苧麻混菌脫膠工藝研究

陳其國等

摘要：將培養(yǎng)36 h后的B3、B5種子液和培養(yǎng)48 h后的M1種子液，按照順序間隔12 h接種10 mL于裝有3 g苧麻[Boehmeria nivea （L.） Gaudich.]原樣、100 mL原始脫膠液的250 mL三角瓶中，通過單因素和正交試驗，得到苧麻最佳混菌脫膠工藝為按照B3B5M1接種順序，原始脫膠液pH 6，培養(yǎng)溫度35 ℃，轉速為150 r/min，脫膠時間60 h，在此條件下，苧麻脫膠率最高可以達到29.9%。

關鍵詞：苧麻[Boehmeria nivea （L.） Gaudich.]；混菌；脫膠

中圖分類號：TS123+.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）17-4253-03

苧麻[Boehmeria nivea （L.） Gaudich.]是蕁麻科（Urticaceae）多年生宿根性草本植物，有“中國草”之稱，是重要的紡織纖維作物。中國苧麻栽培面積和產(chǎn)量均居世界首位，占世界總產(chǎn)量的90%以上，是世界上苧麻最大生產(chǎn)國和原料及加工織物的輸出國[1]。

苧麻纖維脫膠是影響苧麻纖維紡織加工的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的化學脫膠方法存在著工藝流程長、工序多、勞動強度高、能耗大、成本高、廢水中有害化學成分不易回收、廢水色度深、堿性強、有機成分復雜等缺點[2]。另外纖維上或多或少會附著一部分化學物質(zhì)，殘留的化學物質(zhì)影響人體健康[3]。微生物脫膠則是利用微生物或微生物產(chǎn)生的酶將膠質(zhì)分解，其實質(zhì)就是“膠養(yǎng)菌，菌產(chǎn)酶，酶脫膠”循環(huán)的結果[4]。微生物脫膠作用條件溫和，對纖維損傷小，還能提高苧麻纖維的光澤度，可以滿足高質(zhì)量混紡產(chǎn)品的要求，處理后的麻纖維柔軟、蓬松，且具有良好的絲光感，極大地提高了苧麻纖維的紡紗支數(shù)、可紡性和染色性能，而且微生物法脫膠能耗少，對環(huán)境的污染小，更有利于環(huán)境保護[5]。本研究采用M1、B5、B3三株脫膠菌株對苧麻纖維進行脫膠處理，考察混合菌處理苧麻的脫膠效果，以期為苧麻高效脫膠提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

菌種：M1、B5、B3三株脫膠菌株，由武漢職業(yè)技術學院應用生物技術研究所提供。

苧麻：苧麻原麻。

培養(yǎng)基：①細菌斜面培養(yǎng)基。胰蛋白胨10 g，氯化鈉10 g，酵母提取物5 g，瓊脂15 g，水1 000 mL，pH 7.0 ，0.1 MPa高壓蒸氣滅菌20 min。②霉菌斜面培養(yǎng)基。葡萄糖10 g，蛋白胨5 g，KH2PO4·3H2O 1.0 g，MgSO4·7H2O 0.5 g，孟加拉紅0.03 g，瓊脂15 g，水1 000 mL，pH 自然，0.1 MPa高壓蒸氣滅菌20 min。③細菌液體種子培養(yǎng)基。胰蛋白胨1 g，氯化鈉1 g，酵母提取物0.5 g，水100 mL，pH 7.0 ，0.1 MPa高壓蒸氣滅菌20 min。④霉菌液體種子培養(yǎng)基。麩皮1.0 g，酵母膏0.6 g，KH2PO4·3H2O 0.1 g，MgSO4·7H2O 0.05 g，氯化鈉0.5 g，水100 mL，pH 6.0，0.1 MPa高壓蒸氣滅菌20 min。⑤原始脫膠液培養(yǎng)基。Na2HPO4·12H2O 1 g，NH4Cl 2 g， MgSO4·7H2O 0.2 g，KCl 0.2 g，蛋白胨0.1 g，牛肉膏 0.2 g，水100 mL，pH 自然，0.1 MPa高壓蒸氣滅菌20 min。

主要儀器：HQ45Z型恒溫搖床；101-2AB型電熱鼓風干燥箱；DH5000AB型電熱恒溫培養(yǎng)箱；YXQ-LS-75SII型立式壓力蒸氣滅菌器。

1.2 試驗方法

1.2.1 菌種活化 將菌株B5、B3、M1分別接種到細菌、霉菌斜面培養(yǎng)基上，在30 ℃下培養(yǎng)48 h。

1.2.2 種子液的制備 用接種環(huán)分別挑取一環(huán)斜面培養(yǎng)基上的細菌和霉菌，接種到裝有100 mL細菌和霉菌液體種子培養(yǎng)基的250 mL三角瓶中，于30 ℃恒溫，150 r/min振蕩培養(yǎng)，細菌培養(yǎng)36 h，霉菌培養(yǎng)48 h。

1.2.3 脫膠率的測定 脫膠率根據(jù)下式計算：

GL=■×100%

式中，GL為脫膠率，%；G0為脫膠前苧麻的質(zhì)量（即自然晾曬干的苧麻質(zhì)量減去含水量），g； Gr為脫膠后苧麻的質(zhì)量（即苧麻烘干至恒重后的質(zhì)量），g[6]。

1.2.4 混菌脫膠條件的優(yōu)化 將細菌B5、B3種子液和霉菌M1種子液按一定比例加入定量的苧麻和水中，在振蕩培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)，進行苧麻混菌脫膠試驗。脫膠完成后取出麻樣，充分洗滌，85 ℃烘至恒重，稱量計算苧麻脫膠后的脫膠率。利用單因素試驗考察3種菌株種子液的接種順序、轉速、溫度和時間對苧麻脫膠率的影響，并在單因素試驗的基礎上設計正交試驗。

2 結果與分析

2.1 菌種添加順序對苧麻脫膠效果的影響

將培養(yǎng)36 h后的 B5、B3種子液和培養(yǎng)48 h后的M1種子液，按不同順序間隔12 h接種10 mL于裝有3 g 苧麻原樣、100 mL原始脫膠液的250 mL三角瓶中，30 ℃恒溫培養(yǎng)，100 r/min 搖瓶脫膠60 h，考察不同菌種添加順序對苧麻脫膠效果的影響，結果如表1所示。由表1可以看出，3個菌株混合脫膠的苧麻脫膠率最低為19.8%，其中接種順序為B3B5M1的脫膠效果最佳，脫膠率達到24.4%，表現(xiàn)出較強的協(xié)同作用，因此后續(xù)試驗中采用B3B5M1的混合接種順序。

2.2 溫度對苧麻脫膠效果的影響

將培養(yǎng)36 h后的 B5、B3種子液和培養(yǎng)48 h后的M1種子液，采用B3B5M1的混合接種順序，間隔12 h接種10 mL于裝有3 g 苧麻原樣、100 mL原始脫膠液的250 mL三角瓶中，28、35、37、40 ℃恒溫培養(yǎng)，100 r/min 搖瓶脫膠60 h，考察不同溫度對苧麻脫膠效果的影響，其結果如表2所示。由表2可以看出，隨著脫膠溫度的不斷升高，苧麻脫膠率先升高后下降，溫度為35 ℃時，混合菌株對苧麻脫膠的效果最好，苧麻脫膠率達到25.1%。主要原因是溫度過低時，脫膠菌株生長緩慢甚至停止生長，酶活力降低，脫膠效果差。根據(jù)微生物的生長規(guī)律，在一定溫度范圍內(nèi)，微生物的生長繁殖和代謝活動隨著溫度的上升而增加，但是當溫度上升到一定的程度時，則開始對微生物生長繁殖和代謝活動產(chǎn)生不利的影響[7]，溫度高于35 ℃時，菌株的繁殖和酶的活性受到抑制，尤其是菌株M1的代謝活力下降，混合菌株的協(xié)同脫膠作用降低，從而導致脫膠率降低。

2.3 轉速對苧麻脫膠效果的影響

將培養(yǎng)36 h后的 B5、B3種子液和培養(yǎng)48 h后的M1種子液，采用B3B5M1的混合接種順序，間隔12 h接種10 mL于裝有3 g 苧麻原樣、100 mL原始脫膠液的250 mL三角瓶中， 35 ℃恒溫培養(yǎng)，100、120、150、180 r/min 搖瓶脫膠 60 h，考察不同轉速對苧麻脫膠效果的影響，結果如表3所示。由表3可知，轉速對混菌脫膠效果的影響并不是很大，其中轉速在150 r/min時的脫膠效果最好，苧麻脫膠率為25.7%。之后再增加轉速，脫膠率反而有所下降。

2.4 原始脫膠液pH對苧麻脫膠效果的影響

將培養(yǎng)36 h后的B5、B3種子液和培養(yǎng)48 h后的M1種子液，采用B3B5M1的混合接種順序，間隔12 h接種10 mL于裝有3 g苧麻原樣、100 mL原始脫膠液的250 mL三角瓶中，35 ℃恒溫培養(yǎng)，150 r/min搖瓶脫膠60 h，分別調(diào)節(jié)原始脫膠液的pH至5、6、7、8，考察不同pH對苧麻脫膠效果的影響，結果如表4所示。由表4可知，隨著原始脫膠液pH的升高，苧麻脫膠率先升高后降低，pH 6時，混合菌株對苧麻的脫膠效果最好，其脫膠率達到29.1%。pH是影響微生物生長的重要環(huán)境因素之一，且每種微生物都有其最適生長的pH，過高或者過低的pH都會影響微生物的生長和代謝，而且影響其分泌酶的數(shù)量和酶活性[7]，從而導致脫膠效果差，脫膠率較低。

2.5 脫膠時間對苧麻脫膠效果的影響

將培養(yǎng)36 h后的 B5、B3種子液和培養(yǎng)48 h后的M1種子液，采用B3B5M1的混合接種順序，間隔12 h接種10 mL于裝有3 g 苧麻原樣、100 mL原始脫膠液（pH 6）的 250 mL 三角瓶中， 35 ℃恒溫培養(yǎng)，150 r/min搖瓶脫膠36、48、60、72 h，考察不同脫膠時間對苧麻脫膠效果的影響，結果如表5所示。由表5可知，隨著時間的延長，脫膠菌的數(shù)量進一步增加，分泌脫膠酶的數(shù)量和活力逐步上升，苧麻脫膠率獲得較快的提升；脫膠60 h時，苧麻脫膠率最高，之后隨著脫膠時間的延長，營養(yǎng)成分過多消耗，導致脫膠菌的產(chǎn)酶能力逐步下降，脫膠率處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明混合菌株的脫膠過程已經(jīng)趨于完成。從生產(chǎn)角度考慮，苧麻脫膠時間以60 h較為合適。

2.6 混菌脫膠條件的正交優(yōu)化結果

在前期單因素試驗的基礎上，選取脫膠溫度、轉速、脫膠液原始pH、脫膠時間，按照L9（34）正交表進行4因素3水平正交試驗，試驗因素與水平見表6。

以苧麻脫膠率為指標確定混菌最佳脫膠條件，正交試驗結果見表7。由表7可以看出，影響苧麻混菌脫效果的順序為A>C>D>B，即脫膠溫度的影響最大，其次是脫膠液原始pH，影響因素較弱的是脫膠時間，最弱的是轉速。苧麻混菌脫膠條件的最佳組合是A2B3C1D2，即脫膠溫度35 ℃、轉速150 r/min、pH 6、脫膠時間60 h的條件下苧麻混菌脫膠效果最好，在此條件下，脫膠率達29.9%。

3 結論

B5、B3、M1三種菌株進行混菌脫膠過程中，接種順序對脫膠效果的影響較大，按B3B5M1順序接種脫膠，脫膠效果最佳。將培養(yǎng)36 h后的 B5、B3種子液和培養(yǎng)48 h后的M1種子液，采用B3B5M1的混合接種順序，間隔12 h接種10 mL于裝有3 g苧麻原樣、100 mL原始脫膠液（pH 6）的250 mL三角瓶中， 35 ℃恒溫培養(yǎng)，150 r/min搖瓶脫膠60 h，苧麻脫膠率最高可以達到29.9%。

參考文獻：

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