低氧气调技术抑制丝织品霉菌生长应用研究

2022-11-19黄阳阳李邦玉何丽丽徐梦婷查思雨

广东蚕业 2022年10期

黄阳阳　李邦玉　崔　鸣　何丽丽　徐梦婷　查思雨

低氧气调技术抑制丝织品霉菌生长应用研究

黄阳阳1李邦玉1崔鸣2何丽丽3徐梦婷4查思雨4

（1.苏州市职业大学丝绸应用技术研究所江苏苏州215000；2.苏州市职业大学电子信息工程学院江苏苏州215000；3.扬州大学生物科学技术学院江苏扬州225001；4.苏州市职业大学食品与检测系江苏苏州215000）

低氧气调技术能够抑制霉菌生长且不对丝织品本身造成影响，但低氧气调技术抑制丝织品上常见霉菌生长的研究比较少见。文章对丝织品上霉菌生长所需氧浓度阈值问题进行研究，利用综合传感器、物联网、无线供电等技术，开发相应试验装置及试验方法，相应装置和方法经验证具有可行性。试验结果显示：丝织品上常见曲霉属菌种桔青霉生长所需的环境氧浓度阈值为0.7%，低于此氧浓度阈值时桔青霉几乎无生长。本研究可为低氧气调技术在丝织品防霉方面的应用提供参考。

低氧气调；丝织品；桔青霉；氧浓度阈值

丝绸是中国代表性的文化符号之一，丝织品往往具有较高的市场价值和艺术价值。但是，丝织品纤维的主要成分蚕丝蛋白质是霉菌生长的良好营养源，一旦在保藏过程中被霉菌孢子定殖，辅以适宜的温湿度条件，丝织品上霉菌的繁殖将会非常迅速。此外，霉菌生长过程中会分泌多种酶降解蛋白质，不仅会对蚕丝纤维表面产生损坏，破坏其原有光泽度，还会引发绿、灰、白等各种杂色菌斑，严重影响丝织品的价值和美感。因此，针对丝织品防霉问题进行研究，具有非常现实的意义。

目前针对丝织品防霉处理，通常在采取环境温湿度控制和除尘管理的基础上，又主要分为化学防霉剂、气体熏蒸、微波灭菌以及低氧气调等不同技术方案[1-5]。其中化学防霉剂渗透能力强、防霉效果好、持久性强，但是试剂本身容易造成丝织品染料的浸出，且试剂的附着会对丝织品产生持续的影响；气体熏蒸法主要采用环氧乙烷等具有杀菌作用的气体，气体能够穿过微孔对丝织品形成全方位的接触和消杀，但是环氧乙烷等具有杀菌作用的气体本身具有一定的危险性，使用场景较为受限；相较而言，低氧气调采用降低保藏微环境氧气浓度，进而抑制霉菌生长的方法，不会影响丝织品本身，因此非常适合丝织品的防霉保藏这一应用场景。

然而当前低氧气调技术应用研究的对象大多为粮食和食品，且缺乏有关丝织品上霉菌生长氧浓度阈值的试验和论证过程[6-9]。因此，本文主要针对丝织品上常见的曲霉属菌种，选取桔青霉作为对象，通过开发相应试验装置及试验方法，确定其生长所需的最低氧浓度阈值，进而为低氧气调技术在丝织品防霉方面的应用提供参考。

1 试验材料与设备

1.1 试验材料

桔青霉菌种（上海保藏生物技术中心），马铃薯葡萄糖琼脂培养基（上海博微生物科技有限公司），高纯氮气（苏州金宏气体有限公司），标准丝织物（上海市纺织工业技术监督所），PET食品盒（30 cm×30 cm×20 cm，淄博盛邦塑料制品有限公司），ZE03-02气体传感器智能模组（郑州炜盛电子科技有限公司），USR-C215bWi-Fi模块（济南有人物联网技术有限公司），SD2506API-G集成电路模块（深圳市兴威帆电子技术有限公司），JLX19264C液晶模块（深圳市晶联讯电子有限公司），Fantasy无线充电发射/接收器（东莞市虎门吉富电子厂），去离子水（自制）等。

1.2 试验设备

SW-CJ-1F超净工作台（苏州安泰空气技术有限公司），YXQ-LS-50SⅡ高压灭菌锅（上海博迅实业有限公司医疗设备厂），GX-65B热空气消毒箱（天津泰斯特仪器有限公司），SN-LSC-3离心机（上海尚普仪器设备有限公司）。

2 试验方法

2.1 氧浓度及温湿度监测系统开发

2.1.1 传感器装置开发及装配效果

传感器装置如图1（a）和图1（b）所示，装配效果如图1（c）所示。传感器装置主要包括处理器、氧浓度传感器、温湿度传感器、数据存储器，具有Wi-Fi功能的USR-C215b物联网模块，以及能够显示氧浓度、温湿度和日期时间的LCD液晶显示模块。其主要实现采集环境温度、湿度、氧浓度，并实现本地显示、本地存储与网络远程发送功能。

该装置的处理器使用32-bitCortexM3核处理器；氧浓度传感器使用ZE06，分辨率为0.1%VOL，探测范围0%VOL～25%VOL；温湿度检测使用SHT20传感器，温度检测范围为-40 ℃～120 ℃，检测精度为±0.3 ℃，湿度检测范围为0%RH～100%RH，检测精度为±3%RH，与处理器的I2C1连接。传感器与Wi-Fi模块以I2C总线的形式进行通信，此外Wi-Fi通信使用支持TCP/UDP协议、串口通信方式的USR-C215模块，可以实现云平台与处理器之间的通信。氧浓度和温湿度数据发送频率为10 s/次，传感器依靠板上的USB接口受电。

图1　传感器及试验装置

2.1.2 监测系统搭建

监测系统整体框架主要包含氧浓度检测装置、无线路由器、管理软件、有人云平台和SqlServer云服务器等组成部分。电脑端安装Sqlserver数据库软件，以及自编译的管理软件。管理软件可显示检测点名称、氧浓度、温湿度以及日期时间等相关信息。传感器装置所采集到的氧浓度和温湿度数据，会通过Wi-Fi路由器传输到电脑端管理软件，并同步到Sqlserver软件数据库，便于数据的存储和导出。

传感器系统物联网模块参数设置完成后，将传感器装置通过吸盘固定到培养仓内壁上，同时在内壁上粘贴无线充电的接收模块，模块与传感器装置之间用USB数据线连接。与此同时，在培养仓外壁无线充电接收端的对应位置，安装无线充电装置的发射模块，实现对培养仓内传感器装置的无线供电。

2.2 样品制备与孢子接种

2.2.1 样品制备及处理

将标准丝贴衬面料裁剪成直径为4 cm的圆形样品，然后用报纸对丝织物样品进行包裹，放入干热灭菌箱进行灭菌处理，灭菌箱温度121 ℃，时间15 min，灭菌结束后取出样品备用。

2.2.2 霉菌孢子液制备与接种

将10 mL无菌水倒入已培养好菌种的培养基上，用无菌接种环轻刮菌种表面洗出孢子。孢子液转入离心管内4 000 r/min离心30 min，去上清液。再加入10 mL去离子水，4 000 r/min离心30 min，重复洗涤沉淀3次。将离心好的霉菌悬液摇匀，使用1 mL的无菌移液管吸取霉菌悬液1 mL，滴入标记好的培养基中，使用无菌涂布棒涂布，完成霉菌接种。

2.2.3 初始氧浓度调节

将含有霉菌孢子液、培养基和丝织物的培养皿，放入装好传感器装置的PET食品盒中（食品盒作为霉菌培养仓），培养仓盖子上有一个可以开闭的孔，通过向培养仓中充入氮气调节含氧浓度。分别将含氧浓度调节为0.7%、1%、3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%、17%、19%、20.8%，待仓内氧气浓度稳定后，将培养仓倒置放入盛有无菌水的水箱内，液面超过培养仓封口高度，起到水封隔绝空气的效果。最后将水箱盖上盖子，避免外界环境污染。

2.2.4 霉菌培养及观察

在经紫外灭菌的实验室中进行霉菌培养，培养时间7 d，空间环境温度28 ℃。在培养仓内放入装满去离子水的培养皿，以提供充足的水分，保证仓内湿度能够保持在80%左右。培养结束后，取出培养皿进行观察与拍照，再进行霉菌与实验室的灭菌处理。

3 结果与讨论

3.1 丝织品上桔青霉生长所需氧浓度阈值分析

图2是不同初始氧浓度条件下霉菌培养仓内氧浓度变化。培养仓内的环境温度保持在（28±1）℃，湿度除了充入氮气调控的初始阶段，以后基本保持在（80±5）RH%，为适宜霉菌生长的环境温湿度条件。

图2　不同初始氧浓度条件下霉菌培养仓氧浓度变化

由图2可知，霉菌培养0 h～24 h时段，培养仓的氧浓度下降速率相对较小，此时霉菌处于孢子萌芽和菌丝长成阶段，对氧气的消耗相对较小。霉菌培养24 h～84 h时段，培养仓的氧浓度下降速率明显上升，此时霉菌处于快速繁殖阶段，对氧气的消耗加剧。霉菌培养84 h～168 h时段，所有样品的培养仓内氧浓度下降速率都出现了放缓。这是由于培养皿空间、培养基营养源的限制，加之此时霉菌已经基本度过快速繁殖阶段，因此耗氧速度相对减缓。

此外，在霉菌培养84 h～168 h时段，初始氧浓度为3%和1%的培养仓，仓内氧浓度下降至0.7%后不再下降。而初始氧浓度为0.7%的培养仓，其仓内氧浓度始终保持不变。由此可知，0.7%是桔青霉生长必需的环境氧浓度阈值。

3.2 氧浓度对丝织品上桔青霉生长的影响分析

图3为不同初始氧浓度条件下培养7 d以后的桔青霉生长情况，图中a～l样品对应的培养仓初始氧浓度依次为0.7%、1%、3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%、17%、19%、20.8%。由图3可知，随着培养仓初始氧浓度的上升，桔青霉的增殖情况愈加明显，菌落的数量更多、颜色更深。初始氧浓度20.8%的培养仓中样品，桔青霉繁殖最为明显。初始氧浓度为0.7%的培养仓中样品，培养基上无明显菌落生长，未产生对氧气的消耗，这与图2中该培养仓的氧浓度维持不变相一致。