除臭菌液對天然橡膠鮮膠乳生物凝固效果的影響*

丁 麗,張北龍，黃茂芳，桂紅星，王永周

(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣東 湛江 524001)

鮮膠乳微生物凝固是一種新型的凝固方式，因其避免了酸凝固方式對生膠質(zhì)量的破壞，所制得的產(chǎn)品性能能夠達到子午線輪胎膠的要求，我國的科研人員一直在致力于研究適合我國國情的鮮膠乳微生物凝固工藝。近幾十年來，我國三大熱作墾區(qū)的農(nóng)墾總局以及云南熱帶作物研究所、中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所、海南大學等都先后進行了鮮膠乳微生物凝固工藝的研發(fā)[1-7]，這些研究工作論證了微生物凝固比酸凝固更能維持天然橡膠物理與機械性能的優(yōu)越性，同時也提出了應用推廣微生物凝固工藝必須要解決的問題，其中一點就是微生物凝固膠如果不及時加工會有比酸凝固更容易發(fā)臭的現(xiàn)象。

在橡膠初加工中，凝膠塊堆積現(xiàn)象時常發(fā)生，凝膠塊發(fā)臭不僅造成環(huán)境污染，影響工人身心健康，還會嚴重干擾工人的工作情緒以及周圍居民的正常生活。以往工廠避免凝膠塊發(fā)臭的方法為浸泡、淋水、化學遮蔽，這些方法通常起不到很好的效果。在前人研究基礎上[8-13]，結(jié)合現(xiàn)有的生物除臭技術(shù)將具有除臭作用的菌種培養(yǎng)液以一定比例混入生物凝固液中，讓這種除臭菌遍布于整個膠凝塊中，使之在貯存、加工中減輕凝膠塊臭氣的釋放。本研究通過觀察生物凝固的效果并結(jié)合氣味檢測儀及頂空進樣固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜儀聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)分析凝膠塊揮發(fā)性成分的變化情況，對除臭菌株的使用效果進行評價。

1 實驗部分

1.1 原料

新鮮膠乳：干膠質(zhì)量分數(shù)為28%，廣東湛江曙光農(nóng)場提供；鮮膠乳微生物凝固液和除臭菌培養(yǎng)液：中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所提供。

1.2 儀器設備

XP-329m氣味檢測儀：日本新宇宙電機株式會社；GC-MSQP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：日本島津公司；自動頂空進樣器：瑞士CTC 分析儀器股份有限公司。

1.3 橡膠濕凝塊的準備

稱取1 kg天然橡膠鮮膠乳4份，分別加入4種不同液體進行凝固：加入用100 mL水稀釋過的4 mL甲酸制備酸凝固濕凝塊；加入100 mL鮮膠乳微生物凝固液制備生物凝固濕凝塊；加入混勻的75 mL鮮膠乳微生物凝固液和25 mL的除臭菌培養(yǎng)液制備除臭菌生物凝固濕凝膠塊，制備自然凝固濕凝塊只需加100 mL清水，各液體加入攪拌均勻后靜置并觀察凝固效果。

1.4 濕凝塊的氣味變化

將凝固后的膠凝塊瀝干水分后各自放置在樣品袋或小口容器中，并保證其仍能與外界空氣相通，用氣味檢測儀連續(xù)觀察橡膠凝塊貯存期氣味的變化情況。

1.5 頂空固相微萃取

將2 g樣品裝入20 mL專用樣品瓶內(nèi),在70 ℃下預熱10 min，同時以250 r/min的速度振蕩，纖維頭在70 ℃吸附5 min 后,進入GC的進樣口并在250 ℃下解吸1 min。

1.6 GC-MS 分析條件

色譜條件：Rtx- 5ms色譜柱；恒壓100 kPa；進樣口溫度280 ℃；載氣He；色譜柱初始溫度30 ℃,2 min后升溫到180 ℃(速率5 ℃/min),1 min后再升溫至280 ℃(速率5 ℃/min)維持2 min，不分流進樣。

質(zhì)譜條件：EI離子源溫度 200 ℃，掃描范圍20～450M/Z,譜圖檢索采用儀器自帶的質(zhì)譜庫進行檢索。

2 結(jié)果與討論

2.1 幾種凝固方式的凝固效果對比情況

幾種膠乳凝固方式的凝固效果對比情況見表1。

表1 不同凝固方式的凝固效果對比情況

由表1可見，除臭菌液參與生物凝固時雖會對生物凝固速度有一定影響但影響不大。

2.2 各凝塊存放期氣味變化

幾種濕凝塊在貯存期內(nèi)的氣味變化情況用氣味檢測儀測量的結(jié)果如圖1所示。用SAS9.0軟件對各測量值進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的結(jié)果見表2與表3。

存放天數(shù)/d圖1 幾種凝膠塊存放期氣味檢測儀測量結(jié)果曲線

表2 ANOVA方差分析1)

1)F值為兩個均方的比值，即因素項/誤差項；Pr>F為顯著性檢驗，其值<0.05為差異顯著，<0.01為差異極顯著，>0.05為差異不顯著。

表3 測量結(jié)果的差異分析

從圖1可以看出,除臭菌的添加可以明顯降低氣味測量儀的測量數(shù)據(jù)，由表2和表3數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以看出，各凝膠塊存放期氣味變化差異極其顯著，凝固方式可以影響凝膠塊的氣味變化，酸凝固膠塊和自然凝固膠塊的氣味差異不顯著，而自然凝固膠塊、生物凝固膠塊、加有除臭菌液的生物凝固膠塊之間的氣味差異明顯，說明生物凝固方式對橡膠濕凝塊貯存期間揮發(fā)性成分影響較大，而除臭菌液減輕了這種影響。

2.3 各橡膠濕凝塊揮發(fā)性成分分析

對4種橡膠濕凝塊進行GC-MS上機分析，各濕凝膠塊氣味組分的GC-MS分析譜圖見圖2。

時間/min(a) 自然凝固膠

時間/min(b) 酸凝固膠

時間/min(c) 生物凝固膠

利用質(zhì)譜儀分析出來的組分先排除干擾再按面積歸一化法計算后，通過儀器自帶的數(shù)據(jù)庫進行分析，從自然凝固濕膠塊檢測出42種揮發(fā)性成分，從酸凝固濕膠塊中檢測出44種揮發(fā)性成分，從生物凝固濕膠塊中檢測出57種揮發(fā)性成分，從加有C1375除臭菌液的生物凝膠塊中檢測出52種揮發(fā)性成分。4種濕凝塊所檢測出的質(zhì)量分數(shù)超過1%的揮發(fā)性成分有26種，多為酯類、烯類、含硫化合物及含苯環(huán)化合物，質(zhì)量分數(shù)超1%的共同成分有6種。相比較而言，自然凝固膠、生物凝固膠、除臭菌生物凝固膠之間含有較多的共同成分，而酸凝固濕膠塊的成分與其它凝固膠差異較大。

2.4 除臭菌株對生物凝固膠塊揮發(fā)性成分的影響

從檢測出的結(jié)果來看，生物凝固濕膠塊含有57種揮發(fā)性成分，加有除臭菌液的生物凝膠塊含有52種揮發(fā)性成分，其中有33種揮發(fā)性成分相同，多為醇、酮、酯、烷烴、萜烯類以及苯系化合物，且含量各異?？梢姵艟旱募尤雽ι锬棠z的揮發(fā)性成分的種類和含量均有一定程度的影響。2種凝固膠塊所含各類揮發(fā)物的情況見表4。

表4 2種凝固膠塊所含各類揮發(fā)物情況

由表4可知，2種生物凝固膠塊所檢出的各類化合物數(shù)量和含量均有一定差異，但各類化合物在2種凝膠塊中的分布比例卻仍然接近。加有除臭菌液的生物凝固膠與原生物凝固膠相比烷烯類化合物含量升高，苯系化合物含量降低。

對于天然橡膠的揮發(fā)性組分的分析研究，J Sakdapipanich曾用氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)檢測標準泰國分級天然橡膠的氣味，分析了各級干膠的主要揮發(fā)性成分[14]；Niramol Juntarachat通過嗅辨儀和氣質(zhì)聯(lián)用分析了5號和10號標準天然橡膠干膠產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)2，6-二甲氧基苯酚、三甲胺以及短鏈脂肪酸是干膠散發(fā)難聞氣味的主要原因，同時還發(fā)現(xiàn)苯酸對這種氣味有遮蔽作用[15]。對于橡膠初加工企業(yè)來說，濕凝塊所引發(fā)的臭氣比干膠臭氣更讓人難以忍受，而目前對于橡膠濕凝塊的揮發(fā)性組分研究并不多。筆者從近年來對不同凝固方式得到的橡膠濕凝塊與干膠的揮發(fā)性組分分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)[16-18]，濕膠塊的揮發(fā)性組分與干膠的揮發(fā)性組分有明顯差異，同時還發(fā)現(xiàn)，凝膠塊凝固方式不同所含有的揮發(fā)性成分不同，其中酸凝固凝膠塊與其它3種凝固方式(自然凝固、生物凝固、除臭菌生物凝固)所得到的凝膠塊差異相對更大。

結(jié)合以往的研究數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，對自然凝固凝膠塊揮發(fā)性氣味貢獻最大的依次為L-檸檬烯、3-甲基吲哚、苯、α-蒎烯。L-檸檬烯有石油等輕度化學品氣味，3-甲基吲哚俗稱糞臭素，苯也有特殊氣味，α-蒎烯有松節(jié)油氣味，這些物質(zhì)與其它微量揮發(fā)性物質(zhì)一起使自然凝固凝膠塊在貯存過程中釋放特殊氣味。對酸凝固凝膠塊氣味影響最大的是甲基丙烯醚、L-檸檬烯、二甲基二硫化物和3-甲基丁酸酯。其中二甲基二硫化物有惡臭味，在一定濃度下能引起急性中毒。而在生物凝固濕膠塊中苯酚、3-甲基吲哚、L-檸檬烯的相對質(zhì)量分數(shù)都達到了10%以上，苯酚有特殊氣味，再加上3-甲基吲哚和L-檸檬烯，使得生物凝膠塊貯存期間散發(fā)的氣味讓人難以忍受。加有除臭菌液的生物凝固膠塊的主要揮發(fā)性成分依次為二甲基三硫醚、L-檸檬烯、苯，其含量和種類都比前3種凝固方式有所降低。苯酚被降到了1%以下，3-甲基吲哚從自然凝固中的12.98%降低到2.35%，L-檸檬烯由最高20.35%降到9.17%，跟氣味檢測儀數(shù)據(jù)吻合。

3 結(jié) 論

(1) 除臭菌液的加入對鮮膠乳生物凝固效果有一定影響，但影響不大。

(2) 加有除臭菌液的生物凝固膠與原生物凝固膠相比烷烯類化合物含量升高，苯系化合物含量降低，能有效減輕濕膠塊發(fā)臭程度。

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