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(duì)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(lái)發(fā)展的重要方向之一。然而，紡織領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)激烈且成本意識(shí)強(qiáng)，昂貴的酶制劑價(jià)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(lái)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(lái)完成對(duì)織物的處理，而酶制劑價(jià)格高，這對(duì)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(duì)棉織物的精練處理效果各異，且用于測(cè)定果膠酶活力的果膠底物沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，且大多是水果果膠和聚半乳糖醛酸。聚半乳糖醛酸價(jià)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(lái)測(cè)定果膠酶活力，將不能準(zhǔn)確反應(yīng)出大部分果膠酶的酶活力。若能尋找到一種來(lái)

3、源廣泛、提取收集成本低廉且能較準(zhǔn)確反應(yīng)出果膠酶對(duì)棉上果膠水解行為的果膠物質(zhì)具有重要的實(shí)用價(jià)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(duì)比了幾種果膠的結(jié)構(gòu)特征，尋找到了一種來(lái)源廣泛、提取收集成本低廉且能較準(zhǔn)確地反應(yīng)出果膠酶對(duì)棉上果膠水解行為的果膠物質(zhì)。具體研究?jī)?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?yàn)?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(lái)，導(dǎo)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(dòng)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(duì)纖維素酶熱穩(wěn)定性和熱失活熱力

5、學(xué)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(jí)失活動(dòng)力學(xué)模型，當(dāng)熱處理溫度達(dá)到70℃后，纖維素酶A、B失活嚴(yán)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(duì)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(duì)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(duì)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?xiàng)l件下，適當(dāng)濃度乙二胺的加入能在一定程度上加強(qiáng)纖維素酶對(duì)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(dāng)濃度乙二胺的加入能減少纖維素酶A、B的酶用量;適當(dāng)濃度乙二胺的加入，還能提高纖維素酶A的酶處理溫度，擴(kuò)寬纖維素酶A的溫度使用范圍;且將纖維素酶A對(duì)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(shí)間。然而，在此溫度下，用纖維素酶B對(duì)棉織物進(jìn)行預(yù)處

7、理時(shí)，乙二胺對(duì)棉織物預(yù)處理影響很弱。
　　在熱處理過(guò)程中，酶分子構(gòu)象會(huì)發(fā)生變化，酶分子的活性中心會(huì)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(méi)有文獻(xiàn)報(bào)道指出酶分子在熱處理過(guò)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(jìn)一步研究了多元醇對(duì)脂肪酶熱穩(wěn)定性的影響及脂肪酶在熱處理?xiàng)l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(cè)試和近紫外光譜測(cè)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(zhǔn)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(duì)棉織物的精練效果，而蔗糖和麥芽糖的添加對(duì)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(duì)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)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(duì)棉織物進(jìn)行退漿處理時(shí)，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(duì)棉織物進(jìn)行酶退漿處理所需的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在中溫下對(duì)棉織

10、物進(jìn)行酶退漿處理所需的時(shí)間。
　　此外，果膠酶種類繁多，不同果膠酶對(duì)棉織物的精練處理效果各異，且用于測(cè)定果膠酶活力的果膠底物沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。若能尋找到一種來(lái)源廣泛、提取收集成本低廉且能較準(zhǔn)確反應(yīng)出果膠酶對(duì)棉上果膠水解行為的果膠物質(zhì)具有重要的實(shí)用價(jià)值。因此，本論文最后分析對(duì)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(lái)測(cè)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