低氧氣調技術抑制絲織品霉菌生長應用研究

黃陽陽　李邦玉　崔　鳴　何麗麗　徐夢婷　查思雨

低氧氣調技術抑制絲織品霉菌生長應用研究

黃陽陽1李邦玉1崔鳴2何麗麗3徐夢婷4查思雨4

（1.蘇州市職業(yè)大學絲綢應用技術研究所江蘇蘇州215000；2.蘇州市職業(yè)大學電子信息工程學院江蘇蘇州215000；3.揚州大學生物科學技術學院江蘇揚州225001；4.蘇州市職業(yè)大學食品與檢測系江蘇蘇州215000）

低氧氣調技術能夠抑制霉菌生長且不對絲織品本身造成影響，但低氧氣調技術抑制絲織品上常見霉菌生長的研究比較少見。文章對絲織品上霉菌生長所需氧濃度閾值問題進行研究，利用綜合傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、無線供電等技術，開發(fā)相應試驗裝置及試驗方法，相應裝置和方法經驗證具有可行性。試驗結果顯示：絲織品上常見曲霉屬菌種桔青霉生長所需的環(huán)境氧濃度閾值為0.7%，低于此氧濃度閾值時桔青霉幾乎無生長。本研究可為低氧氣調技術在絲織品防霉方面的應用提供參考。

低氧氣調；絲織品；桔青霉；氧濃度閾值

絲綢是中國代表性的文化符號之一，絲織品往往具有較高的市場價值和藝術價值。但是，絲織品纖維的主要成分蠶絲蛋白質是霉菌生長的良好營養(yǎng)源，一旦在保藏過程中被霉菌孢子定殖，輔以適宜的溫濕度條件，絲織品上霉菌的繁殖將會非常迅速。此外，霉菌生長過程中會分泌多種酶降解蛋白質，不僅會對蠶絲纖維表面產生損壞，破壞其原有光澤度，還會引發(fā)綠、灰、白等各種雜色菌斑，嚴重影響絲織品的價值和美感。因此，針對絲織品防霉問題進行研究，具有非常現(xiàn)實的意義。

目前針對絲織品防霉處理，通常在采取環(huán)境溫濕度控制和除塵管理的基礎上，又主要分為化學防霉劑、氣體熏蒸、微波滅菌以及低氧氣調等不同技術方案[1-5]。其中化學防霉劑滲透能力強、防霉效果好、持久性強，但是試劑本身容易造成絲織品染料的浸出，且試劑的附著會對絲織品產生持續(xù)的影響；氣體熏蒸法主要采用環(huán)氧乙烷等具有殺菌作用的氣體，氣體能夠穿過微孔對絲織品形成全方位的接觸和消殺，但是環(huán)氧乙烷等具有殺菌作用的氣體本身具有一定的危險性，使用場景較為受限；相較而言，低氧氣調采用降低保藏微環(huán)境氧氣濃度，進而抑制霉菌生長的方法，不會影響絲織品本身，因此非常適合絲織品的防霉保藏這一應用場景。

然而當前低氧氣調技術應用研究的對象大多為糧食和食品，且缺乏有關絲織品上霉菌生長氧濃度閾值的試驗和論證過程[6-9]。因此，本文主要針對絲織品上常見的曲霉屬菌種，選取桔青霉作為對象，通過開發(fā)相應試驗裝置及試驗方法，確定其生長所需的最低氧濃度閾值，進而為低氧氣調技術在絲織品防霉方面的應用提供參考。

1 試驗材料與設備

1.1 試驗材料

桔青霉菌種（上海保藏生物技術中心），馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（上海博微生物科技有限公司），高純氮氣（蘇州金宏氣體有限公司），標準絲織物（上海市紡織工業(yè)技術監(jiān)督所），PET食品盒（30 cm×30 cm×20 cm，淄博盛邦塑料制品有限公司），ZE03-02氣體傳感器智能模組（鄭州煒盛電子科技有限公司），USR-C215bWi-Fi模塊（濟南有人物聯(lián)網(wǎng)技術有限公司），SD2506API-G集成電路模塊（深圳市興威帆電子技術有限公司），JLX19264C液晶模塊（深圳市晶聯(lián)訊電子有限公司），F(xiàn)antasy無線充電發(fā)射/接收器（東莞市虎門吉富電子廠），去離子水（自制）等。

1.2 試驗設備

SW-CJ-1F超凈工作臺（蘇州安泰空氣技術有限公司），YXQ-LS-50SⅡ高壓滅菌鍋（上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠），GX-65B熱空氣消毒箱（天津泰斯特儀器有限公司），SN-LSC-3離心機（上海尚普儀器設備有限公司）。

2 試驗方法

2.1 氧濃度及溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)

2.1.1 傳感器裝置開發(fā)及裝配效果

傳感器裝置如圖1（a）和圖1（b）所示，裝配效果如圖1（c）所示。傳感器裝置主要包括處理器、氧濃度傳感器、溫濕度傳感器、數(shù)據(jù)存儲器，具有Wi-Fi功能的USR-C215b物聯(lián)網(wǎng)模塊，以及能夠顯示氧濃度、溫濕度和日期時間的LCD液晶顯示模塊。其主要實現(xiàn)采集環(huán)境溫度、濕度、氧濃度，并實現(xiàn)本地顯示、本地存儲與網(wǎng)絡遠程發(fā)送功能。

該裝置的處理器使用32-bitCortexM3核處理器；氧濃度傳感器使用ZE06，分辨率為0.1%VOL，探測范圍0%VOL～25%VOL；溫濕度檢測使用SHT20傳感器，溫度檢測范圍為-40 ℃～120 ℃，檢測精度為±0.3 ℃，濕度檢測范圍為0%RH～100%RH，檢測精度為±3%RH，與處理器的I2C1連接。傳感器與Wi-Fi模塊以I2C總線的形式進行通信，此外Wi-Fi通信使用支持TCP/UDP協(xié)議、串口通信方式的USR-C215模塊，可以實現(xiàn)云平臺與處理器之間的通信。氧濃度和溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送頻率為10 s/次，傳感器依靠板上的USB接口受電。

圖1　傳感器及試驗裝置

2.1.2 監(jiān)測系統(tǒng)搭建

監(jiān)測系統(tǒng)整體框架主要包含氧濃度檢測裝置、無線路由器、管理軟件、有人云平臺和SqlServer云服務器等組成部分。電腦端安裝Sqlserver數(shù)據(jù)庫軟件，以及自編譯的管理軟件。管理軟件可顯示檢測點名稱、氧濃度、溫濕度以及日期時間等相關信息。傳感器裝置所采集到的氧濃度和溫濕度數(shù)據(jù)，會通過Wi-Fi路由器傳輸?shù)诫娔X端管理軟件，并同步到Sqlserver軟件數(shù)據(jù)庫，便于數(shù)據(jù)的存儲和導出。

傳感器系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)模塊參數(shù)設置完成后，將傳感器裝置通過吸盤固定到培養(yǎng)倉內壁上，同時在內壁上粘貼無線充電的接收模塊，模塊與傳感器裝置之間用USB數(shù)據(jù)線連接。與此同時，在培養(yǎng)倉外壁無線充電接收端的對應位置，安裝無線充電裝置的發(fā)射模塊，實現(xiàn)對培養(yǎng)倉內傳感器裝置的無線供電。

2.2 樣品制備與孢子接種

2.2.1 樣品制備及處理

將標準絲貼襯面料裁剪成直徑為4 cm的圓形樣品，然后用報紙對絲織物樣品進行包裹，放入干熱滅菌箱進行滅菌處理，滅菌箱溫度121 ℃，時間15 min，滅菌結束后取出樣品備用。

2.2.2 霉菌孢子液制備與接種

將10 mL無菌水倒入已培養(yǎng)好菌種的培養(yǎng)基上，用無菌接種環(huán)輕刮菌種表面洗出孢子。孢子液轉入離心管內4 000 r/min離心30 min，去上清液。再加入10 mL去離子水，4 000 r/min離心30 min，重復洗滌沉淀3次。將離心好的霉菌懸液搖勻，使用1 mL的無菌移液管吸取霉菌懸液1 mL，滴入標記好的培養(yǎng)基中，使用無菌涂布棒涂布，完成霉菌接種。

2.2.3 初始氧濃度調節(jié)

將含有霉菌孢子液、培養(yǎng)基和絲織物的培養(yǎng)皿，放入裝好傳感器裝置的PET食品盒中（食品盒作為霉菌培養(yǎng)倉），培養(yǎng)倉蓋子上有一個可以開閉的孔，通過向培養(yǎng)倉中充入氮氣調節(jié)含氧濃度。分別將含氧濃度調節(jié)為0.7%、1%、3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%、17%、19%、20.8%，待倉內氧氣濃度穩(wěn)定后，將培養(yǎng)倉倒置放入盛有無菌水的水箱內，液面超過培養(yǎng)倉封口高度，起到水封隔絕空氣的效果。最后將水箱蓋上蓋子，避免外界環(huán)境污染。

2.2.4 霉菌培養(yǎng)及觀察

在經紫外滅菌的實驗室中進行霉菌培養(yǎng)，培養(yǎng)時間7 d，空間環(huán)境溫度28 ℃。在培養(yǎng)倉內放入裝滿去離子水的培養(yǎng)皿，以提供充足的水分，保證倉內濕度能夠保持在80%左右。培養(yǎng)結束后，取出培養(yǎng)皿進行觀察與拍照，再進行霉菌與實驗室的滅菌處理。

3 結果與討論

3.1 絲織品上桔青霉生長所需氧濃度閾值分析

圖2是不同初始氧濃度條件下霉菌培養(yǎng)倉內氧濃度變化。培養(yǎng)倉內的環(huán)境溫度保持在（28±1）℃，濕度除了充入氮氣調控的初始階段，以后基本保持在（80±5）RH%，為適宜霉菌生長的環(huán)境溫濕度條件。

圖2　不同初始氧濃度條件下霉菌培養(yǎng)倉氧濃度變化

由圖2可知，霉菌培養(yǎng)0 h～24 h時段，培養(yǎng)倉的氧濃度下降速率相對較小，此時霉菌處于孢子萌芽和菌絲長成階段，對氧氣的消耗相對較小。霉菌培養(yǎng)24 h～84 h時段，培養(yǎng)倉的氧濃度下降速率明顯上升，此時霉菌處于快速繁殖階段，對氧氣的消耗加劇。霉菌培養(yǎng)84 h～168 h時段，所有樣品的培養(yǎng)倉內氧濃度下降速率都出現(xiàn)了放緩。這是由于培養(yǎng)皿空間、培養(yǎng)基營養(yǎng)源的限制，加之此時霉菌已經基本度過快速繁殖階段，因此耗氧速度相對減緩。

此外，在霉菌培養(yǎng)84 h～168 h時段，初始氧濃度為3%和1%的培養(yǎng)倉，倉內氧濃度下降至0.7%后不再下降。而初始氧濃度為0.7%的培養(yǎng)倉，其倉內氧濃度始終保持不變。由此可知，0.7%是桔青霉生長必需的環(huán)境氧濃度閾值。

3.2 氧濃度對絲織品上桔青霉生長的影響分析

圖3為不同初始氧濃度條件下培養(yǎng)7 d以后的桔青霉生長情況，圖中a～l樣品對應的培養(yǎng)倉初始氧濃度依次為0.7%、1%、3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%、17%、19%、20.8%。由圖3可知，隨著培養(yǎng)倉初始氧濃度的上升，桔青霉的增殖情況愈加明顯，菌落的數(shù)量更多、顏色更深。初始氧濃度20.8%的培養(yǎng)倉中樣品，桔青霉繁殖最為明顯。初始氧濃度為0.7%的培養(yǎng)倉中樣品，培養(yǎng)基上無明顯菌落生長，未產生對氧氣的消耗，這與圖2中該培養(yǎng)倉的氧濃度維持不變相一致。

圖3　不同初始氧濃度條件下培養(yǎng)7 d后桔青霉生長情況

4 結論

本文針對絲織品上常見曲霉屬菌種氧濃度閾值研究空白，研究開發(fā)了相應的試驗裝置和試驗方法，并選取了桔青霉進行不同初始氧濃度條件下霉菌培養(yǎng)試驗，主要得到了以下結論：

（1）針對霉菌生長所需氧濃度閾值問題，利用綜合傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、無線供電等技術開發(fā)了相應試驗裝置及試驗方法，經驗證具有一定的可行性，能夠為相應研究提供參考。

（2）通過試驗確定絲織品上常見曲霉屬菌種桔青霉生長所需的環(huán)境氧濃度閾值為0.7%，低于此氧濃度閾值時桔青霉幾乎無生長，這為低氧氣調技術在絲織品防霉方面的應用提供參考。

絲織品上常見菌種的種類較多，本文僅對曲霉屬中的桔青霉進行了試驗，后續(xù)還需針對其他菌種開展試驗，以拓展研究的深度和廣度。

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黃陽陽（1987- ），男，漢族，江蘇淮安人，工程師，研究方向為功能紡織品開發(fā)、絲綢文物保護技術。