紅茶菌生物面料的特性及創(chuàng)新運(yùn)用

留隆宇，甄 超，蔡 濤

（1.閩南理工學(xué)院 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，福建 石獅 362700；2.石獅市中紡學(xué)服裝及配飾產(chǎn)業(yè)研究院，福建 石獅 362700）

紅茶菌生物膜是生長于傳統(tǒng)紅茶菌液表面的乳白色凝膠狀半透明薄膜[1]，是以紅茶茶水、糖為原材料，利用醋酸菌和酵母菌等多種微生物發(fā)酵而來的，其主要成分為細(xì)菌纖維素，是通過天然生長而成的納米級細(xì)菌纖維膠狀膜體。其因干燥后膜體呈現(xiàn)半透明動(dòng)物皮質(zhì)狀態(tài)，具有不易破損、保暖性等面料特征，故可被運(yùn)用于服裝或者其他紡織類產(chǎn)品中，又被稱為紅茶菌生物面料。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

紅茶菌的起源最早可追溯到我國秦朝時(shí)期，后在公元414 年作為一種藥材流傳到日本，又通過貿(mào)易路線傳播到俄羅斯和東歐，是我國古老傳統(tǒng)的養(yǎng)生型飲料[2]。近年來，許多高校學(xué)生研究紅茶菌膜并將其運(yùn)用到服飾中，2020 年中央美術(shù)學(xué)院趙雪薇嘗試?yán)眉t茶菌作為手工材料，并設(shè)計(jì)制作了《星球壹號》隨身包和《手包壹號》雜物收納包等[3]。2021 年北京服裝學(xué)院藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院學(xué)生郭力瑄利用紅茶菌膜進(jìn)行染色創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)并設(shè)計(jì)了《KOMBUCHA/噬·能》系列服裝[4]。

英國設(shè)計(jì)師Suzanne Lee 研究紅茶菌 “生態(tài)紡織品”，成功將紅茶菌運(yùn)用于服裝（如圖1 所示）。

圖1 Suzanne Lee 利用紅茶菌制作服裝

2 紅茶菌膜的特性

2.1 納米級纖維

紅茶菌中富含多種桿菌，木醋桿菌便是其中一種，漢遜氏葡糖醋桿菌又被稱為木醋桿菌，能夠產(chǎn)生細(xì)菌纖維素BC（Bacterial Cellulose，簡稱BC）。BC 微纖絲帶寬40～100nm，長幾微米至十幾微米，屬于一維生物納米纖維[5]。

2.2 韌性強(qiáng)

紅茶菌膜在晾干過程中應(yīng)注意防止過干。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若晾制過程中，未涂抹椰油，或晾曬過干，晾干后的紅茶菌膜較易碎；若在晾制過程中多次抹油，且緩慢晾干，晾干后紅茶菌膜手感較好，且韌性較強(qiáng)，可滿足作為服裝面料的基本要求。

2.3 易染色性

紅茶菌膜生長于紅茶水中吸水性好，是較好的生物相容性材料，能夠在綠色環(huán)保染料的培養(yǎng)液中生長不受阻礙，因此獲得的紅茶菌生物膜相較于傳統(tǒng)染整材料更加環(huán)保。Suzanne Lee 嘗試使用靛藍(lán)、鐵離子、植物色素等天然色素進(jìn)行染色，發(fā)現(xiàn)紅茶菌膠質(zhì)膜具有優(yōu)良的染色效果[6]。

2.4 醫(yī)用特性

馬霞等在大鼠背部造成一定大小的皮膚傷口后，在表面敷以細(xì)菌纖維素膜，結(jié)果證明了細(xì)菌纖維素膜作為創(chuàng)傷性敷料的可行性[7]。

2.5 可降解性

將細(xì)菌纖維素埋入土壤進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)未降解的細(xì)菌纖維素膜完整、致密有光澤，經(jīng)兩個(gè)月填埋后，細(xì)菌纖維素膜被部分降解，分散成若干邊緣不規(guī)則的碎片，膜表面有小孔，表面暗淡。

2.6 純度高

植物纖維素多含有果膠和木質(zhì)素，需要通過物理、化學(xué)、生物等方法進(jìn)行纖維素提取，提純較為困難，而紅茶菌中的纖維素以100%纖維素的形式存在，不含果膠、木質(zhì)素等其他雜質(zhì)，提純?nèi)菀住?/p>

3 從感官分析紅茶菌膜

3.1 視覺

未晾干的紅茶菌膜與晾干后的紅茶菌膜有較大區(qū)別，未晾干的紅茶菌膜含有大量的水分，呈現(xiàn)米白色，有皮膚的自然肌理感，又酷似海蜇的皮，故被稱為“海寶”。而晾干后的紅茶菌膜呈現(xiàn)的膠質(zhì)膜顏色呈土黃色、棕色和卡其色，隨著培養(yǎng)次數(shù)、培養(yǎng)時(shí)間和培養(yǎng)液顏色的不同呈現(xiàn)不同的顏色，表面肌理與皮革和PVC極其相似，但又有所不同，菌膜更加薄而透，具有獨(dú)特的生物美感，向人們傳達(dá)著綠色可持續(xù)發(fā)展的理念。

3.2 觸覺

紅茶菌膜是一種生物薄膜。根據(jù)分析，其菌體是酵母菌、乳酸菌和醋酸菌的共生物，是天然形成的生物材料，表面粗糙度低，手感柔軟輕薄，與皮革極其相似，平滑舒適，無刺癢感，具有一定的韌性。

3.3 味覺

紅茶菌是民間傳統(tǒng)的酸性飲料，其中含有多種有機(jī)酸（包括乳酸、醋酸、蘋果酸、丙酮酸、葡糖 酸、葡萄糖醛酸等）、氨基酸、B 族維生素、多酚和部分水解酶等代謝產(chǎn)物和生物活性物質(zhì)[8]，因此紅茶菌具有較強(qiáng)的酸性。紅茶菌膜生長于紅茶菌液中，也具有較強(qiáng)的酸性，因此菌膜處理時(shí)常需要進(jìn)行脫酸處理。

4 紅茶菌膜面料的培養(yǎng)

紅茶菌膜是將茶、糖、水按1∶10∶100 比例配置，利用紅茶菌菌群培養(yǎng)形成的一種生物細(xì)菌纖維素材料，屬于生物組裝材料。

4.1 材料準(zhǔn)備

1000mL 水（自來水）、100g 綿白糖、10g 茶葉（紅茶、綠茶均可）、2 片紅茶菌原片+100mL 母液、100mL量杯、2000mL 量筒、電子秤、濾網(wǎng)、培養(yǎng)容器（容量2L，材質(zhì)選擇塑料或玻璃等非金屬類別）、紗布。

4.2 菌膜培養(yǎng)過程

4.2.1 制作培養(yǎng)液

用量筒量取1000mL 水，加入鍋中煮至沸騰，加入10g 茶葉或茶包浸泡或慢煮15min，用濾網(wǎng)將茶葉濾凈，加入100g 綿白糖，攪拌至溶解，倒入培養(yǎng)容器放涼至低于30℃（注：培養(yǎng)過程中必須進(jìn)行滅菌處理，避免其他菌類混入培養(yǎng)液中導(dǎo)致培養(yǎng)失?。?。

4.2.2 制造紅茶菌培養(yǎng)基

將菌種和母液倒入培養(yǎng)容器中混合，利用無菌紗布覆蓋，防止灰塵和蟲卵落入，同時(shí)給菌液氧氣呼吸。將容器放置在陰暗環(huán)境避免陽光直接照射，培養(yǎng)期間應(yīng)避免移動(dòng)容器，培養(yǎng)周期約為2～6 周后會(huì)形成2cm左右的菌膜（冬季較冷，需培養(yǎng)4～6 周；夏季較熱，需培養(yǎng)2～4 周），菌膜培養(yǎng)過程如表1 所示。

表1 菌膜培養(yǎng)過程

4.2.3 菌膜后整理

4.2.3.1 脫酸實(shí)驗(yàn)

紅茶菌膜呈酸性，味道較為刺鼻，難以被人接受，因此取出菌膜后必須進(jìn)行脫酸處理。

實(shí)驗(yàn)器材：2L 以上容器、一次性手套、1L 量筒。

實(shí)驗(yàn)方案：將紅茶菌膜從母液中取出，用清水洗凈并完全泡入2L 水中，每日測量紅茶菌膜中殘留水分的pH 值，直至pH 數(shù)值達(dá)到5～6（如表2 所示），并分析其脫酸情況，同時(shí)對比浸泡前后菌膜特性。

表2 脫酸實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)紅茶菌膜未泡水時(shí)pH 為1～2,經(jīng)過三天浸泡pH 值明顯變大，四天后可達(dá)到5～6。隨著浸泡天數(shù)的增加，紅茶菌膜酸性減弱，因此可通過該方法進(jìn)行脫酸實(shí)驗(yàn)去除紅茶菌膜的酸味。同時(shí)，通過對比浸泡前后菌膜特性，發(fā)現(xiàn)浸泡后紅茶菌膜更加輕薄，但柔韌性變差，菌膜易碎片，但菌膜透明度更佳。

4.2.3.2 脫水

紅茶菌膜吸水性較強(qiáng)，菌膜中含有大量水分，需要進(jìn)行晾干處理。將脫酸處理后的菌膜平鋪在模板或塑料板上，通風(fēng)晾干，在晾至半干狀態(tài)時(shí)涂抹椰油（玉米油）并進(jìn)行反復(fù)揉搓，可防止晾干后菌膜過硬、易碎。

4.2.3.3 培養(yǎng)液染色

第一種染色方式為采用天然染料。利用蘇木、梔子果、黑枸杞泡水并加入茶水中煮沸騰，分別制作黃色、橙黃色、紫色天然色素培養(yǎng)液，通過培養(yǎng)觀察其是否能形成不同顏色紅茶菌膜。通過培養(yǎng)觀察發(fā)現(xiàn)天然染料培養(yǎng)出的菌膜色彩較暗，呈現(xiàn)小斑點(diǎn)狀細(xì)菌獨(dú)有的染色效果。

第二種染色方式為采用化學(xué)染料。紅茶菌膜生長于紅茶菌液，在紅茶菌培養(yǎng)液中加入化學(xué)顏料，驗(yàn)證紅茶菌膜能否直接在化學(xué)染料中形成和能否直接通過培養(yǎng)液進(jìn)行上色（如圖2 所示），減少染色對環(huán)境造成破環(huán)。

圖2 紅茶菌膜染色過程

通過染色實(shí)驗(yàn)得知，紅茶菌膜濕態(tài)下易吸水染色（如圖3 所示），在干態(tài)染色后易掉色（如圖4 所示），色牢度欠佳。

圖3 紅茶菌膜濕態(tài)染色濕態(tài)效果

圖4 紅茶菌膜濕態(tài)染色晾干后效果

紅茶菌材料作為半成品開發(fā)材料，人們可對其制作工藝進(jìn)行再優(yōu)化，同時(shí)可以對紅茶菌膜進(jìn)行染色處理，去滿足不同的色彩需求，使得材料藝術(shù)視覺感更加強(qiáng)烈，同時(shí)使服裝更具舒適性。BioCouture 公司利用紅茶菌膜染色，設(shè)計(jì)制作了生物牛仔夾克“Bio-denim Jacket”；設(shè)計(jì)師薩莎·勞琳（Sacha Laurin）結(jié)合天然染色和人工工藝，對紅茶菌的色彩和光澤進(jìn)行了設(shè)計(jì)創(chuàng)新，使紅茶菌膜可以呈現(xiàn)出不同材料的視覺感受[9]。

5 紅茶菌膜在服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與展望

5.1 立體造型

紅茶菌膜在半干狀態(tài)下經(jīng)反復(fù)揉搓后具有一定程度的韌性，可利用其特點(diǎn)，將紅茶菌貼附在模具上進(jìn)行塑型，或通過人為捏造立體造型。BioCouture 公司最先提出了生物時(shí)裝的設(shè)計(jì)構(gòu)想，并利用此立體塑型工藝制作了服裝和鞋包等（如圖5 所示）。由于紅茶菌膜具有立體可塑性，因此可運(yùn)用在服裝造型設(shè)計(jì)和成衣一體成型中，簡化服裝縫制工藝流程，降低生產(chǎn)成本。

圖5 BioCouture 公司生物時(shí)裝

5.2 雕花

2020 年1 月，設(shè)計(jì)師Emily 利用激光切割改造紅茶菌紡織材料，她將紅茶菌面料不斷視覺化，在其設(shè)計(jì)的紅茶菌系列“皮質(zhì)”燈具（如圖6 所示）中，可觀察到燈具在燈光的照射下可呈現(xiàn)出細(xì)菌的生長脈絡(luò)和無序生長的生命活力[4]。紅茶菌膜具有較好的透光性，可運(yùn)用在家居產(chǎn)品中，同時(shí)在服裝中可運(yùn)用于裙子、披肩等部位，利用雕花模仿鏤空面料進(jìn)行創(chuàng)意研究（如圖7 所示），使自然光穿透其中，展現(xiàn)出若隱若現(xiàn)的生物美感。

圖6 紅茶菌系列“皮質(zhì)”燈具

圖7 雕花鏤空設(shè)計(jì)

5.3 包邊工藝

由于紅茶菌膜具有裁剪后不卷邊、不毛邊的特點(diǎn)，可將紅茶菌運(yùn)用在服裝的包邊工藝上（如圖8 所示），從而解決服裝邊緣部分毛邊難以縫合及鎖邊不美觀等問題。

圖8 自制紅茶菌材料包邊

6 結(jié)語

近年來，人們開始反思服裝行業(yè)的污染問題，并尋找可替代性材料，而紅茶菌生物面料正是其中一種。生物面料是生物學(xué)在面料領(lǐng)域創(chuàng)新開發(fā)的產(chǎn)物，是一種可持續(xù)、零容忍的新型面料，是人們通過生物印刷或生物組裝技術(shù)，將活細(xì)胞、生物活性分子、生物材料、細(xì)胞聚集體或混合細(xì)胞材料構(gòu)造物進(jìn)行技術(shù)處理，使其自動(dòng)生成的成熟的組織材料。紅茶菌膜與傳統(tǒng)生物面料不同，其擁有特殊的生物美感和生物特性，可通過優(yōu)化紅茶菌生物膜的制造流程、創(chuàng)新紅茶菌生物膜應(yīng)用場景等，使其能夠運(yùn)用于不同方面，如服裝、鞋包、服裝吊牌、產(chǎn)品包裝等方面。此種面料具有諸多優(yōu)點(diǎn)，它不僅是納米級纖維材料，還具有韌性強(qiáng)、易染色、可降解、純度高等特點(diǎn)，且未來還可能用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。另外，通過“種植”紅茶菌膜服裝，還可以有效地減少時(shí)尚產(chǎn)業(yè)造成的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等現(xiàn)象,對可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)具有實(shí)踐意義。