棉用红色纳米色素染液的微生物合成制备与应用技术领域
本发明属于棉纤维纺织品的染整加工领域，特别涉及红色纳米色素染液的微生物
合成制备及用此染液对棉纤维纺织品的染色方法。
技术背景
近年来，随着人们对化学合成色素研究的进一步深入，相当一部分色素对人体的
致癌性和其他毒害作用日益显现。用于纺织品染色的染料同样在安全性、健康性、环保性等
方面存在问题。纺织工业每年生产和使用大约130万吨染料、颜料和染料前体，价值约230亿
美元，几乎都是人工合成色素/染料，完全由石油等不可再生资源制成。其生产、加工以及染
色废液的排放对环境造成相当大的危害。
随着人们对色素质量、安全性和绿色环保性的要求越来越高，天然色素以安全性
高，具有良好的环境相容性和生物降解性而受到广泛关注，成为研究热点。其中微生物色素
的生产具有不受季节、气候和地域限制，生产周期短，条件易于控制，产量大，种类丰富等优
点，被开发利用的潜力巨大，同时保护了环境和生态平衡，解决了资源短缺的矛盾，具有可
持续开发利用的优势。利用微生物生产天然色素可以解决天然色素原料稀少、成本高昂等
诸多问题，更有利于工业化生产。因此，微生物色素将逐渐成为天然色素来源的主流。
但是，许多种类的微生物来源色素水溶性低，如何将制备具有良好加工性能的染
液，是微生物色素在纺织品加工领域应用需要解决的首要问题。纳米生物技术的出现为解
决这一问题提供了新的途径。纳米生物技术是在生物技术与纳米技术的学科交叉的基础上
形成的新兴技术。纳米粒子的微生物制备是纳米生物技术的研究内容之一。由微生物来制
备纳米颗粒为纳米材料的制备提供了新途径，目前已有多种无机纳米材料被成功制备。
发明内容
本发明提供了一种通过微生物合成来制备纳米色素的方法，并由此形成制备染液
用于纤维素纤维织物的染色。
本发明所述的红色纳米色素染液的生物制备及对棉织物的染色方法，包括：
(1)将粘质沙雷氏菌在平板培养基上划线，选择颜色最红的单菌落挑出，接入发酵
培养基中培养至对数生长期，移取5ml菌液至直径为9cm的培养皿中，功率为15W的紫外线灯
管距离30cm照射5～20min，避光保存8-24h后，转移至发酵培养基中培养至对数生长期，然
后再转接到选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，然后以10％的接种量转接到
新的选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，再转接至新的选择培养基中，直至吸
光度不再增加，分别取菌液0.1ml涂布10个平板，选择颜色最红的单菌落挑出，接入发酵培
养基中培养至对数生长期，加入氯化锂使其浓度为0.1～1.5％，保温0.5～10min，取菌液
5ml转移至发酵培养基中培养至对数生长期，然后再转接到选择培养基中培养24h后测λ＝
540nm的吸光度值，然后以10％的接种量转接到新的选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的
吸光度值，再转接至新的选择培养基中，直至吸光度不再增加，分别取菌液0.1ml涂布10个
平板，选择颜色最红的单菌落挑出，作为改造完成的高产工程菌株。
(2)将高产菌株接入发酵培养基中进行发酵培养，在接种后0～48h加入非离子表
面活性剂体系A，培养48～96h后将发酵液在10000rpm，20℃下离心10min，去除菌体，得红色
纳米色素染液。
(3)在步骤(2)制备的红色纳米色素染液中，加入助染体系B，调pH为6.0～8.0，浴
比为1∶10～60，60～100℃，对棉织物染色30～90min，然后20～40℃水洗5～20min，40～100
℃皂洗5～20min，最后20～40℃水洗5～20min。
步骤(1)所述的平板培养基中，1L培养基中含有如下成分：琼脂1～2％，蛋白胨
15g，丙三醇3g，硫酸镁2g，氯化钠3g，氯化钾2g，pH 5.0～7.0。
步骤(1)和(2)所述的发酵培养基中，1L培养基中含有如下成分：蛋白胨15g，丙三
醇3g，硫酸镁2g，氯化钠3g，氯化钾2g，pH 5.0～7.0。
步骤(1)和(2)所述的培养条件为：培养温度25～28℃，摇床转速180～250rpm，时
间50～100h，避光培养。
步骤(1)所述的选择培养基中，1L培养基中含有如下成分：蛋白胨15g，甘油(丙三
醇)3g，硫酸镁2g，氯化钠12g，氯化钾2g，pH 5.0～7.0。
步骤(2)所述的表面活性剂体系A的组成为0～20g/L的吐温-80，0～20g/L的蔗糖
脂肪酸酯和0～20g/L的脂肪醇聚氧乙烯醚。
步骤(3)所述的助染体系B为：0～30％的甲醇、0～30％的乙醇和0～30％的二甲基
甲酰胺(DMF)。
经本发明染色工艺染色后的棉织物具有良好的耐摩擦、耐皂洗、耐水和耐汗渍色
牢度，色泽鲜艳，染色棉织物具有良好的抗菌性能，对大肠杆菌的抑菌率在70％以上，对金
黄色葡萄球菌的抑菌率达95％以上，具有良好的应用前景。且该发明可应用于其他非水溶
性微生物色素，通过微生物发酵的方法直接生产纳米色素染液，并对大多数微生物色素亲
和力较差的纤维素纤维染色。
本发明创造性的设计出非水溶性红色素对棉织物的染色方法，染液制备方法简
单，可以大规模发酵生产，色素原料充足。在染色废液中加入原染液，只需少量补充助染剂，
即可循环使用，节约成本，可以最大程度的减小染色废液的排放，保护环境。
染色后棉织物具有良好的耐摩擦、耐皂洗、耐水和耐汗渍色牢度，色泽鲜艳，染色
棉织物具有良好的抗菌性能，对大肠杆菌的抑菌率在70％以上，对金黄色葡萄球菌的抑菌
率达95％以上，应用前景广阔。
本发明的优点及有益效果是：
(1)本发明的红色纳米色素染液的生物制备方法简单，直接由微生物发酵制得，无
需经过色素的提取、浓缩、纯化以及染液配制过程，更不需要一般分散液的复杂制备过程，
对设备的要求低，既省时又节省原料。
(2)本发明的染色方法简单，容易操作，突破性的解决了非水溶性色素不能用于棉
织物染色的问题。棉织物是所有织物中服用最多，穿着最广泛的，本发明显著拓展了非水溶
性微生物色素在纺织品染色方面的应用范围。
具体实施方式
针对本发明棉用红色纳米色素染液的微生物合成制备与应用，采用下列方式具体
实施。但本发明所述的实施方式不限于此。
实施例1
高产菌株的培育。
首先，将粘质沙雷氏菌在平板培养基上划线，选择颜色最红的单菌落挑出，接入发
酵培养基中培养至对数生长期，移取5ml菌液至直径为9cm的培养皿中，功率为15W的紫外线
灯管距离30cm照射5min，避光保存12h后，转移至发酵培养基中培养至对数生长期，然后再
转接到选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，然后以10％的接种量转接到新的
选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，再转接至新的选择培养基中，直至吸光度
不再增加，分别取菌液0.1ml涂布10个平板，选择颜色最红的单菌落挑出，接入发酵培养基
中培养至对数生长期，加入氯化锂使其浓度为0.3％，保温3min，取菌液5ml转移至发酵培养
基中培养至对数生长期，然后再转接到选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，然
后以10％的接种量转接到新的选择培养基中培养24h后测λ＝540nm的吸光度值，再转接至
新的选择培养基中，直至吸光度不再增加，分别取菌液0.1ml涂布10个平板，选择颜色最红
的单菌落挑出，得到高产工程菌株。
实施例2
红色纳米色素染液的制备。
将高产菌株按照2.0％接种至改良的发酵培养基(蛋白胨15g/L，甘油3g/L，吐温-
80 18g/L，硫酸镁2g/L，氯化钠3g/L，氯化钾2g/L)中进行发酵培养72h。然后将发酵液在
10000rpm，20℃下离心10min，去除菌体，得红色纳米色素染液。测定染液分散系中色素颗粒
的粒径大小(D50)为187.70nm。
实施例3
红色纳米色素对棉织物染色。
在制备的红色纳米色素染液中，加入25％(V/V)乙醇，调pH为8.0，浴比为1∶50，染
色温度为90℃，对棉织物染色75min，然后25℃水洗5min，100℃皂洗5min，最后25℃水洗5～
20min。
按照国标GB/T 3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》；GB/T 3921-2008
《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》；GB/T 5713-2013《纺织品色牢度试验耐水色牢度》；GB/
T 3922-2013《纺织品色牢度试验耐汗渍色牢度》测定染色棉织物的各项色牢度，结果见表
1。
表1 染色棉织物色牢度
按照国标GB/T 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》对染色棉
织物进行抗菌性能测试。振荡接触后菌液所涂平板抑菌率计算结果表明：对大肠杆菌抑菌
率为73.5％，对金黄色葡萄球菌抑菌率为95.3％。