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3、响。为微生物色素在纺织品 染色领域的应用提供了理论基础。 在黑曲霉孢子粉对蚕丝和羊毛织物染色方面，本文探讨了培养液中的碳源及氮 源、染色温度、染液 pH、 染色时间和孢子粉用量对染色效果的影响，并测定了染色 织物的匀染性、透染性及色牢度。研宄结果表明：培养液中适当的加入碳源和氮源有 助于提高染色织物的K/S值，其用量分别以 3g/L和 5g/L为宜；在一定范围内，染色 织物的 K/S值随着染色温度的升高、染液 pH值的增加和染色时间的延长而增加；染 色织物的匀染性和透染性较好。调节染液 pH=7， 培养温度 30 C， 培养时间 24h， 可 使染色织物获得较深的颜色和良好的色牢度。 本文还研
4、宄了绿色木霉黄色素的制取工艺。采用马铃薯葡萄糖培养基培养绿色木 霉菌，观察绿色木霉菌的生长及产色素情况；探讨了培养基中不同种类碳源、氮源以 及培养液的初始 pH、 培养温度、培养时间对绿色木霉菌黄色素产量的影响，并对其 工艺条件进行了优化。结果表明：绿色木霉菌在马铃薯葡萄糖培养基上能够很好的生 长，并且能够代谢出水溶性黄色素；紫外可见分光光度计光谱扫描结果表明该黄色素 的最大吸收波长为 390nm。 培养液组分及培养条件对绿色木霉菌黄色素的产量均有影 响，绿色木霉产黄色素发酵培养液成分的最优组合为葡萄糖 35g/L， 尿素 7g/L， 磷酸 二氢钾 3g/L， 七水硫酸镁 2g/L;绿色木霉产
5、黄色素的最优培养条件为 :接种量 4%(v/v)， 培养液初始 pH=6， 30 C， 160r/min恒温培养3天。 进一步研宄了 pH、 温度及金属离子对绿色木霉黄色素的稳定性的影响，探讨了 绿色木霉黄色素对蚕丝及羊毛织物的染色方法以及染液 pH、 染色温度 、媒染剂用量 等条件对染色的影响，并测试了染色织物的皂洗牢度和摩擦牢度。结果表明：绿色木 霉黄色素的酸碱稳定性较好，耐热稳定性较差， Fe2+、 Fe3+和 Cu2+对绿色木霉黄色 I 中文摘要 蛋白质纤维的微生物染色 素稳定性影响较大。为使染色织物获得较深的颜色和良好的色牢度，应调节染液 pH=4,蚕丝织物的染色可以在 70 C条件
6、下进行，羊毛织物的染色温度以 80 C为宜； 以氯化镨和混合稀土作为媒染剂时，绿色木霉黄色素对蚕丝织物染色宜采用同浴媒染 法，对羊毛织物染色宜采用预媒法，媒染剂的最适用量分别为：氯化镨 1.5g/L， 混合 稀土 lg/L。 关键词 ： 蚕丝；羊毛；黑曲霉；绿色木霉；染色；色牢度 作 者：翟红霞 指导老师：陈国强 Dyeing of protein fibers with microbial Abstract Dyeing of protein fibers with microbial Abstract In this paper, silk and wool fabric was dyed
7、 with the Aspergillus niger spores powder and Trichoderma viride, in which the tedious pigment extraction process was eliminated. The effects of culture medium components and dyeing conditions on dyeing properties were investigated. It provided a theoretical basis for the application of microbial pi
8、gments in the field of textile dyeing. The Aspergillus niger spores powder was applied in dyeing of silk and wool. The effects of carbon source and nitrogen source, dyeing temperature, pH value, dyeing time and the dosage of Aspergillus niger spores on dyeing properties of silk and wool fabric were
9、investigated. The leveling property, dyeing penetration, color fastnesses of the dyed fabrics were also studied. The results showed that, The addition of suitable carbon source and nitrogen source was helpful to improve the K/S of dyed fabrics, the best mass concentration was 3g/L and 5g/L, respecti
10、vely; within a certain range, the K/S values of dyed fabrics increased with the increase of dyeing temperature, pH value or dyeing time; The leveling property and dyeing penetration of dyed fabric were relatively good. It was found that better color depth and good fastness of dyed fabric could be ob
11、tained under the optimal dyeing process, pH=7, T= 30 C,t= 24h. Secondly, the fermentation of making yellow pigments from Trichoderma viride was studied. In order to observe their growth and the ability in producing yellow pigments, the Trichoderma viride was grown on a potato dextrose culture medium
12、. The effect of process parameters of producing yellow pigments such as carbon source and nitrogen source, pH, culture temperature and culture time have been studied and the conditions were optimized. The results showed that, Trichoderma viride was grew well and able to produce the water-soluble yel
13、low pigment on potato dextrose medium. In the UV-Vis absorption spectra of the yellow pigments, the maximum absorption wavelength was observed at 390 nm. The yellow pigments production was affected by Medium composition and culture conditions. It was found that more yellow pigments could be obtained
14、 under the optimal Medium composition, 35g/L glucose, 7g/L urea, Na2HP 4 3g/L， 2g/L MgS 4.7H2 . The m Abstract Dyeing of protein fibers with microbial optimal culture conditions was as follow: inoculum 4% (v/v), initial pH = 6, T=30 C, t=3d. Finally, the effects of pH, temperature and metal ions on
15、the stability of the yellow pigments from Trichoderma viride were further studied. The effect of process parameters of dyeing such as dyeing method, pH, dyeing temperature and the dosage of mordants were discussed and the color fastnesses to washing and rubbing of the yellow pigments in silk and woo
16、l fabric were also investigated. The results showed that, the acid-base stability of the yellow pigments from Trichoderma viride is good, but the thermal stability is poor. Fe2+, Fe3+ and Cu2+had a greater impact on the stability of the yellow pigments. To obtain better color depth and good fastness
17、 of dyed fabric, the optimal dyeing process was as follow, pH=4, T=70C for silk fabric and T= 80 C for wool fabric. For mordant dyeing with praseodymium chloride and mixed rare earth, the best dyeing method for silk fabric and wool fabric was simultaneous mordanting method and pre-mordanting method,
18、 respectively. The optimum mass concentration of praseodymium chloride was 1.5g/L and the best mass concentration of mixed rare earth mordant was lg/L. Key words: silk; wool; Aspergillus niger Trichoderma viride; dyeing; color fastness Written by: Zhai Hongxia Supervised by: Chen Guoqiang IV 目录 会者 i
19、仑 . 1 1.1弓丨言 . 1 1.2微生物色素概述 . 1 1.2.1 微生物红色素 . 2 1.2.2微生物黄色素 . 4 1.2.3 微生物黑色素 . 5 1.3微生物色素在纺织领域的应用 . 6 1.4微生物染色方法 . 7 1.5本课题的研宄意义及主要内容 . 8 参考文献 . 9 第二章黑曲霉孢子粉对蚕丝和羊毛的染色性能 . 13 2.1 弓丨 W . 13 2.2实验材料和仪器 . 13 2.2.1 实验材料和药品 . 13 2.2.2实验仪器 . 13 2.3实验方法 . 14 2.3.1 培养液的配制 . 14 2.3.2 实验方法 . 14 2.4测试方法 . 15 2.
20、4.1 K/S值的测定 . 15 2.4.2 匀染性的测定 . 15 2.4.3 透染性的测定 . 16 2.4.4色牢度的测定 . 16 2.5结果与讨论 . 16 2.5.1 染色液组分对染色的影响 . 16 2.5.2 染色条件对染色的影响 . 18 2.5.3 染色织物匀染性 . 21 2.5.4 染色织物透染性 . 22 2.5.5 染色织物色牢度 . 22 2.6本章小结 . 23 参考文献 . 24 第三章绿色木霉产黄色素的培养基成分及培养条件优化 . 25 3.1 弓丨 W . 25 3.2实验材料和仪器 . 25 3.2.1 实验材料 . 25 3.2.2实验仪器 . 26
21、3.3实验方法 . 26 3.3.1 实验用培养基 . 26 3.3.2菌种的复苏、活化及保存 . 26 3.3.3 孢子悬浮液的制备 . 27 3.3.4绿色木霉菌生长曲线的绘制 . 27 3.3.5培养基成分优化 . 27 3.3.5 培养条件优化 . 27 3.4测试方法 . 28 3.4.1 色素吸收峰的测定 . 28 3.4.2培养液中色素色价的测定 . 28 3.4.3 菌体干重的测定 . 28 3.5结果与讨论 . 28 3.5.1 绿色木霉菌的生长情况 . 28 3.5.2 绿色木霉黄色素光谱曲线 . 29 3.5.3 绿色木霉菌生长曲线 . 30 3.5.4培养基成分优化 .
22、 31 3.5.5 培养条件优化 . 36 3.6本章小结 . 40 参考文献 . 41 第四章绿色木霉黄色素对蚕丝和羊毛织物的染色 . 43 4.1 弓丨 W . 43 4.2实验材料和仪器 . 43 4.2.1 实验材料和药品 . 43 4.2.2实验仪器 . 43 4.3实验方法 . 44 4.3.1 培养基的配制 . 44 4.3.2 孢子悬浮液的制备 . 44 4.3.3 绿色木霉黄色素提取 . 45 4.3.4 绿色木霉黄色素的稳定性 . 45 4.3.5绿色木霉黄色素对羊毛和蚕丝织物的染色性能 . 45 4.3.6 染色工艺曲线 . 45 4.4测试方法 . 46 4.4.1 吸
23、光度的测定 . 46 4.4.2 K/S值的测定 . 46 4.4.3 色牢度的测定 . 46 4.5结果与讨论 . 47 4.5.1 绿色木霉黄色素的稳定性 . 47 4.5.2绿色木霉黄色素的染色性能 . 49 4.5.3 染色织物色牢度 . 56 4.6本章小结 . 57 _捕 . 57 第五章结论与展望 . 59 5.1 59 5.2 MM . 60 硕士期间发表的学术论文和专利 . 61 至夂 i射 . 62 蛋白质纤维的微生物染色 第一章绪论 第 一 章 绪 论 1.1引言 由于合成色素具有品种多、色谱齐全、稳定性好、色泽鲜艳、可大批量生产等优 点，被广泛应用于纺织、皮革、食品、化
24、妆品、涂料、油墨、感光材料等领域。随着 合成色素以及在它们生产过程中产生的副产物对人体健康和环境的危害受到人们的 关注 1，其生产和应用受到了严格的限制，天然色素在食品、化妆品和医药领域的应 用不断提 _。 天然色素具有安全无毒、无致癌性和可生物降解的多种优点 2。以前天然色素大 多来源于动植物，近年来，随着世界各国对绿色环保、可生物降解的天然产品的追求， 天然色素在市场上的需求逐渐提高，其来源也从动植物扩展到矿物、昆虫、微生物等 种类。由于微生物种类繁多，且来源广泛，除了产生色素外还可以产生其他多种生物 副产品，具有广阔的发展前景，因此利用微生物色素作为天然着色剂的生产和应用受 到广大学者的
25、重视 3_5。 最早生产和应用的微生物色素是红曲色素，它是以大米为原料，经红曲霉菌液体 发酵而得的。几个世纪以来，亚洲人都用它作为红酒、豆制品、奶酪、肉制品的着色 剂，但是在欧洲和美国它仍然是被禁止的。 1995年欧洲推出由真菌产生的 炙胡萝卜素，它是欧洲成功使用的第一个微生物色素。欧洲欧盟健康和消费者保护总 署认为，在某种意义上炙胡萝卜素的产生方式类似于化学合成色素，因此可用作着食 品着色剂 6。现在大部分微生物色素仍处于实验室研宄阶段，微生物色素想要在市场 上产业化生产和应用还有很长的路要走。 1.2微生物色素概述 微生物色素是微生物的一种次级代谢产物，有红色、橙色、黄色、绿色、青色、 蓝
26、色、紫色、黑色和褐色等多种颜色。微生物色素可分为水溶性色素和非水溶性色素 两类，水溶性色素又可称为胞外色素，微生物菌体本身有色或无色但其代谢出的色 素 可以渗入到培养基中使培养基呈色；非水溶性色素又可称为胞内色素，微生物菌体本 身有颜色但其代谢出的色素不能渗入到培养基中使培养基呈色。与其他来源的天然色 第一章绪论 _ 蛋白质纤维的微生物染色 素相比，微生物色素成本低廉、生产周期短并且生产不受季节、气候和地域的限制， 易于工业化生产。 1.2.1微生物红色素 微生物红色素是微生物色素中研宄和应用最为广泛的一种，目前研宄最为广泛的 微生物红色素主要为红曲色素和灵菌红素。 1.2.1.1 红曲色素
27、红曲色素是红曲霉菌的次级代谢产物，是以大米为原料，经红曲霉菌液体深层发 酵而制得的 7_8。红曲色素是由多种色素混合而成的。红曲色素的成分因其产生菌不 同，其成分也不相同。目前研究较多且己知其结构的红曲色素主要有 6种：红斑素、 红曲红素、红斑胺素、红曲红胺素、红曲素和红曲黄素（图 1) 9。其中红斑素和红 曲红素为红色，红斑胺素和红曲红胺素为紫红色，红曲素和红曲黄素为黄色。 图 1-1 6种红曲色素的分子结构式 2 蛋白质纤维的微生物染色 第一章绪论 红曲色素是我国食品卫生法允许使用的少数食用天然色素之一。与其他天然色素 相比，红曲色素具有色泽鲜艳，着色能力强，稳定性好等多种优点，而且红曲色
28、素食 用安全，具有无毒、无致突变的特性 1 。由于红曲色素具有色泽鲜艳、着色力强且安 全无毒对人体没有危害等特点而被广泛应用为肉制品、豆制品、糕点、糖果、饮料等 的着色剂。此外红曲红素还可通过对抗炎症反应而起到抑制肿瘤的作用，是优良的防 癌物质 11。天工开物中也曾有记载说红曲具有抗菌、抑菌的功能。陈运中等 12研 宄表明红曲色素有降低血清中甘油三酯，降低胆固醇、改善紊乱性脂质代谢，防止动 脉粥样硬化等保健作用。 近年来，随着人们对绿色环保纺织品的青睐，红曲色素在纺织品染色领域的应用 也受到广大学者的关注。刘艳春等 13将红曲红素应用于蚕丝 织物染色，并测试了染色 后织物的皂洗牢度和耐光牢度。
29、研宄结果表明，红曲红素染色蚕丝织物具有较好的色 深值及良好的色牢度。 1.2.1.2灵菌红素 灵菌红素（图 2)是一类含有 3个吡咯环组成的甲氧基吡咯骨架的微生物天然红 色素的总称，具有抗细菌、抗疟疾、抗真菌、抗原生动物及免疫抑制和抗肿瘤活性 14-16 灵菌红素不溶于水，易溶于丙酮等有机溶剂，稳定性方面灵菌红素耐碱不耐酸。 灵菌红素的化学合成过程较为复杂，利用化学合成法大量制备灵菌红素一直未能实施 17，因此利用微生物发酵法制备灵菌红素具有很大的发展前景。灵菌红素的产生菌有 多种，如粘质沙雷氏菌、红色类单胞菌、嗜盐古菌以及假单胞菌，其中以粘质沙雷氏 菌产灵菌红素的研宄最多。王学东等 18对野
30、生黏质沙雷菌株进行紫外诱变处理，从而 筛选出能够高产灵菌红素的链霉素抗性菌株，其发酵产量可达 160mg/L。 Giri等 19 研宄了在黏质沙雷菌的培养基中分别添加花生籽粉、芝麻粉、咖啡粉等成分对灵菌红 素产量的影响，结果表明在培养基中添加花生籽粉、芝麻粉、咖啡粉均能提高灵菌红 3 第一章绪论 蛋白质纤维的微生物染色 素产量，其中以添加花生籽粉最好，灵菌红素产量可达到 38.75g/L。 灵菌红素具有抗菌、抗肿瘤等重要的生物活性，因此在医药领域的应用有着广阔 的发展前景。 CAMPAS等 215和 MELVIN等 21研究表明灵菌红素作为一种抗肿瘤药物 具有很大的发展潜力，灵菌红素在平均 I
31、C50为 2.1nmol/L时对人体 57种不同癌细胞 (如淋巴细胞性白血病）均具有较强的抗性，且对人体正常细胞没有明显的毒性。 Montaner等 22研宄表明灵菌红素能够通过诱导 p-MAP激酶的磷酸化而促使人结肠腺 癌细胞株 DLD-1和 SW-620及人胃癌细胞株 HGT-1凋亡。 近年来，灵菌红素作为一种功能性染料在纺织领域的应用也越来越受到广大学者 的关注。尸 3挪 111八仙 0886扯等 23研宄了灵菌红素对多组分纤维织物染色，并测试羊 毛、蚕丝和棉染色织物的抗菌性能。研宄结果表明灵菌红素可以用于对羊毛、蚕丝、 尼龙、腈纶等纤维染色，且可赋予染色织物一定的抗菌性能。 1.2.2
32、微生物黄色素 天然黄色素是主要的食品着色剂之一，目前市场上使用的天然黄色素大多来源于 植物，如：姜黄色素、红花黄色素和栀子黄色素等。但由于来源于植物的天然色素具 有提取困难、转化率低、成本高等缺点，难以大规模生产，因此利用微生物发酵法制 取黄色素具有广阔的发展前景。 目前已知的可以代谢出黄色素的微生物种类较少，只有 日本实现了红曲黄色素的 商品化生产 24，其他的均处于实验室研宄阶段 。 Shinichi 丁 3111丨等 25从专性的化能 无机自养性硫氧化的嗜碱性细菌的产物中分离出 2种含有苯基团的不饱和脂肪酸的 新的膜被黄色素 Natronochrome 和 Chloronatronoch
33、rome。 W. Thomas Shier 等 26研宄 表明似 XflVM能合成代谢出一种具有蒽醌结构的黄色素，该类黄色素可以作 为天然染料应用于纺织品染色 。 Sophie Eisenbarth等 27从泥土中分离到一株黏菌 它能以亮氨酸作为前体物质，代谢出一种对光敏感的黄色素 Chrysophysarin。 V. Betina等 28研宄表明，采用紫夕卜线照射的方法使绿色木霉菌突变， 其突变体可以代谢出蒽醌类黄色素。安徽农业大学张晓毅等 29研宄表明绿色木霉菌能 够代谢出水溶性黄色素。 4 蛋白质纤维的微生物染色 第一章绪论 1.2.3微生物黑色素 黑色素 (melanin)属非均质的类
34、多酔聚合体，是一类由动植物、细菌及真菌产生 的棕黑色色素，具有复杂的结构 3G。黑色素可以分为真黑素、棕黑素和异黑素三种。 真黑素主要呈黑色和褐色，是酪氨酸在酪氨酸酶的催化下被羟化发生一系列的氧化和 聚合反应而形成的；棕黑素主要呈棕色、红色和黄色，其合成途径与真黑素的形成途 径类似；异黑素主要呈棕色和黑色，是通过多酚氧化酶将多酚氧化聚合而成的 31。 1.2.3.1黑色素的基本特点 黑色素是结构复杂的生物大分子，微溶于水，不溶于有机溶剂和酸性溶液，在强 酸性(pH-yrrE 30 蛋白质纤维的微生物染色 第三章绿色木霉产黄色素培养基成分及培养条件优化 由图 3-3可以看出， O-ld菌体干重迅速增加，几乎没有色素产生； 1.5d-3d菌体 干重缓慢增加，菌体生长速率逐渐下降，色素大量合成；第 3d菌体干