低氧气调技术抑制丝织品霉菌生长应用研究

黄阳阳　李邦玉　崔　鸣　何丽丽　徐梦婷　查思雨

低氧气调技术抑制丝织品霉菌生长应用研究

黄阳阳1李邦玉1崔鸣2何丽丽3徐梦婷4查思雨4

（1.苏州市职业大学丝绸应用技术研究所江苏苏州215000；2.苏州市职业大学电子信息工程学院江苏苏州215000；3.扬州大学生物科学技术学院江苏扬州225001；4.苏州市职业大学食品与检测系江苏苏州215000）

低氧气调技术能够抑制霉菌生长且不对丝织品本身造成影响，但低氧气调技术抑制丝织品上常见霉菌生长的研究比较少见。文章对丝织品上霉菌生长所需氧浓度阈值问题进行研究，利用综合传感器、物联网、无线供电等技术，开发相应试验装置及试验方法，相应装置和方法经验证具有可行性。试验结果显示：丝织品上常见曲霉属菌种桔青霉生长所需的环境氧浓度阈值为0.7%，低于此氧浓度阈值时桔青霉几乎无生长。本研究可为低氧气调技术在丝织品防霉方面的应用提供参考。

低氧气调；丝织品；桔青霉；氧浓度阈值

丝绸是中国代表性的文化符号之一，丝织品往往具有较高的市场价值和艺术价值。但是，丝织品纤维的主要成分蚕丝蛋白质是霉菌生长的良好营养源，一旦在保藏过程中被霉菌孢子定殖，辅以适宜的温湿度条件，丝织品上霉菌的繁殖将会非常迅速。此外，霉菌生长过程中会分泌多种酶降解蛋白质，不仅会对蚕丝纤维表面产生损坏，破坏其原有光泽度，还会引发绿、灰、白等各种杂色菌斑，严重影响丝织品的价值和美感。因此，针对丝织品防霉问题进行研究，具有非常现实的意义。

目前针对丝织品防霉处理，通常在采取环境温湿度控制和除尘管理的基础上，又主要分为化学防霉剂、气体熏蒸、微波灭菌以及低氧气调等不同技术方案[1-5]。其中化学防霉剂渗透能力强、防霉效果好、持久性强，但是试剂本身容易造成丝织品染料的浸出，且试剂的附着会对丝织品产生持续的影响；气体熏蒸法主要采用环氧乙烷等具有杀菌作用的气体，气体能够穿过微孔对丝织品形成全方位的接触和消杀，但是环氧乙烷等具有杀菌作用的气体本身具有一定的危险性，使用场景较为受限；相较而言，低氧气调采用降低保藏微环境氧气浓度，进而抑制霉菌生长的方法，不会影响丝织品本身，因此非常适合丝织品的防霉保藏这一应用场景。

然而当前低氧气调技术应用研究的对象大多为粮食和食品，且缺乏有关丝织品上霉菌生长氧浓度阈值的试验和论证过程[6-9]。因此，本文主要针对丝织品上常见的曲霉属菌种，选取桔青霉作为对象，通过开发相应试验装置及试验方法，确定其生长所需的最低氧浓度阈值，进而为低氧气调技术在丝织品防霉方面的应用提供参考。

1 试验材料与设备

1.1 试验材料

桔青霉菌种（上海保藏生物技术中心），马铃薯葡萄糖琼脂培养基（上海博微生物科技有限公司），高纯氮气（苏州金宏气体有限公司），标准丝织物（上海市纺织工业技术监督所），PET食品盒（30 cm×30 cm×20 cm，淄博盛邦塑料制品有限公司），ZE03-02气体传感器智能模组（郑州炜盛电子科技有限公司），USR-C215bWi-Fi模块（济南有人物联网技术有限公司），SD2506API-G集成电路模块（深圳市兴威帆电子技术有限公司），JLX19264C液晶模块（深圳市晶联讯电子有限公司），Fantasy无线充电发射/接收器（东莞市虎门吉富电子厂），去离子水（自制）等。

1.2 试验设备

SW-CJ-1F超净工作台（苏州安泰空气技术有限公司），YXQ-LS-50SⅡ高压灭菌锅（上海博迅实业有限公司医疗设备厂），GX-65B热空气消毒箱（天津泰斯特仪器有限公司），SN-LSC-3离心机（上海尚普仪器设备有限公司）。

2 试验方法

2.1 氧浓度及温湿度监测系统开发

2.1.1 传感器装置开发及装配效果

传感器装置如图1（a）和图1（b）所示，装配效果如图1（c）所示。传感器装置主要包括处理器、氧浓度传感器、温湿度传感器、数据存储器，具有Wi-Fi功能的USR-C215b物联网模块，以及能够显示氧浓度、温湿度和日期时间的LCD液晶显示模块。其主要实现采集环境温度、湿度、氧浓度，并实现本地显示、本地存储与网络远程发送功能。

该装置的处理器使用32-bitCortexM3核处理器；氧浓度传感器使用ZE06，分辨率为0.1%VOL，探测范围0%VOL～25%VOL；温湿度检测使用SHT20传感器，温度检测范围为-40 ℃～120 ℃，检测精度为±0.3 ℃，湿度检测范围为0%RH～100%RH，检测精度为±3%RH，与处理器的I2C1连接。传感器与Wi-Fi模块以I2C总线的形式进行通信，此外Wi-Fi通信使用支持TCP/UDP协议、串口通信方式的USR-C215模块，可以实现云平台与处理器之间的通信。氧浓度和温湿度数据发送频率为10 s/次，传感器依靠板上的USB接口受电。

图1　传感器及试验装置

2.1.2 监测系统搭建

监测系统整体框架主要包含氧浓度检测装置、无线路由器、管理软件、有人云平台和SqlServer云服务器等组成部分。电脑端安装Sqlserver数据库软件，以及自编译的管理软件。管理软件可显示检测点名称、氧浓度、温湿度以及日期时间等相关信息。传感器装置所采集到的氧浓度和温湿度数据，会通过Wi-Fi路由器传输到电脑端管理软件，并同步到Sqlserver软件数据库，便于数据的存储和导出。

传感器系统物联网模块参数设置完成后，将传感器装置通过吸盘固定到培养仓内壁上，同时在内壁上粘贴无线充电的接收模块，模块与传感器装置之间用USB数据线连接。与此同时，在培养仓外壁无线充电接收端的对应位置，安装无线充电装置的发射模块，实现对培养仓内传感器装置的无线供电。

2.2 样品制备与孢子接种

2.2.1 样品制备及处理

将标准丝贴衬面料裁剪成直径为4 cm的圆形样品，然后用报纸对丝织物样品进行包裹，放入干热灭菌箱进行灭菌处理，灭菌箱温度121 ℃，时间15 min，灭菌结束后取出样品备用。

2.2.2 霉菌孢子液制备与接种

将10 mL无菌水倒入已培养好菌种的培养基上，用无菌接种环轻刮菌种表面洗出孢子。孢子液转入离心管内4 000 r/min离心30 min，去上清液。再加入10 mL去离子水，4 000 r/min离心30 min，重复洗涤沉淀3次。将离心好的霉菌悬液摇匀，使用1 mL的无菌移液管吸取霉菌悬液1 mL，滴入标记好的培养基中，使用无菌涂布棒涂布，完成霉菌接种。

2.2.3 初始氧浓度调节

将含有霉菌孢子液、培养基和丝织物的培养皿，放入装好传感器装置的PET食品盒中（食品盒作为霉菌培养仓），培养仓盖子上有一个可以开闭的孔，通过向培养仓中充入氮气调节含氧浓度。分别将含氧浓度调节为0.7%、1%、3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%、17%、19%、20.8%，待仓内氧气浓度稳定后，将培养仓倒置放入盛有无菌水的水箱内，液面超过培养仓封口高度，起到水封隔绝空气的效果。最后将水箱盖上盖子，避免外界环境污染。

2.2.4 霉菌培养及观察

在经紫外灭菌的实验室中进行霉菌培养，培养时间7 d，空间环境温度28 ℃。在培养仓内放入装满去离子水的培养皿，以提供充足的水分，保证仓内湿度能够保持在80%左右。培养结束后，取出培养皿进行观察与拍照，再进行霉菌与实验室的灭菌处理。

3 结果与讨论

3.1 丝织品上桔青霉生长所需氧浓度阈值分析

图2是不同初始氧浓度条件下霉菌培养仓内氧浓度变化。培养仓内的环境温度保持在（28±1）℃，湿度除了充入氮气调控的初始阶段，以后基本保持在（80±5）RH%，为适宜霉菌生长的环境温湿度条件。

图2　不同初始氧浓度条件下霉菌培养仓氧浓度变化

由图2可知，霉菌培养0 h～24 h时段，培养仓的氧浓度下降速率相对较小，此时霉菌处于孢子萌芽和菌丝长成阶段，对氧气的消耗相对较小。霉菌培养24 h～84 h时段，培养仓的氧浓度下降速率明显上升，此时霉菌处于快速繁殖阶段，对氧气的消耗加剧。霉菌培养84 h～168 h时段，所有样品的培养仓内氧浓度下降速率都出现了放缓。这是由于培养皿空间、培养基营养源的限制，加之此时霉菌已经基本度过快速繁殖阶段，因此耗氧速度相对减缓。

此外，在霉菌培养84 h～168 h时段，初始氧浓度为3%和1%的培养仓，仓内氧浓度下降至0.7%后不再下降。而初始氧浓度为0.7%的培养仓，其仓内氧浓度始终保持不变。由此可知，0.7%是桔青霉生长必需的环境氧浓度阈值。

3.2 氧浓度对丝织品上桔青霉生长的影响分析

图3为不同初始氧浓度条件下培养7 d以后的桔青霉生长情况，图中a～l样品对应的培养仓初始氧浓度依次为0.7%、1%、3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%、17%、19%、20.8%。由图3可知，随着培养仓初始氧浓度的上升，桔青霉的增殖情况愈加明显，菌落的数量更多、颜色更深。初始氧浓度20.8%的培养仓中样品，桔青霉繁殖最为明显。初始氧浓度为0.7%的培养仓中样品，培养基上无明显菌落生长，未产生对氧气的消耗，这与图2中该培养仓的氧浓度维持不变相一致。

图3　不同初始氧浓度条件下培养7 d后桔青霉生长情况

4 结论

本文针对丝织品上常见曲霉属菌种氧浓度阈值研究空白，研究开发了相应的试验装置和试验方法，并选取了桔青霉进行不同初始氧浓度条件下霉菌培养试验，主要得到了以下结论：

（1）针对霉菌生长所需氧浓度阈值问题，利用综合传感器、物联网、无线供电等技术开发了相应试验装置及试验方法，经验证具有一定的可行性，能够为相应研究提供参考。

（2）通过试验确定丝织品上常见曲霉属菌种桔青霉生长所需的环境氧浓度阈值为0.7%，低于此氧浓度阈值时桔青霉几乎无生长，这为低氧气调技术在丝织品防霉方面的应用提供参考。

丝织品上常见菌种的种类较多，本文仅对曲霉属中的桔青霉进行了试验，后续还需针对其他菌种开展试验，以拓展研究的深度和广度。

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10.3969/j.issn.2095-1205.2022.10.02

TS146;Q939.99

A

2095-1205(2022)10-04-03

苏州市科技计划项目（SS2019032）；江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目（202111054031H）

黄阳阳（1987- ），男，汉族，江苏淮安人，工程师，研究方向为功能纺织品开发、丝绸文物保护技术。