红茶菌生物面料的特性及创新运用.pdf

2023年1 0 月第5期科研与生产红茶菌生物面料的特性及创新运用留隆宇1,甄超1,蔡涛2（1.闽南理工学院服装与艺术设计学院，福建石狮3 6 2 7 0 0；2.石狮市中纺学服装及配饰产业研究院，福建石狮3 6 2 7 0 0)摘要：文章通过对红茶菌国内外研究现状的调研以及对红茶菌生物膜培养进行实验及特性分析，分别从视觉、嗅觉、味觉方面研究菌膜的特点，并从材料特性角度出发，研究红茶菌生物膜在服装上应用的可能性。通过调研及工艺手法实验创新，提高红茶菌生物膜服用性能，探讨红茶菌生物膜在未来服装中的创新运用，以期为有效地减少时尚产业造成的环境污染和资源浪费等现象提供可行性实践，对可持续发展设计及新材料的开发具有一定价值。关键词：生物膜；红茶菌；生物面料培养；服装面料Doi:10.3969/j.issn.2095-0101.2023.05.008中图分类号：TS941.4红茶菌生物膜是生长于传统红茶菌液表面的乳白色凝胶状半透明薄膜叫，是以红茶茶水、糖为原材料，利用醋酸菌和酵母菌等多种微生物发酵而来的，其主要成分为细菌纤维素，是通过天然生长而成的纳米级细菌纤维胶状膜体。其因干燥后膜体呈现半透明动物皮质状态，具有不易破损、保暖性等面料特征，故可被运用于服装或者其他纺织类产品中，又被称为红茶菌生物面料。1国内外研究现状红茶菌的起源最早可追溯到我国秦朝时期，后在公元4 1 4 年作为一种药材流传到日本，又通过贸易路线传播到俄罗斯和东欧，是我国古老传统的养生型饮料 2 。近年来,许多高校学生研究红茶菌膜并将其运用到服饰中，2 0 2 0 年中央美术学院赵雪薇尝试利用红茶菌作为手工材料，并设计制作了星球壹号随身包和手包壹号杂物收纳包等 3 。2 0 2 1 年北京服装学院艺术设计学院学生郭力瑄利用红茶菌膜进行染色创新实验并设计了KOMBUCHA/噬能系列服装4。英国设计师Suzanne Lee研究红茶菌“生态纺织品”，成功将红茶菌运用于服装（如图1 所示）。收稿日期：2 0 2 3-0 5-1 5基金项目：2 0 2 2 全国大学生创新创业训练计划国家级项目（项目编号：2 0 2 2 1 2 7 1 0 0 1 3）；2 0 2 2 年福建省高校思想政治工作精品项目（闽委教思【2 0 2 2 3 6 号）第一作者：留隆宇(2 0 0 1 一）,女，福建南平人,闽南理工学院服装与艺术设计学院本科在读，主要研究方向为服装设计与工程。通信作者：甄超(1 9 8 8 一）,男,山东临沂人，闽南理工学院服装设计与工程专业教师，主要研究方向为服装设计与工程。文献标识码：A文章编号：2 0 9 5-0 1 0 1(2 0 2 3)0 5-0 0 2 8-0 42红茶菌膜的特性2.1纳米级纤维红茶菌中富含多种杆菌，木醋杆菌便是其中一种,汉逊氏葡糖醋杆菌又被称为木醋杆菌,能够产生细菌纤维素BC(Bacterial Cellulose,简称BC)。BC 微纤丝带宽4 0 1 0 0 nm，长几微米至十几微米，属于一维生物纳米纤维5。2.2韧性强红茶菌膜在晾干过程中应注意防止过干。经实验发现，若晾制过程中,未涂抹椰油,或晾晒过干,晾干后的红茶菌膜较易碎；若在晾制过程中多次抹油，且缓慢晾干，晾干后红茶菌膜手感较好，且韧性较强，可满足作为服装面料的基本要求。2.3易染色性红茶菌膜生长于红茶水中吸水性好，是较好的生物相容性材料,能够在绿色环保染料的培养液中生长不受阻碍，因此获得的红茶菌生物膜相较于传统染整材料更加环保。Suzanne Lee尝试使用靛蓝、铁离子、植物色素等天然色素进行染色，发现红茶菌胶质膜具有优良的染色效果回。2.4医用特性马霞等在大鼠背部造成一定大小的皮肤伤口后，在表面敷以细菌纤维素膜,结果证明了细菌纤维素膜作为创伤性敷料的可行性7。28图1 Suzanne Lee利用红茶菌制作服装2023年1 0 月科研与生产第5期2.5可降解性净，加人1 0 0 g绵白糖，搅拌至溶解，倒入培养容器放?将细菌纤维素埋人土壤进行对比发现未降解的至低于3 0（注：培养过程中必须进行灭菌处理，避免细菌纤维素膜完整、致密有光泽，经两个月填埋后,细其他菌类混入培养液中导致培养失败）。菌纤维素膜被部分降解，分散成若干边缘不规则的碎4.2.2制造红茶菌培养基片，膜表面有小孔，表面暗淡。将菌种和母液倒人培养容器中混合，利用无菌纱2.6 纯度高布覆盖，防止灰尘和虫卵落入，同时给菌液氧气呼吸。植物纤维素多含有果胶和木质素，需要通过物将容器放置在阴暗环境避免阳光直接照射，培养期间理、化学、生物等方法进行纤维素提取，提纯较为困难，应避免移动容器，培养周期约为2 6 周后会形成2 cm而红茶菌中的纤维素以1 0 0%纤维素的形式存在,不左右的菌膜（冬季较冷，需培养4 6 周；夏季较热，需含果胶、木质素等其他杂质，提纯容易。培养2 4 周），菌膜培养过程如表1 所示。表1 菌膜培养过程3从感官分析红茶菌膜制作流程星材料准备3.1视觉未晾干的红茶菌膜与晾干后的红茶菌膜有较大区别，未晾干的红茶菌膜含有大量的水分，呈现米白色，有皮肤的自然肌理感，又酷似海蛰的皮，故被称为“海宝”。而晾干后的红茶菌膜呈现的胶质膜颜色呈土黄色、棕色和卡其色，随着培养次数、培养时间和培养液颜色的不同呈现不同的颜色，表面肌理与皮革和PVC极其相似,但又有所不同,菌膜更加薄而透,具有独特的生物美感，向人们传达着绿色可持续发展的理念。3.2触觉红茶菌膜是一种生物薄膜。根据分析，其菌体是酵母菌、乳酸菌和醋酸菌的共生物，是天然形成的生物材料，表面粗糙度低，手感柔软轻薄，与皮革极其相似,平滑舒适,无刺痒感,具有一定的韧性。3.3味觉红茶菌是民间传统的酸性饮料，其中含有多种有机酸（包括乳酸、醋酸、苹果酸、丙酮酸、葡糖酸、葡萄糖醛酸等）、氨基酸、B族维生素、多酚和部分水解酶等代谢产物和生物活性物质8,因此红茶菌具有较强的酸性。红茶菌膜生长于红茶菌液中，也具有较强的酸性，因此菌膜处理时常需要进行脱酸处理。4红茶菌膜面料的培养红茶菌膜是将茶、糖、水按1:1 0:1 0 0 比例配置，利用红茶菌菌群培养形成的一种生物细菌纤维素材料，属于生物组装材料。4.1材料准备1000mL水（自来水）、1 0 0 g绵白糖、1 0 g茶叶（红茶、绿茶均可）2 片红茶菌原片+1 0 0 mL母液、1 0 0 mL量杯、2 0 0 0 mL量筒、电子秤、滤网、培养容器（容量2 L，材质选择塑料或玻璃等非金属类别）、纱布。4.2菌膜培养过程4.2.1制作培养液用量筒量取1 0 0 0 mL水,加人锅中煮至沸腾,加入10g茶叶或茶包浸泡或慢煮1 5min，用滤网将茶叶滤制作过程图优级绵白路培养液制作绵白糖、碧螺春绿茶红茶菌培养基红茶菌母液生长环境无菌纱布4.2.3菌膜后整理4.2.3.1脱酸实验红茶菌膜呈酸性，味道较为刺鼻，难以被人接受，因此取出菌膜后必须进行脱酸处理。实验器材：2 L以上容器、一次性手套、1 L量筒。实验方案：将红茶菌膜从母液中取出，用清水洗净并完全泡人2 L水中，每日测量红茶菌膜中残留水分的pH值，直至pH数值达到5 6（如表2 所示），并分析其脱酸情况，同时对比浸泡前后菌膜特性。29备注水煮开倒入茶叶，煮沸515min,过滤茶渣，加人绵白糖，倒人器血,晾培养液中加人红茶菌母液通风，阴暗处2023年1 0 月第5期表2 脱酸实验浸泡天数pH值未浸泡12第一天34第二天34第三天45第四天56实验结论：经研究发现红茶菌膜未泡水时pH为12,经过三天浸泡pH值明显变大,四天后可达到5 6。随着浸泡天数的增加,红茶菌膜酸性减弱，因此可通过该方法进行脱酸实验去除红茶菌膜的酸味。同时，通过对比浸泡前后菌膜特性，发现浸泡后红茶菌膜更加轻薄，但柔韧性变差，菌膜易碎片，但菌膜透明度更佳。4.2.3.2脱水红茶菌膜吸水性较强，菌膜中含有大量水分，需要进行晾干处理。将脱酸处理后的菌膜平铺在模板或塑料板上，通风晾干，在晾至半干状态时涂抹椰油（玉米油)并进行反复揉搓，可防止晾干后菌膜过硬、易碎。4.2.3.3培养液染色第一种染色方式为采用天然染料。利用苏木、子果、黑枸杞泡水并加人茶水中煮沸腾，分别制作黄色、橙黄色、紫色天然色素培养液，通过培养观察其是否能形成不同颜色红茶菌膜。通过培养观察发现天然染料培养出的菌膜色彩较暗,呈现小斑点状细菌独有的染色效果。第二种染色方式为采用化学染料。红茶菌膜生长于红茶菌液，在红茶菌培养液中加入化学颜料，验证红茶菌膜能否直接在化学染料中形成和能否直接通过培养液进行上色（如图2 所示），减少染色对环境造成破环。科研与生产通过染色实验得知，红茶菌膜湿态下易吸水染色（如图3 所示），在干态染色后易掉色（如图4 所示），色晾干颜色牢度欠佳。棕褐色棕黄色浅棕色透明棕色透明棕色图3 红茶菌膜湿态染色湿态效果图4 红茶菌膜湿态染色晾干后效果红茶菌材料作为半成品开发材料，人们可对其制作工艺进行再优化，同时可以对红茶菌膜进行染色处理，去满足不同的色彩需求，使得材料艺术视觉感更加强烈，同时使服装更具舒适性。BioCouture公司利用红茶菌膜染色，设计制作了生物牛仔夹克“Bio-denimJacket;设计师萨莎劳琳(Sacha Laurin)结合天然染色和人工工艺，对红茶菌的色彩和光泽进行了设计创新，使红茶菌膜可以呈现出不同材料的视觉感受9。5红茶菌膜在服装设计中的应用与展望5.1立体造型红茶菌膜在半干状态下经反复揉搓后具有一定程度的韧性，可利用其特点，将红茶菌贴附在模具上进行塑型，或通过人为捏造立体造型。BioCouture公司最先提出了生物时装的设计构想，并利用此立体塑型工艺制作了服装和鞋包等（如图5所示）。由于红茶菌膜具有立体可塑性，因此可运用在服装造型设计和成衣一体成型中，简化服装缝制工艺流程，降低生产成本。(a)培养液和颜料(b)滴入颜料图5BioCouture公司生物时装5.2雕花2020年1 月，设计师Emily利用激光切割改造红茶菌纺织材料，她将红茶菌面料不断视觉化，在其设(c)颜料培养液图2 红茶菌膜染色过程(d)加入红茶菌计的红茶菌系列“皮质”灯具（如图6 所示)中，可观察到灯具在灯光的照射下可呈现出细菌的生长脉络和30参考文献2023年1 0 月科研与生产第5期无序生长的生命活力。红茶菌膜具有较好的透光性，有诸多优点，它不仅是纳米级纤维材料，还具有韧性可运用在家居产品中，同时在服装中可运用于裙子、强、易染色、可降解、纯度高等特点，且未来还可能用于披肩等部位，利用雕花模仿镂空面料进行创意研究医学领域。另外，通过“种植”红茶菌膜服装,还可以有（如图7 所示），使自然光穿透其中，展现出若隐若现的效地减少时尚产业造成的环境污染和资源浪费等现生物美感。象，对可持续发展设计具有实践意义。1张妍.红茶菌发酵产细菌纤维素工艺及其性能研究 D.哈尔滨：哈尔滨商业大学,2 0 1 3.2姜尧,郑毅.红茶菌的起源及研究进展.食品与发酵科技,2 0 2 0,56(4):7 5-7 7.图6 红茶菌系列“皮质”灯具3赵雪薇.天然生物材料作为DIY材料的可能性与应用研究 D.北京：中央美术学院,2 0 2 0.4郭力瑄.生物材料红茶菌研究及在服装设计中的创新应用 D.北京：北京服装学院,2 0 2 1.5钱鑫.细菌纤维素基纳米复合光催化凝胶的结构设计及其构效相关性研究 D.西安：陕西科技大学,2022.图7 雕花镂空设计6陈玉静.生态材料在服装设计中的探索与实践5.3包边工艺D.重庆;四川美术学院,2 0 2 1.由于红茶菌膜具有裁剪后不卷边、不毛边的特7马霞,陈世文,王瑞明,等.纳米材料细菌纤维素点，可将红茶菌运用在服装的包边工艺上（如图8 所对大鼠皮肤创伤的促愈作用.中国临床康复,2 0 0 6(3 7):示），从而解决服装边缘部分毛边难以缝合及锁边不45-47,195.美观等问题。8张书泰,唐燕萍,生东明.红茶菌研究进展.饮料工业,2 0 2 2,2 5(1):6 7-7 1.9郭力瑄,尤珈.时尚泛生物化论生物材料红茶菌在服装设计中的创新应用 .设计,2 0 2 2,3 5(7):1 1 3-115.图8 自制红茶菌材料包边6结语近年来，人们开始反思服装行业的污染问题,并寻找可替代性材料，而红茶菌生物面料正是其中一种。生物面料是生物学在面料领域创新开发的产物，是一种可持续、零容忍的新型面料，是人们通过生物印刷或生物组装技术，将活细胞、生物活性分子、生物材料、细胞聚集体或混合细胞材料构造物进行技术处理,使其自动生成的成熟的组织材料。红茶菌膜与传统生物面料不同，其拥有特殊的生物美感和生物特性，可通过优化红茶菌生物膜的制造流程、创新红茶菌生物膜应用场景等，使其能够运用于不同方面，如服装、鞋包、服装吊牌、产品包装等方面。此种面料具31