Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор литературы 12
1.1 .Хлопчатник и его разновидности с окрашенным волокном 12
1.1.Характеристика природноокрашенного хлопкового волокна 14
1.2.1 .Химический состав 14
1.2.2. Строение 16
1.2.3. Особенности свойств 24
1.3. Повреждения хлопкового волокна микроорганизмами 29
1.3.1. Микроорганизмы - деструкторы 29
1.3.2. Факторы, влияющие на степень повреждения волокна микроорганизмами 39
1.3.3. Влияние повреждений на структуру и свойства хлопка 44
1.3.3.1. Изменение макроструктуры 45
1.3.3.2. Изменение надмолекулярной структуры 47
1.3.3.3. Изменение молекулярной структуры 49
1.3.3.4. Влияние биоповреждений на свойства хлопкового волокна 50
Выводы 52
2. Объекты и методы исследования 54
2.1. Характеристика объектов исследования 54
2.2. Методы исследования 60
2.2.1. Методы определения видового состава микроорганизмов ПОХВ 60
2.2.1.1. Выделение и идентификация бактерий 60
2.2.1.2. Выделение и идентификация микромицетов 61
2.2.2. Методы изучения воздействия микроорганизмов на ПОХВ 62
2.2.2.1. Действие спонтанной микрофлоры 62
2.2.2.2. Действие микромицетов 62
2.2.2.3. Действие бактерий 64
2.2.2.4. Определение бактерицидных свойств ПОХВ на микробиоте кожи...64
2.2.3. Метод количественной оценки степени деструкции ПОХВ 65
2.2.4. Методы определения физико-химических свойств ПОХВ 66
2.2.4.1. Световая микроскопия 66
2.2.4.2. Дифференциально-термический анализ 66
2.2.4.3. Вискозиметрический метод 66
2.2.4.4. Методы определения цветовых характеристик ПОХВ 67
2.2.4.5. Инсоляция ПОХВ 69
2.2.5. Методы определения механических свойств ПОХВ 69
2.2.5.1. Определение длины 70
2.2.5.2. Определение коэффициента зрелости 70
2.2.5.3. Определение разрывной нагрузки и линейной плотности 70
2.2.6. Статистическая обработка результатов 71
Выводы 72
3. Выделение и идентификация микроорганизмов с ПОХВ 73
3.1. Микроскопические грибы 73
3.2. Бактерии 76
Выводы 78
4. Влияние микроорганизмов на повреждение ПОХВ 80
4.1. Оценка степени повреждения хлопковых волокон в зависимости от их цветовой гаммы 80
4.1.1. Характеристика исходной поврежденности хлопковых волокон 80
4.1.2. Устойчивость ПОХВ к действию микроорганизмов разных групп 83
4.1.2.1. Действие спонтанной микрофлоры 83
4.1.2.2. Действие микроскопических грибов 87
4.1.2.3. Действие бактерий 92
4.2. Особенности структуры ПОХВ, поврежденных микроорганизмами 95
4.3. Изменение физико-механических свойств ПОХВ в результате повреждения микроорганизмами 102
4.4. Определение зависимостей между свойствами ПОХВ и показателем их биодеструкции 104
Выводы 107
5. Сравнительный анализ действия микробиологической деструкции и инсоляции на цветовые характеристики и устойчивость окраски ПОХВ 110
5.1. Цветовые характеристики исследуемых исходных волокон 111
5.2. Цветовые характеристики волокон, экспонированных в условиях воздействия микроорганизмов разных групп 112
5.2.1. Спонтанной микрофлоры
5.2.2. Микроскопических грибов 115
5.2.3. Бактерий 118
5.3. Цветовые характеристики инсолированных волокон 119
Выводы 122
Заключение 124
- Факторы, влияющие на степень повреждения волокна микроорганизмами
- Методы определения цветовых характеристик ПОХВ
- Определение зависимостей между свойствами ПОХВ и показателем их биодеструкции
- Цветовые характеристики волокон, экспонированных в условиях воздействия микроорганизмов разных групп
Введение к работе
Хлопок давно известно человечеству и широко используется во всем мире во многих отраслях промышленности. Основная доля рынка принадлежит хлопчатобумажным (ХБ) тканям, емкость которого начиная с 1998 г. стабильно растет за счет собственного производства, и их доля в настоящее время занимает 87% [22, 86]. Мировое производство хлопкового волокна в 2005-2006 гг. по предварительной оценке составит 25 млн.т, доля которого составит 79% производства натуральных волокон, а потребление - 24,4 млн.т [8, 97, 149]. В 2006-2007 гг. прогнозируется увеличение объемов производства до 25,1 млн.т и потребления до 24,9 млн.т [97]. Увеличение спроса на хлопковое волокно (ХВ) обусловлено комплексом уникальных свойств ХБ продукции [49].
В настоящее время, во всех странах, где возможно возделывание хлопчатника, ведется целенаправленная научно-исследовательская работа по созданию новых скороспелых, продуктивных сортов этой культуры с качественным волокном. Одним из наукоемких направлений работы селекционеров, генетиков, молекулярных биологов с культурой является селекция линий с природноокрашенным (ПО) ХВ. Больше всего цветного волокна производит Китай, Туркменистан (1995 год - около 7,5 тыс.тонн), США (1995 год - около 1,5 тыс.тонн), Австралия, Израиль, Перу в небольших и экспериментальных количествах [25, 163]. В США занимаются производством и реализацией естественноокрашенного (ЕО) хлопка на коммерческой основе [169]. В этом направлении достигнуты определенные результаты и учеными Всероссийского института растениеводства им. Н.И. Вавилова, которые могут иметь важное значение для текстильной промышленности России. Созданы линии, имеющие ПОХВ с приемлемыми для условий юга России показателями скороспелости и урожаем хлопка-сырца [40, 42, 43].
Основные результаты в области исследований ПОХВ связаны с изучением их технологических и физико-механических свойств. Исследований, касающихся взаимодействия ПОХВ с микроорганизмами, изменений их свойств, структуры и цветовых характеристик под влиянием микроорганизмов и защиты их от биоповреждений в литературе не обнаружено. Вопросы, затрагивающие аспекты биостойкости, в науке освещают лишь качество белого хлопка.
Качество готовой продукции из ПО хлопка непосредственно зависит от свойств исходного сырья, которые определяют не только основные потребительские требования, но и условия их эксплуатации, в большинстве случаев способствующих развитию на них микроорганизмов разных групп, вызывая повреждение волокнистых материалов и снижая их качество. Развитие патогенных форм микроорганизмов на одежде может привести к заболеваниям человека.
В настоящее время уделяется огромное внимание требованиям экологичности потребляемых человеком продуктов и качества повседневной одежды. За прошедшее десятилетие в мире развернулось направление "organic agriculture" -производство экологически абсолютно чистой, "биосертифицированной" продукции для человека. С развитием фармацевтической промышленности и внедрением в лечебную практику всё новых химических препаратов ныне принимают все большую актуальность вопросы осложнений при антибиотикотерапии, выработки устойчивости патогенной микрофлоры к широко применяемым человеком лекарственным препаратам, дополнительной аллергической нагрузки на организм, проявлению лекарственной болезни и множества других осложнений у человека [158]. Всё это служит толчком к поиску новых безопасных, высокоэффективных и вместе с тем экологически чистых и относительно недорогих натуральных источников веществ для человека.
Актуальность проблемы выпуска безопасной и экологически чистой продукции подчеркивается в федеральном законе РФ "О техническом регулировании" [131]. Важность исследований в данной области, недостаточное количество экспериментальных данных, отсутствие общепринятых методов оценки безопасности отмечается рядом авторов [155, 156, 161].
Окрашенность волокна, как показывает практика, оказывается тесно связана с гигиеническими свойствами текстильной продукции. По мнению Фурсова Н.В. [136], изделия из ЕОХВ лучше аэрируются, имеют большую теплоемкость, они не аллергенны, как многие окрашенные и синтетические ткани.
В этой связи исследование устойчивости ПОХВ к воздействию микроорганизмов, оценка изменения их свойств и цветовых характеристик от степени их биоповреждения и выявление микроорганизмов-деструкторов ПОХВ приобретает особую актуальность, имеет теоретическое и практическое значение.
Диссертационная работа выполнялась по плану Всероссийской программы РАН фундаментальных исследований "Проблемы общей биологии и экологии; рациональное использование биологических ресурсов (2005-2010). Направление 12: Экологические проблемы биоповреждений", связана с основным научным направлением кафедры экспертизы потребительских товаров СПГТЭИ.
Целью диссертации явилось изучение свойств ПОХВ и их изменений при воздействии микроорганизмов. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
1. Изучить состав микрофлоры ПОХВ, оценить действие на волокно микроорганизмов разных групп и определить характер воздействия ПОХВ на микроорганизмы.
2. Исследовать характер и степень повреждения ПОХВ микроорганизмами.
3. Оценить влияние биоповреждений на структуру и свойства ПОХВ.
4. Установить степень устойчивости окраски ПОХВ в результате воздействия микробиологической деструкции и инсоляции.
5. Определить взаимосвязь между исходной поврежденностью, зрелостью, районами и условиями выращивания, естественным цветом хлопкового волокна и степенью его биостойкости.
Методологической и научной основой диссертационной работы явились труды российских и зарубежных ученых. В работе использовались разработанные и стандартные методы исследований. Обработка результатов исследований проведена с использованием персонального компьютера при помощи пакетов прикладных программ Microsoft EXEL 2000, Statgraphics v. 3.0, 1990 и Statistica v. 6.5, 2001 с применением методов математической статистики и корреляционного анализа.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- впервые проведено комплексное исследование изменений свойств ПОХВ под воздействием микроорганизмов;
- устойчивости ПОХВ разных цветовых гамм и мест произрастания к действию микроорганизмов;
- выявлены и оценены зависимостии между свойствами ПОХВ и показателями их биодеструкции;
- установлено влияние биоповреждений на структуру ПОХВ;
- разработаны методика определения действия текстильных волокон на патогенные микроорганизмы, усовершенствованная методика оценки грибостойкости ПОХВ.
Практическая значимость работы. Результаты комплексного анализа микробиологических, колориметрических и физико-механических свойств могут быть использованы в текстильной промышленности - при производстве нетканых материалов, меланжевых тканей, составлении смесей, рабочих сортировок и формировании ассортимента тканей, а также в изучении генетических ресурсов хлопчатника, селекции новых сортов с ПОХВ для улучшения потребительских свойств ХБ продукции.
Результаты исследований биостойкости, технологических и физико-механических свойств волокна линии Кг 10 с ЖО волокном, были использованы при создании в ГНУ ГНЦ ВИР сорта хлопчатника Марон, который в 2006 году был рекомендован Астраханским филиалом Госкомиссии по испытанию и охране селекционных достижений для включения сорта в Государственный реестр сортов РФ, допущенных к использованию в России.
Созданные методики оценки антимикробного действия текстильных волокон и грибостойкости ПОХВ рекомендуется применять с целью оптимизации выбора волокнистого состава сырья для придания гигиенических и свойств безопасности камуфляжным тканям для обмундирования военнослужащих, преобретающих особенно важное значение при использовании в экстремальных условиях и повышения биостойкости текстильной материалов при выпуске экологически чистого текстиля.
Сведения о влиянии биоповреждений на изменение структуры и свойств ПОХВ могут использоваться как справочные данные при прогнозировании поведения ЕОХВ в процессе эксплуатации и хранения текстиля в условиях повышенной влажности и температуры воздуха.
Результаты исследований используются в учебном процессе и при проведении научно-исследовательских работ в СПГТЭИ и ГНУ ГНЦ ВИР (ВНИИР им. Н.И. Вавилова), а также в производстве текстильных изделий, о чем свидетельствуют соответствующие акты внедрения.
Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на:
- Международной студенческой конференции, посвященной 300-летию Санкт- Петербурга. - СПб.: ТЭИ, 2003.г;
- заседаниях комиссии по биоповреждениям Русского ботанического общества РАН в декабре 2003 и июне 2005г.;
- семинаре в отделе качества ОАО «Прядильно-ниточного комбината им. СМ. Кирова» в 2005г.;
- заседании специалистов отдела генетических ресурсов масличных и прядильных культур ГНУ ГНЦ ВИР.
По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и рекомендаций, общих выводов, библиографического списка и приложений, представлена на 203 страницах.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследований повреждения ПОХВ микроорганизмами различных групп.
2. Результаты определения видового состава микрофлоры ПОХВ.
3. Результаты влияния степени повреждения ПОХВ микроорганизмами на их структуру и свойства.
4. Результаты влияния исходного биоповреждения, районов и условий выращивания, степени зрелости, цветовых характеристик ПОХВ на его биостойкость.
Факторы, влияющие на степень повреждения волокна микроорганизмами
Микрофлора ХВ многочисленна, разнообразна и зависит от многих причин, основными из которых являются следующие: разновидности хлопка, промышленные и селекционные сорта, микрофлоры его семян, проникающих во внутреннюю часть волокон и концентрации антибиотических веществ в хлопчатнике; почвешю - климатических, агротехнических условий созревания и районов произрастания, времени и условий сбора хлопка, условий хранения, перевозки и переработки [139].
Чем ниже промышленный сорт волокна и выше степень его деструкции, тем большее, как правило, количество микроорганизмов содержится на волокне [139]. У волокон одного промышленного сорта, но разных селекционных сортов выявлено разное количество микроорганизмов, также как и разная степень биоповреждения, которые можно объяснить разной природной устойчивостью хлопка. Учеными в результате проведенных исследований установлено, что численность и видовой состав бактерий зависят от селекционного сорта растения хлопчатника [83].
Чем более засоренным и низкого качества является волокно, тем большее количество микроорганизмов содержится на нем. Вместе с тем, общее количество микроорганизмов на волокне хлопка не является прямым показателем его плохого качества, так как в составе микрофлоры, содержащейся в канале волокна и попадающей на него из окружающей среды, не все виды являются деструкторами и видовой состав микроорганизмов не зависит от их количества на волокне [139].
В практике переработки волокна хлопка давно замечено, что в различных районах выращивания хлопчатника волокно хлопка получается различного качества. В литературе имеются указания на то, что устойчивость волокна хлопка к разрушительному действию микроорганизмов изменяется в зависимости от почвенно-климатических и агротехнических условий выращивания [21]. В результате проведения несвоевременных и неправильных агротехнических мероприятий (сохранение высокой густоты стояния растений, отсутствие севооборотов, несоблюдение норм использования минеральных, в частности азотсодержащих удобрений, поливов, чеканки в неоптимальные сроки, нерациональное осуществление дефолиации и т.д.), отсутствия семян высоких кондиций, комплекса мероприятий по борьбе с фитопатогенами и вредителями хлопчатника растения не в полной мере реализуют наследственно закрепленные признаки, что отражается на качестве волокна, степени и характере его повреждений. Некоторые регионы культивирования хлопчатника создают условия, способствующие росту микроорганизмов на волокне. Это обстоятельство должно учитываться при размещении хлопчатника по районам произрастания. При этом эпифитная микрофлора волокна хлопка однородна и не зависит от районов выращивания хлопчатника [24].
На состояние поврежденности волокна в коробочках большое влияние оказывают сроки созревания и сроки сбора. Скороспелость хлопчатника - одно из важнейших условий, при котором бактерии, размножающиеся в канале волокна, то есть эпифитные бактерии растений хлопчатники, не успевают проявить свою разрушительную деятельность. Отмечается отсутствие или незначительное количество повреждений волокна в рано созревающих сортах и большое количество повреждений в волокнах хлопка-сырца поздних сроков созревания. Волокно в коробочках хлопчатника различного срока созревания резко различается по количественному и качественному составу микрофлоры [139]. У волокон ранних сроков созревания и волокон первого сбора повреждений незначительное количество или нет совсем, у волокон поздних сроков созревания, второго и третьего сбора их значительно больше [69].
Нельзя также не учитывать условий, при которых проходило созревание данной партии хлопчатника, так как даже кратковременное повышение влажности воздуха в этот период стимулирует жизнедеятельность микроорганизмов, повреждающих волокно [139]. Снятое сырым волокно плохо поддается просушке, особенно в осеннее время, а его увлажненность сильно улучшает условия жизни микроорганизмов, и в результате их жизнедеятельности не только ухудшаются физико-механические свойства волокна, но часто изменяется его цвет или даже само волокно приходит в полную негодность. Увеличение поврежденности волокон еще до поступления на перерабатывающие фабрики связано также с увеличением влажности в период дождей, после которых у волокон наблюдается повреждение восковых веществ кутикулы, открывающих доступ наружной микрофлоре, увеличивается количество угаров при переработке волокна [139].
Предпосевная обработка семян хлопчатника, как известно, не дает полного уничтожения внутренней микрофлоры семян. Очевидно, что необходимо оказывать воздействие и на эпифитные микроорганизмы хлопчатника, которые, не затрагивая самого растения в период его вегетации, впоследствии могут сильно разрушать волокно. С этой целью, а также с целью воздействия на микроорганизмы - фитопатогены хлопчатника необходимо применение антибиотических веществ, которые могут быть как микробного, так и растительного происхождения [139].
Повреждаемость ХВ в период созревания, то есть степень первоначальной поврежденное волокна зависит во многом от ботанических особенностей хлопчатника, что связано, по-видимому, с биологическими особенностями самого растения и, в частности, со способностью продуцировать фитонциды, являющиеся причиной естественной устойчивости хлопкового растения микробному повреждению в процессе развития. В процессе жизнедеятельности растение хлопчатника продуцирует летучие и жидкие фитонциды, которые являются одним из важнейших факторов естественной устойчивости растения к бактериальным болезням и повреждению микроорганизмами волокна хлопка. Фитонциды вызывают распад клеток микроорганизмов, являются препятствием к их размножению, создают неблагоприятную среду для их развития. Активность выделения фитонцидов неодинакова у разных селекционных сортов хлопчатника, что обуславливает и неодинаковую сопротивляемость их воздействию микроорганизмов. В связи с этим устойчивость ХВ к воздействию микроорганизмов изменяется в зависимости от свойства волокна различных селекционных сортов. Следовательно, при селекции хлопчатника нельзя не учитывать как общей фитонцидной активности хлопкового растения, так и степени устойчивости волокна различных селекционных сортов к действию микроорганизмов.
Методы определения цветовых характеристик ПОХВ
Навеску ХВ массой 5 мг промывали в стерильной воде, отжимали и помещали в стерильную пробирку. Далее в пробирку с волокном наливали 5 мл мясо-пептонного бульона (МПБ), пробирку с бульоном и волокном интенсивно встряхивали и помещали в термостат с температурой 30 ± 2 С на 24 часа.
По истечении времени бульон с волокном подвергали визуальному исследованию с фиксацией характерных особенностей в поведении бульона, так как данные особенности являются одним из признаков, свидетельствующих о присутствии тех или иных культур микроорганизмов. Характер бульона оценивали по наличию или отсутствию мути, выпадению осадка, образованию пленки и наличию или отсутствию газообразных выделений в виде пузырьков.
Из полученных микробных взвесей методом агаровой заливки делали истощающие посевы на плотные питательные среды. В качестве питательной среды использовали мясо-пептонный агар (МПА) (рН 7,2-7,4). Посевы инкубировали в термостате при 30 ± 2 С в течение 24-48 часов.
После термостатирования проводили визуальное исследование и анализ выросших колоний, фиксируя характерные особенности, такие как цвет, блеск, размеры, форма, характер края и поверхности, консистенция, а также указания о преобладающем или угнетенном росте отдельных культур. Из отдельных колоний производили высевы на скошенный МПА для последующей идентификации чистых культур. Идентификация чистых культур проводилась по общепринятым методам [81, 94, 95] в соответствии с определителем Берджи [102].
Определение видового состава микроскопических грибов ХВ ПО хлопчатника проводили по общепризнанным методикам [70, 81]. Для выделения наиболее полного видового разнообразия микромицетов, способных развиваться на ХВ использовался метод накопительных материалов, при котором исследуемые образцы волокон помещались в термостат в стерильные чашки Петри на увлажненную фильтровальную бумагу для стимуляции развития мицелия или спороношения грибов, находящихся на их поверхности. Инкубирование проводили в термостате при температуре 24-28 С и влажности 90-100% в течение 8 месяцев. Затем образцы просматривали под микроскопом или бинокулярной лупой. Обнаруженный мицелий стерильно переносили на питательную среду Чапека-Докса для учета количественного и видового состава грибов. Идентификацию микромицетов проводили по общепринятым методам с использованием определителей [50, 85, 88, 114].
В реальных условиях использования ХБ текстильные материалы подвергаются воздействию со стороны комплекса микроорганизмов, включающего в себя как микромицеты, так и бактерии. Поэтому в настоящей работе проводилось исследование влияния на объекты исследования микроорганизмов, развивающихся на них в условиях повышенной влажности и температуры.
Для стимулирования развития микроорганизмов спонтанной микрофлоры, находящихся на хлопке, образцы волокон помещались в стерильные чашки Петри на стерильную фильтровальную бумагу и выдерживались в термостате при температуре 28±2С и относительной влажности воздуха 90-100 % до 240 суток (8 месяцев). Влажность в чашках Петри поддерживалась с помощью увлажнения фильтровальной бумаги стерильной дистиллированной водой.
По истечении заданного времени образцы волокна промывали в стерильной воде, высушивали на воздухе до достижения кондиционной влажности и подвергали исследованию их структуры и свойств.
Важной проблемой при оценке действия грибов при повреждении волокна хлопка является правильный выбор тест-культур. В этой связи в настоящей работе использовали набор грибов, рекомендованный ГОСТ [32], а также два набора, составленные из грибов, выделенных с ПОХВ. Наборы грибов были сформированы по экологическим группам, исходя из их биохимических особенностей, особенностей жизненного цикла и их активности. В этой связи реакция отдельных группировок грибов на изменение питательного субстракта (волокна хлопка) неодинакова и зависит от физиологических особенностей, состава и структуры группировки.
Набор грибов, рекомендованных ГОСТ [32], получен из коллекции музея культур Ботанического ин-та им. В.Л.Комарова РАН: Aspergillus niger v. Tiegh., Aspergillus terreus Thorn, Aureobasidium pullulans (de Вагу) Arnaud, Paecilomyces varioti Bainier, Penicillium ochro-chloron Biourge, Scopulariopsis brevicaulis (sacc.) Bainier, Trichoderma viride Perst.:Fr., Chaetomium globosum Kunze:Fr.
В состав I набора включены следующие штаммы из коллекции ин-та: Aspergillus niger ТХ-13, Aspergillus terreus ТХ-16, Aspergillus ustus TX-6, Penicillium chrysogenum TX-9, Alternaria alternata TX-14, Rhizopus nigricans TX-1 и вид Stemphylium ilicis Tengwall, изолированный с хлопка, который вызывает его пятнистость.
В состав II набора включены следующие штаммы из коллекции ин-та: Aspergillus fumigatus TX-9, Penicillium aurantiogriseum TX-6, Aspergillus flavus TX-11, Aspergillus versicolor TX-11, Stachybotrys chartarum TX-16, Scopulariopsis brevicaulis TX-16, Fusarium moniliforme TX-12 и вид Colletotrichum dematium (Pers. et Fr.) Grove, изолированный с хлопка, который его антракноз.
Перед проведением испытаний образцы ХВ подвергались УФ облучению в течение 30 минут с каждой стороны с целью удаления с их поверхности спонтанной микрофлоры. Традиционные методы стерилизации не использовались, т.к. их применение привело бы к изменению структуры исследуемых волокон.
Образцы волокон помещали в стерильные эксикаторы так, чтобы исключить их соприкосновение, инокулировали спорами микромицетов и выдерживали в термостате при температуре 25±2С и относительной влажности воздуха 90 - 100 % в течение 28 суток. Контролем служили волокна хлопка, не инокулированные спорами микроскопических грибов, выдерживаемые в аналогичных условиях. Образцы инфицированных и контрольных волокон по истечении времени воздействия высушивали на воздухе до достижения кондиционной влажности и проводили оценку степени их поврежденное и изменений свойств. Испытание воздействия наборов микроскопических грибов на ПОХВ проводилось в трех повторностях.
Определение зависимостей между свойствами ПОХВ и показателем их биодеструкции
При дисперсионном анализе комплекса факторов, влияющих на показатель деструкции экспонированного волокна, с учетом признаков зрелости и удельной разрывной нагрузки исходного ХВ, установлено, что степень деструкции волокна определяется, прежде всего, его зрелостью (30,2%), исходной поврежденностью (11,5%) и прочностью (5,2%о). Определяющее значение зрелости волокна хлопка в ходе его деструкции, можно объяснить тем, что оптимально созревшее волокно (микронейр в пределах 3,5-4,9) имеет оптимум извитости, накопления целлюлозы и выполненный канал, что имеет решающее значение для устойчивости к деструкции. Как было сказано выше, красящий пигмент, входящий в химический состав волокна также определяет его физико-механические свойства, наряду с почвенно-климатическими условиями выращивания волокна. Однако в рассматриваемом комплексе признаков, влияние факторов цветовой гаммы и района выращивания менее значительно - 1,76% и 1,4% соответственно.
Анализируя деструкцию экспонированного волокна в зависимости от степени деструкции исходного волокна (рисунок ЕЛ), можно отметить, что она имеет характер прямо пропорциональной зависимости. Однако исходная деструкция волокон 2 группы (0,147-0,250) не оказывает значимого влияния на экспонированное волокно. Значимое влияние имеет лишь деструкция исходного волокна 5 группы (К 0,529). Таким образом, деструкция исходного волокна в пределах значений 0,030-0,336 (группы 1-3) не имеет значимо отрицательного влияния на качество волокна. На рисунке Е.2 показана деструкция экспонированного волокна в зависимости от его ЦГ. Наиболее подверженным деструкции в ходе экспозиции оказалось белое волокно (группа 1). Наиболее устойчивым - ЖО, а ЖЗ волокно занимает промежуточное положение, что обусловлено химическим составом ПОХВ определенной ЦГ, определяющим его микробиологические свойства.
Анализ деструкции волокна в результате воздействия спонтанной микрофлоры в зависимости от показателя ПЦР исходного волокна (рисунок Е.З) показал, что наиболее подвержено повреждению волокно 1 группы (АЕ 18,0), а наиболее подвержено деструкции - 2 группы (18,0 ДЕ 31,5). Группы волокон 3 (31,5 ДЕ 35,0) и 4 (АЕ 35,0) значимо не отличаются друг от друга по поврежденности в процессе экспонирования и занимают промежуточное положение между группами 1 и 2.
В ходе экспонирования наиболее подвержено деструкции волокно, выращенное в Астраханской обл. РФ (точка 4 на рисунке Е.4), а наименее -Краснодарском крае (точка 2). Волокно из Италии и Ставропольского края по деструкции занимает промежуточное положение. Высокую деструкцию астраханского хлопка можно объяснить особенностями климата этого региона, где в период вегетации часто наблюдаются сильные ветры с пылью, что может явиться причиной повышенной засоренности волокна раскрывшихся коробочек [6]. С другой стороны, климат Краснодарского края с высокой влажностью воздуха и отсутствием песчаных бурь, по-видимому, не способствовал высокой заселенности хлопка спонтанной микрофлорой, что отразилось на низкой деструкции волокна.
Выводы - Исследовано влияние различных групп и видов микроорганизмов на структуру ПОХВ. На основании данных микроскопического исследования волокон рассчитан показатель их биодеструкции. Выявлено углубление процессов деструкции во времени. - Установлено, что поврежденность исходных ПОХВ зависит от его селекционной линии, цвета и районов произрастания. - Показана зависимость степени деструкции ПОВ от селекционной линии хлопчатника. Наибольшей деструкцией среди исследованных образцов характеризуются: желто-зеленое волокно селекции H-194-f, желто-оранжевое - селекции Sf и белое - линии Р5503, а наименьшей - селекции 1/29, Н-190 и Р8703, соответственно. - Исследовано влияние цвета на биостойкость ПОХВ. Особенности химического состава волокна, содержащего катехины и повышенное количество жировосковых веществ, объясняют их высокую устойчивость к воздействию микроорганизмов ПОХВ. - Выявлена зависимость биостойкости ПОХВ и районов их произрастания. Волокно хлопка, выращенное на юге Италии, характеризуется меньшей степенью деструкции по сравнению с волокном, выращенным на юге России, что, возможно, обусловлено почвенно-климатическими условиями места возделывания волокна, влияющими на биохимический состав волокон и заселенность их эпифитной микрофлорой. - Исследование грибостойкости ПОХ показало различную степень их повреждения, обусловленную составом грибов: у желто-зеленых образцов - II набор грибов набор грибов по ГОСТ 1 набор грибов и у желто-оранжевых образцов - набор грибов по ГОСТ 1 набор грибов II набор грибов, что, вероятно, обусловлено разной ферментативной активностью грибов разных видов. - Определена активность влияния видов бактерий на ПОХВ: коллекционная В. subtilis В. subtilis Е. herbicola, что возможно, объясняется более высокой целлюлазной активностью штамма бактерии В. subtilis. - Выявлена зависимость степени деструкции ПОХВ от состава воздействующей микрофлоры и продолжительности ее воздействия. Наибольшая деструкция ПОХВ установлена при воздействии эпифитных бактерий хлопчатника в условиях повышенной относительной влажности воздуха. - Установлено, что ГЛОХ желто-оранжевой цветовой гаммы обладает высокой устойчивостью волокон к воздействию спонтанной микрофлоры, наборам микромицетов по ГОСТ и I, а также бактериям. - Оценка антимикробного действия волокон показала, что ПОХ новых селекционных линий не только повышают его устойчивость к повреждению микроорганизмами, но и позволяют получать экологически безопасные ткани и изделия, подавляющие развитие болезнетворных микроорганизмов. - Методами дифференциально-термического анализа и вискозиметрии выявлены особенности биодеструкция ПОХВ под действием микроорганизмов на надмолекулярном и молекулярном уровнях. - Показано, что изменение прочностных характеристик экспонированного ПОХВ незначительно и свидетельствует о слабой деструкции волокна по истечении 8 месяцев экспозиции образцов в условиях благоприятных для развития микроорганизмов. - Методами математической статистики установлена сила влияния исходной поврежденное, районов произрастания, цветовой гаммы, зрелости и удельной разрывной нагрузки ПОХВ на его деструкцию. - Полученные результаты могут быть использованы в дальнейшей селекционной работе с линиями хлопчатника, имеющими ПОХВ, а также в текстильной промышленности - при составлении смесей, рабочих сортировок и формировании ассортимента тканей и их потребительских свойств.
Цветовые характеристики волокон, экспонированных в условиях воздействия микроорганизмов разных групп
Впервые проведенные исследования зависимости биостойкости ПОХВ от цветовой гаммы, селекции хлопчатника и условий его выращивания позволили придти к следующему заключению.
Исследование структуры исходных ПОХВ микроскопическим методом (таблицы Л.1, Л.2) свидетельствует о наличии на всех образцах незначительного обрастания микроорганизмами и продуктами их обмена, слабой испещренности класса А, которые не влияют на деструкцию надмолекулярной и молекулярной структур, а соответственно и свойства волокна (приложение В). Повреждения класса В в виде более значительной местной испещренности наблюдаются у селекции Н-194-f,Sf,V3-20HK-4307.
Общее количество повреждений у ЖЗ волокон находится в пределах от 1,9 (Arkansas) до 9,9 (V3-20) из Италии, а у ЖО волокон - от 12,2 (II-190, Италия) до 23,5 (Sf, Астраханская обл.) при этом показатель деструкции колеблется от 0,004 до 0,112 у зеленых селекции и от 0,024 до 0,276 у ЖО линий. Данные исследования свидетельствует, в первом случае лишь о присутствии микроорганизмов и их метаболитов (К 0), а во втором случае - начальным изменениям поверхности волокна, не затрагивающим его внутренней структуры (0 К 0,3).
Анализ структуры исходного белого ХВ селекции Р5503 (Астраханская обл.) (таблица Л.2) свидетельствует о наличии повреждений класса А, В и С (приложение В) и при этом имеет общее количество повреждений равное 19,3 и показатель деструкции 0,358, что свидетельствует о деструкции не только поверхности, но и внутренних участков волокна, сопровождающейся начальными изменениями его структуры.
Исследование ЕО ХВ, подвергнутых воздействию микроорганизмов в течение 8 месяцев, методом световой микроскопии показало, что общее количество повреждений и их интенсивность увеличиваются во времени, наблюдается переход повреждений из начальной стадии класса А к более сильным повреждениям классов В и С, сопровождающихся изменением структуры волокна. Наибольшей степенью деструкции внутри определенной цветовой гаммы характеризуются: ЖЗ волокно Н-194-f селекции (К=2,272), ЖО волокно Sf селекции (К=1,382) и белое волокно Р5503 селекции (К=2,238), а наименьшей - образцы: Arkansas (К=1,011) и II-190 (К=0,730), соответственно (таблица Л.2). Эти результаты свидетельствуют об увеличении повреждений внутренних участков волокна. Высокую биостойкость волокон Arkansas и II-190 селекции можно объяснить индивидуальными биоцидными свойствами волокон, а также присутствием пигмента в их химическом составе.
По степени биостойкости образцы ПО и белых волокон хлопка можно расположить в следующий нисходящий ряд: ЖО ЖЗ белые. Возможно, более высокие антисептические свойства ЖО волокна, подавляющие активность микроорганизмов и асептические особенности ЖЗ хлопка, не способствующие развитию микрофлоры, обуславливают меньшую степень деструкции волокон ЖО ЦГ по сравнению с ЖЗ и ЖЗ - с белыми [134].
Биологические особенности селекционных линий, почвенно-климатические условия места возделывания волокна, которые отразились на его биохимическом составе и заселенности эпифитной микрофлорой возможно объясняют меньшую степень деструкции ХВ, выращенного на юге Италии по сравнению с волокном, выращенным на юге России.
Результаты воздействия ПОХВ на микобиоту кожи человека выявили подавление ее роста на специальной диагностическо-дифференциальной питательной среде (таблица Л.2) у ЖЗ ПОХВ на 20,6-60,6%, у ЖО волокон - на 24,8-52,8 %, а у белого волокна - на 7,1%. Результаты взаимодействия ПОХ с микроорганизмами кожи человека, которая содержит собственную микрофлору (эпидермальные стафилококки, микрококки, сарцины и непатогенные коринебактерии) и транзисторную микрофлору (возможное нахождение золотистых стафилококков и различных видов стрептококков), выявили способность волокна проявлять высокую антимикробную активность по сравнению с белым, что вероятно обусловлено его цветом, определяющим особенности химического состава волокна, который содержит катехины и флавоноиды, придающие ему окраску и бактерицидные свойства [134, 120].
Исследование физико-механических свойств волокон хлопка показало, что наибольшей удельной разрывной нагрузкой внутри зеленой ЦГ обладает образец Н-194-f, значение которого 35,9 сН/текс, а наименьшей - Arkansas, равное 21,8 сН/текс. Селекционная линия Sf ЖО волокна имеет наибольшее значение этого показателя, равное 25,1 сН/текс, а линия II-190 - наименьшее - 23,2 сН/текс. Удельная разрывная нагрузка белого волокна хлопка селекции Р5503 составляет 27,3 сН/текс (таблица Л.2). Таким образом, ПОХВ имеют меньшую прочность, чем белые. Это объясняется тем, что у ЕОХВ содержание жировосковых веществ значительно выше, чем у белых, что приводит к ослаблению межмолекулярных связей и в результате снижению их прочности [134].
Незначительное уменьшение удельной разрывной нагрузки ХВ в результате воздействия микроорганизмов, варьирующееся в пределах одного промышленного сорта, свидетельствует о слабой степени разрушения волокна и его структурных изменениях с истечением 8 месяцев экспозиции.
Данные результатов микроскопического исследования (таблица Л.1) и расчет показателя микробиологической деструкции позволили установить, что ЖО ХВ характеризуются большей биостойкостью к воздействию микроорганизмов спонтанной микрофлоры (0,730 К 1,382) и набора микромицетов (0,161 К 0,529), чем ЖЗ (1,011 К 2,272 и 0,429 К 0,573, соответственно). При этом анализ термогравиметрических кривых показал повышение суммарного изменения массы образцов, поврежденных микроорганизмами спонтанной микрофлоры на 1,0 - 2,6 % и микромицетами на 5,2 - 10,5 % в процессе термического разложения целлюлозы, что подтверждает деструкцию надмолекулярной структуры ПОХВ выявленную в результате микроскопического исследования и количественной оценки степени деструкции.
