（纺织工程专业论文）红麻纤维的生物脱胶.pdf

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r e l e a s ea b i l i t y , b a c t e r i a r e p e l l e n c y , d e g r a d a b l e ，n op o l l u t i o nt oe n v i r o n m e n t , e t c ，a n d t h e ya r ea l s ob l e n d e dw i t l lc o t t o n ，v i s c o s e ，w o o l ，w h i c hm a k e s t h e ms u i t a b l ef o rm a n yh i g hv a l u e a d d e dp r o d u c t s b u tt h e t r a d i t i o n a lp r o d u c t so ft h e ma r es a c ka n dh e s s i a n ，t h e s ec h e a p p r o d u c t sa r eh a r dt om a k ef u l lu s eo fr e s o u r c e s i na d d i t i o n ， w i t ht h ei n c r e a s i n ga t t e n t i o nt oe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n d e n e r g y ，e n v i r o n m e n t - f r i e n d l yp r o c e d u r ei n t e x t i l e i s p u to n s c h e d u l e b u tt r a d i t i o n a ld e g u m m i n gm e t h o d so f j u t ea n dk e n a f a r en o tp e r f e c t ，s o m ed i dh a r mt oe n v i r o n m e n t ，s o m ea r eh a r s h t op u ti n t oe f f e c to rt h ep r o d u c t i o nc o s ti st o oh i 曲t h e r e f o r e ， l o o k i n gf o rad e g u m m i n gm e t h o d sw i t hl o w c o s t ，n op o l l u t i o n o rl i t t l ep o l l u t i o ni s s t i l lo n eo ft h et o p i c si nj u t ea n dk e n a f p r o c e s s i n gn o w a d a y s t h i s p a p e rd e a l sw i t ht h ed e g u m m i n go fk e n a fw i t h b a c t e r i a f i r s t ，c h e m i c a ld e g u m m i n ga n dn a t u r a lw a t e r - r e t t i n g a r ed i s c u s s e da f t e rd e g u m m i n g p r i n c i p l ei sg i v e ni nt h i sa r t i c l e ， i nw h i c ht h er e l a t i o nb e t w e e na l k i l ic o n c e n t r a t i o na n dp e c t i n p e r c e n t a g e ，t e n a c i t y , f i n e n e s s ，a n dt h er e l a t i o nb e t w e e np e c t i n p e r c e n t a g ea n dt e m p e r a t u r e ，p h ，t i m e 、b a t hr a t i oa r es t u d i e d t h e ni nt h em i c r o b er e t t i n g ，w i t ht h er e t t i n gw a t e ri np o n di n c o u n t r y s i d ea n dt h es o i li nt h ek e n a f - p l a n t i n gp l a c ea st h e m a t e r i a l ，t h ee f f e c t i v ed e - g u mb a c t e r i ai so b t a i n e dt h r o u g ht h e n e x tm e t h o d s ：r e t t i n gw a t e ra n d s o i l - - - d i l u t i n g ，s e p a r a t i n g ， c u l t i v a t i n g + p r e l i m i n a r ys i e v i n g + r e p e a t i n gs i e v i n g + d e g u m m i n ge x p e r i m e n t t h ef i n a ld e g u m m i n gb a c t e r i a t h e n t h eb a c t e r i am i c r o b i a lr e t t i n go fk e n a fi sc a r r i e do u t ，i nw h i c h t h ei n f l u e n tf a c t o r sa r er e s e a r c h e da n dt h ec o n c l u s i o ni st h a t t e m p e r a t u r e ，p h , t i m ef o rf o s t e r i n gb a c t e r i a ，a n dt h eq u a n t i t yo f b a c t e r i aa l li n f l u e n c et h ed e g u m m i n ge f f e c t i nt h i sr e s e a r c ht h e b e s t d e g u m m i n gb a c t e r i af o u n db e l o n g st oa s p e r g i l l u sb y p r e l i m i n a r y i d e n t i f i c a t i o n a sv i e w e df r o m p o l l u t i o n ，t h e o r g a n i cm a t t e ri nt h ed e g u m m i n gl i q u i da r ea l s ot e s t e d ，t h e r e s u l ti st h a tt h eo r g a n i cm a t t e ri sf e w e ri nm i c r o b er e t t i n g l i q u i dt h a nt h a ti n c h e m i c a ld e g u m m i n gl i q u i d a tl a s t ，b y p r o p e r t i e s a n dp h o t o so fc r o s ss e c t i o n s c o m p a r i s o n st h e c o n c l u s i o ni s g a i n e d ，t h a ti s ，m i c r o b er e t t i n g o fk e n a fi s s u p e r i o rw i t hl e s st i m e ，f e w e ro r g a n i cm a t t e ra n dl e s sp o l l u t i o n t oe n v i r o n m e n t w i t ht h el o wg r a d eo ft r a d i t i o n a lp r o d u c t sa n da b u n d a n t r e s o u r c e so fj u t ea n dk e n a f , t h ee x p l o r a t i v ep r o s p e c tt ot h e s e f i b e r si sv e r yb r o a d t h e r e f o r e ，t h ea p p l i c a t i o no fb i o l o g i c a l t e c h n i q u ei nr e t t i n go fj u t ea n dk e n a fs h o u l db ee n l a r g e dt o e n h a n c et h e r e f i n i n ge x t e n t ，t od e v e l o p d i v e r s i f i e da n d h i g h v a l u ep r o d u c t s ，t oa d j u s tt h ep r e s e n tp r o d u c t ss t r u c t u r e ，t o e x p a n dt h en e w m a r k e ta n dt oe x p l o i tn a t u r a lf i b e rr e s o u r c e si n o u rc o t m t r yb e t t e r y u h o n g q i n ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o r y uc h o n g w e n k e yw o r d s ：k e n a f , d e g u m m i n g ，b a c t e r i as i e v e ，m i c r o b e r e t t i n g ，p r o p e r t i e sc o m p a r i s o n 目录 第一章概论1 1 1 黄、红麻纤维的特点、生产种植现状及应用范围1 1 2 黄、红麻纤维的脱胶方法及国内外研究现状4 1 3 研究本课题的意义9 第二章微生物的培养及红麻纤维生物脱胶的原理1 1 2 1 微生物的营养和培养基的选择1 1 2 2 菌种的培养和保藏1 3 2 3 红麻纤维的组成和性能1 7 2 4 红麻纤维生物脱胶的原理1 9 第三章红麻纤维的化学脱胶和自然沤麻2 4 3 1 红麻纤维的化学脱胶2 4 3 2 红麻纤维的自然沤麻3 0 3 3 本章小结3 5 第四章红麻纤维的生物脱胶3 6 4 1 红麻纤维生物脱胶菌种的选育3 6 4 2 红麻纤维生物脱胶的影响因素研究4 0 4 3 红麻纤维最优条件下的生物脱胶4 8 4 4 菌种的初步鉴定5 0 4 5 红麻脱胶菌种在苎麻上的应用5 3 4 6 本章小结5 5 第五章红麻纤维各种脱胶方法的比较5 6 5 1 红麻纤维的生物化学联合脱胶5 6 5 2 红麻纤维各种脱胶方法的比较5 7 5 3 本章小结6 4 第六章结论和展望6 5 6 1 结论6 5 6 2 展望6 6 参考文献6 8 第一章概论 第一章概论 麻类是人类最早种植利用的纤维植物之一，它包括苎麻、亚麻、 大麻、黄麻、红麻、剑麻、蕉麻等。在我国，麻类作物种类繁多，几 乎包括了世界上所有的麻类作物，是纺织行业、包装材料、制浆造纸 行业的主要原料，其纤维制品广泛应用于人们生产和生活的各个领 域，已成为我国出口创汇的大宗商品之一，在国民经济建设中发挥着 越来越重要的作用。 1 1 黄、红麻纤维的特点、生产种植现状及应用范围 麻类纤维作为一种天然纤维，有着极为广泛的应用。目前在纺织 行业中使用的麻纤维原料大多为韧皮纤维，包括苎麻、亚麻、黄麻、 红麻、蕉麻、剑麻等，其成分如表1 一l 所示。 表1 1 各种麻纤维的化学成分( ) 1 1 成分纤维素半纤维素果胶木质素水溶物脂蜡质灰分 苎麻 6 5 7 51 4 1 64 - 50 8 1 54 8o 5 1 o2 5 亚麻 7 0 8 01 2 一1 51 4 - 5 72 5 51 2 1 8 0 8 1 3 黄麻 6 4 - - - 6 71 6 - - - 1 91 1 1 31 1 1 50 3 0 70 6 1 7 红麻 7 0 - - - 7 61 4 3 37 8 1 3 2 00 4 6 2v 大麻 8 5 4 1 7 8 4 7 3 11 0 43 81 30 9 蕉麻 7 0 22 1 80 65 71 60 2 剑麻 7 3 11 3 30 91 1 o1 30 3 1 1 1 黄、红麻纤维的特点 黄麻( j u t e ) 为椴树科黄麻属、一年生草本植物，为亚热带和热带作 物，最早产于印度，后来引种到整个亚洲和欧美等地。黄麻属约4 0 个种，具有栽培价值的是圆果种和长果种。黄麻是一种韧皮纤维，单 纤维只有1 - 6 毫米，宽1 0 - 2 7 微米，但黄麻纤维质地柔软，商业上与 其他麻，如苎麻、亚麻、大麻等并称为“软质纤维 ，在植物纤维中， 其重要性仅次于棉花和苎麻，是纺织工业的重要原料。 l 心易 、 咨v、。 忸 第一章概论 红麻( k e n a f , 又称洋麻) ，属于晋葵科木槿属、年生草本植物， 性能同黄麻极为相似，但由于木质素含量比黄麻略高，所以比黄麻纤 维粗硬。红麻单纤维长撕毫米，宽1 8 3 0 微米。由于其产量高、易 生长，因此，我国通常将红麻视作黄麻的代用品，用来进行各种相关 产品的力i - i - 1 2 , 3 1 。 黄、红麻纤维的优点为： 黄、红麻是一种便宜、坚牢、极易吸湿、散湿、抗菌的天然纤 维素纤维，类似亚麻但比亚麻便宜； 黄、红麻能很好地与棉花、粘胶、羊毛及其他纤维混和，使它 能适合用于许多形形色色的高附加值产品； 纤维有着柔和的光泽和颜色； 纤维能百分之百地生物降解，不污染环境； 作经纱时的悬垂性很好，使其成为理想的幕布、窗帘和其他装 饰物； 与类似的纯棉纱相比，纯黄麻纱的成本仅为其2 5 , - , 3 0 。 但它们同样也有着不少弱点： 纤维很短，可纺性很差。因此，初加工中采用半脱胶，用束纤维 进行纺纱，其产品仅限于粗重的产品； 纤维中含有较多的木质素，比较粗硬，且有刺瘁感； 与类似的纯棉织物比，黄、红麻混纺纱织物的漂白和整理成本较 高。【4 】 1 1 2 黄、红麻纤维的生产种植现状 黄、红麻纤维在麻类纤维中的分布最广，主要分布在亚洲国家、 远东国家、拉丁美洲国家和非洲一些国家，其种植面积主要集中在东 南亚国家：孟加拉、印度、中国和泰国，其产量占全球黄、红麻总产 量的9 5 以上。世界黄、红麻的产量在1 9 9 7 - 1 9 9 8 年为3 9 2 万吨， 到了1 9 9 9 - - 2 0 0 0 年间就下降到2 6 1 万吨，减少3 3 4 ，其中，黄麻 的产量是孟加拉下降4 9 ，印度下降1 9 ：红麻是中国下降5 9 ，泰 国下降4 7 【5 1 。 2 第一章概论 我国是世界上黄、红麻生产大国之一，由于红麻易生长、产量高， 因此，尽管其c v 性能比黄麻略差，但仍作为其代用品而被广泛应用。 红麻常年种植面积4 0 0 万亩左右，历史上最高年份1 9 8 5 年种植面积 达到1 5 0 0 万亩，总产达2 0 6 万吨，且9 5 以上为红麻，其中红麻9 5 以上集中在西部、长江、淮河流域及以北地区。进入上个世纪9 0 年 代以来，由于受麻制品市场波动，效益不理想，投入不足等因素影响， 特别是廉价聚乙烯制品的大量生产，黄、红麻种植面积和产量逐年减 少。据1 9 9 7 年全国麻类生产座谈会统计，1 9 9 7 年全国播种面积2 5 8 万亩，总产量4 1 2 万吨。1 9 9 8 年全国黄、红麻播种面积不足2 0 0 万 亩，两年后种植面积更有所减少，但其产量仍超过了苎麻、亚麻等麻 类纤维产量的总和【6 ，7 1 。 近些年来我国的麻纺织行业已发生了可喜的变化。苎麻行业从 2 0 0 0 年连续回升，至今仍保持着热销势头；亚麻行业也是如此，在 2 0 0 2 年已突破3 3 万锭，成为麻纺织行业中的老大；大麻、罗布麻生 产也逐步扩大；黄、红麻行业在压缩总量中得以调整，新产品不断地 得到开发【耵。 1 1 3 黄、红麻纤维的应用 从近几年来的消费心理分析，人们都比较喜爱天然麻质面料服装的 凉爽、透气、休闲的风格特点。研究证明，黄、红麻与棉混纺纱的质 量同苎麻或亚麻与棉混纺纱的质量相当【9 】。因此，用同样具有吸湿性强、 凉爽、透气、舒适等优良特性且价格低的黄、红麻代替一部分价格较 贵、原料匮乏的苎麻和亚麻作为服用装饰等原料，不失为黄、红麻产 品的很有潜力的应用方向。 而黄麻的土工布则被认为是防治土壤侵蚀最为理想的天然纤维材 料，该产品分解后的成份能加入生物循环，很受具有生态环境保护意 识的工程人员青睐。印度曾用纯黄麻纱织造、用沥青混合物浸透处理 后的土工布来加固路基陡坡或铺设江河险滩的防冲刷层 1 0 l 。据国际 黄麻组织市场调查【1 1 】，全世界土工布潜在市场为7 0 亿平方米，只要 黄麻土工布力求创新，占据土工布十分之一的市场，就会为黄、红麻 第一章概论 打开一条广阔的市场销路。 另外，复合材料方面，黄、红麻纤维以其低廉的价格和可降解性， 在复合材料中可部分取代玻璃等合成纤维，也将有广阔的发展前景。 英国早在1 9 6 0 年就进行了用黄麻密胺树脂制造轿车部件的实验，而 且其技术性能令人满意【1 2 】。 除此之外，利用低等级的黄麻、黄麻下脚料来进行全杆黄麻造纸 以及用副产物来做纸浆、木炭、化学药品、粘胶人造丝、醋酸纤维素 等也不失为一个发展方向。 1 2 黄、红麻纤维的脱胶方法及国内外研究现状 1 2 1 黄、红麻纤维的脱胶方法概述 黄、红麻纤维中除含有纤维素外，还含有一些胶杂质，其中包括 半纤维素、果胶物质和木质素等成分。这些胶质包围在纤维的外表， 将纤维胶结在一起，形成较硬的片状麻束。另外，在麻类作物的生长 过程中，由于风灾和病虫害等自然灾害的侵袭而形成的风斑、病斑、 虫斑等疵点，以及由于收获、剥制等操作不当而使一些麻壳、皮屑留 在原麻中。这样的麻束是不能直接用来纺纱的，因而在纺纱之前必须 将韧皮中的胶质去除，并使纤维相互分离，这一过程即称为脱胶。 1 化学脱胶 在黄、红麻纤维的成分中，就化学性质而言，纤维素与胶质中各 种成分对水、无机酸、碱及氧化剂等化学药品作用的稳定性是各不相 同的。例如，半纤维素中的低分子部分和可溶性果胶能溶于水中，半 纤维素中的高分子部分、不溶性果胶和纤维素等成分均可为酸所水解， 而木质素则对酸的作用表现出极大的稳定性；半纤维素、果胶物质和 木质素成分易被高温碱液作用而溶解，纤维素对碱液的作用则表现出 较高的稳定性等。因此，则利用原麻中的纤维素和胶质成分对碱、无 机酸作用的稳定性的不同，在不损伤或尽量少损伤纤维原有机械性质 的原则下，采用以碱液煮练为中心的处理工艺，去除其中的胶质，而 保留或制取纤维素的加工过程即为化学脱胶【1 3 】。 4 第一章概论 事实上，由于黄、红麻单纤维很短，且纤维的整齐度差，胶质若 被全部脱去，势必会形成短绒。所以，黄、红麻的化学脱胶不象苎麻 那样全脱胶，只能通过工艺参数的控制来进行部分脱胶，并利用剩余 的残胶将单纤维粘连，从而用工艺纤维进行纺纱，来保证纺纱质量和 成纱质量。 2 生物脱胶 ( 1 ) 自然沤麻 自然沤麻是将麻砍下后扎成小捆，放置于种麻地附近的池塘、河 流等中，由于天然水体中的微生物群体能以黄、红麻纤维中的胶质为 其碳素、氮素营养来源，并将黄、红麻纤维中的果胶、半纤维素、木 质素等物质分解转化为简单的低分子物质，从中得到本身生命活动所 需的营养物质和能量，从而完成麻纤维的脱胶过程。 ( 2 ) 纯菌种脱胶 此法是从沤麻水、种麻地土壤或者其他与麻有关联的地方筛选出 的纯种脱胶菌种，依靠脱胶菌种在生长与繁殖过程中分泌出的果胶酶、 半纤维素酶、木聚糖酶等来分解胶质，使高分子量的果胶及半纤维素 等分解成为低分子量的组分而溶于水中或变成易于去除的物质。 ( 3 ) 酶法脱胶 酶法脱胶是将脱胶菌种分泌出的酶进行提取、分离，浓缩为溶剂， 或将粗酶液干燥为粉剂，使用时再将其稀释或将粉剂溶于水，然后再 进行麻类的酶脱胶。 习惯上，常将黄、红麻纤维用纯菌种脱胶说成是微生物脱胶或生 物脱胶。在本课题中，红麻的生物脱胶就是指用纯菌种来进行脱胶的。 3 汽蒸脱胶法【1 4 】 汽蒸脱胶法是把机械剥皮后的原麻纤维切断后放进一个气压容 器内，原麻纤维在容器内被含有多种化学物质( 主要是含有还原剂的 腐蚀性碱) 的溶液充分浸透，然后在1 2 b a r 气压的饱和蒸汽中处理l m i n 一- 3 0 m i n ，减压至8 b a r 后将压力突然释放，蒸汽将纤维喷出，然后 将纤维水洗、干燥。 第一章概论 4 超声波脱胶法【1 4 】 由德国e c c 0 公司拥有专利权的超声波脱胶法，是在麻经过机械剥 皮后，将原麻纤维放入有助剂或无助剂的水中预处理，然后再将其放 入有助剂的水中进行超声波处理，接着将麻水洗、干燥。 1 2 2 黄、红麻纤维脱胶的发展及现状 1 黄、红麻纤维脱胶的发展 黄、红麻纤维的脱胶传统上采用天然水体沤麻法，即自然沤麻法， 但是在对此法的脱胶废水水质进行分析时却发现沤麻后的废水中亚硝 酸盐、硫化物、b o d 、c o d 、总残渣量及悬浮物含量都大量增加，远 远超过了生活饮用水的卫生标准和渔业水质标准，这就导致了人和动 物中毒、鱼类死亡现象的发生。为避免天然水沤麻出现的水质污染和 沤麻过程中产生的有机质和土壤养分损失，改进的天然水源沤麻法便 应运而生旧。 改进的天然水沤法有膜封凼沤麻法、稻田高埂沤麻法。这些方法 由于集中在一个固定的地方沤麻，就将受污染的水体范围减小，避免 了大量水源的污染，但是并没有从根本上解决沤麻过程中的环境污染 问题。而且，同天然水体沤麻法一样，这种脱胶方法由于受外界因素 影响较大，纤维的质量并不稳定【1 6 ，m 。 陆地湿润脱胶法是一种完全区别于传统天然水沤的发酵系统，脱 胶工艺流程为：扎麻把一浸泡接种一堆积发酵一洗麻一晾晒一分级打 包。由于它是脱离水体在陆地上进行的，故它具有传统水沤脱胶法所 不具有的优点：污染只来自洗麻脱落物，使水体污染大大减轻，较天 然水沤脱胶可降低9 0 以上的污染，且用水比较少，劳动强度也降低 了。但是此法所用时间仍然较长，效率较低f 1 3 1 。 随之发展而来的生物脱胶法是利用微生物对黄、红麻进行脱胶， 这是目前国内外研究比较多的一个领域，并取得了一些进展。它具体 的做法是：先进行菌样采集，再进行富集培养，分离纯化，在适宜的 条件下可以培养出健壮而又有较强生命力的菌种，然后将菌种接种到 需脱胶的原麻上进行脱胶。虽然这种方法早在上个世纪7 0 年代或8 0 6 第一章概论 年代就已经开始研究了，但现在仍处于实验研究阶段，要投入生产应 用，无论是小规模或工业大生产，都是还需要继续努力的。究其原因， 一是由于生物菌种培养条件苛刻，技术要求高，一般企业或农民不具 备这些条件；二是因为培养的菌液处于旺盛生长阶段的时间短，只有 二十几个小时，超过3 6 小时后，茵体明显老化，脱胶效果差：最后是 接种后脱胶过程要求的条件严格，一般生产难以达到。而且，这种方 法只是在自然沤麻基础上接种上菌种而已，它只能缩短脱胶时间，并 未彻底解决前期自然沤麻的环境污染问题。 生物化学脱胶法则是生物法脱去原麻中的果胶部分，然后再用化 学法处理后即得到精干麻。此脱胶法的过程一般包括脱胶菌种的培养 一配液一加菌脱胶一水洗一精练一拷麻一漂白一脱水一渍油一脱水一 烘干等环节。这种方法比常规化学法脱胶的消耗少，但也仅限于实验 研究，要实现工业化生产还要做长久的努力。【1 9 】 2 目前国内外的麻类生物脱胶研究现状 ( 1 ) 苎麻的生物脱胶 宋箭等人【2 0 】用平板透明圈法从各地的土壤等中筛选出脱胶菌种， 在摇床上培养4 8 小时后，5 0 小时能够将苎麻脱胶至“白而软 。 “苎麻微生物脱胶研究井口1 】中提到苎麻用酶法来进行脱胶，脱 胶时间为2 - 4 小时，然后水洗拷麻并进行氧漂，残胶率可达到2 0 8 。 中国农业科学院麻类研究所阎用纯菌种进行生物脱胶8 小时，胶 质去除率达5 6 9 ，再用稀碱5 9 l 煮练2 小时，残胶率可达到2 以下。 刘正初等同样也做了苎麻的生物脱胶研究2 3 1 ，他们用苎麻原麻进 行生物脱胶，时间为1 2 小时，残胶率为1 4 3 0 ，再经高压精练1 5 2 小瓮黼篇骺醚3 似t 菘0 狰u 岈飞( 2 ) 亚麻的生物脱胶7 a 似i i 、i 东北农业大学的王立群等人口4 】通过采样、菌种的分离、筛选，找 出有效的枯草芽孢杆菌作为脱胶菌种，以3 的豆粉培养基作为扩繁培 养基，p h 中性或自然p h ，在摇床上培养1 6 - - , 2 4 小时即为最佳接种时 间，6 0 小时完成了亚麻的脱胶。 第一章概论 彭源德等人【2 5 1 也通过广泛的采样，进行菌种的筛选，得到一株脱 胶菌种，并用紫外线对其进行诱变后脱胶1 6 小时完成了亚麻的脱胶， 与传统脱胶工艺相比，时间缩短7 9 以上。 美国对亚麻的酶法脱胶进行了很多研究 2 6 , 2 7 ，研究结果表明：螯 合剂的加入有助于酶用量的减少，最有效的螯合剂是e d t a ，它可以将 亚麻酶法脱胶中酶的用量减少5 0 ，而且当用5 0 m m o l 的e d t a 与0 0 5 的酶是最有效的酶法脱胶配方，脱胶后亚麻纤维的强度为1 9 1 5 9 t e x ， 伸长为3 5 5 。 ( 3 ) 罗布麻的生物脱胶 在“罗布麻生物脱胶研究初报”【2 8 】中谈到用某菌种在摇床( 3 5 c ) 上培养2 4 小时后加入罗布麻静止脱胶2 4 小时，胶质去除率最低可达 到6 5 1 。 而周裔彬、刘正初矧用另一种t 8 5 2 6 0 菌进行罗布麻的生物脱胶实 验，8 小时左右就可完成罗布麻的脱胶。 ( 4 ) 大麻的生物脱胶 刘健等在“大麻纤维脱胶研究综述”p o 】中讲到法国、西德、意大 利、前苏联等国家用费地芽孢梭菌进行大麻脱胶，不但能缩短脱胶时 间，还可提高纤维品质。p a v e l k a 报道，用镰刀霉及根霉( 比例为4 ： 1 ) 接种，进行大麻浸渍，保持2 5 3 0 和相对湿度9 0 - - 9 5 ，3 6 - - 4 0 小时完成脱胶过程。 ( 5 ) 红麻的生物脱胶 党敏在其硕士论文【3 l 】中用酶与化学联合法对沤过的红麻进行了脱 胶，再进行漂白，最终的精干麻残胶率降低到4 6 3 。 何连芳、刘茵、郑来久等【3 2 】在“红麻微生物脱胶菌种的选育中 用厌氧芽孢杆菌在3 0 3 5 * ( 2 、p h 7 0 - - 7 5 、接种量3 条件下培养2 0 小时后进行生物脱胶，8 4 小时即达到红麻的全脱胶。 而冯湘沅、刘正初、彭源德【3 3 1 用t 1 1 6 3 菌在振荡条件下进行脱胶实 验，3 6 小时就完成了红麻干皮的全脱胶，脱落物量为原麻的2 3 1 7 。 同样是t l l 6 3 菌种在进行干皮润湿脱胶实验中表明：接种t 1 1 6 3 菌的 第一章概论 湿润脱胶比不接种t l l 6 3 菌和天然水沤脱胶分别缩短脱胶时间7 2 8 和 1 2 8 小时，精洗率分别提高1 8 和5 7 个百分点，纤维品质亦较好。这 说明，用t 1 1 6 3 细菌脱胶，不仅缩短了脱胶时间，而且还减少了纤维损 失，提高了纤维产量，改善了纤维品剧3 4 1 。 仍然是t 1 1 6 3 菌种，在“中国的黄、红麻沤麻现状及其技术改进 一文报道中此菌种在适宜的条件下可使脱胶时间缩短到2 4 小时，而且 纤维的质量也很好【3 5 1 。 黑曲霉由于具有果胶酶和半纤维素酶的活性，华中农业大学 3 6 , 3 7 则选用它进行生物脱胶。实验中预先把红麻干皮在2 0 ( 2 条件下浸水2 天，然后进行脱胶，结果是脱胶过程仅用了1 6 小时，果胶和半纤维素 分别被去除了8 6 5 1 和4 6 5 7 。 在国外，美国密西西比州立大学1 3 8 1 采用细菌工艺和细菌与化学品相 结合的工艺来浸解红麻。其结果表明，经过细菌浸解的纤维，其含胶 量均匀且光泽较优，但是纤维的残胶含量则高达2 1 0 o - 2 3 ：而经过化 学品浸解后红麻的含胶量仅为7 1 2 ，但其束纤维强度减小了。 在红麻现有的这些生物脱胶处理中，都对红麻的胶质有所减少， 但是有的是脱胶时间较长或者是处理工艺过长，无论在时间上还是经 济上都不大理想。 1 3 研究本课题的意义 从近些年来的消费心理分析，人们都比较喜爱天然麻质面料服装 的凉爽、透气、休闲的风格特点。然而，天然亚麻、苎麻及棉亚麻混 纺产品的价格较高，难以大量销售。 性能同苎麻、亚麻相似的黄、红麻纤维价格却很便宜，但由于黄、 红麻纤维的自身缺陷，使得其可纺性较差、产品低档。而且随着化学 纤维聚丙烯等原料制造的编织袋的广泛应用，传统的黄、红麻包装物 市场急剧萎缩。所以要提高黄、红麻的产品档次和扩大其应用范围， 关键的问题则是脱胶麻的质量，这样，脱胶的方法就显得非常重要了。 再加上人们对环保及能源问题的日趋重视，对纺织绿色加工的呼声越 9 第一章概论 来越高，纺织绿色加工的重视度越来越高。而传统的各类黄、红麻脱 胶方法均不完善，有的没从根本上解决环境污染问题，有的工艺条件 苛刻或生产成本太高，因此，寻找一种成本低、无污染( 或污染小) 的脱 胶新工艺，就显得很重要。而且我国的黄、红麻资源非常丰富，现在 我国政府又实施了西部开发，中国的西部地区，尤其是西北地区有广 阔的土地，充足的日晒和干燥的气候，这非常适合开发西部红麻种植 基地，这样不仅可以发展经济，而且可以降低土壤沙漠化【3 9 1 。 因此，为了满足资源的优化利用，进行黄、红麻纤维生物脱胶的 研究势在必行，本课题红麻纤维的生物脱胶则立足于此，为使红麻纤 维精细化、为其进一步的纺织加工、调整产品结构、提高产品档次、 寻找一种高效无污染的脱胶方法提供一定的基础。 l o 第二章微生物的培养及红麻纤维生物脱胶的原理 第二章微生物的培养及红麻纤维生物脱胶的原理 2 1 微生物的营养和培养基的选择1 1 2 1 1 微生物的分类 微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。它们都是 一些个体微小( 一般( o 1 m m ) ，构造简单的低等生物，包括属于原 核类的细菌( 真细菌和古生菌) 、放线菌、蓝细菌( 旧称“蓝绿藻 或“蓝藻 ) 、支原体、立克次氏体和衣原体；属于真核类的真菌( 酵 母菌、霉菌和覃菌) 、原生动物和显微藻类；以及属于非细胞类的病 毒和亚病毒( 类病毒、拟病毒和朊病毒) 。 2 1 2 微生物的营养 新陈代谢是生命的基本特征之一，微生物同其他生物一样，不断 地进行新陈代谢。通过代谢，微生物与外部环境进行物质和能量的交 换，从环境中获得各种物质以合成细胞物质，并从中得到生命活动所 需的能量，这种物质称为营养物质。而生物体摄取和利用营养物质的 过程称为营养。 微生物的营养物质应满足机体生长、繁殖和完成各种生理活动的 需要。没有营养，微生物的生命活动就会终止，所以说，营养过程是 微生物生命活动的重要特征。只有吸收营养物质，才能进一步代谢， 实现微生物的生长、发育和繁殖。 微生物细胞的化学组成从一个侧面反映了微生物生长繁殖的物 质需要。虽然，随微生物种类、生理状态及环境的不同，其组成也有 变化，但通过对细胞元素组成的分析可大体看出微生物所需的营养物 质。表2 1 显示了细菌、酵母菌和霉菌的主要元素组成，这些元素 主要以水、有机物和盐的形式存在于细胞中。水是微生物细胞的主要 第二章微生物的培养及红麻纤维生物脱胶的原理 成分。有机物主要是蛋白质、糖、脂类、核酸、维生素以及激素等形 式存在。 表2 一l 常见微生物细胞中各种成分的含量( 干重) 元素细菌酵母菌 霉菌元素 细菌 酵母菌霉菌 碳 5 0 5 34 5 5 04 0 - - 6 3钠 0 5 1 oo 0 1 由0 1o 0 2 旬0 5 氢 7 7钙 o 0 l 1 5o 1 枷3o 1 1 4 氮 1 2 1 57 5 - 1 l 7 1 0 镁 0 1 o 50 1 0 5o 1 0 5 磷 2 o 0 o o 8 2 60 4 , - 4 5氯化物 0 5 硫 o 2 1 oo 0 1 o 2 40 1 o 5铁 o 0 2 20 o1 d 50 1 , - 0 2 钾1 o 4 5 1 o 4 oo 2 2 5 因此，可以将微生物的营养物质分成六大营养要素，即水、碳源、 氮源、无机盐、生长因子和能源。在进行微生物的培养时，这些营养 物质都包含在培养基中供给给微生物，以保证其正常的生长繁殖。 2 1 3 培养基的分类及选择 1 培养基的分类 培养基通常指人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物 的营养基质。广义上说，凡是支持微生物生长和繁殖的介质或材料均 可作为微生物的培养基。因此，培养基是微生物学尤其是工业微生物 学研究的重要内容，一个恰当的培养基配方，对发酵产品的产量和质 量有着极大的影响。 培养基的种类繁多。因考虑的角度不同，可将培养基分成以下类 型：天然培养基、合成培养基、半合成培养基、液体培养基、固体培 养基、半固体培养基、种子培养基、发酵培养基、繁殖和保藏培养基、 鉴别培养基等。 2 培养基的配制原则 针对不同的微生物，不同的营养要求可以有不同的培养基。但是， 它们的配制必须遵循以下原则： ( 1 ) 营养物质应满足微生物的需要不同营养类型的微生物对营 养的需求差异很大，所以，应根据所培养菌种对各营养要素的不同要 求进行配制。 ( 2 ) 营养物的浓度及配比应恰当营养物的浓度太低，则不能满 第二章微生物的培养及红麻纤维生物脱胶的原理 足微生物生长的需要，浓度太高，又会抑制微生物的生长。如糖和盐 都是良好的营养物质，但是，浓度升高，则有抑菌作用。所以，一般 培养基的c ：n 比为1 0 0 ：( 0 5 2 ) 。此外，在培养基配制时，可添加 化学试剂补充宏量元素。 ( 3 ) 物理化学条件适宜：p h 值：各大类微生物一般都有它们生 长繁殖的最适p h ，环境的p h 不合适会抑制其生长甚至导致其死亡； 培养基的其他物化指标也将影响微生物的培养。例如：培养基中水 的活度、盐的浓度等。 另外，还要根据培养的目的，即考虑是要培养菌体、还是要积累 菌体代谢产物等等来设计培养基。除此之外，还应重视培养基中各种 成分的来源和价格，应该优先选择来源广泛、价格低廉的培养基。 2 2 菌种的培养和保藏【4 1 】 自然界中各种微生物混杂地生活在一起，要研究某种微生物的特 性，其先决条件必须使该微生物处于纯培养状态，也就是说，培养的 是微生物的一个种或株，培养中的所有细胞有着共同的来源，并且仅 是同一细胞的后代。 为了获得某种微生物的纯培养，一般是根据该微生物对营养、酸 碱度、氧等条件要求不同，而供给它适宜的培养条件，或加入某种抑 制剂造成只利于此茵生长，而抑制其他菌的生长，从而淘汰其他一些 不需要的微生物，再用稀释涂布平板法或稀释混合平板法或平板划线 分离法等分离、纯化该微生物，直至得到纯菌株。 2 2 1 菌种的筛选 菌种的稀释分离与培养是通过以下方法进行的： 1 稀释涂布平板法 ( 1 ) 倒平板培养基灭菌后，待冷却到5 5 - - , 6 0 c 时，在灭过菌的超 净工作台的火焰附近，把无菌培养皿打开一缝，迅速倒入培养基约 1 5 9 ，加盖后轻轻摇动