RS59332B1 - Postupak za bojenje tkanine koristeći mikroorganizme - Google Patents

Description

Ovaj pronalazak se odnosi na postupak bojenja supstrata, poput tkanina, prediva i vlakana pomoću mikroorganizama, pri čemu se adsorpcija mikroorganizama koji sadrže boju na tekstilna vlakna poboljšava korišćenjem izvora ugljenika iznad granične koncentracije. Molekuli boje sadržani u mikroorganizmu oslobađaju se iz mikroorganizma i fiksiraju se direktno i lokalno na tekstilna vlakna koristeći korak toplotne obrade. Navedena termička obrada takođe deaktivira nosače mikroorganizama. Pojedinačne ili višestruke vrste mikroorganizama, i pojedinačne ili višestruke boje koje su proizvodene ovim nacedenim pojedinačnim ili višestrukim vrstama mikroorganizama mogu stvoriti različite boje tekstila. Pogodne sintetičke boje takođe se mogu dodati pre, tokom ili nakon što su mikroorganizmi proizveli boje, ali pre koraka otpuštanja boje toplotnom obradom.

Proizvodnja boje

Većina savremenih boja za tkanine sintetiše se hemijski i zahteva toksične prekursore i rastvarače. Procjenjuje se da se preko 10.000 različitih boja i pigmenata industrijski koristi sa preko 700.000 tona sintetičke boje koja se proizvodi širom sveta godišnje (Chequer et al., 2013, Eco-friendly textile dyeing and finishing, str.151-176).

Proizvodnja pigmenata mikrobima proučava se stotinama godina. Za pigmente kao što su prodigiosin i violacein, prirodni mikrobi se posebno uzgajaju za proizvodnju pigmenata (JP10113169; JP55019070A; JP55148091; JP63245666A).

U.S. Pat. Br.4,520,103 Ensley opisuje postupak za proizvodnju indiga sa rekombinantnom bakterijom u medijumu koji ne sadrži indol. Upotreba specifičnih sojeva rekombinantne E. coli za proizvodnju indiga ili indigotina iz indola je posebno opisana korišćenjem gena koji kodira aromatičnu dioksigenazu iz druge bakterije za pretvaranje indola.

Priprema indola opisana je u U.S. Pat. Br.5,112,747 Van Grinsven et al. Hart i et al. (Microbiology 138211-216 (1992)) gde je opisana rekombinantna E. coli koja sadrži klonirani gen Rhodococcus za proizvodnju indiga i indirubina. Dobijen je indol koji je oksidiran u indigo.

U.S. Pat. Br.5,077,201 Eial et al opisuje novi mutirani soj gljive Morel za koju je otkriveno da proizvodi plavi pigment indigo potopljenom fermentacijom u hranljivom medijumu za kulturu koji sadrži ugljenik i azotni supstrat.

JP06257074 (1994) i JP06341069 (1994) spominju procese koji uključuju uranjanje tekstilnih proizvoda u medijum za kulturu.

EP 252002 (1988) se odnosi na biomasu koja sadrži indigo, a koja se koristi za bojenje bez izolovanja indigo boje.

Brojni izvori ugljenika ocenjeni su za pigmentaciju mikroorganizmima, uključujući glicerol, maltozu, saharozu, citrat, laktozu i glukozu (World Journal of Microbiology & Biotechnology (2005) 21: 969-972). Kao što je diskutovano na drugom mestu u ovom dokumentu, izvori ugljenika, kao što je glicerol, deluju kao antibakterijska sredstva u koncentracijama većim od 10% (v/v). Prema tome, ova jedinjenja se koriste kao izvori ugljenika tokom proizvodnje pigmenata od strane mikroorganizama u blagoj koncentraciji, obično < 5 % (v/v), češće 1 % (v/v).

Ekstrakcija boje

Jednom kada su pigmenti koji deluju kao boje proizvedeni od srtame mikroba, postupci ekstrakcije uključuju upotrebu organskih rastvarača kao što su hloroform, etar, etil acetat, vodena sumporna kiselina, aceton, heksan, benzen, etanol ili metanol (U.S. Pat. Br.5,077,201; U.S. Pat. Br.

5,691,171; Rettori i Duran, 1998, World J. Microbiol. Biotech 14: 685-688; JP10113169;

JP63245666 A) ili ključanje mikroba u vodenom rastvoru (JP2810287B2; JP10113169). Ekstrakcija rastvarača proizvodi otpadne hemikalije koje je teško i skupo reciklirati ili odložiti i koje su veoma štetne za vodeni život ako se ispuštaju u vodene puteve.

Koraci sekundarne ekstrakcije pigmenta mogu uključivati smanjenje zapremine, promenu rastvarača, ili upotrebu zvuka ili zamrzavanje (U.S. Pat. Br.5,834,297; U.S, Pat. Br.5,691,171).

Pred-tretman tkanine

U.S. Pat. Br.6,436,696 opisuje tretiranje tekstilnih vlakana enzimima u odsustvu površinski aktivnih supstanci, sa efektom povećanja vlažnosti i apsorpcije vlakana. Enzimi su pektinaze, celulaze, proteaze, lipaze ili kombinacije istih. Otkriveno je da se svojstva vlaženja pamučnih vlakana značajno poboljšavaju tretiranjem mešavinom celulaze i pektinaze. Kako je otkriveno u U.S. Pat. Br.6,436,696, navedeni enzimi se mogu proizvesti od strane mikroorganizama, uključujući gljivice i bakterije. Mikroorganizmi koji proizvode odgovarajuće lipaze uključuju Candida ancudensis, Candida Antarctica, Candida atmaspherica, Candida bombi, Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus megaterium, Bacillus subtilis i mnoge druge.

Poznati pred-tretmani tkanine su korišćeni u postupku bojenja za boje koje su dobijene iz mikroba. Pred-tretmani uključuju: 1) standardni sapun, anhidridni natrijum-karbonat, L-histidin monohidrohlorid monohidrat, NaCl i NaHPO4 za bubrenje tkanine i uklanjanje nečistoća i 2) fiksatore boje kao što su alum, bakar sulfat, gvožđe sulfat, natrijum silikat, pripremljeni kreč i preparat tamarinda (Chequer et al., 2013, Eco-friendly textile dyeing and finishing, str.151-176).

Nanošenje boje

Od 1940, i glicerol i alkidi koji potiču od glicerola su našli široku primenu u mnogim postupcima bojenja i štampanja tekstila (Uses of Glycerol, sastavljeno od Udruženja proizvođDča glicerola). Sam glicerol proizvodi paste za boje odlične obradivosti, pospešuje fiksaciju boja u štamparskim pastama, povećava vrednost boje u štampanju i pomaže u zadržavanju vlage u ageru.

Glicerol je sastojak mnogih boja koje se isporučuju u obliku paste jer sprečava isušivanje boja i prijanjanje na bočnim stranama bubnja. U ovoj primeni su poželjni njegova ne korozivnost i niska tačka smrzavanja. Tokom bojenja, mešljivost vode u glicerolu koja se nalazi u pasti za obojenje i njeno rastvaračko dejstvo na mnoge vrste bojila pomažu u dispergovanju poslednjeg u kupku za boje, gde je velika tačka ključanja glicerola još jedna prednost. Povremeno se glicerol dodaje direktno u kupku za obojenje kao što je to slučaj sa formulama za bojenje najlona koje je razvio Odbor za najlon tokom II Svetskog Rata kako bi se zadovoljila otpornost na pranje i drugi zahtevi Quartermaster Trupa. Kod bojenja naftolom, ponekad se koristi glicerol pre kuplovanja da bi se poboljšala stabilnost rastvora naftola.

Koncentracija glicerola koja se obično koristi u mešavinama boja i pastama za boje je ograničena tako da minimizira vreme potrebno za sušenje tkanina posle bojenja i da smanji teškoće pri obeležavanju ("Technicus" Rayon Textile Mo.24, 65, Aug.1943). U jednom slučaju, za bojenje plavih nijansi, korišćena je sledeća smeša: 1.7 kg hlorindantren plave; 39.0 l natrijum hidroksida; 6.4 kg hiposulfata; i 0.5 kg glicerola (Textile Research Journal March 1944 vol.14 br.369-73). Ovde je koncentracija glicerola bila 1.1 % (v/v).

Prema Bennett, H., "Chemical Formulary", Vol. VI, New York, Chem. Publishing Co., str.518-9, 1943, tipična boja za štampanje tekstila sadrži: 20 grama direktne boje; 310 grama tople vode; 50 grama glicerola; 20 grama natrijum-fosfata; 500 grama zgušnjivača na bazi skroba; 100 g albumina iz jaja. Savremene kisele paste za štampu koje su preko Interneta propisane od strane Univerziteta Robert Gordon sadrže 0.1-3 grama kiselog bojila, 5 grama glicerola; 20 ml tople vode; 60 grama Manutex RS; 2 grama amonijum oksalata; i 5 ml tople vode. Tako se može primetiti da preporučena koncentracija glicerola sadržana u bojama za štampanje na tkaninama ostaje na 5% (v / v) više od 70 godina.

Ostali postupci bojenja u kojima se glicerol nalazi u primeni uključuju bojenje acetatnim tkaninama, bojenje pamuka direktnim bojama, i pripremu jedinjenja za bojenje za upotrebu na vuni, svili, pamuku, sintetičkim vlaknima i naročito vlaknima od rajona i vlaknima u obliku spajalica napravljene od celuloze. Postupci bojenja u spreju često koriste glicerol kao rastvarač, sredstvo za dispergovanje i suspenziju za boje ili pigmente. Karakteristike bez stvaranje pene dobijenih kompozicija pospešuju ravnomerno bojenje. Takođe se može koristiti za proizvodnju mešanih nijansi "ombre" efekata. Pored ovoga, primenjuje se u bojenju u fluidnom sloju, disperznim acetatnim bojama i azojskim bojama.

Glicerol se takođe koristi kao agens za kondicioniranje tekstila koje se široko koristi u podmazivanju, dimenzioniranju, i omekšavanju pređe ili tkanine. Njegova efikasnost u ovim i sličnim primenama uglavnom je posledica viskoznosti i higroskopnosti, obe osobine koje doprinose plastifikacionom delovanju. Higroskopske ili humektantske, osobine takođe objašnjavaju korišćenje glicerola u posebnim tretmanima, kao što su procesi za povećanje nosivosti tkanina ili sprečavanje statičkih naelektrisanja na vlaknima. Zbog nepropusnosti za otrovne gasove, posebno „senf“, glicerol je našao primenu u završnim slojevima otpornim na gas. Rastvorljivost u vodi je takođe prednost kada glicerol služi kao mazivo. Ovo otklanja potrebu za jakim deterdžentima, koji imaju tendenciju da povrede tkaninu, ali koji se često moraju koristiti za uklanjanje drugih ulja za podmazivanje.

Kao dodatak mazivnim kompozicijama, veličinama ili različitim finišerima, glicerol deluje kao plastifikator, rastvarač i penetrant. Sprečava isušivanje i prskanje vlakana, uklanja veću prašinu, i može pomoći u raspršivanju maziva ulja netopljivih u vodi nanetih iz vodene kupke.

Glicerol je takođe uključen u vodene formulacije i štamparske masti na bazi rastvarača. Ovde ova supstanca deluje kao humektans da inhibira isparavanje tečnosti nosača, istovremeno kontrolišući viskozitet mastila i samim tim dinamiku tečnosti tokom procesa taloženja. Postupci taloženja mastila mogu uključivati inkjet štampanje, sito štampanje, tampon štampanje itd. Obično je koncentracija glicerola plus ostali humektansi u formulaciji tinte < 20% (v/v) (Digitalno slikanje: masti na bazi vode i HSE, Udruženje za marketing fotografije Internacional, 2004). Kao što je objašnjeno u U.S. Pat. Br.3,846,141, Jet printing ink composition, veće koncentracije glicerola ili drugih humektanata se ne mogu koristiti u jet štampanju, jer jedinjenje tinte postaje previše viskozno, pa posledično njegovo prolaženje kroz mlaznice postaje inhibirano.

WIPO Patentna Prijava WO/2006/19672 opisuje uključivanje glicerola u formulaciji za uklanjanje tinte. Ovde je glicerol prisutan u količini većoj od sadržaja vode, koja je relativno mala, a boja za isceljivanje je obezbeđena u znatnim količinama, tako da glicerol i boja za uklanjanje pružaju potrebnu viskoznost mastilu sa hemijskom olovkom. Ovde je voda prisutna u količini koja se kreće od oko 10 do oko 20 % (v/v), a glicerol je prisutan u količini koja se kreće od oko 30 do oko 50 % (v/v).

U svim gore pomenutim okolnostima, glicerol se koristi za promenu fizičkih svojstava, pre svega viskoznosti i higroskopije, vodenog nosača tečnosti ili nosača tečnosti na bazi rastvarača, ali ne i na samom bojilu kao što je azo boja ili pigment. Tačnije, glicerol nema značajne, namenske ili namerne interakcije sa bojilom direktno bez obzira na prisustvo ili odsustvo nosača tečnosti.

U.S. Pat. Br.5,872,002 opisuje postupak tekstilnog uzorka koristeći mikroorganizme za dekolorizaciju tkanina koje su prethodno obojene azo bojom (koja takođe može sadržati ne-azo u Ova tehnika se zasniva na sposobnosti bakterijskih sojeva, kao što je Xanthomonas NR25-2, da metabolizuju azo boje koje sadrže različite izomere. Koristeći ili grejne elemente sa uzorkom, ili kisele paste sa uzorkom, ili alkalne paste sa uzorkom, ili dezinfekciona sredstva sa uzorkom, delovi bakterijskih sojeva deponovanih na tkaninu deaktiviraju se čime se zadržava azo obojenje. Značajno ovi bakterijski sojevi ne proizvode ili ne odlažu pigmente sami, već uklanjaju azo boje delimično ili u potpunosti metabolizujući prethodno deponovanu azo boju.

Ekstrakovane mikrobiološki proizvedene boje u rastvoru se mogu taložiti direktno na tkaninu uobičajenim postupkom (JP10113169; JP2810287B2). Za violacein i prodigiosin, se pokazalo da deluje na različitim tipovima tkanina (Yusof et al., 2012, Application of bacterial pigments as colorant: the Malaysian perspective).

Glicerol je široko prijavljen kao izvor ugljenika za proizvodnju mikroba (Biotechnology Advances 27 (2009) 30-39). Obično koncentracija glicerola u M9 medijumu je 2 % (v/v). Veće koncentracije glicerola inhibiraju rast mikroba. Zaista, glicerol je proučavan kao antibakterijsko sredstvo za dugoročno očuvanje alografta u koži (Burns, Volumen 34, izdanje 2, 205 - 211).

Fiksiranje boje

Za ekstrakovane mikrobiološki proizvedene boje, pokazalo se da mording (videti Pre-tretiranje tkanine) poboljšava prenošenje boje, dajući tkaninu tamnije boje (Chequer et al., 2013, Ecofriendly textile dyeing and finishing, str.151-176; Yusof et al., 2012, Application of bacterial pigments as colorant: the Malaysian perspective). Neki postupci uključuju dodavanje sredstava za naknadno bojanje, kao što su metalne soli. Najčešće se koristi toplotna obrada za fiksiranje boje, sa postupcima koji uključuju zagrevanje u rastvoru na temperaturama iznad 80 °C (JP10113169; Chequer et al., 2013, Eco-friendly textile dyeing and finishing, str.151-176).

U.S. Pat. Br.2,297,230 opisuje upotrebu glicerola kao aditiva tokom procesa tretiranja tekstila parom. Ovde glicerol služi za jačanje vezivanja Turski Crvenog ulja (Turkey Red), sintetičkog deterdženta, u tkaninu tokom tretmana parom. U.S. Pat. Br.2,297,230 dalje precizira da se glicerol treba dispergovati zajedno sa formalinom (formaldehid u vodi) da bi se u značajnoj meri sprečilo stvaranje plesni i spora. Otuda U.S. Pat. Br.2,297,230 nije relevantan za ovaj postupak jer se: (a) ne odnosi na bojenje tekstila, (b) koristi pare, a ne tečnu vodu, i (c) uključuje supstancu koja bi bila veoma štetna za mikrobiološki proces koji je ovde naveden.

Rukovođenje otpadom

Svi gore navedeni koraci zahtevaju rukovođenje otpadom i ekonomijom vode, jer su mnoge boje, njihovi prekursori i rastvarači koji se koriste za njihovu proizvodnju i ekstrakciju opasni po zdravlje ljudi i životne sredine. Tekstilna industrija troši značajnu količinu vode u svojim proizvodnim procesima, uglavnom zbog procesa bojenja. Otpadne vode iz tekstilnih postrojenja klasifikovane su kao najzagađenije od svih industrijskih procesa (Checker et al., 2013., Bojenje i dorada tekstila u skladu sa ekološkim standardima, str.151-176).

U procesu bojenja 10-50 % boja se izgubi kao otpad i završi u otpadnim vodama (Checker et al., 2013, Ekološko farbanje i dorada tekstila, str.151-176). Na globalnoj razini, to rezultira time da se 2k105 tona boje godišnje ispušta u okoliš (Chequer et al., 2013, Eco-friendly textile dyeing and finishing, str.151-176). U proseku, odnos potrebne vode između vode i tkanine iznosi do 100: 1 (Huntsman Textile Effects, Singapur).

Zaključno, postojeći postupci proizvodnje boja za tkanine i prenošenje i fiksiranje navedenih boja na tkanine, pređe i tekstila zahtevaju proizvodnju i upotrebu otrovnih hemikalija i stvaranje toksičnog otpada. Nadalje, potrošnja vode tokom procesa bojenja i naknadnog tretmana otpadnih voda nameću značajna opterećenja lokalnoj potrošnji vode. Iako su široko priznate prednosti glicerola kao aditiva u boji i sredstva za obradu tkanina, koncentracije ove supstance su ograničene na niske nivoe (obično manje od 5 % (v/v)). Dok se raspravljalo o mikrobiološkoj proizvodnji boja za tkanine, takvi postupci se ne proširuju na poboljšane postupke ekstrakcije, taloženja i fiksiranja navedenih boja u prediva tkanine.

KRATAK OPIS PRONALASKA

Pronalazak je definisan u skladu sa patentnim zahtevima. Prema tome, pronalazak obezbeđuje postupak za bojenje supstrata, pri čemu postupak sadrži korake:

a. kultivisanje mikroorganizma koji proizvodi boju u prisustvu supstrata koji se boji, i u prisustvu rastućeg medijuma koji sadrži izvor ugljenika u unapred određenoj graničnoj koncentraciji u opsegu od 10 % (v/v) do 90 % (v/v), tako da se mikroorganizam uzgaja u kontaktu sa supstratom;

b. liziranje uzgojenog mikroorganizma radi oslobađanja boje u kontaktu sa supstratom; i c. fiksiranje oslobođene boje na supstrat.

Gornja unapred određena granična koncentracija izvora ugljenika zavisi od izvora ugljenika izabranog za optimizaciju brzine prenosa mikroorganizama koji sadrže boju na supstrat, i kvaliteta naknadne fiksacije boje na supstrat.

U jednom primeru izvođenja: (a) koraci liziranja i fiksiranja se izvode u jednom procesu; i/ili (b) pri čemu se koraci liziranja i fiksiranja izvode izlaganjem supstrata i mikroorganizama toploti iznad 100 °C; opciono gde je toplota odabrana između direktne toplote ili indirektne toplote; opciono gde direktna toplota obuhvata izlaganje supstrata i mikroorganizama u odgovarajućoj posudi preko plamena, grejne ploče ili električnog grejača; ili gde indirektna toplota obuhvata zagrevanje supstrata i mikroorganizama u autoklavu ili mikrotalasnoj pećnici.

U jednom primeru izvođenja, jedan ili više parametara kulture odabrani između temperature, koncentracije ugljen dioksida, pH i frekvencije mešanja izabrani su tako da se optimizira proizvodnja boje, brzina prenosa na supstrat i kvalitet fiksacije na supstrat.

U jednom primeru izvođenja, postupak dalje obuhvata korak: (a) inicijalnog kultivisanja mikroorganizma koji proizvodi boju u odsustvu supstrata koji se boji, pre koraka 1a; i/ili (b) pranje obojenog supstrata kako bi se uklonili otpadni kontaminanti pre i posle koraka 1c.

U jednom primeru izvođenja, dve ili više različitih vrsta mikroorganizama koji proizvode boju se koriste istovremeno; opciono gde dve ili više različitih boja je proizvodeno od strane jednog ili više različitih mikroorganizama.

U jednom primeru izvođenja, dodatne boje, uključujući boje koje su dodate egzogeno, prisutne su tokom koraka liziranja i fiksiranja.

U jednom primeru izvođenja, supstrat je izabran od prirodnih, sintetičkih, polusintetičkih i mešovitih supstrata; opciono gde: (a) prirodni supstrat je izabran od svile, pamuka, lana, vune i kože; (b) poluintetički supstrat je izabran između rajona i acetata; ili (c) sintetički supstrat je izabran od poliestera, najlona, akrila, elastina, polivinila i sličnih petrohemijskih derivata.

U jednom primeru izvođenja: (a) mikroorganizmi koji proizvode boju proizvode boju izabranu od biološki izvedenih pigmenata, hromoproteina, fluorescentnih proteina i bioluminescentnih proteina; i/ili (b) mikroorganizmi su genetski modifikovani.

U jednom primeru izvođenja: (A) mikroorganizmi su eukariotski organizmi; opciono gde su eukariotski organizmi izabrani između biljaka, algi, gljivica, crva i člankonožaca; ili (B) mikroorganizmi su prokariotski organizmi; opciono gde: (a) su prokariotski organizmi izabrani od arhe i eubakterija; (b) prokariotski organizmi su gram-pozitivne bakterije odabrane od bakterije Bacillus spp. i Clostridium spp; ili (c) prokariotski organizmi su gram negativne bakterije odabrane između Escherichia spp., Pseudomonas spp., Chromobacterium spp., Janthinobacter spp..

U jednom primeru izvođenja, korak kultivacije se odvija: (a) u okruženju rasta koje je izabrano između inkubatora, inkubatora za mućkanje, fermentora i biofermentera; i/ili (b) na temperaturi između 1 °C i 150 °C; i/ili (c) koncentraciji ugljen dioksida između 0 % i 10 %; i/ili (d) pH između 1.5 i 9.5.

U jednom primeru izvođenja, medijum za rast se bira između Luria-Bertani Bujona (LB), Terrific Bujona (TB), Super Optimalnog Bujona (SOB medijum), Super Optimalnog Bujona sa katabolitskom represijom (SOC), ekstrakta kvasca pepton dekstroze (IPD).

U jednom primeru izvođenja: (a) izvor ugljenika je izabran iz dekstroze, glukoze, saharoze, krompirovog skroba, citrata, laktoze, maltoze, glicerola, ksantoze i arabinoze; opciono gde je izvor ugljenika glicerol; i/ili (b) izvor ugljenika je prisutan u opsegu koncentracije poželjno od 15 % (v/v) do 60 % (v/v), poželjnije od 20 % (v/v) do 40 % (v/v).

U jednom primeru izvođenja, prag koncentracije izvora ugljenika je izabran tako da promoviše izobličenje oblika mikroorganizma tokom rasta.

U jednom primeru izvođenja, pronalazak obezbeđuje postupak za bojenje supstrata prema zahtevima 1 do 3, koristeći boju koja se nalazi u mikroorganizmu koji proizvodi boju.

Ovaj proces se može postići posmatranjem uslova navedenih u nastavku kada se supstrati boje (kao što su tkanine) direktno korišćenjem mikroorganizama koji deluju kao agensi za prethodnu obradu supstrata, kao i za proizvodnju boja, taloženje i fiksaciju.

Za proizvodnju boja, u ovom procesu mogu se koristiti i prirodni (ne rekombinantni) mikroorganizmi koji mogu da proizvode i intermedijernih i krajnjih pigmenata, kao i rekombinantni mikroorganizmi koji su modifikovani tako da mogu da proizvode bilo intermedijarne ili krajnje pigmente.

Pred tretman (uključujući modifikaciju supstrata bilo koje vrste) odvija se dejstvom metaboličkih procesa vođeni sa mikroorganizmima koji prožimaju supstrat i sa kompozicijama medijuma koje olakšavaju ove procese. Pred tretman omogućava efikasniju penetraciju/prodiranje/fiksiranje boje u supstrat. Odlaganje boje se postiže lociranom proizvodnjom i oslobađanjem boje od strane mikroorganizma koji su prožimali supstrat. Povećana lokalna koncentracija dovodi do većeg unosa boje, a značajno smanjenje velike količine slobodne boje u rastvoru dovodi do značajnog smanjenja količine otpadnog proizvoda. U koraku fiksacije boje, velika većina boje koja je prisutna u inaktiviranom mikroorganizmu prenosi se na supstrat usled lizije.

Fiksiranje boje se postiže izlaganjem tretiranog supstrata temperaturama većim od 121 °C. To ima dvostruku svrhu inaktiviranja svih mikroorganizama prisutnih na supstratu, kao i fiksiranja boje na supstrat. Industrijska automatska autoklav mašina, proizvedena od strane kompanije Sparrov Tex Engineering Works i kompanije za proizvodnju mašina Bluemoon, može se koristiti za podešavanje toplote i kondicioniranje prediva u različitim rasponima kapaciteta.

Finalni korak ispiranja uklanja veliku većinu inaktiviranih mikroorganizama i mikroorganizama koji se odnose na mrvice iz supstrata. Finalni supstrat je zatim sterilisan i očišćen u skladu sa standardnim zahtevima za medicinske uređaje.

Povoljno opisani postupci nadmašuju uobičajene postupke proizvodnje boje, prenosa boje i fiksiranja boje u pogledu stvaranja otpada, potrošnje vode i potrošnje energije. Otpad koji nastaje opisanim postupkom ne uključuje bilo šta od sledećeg: organske rastvarače, koncentrovane kisele ili alkalne proizvode, kao što je izbeljivač. Rukovanje, inaktivacija i odlaganje otpadnih proizvoda koji potiču iz ovog procesa postaju sigurni i jeftini u poređenju sa uobičajenim postupcima. Svi otpadni proizvodi nastali ovim procesom su biorazgradiva jedinjenja. Neki otpadni proizvodi nastali ovim procesom mogu imati komercijalnu vrednost, na primer kao biljno đubrivo.

1

DETALJAN OPIS PRIMERA IZVOĈENJA

Karakteristike i prednosti ovog pronalaska će biti lakše razumljive onima koji imaju obične veštine iz čitanja sledećeg detaljnog opisa. Pored toga, reference u jednini mogu takođe da uključuju množinu (na primer, „a“ i „an“ se mogu odnositi na jednu ili jednu ili više), osim ako kontekst izričito ne navodi drugačije.

Upotreba numeričkih vrijednosti u različitim rasponima navedenim u ovoj prijavi, osim ako nije izričito naznačeno drugačije, navode se kao aproksimacije kao da su minimalne i maksimalne vrednosti unutar navedenih opsega prethodile reči „otprilike“. Na ovaj način, male varijacije iznad i ispod navedenih opsega mogu se koristiti za postizanje uglavnom jednakih rezultata kao i vrednosti unutar opsega. Takođe, otkrivanje ovih opsega zamišljeno je kao kontinuirani opseg koji uključuje svaku vrednost između minimalne i maksimalne vrijednosti.

Ovaj postupak ima za cilj da kombinuje pre tretman supstrata i lokalizovanu proizvodnju, taloženje i fiksiranje supstrata (kao što su tkanine). Tkanine mogu biti prirodne (pamuk, svila, vuna i druge slične prirode) ili sintetičke (poliester, rajon, elastain i druge slične prirode) po sastavu.

Proizvodnja boje se postiže korišćenjem mikroorganizma koji može da proizvodi pigmente sa svojstvima željeni u boji. U ovom procesu mogu se koristiti i prirodni (ne-rekombinantni) mikroorganizmi koji mogu da proizvode intermedijerne i krajnje pigmente, kao i rekombinantni mikroorganizmi koji su modifikovani tako da mogu da proizvode bilo intermedijarne ili krajnje pigmente. Primeri uključuju, ali nisu ograničeni na: Serratia spp, Janthinobacter spp., Chromobacterium spp., Bacillus spp., Escherichia spp., Cianobacterium spp., Pseudomonas spp. Kao primer, derivat K12 E. coli je modifikovan tako da stvara velike količine violaceina uvođenjem plazmida koji nosi ponovno faktorisani violacein operon. Ponovno faktorisanje uključuje reorganizaciju redosleda kodiranja enzima, dodavanje mesta vezivanja ribozoma ispred svake kodirajuće sekvence i kodonsku optimizaciju kodirajuće sekvence za ekspresiju u E. coli.

Gotovo svaki mikroorganizam koji može biti genetski modifikovan može biti uključen u ovaj proces. Važan korak ovog procesa je direktna primena mikroorganizma na supstrat kako bi se olakšalo lokalizovano bojanje supstrata.

Pred tretman (uključujući modifikaciju supstrata bilo koje vrste) odvija se dejstvom metaboličkih procesa vođeni mikroorganizmima koji prožimaju supstrat i sredstvima koja olakšavaju ove procese. Pred tretman omogućava efikasniju penetraciju, permeaciju i fiksaciju boje u supstratu.

Korak pre tretmana se izvodi sa mikroorganizmom u širokom opsegu uslova koji pokreću metabolizam mikroorganizma kroz različite parametre, kao što su sadržaj hranljivih materija, pH i salinitet. Priroda mikroorganizama koji se koriste u ovom procesu će diktirati optimalnu kompoziciju medijuma. Kao primer, Chromobacterium violaceum zahteva potpuno drugačije optimalno okruženje od Escherichia coli.

Kao primer realizacije ovog pronalaska, derivat K12 E. coli koji je modifikovan da stvara velike količine violaceina korišćen je za prethodnu obradu sledećih supstrata: svile, vune, rajona, poliestera, elastaina, pamuka i lana. Sredstva kompozicije koja se koriste za prethodnu obradu supstrata gore pomenutim sojem E. coli uključuju sledeće osnovne komponente: izvor ugljenika, izvor azota, izvor aminokiselina, izvor soli metala i voda.

Objašnjenje

Bez želje da se itvrši ograničenje teorijom, verujemo da je poboljšana adsorpcija mikroorganizama koji sadrže boju u tekstilnu tkaninu prouzrokovana promenama u morfologiji tih mikroorganizama kada su izloženi izvoru ugljenika kada je ovaj izvor ugljenika iznad praga koncentracije. Preciznije rečeno, mikroorganizmi nakon određene koncentracije izvora ugljenika postaju znatno duži i izobličeni u obliku. Veća je vjerovatnoća da će se duži mikroorganizmi uplesti u pređe od tkanine, dok konturacije po njihovoj dužini znače da ih je teže izbaciti iz usidrenja među vlaknima. Precizan prag koncentracije zavisiće od brojnih faktora kao što su vrsta mikroorganizama, korišćeni izvor ugljenika i radni uslovi kao što su temperatura i nivo pH. Uopšteno gledano, ustanovili smo da je prag koncentracije u opsegu od 10 % (v/v) do 60 % (v/v), češće od 20 % (v/v) do 40 % (v / v).

Slike

Slika 1 prikazuje postupak za rast i taloženje pigmenata proizvedenih od strane mikroorganizama u skladu sa JP2810287 B2 (1998). Slika 1A prikazuje prvi korak gde se jedna bakterija koja proizvodi pigment (1) inokulira u rastvor medijuma (2). Slika 1B prikazuje drugi korak gde se bakterija inokulira u drugi rastvor medijuma (3) tokom 18 sati na 30 °C. Slika 1C prikazuje treći korak gde se proizvod raspadanja vune (4) dodaje u rastvor medijuma i trese pet dana na 30 °C. Slika 1D prikazuje četvrti korak gde su niti (5) dodate u rastvor medijuma dok se neki pigmenti sadržani u mikroorganizmima puštaju u rastvor medijuma (6) ključanjem rastvora medijuma na 100 °C tokom 20 minuta. Na slici 1E prikazan je šesti korak gde su niti uklonjene iz kupke za bojenje nakon ključanja i isprane pod tekućom vodom kako bi se uklonio ostatak rastvora medijuma i slobodni pigmenti. Neodređena količina pigmenata ostaje u rastvoru medija (7) i pričvršćena je na proizvod raspadanja vune (8).

Slika 2 prikazuje postupak bojenja tekstila prema ovom pronalasku. Pre prvog koraka bojenja, mikroorganizmi koji proizvode boju (10) pripremaju se prema standardnim mikrobiološkim postupcima. Ovi postupci mogu uključivati tehnike poput sintetičke biologije i genetskog inženjeringa. Jedna kolonija mikroorganizma inokulirana je u rastvoru medijuma prema standardnim postupcima.

U prvom koraku bojenja, mikroorganizam koji proizvodi boju (10) inokulira se u zapreminu rastvora medijuma (11) i ostavi se da raste preko noći u skladu sa standardnim mikrobiološkim tehnikama. Dobijeni medijum za kulturu koji sadrži visoke koncentracije mikroorganizama koji sadrže boje (12) se zatim dopunjava zapreminom rastvora medijuma (13) i drugom zapreminom izvora ugljenika (14). Rezultujuća koncentracija izvora ugljenika treba da bude u opsegu od 10 % (v/v) do 90 % (v/v), poželjno od 15 % (v/v) do 60 % (v/v), poželjnije 20 % (v/v) do 40 % (v/v). Supstrat (15), odn. tkanina ili predivo, dodaje se kulturi i inkubira preko noći prema standardnim postupcima.

Nakon inkubacije preko noći, velika većina mikroorganizama koji sadrže boje biće adsorbovana u supstrat (16), uključujući prostore između susednih vlakana. U skladu sa tim, kulturni medijum i rastvor izvora ugljenika (17) biće u značajnoj meri lišeni mikroorganizama.

U drugom koraku bojenja, obojeni supstrat (18) se uklanja iz medijuma za kulturu i ispira u vodenom kupatilu (19) kako bi se uklonili zaostali izvori ugljenika i ostaci mikroorganizama iz supstrata. Otpadna voda od ispiranja, koja može sadržati zaostale količine slobodnih mikroorganizama, može se ponovo upotrebiti u kasnijim serijama za farbanje, ili sterilizovati u blagom izbeljivaču ili parnom autoklavu. Obojeni supstrat je podvrgnut koraku termičke obrade, kao što je suvom peglanje (nije prikazano) ili parnom autoklaviranju (20) ili mikrotalasu (nije prikazano). U svim slučajevima primenjena temperatura treba da bude viša od 100 °C, najbolje 121 °C. Ovaj drugi korak bojenja vrši dvostruku ulogu (a) oslobađanja boje iz mikroorganizama direktno na supstrati na koji su mikroorganizmi adsorbovani putem lizacije, i (b) fiksiranje oslobađene boje sa lizatom na supstrat. Fiksiranje boje i sterilizacija otpadne vode za ispiranje može se izvesti u istom ciklusu autoklava.

Mašina za pranje veša (21) koja radi koristeći standardno podešavanje (na primer pranje na 40 °C biološkim deterdžentom) uklanja lizirane mikroorganizme (22) sa supstrata (23) sa molekulima boje (24) fiksiranim na vlakna. Oprani supstrat se suši standardnim postupcima (nije prikazano).

Slika 3 prikazuje rast mikroorganizma u tečnoj kulturi, ovde E. coli, u 1 % (v/v) koncentraciji glicerola u 50 % (v/v) LB medijuma i vodi. E. coli_ je rasla tokom 24 sata u 50 % (v/v) LB medijumu (10 g NaCl, 5 g ekstrakta kvasca, 1 g peptona, 1 L vode) i 1 % (v/v) glicerolu. Mikroorganizam je uspešno porastao, a izmerena prosečna dužina bakterija je oko 3.5 mikrona.

Slika 4 i Slika 5 prikazuju rast mikroorganizma u tečnoj kulturi, ovde E. coli, u 5 % (v/v) koncentraciji glicerola u 50 % (v/v) LB medijumu i vodi. E. coli_ je rasla tokom 24 sata u 50 % (v/v)

1

LB medijumu (10 g NaCl, 5 g ekstrakta kvasca, 1 g peptona, 1 L vode) i 5 % (v/v) glicerola.

Mikroorganizmi su uspešno rasli, mada ne kao kod 1% (v/v) koncentracije. Izmerena prosečna dužina bakterija je u rasponu od 4 mikrona do 5 mikrona.

Slika 6 prikazuje rast mikroorganizma u tečnoj kulturi, ovde E. coli, u 10 % (v/v) koncentraciji glicerola u 50 % (v/v) LB medijumu i vodi. E. coli je rasla tokom 24 sata u 50% (v/v) LB medijumu (10 g NaCl, 5 g ekstrakta kvasca, 1 g peptona, 1 L vode) i 10 % (v/v) glicerolu. Rast mikroorganizama je značajno niži nego kod 1 % (v/v). Izmerjena prosečna dužina mikroorganizama je 11 mikrona. Mikroorganizmi su postali zakrivljeni po svojoj dužini.

Slika 7 i Slika 8 pokazuju rast mikroorganizma u tečnoj kulturi, ovde E. coli, u 20 % (v/v) koncentraciji glicerola u 50 % (v/v) LB medijumu i vodi. E. coli je rasla tokom 24 sata u 50 % (v/v) LB medijumu (10 g NaCl, 5 g ekstrakta kvasca, 1 g peptona, 1 L vode) i 20 % (v/v) glicerolu. Rast mikroorganizama je znatno niži nego kod 1 % (v / v). Izmerena dužina bakterija je u rasponu od 15 mikrona do 20 mikrona. Mikroorganizmi su postali znatno zakrivljeni duž svoje dužine.

Slika 9 do Slike 11 prikazuju rast mikroorganizma u tečnoj kulturi, ovde E. coli, u 50 % (v/v) koncentraciji glicerola u 50 % (v/v) LB medijumu i vodi. E. coli je rasla 24 sata u 50 % (v/v) LB medijuma (10 g NaCl, 5 g ekstrakta kvasca, 1 g peptona, 1 L vode) i 50% (v/v) glicerola. Rast mikroorganizama je znatno niži nego kod 1 % (v/v). Izmerena dužina bakterija je u opsegu od 10 mikrona do 15 mikrona. Mikroorganizmi su postali znatno izobličeni duž svoje dužine.

Primenjivi aditivi medijuma:

Kompozicije medijuma uključuju dodavanje soli, od kojih primeri uključuju, ali nisu ograničeni na: NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2, MnCl2, ZnCl2, sami ili u kombinaciji. Kompozicije medijuma uključuju dodavanje izvora amino kiselina, čiji primeri uključuju, ali nisu ograničeni na: tripton, pepton, baktopepton, kazein-amino kiseline, sami ili u kombinaciji. Kompozicije medijuma uključuju dodavanje izvora ugljenika, čiji primeri uključuju, ali nisu ograničeni na: ekstrakt kvasca, saharozu, glukozu, glicerol, fruktozu, ksilozu, laktozu, arabinozu, sami ili u kombinaciji. Kompozicije medijuma uključuju dodavanje izvora azota, čiji primeri uključuju, ali nisu ograničeni na: ekstrakt kvasca, tripton, pepton, bakto-pepton, kazein-amino kiseline, same ili u kombinaciji. Svi gore navedeni aditivi medijuma se mogu upotrebljavati sa različitim rezultatima, zavisno od organizma koji se koristi u postupku prethodnog tretmana.

Uslovi rasta:

Optimalni uslovi rasta variraju u zavisnosti od mikroorganizma koji se koriste u postupku predtretmana. Parametri koji uveliko utiču na krajnji rezultat uključuju, ali nisu ograničeni na: pH, salinitet i temperaturu.

Kao primer, derivat K12 E. coli koji je modifikovan da stvara velike količine violaceina korišćen je za pred tretman sledećih supstrata: svile, vune, rajona, poliestera, elastaina i pamuka. Ispitivani su različiti uslovi rasta sa pH opsezima između 5 - 9, opsezima saliniteta od 0.1 % do 3 %, a temperaturama između 20 °C i 42 °C. Optimalni opsezi za ove parametre su pronađeni da su: pH 5.8 - 8.2, salinitet 0.5 % -1.5 % i temperatura: 30 °C do 40 °C.

Pred tretman olakšava interakciju između posude koja sadrži boju (mikroorganizam) i supstrata (tkanina). Da bi se postigao ovaj efekat, korišćeni mikroorganizam se uzgaja u pogodnom medijumu (vidi kompoziciju medijuma gore) tokom 12-48 sati u zavisnosti od odnosa inokulanta i inokulata, upotrebljene kompozicije medijuma i uslova rasta. Cela kultura se zatim dopunjuje dodatnim medijumom (vidi kompoziciju medijuma gore) i supstrat se dodaje u ovom trenutku. Pred tretman se odvija u istom vremenskom okviru kao i period rasta.

Odlaganje boje se postiže lokalnom proizvodnjom i oslobađanjem boje od strane mikroorganizama koji su prožimali supstrat. Povećane lokalne koncentracije dovode do većeg unosa boje, a odsustvo velikih količina slobodne boje u rastvoru dovodi do značajnog smanjena količine otpadnog proizvoda. Stope taloženja boje će se razlikovati u zavisnosti od toga koji se pigment proizvodi, kao i od korišćenja mikroorganizama.

Ovi parametri će varirati u zavisnosti od citotoksičnosti pigmenta koji proizvodi mikroorganizam, rastvorljivosti pigmenta u vodi, afiniteta pigmenta za supstrat i korišćenih uslova rasta (vidi uslove rast gore).

Kao primer, K12 derivat E. coli koji je modifikovan da stvara velike količine violaceina korišćen je za taloženje boja na/u sledećim supstratima: svila, vuna, rajon, poliester, elastain, pamuk i lan. Primećena je skoro potpuna penetracija i povezanost E. Coli koja proizvodi violacein/supstrat sa supstratom u roku od dva sata nakon dodavanja supstrata dopunjenom medijumu i nastavlja se tokom perioda inkubacije supstrata.

1

Završni korak:

Finalni korak završne obrade se postiže izlaganjem tretiranog supstrata temperaturama većim od 121 °C. To ima dvostruku svrhu inaktiviranja svih mikroorganizama prisutnih na supstratu, kao i fiksiranja boje na supstrat.

Ogromna većina boje koja se nalazi u inaktiviranom mikroorganizmu prenosi se na supstrat zbog lize. Konačni korak uključuje završno pranje, čime se velika većina inaktiviranih mikroorganizama i jedinjenja povezanih sa mikroorganizmima uklanja sa supstrata. Završni supstrat je zatim sterilisan i očišćen u skladu sa standardnim zahtevima potrebama medicinskog uređaja.

Proizvodnja otpada:

Nekorišćena boja (otpadna boja) je ispod industrijskog standarda od 3%, a nivo primene postignut je proces pronalaska koji prevazilazi 99.997% efikasnosti. Potrošeni medijum, kao što su rastvorene soli, amino kiseline i izvori ugljenika, preostali posle procesa bojenja, mogu se reciklirati i ponovo koristiti za sledeće procese bojenja koristeći istu ili drugu mikrobiološku boju. Dakle, najmanje dva puta - prvo manja upotreba vode tokom početnog procesa bojenja i drugo mogućnost ponovne upotrebe istrošenih rastvora medija bez tretmana - upotreba vode je smanjena u opisanim postupcima u poređenju sa uobičajenim postupcima.

1

Claims (16)

Patentni zahtevi

1. Postupak za bojenje supstrata, postupak obuhvata korake:

a. kultivisanje mikroorganizma koji proizvodi boju u prisustvu supstrata koji se boji, i u prisustvu medijuma za rast koji sadrži izvor ugljenika u unapred određenoj graničnoj koncentraciji u opsegu od 10 % (v/v) do 90 % (v/v) ), tako da se mikroorganizam uzgaja u kontaktu sa supstratom; b. liziranje uzgojenog mikroorganizma radi oslobađanja boje u kontaktu sa supstratom; i c. fiksiranje oslobođene boje na supstrat.

2. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu unapred određena granična koncentracija izvora ugljenika zavisi od izvora ugljenika izabranog za optimizaciju brzine prenosa mikroorganizama koji sadrže boju na supstrat i kvaliteta naknadne fiksacije boje na supstrat.

3. Postupak prema zahtevu 1 ili zahtevu 2, pri čemu:

(a) koraci liziranja i fiksiranja se izvode u jednom procesu; i / ili

(b) pri čemu se koraci liziranja i fiksiranja izvode izlaganjem supstrata i mikroorganizama toploti iznad 100°C.

4. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu jedan ili više parametara kulture odabrane između temperature, koncentracije ugljen dioksida, pH i frekvencije agitacije su odabrani tako da optimizuju proizvodnju boje, brzinu prenosa na supstrat, i kvalitet fiksacije za supstrat.

5. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, dalje obuhvata korak:

(a) inicijalno kultivisanje mikroorganizma koji proizvodi boju u odsustvu supstrata koji se boji, pre koraka 1a; i/ili

(b) ispiranje obojenog supstrata kako bi se uklonili otpadni kontaminanti pre i posle koraka 1c.

6. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu dve ili više različitih vrsta mikroorganizama za proizvodnju boja se koriste istovremeno.

7. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu tokom koraka liziranja i fiksiranja prisutne su dodatne boje, uključujući boje koje su dodate egzogeno.

8. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu je supstrat odabran između:

(a) prirodnog supstrata odabran između svile, pamuka, lana, vune i kože;

(b) polu-sintetičkog supstrata odabran između rajona i acetata; ili

(c) sintetičkog supstrata odabran od poliestera, najlona, akrila, elastina, polivinila i sličnih petrohemijskih derivata.

9. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu:

(a) mikroorganizmi koji proizvode boju proizvode boju izabranu između biološki izvedenih pigmenata, hromoproteina, fluorescentnih proteina i bioluminescentnih proteina; i/ili

(b) mikroorganizmi su genetski modifikovani.

10. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu:

(A) mikroorganizmi su eukariotski organizmi, odabrani između algi i gljivica; ili

(B) mikroorganizmi su prokariotski organizmi odabrani između:

(a) arhee i eubakterije;

(b) Gram pozitivne bakterije odabrane između Bacillus spp. i Clostridium spp; ili

(c) Gram negativne bakterije odabrane između Escherichia spp., Pseudomonas spp., Chromobacterium spp., Janthinobacter spp.

11. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu se korak kultivacije odvija:

(a) u okruženju za rast izabran između inkubatora, inkubatora sa mućkanjem, fermentora i biofermentera; i/ili

(b) na temperaturi između 1°C i 150°C; i/ili

(c) koncentracije ugljen dioksida između 0 % i 10 %; i/ili

(d) pH između 1.5 i 9.5.

12. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu medijum za rast je odabran između Luria-Bertani Bujona (LB), Terrific Bujona (TB), Super Optimalnog Bujona (SOB medijum), Super Optimalnog Bujona sa Kataboličkom represijom (SOC), ekstrakta kvasca pepton dekstroze (YPD).

13. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu izvor ugljenika je odabran između dekstroze, glukoze, saharoze, krompirovog skroba, citrata, laktoze, maltoze, glicerola, ksantoze i arabinoze.

1

14. Postupak prema bilo kom prethodnom zahtevu, pri čemu izvor ugljenika je prisutan u opsegu koncentracije od: 15 % (v/v) do 60 % (v/v).

15. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 3 korišćenjem boje koja se nalazi u mikroorganizmu koji proizvodi boju.

16. Postupak prema bilo kom od zahteva 1 do 15, pri čemu granica koncentracije izvora ugljenika je izabrana tako da promoviše distorziju oblika mikroorganizma tokom rasta.

1