亞麻粗紗脫膠微生物的選育與應(yīng)用.pdf

1、亞麻(拉丁學(xué)名:Linumusitatissimum)，數(shù)千年以來一直是人類優(yōu)質(zhì)纖維的來源，如今不僅能用于紡紗織造，也被廣泛應(yīng)用于高性能復(fù)合材料等前沿領(lǐng)域。在亞麻纖維的紡紗過程中，存在著一道工序:亞麻粗紗濕紡細(xì)紗過程前，需要對(duì)粗紗進(jìn)行脫膠。傳統(tǒng)上，亞麻粗紗脫膠使用一種高溫堿煮的方法。這種方法，不僅消耗了大量熱能，更產(chǎn)生了化學(xué)污染的排放。本研究基于現(xiàn)代微生物工程理論，考慮利用生物菌株發(fā)酵液或提純酶液進(jìn)行亞麻粗紗脫膠的微生物方法，為替代傳統(tǒng)

2、化學(xué)方法，提供了一種可能。
　　目前苧麻的生物脫膠工藝已經(jīng)比較成熟而亞麻的生物脫膠手段包括細(xì)菌和酶脫膠的研究都相對(duì)不夠成熟。本研究在前人的基礎(chǔ)上，構(gòu)建技術(shù)路線涉及微生物學(xué)研究和脫膠工藝研究?jī)刹糠?。傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)法，通過稀釋梯度涂布和劃線分離法，可以獲得部分脫膠優(yōu)勢(shì)菌種，利用分子生物學(xué)手段和生理生化測(cè)試對(duì)其進(jìn)行鑒定，同時(shí)利用酶學(xué)性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。脫膠工藝研究則揭示了在菌株發(fā)酵液深層發(fā)酵狀況下的脫膠液生理生化變化，為最終工業(yè)級(jí)發(fā)酵水平提

3、供理論基礎(chǔ)。
　　首先以亞麻粉為唯一碳源，東海腐爛海草作為微生物來源從富集培養(yǎng)液中分離純化得10株海洋細(xì)菌，10種細(xì)菌菌種纖維素酶活較低，木聚糖酶活及果膠酶活較高，都比較適用于亞麻生物煮漂;利用生理生化分析和分子生物學(xué)手段，鑒定出10種細(xì)菌菌種所屬種系。進(jìn)一步分析表明，10株菌株中D3、D4、D8、D10用于亞麻粗紗脫膠，殘膠率比較低，并且這幾株菌種的脫膠能力都好于現(xiàn)有的商品果膠酶，有進(jìn)一步研究的潛力。另分離出4株海洋真菌，利用顯

4、微鏡鏡檢結(jié)果和分子生物學(xué)手段，鑒定出4種真菌菌種所屬種系。初步測(cè)定真菌發(fā)酵液酶活，分析其具有脫膠能力，有待進(jìn)一步研究。
　　在篩選菌種的基礎(chǔ)上構(gòu)建并優(yōu)化了亞麻粗紗微生物脫膠的工藝。在搖瓶水平下構(gòu)建亞麻粗紗的細(xì)菌脫膠工藝為:細(xì)菌種子→搖瓶活化細(xì)菌種子→細(xì)菌脫膠液發(fā)酵→發(fā)酵液粗紗脫膠→濕熱滅活后處理。在此基礎(chǔ)上聚焦發(fā)酵條件和脫膠條件的優(yōu)化過程。對(duì)從海洋環(huán)境中篩選到的D3和D4兩株菌種的細(xì)菌發(fā)酵液進(jìn)行了發(fā)酵條件優(yōu)化。同時(shí)對(duì)D3和D4兩株

5、菌種在得到最優(yōu)纖維性能的發(fā)酵條件下制成發(fā)酵液的脫膠粗紗進(jìn)行了纖維性能分析。結(jié)果表明生物脫膠效果明顯并且柔和。對(duì)D3菌種發(fā)酵液的脫膠條件進(jìn)行了優(yōu)化。在脫膠過程中使得酶活較高的優(yōu)化條件與使纖維性能較優(yōu)的優(yōu)化條件并不相同。要獲得較為優(yōu)化的脫膠后纖維性能，在適當(dāng)?shù)拿撃z基礎(chǔ)上，需要一定的高堿性環(huán)境和高溫環(huán)境。
　　細(xì)菌脫膠液的酶學(xué)性質(zhì)也在本文中被著重分析。首先對(duì)不同發(fā)酵水平下D3菌種發(fā)酵過程中的生長(zhǎng)曲線和酶活曲線進(jìn)行了測(cè)定，發(fā)現(xiàn)菌種生長(zhǎng)曲線

6、符合微生物典型生長(zhǎng)曲線的四期模型，酶活在此過程中存在多個(gè)頂峰。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)搖瓶水平的菌種濃度和酶活要比發(fā)酵水平提前到達(dá)頂峰，說明在搖瓶水平條件下發(fā)酵液產(chǎn)酶活速率較快。酶活曲線結(jié)果說明菌種發(fā)酵液的酶活存在好幾個(gè)頂峰，說明菌種發(fā)酵液在脫膠過程中可以被反復(fù)利用。進(jìn)一步研究表明，亞麻粗紗脫膠效果與發(fā)酵液酶活力成正相關(guān)，與發(fā)酵液所含總酶含量也成正相關(guān)。相同發(fā)酵條件下，使用粗提凍干混合酶與使用發(fā)酵脫膠的效果相當(dāng)。酶量加倍脫膠效果有所提高，但各項(xiàng)物

7、理參數(shù)非成倍提高，效果不顯著。對(duì)于亞麻粗紗生物脫膠的總體效果來說，從發(fā)酵液中提取的果膠與木聚糖混合酶，其應(yīng)用效果要比單一酶效果要好，接近并達(dá)到化學(xué)脫膠的效果。但如果考慮生產(chǎn)成本，則單純細(xì)菌發(fā)酵液也已經(jīng)能滿足生產(chǎn)要求。
　　在實(shí)驗(yàn)室的研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行了工廠放大實(shí)驗(yàn)的研究。放大實(shí)驗(yàn)選擇了兩家工廠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并重復(fù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在浙江金鷹亞麻集團(tuán)有限公司進(jìn)行的生物脫膠方案工廠試驗(yàn)，方案在總脫膠時(shí)間上優(yōu)于傳統(tǒng)化學(xué)脫膠，同時(shí)還具備了化學(xué)品損耗小

8、、化學(xué)污染小和能耗小等優(yōu)點(diǎn)。從細(xì)紗成紗質(zhì)量看，生物脫膠的紗線質(zhì)量也不亞于化學(xué)脫膠。這說明生物脫膠是完全可以替代傳統(tǒng)化學(xué)脫膠方法的。在湖北精華紡織集團(tuán)有限公司實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明生物脫膠方案在這次試驗(yàn)中也能夠用來替代傳統(tǒng)化學(xué)脫膠，同時(shí)生物脫膠在化學(xué)滅活前的生物脫膠工藝路線是未來較為適合的生物脫膠放大設(shè)計(jì)工藝方案。酶與生物發(fā)酵液效果差異不大，可以考慮在未來生產(chǎn)中在不適合發(fā)酵液的生產(chǎn)工藝中使用生物粗酶。此外在增加化學(xué)助劑的基礎(chǔ)上，脫膠時(shí)間3小時(shí)就能