專利名稱：利用微生物復合菌劑脫膠制取竹原纖維的方法
技術領域：
本發明涉及天然綠色環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：
竹產業是我國林業的四大朝陽產業之一，在國際市場上具有整體競爭優勢。竹子是一種生產期短、產量高、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、降低溫室效應等特性。因此，竹產業近年來已成為我國林業發展的一個新的經濟增長點，其中竹原纖維的開發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、光澤好等優點。隨著全球氣候的惡化和環保意識的提高，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?！毕M潮流的推動下，竹原纖維已經成為天然纖維的“新寵”，是一種具有廣闊前景的創新材料。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、汽車工業竹原纖維、家裝建材用竹原纖維、醫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的熱點，目前已有不少關于竹原纖維的中國發明專利申請的文獻公開報道。在竹原纖維開發研究初期，基本上采用化學方法生產竹纖維，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，易使產品失去生態屬性，且化學處理后的污水難以治理，造成環境污染。而利用生物物理技術(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，未實現產業化階段。與利用微生物脫膠制取竹原纖維相關的專利申請主要有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，所得纖維產品質量穩定且對環境友好的制取竹原纖維的方法成為亟待解決的問題。

發明內容
本發明的目的針對現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。 為了實現本發明目的，本發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脫果膠的微生物、降解木質素的微生物、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；優選所述微生物復合菌劑由脫果膠的微生物、降解木質素的微生物、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%
降解木質素的真菌微生物菌劑40% 50%
降解木質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 ;降解木質素的微生物菌劑中含4X IO8 5 X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質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),降解木質素的真菌微生物為白腐菌(Pleurotus ostreatus)和/或褐腐菌(MoniliaIaxa),降解木質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)。優選地，所述脫果膠的微生物、降解木質素的微生物、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境中采集樣品，采用微生物學常規方法篩選出能有效降解粗竹原纖維中果膠、木質素、半纖維素及戊聚糖的原始菌株；b)菌種復篩通過發酵條件的控制，從原始菌株中分別篩選出耐高溫、高代謝能快速提高發酵溫度的菌株以及降解粗竹原纖維中果膠、木質素、半纖維素及戊聚糖能力強的專用菌株；c)菌種的改良及優化通過物理、化學誘變技術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、木質素、半纖維素及戊聚糖的能力；d)果膠的降解將優化后的產果膠酶的專用菌種活化后，轉接到發酵培養基中，在25°C條件下培養20h，作為第一次脫膠菌種，脫膠發酵液菌種可多次循環使用，將粗竹原纖維稱量后加入上述發酵液中，常壓下經產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)木質素的降解將優化后的產木質素降解酶的專用菌種活化后，將經脫果膠后的竹原纖維稱量后加入到產木質素降解酶的發酵培養基中脫膠一定時間，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化后的產半纖維素及戊聚糖降解酶的專用菌種活化后，經脫果膠、木質素的竹原纖維稱量后加入到降解半纖維素及戊聚糖的發酵培養基中，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%
降解木質素的真菌微生物菌劑40% 50%
降解木質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 ;降解木質素的微生物菌劑中含4X IO8 5 X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質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。常壓下經脫膠一定時間，用水沖洗后觀察其脫膠效果；h)煮煉將經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不同類型纖維長度和直徑的竹原纖維。本發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%
降解木質素的真菌微生物菌劑40% 50%
降解木質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 ;降解木質素的微生物菌劑中含4X IO8 5 X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質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),降解木質素的真菌微生物為白腐菌(Pleurotus ostreatus)和/或褐腐菌(MoniliaIaxa),降解木質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)。與現有技術相比，本發明至少具有下列優點及有益效果(一 )本發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素、木質素、半纖維素及戊聚糖等充分降解。整個生產過程中，節水、節能、少廢水、無廢渣、無廢氣產生，所用微生物處理液和清洗液完全循環使用，避免了化學處理帶來的嚴重污染問題。(二)本發明摒棄了傳統的化學制纖制漿工藝，針對竹材特性，結合了微生物學、纖維非織造布學、纖維紡織學等多學科交叉技術，根據竹材物理特性、化學組成及結構特點，采用高效復合菌劑降解連接粗竹纖維的果膠、木質素、半纖維素及戊聚糖，使竹材軟化，膠質降解，獲得不同類型的竹原纖維，改變了傳統竹原纖維加工工藝，具有方法和原理上的創新。
(三)本發明通過對現有竹原纖維制備工藝的綜合分析和比較，經反復試驗研究和驗證，選用脫果膠、木質素、半纖維素及戊聚糖的專用菌協同作用，并優化工藝條件，既可對粗竹原纖維中木質素、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、纖維質量穩定等優點。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段，所用原料均為市售商品。本發明中涉及到的溶液的百分比，除另有規定外，是指IOOml溶液中含有溶質的克數。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%
降解木質素的真菌微生物菌劑50%
降解木質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%
降解木質素的真菌微生物菌劑40%
降解木質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%降解木質素的真菌微生物菌劑45%
降解木質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%
降解木質素的真菌微生物菌劑50%
降解木質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%
降解木質素的真菌微生物菌劑55%
降解木質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 ；降解木質素的微生物菌劑中含5X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質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,轉接到發酵培養基中，在25°C條件下培養20h,作為第一次脫膠菌種，脫膠發酵液菌種可多次循環使用，將粗竹原纖維稱量后加入上述發酵液中(粗竹原纖維與發酵液的質量體積比g : ml為I : 25，常壓下經產果膠酶的菌種脫膠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。果膠降解發酵培養基配方如下葡萄糖，I. 5% ;硫酸銨，O. 15% ;無機鹽及小分子物質(MgS04、FeS04、CuSO4 · 5H20、CoSO4), O. 05% ;發酵培養基的初始pH值7. O。實施例3粗竹原纖維木質素的降解木質素的降解將優化后的產木質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))分別采用液體培養基活化后，其中真菌在32°C條件下培養2d，細菌在37°C條件下培養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、細菌發酵培養基中，調pH值7. O，最后將經脫果膠后的竹原纖維稱量后依次加入到真菌、細菌產木質素降解酶的發酵培養基中脫膠48h (竹原纖維與發酵培養基的質量體積比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生菌一褐腐菌(Monilia Iaxa)活化后，轉接到發酵培養基中，在37°C條件下培養3d，離心得到粗酶液，將上述脫果膠、木質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。戊聚糖降解發酵培養基配方如下(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脫果膠、木質素、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脫果膠的微生物、降解木質素的微生物、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.根據權利要求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.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述堿為O.2 O. 6% NaOH。
4.根據權利要求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.根據權利要求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%降解木質素的真菌微生物菌劑40% 50%降解木質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 ;降解木質素的微生物菌劑中含4X IO8 5X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質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.根據權利要求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),降解木質素的真菌微生物為白腐菌(Pleurotus ostreatus)和/或褐腐菌(Monilia Iaxa),降解木質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.根據權利要求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%降解木質素的真菌微生物菌劑40% 50%降解木質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 ;降解木質素的微生物菌劑中含4X IO8 5X IO8個真菌孢子/ml ;降解木質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.根據權利要求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),降解木質素的真菌微生物為白腐菌(Pleurotus ostreatus)和/或褐腐菌(Monilia Iaxa),降解木質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脫果膠的微生物、降解木質素的微生物、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。采用該法生產的竹原纖維強度高、韌性好、綠色環保，整個微生物法脫膠過程節水、節能、少廢水、無廢渣、無廢氣產生，所用微生物處理液和清洗液完全循環使用；有效解決了化學處理造成環境污染問題，具有原料易得、操作簡單、提取效率高、纖維質量穩定等優點。
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 優先權日2012年3月26日
發明者阮期平 申請人:綿陽師范學院