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纳米灵菌红素的发酵制备及对织物抗菌染色研究

任燕飞  
【摘要】:作为天然色素的重要组成部分,微生物色素具有生产周期短,产量大,不受季节、气候和地域限制,条件易于控制,种类丰富等优点,近年来受到广泛关注。作为微生物色素的主要组成部分,微生物胞内色素由于水溶性差,在用作纺织品染料前需要使用有机溶剂将其从菌体内部萃取出来,配制染液时也需要加入一定量的有机溶剂来溶解色素。有机溶剂的大量使用增加了色素提取和织物染色的成本,同时与天然染料绿色环保的理念相背离。绝大多数微生物染料与纤维素亲和力低,对纤维素纤维织物染色时一般使用媒染的方法。传统媒染剂多含有重金属离子,其中许多被列入生态纺织品禁用名单。同时,媒染剂会与微生物染料上的某些活性基团发生络合反应,破坏微生物染料宝贵的功能性。针对以上两方面问题,本文以一种热稳定性较好的微生物胞内色素——灵菌红素为研究对象,进行了以下工作:1、通过在粘质沙雷氏菌发酵液中添加非离子表面活性剂Tween 80,首次使用表面活性剂发酵体系制备了平均粒径为184.3 nm的灵菌红素纳米悬浮液,实现了胞内色素在发酵过程中的直接提取。此纳米悬浮液可直接作为染液用于织物染色,通过此方法制备灵菌红素染液的过程有效避免了有机溶剂的使用,并简化了染液制备工序。2、设计了基于溶剂增溶机制的纳米灵菌红素对棉织物染色和固色方法,在不使用媒染剂的条件下,实现了灵菌红素对棉织物直接染色。结果显示当在染液中加入25%乙醇时,棉织物在90 ℃下染色75 min得色最深。染色棉织物具有良好的耐摩擦、耐皂洗、耐汗渍色牢度。同时,染色棉织物继承了灵菌红素的抗菌活性,对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到94.1%,对大肠杆菌的抑菌率为51.4%。3、设计了基于pH调控机制的纳米灵菌红素对棉织物染色和固色方法,在不使用媒染剂,不添加有机溶剂的条件下,实现了灵菌红素对棉织物直接染色。结果显示当纳米悬浮染液的pH值为3时,在温度90 ℃条件下染色60 min,棉织物K/S值达到最大。拉伸断裂强力和XRD分析表明最优条件下染色棉织物未受到明显损伤。抗菌实验表明棉织物的抗菌活性与织物色深度呈正相关。在最优染色条件下,棉织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99.2%,对大肠杆菌的抑菌率达到85.5%。另外,细胞相容性实验显示染色棉织物无潜在的细胞毒性,与未经染色的织物相比,L929细胞的生长情况基本一致。4、实现了基于纳米悬浮体系的灵菌红素对聚酯和真丝织物上染及固色。聚酯织物染色的最优温度为110℃,时间为30 min,染液pH值对聚酯织物的颜色和抗菌性能影响明显。随着染液pH值的增大,聚酯织物的颜色表现出由紫色到红色的变化过程。当染液pH值高于灵菌红素等电点时,聚酯织物不再表现出抗菌活性。真丝织物的最优染色温度和时间分别为80 ℃和30 min,由于真丝纤维和灵菌红素分子在不同pH条件下的静电作用力不同,染液pH值对染料的上染量及织物色深度影响明显。由于真丝织物中蛋白质分子为细菌提供了营养物质,相比于棉织物和聚酯织物,染色真丝织物对大肠杆菌的抑菌率较低。灵菌红素纳米悬浮液对聚酯和真丝织物的染色过程不需使用有机溶剂,绿色环保。


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