專利名稱：利用微生物復合菌劑脫膠制取竹原纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天然綠色環(huán)保竹原纖維的制取方法，具體地說，涉及利用粗竹原纖維為原料，采用微生物復合菌劑脫膠制取不同類型纖維長度和直徑的竹原纖維的方法。
背景技術(shù)：
竹產(chǎn)業(yè)是我國林業(yè)的四大朝陽產(chǎn)業(yè)之一，在國際市場上具有整體競爭優(yōu)勢。竹子是一種生產(chǎn)期短、產(chǎn)量高、再生性強、易栽培的多年生植物，具有保持水土、凈化涵蓄水源、吸收二氧化碳、降低溫室效應(yīng)等特性。因此，竹產(chǎn)業(yè)近年來已成為我國林業(yè)發(fā)展的一個新的經(jīng)濟增長點，其中竹原纖維的開發(fā)和使用更受科技工作者們的青睞。竹原纖維是指采用獨特的工藝從竹子中直接分離出來的綠色環(huán)保型纖維，它具有抗菌、透氣、防紫外線、除臭、吸濕、柔滑、光澤好等優(yōu)點。隨著全球氣候的惡化和環(huán)保意識的提高，木材資源的減少，迫切需要替代木纖維及化學纖維等資源的使用，竹原纖維則是替代這些纖維的理想材料。在國際上掀起“綠色環(huán)?！毕M潮流的推動下，竹原纖維已經(jīng)成為天然纖維的“新寵”，是一種具有廣闊前景的創(chuàng)新材料。竹原纖維按纖維長度和直徑可分為麻型竹原纖維、可紡竹原纖維、精竹原纖維、半精竹原纖維；按用途可分為紡織用竹原纖維、汽車工業(yè)竹原纖維、家裝建材用竹原纖維、醫(yī)療用品用竹原纖維等。竹原纖維的制造一直是人們研究開發(fā)的熱點，目前已有不少關(guān)于竹原纖維的中國發(fā)明專利申請的文獻公開報道。在竹原纖維開發(fā)研究初期，基本上采用化學方法生產(chǎn)竹纖維，如中國專利申請No. 200310108826. I和No. 200410060809. X中，采用酸、堿、亞硫酸銨等化學藥品對竹子進行處理，這些工藝破壞了竹纖維束，易使產(chǎn)品失去生態(tài)屬性，且化學處理后的污水難以治理，造成環(huán)境污染。而利用生物物理技術(shù)(No. 200710050068. 5)和生化軟化劑(No. 200710050069. 5)軟化處理提取竹原纖維還處于實驗室階段，未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段。與利用微生物脫膠制取竹原纖維相關(guān)的專利申請主要有No. 200610039608. O、No. 200810121092. 3和No. 201010300575. 7，均為采用單一生物酶或復合生物酶對竹子進行處理，但周期較長，一般需要3 7天，且對設(shè)備和工藝條件要求較高。因此尋找一種低能高效，處理周期短，所得纖維產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且對環(huán)境友好的制取竹原纖維的方法成為亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對現(xiàn)有制取竹原纖維工藝中的不足，是提供一種利用微生物復合菌劑脫膠制取竹原纖維的方法。 為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的一種利用微生物復合菌劑脫膠制取竹原纖維的方法，其是將粗竹原纖維依次經(jīng)脫果膠的微生物、降解木質(zhì)素的微生物、降解半纖維素和戊聚糖的微生物脫膠后，再向上述脫膠后的竹原纖維中加入微生物復合菌劑進行脫膠，然后經(jīng)堿和助劑煮煉后，干燥即得竹原纖維；其中，所述微生物復合菌劑由脫果膠的微生物、降解木質(zhì)素的微生物、降解半纖維素的微生物及降解戊聚糖的微生物中的兩種或兩種以上的微生物組成；優(yōu)選所述微生物復合菌劑由脫果膠的微生物、降解木質(zhì)素的微生物、降解半纖維素和戊聚糖的微生物組成；其中，所述助劑為O. 5 I. 5% Na3PO4或肥皂等。前述方法中，所述粗竹原纖維的纖維含量占60%以上，纖維細度為O. 02-0. Imm,長度為6cm以上。前述方法中，所述堿為O. 2 O. 6% NaOH。前述方法中,堿和助劑煮煉時間為I 3h,煮煉壓力為I 2kg/cm2。前述方法中，微生物復合菌劑中各種菌的添加量按體積百分比計為
脫果膠的放線菌微生物菌劑10% 40%
降解木質(zhì)素的真菌微生物菌劑40% 50%
降解木質(zhì)素的細菌微生物菌劑10% 20%
降解半纖維素和戍聚糖的微生物菌劑10% 20%其中，脫果膠的微生物菌劑中含IXlO6 4X IO7個放線菌孢子/ml ;降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含4X IO8 5 X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含細菌IXlO6 2X107CFU/ml ;降解半纖維素和戊聚糖的微生物菌劑中含IXlO8 2X IO8個真菌孢子/ml。所述脫果膠的微生物為小單孢菌(Micromonospora)和/或諾卡氏菌(Nocardia),降解木質(zhì)素的真菌微生物為白腐菌(Pleurotus ostreatus)和/或褐腐菌(MoniliaIaxa),降解木質(zhì)素的細菌微生物為假單胞菌(Pseudomonas)和/或芽孢桿菌(Bacillus),降解半纖維素和戍聚糖的微生物為褐腐菌(Monilia Iaxa)。優(yōu)選地，所述脫果膠的微生物、降解木質(zhì)素的微生物、降解半纖維素的微生物及降解戊聚糖的微生物為經(jīng)過物理或化學誘變后的改良品種，包括步驟a)菌種初篩在竹原纖維污水處理廠、污泥堆放處、天然林中的腐殖土等環(huán)境中采集樣品，采用微生物學常規(guī)方法篩選出能有效降解粗竹原纖維中果膠、木質(zhì)素、半纖維素及戊聚糖的原始菌株；b)菌種復篩通過發(fā)酵條件的控制，從原始菌株中分別篩選出耐高溫、高代謝能快速提高發(fā)酵溫度的菌株以及降解粗竹原纖維中果膠、木質(zhì)素、半纖維素及戊聚糖能力強的專用菌株；c)菌種的改良及優(yōu)化通過物理、化學誘變技術(shù)對菌株進行改良育種，進一步提高菌株的代謝、耐高溫及降解粗竹原纖維中果膠、木質(zhì)素、半纖維素及戊聚糖的能力；d)果膠的降解將優(yōu)化后的產(chǎn)果膠酶的專用菌種活化后，轉(zhuǎn)接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，在25°C條件下培養(yǎng)20h，作為第一次脫膠菌種，脫膠發(fā)酵液菌種可多次循環(huán)使用，將粗竹原纖維稱量后加入上述發(fā)酵液中，常壓下經(jīng)產(chǎn)果膠酶的菌種脫膠一定時間，用水沖洗干燥觀察其脫膠效果；e)木質(zhì)素的降解將優(yōu)化后的產(chǎn)木質(zhì)素降解酶的專用菌種活化后，將經(jīng)脫果膠后的竹原纖維稱量后加入到產(chǎn)木質(zhì)素降解酶的發(fā)酵培養(yǎng)基中脫膠一定時間，用水沖洗干燥觀察其脫膠效果；
f)半纖維素及戊聚糖的降解將優(yōu)化后的產(chǎn)半纖維素及戊聚糖降解酶的專用菌種活化后，經(jīng)脫果膠、木質(zhì)素的竹原纖維稱量后加入到降解半纖維素及戊聚糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中，常壓下脫膠一定時間，用水沖洗干燥觀察其脫膠效果；g)復合菌劑的制備將選育出的具有高效降解粗竹原纖維中果膠、木質(zhì)素、半纖維素及戊聚糖的專用菌按照以下體積百分比制備 脫果膠的放線菌微生物菌劑10% 40%
降解木質(zhì)素的真菌微生物菌劑40% 50%
降解木質(zhì)素的細菌微生物菌劑10% 20%
降解半纖維素和戍聚糖的微生物菌劑10% 20%其中，脫果膠的微生物菌劑中含IXlO6 4X IO7個放線菌孢子/ml ;降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含4X IO8 5 X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含細菌IXlO6 2X107CFU/ml ;降解半纖維素和戊聚糖的微生物菌劑中含IXlO8 2X IO8個真菌孢子/ml。常壓下經(jīng)脫膠一定時間，用水沖洗后觀察其脫膠效果；h)煮煉將經(jīng)復合菌劑脫膠后的竹原纖維加入低濃度的堿和助劑，在較低堿濃度下煮煉；i)干燥采用熱風烘干機干燥煮煉后的纖維原料。其粗細的控制通過改變復合菌劑的組成、比例及降解時間來實現(xiàn)不同類型纖維長度和直徑的竹原纖維。本發(fā)明進一步提供一種微生物復合菌劑，其由脫果膠的微生物、降解木質(zhì)素的微生物、降解半纖維素的微生物及降解戊聚糖的微生物中的兩種或兩種以上的微生物組成。所述微生物復合菌劑中各種菌的添加量按體積百分比計為
脫果膠的放線菌微生物菌劑10% 40%
降解木質(zhì)素的真菌微生物菌劑40% 50%
降解木質(zhì)素的細菌微生物菌劑10% 20%
降解半纖維素和戍聚糖的微生物菌劑10% 20%其中，脫果膠的微生物菌劑中含IXlO6 4X IO7個放線菌孢子/ml ;降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含4X IO8 5 X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含細菌IXlO6 2X107CFU/ml ;降解半纖維素和戊聚糖的微生物菌劑中含IXlO8 2X IO8個真菌孢子/ml。所述脫果膠的微生物為小單孢菌(Micromonospora)和/或諾卡氏菌(Nocardia),降解木質(zhì)素的真菌微生物為白腐菌(Pleurotus ostreatus)和/或褐腐菌(MoniliaIaxa),降解木質(zhì)素的細菌微生物為假單胞菌(Pseudomonas)和/或芽孢桿菌(Bacillus),降解半纖維素和戍聚糖的微生物為褐腐菌(Monilia Iaxa)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點及有益效果(一 )本發(fā)明采用微生物法脫膠，通過復合菌劑作用使連接粗竹纖維素的木質(zhì)素、木質(zhì)素、半纖維素及戊聚糖等充分降解。整個生產(chǎn)過程中，節(jié)水、節(jié)能、少廢水、無廢渣、無廢氣產(chǎn)生，所用微生物處理液和清洗液完全循環(huán)使用，避免了化學處理帶來的嚴重污染問題。(二)本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)的化學制纖制漿工藝，針對竹材特性，結(jié)合了微生物學、纖維非織造布學、纖維紡織學等多學科交叉技術(shù)，根據(jù)竹材物理特性、化學組成及結(jié)構(gòu)特點，采用高效復合菌劑降解連接粗竹纖維的果膠、木質(zhì)素、半纖維素及戊聚糖，使竹材軟化，膠質(zhì)降解，獲得不同類型的竹原纖維，改變了傳統(tǒng)竹原纖維加工工藝，具有方法和原理上的創(chuàng)新。
(三)本發(fā)明通過對現(xiàn)有竹原纖維制備工藝的綜合分析和比較，經(jīng)反復試驗研究和驗證，選用脫果膠、木質(zhì)素、半纖維素及戊聚糖的專用菌協(xié)同作用，并優(yōu)化工藝條件，既可對粗竹原纖維中木質(zhì)素、果膠、半纖維素及戊聚糖等進行有效處理，同時又保留了竹原纖維的天然屬性，使其具有針對性強、活力高、纖維強度高、韌性好、纖維質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段，所用原料均為市售商品。本發(fā)明中涉及到的溶液的百分比，除另有規(guī)定外，是指IOOml溶液中含有溶質(zhì)的克數(shù)。實施例I復合菌劑的制備將具有高效降解粗竹原纖維中果膠、木質(zhì)素、半纖維素及戊聚糖的專用微生物按照以下體積百分比制備成復合菌劑復合菌劑配方I:
脫果膠的放線菌微生物菌劑10%
降解木質(zhì)素的真菌微生物菌劑50%
降解木質(zhì)素的細菌微生物菌劑20%
降解半纖維素和戍聚糖的微生物菌劑20%復合菌劑配方II:
脫果膠的放線菌微生物菌劑40%
降解木質(zhì)素的真菌微生物菌劑40%
降解木質(zhì)素的細菌微生物菌劑10%
降解半纖維素和戍聚糖的微生物菌劑10%復合菌劑配方III :
脫果膠的放線菌微生物菌劑25%降解木質(zhì)素的真菌微生物菌劑45%
降解木質(zhì)素的細菌微生物菌劑15%
降解半纖維素和戍聚糖的微生物菌劑15%
復合菌劑配方IV
脫果膠的放線菌微生物菌劑30%
降解木質(zhì)素的真菌微生物菌劑50%
降解木質(zhì)素的細菌微生物菌劑10%
降解半纖維素和戍聚糖的微生物菌劑20%復合菌劑配方V
脫果膠的放線菌微生物菌劑20%
降解木質(zhì)素的真菌微生物菌劑55%
降解木質(zhì)素的細菌微生物菌劑10%
降解半纖維素和戍聚糖的微生物菌劑15%上述復合菌劑配方I V中，脫果膠的微生物菌劑中含4 X IO7個放線菌孢子/ml ；降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含5X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含細菌2X107CFU/ml ;降解半纖維素和戊聚糖的微生物菌劑中含2X IO8個真菌孢子/ml。其中，所述復合菌劑中脫果膠的放線菌為小單孢菌屬(Micromonospora)中的青銅小單孢菌(Micromonosporachalcea);降解木質(zhì)素的真菌為白腐菌(Pleurotusostreatus),細菌為假單胞菌屬(Pseudomonas)中的銅綠假單胞菌(P. Aeruginosa);降解半纖維素和戍聚糖的真菌為褐腐菌屬(Monilia Iaxa)中的擔子菌(Baidimycetes)。實施例2粗竹原纖維果膠的降解將產(chǎn)果膠酶的專用菌種一小單孢菌屬(Micromonospora)中的青銅小單孢菌(Micromonosporachalcea)活化后,轉(zhuǎn)接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，在25°C條件下培養(yǎng)20h,作為第一次脫膠菌種，脫膠發(fā)酵液菌種可多次循環(huán)使用，將粗竹原纖維稱量后加入上述發(fā)酵液中(粗竹原纖維與發(fā)酵液的質(zhì)量體積比g : ml為I : 25，常壓下經(jīng)產(chǎn)果膠酶的菌種脫膠48h，用水沖洗干燥觀察其脫膠效果，比較脫膠前后的殘膠，殘膠率為11. 4%，同時肉眼觀察到脫果膠后的竹原纖維顏色較脫膠前淺。果膠降解發(fā)酵培養(yǎng)基配方如下葡萄糖，I. 5% ;硫酸銨，O. 15% ;無機鹽及小分子物質(zhì)(MgS04、FeS04、CuSO4 · 5H20、CoSO4), O. 05% ;發(fā)酵培養(yǎng)基的初始pH值7. O。實施例3粗竹原纖維木質(zhì)素的降解木質(zhì)素的降解將優(yōu)化后的產(chǎn)木質(zhì)素降解酶的專用菌種(真菌為褐腐菌屬(Monilia Iaxa)中的擔子菌(Baidimycetes),細菌為假單胞菌(Pseudomonas)屬中的銅綠假單胞菌(P. Aeruginosa))分別采用液體培養(yǎng)基活化后，其中真菌在32°C條件下培養(yǎng)2d，細菌在37°C條件下培養(yǎng)24h，使真菌、細菌的菌液濃度分別達到IX IO8個真菌孢子/ml、lX106 lX107CFU/ml。再將真菌、細菌按5 15%接種量加入到真菌、細菌發(fā)酵培養(yǎng)基中，調(diào)pH值7. O，最后將經(jīng)脫果膠后的竹原纖維稱量后依次加入到真菌、細菌產(chǎn)木質(zhì)素降解酶的發(fā)酵培養(yǎng)基中脫膠48h (竹原纖維與發(fā)酵培養(yǎng)基的質(zhì)量體積比g : ml為I : 25)，用水沖洗干燥觀察其脫膠效果。比較脫膠前后的殘膠，殘膠率為10. 3%，脫膠后手感柔韌度較脫木質(zhì)素前更軟。實施例4粗竹原纖維半纖維素及戊聚糖的降解將半纖維素及木聚糖產(chǎn)生菌一褐腐菌(Monilia Iaxa)活化后，轉(zhuǎn)接到發(fā)酵培養(yǎng)基中，在37°C條件下培養(yǎng)3d，離心得到粗酶液，將上述脫果膠、木質(zhì)素的竹原纖維稱量后加 入到降解上述酶液中(竹原纖維與酶液的質(zhì)量體積比g : ml為I : 25)，常壓下脫膠72h，用水沖洗干燥觀察其脫膠效果。比較脫膠前后的殘膠，殘膠率為9. 6%，同時肉眼觀察到脫膠后竹原纖維較脫膠前顏色更白。戊聚糖降解發(fā)酵培養(yǎng)基配方如下(NH4)2SO4O. 5g, K2HPO4L 0g, MgSO4 · 7Η200· 3g, CaCl2 · 2Η200· 2g, K2SO4O. lg,NaClO. 2g,自制半纖維素10. 0g。實施例5利用微生物復合菌劑脫膠制取竹原纖維將依次經(jīng)脫果膠、木質(zhì)素、半纖維素及戊聚糖的竹原纖維與實施例I中制備的復合菌劑按照體積質(zhì)量比25 Kml g)進行脫膠5d，用水沖洗干燥觀察其脫膠效果。實施例I中五種配方I V的復合菌劑脫膠效果分別列于表I :表I五種配方I V的復合菌劑脫膠效果
權(quán)利要求
1.利用微生物復合菌劑脫膠制取竹原纖維的方法，其特征在于，將粗竹原纖維依次經(jīng)脫果膠的微生物、降解木質(zhì)素的微生物、降解半纖維素和戊聚糖的微生物脫膠后，再向上述脫膠后的竹原纖維中加入微生物復合菌劑進行脫膠，然后經(jīng)堿和助劑煮煉后，干燥即得竹原纖維；其中，所述微生物復合菌劑由脫果膠的微生物、降解木質(zhì)素的微生物、降解半纖維素和戊聚糖的微生物組成；所述助劑為O. 5 I. 5% Na3P04。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述粗竹原纖 維的纖維含量占60%以上，纖維細度為O. 02-0. 1mm，長度為6cm以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述堿為O.2 O. 6% NaOH。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，堿和助劑煮煉時間為I 3h，煮煉壓力為I 2kg/cm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，微生物復合菌劑中各種菌的添加量按體積百分比計為脫果膠的放線菌微生物菌劑10% 40%降解木質(zhì)素的真菌微生物菌劑40% 50%降解木質(zhì)素的細菌微生物菌劑10% 20%降解半纖維素和戍聚糖的微生物菌劑10% 20%其中，脫果膠的微生物菌劑中含IX IO6 4X IO7個放線菌孢子/ml ;降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含4X IO8 5X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含細菌IXlO6 2X107CFU/ml ;降解半纖維素和戊聚糖的微生物菌劑中含IXlO8 2X IO8個真菌孢子/ml。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述脫果膠的微生物為小單孢菌(Micromonospora)和/或諾卡氏菌(Nocardia),降解木質(zhì)素的真菌微生物為白腐菌(Pleurotus ostreatus)和/或褐腐菌(Monilia Iaxa),降解木質(zhì)素的細菌微生物為假單胞菌(Pseudomonas)和/或芽孢桿菌(Bacillus)，降解半纖維素和戊聚糖的微生物為褐腐菌(Monilia Iaxa)。
7.—種微生物復合菌劑，其由脫果膠的微生物、降解木質(zhì)素的微生物、降解半纖維素和戊聚糖的微生物中的兩種或兩種以上的微生物組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微生物復合菌劑，其特征在于，微生物復合菌劑中各種菌的添加量按體積百分比計為脫果膠的放線菌微生物菌劑10% 40%降解木質(zhì)素的真菌微生物菌劑40% 50%降解木質(zhì)素的細菌微生物菌劑10% 20%降解半纖維素和戍聚糖的微生物菌劑10% 20%其中，脫果膠的微生物菌劑中含IX IO6 4X IO7個放線菌孢子/ml ;降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含4X IO8 5X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質(zhì)素的微生物菌劑中含細菌IXlO6 2X107CFU/ml ;降解半纖維素和戊聚糖的微生物菌劑中含IXlO8 2X IO8個真菌孢子/ml。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微生物復合菌劑，其特征在于，所述脫果膠的微生物為小單孢菌(Micromonospora)和/或諾卡氏菌(Nocardia),降解木質(zhì)素的真菌微生物為白腐菌(Pleurotus ostreatus)和/或褐腐菌(Monilia Iaxa),降解木質(zhì)素的細菌微生物為假單胞菌(Pseudomonas)和/或芽孢桿菌(Bacillus)，降解半纖維素和戊聚糖的微生物為褐腐菌(Monilia Iaxa)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用微生物復合菌劑脫膠制取竹原纖維的方法，將粗竹原纖維依次經(jīng)脫果膠的微生物、降解木質(zhì)素的微生物、降解半纖維素和戊聚糖的微生物脫膠后，再向上述脫膠后的竹原纖維中加入微生物復合菌劑進行脫膠，然后經(jīng)堿和助劑煮煉后，干燥即得竹原纖維。所得竹原纖維粗細、直徑的控制通過改變復合菌劑的組成、比例及降解時間等而實現(xiàn)。采用該法生產(chǎn)的竹原纖維強度高、韌性好、綠色環(huán)保，整個微生物法脫膠過程節(jié)水、節(jié)能、少廢水、無廢渣、無廢氣產(chǎn)生，所用微生物處理液和清洗液完全循環(huán)使用；有效解決了化學處理造成環(huán)境污染問題，具有原料易得、操作簡單、提取效率高、纖維質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。
文檔編號C12N1/14GK102634856SQ201210082168
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者阮期平 申請人:綿陽師范學院