基。接种时间按照微生物培 养领域中的常规标准判断。
LB培养基一般被解释为Luria-Bertani培养基，是一种近年来用于培养基 因工程受体菌(大肠杆菌)的常用培养基，其可分为液体培养基和固体培养基 两类。
步骤3中，发酵液中按重量份数计包含葡萄糖1份、羊毛纤维2.5份、 磷酸氢二钠0.4份、磷酸二氢钾0.03份、氯化钾0.03份、氯化钠0.04份、吐 温-80为0.6份，加入超纯水配置成100份；发酵液的pH值为7.5。
步骤4中，种子液中的菌浓要求为OD600＝2.0。
步骤4中，发酵过程中的温度为37℃，发酵过程中发酵液pH值为7.5。
步骤4中，发酵的时间大于或等于24h。
下面结合实施例对本发明提供的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法做 更进一步描述。
实施例1
一种通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，包含：步骤1、选取能够分 泌角蛋白酶的微生物菌株，筛选培养基配方，将微生物菌株进行平板培养； 步骤2、对羊毛毛条进行称重分装；步骤3、配制发酵液与种子液，将培养平 板上的菌落接种至种子液中；步骤4、待种子液中的菌浓达到要求后，将步 骤2所得的羊毛毛条和发酵液、种子液一起加入发酵容器中，进行发酵；步 骤5、将发酵后的羊毛取出，清洗后进行后续工艺或直接晾干；步骤6、剩余发酵液留取部分进行检测与继续培养，其余灭菌后作为废液处理。后续可以 继续研究发酵液中含有的剩余价值。
该方法可分为前期准备和处理工艺两部分。前期准备，包括菌株的驯化 与筛选，得到可以分泌角蛋白酶的枯草芽孢杆菌菌株。
筛选培养基配方为(固体，100ml)：1g羽毛粉、0.5gNaCl、1g可溶性淀 粉(或葡萄糖)，1g琼脂，加入超纯水配置成100ml，然后凝固，pH7.5。
处理工艺可分为前处理，发酵处理，后处理三个阶段。
前处理为：对羊毛毛条进行称重分装。配置发酵液与种子液，将培养平 板上的菌落接种至种子液中。
种子液使用标准LB液体培养基。
发酵液配方为(100ml)：葡萄糖1g，羊毛纤维2.5g，磷酸氢二钠0.4g， 磷酸二氢钾0.03g，氯化钾0.03g，氯化钠0.04g，吐温-80 0.6g，加入超纯水 配置成100ml，pH7.5。
发酵处理为：待种子液中菌浓(细胞浓度)达到要求(OD600＝2.0)，将 羊毛、发酵液、种子液一同置入发酵容器中。控制发酵温度为37℃，发酵 过程中发酵液pH为7.5左右。发酵时间约为24h。
后处理为：将发酵后的羊毛取出，清洗后加入后续工艺或直接晾干。剩 余发酵液留取部分便于检测与继续培养，其余灭菌后作为废液处理(后续可 以研究发酵液中含有的剩余价值)。
将处理后的羊毛进行测试，测试结果如下表1和表2所示。
表1.测试结果一。
表2.测试结果二。
其中，拉伸测定的速度为20mm/min，隔距为20mm；摩擦系数测定的预 张力为0.2cN，转动速度为30转/分钟，摩擦辊材料为不锈钢；回潮率测定是 在标准大气条件下平衡48小时。
经过以上测试检测，完全处理后的羊毛纤维的细化率约为10％(不同类 羊毛本身鳞片层厚度有细微差别)；染色性能得到突破性的提高，原本需要在 90℃进行一个小时左右的染色效果，经过处理后的羊毛仅需要在室温(25℃ 左右)染色30min即可；摩擦系数下降，断裂强度下降，但这两个属性的下 降均未对纤维价值产生过于明显的影响。每吨羊毛纤维的价值上升约为1w 人民币左右(不同类羊毛纤维提价程度有细微差别)，该结果仅从纤维细度方 面评估，未考虑染色性能以及其他性能所带来的影响，且未考虑产品经过处理后所可能附带的附加价值(如高抗菌性)。成本约为5k人民币左右，规模 成型后成本还会进一步降低。工艺周期约48h，其中包括菌液的培养，发酵 处理时间；不包括菌株的驯化，以及处理后纤维的检测。且该工艺可以并入 羊毛纤维现有的处理工艺中。
本发明提供的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，以经过不断驯化培 育的枯草芽孢杆菌为主要选用菌种，利用其可以分泌角蛋白酶的特性，使用 发酵的方式处理羊毛纤维。通过对发酵工艺的不断改进，已经得到一条可以 有效处理羊毛纤维，使其可以达到预期水平的工艺路线，并对其的力学性能， 染色性能进行初步鉴定。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识 到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述 内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的 保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1、选取能够分泌角蛋白酶的微生物菌株，筛选培养基配方，将微生物菌株进行平板培养；
步骤2、对羊毛毛条进行称重分装；
步骤3、配制发酵液与种子液，将培养平板上的菌落接种至种子液中；
步骤4、待种子液中的菌浓达到要求后，将步骤2所得的羊毛毛条和发酵液、种子液一起加入发酵容器中，进行发酵；
步骤5、将发酵后的羊毛取出，清洗后进行后续工艺或直接晾干；
步骤6、剩余发酵液留取部分进行检测与继续培养，其余灭菌后作为废液处理。
2.如权利要求1所述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其特征在于，所述的步骤1中，微生物菌株选取能够分泌角蛋白酶的枯草芽孢杆菌。
3.如权利要求2所述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其特征在于，所述的步骤1中，培养基为固体培养基，配方中按重量份数计包含：羽毛粉1份、氯化钠0.5份、可溶性淀粉或葡萄糖1份、琼脂1份，加入超纯水配置成100份；培养基的pH值为7.5。
4.如权利要求1所述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其特征在于，所述的步骤3中，种子液采用标准的液体LB培养基。
5.如权利要求4所述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其特征在于，所述的步骤3中，发酵液中按重量份数计包含葡萄糖1份、羊毛纤维2.5份、磷酸氢二钠0.4份、磷酸二氢钾0.03份、氯化钾0.03份、氯化钠0.04份、吐温-80为0.6份，加入超纯水配置成100份；发酵液的pH值为7.5。
6.如权利要求1所述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其特征在于，所述的步骤4中，种子液中的菌浓要求为OD600＝2.0。
7.如权利要求6所述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其特征在于，所述的步骤4中，发酵过程中的温度为37℃，发酵过程中发酵液pH值为7.5。
8.如权利要求7所述的通过微生物菌群处理羊毛细化的方法，其特征在于，所述的步骤4中，发酵的时间大于或等于24h。
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