酶的熱穩(wěn)定性及棉織物高溫酶處理工藝的研究.pdf

1、棉織物的前處理和后整理直接決定了棉紡織品的服用性能。為了順應(yīng)綠色生產(chǎn)的要求，對環(huán)境友好的酶處理工藝已成為紡織工業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)未來發(fā)展的重要方向之一。然而，紡織領(lǐng)域競爭激烈且成本意識強，昂貴的酶制劑價格以及低下的企業(yè)生產(chǎn)效率直接制約著酶在紡織領(lǐng)域中的應(yīng)用推廣。
　　絕大部分酶來源于中常溫微生物，它們熱穩(wěn)定性低，高溫易失活。若能提升酶的熱穩(wěn)定性、提高酶處理溫度并加快酶催化反應(yīng)速率，那么就能在一定程度上提高企業(yè)生產(chǎn)效率;還能拓寬酶的使用

2、溫度范圍，有利于酶分子的應(yīng)用推廣。若能提升酶的催化活性，那么就能用更少量的酶來完成對織物的處理，而酶制劑價格高，這對節(jié)約工業(yè)生產(chǎn)成本具有重大意義。此外，果膠酶種類繁多，不同果膠酶對棉織物的精練處理效果各異，且用于測定果膠酶活力的果膠底物沒有統(tǒng)一的標準，且大多是水果果膠和聚半乳糖醛酸。聚半乳糖醛酸價格昂貴，這不利于其廣泛使用。而大部分水果果膠具有高酯化度，若以此為底物來測定果膠酶活力，將不能準確反應(yīng)出大部分果膠酶的酶活力。若能尋找到一種來

3、源廣泛、提取收集成本低廉且能較準確反應(yīng)出果膠酶對棉上果膠水解行為的果膠物質(zhì)具有重要的實用價值。
　　鑒此，本論文探索了提高酶熱穩(wěn)定性及催化活性的方法，并將中溫酶應(yīng)用于紡織加工的高溫處理中;此外，還分析對比了幾種果膠的結(jié)構(gòu)特征，尋找到了一種來源廣泛、提取收集成本低廉且能較準確地反應(yīng)出果膠酶對棉上果膠水解行為的果膠物質(zhì)。具體研究內(nèi)容如下。
　　由于一些小分子物質(zhì)和大分子物質(zhì)都能夠提升酶分子的熱穩(wěn)定性。其熱穩(wěn)定原因為:在酶液中加入

4、的這些物質(zhì)，直接與酶分子的氨基酸殘基結(jié)合或是優(yōu)先與水結(jié)合（不直接與酶分子結(jié)構(gòu)相互作用），使水分子從酶蛋白質(zhì)分子的溶劑化層排除出來，導致酶的溶劑化層半徑減小，使得酶分子的表觀體積減小，可移動性降低，酶分子結(jié)構(gòu)更加緊湊，構(gòu)象更穩(wěn)定從而抵御外界熱環(huán)境的影響。因此，本論文首先探討了纖維素酶A、B的熱失活情況，并研究了多元醇（甘油、海藻糖、乙二醇及聚乙二醇400）、胺類添加劑（正丙胺、正丁胺及乙二胺）、組氨酸及乙酸銨對纖維素酶熱穩(wěn)定性和熱失活熱力

5、學參數(shù)的影響。研究結(jié)果表明，纖維素酶A、B的熱失活行為均符合一級失活動力學模型，當熱處理溫度達到70℃后，纖維素酶A、B失活嚴重，多元醇的加入只能有限地改善其熱穩(wěn)定性，而正丙胺、正丁胺、乙二胺及乙酸銨對纖維素酶A、B具有極好的熱穩(wěn)定作用，且乙二胺還能提升纖維素酶的初始酶活。
　　由于乙二胺不僅對纖維素酶具有良好的熱穩(wěn)定性，且還能提升纖維素酶的初始酶活，因此，本論文還研究了纖維素酶A、B在棉織物生物預(yù)處理中的應(yīng)用，并探討了乙二胺對棉

6、織物生物預(yù)處理的影響。研究結(jié)果表明，在50℃酶處理條件下，適當濃度乙二胺的加入能在一定程度上加強纖維素酶對棉織物的預(yù)處理效果，且要獲得相近的棉織物預(yù)處理效果，適當濃度乙二胺的加入能減少纖維素酶A、B的酶用量;適當濃度乙二胺的加入，還能提高纖維素酶A的酶處理溫度，擴寬纖維素酶A的溫度使用范圍;且將纖維素酶A對棉織物的預(yù)處理溫度升至65℃后，乙二胺的加入能夠在一定程度上縮短纖維素酶A的處理時間。然而，在此溫度下，用纖維素酶B對棉織物進行預(yù)處

7、理時，乙二胺對棉織物預(yù)處理影響很弱。
　　在熱處理過程中，酶分子構(gòu)象會發(fā)生變化，酶分子的活性中心會被破壞，且酶分子的構(gòu)象是構(gòu)成酶分子活性中心的基礎(chǔ)。然而，目前還沒有文獻報道指出酶分子在熱處理過程中的構(gòu)象變化與酶催化活性損失間的關(guān)系。因此，本論文進一步研究了多元醇對脂肪酶熱穩(wěn)定性的影響及脂肪酶在熱處理條件下的構(gòu)象變化程度與脂肪酶催化活性損失比例間的關(guān)系。熒光光譜測試和近紫外光譜測試都能反應(yīng)出脂肪酶的熱失活構(gòu)象變化，且脂肪酶分子的近紫

8、外光譜圖的變化能較準確地反應(yīng)出脂肪酶分子的構(gòu)象變化程度，脂肪酶分子的構(gòu)象變化程度與脂肪酶分子的催化活性損失關(guān)系密切。此外，D-山梨醇和D-果糖的添加能在一定程度上改善脂肪酶于75℃下對棉織物的精練效果，而蔗糖和麥芽糖的添加對棉織物的精練效果影響甚微。
　　由于浸軋法退漿工藝中的α-淀粉酶處于織物上，處于不同條件下的α-淀粉酶具體不同的熱穩(wěn)定性。因此本論文還研究了溶液中以及棉織物上的中溫α-淀粉酶的熱穩(wěn)定性及浸漬法退漿工藝和浸軋法退

9、漿工藝對棉織物退漿效果的影響，得出了浸軋退漿工藝是一種有效的、能將中溫α-淀粉酶應(yīng)用高溫退漿處理的退漿工藝;此外，還得出了處于棉織物上的α-淀粉酶的熱穩(wěn)定性遠遠優(yōu)于溶液中α-淀粉酶的熱穩(wěn)定性，且水溶性殼聚糖的加入能進一步改善處于棉織物上的α-淀粉酶的熱穩(wěn)定性。采用浸軋法退漿工藝對棉織物進行退漿處理時，水溶性殼聚糖的加入能在一定程度上節(jié)約α-淀粉酶的用量;耗用等量的α-淀粉酶，在高溫下對棉織物進行酶退漿處理所需的時間遠遠低于在中溫下對棉織

10、物進行酶退漿處理所需的時間。
　　此外，果膠酶種類繁多，不同果膠酶對棉織物的精練處理效果各異，且用于測定果膠酶活力的果膠底物沒有統(tǒng)一的標準。若能尋找到一種來源廣泛、提取收集成本低廉且能較準確反應(yīng)出果膠酶對棉上果膠水解行為的果膠物質(zhì)具有重要的實用價值。因此，本論文最后分析對比了蘋果果膠、苧麻果膠以及脫蠟棉織物中的果膠的結(jié)構(gòu)特性，并以這三種果膠為底物來測定不同果膠酶的酶活力。研究結(jié)果表明，苧麻果膠分子與脫蠟棉織物上的果膠分子具有相近的