大麻快速生物脱胶条件影响因素.pdf

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1、第2 9 卷第8 期 2 0 0 8 年8 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 9 N o 8 A u g 2 0 0 8 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 8 ) 0 8 0 0 5 6 0 4 大麻快速生物脱胶条件影响因素 温岚，唐守伟，彭源德，杨喜爱，严理，熊和平 ( 中国农业科学院麻类研究所，湖南长沙4 1 0 2 0 5 ) 摘要为提高大麻生物脱胶效率，对大麻快速生物脱胶工艺条件的影响因素进行研究。通过对选育的大麻快速 脱胶菌株进行不同接种量、浴比、p H 值、振荡转速和脱胶助

2、剂的比较试验，研究大麻快速脱胶的工艺条件。结果表 明，大麻快速生物脱胶的适宜工艺条件为：浴比1 ：1 5 ，接种量2 0 ，p H 值6 5 7 5 ，振荡转速1 5 0d m i n ，脱胶助剂为 磷酸二氢铵，用量为大麻质量的O 0 5 。其中浴比和脱胶助剂对大麻生物脱胶效果的影响最大。 关键词 大麻；生物脱胶；发酵；因素 中图分类号：偈1 9 2 5 5 2文献标识码：A I n f l u e n c i n gf a c t o ro ff e r m e n t i n gc o n d i t i o n so fh e m pf a s tb i o d e g u m m i

3、n g W E NL a n ，T A N GS h o u w e i ，P E N GY u a n d e ，Y A N GX i a i ，Y A NL i ，X I O N GH e p i n g ( I n s t i t u t eo fB a s tF i b e rC r o p s ，C h i n e s eA c a d e m yo fA g r i c u l t u r a lS c i e n c e s ，C h a n g s h a ，H u n a n4 1 0 2 0 5 ，C h i n a ) A b s t r a c tF o ri n v

4、e s t i g a t i n ge f f i c i e n c yo ff a s tb i o - d e g u m m i n go fs e l e c t e dh e m ps t r a i n s ( N o D m l11 ) ，d i f f e r e n t f e r m e n t i n gc o n d i t i o n si n c l u d i n gi n o c u l u ms i z e s ，p r o p o r t i o n o fw a t e r h e m p ，p Hv a l u e ，s h a k i n gr a

5、 t ea n d d e g u m m i n ga s s i s t a n t sh a v eb e e na d o p t e di nc o m p a r i s o ne x p e r i m e n t s T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t t h eb e s tb i o - d e g u m m i n gc o n d i t i o n sf o rh e m p ：t h ep r o p o r t i o no fw a t e r h e m pi sa b o u t1 ：1 5 ，i n o

6、c u l u ms i z ei sa b o u t2 0 ，p H 6 5 7 5 ，s h a k i n gr a t ei s1 5 0r w i n ，t h ed e g u m m i n ga s s i s t a n ti s0 0 5 N H 4H 2 P 0 4 A m o n go ft h e s ef a c t o r s ， t h ep r o p o r t i o no fw a t e r h e m pa n dd e g u m m i n ga s s i s t a n t 眦t h ek e yf a c t o r s K e yw o

7、 r d sh e m p ；b i o - d e g u m m i n g ；f e r m e n t i n g ；f a c t o r 大麻纤维除了具有其他麻类纤维的性能外，还 具有抗菌防臭、吸湿透气等独特性能，是一种优良的 纺织原料。大麻纤维细度细、强度高、单纤断裂强度 优于亚麻纤维，低于苎麻纤维，按亚麻工艺路线纺 纱，理论上大麻纤维可纺特数比亚麻、胡麻要细的 纱。如果进一步提高大麻纤维的纺纱细度，将使大 麻纺织品成为亚麻纺织品的有力竞争者。脱胶是大 麻生产中极其重要的加工环节，脱胶质量的好坏直 接影响着纤维的产量与应用价值8 1 。中国农业科 学院麻类研究所对微生物及酶脱胶进

8、行了较深入的 研究，通过广泛采集菌样，初筛、复筛和诱变育种，已 选育获得了大麻微生物脱胶的高效菌株悖- 。本文通 过对该脱胶菌株的接种量、浴比、p H 值、振荡转速、 脱胶助剂种类等条件分别进行单因子试验和正交试 验，探明该菌株的生物脱胶条件，以寻求最佳的脱胶 工艺参数。1 3 】。 1 试验部分 1 1 材料 大麻麻茎小样来自云南工业大麻股份有限公 司。菌株采用中国农业科学院麻类研究所加工与环 保研究室选育的脱胶菌株。主要化学试剂：高锰酸 钾、草酸钠。主要工艺辅料包括菌种活化、扩大培养 和发酵的培养基等，这些物质均为市售商品。脱胶 助剂有磷酸氢二铵、硫酸铵、尿素、复合肥、磷酸二氢 收稿日期

9、2 0 0 7 0 9 0 5修回日期：2 0 0 8 0 4 一0 8 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重大项目( 2 0 0 6 B A D 0 6 8 0 3 ) ；国家“9 4 8 ”项目( 2 0 0 6 一G 1 8 2 2 ) ；公益性行业( 农业) 科研专 项资助项目( N y h y z x 0 7 0 1 8 0 8 ) 作者简介：温戌( 1 9 8 l 一) ，女，硕士生。研究方向为纤维质生物能源。熊和平，通讯作者，E - m a i l ：r a m i e x h p 2 1 1 8 c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO :

10、Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第8 期温岚等：大麻快速生物脱胶条件影响因素 5 7 铵等。 1 2方法 1 2 1 菌种培养 取选育分离好的单菌落菌种，挑取单菌落接入 试管( 5m L 肉汤培养液) ，在3 5 ，3 0 0r m i n ，振荡培 养6h ，完成活化。然后进行扩大培养，将试管中菌 液倒入5 0 0m L 三角瓶中( 1 5 0m L 肉汤培养液) ，同样 3 5 ，3 0 0r r a i n ，振荡培养6h 。 1 2 2 单因子试验 将1 5g 大麻原茎加入5 0 0m L 锥形瓶，3 5

11、振荡 脱胶，重复3 次。通过改变接种量、浴比、p H 值、振 荡转速、脱胶助剂等因素，探索大麻微生物脱胶的最 适条件。 1 2 3 脱胶多因子试验 因脱胶影响因素之间不排除交互作用，因此在 单因子试验的基础上，对脱胶的4 个主要因子( 接种 量、浴比、振荡转速、脱胶助剂) 进行k ( 3 4 ) 多因子正 交试验。表1 为正交试验因子水平表。 表1 正交试验因子水平表 T a b 1F a c t o rl e v e lo ft h eo r t h o g o n a l i t ye x p e r i m e n t 水平浴比接种量， 振荡转速 脱胶 丝 l ! ：里也：12 墅型 1

12、1 ：1 01 01 5 0复合肥 2I ：1 51 52 0 0磷酸二氢铵 31 ：2 02 02 5 0尿素 注：脱胶助剂的添加量均为大麻质量的O 0 5 。 1 2 4 脱胶效果判定 脱胶完成后，将大麻取出。以纤维颜色、质地、 光泽等为标准，根据比较，记录脱胶效果( 以级为单 位) 。记录完毕后，用清水冲洗麻茎使残余杂质脱 落，必要时需敲击、拷打麻茎。 1 2 5 活茵量平板菌落计数 扩大培养后，接麻前，测初始菌量。用移液枪吸 取1m L 菌液，用无菌水稀释5 级，分别涂4 级和5 级 各3 个，2 4h 后计数作为初始菌量。 脱胶完成后，取1m L 发酵液，稀释7 级，分别涂 6 级和

13、7 级各3 个，2 4h 后计数作为终点菌量。 1 2 6C O D 值测定 采用酸性高锰酸钾法测定C O D 值。用高锰酸 钾将待测液中某些有机物及无机还原性物质氧化， 反应后，剩余的高锰酸钾用过量的草酸钠还原，再以 高锰酸钾标准溶液滴定过量的草酸钠。算出待测液 中所含有机和无机还原性物质所消耗的高锰酸钾 量，m g L 。 1 2 7 多因子正交试验结果的验证 按照多因子正交试验结果的条件对大麻进行生 物脱胶，观察脱胶后纤维颜色和脱胶效果，并测定出 麻率、束纤维强力、纤维分裂度等指标。大麻纤维品 质检测参照G B5 8 8 2 - - 1 9 9 6 进行测试。 2 结果与讨论 2 1 单

14、因子试验分析 2 1 1 接种量 表2 示出接种量对大麻脱胶的影响。可以看 出：接种量小于1 0 ，脱胶效果明显较差；接种量大 于1 0 ，脱胶效果比较好，均能在1 8h 以内完成脱 胶，但无明显区别。考虑到加工成本，以选择1 5 一 2 0 的接种量为宜。 表2 接种量对大麻脱胶的影响 T a b 2E f f e c to ft h ea m o u n to fi n o c u l a t i o nO Hh e m pr e t t i n g 2 1 2 浴比 表3 示出大麻生物脱胶与浴比的关系。可以看 出：当脱胶浴比为1 ：1 0 1 ：1 5 时，脱胶效果较好；浴 比为1 ：2

15、 0 1 ：2 5 时，发酵液中有机物的质量浓度较 低，分别为17 4 4m g L 和l3 4 4m # L ，影响脱胶菌的 生长繁殖，使脱胶周期延长；浴比过小为1 ：5 时， C O D 值过高，达到51 2 0m g L ，影响胶质降解酶促反 应的进行，脱胶效果较差。 表3 大麻生物脱胶与浴比的关系 T a b 3R e l a t i o no fl i q u o rr a t i oa n dh e m pf a s tb i o - d e g u m m i n g 2 1 3 振荡转速 表4 示出大麻生物脱胶与振荡转速的关系。可 以看出，恒温摇床转速过高或过低都会影响微生物

16、的生长，当转速为2 0 0r r a i n 时，脱胶后大麻茎的质量 最小，说明脱去的胶质最多。在通气量试验中测定 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 5 8 纺织学报第2 9 卷 的各项结果都区别不大，说明通气量对大麻快速生 物脱胶的影响不大。 表4 振荡转速对大麻快速生物脱胶的影响 T a b 4E f f e c to fs h a k i n gr a t e o nh e m pb i o d e g u m m i n g 2 1 4 p

17、H 值 表5 示出大麻生物脱胶与初始p H 值的关系。 可以看出，当p H 值在6 5 和7 时，脱胶后大麻质量 明显减少，这说明该条件下微生物分解了较多的胶 质，证明其脱胶效果最好。因脱胶菌有最适p H 值， 不再将p H 值纳入大麻生物脱胶多因子试验中。 表5 初始p H 值与大麻生物脱胶的关系 T a b 5R e l a t i o no fp Hv a l u ea n df a s th e m pb i o - d e g u m m i n g 2 1 5 脱胶助剂 表6 示出脱胶助剂种类与大麻生物脱胶的关 系。从多种脱胶助剂中筛选出对大麻快速生物脱胶 有较大促进作用的磷酸二氢

18、铵、复合肥、尿素等3 种 无机盐助剂。可以看出，以磷酸二氢铵和复合肥的 作用最为明显，磷酸二氢铵和复合肥使脱胶后麻的 质量分别比无助剂时减少1 9 3 0 和1 9 7 5 。 表6 脱胶助剂对大麻快速脱胶的影响 T a b 6E f f e c to fc h e m i c a lr e a g e n to nh e m p f a s tb i o - d e g u m m i n g 2 2 多因子试验分析 将初始p H 值设为6 5 ，对浴比、接种量和振荡 速度分别设定3 个水平，各因子对大麻快速生物脱 胶的影响结果列于表7 。表中结果表明，在大麻快 速生物脱胶的4 个主要影响因

19、子中，浴比和脱胶助 剂2 个因子的极差最大，对大麻生物脱胶的影响也 最大，其次为振荡速度，再次为接种量。大麻快速生 物脱胶的最适条件：浴比l ：1 5 一l ：2 0 ，接种量2 0 ， 振荡转速1 5 0 2 0 0r r a i n ，脱胶助剂为0 0 5 磷酸二 氢铵或复合肥。 多因子试验结果与单因子试验结果不矛盾。将 节能因素考虑进去，最佳浴比设为l ：1 5 ( 可节水) ， 振荡转速设为1 5 0r r a i n ( 可节电) ，脱胶助剂用磷酸 二氢按( 价值更便宜) 。 表7 各因子对大麻快速生物脱胶的影响 T a b 7E f f e c to ft h ea f f e c

20、 t i n gf a c t o r so n h e m pf a s tb i o - d e g u m m i n g 实验簪浴比接芝鼢鬈鬈鼍I 嚣1 4 篇嚣 c ，：一、n d Io ， 2 3 多因子正交试验结果的验证分析 在温度3 5 ，p H 值为6 5 7 ，浴比l ：1 5 ，接种 量2 0 ，振荡转速1 5 0r r n n ，脱胶助剂为0 0 5 磷酸 二氢铵的条件下，对大麻进行生物脱胶，做3 次重复 试验，测得束纤维强力8 6N ，纤维分裂度6 8 7m g ，计 算出麻率为4 5 ，脱胶效果为9 级，说明大麻快速 脱胶的各项指标均理想。 3结论 本文通过对大麻快

21、速生物脱胶条件进行单因子 和多因子正交试验以及验证试验，获得的试验数据 为大麻生物脱胶技术提供了参考。通过比较各因子 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第8 期温岚等：大麻快速生物脱胶条件影响因素 5 9 水平条件下，大麻脱胶前后脱胶液中微生物的存活 量，脱胶液中有机物含量，茎干出麻率，脱胶效果等， 同时结合生产成本，得出如下结论：大麻快速生物脱 胶的适宜条件为温度3 5q C ，p H 值6 5 7 ，浴比 l ：1 5 ，接种量2 0 ，振荡转速

22、1 5 0r m i n ，脱胶助剂为 0 0 5 磷酸二氢铵。浴比和脱胶助剂对大麻快速生 物脱胶的影响较大，而接种量和振荡转速对大麻快 速生物脱胶的影响较小。依据确定的工艺脱胶，所 用时间明显缩短，节省了时间。 本文试验对脱胶的判定主要通过手模和目测， 虽然这在实际生产中比较简单和常用，但存在主观 性。为了使结果更科学可靠，对脱胶效果的判定方 法还有待进一步改进。此外，由于脱胶效果分级不 够精确。导致多因子正交试验的结果出现最优水平 的范围较大，这也是今后研究中亟待改进的地方。 裁强国 致谢对参加试验工作的刘丽、谷伟等同学在此一并 致谢! 参考文献： 1 杨永红，诚静容大麻的试验分类学研究

23、J 中国麻 业2 0 0 4 ，2 3 ( 4 ) ：1 8 7 1 9 0 2 刘正初罗才安苎麻生物脱胶技术应用研究 J 纺 织学报1 9 9 1 ，1 2 ( 1 0 ) ：1 8 2 0 ，2 7 3 4 5 6 7 】 8 9 1 0 1 2 1 3 彭源德刘正初郑科，等亚麻快速生物脱胶发酵条 件研究 J 纺织学报，2 0 0 5 2 6 ( 5 ) ：9 1 9 5 杨红穗，张元明大麻纺织应用前景及研究现状 J 纺织学报。1 9 9 9 ，3 3 ( 7 ) ：1 8 8 1 9 0 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2 0 0 6 2 7 ( 4

24、 ) ：1 2 1 4 杨红穗，张远明大麻快速化学脱胶工艺初探 J 中 国纺织大学学报，1 9 9 9 ，1 0 ( 5 ) ：2 3 4 2 3 6 张芳。曲R 再君大麻纤维脱胶工艺现状与展望 J 浙 江纺织服装技术学院学报，2 0 0 6 ，1 6 ( 5 ) ：2 2 1 2 2 3 刘建，陈洪章大麻纤维脱胶研究综述 J 中国麻业 2 0 0 2 ( 4 ) ：1 5 6 1 5 7 彭源德唐守伟，温岚，等大麻快速脱胶菌株的选育 与脱胶性能鉴定 J 纺织学报，2 0 0 7 ，2 8 ( 1 2 ) ：6 5 6 8 彭源德，严理熊和平，等亚麻、大麻脱胶技术现状与 发展趋势 J 中国麻业

25、，2 0 0 7 3 l ( 4 ) ：1 7 7 一1 8 0 蒋少军李志忠，崔萍，等大麻纤维性能及生物酶脱 胶工艺的研究 J 兰州理工大学学报，2 0 0 5 ，4 ( 2 ) ： 2 l l 一2 1 3 彭源德，唐守伟，熊和平，等超临界c 0 2 介质中苎麻 脱胶酶的影响因素 J 纺织学报，2 0 0 7 2 8 ( 5 ) ：7 4 7 6 周永凯，赵莉，张建春，等大麻织物的抗紫外线性能 评价 J 中国麻业，2 0 0 5 ，1 0 ( 5 ) ：2 7 8 2 9 1 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark