黃陽(yáng)陽(yáng)　李邦玉　崔　鳴　何麗麗　徐夢(mèng)婷　查思雨

低氧氣調(diào)技術(shù)抑制絲織品霉菌生長(zhǎng)應(yīng)用研究

黃陽(yáng)陽(yáng)1李邦玉1崔鳴2何麗麗3徐夢(mèng)婷4查思雨4

（1.蘇州市職業(yè)大學(xué)絲綢應(yīng)用技術(shù)研究所江蘇蘇州215000；2.蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院江蘇蘇州215000；3.揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院江蘇揚(yáng)州225001；4.蘇州市職業(yè)大學(xué)食品與檢測(cè)系江蘇蘇州215000）

低氧氣調(diào)技術(shù)能夠抑制霉菌生長(zhǎng)且不對(duì)絲織品本身造成影響，但低氧氣調(diào)技術(shù)抑制絲織品上常見(jiàn)霉菌生長(zhǎng)的研究比較少見(jiàn)。文章對(duì)絲織品上霉菌生長(zhǎng)所需氧濃度閾值問(wèn)題進(jìn)行研究，利用綜合傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線供電等技術(shù)，開(kāi)發(fā)相應(yīng)試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，相應(yīng)裝置和方法經(jīng)驗(yàn)證具有可行性。試驗(yàn)結(jié)果顯示：絲織品上常見(jiàn)曲霉屬菌種桔青霉生長(zhǎng)所需的環(huán)境氧濃度閾值為0.7%，低于此氧濃度閾值時(shí)桔青霉幾乎無(wú)生長(zhǎng)。本研究可為低氧氣調(diào)技術(shù)在絲織品防霉方面的應(yīng)用提供參考。

低氧氣調(diào)；絲織品；桔青霉；氧濃度閾值

絲綢是中國(guó)代表性的文化符號(hào)之一，絲織品往往具有較高的市場(chǎng)價(jià)值和藝術(shù)價(jià)值。但是，絲織品纖維的主要成分蠶絲蛋白質(zhì)是霉菌生長(zhǎng)的良好營(yíng)養(yǎng)源，一旦在保藏過(guò)程中被霉菌孢子定殖，輔以適宜的溫濕度條件，絲織品上霉菌的繁殖將會(huì)非常迅速。此外，霉菌生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)分泌多種酶降解蛋白質(zhì)，不僅會(huì)對(duì)蠶絲纖維表面產(chǎn)生損壞，破壞其原有光澤度，還會(huì)引發(fā)綠、灰、白等各種雜色菌斑，嚴(yán)重影響絲織品的價(jià)值和美感。因此，針對(duì)絲織品防霉問(wèn)題進(jìn)行研究，具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

目前針對(duì)絲織品防霉處理，通常在采取環(huán)境溫濕度控制和除塵管理的基礎(chǔ)上，又主要分為化學(xué)防霉劑、氣體熏蒸、微波滅菌以及低氧氣調(diào)等不同技術(shù)方案[1-5]。其中化學(xué)防霉劑滲透能力強(qiáng)、防霉效果好、持久性強(qiáng)，但是試劑本身容易造成絲織品染料的浸出，且試劑的附著會(huì)對(duì)絲織品產(chǎn)生持續(xù)的影響；氣體熏蒸法主要采用環(huán)氧乙烷等具有殺菌作用的氣體，氣體能夠穿過(guò)微孔對(duì)絲織品形成全方位的接觸和消殺，但是環(huán)氧乙烷等具有殺菌作用的氣體本身具有一定的危險(xiǎn)性，使用場(chǎng)景較為受限；相較而言，低氧氣調(diào)采用降低保藏微環(huán)境氧氣濃度，進(jìn)而抑制霉菌生長(zhǎng)的方法，不會(huì)影響絲織品本身，因此非常適合絲織品的防霉保藏這一應(yīng)用場(chǎng)景。

然而當(dāng)前低氧氣調(diào)技術(shù)應(yīng)用研究的對(duì)象大多為糧食和食品，且缺乏有關(guān)絲織品上霉菌生長(zhǎng)氧濃度閾值的試驗(yàn)和論證過(guò)程[6-9]。因此，本文主要針對(duì)絲織品上常見(jiàn)的曲霉屬菌種，選取桔青霉作為對(duì)象，通過(guò)開(kāi)發(fā)相應(yīng)試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，確定其生長(zhǎng)所需的最低氧濃度閾值，進(jìn)而為低氧氣調(diào)技術(shù)在絲織品防霉方面的應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1 試驗(yàn)材料

桔青霉菌種（上海保藏生物技術(shù)中心），馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（上海博微生物科技有限公司），高純氮?dú)猓ㄌK州金宏氣體有限公司），標(biāo)準(zhǔn)絲織物（上海市紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)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氣體傳感器智能模組（鄭州煒盛電子科技有限公司），USR-C215bWi-Fi模塊（濟(jì)南有人物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司），SD2506API-G集成電路模塊（深圳市興威帆電子技術(shù)有限公司），JLX19264C液晶模塊（深圳市晶聯(lián)訊電子有限公司），F(xiàn)antasy無(wú)線充電發(fā)射/接收器（東莞市虎門(mén)吉富電子廠），去離子水（自制）等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

SW-CJ-1F超凈工作臺(tái)（蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司），YXQ-LS-50SⅡ高壓滅菌鍋（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠），GX-65B熱空氣消毒箱（天津泰斯特儀器有限公司），SN-LSC-3離心機(jī)（上海尚普儀器設(shè)備有限公司）。

2 試驗(yàn)方法

2.1 氧濃度及溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

2.1.1 傳感器裝置開(kāi)發(fā)及裝配效果

傳感器裝置如圖1（a）和圖1（b）所示，裝配效果如圖1（c）所示。傳感器裝置主要包括處理器、氧濃度傳感器、溫濕度傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，具有Wi-Fi功能的USR-C215b物聯(lián)網(wǎng)模塊，以及能夠顯示氧濃度、溫濕度和日期時(shí)間的LCD液晶顯示模塊。其主要實(shí)現(xiàn)采集環(huán)境溫度、濕度、氧濃度，并實(shí)現(xiàn)本地顯示、本地存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程發(fā)送功能。

該裝置的處理器使用32-bitCortexM3核處理器；氧濃度傳感器使用ZE06，分辨率為0.1%VOL，探測(cè)范圍0%VOL～25%VOL；溫濕度檢測(cè)使用SHT20傳感器，溫度檢測(cè)范圍為-40 ℃～120 ℃，檢測(cè)精度為±0.3 ℃，濕度檢測(cè)范圍為0%RH～100%RH，檢測(cè)精度為±3%RH，與處理器的I2C1連接。傳感器與Wi-Fi模塊以I2C總線的形式進(jìn)行通信，此外Wi-Fi通信使用支持TCP/UDP協(xié)議、串口通信方式的USR-C215模塊，可以實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)與處理器之間的通信。氧濃度和溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送頻率為10 s/次，傳感器依靠板上的USB接口受電。

圖1　傳感器及試驗(yàn)裝置

2.1.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)搭建

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體框架主要包含氧濃度檢測(cè)裝置、無(wú)線路由器、管理軟件、有人云平臺(tái)和SqlServer云服務(wù)器等組成部分。電腦端安裝Sqlserver數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，以及自編譯的管理軟件。管理軟件可顯示檢測(cè)點(diǎn)名稱(chēng)、氧濃度、溫濕度以及日期時(shí)間等相關(guān)信息。傳感器裝置所采集到的氧濃度和溫濕度數(shù)據(jù)，會(huì)通過(guò)Wi-Fi路由器傳輸?shù)诫娔X端管理軟件，并同步到Sqlserver軟件數(shù)據(jù)庫(kù)，便于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和導(dǎo)出。

傳感器系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)模塊參數(shù)設(shè)置完成后，將傳感器裝置通過(guò)吸盤(pán)固定到培養(yǎng)倉(cāng)內(nèi)壁上，同時(shí)在內(nèi)壁上粘貼無(wú)線充電的接收模塊，模塊與傳感器裝置之間用USB數(shù)據(jù)線連接。與此同時(shí)，在培養(yǎng)倉(cāng)外壁無(wú)線充電接收端的對(duì)應(yīng)位置，安裝無(wú)線充電裝置的發(fā)射模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)培養(yǎng)倉(cāng)內(nèi)傳感器裝置的無(wú)線供電。

2.2 樣品制備與孢子接種

2.2.1 樣品制備及處理

將標(biāo)準(zhǔn)絲貼襯面料裁剪成直徑為4 cm的圓形樣品，然后用報(bào)紙對(duì)絲織物樣品進(jìn)行包裹，放入干熱滅菌箱進(jìn)行滅菌處理，滅菌箱溫度121 ℃，時(shí)間15 min，滅菌結(jié)束后取出樣品備用。

2.2.2 霉菌孢子液制備與接種

將10 mL無(wú)菌水倒入已培養(yǎng)好菌種的培養(yǎng)基上，用無(wú)菌接種環(huán)輕刮菌種表面洗出孢子。孢子液轉(zhuǎn)入離心管內(nèi)4 000 r/min離心30 min，去上清液。再加入10 mL去離子水，4 000 r/min離心30 min，重復(fù)洗滌沉淀3次。將離心好的霉菌懸液搖勻，使用1 mL的無(wú)菌移液管吸取霉菌懸液1 mL，滴入標(biāo)記好的培養(yǎng)基中，使用無(wú)菌涂布棒涂布，完成霉菌接種。

2.2.3 初始氧濃度調(diào)節(jié)

將含有霉菌孢子液、培養(yǎng)基和絲織物的培養(yǎng)皿，放入裝好傳感器裝置的PET食品盒中（食品盒作為霉菌培養(yǎng)倉(cāng)），培養(yǎng)倉(cāng)蓋子上有一個(gè)可以開(kāi)閉的孔，通過(guò)向培養(yǎng)倉(cāng)中充入氮?dú)庹{(diào)節(jié)含氧濃度。分別將含氧濃度調(diào)節(jié)為0.7%、1%、3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%、17%、19%、20.8%，待倉(cāng)內(nèi)氧氣濃度穩(wěn)定后，將培養(yǎng)倉(cāng)倒置放入盛有無(wú)菌水的水箱內(nèi)，液面超過(guò)培養(yǎng)倉(cāng)封口高度，起到水封隔絕空氣的效果。最后將水箱蓋上蓋子，避免外界環(huán)境污染。

2.2.4 霉菌培養(yǎng)及觀察

在經(jīng)紫外滅菌的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行霉菌培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)間7 d，空間環(huán)境溫度28 ℃。在培養(yǎng)倉(cāng)內(nèi)放入裝滿(mǎn)去離子水的培養(yǎng)皿，以提供充足的水分，保證倉(cāng)內(nèi)濕度能夠保持在80%左右。培養(yǎng)結(jié)束后，取出培養(yǎng)皿進(jìn)行觀察與拍照，再進(jìn)行霉菌與實(shí)驗(yàn)室的滅菌處理。

3 結(jié)果與討論

3.1 絲織品上桔青霉生長(zhǎng)所需氧濃度閾值分析

圖2是不同初始氧濃度條件下霉菌培養(yǎng)倉(cāng)內(nèi)氧濃度變化。培養(yǎng)倉(cāng)內(nèi)的環(huán)境溫度保持在（28±1）℃，濕度除了充入氮?dú)庹{(diào)控的初始階段，以后基本保持在（80±5）RH%，為適宜霉菌生長(zhǎng)的環(huán)境溫濕度條件。

圖2　不同初始氧濃度條件下霉菌培養(yǎng)倉(cāng)氧濃度變化

由圖2可知，霉菌培養(yǎng)0 h～24 h時(shí)段，培養(yǎng)倉(cāng)的氧濃度下降速率相對(duì)較小，此時(shí)霉菌處于孢子萌芽和菌絲長(zhǎng)成階段，對(duì)氧氣的消耗相對(duì)較小。霉菌培養(yǎng)24 h～84 h時(shí)段，培養(yǎng)倉(cāng)的氧濃度下降速率明顯上升，此時(shí)霉菌處于快速繁殖階段，對(duì)氧氣的消耗加劇。霉菌培養(yǎng)84 h～168 h時(shí)段，所有樣品的培養(yǎng)倉(cāng)內(nèi)氧濃度下降速率都出現(xiàn)了放緩。這是由于培養(yǎng)皿空間、培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)源的限制，加之此時(shí)霉菌已經(jīng)基本度過(guò)快速繁殖階段，因此耗氧速度相對(duì)減緩。

此外，在霉菌培養(yǎng)84 h～168 h時(shí)段，初始氧濃度為3%和1%的培養(yǎng)倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)氧濃度下降至0.7%后不再下降。而初始氧濃度為0.7%的培養(yǎng)倉(cāng)，其倉(cāng)內(nèi)氧濃度始終保持不變。由此可知，0.7%是桔青霉生長(zhǎng)必需的環(huán)境氧濃度閾值。

3.2 氧濃度對(duì)絲織品上桔青霉生長(zhǎng)的影響分析

圖3為不同初始氧濃度條件下培養(yǎng)7 d以后的桔青霉生長(zhǎng)情況，圖中a～l樣品對(duì)應(yīng)的培養(yǎng)倉(cāng)初始氧濃度依次為0.7%、1%、3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%、17%、19%、20.8%。由圖3可知，隨著培養(yǎng)倉(cāng)初始氧濃度的上升，桔青霉的增殖情況愈加明顯，菌落的數(shù)量更多、顏色更深。初始氧濃度20.8%的培養(yǎng)倉(cāng)中樣品，桔青霉繁殖最為明顯。初始氧濃度為0.7%的培養(yǎng)倉(cāng)中樣品，培養(yǎng)基上無(wú)明顯菌落生長(zhǎng)，未產(chǎn)生對(duì)氧氣的消耗，這與圖2中該培養(yǎng)倉(cāng)的氧濃度維持不變相一致。

圖3　不同初始氧濃度條件下培養(yǎng)7 d后桔青霉生長(zhǎng)情況

4 結(jié)論

本文針對(duì)絲織品上常見(jiàn)曲霉屬菌種氧濃度閾值研究空白，研究開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，并選取了桔青霉進(jìn)行不同初始氧濃度條件下霉菌培養(yǎng)試驗(yàn)，主要得到了以下結(jié)論：

（1）針對(duì)霉菌生長(zhǎng)所需氧濃度閾值問(wèn)題，利用綜合傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線供電等技術(shù)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，經(jīng)驗(yàn)證具有一定的可行性，能夠?yàn)橄鄳?yīng)研究提供參考。

（2）通過(guò)試驗(yàn)確定絲織品上常見(jiàn)曲霉屬菌種桔青霉生長(zhǎng)所需的環(huán)境氧濃度閾值為0.7%，低于此氧濃度閾值時(shí)桔青霉幾乎無(wú)生長(zhǎng)，這為低氧氣調(diào)技術(shù)在絲織品防霉方面的應(yīng)用提供參考。

絲織品上常見(jiàn)菌種的種類(lèi)較多，本文僅對(duì)曲霉屬中的桔青霉進(jìn)行了試驗(yàn)，后續(xù)還需針對(duì)其他菌種開(kāi)展試驗(yàn)，以拓展研究的深度和廣度。

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蘇州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（SS2019032）；江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202111054031H）

黃陽(yáng)陽(yáng)（1987- ），男，漢族，江蘇淮安人，工程師，研究方向?yàn)楣δ芗徔椘烽_(kāi)發(fā)、絲綢文物保護(hù)技術(shù)。