羊毛表面生物酶改性及机制研究

来源 :江南大学 | 被引量 : 24次 | 上传用户:binhuchen007
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传统羊毛防毡缩加工多采用氯化—树脂法,加工中产生的可吸收有机卤化物(AOX)毒性高,环境污染大。本文首先在反胶束体系和水相体系中,应用重组T. fusca角质酶对羊毛织物进行预处理;比较了Savinase蛋白酶与木瓜蛋白酶在羊毛防毡缩整理效果上的差异;考察了Bacillus subtilis菌产角蛋白酶、脂肪酶L3126和Lipex 100L预处理对羊毛蛋白酶改性加工的影响。在低浓度H2O2氧化预处理的基础上,结合角质酶、蛋白酶处理,对羊毛表面酶法改性效果与机理进行了研究。主要研究结果如下:1.考察了反胶束体系中表面活性剂、角质酶浓度与含水量对羊毛后续蛋白酶加工的影响。结果表明,当角质酶浓度为2%(o.w.f),环己烷、正丁醇与Tween-80体积比为5:1:1,含水量(水与Tween-80摩尔比)为25时,角质酶/蛋白酶处理后羊毛织物润湿性改善,纤维表面Allw?rden反应特征减弱。角质酶反胶束体系预处理对羊毛蛋白酶加工有促进作用,处理后羊毛失重率增加,碱溶解度仅蛋白酶处理样相当。仅角质酶反胶束体系处理,羊毛表面类脂去除程度有限,织物表面接触角大于氢氧化钾/甲醇处理样。在角质酶反胶束体系处理中,受含水量、表面活性剂与角质酶浓度、纤维表面可及度等因素影响,羊毛角质酶处理效果有待提高。2.在水相体系角质酶预处理的基础上,比较了不同蛋白酶对羊毛织物的整理效果。羊毛经水相体系角质酶预处理,润湿性好于角质酶反胶束体系处理样,进一步结合蛋白酶处理,润湿性明显改善。羊毛蛋白酶处理中,Savinase蛋白酶(丝氨酸蛋白酶)较木瓜蛋白酶(巯基蛋白酶)具有更高的酶解效率,相同酶浓度条件下Savinase处理样失重率较高。角质酶预处理对Savinase蛋白酶处理有明显促进作用,处理后织物强力与角质酶/木瓜蛋白酶处理样相当,织物水洗后的毡缩率较低。仅Savinase蛋白酶处理,羊毛毡缩性改善较少,原因是Savinase蛋白酶对纤维鳞片角蛋白水解效率较低。3.研究了脂肪酶、角蛋白酶与角质酶组合预处理对羊毛蛋白酶加工的影响。(1)脂肪酶预处理对羊毛织物润湿性与后续蛋白酶加工影响较小,试样失重率与水洗毡缩率变化不明显。(2)单一角蛋白酶处理对鳞片作用效果较小,羊毛织物润湿性改善较少,水洗毡缩率与原样相当;角蛋白酶/蛋白酶处理后,羊毛润湿性、失重率较仅蛋白酶处理样增加,织物毡缩率有所下降,但不及角质酶/蛋白酶处理样。(3)角质酶、角蛋白酶和蛋白酶组合处理进一步改善了羊毛织物表面的润湿性,试样水洗后的毡缩率低于角质酶/蛋白酶和角蛋白酶/蛋白酶处理样。羊毛经角质酶/角蛋白酶/蛋白酶处理后,酶解残液中半胱氨酸含量高于角质酶/蛋白酶处理残液,原因可能与角蛋白酶对羊毛纤维中胱氨酸二硫键有水解作用相关。4.考察了H2O2氧化预处理对羊毛蛋白酶加工的影响。单独H2O2处理对羊毛纤维表面类脂物结构没有明显影响,织物表面润湿性改善较少,试样失重率较低,羊毛防毡缩性能较原样下降。随着H2O2浓度增加,H2O2/蛋白酶组合处理后羊毛织物失重率增加,断裂强力明显下降,但防毡缩性能提高较少,这可能与蛋白酶处理中高深度、低广度的酶解模式相关。H2O2/蛋白酶处理中,羊毛纤维鳞片细胞间质和皮质层蛋白水解较多,鳞片去除以剥离方式为主,羊毛失重率与防毡缩性能之间的相关性不强,防毡缩整理效果不理想。5.考察了低浓度H2O2、角质酶组合预处理对羊毛蛋白酶加工的影响。H2O2弱氧化、角质酶和蛋白酶组合处理后,羊毛表面润湿性明显改善,失重率增加,织物水洗后的毡缩率下降,纤维表面Allw?rden反应特征减弱。2 g/L H2O2 (30%)、4%(o.w.f)角质酶和2%(o.w.f) Savinase蛋白酶处理后,羊毛织物3次水洗后的毡缩率降低至3~5%,强力保留率约为84%,优于角质酶/蛋白酶或H2O2 /蛋白酶处理样,试样染色性能与弹性回复能力、柔软度等织物风格也有明显改善。低浓度H2O2预处理增加了角质酶对羊毛纤维表面类脂的作用效果,使得蛋白酶处理中纤维鳞片角蛋白的水解效率增加,纤维损伤低于H2O2 /蛋白酶处理样。弱氧化、角质酶和蛋白酶组合处理中,羊毛鳞片去除以水解模式为主,试样表面的润湿性与防毡缩性之间存在较好的正相关性,即润湿性越好,织物水洗后的毡缩率越低;失重率与防毡缩性之间的相关性也较H2O2/蛋白酶处理样显著。6.研究了角质酶、角蛋白酶、氧化预处理与蛋白酶处理对羊毛纤维结构组成与外观形态的影响。角质酶处理后羊毛红外光谱特征吸收峰与原样没有明显变化,饱和脂肪酸酯C=O特征吸收峰的强度降低,C元素含量与C/N比下降,表明羊毛纤维表面类脂物得到去除。H2O2处理后羊毛纤维中胱氨酸氧化产物磺基丙氨酸含量增加,类脂物去除效果较差。2 g/L H2O2(30%)与角质酶组合处理后,羊毛纤维表面C元素含量明显下降,O/C比增加,表明纤维表面极性基团数量增多,类脂物去除效果增加。弱氧化、角质酶和蛋白酶三步处理后,羊毛纤维中胱氨酸相对含量较低,SEM验证了羊毛纤维鳞片得到均匀去除。
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