发明内容
针对现有技术的不足,本发明拟解决的技术问题是,提供一种涤纶织物生物改性的方法,该方法采用诱导单胞菌产生脂肪酶和氧化酶等复合生物酶的方法对涤纶织物进行生物改性。工艺简便,改性效果明显。
本发明解决所述技术问题的技术方案是,设计一种涤纶织物生物改性的方法,该方法采用对苯二甲酸二乙酯(DTP)做诱导底物,诱导***丛毛单胞菌产生脂肪酶和氧化酶,利用复合生物酶对涤纶织物进行生物改性,主要包括以下步骤:
(1).菌种的培养:将***丛毛单胞菌在30-37℃、斜面固体培养基中培养12-18h,存于4℃冰箱中备用;所述的固体培养基成分是:磷酸二氢钾3g/L,磷酸氢二钠7g/L,氯化铵1g/L,氯化钠5g/L,硫酸镁0.25g/L,琼脂粉18g/L和底物对苯二甲酸二乙酯3g/L;
(2)菌悬液的制备:按照液体培养基的成分,配制底物浓度为1-3g/L的液体培养基,装在500ml锥形瓶中,121℃下包扎灭菌25min,冷却后将斜面固体培养基中的种子转入液体培养基中,并于30-37℃、振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长12-36h,即得到对数生长期的菌悬液;所述液体培养基的成分是:磷酸二氢钾3g/L,磷酸氢二钠7g/L,氯化铵1g/L,氯化钠5g/L,硫酸镁0.25g/L,底物用量为1-3g/L;
(3).涤纶织物的改性:将涤纶织物置于无菌操作台中,紫外线灭菌0.5h,加入到浓缩2-10倍的菌悬液中,于30-37℃、振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长,产生相应的脂肪酶和氧化酶复合生物酶,催化改性涤纶织物;改性过程中,每隔1-3天,向菌悬液中补加1-3g/L的诱导底物及5-15ml无菌蒸馏水;改性过程持续3-9天;
(4).织物的清洗:将改性后的涤纶织物取出,先用自来水细流冲洗,并轻拭织物表面,充分去除表面附着的菌体和酶,然后用蒸馏水冲洗3次,最后用超声波清洗5min,晾干后,即得到本发明生物改性的涤纶织物。
与现有技术相比,本发明涤纶织物生物改性方法采用底物对苯二甲酸二乙酯做诱导物,对***丛毛单胞菌进行诱导,使其产生脂肪酶、氧化酶等复合生物酶,对涤纶织物进行生物改性,可同时改变涤纶大分子中的多个基团,发生酯键的水解,苯环的加氧等反应,增加其亲水性、抗静电性及抗起毛气球性,改善涤纶织物的服用舒适性及美观性,设计巧妙,工艺简便,织物改性效果明显,适于工业化使用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明方法作进一步说明:
本发明设计的涤纶织物生物改性的方法(简称改性方法),该改性方法采用对苯二甲酸二乙酯(DTP)做诱导底物,对***丛毛单胞菌进行诱导,使其产生脂肪酶和氧化酶等复合生物酶,对涤纶织物进行生物改性,主要包括以下步骤:
1.菌种的培养:将***丛毛单胞菌在30-37℃、斜面固体培养基中培养12-18h,存于4℃冰箱中备用;所述的固体培养基成分是:磷酸二氢钾3g/L,磷酸氢二钠7g/L,氯化铵1g/L,氯化钠5g/L,硫酸镁0.25g/L,琼脂粉18g/L和底物DTP 3g/L;
2.菌悬液的制备:按照液体培养基的成分,配制底物浓度为1-3g/L的液体培养基,装在500ml锥形瓶中,121℃下包扎灭菌25min,冷却后将斜面固体培养基中的种子转入液体培养基中,并于30-37℃、振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长12-36h,即得到对数生长期的菌悬液;所述液体培养基的成分是:磷酸二氢钾3g/L,磷酸氢二钠7g/L,氯化铵1g/L,氯化钠5g/L,硫酸镁0.25g/L,底物用量为1-3g/L。液体培养基中的底物浓度过低,不能满足菌体生长的需要,而过高则会抑制菌体生长,反而影响织物改性的效果,底物用量控制在1-3g/L较好。
本发明的进一步特征是菌悬液的浓缩。研究表明,未经浓缩的菌液,菌体浓度相对较低,改性作用相对较弱,改性效率较低;浓缩后的菌悬液,菌体浓度更高,改性作用相对较强,改性效率较高,更有利于织物的改性。但菌体浓度不宜过高。过高时,培养基中的营养物质竞争激烈,反而不利于菌体生长及织物改性,浓缩应当控制在2-10倍较理想。菌悬液的浓缩的具体工艺是:按照液体培养基的成分,配制底物浓度为1-3g/L的液体培养基3-11份,每份150ml,分别装在500ml锥形瓶中,121℃下包扎灭菌25min,冷却后将斜面固体培养基中的种子分别转入2-10份(根据浓缩倍数确定)液体培养基中,并于30-37℃、振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长12-36h,即得到2-10份对数生长期的菌悬液;然后将2-10份对数生长期的菌悬液在离心机转速5000-10000r/min下离心5-15min浓缩后,收集菌体;将所得菌体加入到剩余的1份液体培养基中,分散均匀,即得浓缩2-10倍的菌悬液;该菌悬液即是改性溶液,专用于涤纶织物的生物改性。所述液体培养基的成分不变。
3.涤纶织物的改性:将涤纶织物置于无菌操作台中,紫外线灭菌0.5h,加入到浓缩2-10倍的菌悬液中,于30-37℃、振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长,产生相应的脂肪酶、氧化酶等复合生物酶,催化改性涤纶织物;改性过程中,需要补加诱导底物DTP和无菌蒸馏水:每隔1-3天,向改性溶液中补加1-3g/L的诱导底物DTP及5-15ml无菌蒸馏水;改性过程持续3-9天;改性过程持续时间越长,改性效果越明显(参见实施例)。
4.织物的清洗:将改性后的涤纶织物取出,先用自来水细流冲洗,并轻拭织物表面,充分去除表面附着的菌体和酶,然后用蒸馏水冲洗3次,最后用超声波清洗5min,晾干后,即得到本发明生物改性的涤纶织物。
本发明所采用的菌种为***丛毛单胞菌(Comamonas testosteroni),从下水道废水中分离获得,并经过富集培养和以DTP为唯一碳源的驯化,能够在30-37℃以DTP为唯一碳源生长,并将其催化降解为二氧化碳和水等无毒害物质。该菌种已于2010年7月21日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC),保藏编号为CGMCC No.4025。
本发明中所用培养基均含有诱导底物DTP,为选择性培养基,具体成分如下:
固体培养基:磷酸二氢钾3g/L,磷酸氢二钠7g/L,氯化铵1g/L,氯化钠5g/L,硫酸镁0.25g/L,DTP 3g/L,琼脂粉18g/L。
液体培养基:磷酸二氢钾3g/L,磷酸氢二钠7g/L,氯化铵1g/L,氯化钠5g/L,硫酸镁0.25g/L,DTP用量为1-3g/L,根据不同实施方案有所差异。
本发明生物改性方法适用于涤纶织物(简称织物,包括长丝织物和短纤织物)。实施例采用的是同批次市售的涤纶长丝织物。
本发明方法的工作原理是(参见图1、2):对苯二甲酸二乙酯降解过程中,酯键首先被脂肪酶打开,产生羟基、羧基等亲水性基团;之后加氧酶催化苯环加氧,产生更多羟基,苯环打开后,经由己二酸,丁二酸,丙酮酸等中间产物,最终得到彻底降解。利用本发明方法对涤纶的生物改性机理与前述对苯二甲酸二乙酯的降解过程类似,织物表面部分大分子链段中的酯键被脂肪酶打开,产生亲水性的羧基,部分大分子中的苯环在加氧酶作用下,产生亲水性的羟基,因而织物表面亲水性,抗静电性改善;大分子的水解引起织物表层分子间作用力的下降,产生的毛羽更容易脱落,从而织物的抗起毛起球性得到改善。
利用本发明改性方法可以直接获得生物改性涤纶织物。织物的改性效果主要体现在亲水性、抗静电性及抗起毛起球性3个方面。其改性效果测试主要包括亲水性、抗静电性及抗起毛起球性。其中,亲水性包括毛细效应和水接触角2个指标;抗静电性以静电半衰期来衡量;抗起毛起球性采用摩擦起毛起球法测试。测试方法分别如下:
1.织物毛细效应的测试:取宽3cm,长25cm条状改性织物,悬挂于毛细效应测试架之上,底部浸入蒸馏水中,半小时后,观察织物上水爬升的高度。
2.织物与水接触角的测试:在恒温恒湿室中(温度20℃,相对湿度30%的环境下),待涤纶织物稳定平衡后,用JYSP-180接触角测试仪测其水接触角。
3.静电半衰期的测试:试样先在70℃烘箱中预先烘干一小时,然后在温度20℃、相对湿度30%的环境下平衡24小时,取出,采用S-5109型静电半衰期测试仪测定涤纶织物的静电半衰期,参考标准ZBW4008-89。
4.抗起毛起球性的测试:参照国标GB/T4802,采用1-199型M511双头织物起毛起球测试仪在压力590N(自重490N加重100N)下,起毛起球各50次,与标准试样对比,判定织物抗起毛起球等级。
本发明改性方法采用含有酯键和苯环的涤纶单体DTP作为诱导底物,诱导***丛毛单胞菌微生物产生脂肪酶、氧化酶等,破坏酯键及苯环,从而产生羟基、羧基等活泼基团,改善涤纶织物的亲水性、抗静电性及起毛起球性等,是一种创新的生物改性织物方法;所产生的脂肪酶及氧化酶种类多样,可对涤纶大分子中不同位置进行催化作用,从而增加改性效果。
本发明未述及之处适用于现有技术。
下面给出本发明测试方法的具体实施例:具体实施例仅是为了进一步详细说明本发明,不够成对本发明申请权利要求的限制。
实施例1
以3g/L DTP作诱导底物,采用未浓缩的***丛毛单胞菌对涤纶织物进行生物改性。
将***丛毛单胞菌在37℃、斜面固体培养基中培养18h,存于4℃冰箱备用;按照液体培养基的成分,配制DTP浓度为3g/L的液体培养基1份,150ml,装在500ml锥形瓶中,121℃下包扎灭菌25min,冷却后将斜面培养基中的种子分别转入其中,于37℃、振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长36h,即为对数生长期的菌悬液;将涤纶织物置于无菌操作台中,紫外线灭菌0.5h,加入到对数生长期的菌悬液中,于37℃、振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长,产生相应的脂肪酶、氧化酶等复合生物酶,用其催化改性涤纶织物;改性过程中,需要补加诱导底物DTP和无菌蒸馏水:每隔3天,向改性溶液中补加3g/L的诱导底物DTP及15ml无菌蒸馏水;改性过程持续9天。
改性效果的检测:分别测试改性后织物的毛细效应、水接触角及抗静电性、抗起毛起球性。测试结果如表1所示。由表1中数据可见,经9天的改性处理,涤纶织物的亲水性有一定的增加,抗静电性有一定的增强,抗起毛起球性有一定程度的改善,表明本发明改性方法具有较好的改性效果,有助于改善织物的服用舒适性及美观性。
表1以3g/LDTP作诱导底物,涤纶织物改性9天后的效果
实施例2
以1g/L DTP作诱导底物,采用浓缩2倍的***丛毛单胞菌对涤纶织物进行生物改性。
将***丛毛单胞菌在30℃,斜面固体培养基中培养12h,存于4℃冰箱备用;按照液体培养基的成分,配制DTP浓度为1g/L的液体培养基3份,每份150ml,分别装在500ml锥形瓶中,121℃下包扎灭菌25min,冷却后将斜面培养基中的种子分别转入2份液体培养基中,于30℃,振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长12h,即为对数生长期的菌悬液;将2份对数期的菌悬液离心(离心机转速5000r/min,离心15min)后,收集菌体;将所得菌体加入到剩余的1份150ml的液体培养基中,分散均匀,即得浓缩2倍的菌悬液,可用于织物改性;将涤纶织物置于无菌操作台中,紫外线灭菌0.5h,加入到浓缩2倍的菌悬液中,于30℃,振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长,产生相应的脂肪酶、氧化酶等复合生物酶,催化改性涤纶织物;改性过程中,需要补加诱导底物DTP和无菌蒸馏水:每隔1天,向改性溶液中补加1g/L的诱导底物DTP及5ml无菌蒸馏水;改性过程持续3天。
改性效果的检测:测试改性后织物的亲水性(毛细效应、水接触角)及抗静电性、抗起毛起球性,测试结果列于表2。由表2中数据可见,经3天的改性处理,涤纶织物的亲水性有所增加,抗静电性也有所增强,抗起毛起球性增强,表明本发明所设计的涤纶织物改性方法具有一定的改性效果,有助于改善织物的服用舒适性及美观性。
表2以1g/L DTP作诱导底物,涤纶织物改性3天后的效果
实施例3
以2g/L DTP作诱导底物,采用浓缩6倍的***丛毛单胞菌对涤纶织物进行生物改性。
将***丛毛单胞菌在34℃,斜面固体培养基中培养15h,存于4℃冰箱备用;按照液体培养基的成分,配制DTP浓度为2g/L的液体培养基7份,每份150ml,分别装在500ml锥形瓶中,121℃下包扎灭菌25min,冷却后将斜面培养基中的种子分别转入6份液体培养基中,于34℃,振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长24h,即为对数生长期的菌悬液;将6份对数期的菌悬液离心(离心机转速7500r/min,离心10min)后,收集菌体;将所得菌体加入到剩余的1份150ml的液体培养基中,分散均匀,即得浓缩6倍的菌悬液,可用于织物改性;将涤纶织物置于无菌操作台中,紫外线灭菌0.5h,加入到浓缩6倍的菌悬液中,于30℃、振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长,产生相应的脂肪酶、氧化酶等复合生物酶,催化改性涤纶织物;改性过程中,需要补加诱导底物DTP和无菌蒸馏水:每隔2天,向改性溶液中补加2g/L的诱导底物DTP及10ml无菌蒸馏水;改性过程持续6天。
改性效果的检测:测试改性后织物的亲水性(毛细效应、水接触角)及抗静电性、抗起毛起球性,测试结果列于表3。由表3中数据可见,经6天的改性处理,涤纶织物的亲水性有所增加,抗静电性也有所增强,抗起毛起球性有较大的改善,表明本发明所设计的涤纶织物改性方法具有较好的改性效果,有助于改善织物的服用舒适性及美观性。
表3以2g/LDTP作诱导底物,涤纶织物改性6天后的效果
实施例4
以3g/L DTP作诱导底物,采用浓缩10倍的***丛毛单胞菌对涤纶织物进行生物改性。
将***丛毛单胞菌在37℃、斜面固体培养基中培养18h,存于4℃冰箱备用;按照液体培养基的成分,配制DTP浓度为3g/L的液体培养基11份,每份150ml,分别装在500ml锥形瓶中,121℃下包扎灭菌25min,冷却后将斜面培养基中的种子分别转入10份液体培养基中,于37℃、振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长36h,即为对数生长期的菌悬液;将10份对数期的菌悬液离心(离心机转速10000r/min,离心5min)后,收集菌体;将所得菌体加入到剩余的1份150ml的液体培养基中,分散均匀,即得浓缩10倍的菌悬液,可用于织物改性;将涤纶织物置于无菌操作台中,紫外线灭菌0.5h,加入到浓缩10倍的菌悬液中,于37℃、振荡培养器转速为200r/min条件下振荡培养,使菌体生长,产生相应的脂肪酶、氧化酶等复合生物酶,催化改性涤纶织物;改性过程中,需要补加诱导底物DTP和无菌蒸馏水:每隔3天,向改性溶液中补加3g/L的诱导底物DTP及15ml无菌蒸馏水;改性过程持续9天。
改性效果的检测:分别测试改性后织物的毛细效应、水接触角及抗静电性、抗起毛起球性。测试结果如表4所示。由表4中数据可见,经9天的改性处理,涤纶织物的亲水性有成倍的增加,抗静电性有很大增强,抗起毛起球性有明显改善,表明本发明改性方法具有良好的改性效果,有助于改善织物的服用舒适性及美观性。
表4以3g/LDTP作诱导底物,涤纶织物改性9天后的效果
同时,与实施例1的效果对比可知,浓缩后的菌悬液(改性液)由于含有的菌体数目较多,对织物的改性效果更加明显。