亞麻粗紗脫膠微生物的選育與應用.pdf

1、亞麻(拉丁學名:Linumusitatissimum)，數千年以來一直是人類優(yōu)質纖維的來源，如今不僅能用于紡紗織造，也被廣泛應用于高性能復合材料等前沿領域。在亞麻纖維的紡紗過程中，存在著一道工序:亞麻粗紗濕紡細紗過程前，需要對粗紗進行脫膠。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，更產生了化學污染的排放。本研究基于現代微生物工程理論，考慮利用生物菌株發(fā)酵液或提純酶液進行亞麻粗紗脫膠的微生物方法，為替代傳統(tǒng)

2、化學方法，提供了一種可能。
　　目前苧麻的生物脫膠工藝已經比較成熟而亞麻的生物脫膠手段包括細菌和酶脫膠的研究都相對不夠成熟。本研究在前人的基礎上，構建技術路線涉及微生物學研究和脫膠工藝研究兩部分。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)勢菌種，利用分子生物學手段和生理生化測試對其進行鑒定，同時利用酶學性質進行評價。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)級發(fā)酵水平提

3、供理論基礎。
　　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株海洋細菌，10種細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手段，鑒定出10種細菌菌種所屬種系。進一步分析表明，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有的商品果膠酶，有進一步研究的潛力。另分離出4株海洋真菌，利用顯

4、微鏡鏡檢結果和分子生物學手段，鑒定出4種真菌菌種所屬種系。初步測定真菌發(fā)酵液酶活，分析其具有脫膠能力，有待進一步研究。
　　在篩選菌種的基礎上構建并優(yōu)化了亞麻粗紗微生物脫膠的工藝。在搖瓶水平下構建亞麻粗紗的細菌脫膠工藝為:細菌種子→搖瓶活化細菌種子→細菌脫膠液發(fā)酵→發(fā)酵液粗紗脫膠→濕熱滅活后處理。在此基礎上聚焦發(fā)酵條件和脫膠條件的優(yōu)化過程。對從海洋環(huán)境中篩選到的D3和D4兩株菌種的細菌發(fā)酵液進行了發(fā)酵條件優(yōu)化。同時對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)酵液的脫膠粗紗進行了纖維性能分析。結果表明生物脫膠效果明顯并且柔和。對D3菌種發(fā)酵液的脫膠條件進行了優(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，在適當的脫膠基礎上，需要一定的高堿性環(huán)境和高溫環(huán)境。
　　細菌脫膠液的酶學性質也在本文中被著重分析。首先對不同發(fā)酵水平下D3菌種發(fā)酵過程中的生長曲線和酶活曲線進行了測定，發(fā)現菌種生長曲線

6、符合微生物典型生長曲線的四期模型，酶活在此過程中存在多個頂峰。進一步分析發(fā)現搖瓶水平的菌種濃度和酶活要比發(fā)酵水平提前到達頂峰，說明在搖瓶水平條件下發(fā)酵液產酶活速率較快。酶活曲線結果說明菌種發(fā)酵液的酶活存在好幾個頂峰，說明菌種發(fā)酵液在脫膠過程中可以被反復利用。進一步研究表明，亞麻粗紗脫膠效果與發(fā)酵液酶活力成正相關，與發(fā)酵液所含總酶含量也成正相關。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。酶量加倍脫膠效果有所提高，但各項物

7、理參數非成倍提高，效果不顯著。對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，其應用效果要比單一酶效果要好，接近并達到化學脫膠的效果。但如果考慮生產成本，則單純細菌發(fā)酵液也已經能滿足生產要求。
　　在實驗室的研究基礎上，進行了工廠放大實驗的研究。放大實驗選擇了兩家工廠進行實驗并重復驗證實驗結果。在浙江金鷹亞麻集團有限公司進行的生物脫膠方案工廠試驗，方案在總脫膠時間上優(yōu)于傳統(tǒng)化學脫膠，同時還具備了化學品損耗小

8、、化學污染小和能耗小等優(yōu)點。從細紗成紗質量看，生物脫膠的紗線質量也不亞于化學脫膠。這說明生物脫膠是完全可以替代傳統(tǒng)化學脫膠方法的。在湖北精華紡織集團有限公司實驗的結果表明生物脫膠方案在這次試驗中也能夠用來替代傳統(tǒng)化學脫膠，同時生物脫膠在化學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計工藝方案。酶與生物發(fā)酵液效果差異不大，可以考慮在未來生產中在不適合發(fā)酵液的生產工藝中使用生物粗酶。此外在增加化學助劑的基礎上，脫膠時間3小時就能