苎麻混菌脱胶工艺研究

陈其国等

摘要：将培养36 h后的B3、B5种子液和培养48 h后的M1种子液，按照顺序间隔12 h接种10 mL于装有3 g苎麻[Boehmeria nivea （L.） Gaudich.]原样、100 mL原始脱胶液的250 mL三角瓶中，通过单因素和正交试验，得到苎麻最佳混菌脱胶工艺为按照B3B5M1接种顺序，原始脱胶液pH 6，培养温度35 ℃，转速为150 r/min，脱胶时间60 h，在此条件下，苎麻脱胶率最高可以达到29.9%。

关键词：苎麻[Boehmeria nivea （L.） Gaudich.]；混菌；脱胶

中图分类号：TS123+.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）17-4253-03

苎麻[Boehmeria nivea （L.） Gaudich.]是荨麻科（Urticaceae）多年生宿根性草本植物，有“中国草”之称，是重要的纺织纤维作物。中国苎麻栽培面积和产量均居世界首位，占世界总产量的90%以上，是世界上苎麻最大生产国和原料及加工织物的输出国[1]。

苎麻纤维脱胶是影响苎麻纤维纺织加工的重要环节，传统的化学脱胶方法存在着工艺流程长、工序多、劳动强度高、能耗大、成本高、废水中有害化学成分不易回收、废水色度深、碱性强、有机成分复杂等缺点[2]。另外纤维上或多或少会附着一部分化学物质，残留的化学物质影响人体健康[3]。微生物脱胶则是利用微生物或微生物产生的酶将胶质分解，其实质就是“胶养菌，菌产酶，酶脱胶”循环的结果[4]。微生物脱胶作用条件温和，对纤维损伤小，还能提高苎麻纤维的光泽度，可以满足高质量混纺产品的要求，处理后的麻纤维柔软、蓬松，且具有良好的丝光感，极大地提高了苎麻纤维的纺纱支数、可纺性和染色性能，而且微生物法脱胶能耗少，对环境的污染小，更有利于环境保护[5]。本研究采用M1、B5、B3三株脱胶菌株对苎麻纤维进行脱胶处理，考察混合菌处理苎麻的脱胶效果，以期为苎麻高效脱胶提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

菌种：M1、B5、B3三株脱胶菌株，由武汉职业技术学院应用生物技术研究所提供。

苎麻：苎麻原麻。

培养基：①细菌斜面培养基。胰蛋白胨10 g，氯化钠10 g，酵母提取物5 g，琼脂15 g，水1 000 mL，pH 7.0 ，0.1 MPa高压蒸气灭菌20 min。②霉菌斜面培养基。葡萄糖10 g，蛋白胨5 g，KH2PO4·3H2O 1.0 g，MgSO4·7H2O 0.5 g，孟加拉红0.03 g，琼脂15 g，水1 000 mL，pH 自然，0.1 MPa高压蒸气灭菌20 min。③细菌液体种子培养基。胰蛋白胨1 g，氯化钠1 g，酵母提取物0.5 g，水100 mL，pH 7.0 ，0.1 MPa高压蒸气灭菌20 min。④霉菌液体种子培养基。麸皮1.0 g，酵母膏0.6 g，KH2PO4·3H2O 0.1 g，MgSO4·7H2O 0.05 g，氯化钠0.5 g，水100 mL，pH 6.0，0.1 MPa高压蒸气灭菌20 min。⑤原始脱胶液培养基。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高压蒸气灭菌20 min。

主要仪器：HQ45Z型恒温摇床；101-2AB型电热鼓风干燥箱；DH5000AB型电热恒温培养箱；YXQ-LS-75SII型立式压力蒸气灭菌器。

1.2 试验方法

1.2.1 菌种活化 将菌株B5、B3、M1分别接种到细菌、霉菌斜面培养基上，在30 ℃下培养48 h。

1.2.2 种子液的制备 用接种环分别挑取一环斜面培养基上的细菌和霉菌，接种到装有100 mL细菌和霉菌液体种子培养基的250 mL三角瓶中，于30 ℃恒温，150 r/min振荡培养，细菌培养36 h，霉菌培养48 h。

1.2.3 脱胶率的测定 脱胶率根据下式计算：

GL=■×100%

式中，GL为脱胶率，%；G0为脱胶前苎麻的质量（即自然晾晒干的苎麻质量减去含水量），g； Gr为脱胶后苎麻的质量（即苎麻烘干至恒重后的质量），g[6]。

1.2.4 混菌脱胶条件的优化 将细菌B5、B3种子液和霉菌M1种子液按一定比例加入定量的苎麻和水中，在振荡培养箱中恒温培养，进行苎麻混菌脱胶试验。脱胶完成后取出麻样，充分洗涤，85 ℃烘至恒重，称量计算苎麻脱胶后的脱胶率。利用单因素试验考察3种菌株种子液的接种顺序、转速、温度和时间对苎麻脱胶率的影响，并在单因素试验的基础上设计正交试验。

2 结果与分析

2.1 菌种添加顺序对苎麻脱胶效果的影响

将培养36 h后的 B5、B3种子液和培养48 h后的M1种子液，按不同顺序间隔12 h接种10 mL于装有3 g 苎麻原样、100 mL原始脱胶液的250 mL三角瓶中，30 ℃恒温培养，100 r/min 摇瓶脱胶60 h，考察不同菌种添加顺序对苎麻脱胶效果的影响，结果如表1所示。由表1可以看出，3个菌株混合脱胶的苎麻脱胶率最低为19.8%，其中接种顺序为B3B5M1的脱胶效果最佳，脱胶率达到24.4%，表现出较强的协同作用，因此后续试验中采用B3B5M1的混合接种顺序。

2.2 温度对苎麻脱胶效果的影响

将培养36 h后的 B5、B3种子液和培养48 h后的M1种子液，采用B3B5M1的混合接种顺序，间隔12 h接种10 mL于装有3 g 苎麻原样、100 mL原始脱胶液的250 mL三角瓶中，28、35、37、40 ℃恒温培养，100 r/min 摇瓶脱胶60 h，考察不同温度对苎麻脱胶效果的影响，其结果如表2所示。由表2可以看出，随着脱胶温度的不断升高，苎麻脱胶率先升高后下降，温度为35 ℃时，混合菌株对苎麻脱胶的效果最好，苎麻脱胶率达到25.1%。主要原因是温度过低时，脱胶菌株生长缓慢甚至停止生长，酶活力降低，脱胶效果差。根据微生物的生长规律，在一定温度范围内，微生物的生长繁殖和代谢活动随着温度的上升而增加，但是当温度上升到一定的程度时，则开始对微生物生长繁殖和代谢活动产生不利的影响[7]，温度高于35 ℃时，菌株的繁殖和酶的活性受到抑制，尤其是菌株M1的代谢活力下降，混合菌株的协同脱胶作用降低，从而导致脱胶率降低。

2.3 转速对苎麻脱胶效果的影响

将培养36 h后的 B5、B3种子液和培养48 h后的M1种子液，采用B3B5M1的混合接种顺序，间隔12 h接种10 mL于装有3 g 苎麻原样、100 mL原始脱胶液的250 mL三角瓶中， 35 ℃恒温培养，100、120、150、180 r/min 摇瓶脱胶 60 h，考察不同转速对苎麻脱胶效果的影响，结果如表3所示。由表3可知，转速对混菌脱胶效果的影响并不是很大，其中转速在150 r/min时的脱胶效果最好，苎麻脱胶率为25.7%。之后再增加转速，脱胶率反而有所下降。

2.4 原始脱胶液pH对苎麻脱胶效果的影响

将培养36 h后的B5、B3种子液和培养48 h后的M1种子液，采用B3B5M1的混合接种顺序，间隔12 h接种10 mL于装有3 g苎麻原样、100 mL原始脱胶液的250 mL三角瓶中，35 ℃恒温培养，150 r/min摇瓶脱胶60 h，分别调节原始脱胶液的pH至5、6、7、8，考察不同pH对苎麻脱胶效果的影响，结果如表4所示。由表4可知，随着原始脱胶液pH的升高，苎麻脱胶率先升高后降低，pH 6时，混合菌株对苎麻的脱胶效果最好，其脱胶率达到29.1%。pH是影响微生物生长的重要环境因素之一，且每种微生物都有其最适生长的pH，过高或者过低的pH都会影响微生物的生长和代谢，而且影响其分泌酶的数量和酶活性[7]，从而导致脱胶效果差，脱胶率较低。

2.5 脱胶时间对苎麻脱胶效果的影响

将培养36 h后的 B5、B3种子液和培养48 h后的M1种子液，采用B3B5M1的混合接种顺序，间隔12 h接种10 mL于装有3 g 苎麻原样、100 mL原始脱胶液（pH 6）的 250 mL 三角瓶中， 35 ℃恒温培养，150 r/min摇瓶脱胶36、48、60、72 h，考察不同脱胶时间对苎麻脱胶效果的影响，结果如表5所示。由表5可知，随着时间的延长，脱胶菌的数量进一步增加，分泌脱胶酶的数量和活力逐步上升，苎麻脱胶率获得较快的提升；脱胶60 h时，苎麻脱胶率最高，之后随着脱胶时间的延长，营养成分过多消耗，导致脱胶菌的产酶能力逐步下降，脱胶率处于稳定状态，说明混合菌株的脱胶过程已经趋于完成。从生产角度考虑，苎麻脱胶时间以60 h较为合适。

2.6 混菌脱胶条件的正交优化结果

在前期单因素试验的基础上，选取脱胶温度、转速、脱胶液原始pH、脱胶时间，按照L9（34）正交表进行4因素3水平正交试验，试验因素与水平见表6。

以苎麻脱胶率为指标确定混菌最佳脱胶条件，正交试验结果见表7。由表7可以看出，影响苎麻混菌脱效果的顺序为A>C>D>B，即脱胶温度的影响最大，其次是脱胶液原始pH，影响因素较弱的是脱胶时间，最弱的是转速。苎麻混菌脱胶条件的最佳组合是A2B3C1D2，即脱胶温度35 ℃、转速150 r/min、pH 6、脱胶时间60 h的条件下苎麻混菌脱胶效果最好，在此条件下，脱胶率达29.9%。

3 结论

B5、B3、M1三种菌株进行混菌脱胶过程中，接种顺序对脱胶效果的影响较大，按B3B5M1顺序接种脱胶，脱胶效果最佳。将培养36 h后的 B5、B3种子液和培养48 h后的M1种子液，采用B3B5M1的混合接种顺序，间隔12 h接种10 mL于装有3 g苎麻原样、100 mL原始脱胶液（pH 6）的250 mL三角瓶中， 35 ℃恒温培养，150 r/min摇瓶脱胶60 h，苎麻脱胶率最高可以达到29.9%。

参考文献：

[1] 姜繁昌，邵 宽，周 岩.苎麻纺纱学[M].北京：纺织工业出版社，1986.1-2.

[2] 管映亭.苎麻酶法脱胶的研究[J].上海纺织科技，1998，27（4）：4-6.

[3] 金 钢.大麻脱胶方法的研究进展[J].南京林业大学学报（自然科学版），2009，33（4）：140-144.

[4] 彭源德，杨喜爱，严 理，等.亚麻脱胶过程中常用酶类的动态变化[J].纺织学报，2006，27（4）：11-14.

[5] 钟安华，谭远友，王成国.苎麻嗜碱细菌工艺研究[J].印染助剂，2004，21（3）：24-26.

[6] ZHENG L S， DU Y M， ZHANG J Y. Degumming of ramie fibers by alkalophilic bacteria and their polysaccharide-degrading enzymes[J]. Bloresource Technology， 2001（8）：89-94.

[7] 沈 萍.微生物学[M].北京：高等教育出版社，2001.143-145.