脱胶工艺对汉麻纤维抗菌性能的影响研究

曹森学，杜晗笑，郑振荣，2，杜换福，赵海霞

(1.天津工业大学纺织学院，天津 300387；2.天津市先进纺织复合材料重点实验室，天津 300387；3.山东滨州亚光毛巾有限公司，山东滨州 256600)

脱胶工艺对汉麻纤维抗菌性能的影响研究

曹森学1，杜晗笑1，郑振荣1，2，杜换福3，赵海霞1

(1.天津工业大学纺织学院，天津 300387；2.天津市先进纺织复合材料重点实验室，天津 300387；3.山东滨州亚光毛巾有限公司，山东滨州 256600)

实验发现汉麻纤维经过染整加工后，会使汉麻纤维的抗菌性能显著下降。为获得经脱胶后仍能保持其优良抗菌性能的加工工艺，采用不同的预处理和脱胶方式对汉麻纤维进行处理，通过振荡法测试汉麻纤维的抗菌性，观察分析菌落数。结果表明：经过预酸处理后再经酶—化学联合脱胶对汉麻纤维抗菌性影响小。通过正交实验方法找到对汉麻纤维抑菌性影响最小的工艺方案，即预处理硫酸1 g/L，酶脱胶果胶酶1 g/L，化学脱胶氢氧化钠10g/L。

汉麻纤维 抗菌性 预处理 脱胶工艺 抗菌测试

0 前言

汉麻纤维作为一种天然的功能性纤维，具有优良的吸湿、透气、抗紫外的特性，尤其具有优异的天然抗菌性能[1-3]，许多地区，特别是山东、安徽、甘肃等大麻传统产区均有成千上万亩的纤用型大麻种植面积，我国汉麻纺织品出口量也一直位居世界前列[4-5]。目前汉麻纤维广泛应用于服装加工、家纺面料、日用品以及军用后勤用品。但汉麻纤维在纺织加工之前需要对原麻进行脱胶处理，脱胶处理后的汉麻纤维的抗菌性受到不同程度的影响[6]。

汉麻纤维具有中空的结构，同时汉麻纤维富含的大麻酚类物质属于非溶出性、天然抗菌剂[7-8]。安利霞[9]通过将汉麻秆芯粉提取物整理到棉、粘胶纤维、涤纶、竹粘纤维上，用振荡瓶法测试抗菌性能，发现整理后的上述纤维对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌均具有抗菌性。张建春[4]根据美国(AATCC90-1982)定性抑菌法测试标准测试汉麻纤维织物的抗菌性能，发现汉麻纤维织物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、绿浓杆菌有显著的抑制效果，其中对大肠杆菌的效果最好，抑菌圈直径达100mm(抑菌圈直径大于6mm即有抑菌效果)；他还采用改良振荡瓶法(JXUB8-2001)测试汉麻纤维对四种菌的抑菌率，发现汉麻纤维对这四种菌的抑菌率均达90%以上，说明汉麻纤维具有天然的抑菌功效。本文采用《GB/T20944.3-2008纺织品抗菌测试方法振荡法》对经过不同脱胶工艺处理后的汉麻原麻散纤维进行抗菌性能测试，通过平行试验观察菌落数，筛选出对汉麻纤维天然抗菌性影响最小的工艺方案。

1 试验部分

1.1 材料与仪器

汉麻纤维(原麻，产自黑龙江黑河)；

碱性果胶酶(上海康地恩生物科技有限公司)；牛肉浸膏(天津市英博生化试剂有限公司)；蛋白胨，琼脂粉(北京奥博星生物技术有限责任公司)，以上均为生物试剂。

磷酸二氢钾(天津市江天化工技术有限公司)；NaOH(天津市天新精细化工开发中心)；H2SO4，磷酸氢二钠，HCL(天津市风船化学试剂科技有限公司)，以上均为分析纯。

LDZX-50KBS立式压力灭菌器，天津亿诺科学仪器有限公司；LRH-150生化培养箱，上海益恒实验仪器有限公司；SW-CJ-1FD超净台，苏州净化设备有限公司；ZHWY-2102立式恒温培养摇床，上海智城分析仪器制造有限公司；Scan500全自动彩色菌落计数器，法国INTERSCIENCE公司。

1.2 脱胶工艺

1.2.1 超声波脱胶预处理

任意取3份汉麻原麻纤维5g，将其放置在50℃水溶液里，调节超声波频率、渗透剂和硅酸钠的用量，利用超声波清洗器对汉麻纤维进行预脱胶处理15min。

1.2.2 酸预处理汉麻纤维

任意取2份各5g的汉麻原麻纤维，将其放在硫酸浓度分别为1 g/L和1.98g/L的溶液中进行酸预处理，在50℃条件下保温60min，浴比为1:20。

1.2.3 汉麻纤维脱胶工艺探讨

任取2份各5g的汉麻原麻纤维，将其放在浓度为1g/L硫酸溶液中，在50℃条件下保温60min，浴比为1:20。再任取两份各5g汉麻原麻纤维，将4份汉麻试样放在浓度为1g/L的碱性果胶酶中，在50℃、pH=9条件下保温60min，浴比为1:20，进行酶脱胶处理；继续将4份汉麻原麻纤维放在浓度为氢氧化钠7g/L，亚硫酸钠3%，磷酸三钠5%混合液中，在100℃条件下保温120min，浴比1:15。

1.2.4 酶-化学联合脱胶法正交实验

任取等量汉麻原麻纤维9份，每份10g，用硫酸预处理，酸浓度Ag/L，浴比1:20，温度50℃，保温60min；酶脱胶为碱性果胶酶Bg/L，pH=9，浴比1:30，温度50℃，保温60min。

化学脱胶：氢氧化钠Cg/L，亚硫酸钠3%，磷酸三钠5%，浴比1:15，温度100℃，保温2h。

按照L9(34)设计正交实验，表1示出正交试验中各因素的具体水平：

表1 酶-化学联合脱胶法正交试验

1.3 汉麻纤维抗菌性测试

根据 GB/T 20944.3-2008标准，对上述脱胶后的试样接种大肠杆菌细菌。进行抗菌性测试，观察培养基内菌落数目。

1.4 汉麻纤维残胶率测试

称量重约5g的试样，烘干至恒重，放入加有150mL浓度为20g/L氢氧化钠的烧杯中，煮沸1h后将原麻取出，放入新的150mL浓度为20g/L氢氧化钠溶液，加热到100℃，重新煮沸2h，之后洗净后烘干至恒重。

式中：Wc—试样的残胶率，%；G0—试样的干重，g；G0′—提取残胶率后的试样干重，g。

1.5 汉麻纤维断裂强力测试

参照GB/T3916-1997，在YM-06A电子单纤维强力仪上进行纤维力学性能的测定。试样拉伸速度控制在40mm/min，夹持长度确定为10mm，测试数目为30根。

2 结果与分析

2.1 超声波预处理频率及助剂对汉麻纤维抗菌性的影响分析

当超声波经过汉麻纤维时，因为高频而产生的声波使得纤维产生振动，物质分子就会因为产生的压缩和稀疏而受到力的作用。它首先使外包胶质层产生大量的裂缝，然后在空化泡的进一步连续作用下，形成胶质小团，并使之成团剥落而进入水中，然后借助超声波空化泡膨胀及破裂时产生的巨大压力和拉伸力来粉碎和冲击剥落的胶质团，使之被超声波粉碎成极小的胶质粒，甚至将其分解[6]。

不同超声频率及助剂预处理条件下将抗菌织物试样烧瓶定时振荡、稀释10N倍培养，所得试验数据见表2。在菌液稀释106培养即N=6时，可以看出20kHz菌落数为4个，而40kHz为78个，频率为20kHz条件下超声振荡的汉麻纤维抗菌性减小的程度比超声频率为40kHz条件下低；超声振荡后再加入JFC渗透剂和硅酸钠，会使汉麻抗菌性进一步降低。这主要是较高的频率使得空化效应的能量转化为体系中的热能，产生的热量被液相的体系所吸收，体系的温度升高，空化效应减弱；同时硅酸钠在水中发生水解生成硅酸产生的胶体虽然有吸附作用，但是硅酸钠胶体的存在使得体系粘度增加，空化效应减弱[10-12]，从而导致汉麻纤维残胶率提高，同时为细菌提供了更多的营养物质。

表2 不同超声频率及助剂预处理条件下汉麻纤维的菌落数(个)

条件N=5N=6N=7无处理48177820kHz414140kHz84784440kHz、JFC、硅酸钠66324518

2.2 酸预处理中硫酸浓度对汉麻纤维抗菌性的影响

汉麻纤维在预酸处理过程中，纤维中的许多胶质，包括一部分不溶性果胶和半纤维素中的高分子部分，会受到硫酸的作用而水解,果胶酸的钙、镁盐等不溶性的果胶也可被硫酸水解。

不同硫酸浓度预处理后的汉麻纤维在稀释了106的菌液中培养18 h，所得菌落数见图1。图1中1#-6# 依次代表原麻纤维、1 g/L酸预处理、1.98 g/L酸预处理、20kHz超声波预处理、40kHz超声波预处理、40kHz超声波预处理及助剂处理后的汉麻纤维。

图1 不同预处理条件下汉麻纤维的菌落数

由图1可知，经过酸预处理的汉麻纤维中，试样2菌落数明显少于试样3的菌落数，因此1 g/L酸处理的汉麻纤维抗菌性比1.98 g/L酸处理的汉麻纤维抗菌性好。与酸预处理相比，超声波预处理对汉麻纤维抗菌性损伤较小，但由于应用于生产实践中，超声预处理对设备要求高，处理后的纤维手感发硬不如酸预处理的汉麻纤维，综合考虑故采用酸预处理的方式较好。

2.3 脱胶工艺对汉麻纤维抗菌性的影响

选择酶脱胶、酶-化学联合脱胶两种脱胶工艺进行试验，将抗菌织物试样烧瓶定时振荡、稀释10N倍培养，所得试验数据见表3。

表3 不同脱胶工艺方案下汉麻纤维的菌落数(个)

由表3可知，稀释105倍时菌落数过多，稀释107倍时菌落数过少，不利于试验统计，稀释106倍后培养菌落数满足(30～300)CFU便于统计，通过以上数据结果，选择N=6列绘制出下图2。

图2 有无酸预处理及不同脱胶工艺

由图2可知，汉麻原麻纤维(无预处理无脱胶试样1#)菌落数为77个，而经过酶脱胶处理和酶-化学联合脱胶处理的菌落数明显多于汉麻原麻纤维，因此在经过脱胶处理后抗菌性明显降低。试样3#的菌落数为36个，而试样5#的菌落数为121个，对比可知，单独使用酶脱胶比酶脱胶-化学脱胶联合法更有利于减少汉麻纤维抗菌性损失，但是经残胶率测试，其残胶率在20%之上，通常大麻纤维残胶率不大于10%才具有可纺性[13-16]，因此单独使用酶脱胶，纤维残胶率过高达不到服用的要求，同时因为酶作为降低反应活化能的物质，在酶的用量增加到一定程度时，再增加就起不到作用了，可结合化学脱胶法进一步对酶脱胶后的麻纤维进行脱胶处理。

综合以上分析，预处理酸浓度为1 g/L时抗菌性损失少，因此采用酸预处理，酶脱胶和化学脱胶联合法制定脱胶工艺。

2.4 正交试验结果

为了选出对抗菌性影响最小的方案，试验通过对这些少数试验方案的结果进行统计分析，对试验结果作进一步的分析，找出较优的方案，将抗菌织物试样烧瓶定时振荡、稀释10N倍培养，正交试验结果见表4。

表4 正交试验中汉麻纤维上的菌落数(个)

表4表明了预处理酸用量、果胶酶用量、氢氧化钠用量不同时抗菌测试菌落数的变化，选取N=5列作柱状图分析，如图3，可以明显看到试样6和8是较优方案。

图3 正交实验不同方案所得试样的抗菌性

由表5可见，试样6和试样8的抗菌性是这些试样中较优的，结合断裂强力和残胶率两个性能指标分析试样6残胶率仅为5.07%且强力为67.48cN，优于试样8残胶率为8.79%，断裂强力为43.11cN，可以得出试样6的综合效果最好，即预处理酸用量为1 g/L，果胶酶1 g/L，氢氧化钠10 g/L。

表5 正交试验样品的残胶率及断裂强度

3 结论

(1)采用1 g/L的硫酸，按照1:20的浴比，在50℃下保温60min，得到的纤维抗菌性优于无酸预处理和1.98 g/L酸预处理，同时物理性能也优于超声波预处理。

(2)原麻经过脱胶处理后，其抗菌性明显降低，可能是脱胶导致抗菌成分减少的同时，也减少了细菌生长所需要的营养。单独使用酶脱胶更有利于减少汉麻纤维抗菌性损失，但是由于其残胶率在20%之上，达不到服装用的要求，而加大酶的用量又意味着成本的增加，所以必须经过联合脱胶法。

(3)在保证残胶率较低而抗菌性较好的要求下，最佳工艺如下：预处理：硫酸用量为1g/L，浴比1:20，温度50℃，保温60min；酶脱胶：碱性果胶酶1g/L，pH=9，浴比1:30，温度50℃，保温60min；化学脱胶：氢氧化钠10g/L，亚硫酸钠3%，磷酸三钠5%，浴比1:15，温度100℃，保温2h。

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Effects of Degumming Process on Antibacterial Property of Hemp Fiber

CAOSen-xue1,DUHan-xiao1,ZHENGZhen-rong1,2,DUHuan-fu3,ZHAOHai-xia1

(1. College of Textile, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387; 2. Key Laboratory of Advanced Textile Composites of Tianjin, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387; 3.Shangdong Binzhou Yaguang Towel Co., Ltd, Binzhou 256600)

Practice has proved that the antibacterial property of hemp fiber greatly declined after the procedure of dyeing and finishing. In order to get better degumming rate and antibacterial property, hemp fiber was treated with different pretreatment methods and degumming processes. The oscillation method was used to test the antibacterial property of hemp fiber by analyzing the colony counts. The results showed that the processes including the acid pretreatment and enzyme-chemical combining degumming method had small influence on antibacterial property of hemp fiber. The optimal technology was obtained by the orthogonal experiment: the concentration of sulfuric acid for pretreatment was 1g/L, the concentration of pectinase for enzyme degumming was 1g/L and the concentration of the sodium hydroxide for chemical degumming was 10g/L .

hemp fiber antibacterial property degumming process antibacterial test

2017-03-12

天津工业大学大学生创新创业训练计划项目(201610058111)

曹森学(1996-)，男，本科，研究方向：绿色染整技术。

郑振荣(1981-)，女，博士，硕士生导师。

TS123+.3

A

1008-5580(2017)03-0069-05