011893 - 1 - Данное изобретение относится к способу обработки

011893
Данное изобретение относится к способу обработки липкого хлопка с целью снижения липкости
обработанного таким образом хлопкового волокна. Более конкретно, изобретение относится к обработке
липкого хлопка путем нанесения бактерий.
Хлопок представляет собой один из наиболее используемых видов сырья в текстильной промышленности. Мировая продукция хлопкового волокна оценивается примерно в 20 млн тонн в год. При этом
около 20% произведенного хлопка, что достигает примерно 4 млн тонн в год, загрязнено сахарами, образуя
так называемый липкий хлопок. Хлопковое волокно может быть загрязнено медвяной росой насекомых,
представляющей собой сахаросодержащий экскрет, секретируемый в особенности двумя полифаговыми
равнокрылыми хоботными насекомыми, тлей растительной (Aphis gossypii) и белокрылкой (Bemisia
tabaci).
Липкий хлопок порождает значительные проблемы на различных стадиях производства и обработки хлопкового волокна в текстильной промышленности. Липкость хлопка приводит к убыткам при приготовлении и прядении. В самом деле, наличие медвяных рос затрудняет надлежащее функционирование
перерабатывающего оборудования: кипорыхлителей, ворсовальных (кардочесальных) машин, что может
приводить к механическому затору последних, требуя проведения полной очистки. Кроме того, липкость
из-за сахаров медвяных рос вызывает наматывание хлопкового волокна на протягивающие элементы
(ремни, барабаны) как на ровничной машине, так и на прядильной машине, обуславливая обрывность
нитей ровницы или пряжи, а также снижение качества получаемой пряжи (увеличение числа узелков и
других неровностей).
Было предложено много решений для снижения липкости хлопка.
В промышленно развитых странах, особенно США, производители хлопка пытаются бороться с потенциальным источником липкости путем обработки хлопковых культур пестицидами. Это решение
удовлетворяет лишь частично: полученные результаты зависят от количества проведенных обработок,
времени от последней обработки до уборки урожая, трудности достижения насекомых, находящихся на
нижней стороне листьев. Кроме того, это решение наносит серьезный вред окружающей среде.
Другой подход состоит в том, что проблему липкости решают путем обработки хлопкового волокна
после уборки урожая. Известно много методов обработки, среди которых
тепловая обработка хлопкового волокна согласно ЕР 196449;
механическая обработка хлопкового волокна согласно US 5153968;
термомеханическая обработка хлопкового волокна согласно ЕР 344631;
электромагнитная обработка хлопкового волокна согласно ЕР 350669;
ферментативная обработка хлопкового волокна согласно ЕР 622487.
Документ ЕР 622487 раскрывает ферментативную обработку липкого хлопка композицией, содержащей по меньшей мере один фермент, выбранный из группы, включающей трансглюкозидазу, пектиназу, α-галактозидазу, причем эти ферменты получены из грибов Aspergillus. Этот метод обработки для
снижения липкости хлопка состоит в нанесении указанной ферментной композиции на хлопковое волокно до (путем распыления раствора указанных ферментов) и/или после уборки урожая (путем его вымачивания в ванне, содержащей 4% раствор указанных ферментов).
Такая обработка липкого хлопкового волокна, особенно в ее «постуборочной альтернативе», представляется довольно трудной для применения при промышленных количествах хлопка. Кроме того, распыление ферментов перед уборкой обязательно должно сопровождаться продолжительным поливом
хлопковых полей, так как эти ферменты нуждаются в воде для воздействия на субстраты (углеводы, находящиеся на хлопковом волокне). И, наконец, масштабное применение не может предполагаться из-за
высокой стоимости ферментов, используемых в этом способе для обработки липкого хлопка.
Данное изобретение предлагает преодоление недостатков известных методов обработки липкого
хлопка.
Задачей данного изобретения является предложить способ биотехнологической обработки с целью
снижения липкости хлопка, который является простым в применении, не слишком дорогостоящим, не
оказывает негативного влияния на окружающую среду и может быть использован для обработки больших количеств хлопка после уборки урожая в промышленных масштабах.
Согласно первому аспекту данное изобретения относится к способу обработки партии липкого
хлопкового волокна, предназначенной для уменьшения липкости указанных волокон, характеризующийся тем, что он включает в себя следующие стадии, на которых:
а) засевают указанное хлопковое волокно бактериями путем опрыскивания, предпочтительно равномерного опрыскивания водной суспензией указанных бактерий, с достижением максимальной конечной влажности 16%;
б) хранят обработанное таким образом хлопковое волокно в виде спрессованной кипы;
в) дают возможность засеянным бактериям сильно действовать при температуре окружающей среды по меньшей мере около 1 недели. Под «конечной влажностью» подразумевается естественная равновесная влажность кипы хлопка (около 8%), к которой прибавлен процент влажности (то есть принимаются в расчет потери воды при обработке опрыскиванием), который, на самом деле, обеспечен обработкой
хлопкового волокна по изобретению.
-1-
011893
Условия хранения в показателях продолжительности и хранения определены так, чтобы был достигнут желаемый результат, то есть расщепление сахаров, придающих липкость хлопку. Этот результат
достигается за 1 неделю при хранении при температуре окружающей среды (между 15 и 20°С), но он
может быть достигнут и за более длинный или, возможно, более короткий период времени в зависимости
от местных погодных условий.
В предпочтительном из альтернативных воплощений конечная влажность внутри кипы, обработанной
согласно способу по изобретению, составляет от 8 до 13%. Водная суспензия бактерий содержит по
меньшей мере 106 колониеобразующих единиц 1 на мл воды. Концентрация бактерий, которыми засеяна
указанная кипа, составляет по меньшей мере 105 колониеобразующих единиц на 1 г обработанного хлопка.
Водная суспензия, наносимая в способе обработки липкого хлопка, содержит бактерии, выбранные
из Lactobacillus, Pediococcus, Bifidobacterium, Lactococcus, Leuconostoc, Enterococcus и Streptococcus. В
функциональном смысле, это бактерии, которые способны метаболизировать сахара, в значительном количестве присутствующие в медвяной росе насекомых, находящейся на обрабатываемом хлопковом волокне. Согласно одному воплощению изобретения водная суспензия содержит бактерии, выбранные из
группы Lactobacillus plantarum и Lactobacillus casei rhamnosus. Предпочтительно указанная водная суспензия содержит бактерии, выбранные из штаммов Lactobacillus casei rhamnosus R0011 и Lactobacillus
plantarum R1012.
Согласно второму аспекту изобретение относится к лиофилизированному порошку, содержащему
вышеуказанные бактерии, который нужно только растворить в воде, чтобы получить суспензию для распыления.
Согласно третьему аспекту данное изобретение относится к упаковке, содержащей определенное
количество «х» указанного лиофилизированного порошка, используемого для засева им количества «у»
липкого хлопка.
Далее изобретение будет описано в деталях.
Данная заявка относится к способу обработки липкого хлопка, целью которой является уменьшение
липкости хлопкового волокна и, таким образом, оптимизация технологичности обработанного таким
образом хлопкового волокна. Под технологичностью подразумевается способность хлопкового волокна
подвергаться операциям обрывания, чесания, прядения, крашения, тканья для получения качественной
хлопковой пряжи/волокна/ткани.
Способ обработки липкого хлопка согласно изобретению применяется к собранному хлопку либо в
процессе обрывания урожая перед самым упаковыванием его в кипы, или после того (например на стадии прядения), при необходимости в этом случае открытия хлопковой кипы, спрессованной ранее.
Способ обработки липкого хлопкового волокна, предназначенный для уменьшения липкости указанных волокон, включает в себя следующие стадии, на которых:
a) засевают указанное хлопковое волокно бактериями путем опрыскивания, предпочтительно равномерного опрыскивания, водной суспензией указанных бактерий, так чтобы получить его максимальную конечную влажность 16%;
b) хранят хлопковое волокно в виде спрессованной кипы;
c) дают возможность засеянным бактериям действовать при температуре именно окружающей среды в течение по меньшей мере около 1 недели.
В одном воплощении способ обработки согласно изобретению применяют к кипам, подвергнутым
операции прессования. В этом случае обрабатываемую кипу, содержащую липкий хлопок, сначала открывают с помощью кипорыхлителя, чтобы получить тонкие пласты волокон. В другом альтернативном
воплощении способ обработки применяют к кипам хлопка перед тем, как их прессовать, что является
особенно интересным для зон производства, охваченным явлением липкости.
Водная суспензия бактерий засевается в липкое хлопковое волокно указанной кипы опрыскиванием
(распылением, разбрызгиванием), которое предпочтительно является равномерным. Опрыскивание может быть осуществлено вручную или с помощью подходящего устройства для опрыскивания.
Предварительные тесты, проведенные заявителями, показали, что некоторые бактерии, особенно те,
которые выбраны из группы Lactobacillus, Pediococcus, Bifidobacterium, Lactococcus, Leuconostoc, Enterococcus
и Streptococcus, способны метаболизировать углеводы, присутствующие на липком хлопковом волокне,
углеводы, которые содержат природные физиологические сахара хлопка (глюкозу, фруктозу, сахарозу) и
медвяную росу насекомых. Основные сахара, содержащиеся в медвяной росе, представляют собой трегалулозу, мелезитозу, сахарозу, фруктозу и глюкозу.
Засеянную, как описано, кипу затем закрывают и прессуют. Если необходимо, обработанную кипу
запечатывают пластиковым или хлопковым конвертом, чтобы создать среду, отделенную от внешних
условий, чтобы поддерживать постоянную влажность внутри кипы. Бактерии оставляют действовать при
температуре окружающей среды по меньшей мере на 1 неделю.
Чем более высока влажность внутри кипы, тем больше метаболическая активность засеянных бактерий и быстрее происходит уменьшение липкости обработанного таким образом хлопкового волокна.
Конечная влажность внутри засеянной кипы, однако, не должна превышать 16%, чтобы предотвратить
появление плесени. Было отмечено, что в случае, когда хлопок высушен перед обработкой по изобрете-2-
011893
нию, активность засеянных бактерий снижается.
В предпочтительном альтернативном воплощении конечная влажность внутри кипы составляет менее 13%, предпочтительно от 8 до 11%.
Бактериальная обработка липкого хлопкового волокна согласно изобретению не ухудшает степень
полимеризации целлюлозы, входящей в состав хлопкового волокна.
Изобретение будет понятно лучше после чтения следующих неограничивающих примеров его воплощения.
Пример 1. Расщепление бактериями углеводов, присутствующих на липком хлопковом волокне.
24 штамма бактерий из коллекции LALLEMAND подвергали тесту на использование сахаров согласно методу API50CHL (BIOMERIEUX). С помощью этого теста можно продемонстрировать способность
данного штамма использовать различные сахара и полисахариды. Тестированные штаммы принадлежат
родам Lactobacillus, Pediococcus, Bifidobacterium, Lactococcus, Leuconostoc, Enterococcus и Streptococcus.
Среди тестированных штаммов только те, которые используют по меньшей мере два из следующих
сахаров: сахарозу, трегалозу и мелезитозу, то есть 9 штаммов, были взяты для тестирования на рост на
культуральной среде MRS, где глюкоза была замещена либо сахарозой, либо трегалозой, либо мелезитозой. Скорость роста на этой среде оценивали измерением мутности или оптической плотности относительно времени в течение 24 ч инкубации при 30°С. 2 штамма, показавшие лучший рост в этих условиях:
Lactobacillus casei rhamnosus R0011 и Lactobacillus plantarum R1012, отобрали для тестирования путем
нанесения на хлопковое волокно.
Оба этих штамма депонировали в национальной коллекции культур микроорганизмов CNCM
(Collection Nationale de Cultures de Microorganismes) под следующими номерами:
Lactobacillus casei rhamnosus R0011: CNCM I-1720;
Lactobacillus plantarum R1012: CNCM MA 18/5U.
Известно, что эти бактерии не являются патогенными.
Пример 2. Применение способа обработки липкого хлопкового волокна в лабораторном масштабе.
Микрокипы по 50 г были использованы для исследования влияния бактериальной обработки на
липкий хлопок. Микрокипы имели ту же плотность, что и кипы стандартных размеров.
Предварительные тесты имели целью определить на первом этапе лучший метод засева и увлажнения микрокип. Были протестированы два способа:
инъекция воды внутрь микрокипы. Результат не был удовлетворительным из-за высокой плотности
хлопкового волокна внутри микрокипы, что делает очень трудным проникновение игл и не дает впрыснутой жидкости равномерно распределиться внутри микрокип;
нанесение воды распылением на хлопковое волокно; в этой альтернативе микрокипу открывают,
раствор наносят распылением на волокна равномерно, и затем микрокипу снова закрывают и держат при
температуре окружающей среды.
Влияние бактерий, принадлежащих видам Lactobacillus plantarum и Lactobacillus casei rhamnosus, на
липкость хлопка тестировали на микрокипах по 50 г хлопка, как описано ранее. Чем более высокой была
влажность внутри кипы, тем сильнее была метаболическая активность засеянных бактерий и быстрее
уменьшалась липкость обработанного таким образом хлопкового волокна. Было отмечено, что в том
случае, когда хлопок был высушен перед обработкой по изобретению, активность засеянных бактерий
снижалась.
Предпочтительно конечная влажность внутри микрокипы должна быть между 8 и 13%.
Бактериальная обработка липкого хлопкового волокна по изобретению не влияет на степень полимеризации целлюлозы, входящей в состав хлопкового волокна.
Наилучшая эффективность была достигнута при использовании суспензии Lactobacillus plantarum в
количестве 2,5×106 колониеобразующих единиц на 1 г хлопка и конечной влажности 16% при 21°С в течение недели. Результаты были подтверждены испытанием обработанного хлопка в классическом тесте
прилипание.
Пример 3. Применение способа обработки липкого хлопкового волокна в масштабах опытной установки.
Далее был осуществлен пробный тест, заключающийся в обработке хлопкового волокна высокой
степени липкости бактериями вида Lactobacillus plantarum в концентрации 4×106 колониеобразующих
единиц на 1 г обрабатываемого хлопка при конечной влажности внутри кипы в пределах от 9,5 до 12%.
Обработанное таким образом хлопковое волокно затем было подвергнуто стандартным приемам прядения с использованием ровничной машины и кольцепрядильной машины или далее приему пневмомеханического прядения, использующему принцип центробежной силы (machine open end). Полученные результаты были положительными, демонстрируя полное исчезновение липкости обработанного таким
образом хлопка. Обработка не ухудшила качество полученной таким образом пряжи.
Дополнительные тесты показали, что добавление 5% влажности не приводит к появлению плесени
даже через месяц инкубации при температуре окружающей среды, что приводит к выводу о том, что нет
необходимости прекращать рост микроорганизмов дополнительной обработкой.
-3-
011893
Пример 4. Способ промышленной обработки липкого хлопкового волокна.
Тесты по обработке липкого хлопка в промышленных масштабах использовали 6 кип хлопка,
имеющего следующие 3 степени липкости:
i. низкая липкость: кипы S6 и S7;
ii. средняя липкость: кипы S8 и S9;
iii. высокая липкость: кипы S1 и S5.
Обе кипы, имеющие близкий уровень липкости, смешивали перед обработкой, полученную таким
образом общую массу каждого уровня липкости затем разделяли на две части, чтобы можно было провести тесты на прядение с и без бактериальных обработок.
3 из 6 полученных таким образом кип засевали путем опрыскивания водной суспензией микроорганизмов. Суспензию готовили из лиофилизированного порошка, содержащего молочные бактерии, а
именно бактерии, принадлежащие видам Lactobacillus plantarum и Lactobacillus casei rhamnosus. Указанный лиофилизированный порошок помещен в упаковки определенного веса, например пакетики по 100 г.
Необходимая и достаточная доза бактерий для засева 200 кг хлопка находится в каждом 100 г пакете.
Содержимое пакета растворяют воде (100 г лиофилизированного порошка на 2 л чистой воды); водно-порошковую смесь хорошо перемешивают. За этой стадией следует стадия разведения первоначально полученной суспензии в воде при температуре окружающей среды; объем добавляемой воды на этой стадии разведения зависит от веса липкого хлопка, который нужно обработать, и желаемой влажности. Например, чтобы получить 10% обеспечение влажности внутри кипы в 200 кг, суспензию (2 л) разбавляют
в 20 л воды. Полученная таким образом разведенная суспензия должна быть распрыскана на хлопковое
волокно, которое нужно обработать, за достаточно короткое время, чтобы избежать какого-либо снижения бактериальной активности.
Кипы затем снова закрывают и взвешивают, чтобы аккуратно определить количество воды, действительно попавшее на волокна.
Затем кипы хранят 1 неделю при комнатной температуре. По результатам контроля, добавленная
влажность составляла 11% для S1+S5; 7,2% для S6+S7; 8% для S8+S9, соответственно. Сравнение качественных результатов (измерены на оборудовании Uster), соответствующих пряжам (NE 30/1), полученным из различных кип, показано в табл. 1.
Результаты, представленные ниже, показывают, что обработка липкого хлопкового волокна согласно изобретению не дает какого-либо ухудшения качества пряжи.
Таблица 1
Был также проведен быстрый тест на скрининг содержания сахара в хлопковом волокне из указанных кип (согласно методу Паркинса (Parkins)) (табл. 2).
Эти результаты подтверждают положительное влияние обработки на количество сахара, содержащегося в этом липком хлопке.
Таблица 2
-4-
011893
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ обработки липкого хлопкового волокна, предназначенный для уменьшения липкости указанного волокна, отличающийся тем, что он включает в себя следующие стадии, на которых:
а) засевают указанное хлопковое волокно бактериями, способными метаболизировать по меньшей
мере два из следующих сахаров, придающих липкость хлопковому волокну: сахарозы, трегалозы и мелезитозы, путем опрыскивания, предпочтительно равномерного опрыскивания, водной суспензией указанных бактерий с достижением максимальной конечной влажности 16%;
б) упаковывают обработанное таким образом хлопковое волокно в спрессованную кипу;
в) хранят эту спрессованную кипу до расщепления указанных сахаров.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что спрессованная обработанная кипа обернута и плотно закрыта.
3. Способ обработки по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что конечная влажность обработанной хлопковой кипы после стадии в) составляет не более чем 13%.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что концентрация бактерий, засеянных на хлопковое волокно внутри указанной кипы, составляет по меньшей мере 105 колониеобразующих единиц на
1 г хлопка.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что указанная водная суспензия содержит бактерии, выбранные из Lactobacillus, Pediococcus, Bifidobacterium, Lactococcus, Leuconostoc, Enterococcus и
Streptococcus.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что водная суспензия содержит бактерии из группы Lactobacillus
plantarum и Lactobacillus casei rhamnosus.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что водная суспензия содержит бактерии из штаммов, выбранных из Lactobacillus casei rhamnosus R0011 и Lactobacillus plantarum R1012.
8. Применение лиофилизированного порошка, содержащего бактерии, выбранные из Lactobacillus,
Pediococcus, Bifidobacterium, Lactococcus, Leuconostoc, Enterococcus и Streptococcus, для обработки липкого хлопкового волокна способом по п.1.
9. Применение по п.8, отличающееся тем, что количество порошка относится к количеству обрабатываемого волокна примерно как 1 к 2000.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
-5-