（應(yīng)用化學(xué)專業(yè)論文）微波輻射對洗滌劑用酶的作用.pdf

摘要 摘要 洗滌劑行業(yè)是工業(yè)酶制劑最大的市場 常用的洗滌劑用蛋白酶和脂肪酶能夠在較高 的p h 環(huán)境中提高洗滌劑的去污性能 減少洗滌劑中其他成分的用量 微波輻射能夠改 變酶蛋白質(zhì)的構(gòu)象 在一定程度上提高酶的活性 本課題研究微波輻射是否能提高洗滌 劑用酶的活性及加酶洗滌劑的去污力 考慮到市售洗滌劑均有一定的貨架銷售時間 考 察微波輻射對洗滌劑用酶的即時作用和延時作用 為研究微波輻射前后的酶活性變化與 其構(gòu)象變化之間的聯(lián)系 考察微波輻射前后的蛋白酶p r o p e r a s e1 0 0 0 e 和脂肪酶l i p o l a s e 1 0 0 t 的紫外吸收 熒光發(fā)射光譜的變化 還考察了常用的表面活性劑和助洗劑對微波 輻射前后的p r o p e r a s e1 0 0 0 e 和l i p o l a s e1 0 0 t 活性的作用 主要內(nèi)容和研究結(jié)果如下 1 使用微波輻射對洗滌劑用蛋白酶 p r o p e r a s e1 0 0 0 e p u r a f e c t2 0 0 0 e 進(jìn)行處理 結(jié)果表明 蛋白酶 p r o p e r a s e1 0 0 0 e p u r a f e c t2 0 0 0 e 分別經(jīng)1 0 0 0 w 微波輻射8 s 和1 0 s 后 活性達(dá)到最大值 酶活分別提高了1 1 和1 6 加入標(biāo)準(zhǔn)洗衣粉后 二者去污比值 幾乎沒有變化 微波輻射后的兩種蛋白酶放置于室溫下2 個月 其活性均隨時間變化而 緩慢下降 脂肪酶 l i p o l a s e1 0 0 t l i p e x1 0 0 t 分別經(jīng)過1 0 0 0 w 微波輻射5 s 后 活 性達(dá)到最大值 酶活分別提高了2 2 和7 加入標(biāo)準(zhǔn)粉后 二者去污比值幾乎沒有變 化 微波輻射后的兩種脂肪酶放置于室溫下4 個月 其活性均隨時間變化回到未經(jīng)微波 輻射的最初狀態(tài) 經(jīng)微波輻射的上述兩類酶的活性均隨輻射時間延長呈先增大后減小的 變化趨勢 本課題還使用低功率的微波輻射 微波合成儀 對液體洗滌劑用蛋白酶 p r o p e r a s e 1 6 0 0 l 和脂肪酶 l i p o l a s e1 0 0 l 進(jìn)行處理 結(jié)果表明 p r o p e r a s e1 6 0 0 l 和l i p o l a s e1 0 0 l 分別經(jīng)過微波輻射2 0 m i n 和6 0 m i n 后 兩者的酶活均達(dá)到最大值 酶活分別提高了7 和1 1 加入標(biāo)準(zhǔn)粉后 二者去污比值幾乎沒有變化 將兩種液體酶在室溫下放置2 個 月后 活性均隨時間變化回到未經(jīng)微波輻射的最初狀態(tài) 另外 本課題的研究還表明標(biāo)準(zhǔn)粉溶液加入經(jīng)微波輻射的酶前后 其表面張力和潤 濕力沒有變化 乳化力則有一定程度的增強(qiáng) 2 光譜實(shí)驗(yàn)研究表明 分別經(jīng)微波輻射8 s 和5 s 前后的p r o p e r a s e1 0 0 0 e 和l i p o l a s e 1 0 0t 的紫外吸收和熒光發(fā)射光譜的峰位置未變 但經(jīng)微波處理后 紫外吸收峰強(qiáng)度分 別提高了6 和1 2 熒光發(fā)射峰強(qiáng)度均分別提高了5 將經(jīng)微波輻射后的蛋白酶和脂 肪酶分別放置于室溫下6 個月和1 2 個月后 兩種酶吸收峰位置不變 紫外吸收峰強(qiáng)度 分別減小了1 1 和1 7 熒光發(fā)射峰強(qiáng)度分別減小了8 和6 即酶活性變化與其光譜 峰強(qiáng)度變化一致 酶活越大 峰強(qiáng)度越大 3 考察了常用表面活性劑和助洗劑對酶 p r o p c r a s e1 0 0 0 e 和l i p o l a s e1 0 0 t 活性 的作用 實(shí)驗(yàn)表明 微波輻射降低了p r o p e r a s e1 0 0 0 e 和l i p o l a s e1 0 0 t 在l a s 溶液中的 耐受性 而在a e 0 9 溶液中酶活則沒有顯著變化 0 0 2 5 w w 濃度的l a s 和a e 0 9 對于p r o p e r a s e1 0 0 0 e 和l i p o l a s e1 0 0 t 的酶活有一定的激活作用 l a s 使酶活分別提高 了4 和6 a e 0 9 使酶活分別提高了10 和2 2 a e 0 9 使經(jīng)微波輻射后的酶活分別 摘要 提高了2 和1 2 a e 0 9 a p g l 2 1 4 t w e e n 2 0 t w e e n 一8 0 和烷基醇酰胺 6 5 0 1 對經(jīng) 微波輻射前后的p r o p e r a s e1 0 0 0 e 和l i p o l a s e1 0 0 t 在存在l a s 的環(huán)境中均具有良好的穩(wěn) 定性作用 l i p o l a s e1 0 0 t 在蛋白酶溶液存在的環(huán)境中已具有很好的抗降解性 非常適用 于與蛋白酶復(fù)配使用 a e 0 9 和a p g l 2 1 4 對經(jīng)微波輻射前后的l i p o l a s e10 0 t 在存在蛋白 酶的環(huán)境中的具有一定的穩(wěn)定性作用 降低蛋白酶對l i p o l a s e1 0 0 t 的分解作用 經(jīng)微 波輻射后的p r o p e r a s e1 0 0 0 e 和l i p o l a s e1 0 0 t 在過硼酸鈉溶液中的耐受性降低了 而微 波輻射對酶在三聚磷酸鈉溶液中的活性幾乎沒有影響 關(guān)鍵詞 微波 蛋白酶 脂肪酶 活性 去污力 熒光 紫外 表面活性劑 作用 i i a b s t r a c t a b s t r a c t d e t e r g e n ti n d u s t r yi s t h el a r g e s tm a r k e to fi n d u s t r i a le n z y m e s d e t e r g e n te n z y m e s p r o t e a s ea n dl i p a s e c a ni m p r o v et h ed e t e r g e n c yp o w e ri nh i g h e rp he n v i r o n m e n ta n dr e d u c e t h ea m o u n to fo t h e ri n g r e d i e n t s m i c r o w a v ei r r a d i a t i o nc a r lc h a n g et h ec o n f o r m a t i o no ft h e e n z y m ep r o t e i na n de n h a n c et h ea c t i v i t yo fe n z y m e s i nt h i se x p e r i m e n t w es t u d i e dt h a t w h e t h e rt h em i c r o w a v ei r r a d i a t i o nc a ne n h a n c e d e t e r g e n te n z y m e sa c t i v i t ya n dt h e i r d e t e r g e n c yp o w e r t a k i n gi n t oa c c o u n ts h e l ft i m eo ft h ed e t e r g e n t s w ea l s oi n v e s t i g a t e dt h e t i m ec o u r s eo ft h em i c r o w a v ee f f e c to nt h ed e t e r g e n te n z y m e sa n dt h es u b s e q u e n td e t e r g e n c y t ov e r i f yt h ec o i n c i d e n c eb e t w e e nt h ee n z y m e sa c t i v i t ya n dt h e i rc o n f o r m a t i o nb e f o r ea n d a f t e rt h ei r r a d i a t i o n w ei n v e s t i g a t e dt h eu va b s o r p t i o ns p e c t r u ma n df l u o r e s c e n c ee m i s s i o n s p e c t r u mo ft h ed e t e r g e n te n z y m e s w ea l s os t u d i e dt h ee f f e c t so fs u r f a c t a n t sa n dd e t e r g e n t b u i l d e ro nt h ea c t i v i t yo fp r o p e r a s e10 0 0 ea n dl i p o l a s e10 0 tb e f o r ea n da f t e rt h ei r r a d i a t i o n t h em a i nc o n t e n t sa n dr e s e a r c hr e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 i nt h i se x p e r i m e n t w eu s e dt h em i c r o w a v ei r r a d i a t i o n i0 0 0 w t ot r e a tt h ed e t e r g e n t p r o t e a s e p r o p e r a s e10 0 0 ea n dp u r a f e c t2 0 0 0 e t h er e s u l t ss h o w e d a f t e ri r r a d i a t i n g p r o p e r a s e10 0 0 ea n dp u r a f e c t2 0 0 0 ef o r8 sa n dlo sr e s p e c t i v e l y t h e i ra c t i v i t yi n c r e a s e db y 1 1 a n d16 t ot h em a x i m u m r e s p e c t i v e l y w h i l et h er a t eo ft h ev a l u eo fd e t e r g e n c yo f t h e i rf o r m u l a t e dd e t e r g e n t sd i dn o tc h a n g eo b v i o u s l y t w om i c r o w a v e dp r o t e a s ea c t i v i t y d e c r e a s e ds l o w l ya f t e rs t o r i n ga tr o o mt e m p e r a t u r ef o rt w om o n t h s a f t e ri r r a d i a t i n gl i p o l a s e 10 0 ta n dl i p e x10 0 tf o r5 sr e s p e c t i v e l y t h e i ra c t i v i t yi n c r e a s e db y2 2 a n d7 t ot h e m a x i m u m r e s p e c t i v e l y w h i l et h er a t eo ft h ev a l u eo fd e t e r g e n c y o ft h e i rf o r m u l a t e d d e t e r g e n t sd i dn o tc h a n g eo b v i o u s l y t w om i c r o w a v e dl i p a s e sa c t i v i t yr e t u r n e dt ot h eo r i g i n a l s t a t ea f t e rs t o r i n ga tr o o mt e m p e r a t u r ef o rf o u rm o n t h s t h ea b o v e m e n t i o n e dt w ok i n d so f d e t e r g e n te n z y m e sa c t i v i t yw e r ei n c r e a s e df i r s ta n dt h e nd e c r e a s e da st h ei r r a d i a t i o nt i m e w e n t b y w ea l s ou s el o wp o w e rm i c r o w a v ei r r a d i a t i o n m i c r o w a v es y n t h e s i z i n gi n s t r u m e n t t o t r e a tt h el i q u i dd e t e r g e n te n z y m e s p r o t e a s e p r o p e r a s e16 0 0 l a n dl i p a s e l i p o l a s e10 0 l t h er e s u l t ss h o w e dt h a t a f t e ri r r a d i a t i n gp r o p e r a s e16 0 0 la n dl i p o l a s e10 0 lf o r2 0 m i na n d 6 0 m i nr e s p e c t i v e l y t h e i ra c t i v i t yi n c r e a s e db y7 a n d1 1 t ot h em a x i m u m r e s p e c t i v e l y w h i l et h er a t eo ft h ev a l u eo fd e t e r g e n c yo ft h e i rf o r m u l a t e dd e t e r g e n t sd i dn o tc h a n g e o b v i o u s l y t w om i c r o w a v e dl i q u i da c t i v i t yr e t u r n e dt ot h eo r i g i n a ls t a t ea f t e rs t o r i n ga tr o o m t e m p e r a t u r ef o rt w om o n t h s i na d d i t i o n t h es t u d ya l s os h o w e dt h a t t h es t a n d a r dl a u n d r yd e t e r g e n tb ya d d i n gt h e e n z y m e sb e f o r ea n da f t e rt h ei r r a d i a t i o n i t ss u r f a c et e n s i o na n dw e t t i n gf o r c eh a v en oc h a n g e b ya d d i n gp r o p e r a s e10 0 0 ea n dl i p o l a s e10 0 t i t se m u l s i f y i n gp o w e ri n c r e a s e dt o12 6 a n d 112 r e s p e c t i v e l y 2 i nt h es p e c t r u me x p e r i m e n t s t h er e s u l t ss h o w st h a t a f t e ri r r a d i a t i n gp r o p e r a s ei0 0 0 e a n dl i p o l a s e10 0 tf o r8 sa n d5 sr e s p e c t i v e l y t h ep e a k sl o c a t i o no fu v a b s o r p t i o ns p e c t r u m a n df l u o r e s c e n c ee m i s s i o ns p e c t r u mo fe n z y m e sd on o tc h a n g e t h ep e a k si n t e n s i t yo fu v a b s o r p t i o ns p e c t r u mi n c r e a s e db y6 a n d 12 r e s p e c t i v e l y t h e p e a k si n t e n s i t yo f i i i a b s t r a c t f l u o r e s c e n c ee m i s s i o ns p e c t r u mb o t hi n c r e a s e db y5 a f t e rs t o r i n gp r o p e r a s e10 0 0 ea n d l i p o l a s e10 0 ta tr o o mt e m p e r a t u r ef o r6m o n t h sa n d12m o n t h sr e s p e c t i v e l y t h ep e a k s l o c a t i o n so fe n z y m e ss p e c t r u md on o tc h a n g e t h ep e a k si n t e n s i t yo fu va b s o r p t i o ns p e c t r u m d e c r e a s e db y1 1 a n d17 r e s p e c t i v e l y t h ep e a k si n t e n s i t yo ff l u o r e s c e n c ee m i s s i o n s p e c t r u md e c r e a s e db y8 a n d6 r e s p e c t i v e l y t h ee n z y m e sa c t i v i t ys h a r et h es a m ec h a n g e t r e n d 晰t l li t ss p e c t r u mp e a k si n t e n s i t y t h eh i g h e re n z y m e sa c t i v i t yi s t h eh i g h e rp e a k s i n t e n s i t yi s 3 s t u d i e dt h ee f f e c t so fs u r f a c t a n t sa n dd e t e r g e n tb u i l d e ro nt h ea c t i v i t yo fp r o p e r a s e 10 0 0 ea n dl i p o l a s e10 0 t t h er e s u l t ss h o wt h a t m i c r o w a v ei r r a d i a t i o nc a l lr e d u c et h e t o l e r a n c eo fp r o p e r a s e10 0 0 ea n dl i p o l a s e10 0 ti nt h el a ss o l u t i o n b u ti td i dn o tc h a n g e o b v i o u s l yi nt h ea e 0 0s o l u t i o n 0 1 w w l a sa n da e 0 9s o l u t i o nh a v ea c t i v a t i o ne f f e c t s o np r o p e r a s e10 0 0 ea n dl i p o l a s e10 0 t t h e i ra c t i v i t yi n c r e a s e db y4 a n d6 f o rl a s i n c r e a s e db y10 a n d2 2 f o ra e o oa n di n c r e a s e db y2 a n d12 f o ra e 0 9a f t e rt h e i r r a d i a t i o n a e 0 9 a p g l 2 1 4 t w e e n 一2 0 t w e e n 8 0a n d6 5 0 1h a v eg o o ds t a b i l i t yf o r p r o l r a s c10 0 0 ea n dl i p o l a s e10 0 tb e f o r ea n da f t e rt h ei r r a d i a t i o ni nt h el a ss o l u t i o n l i p o l a s e 10 0 th a sv e r yg o o da n t i d e g r a d a t i o np r o p e r t yi nt h ep r o t e a s es o l u t i o n i t sv e r y s u i t a b l ef o ru s i n gw i mp r o t e a s e a e 0 9a n da p g l 2 1 4h a v et h eg o o ds t a b i l i t yf o rl i p o l a s e 10 0 tb e f o r ea n da f t e rt h ei r r a d i a t i o ni n t h ep r o t e a s es o l u t i o n m e yc a nd e c r e a s et h e d e g r a d a t i o ne f f e c t so fp r o t e a s ef o rl i p o l a s e10 0 t m i c r o w a v ei r r a d i a t i o nc a nr e d u c et h e t o l e r a n c eo fp r o p e r a s ei0 0 0 ea n dl i p o l a s e10 0 ti nt h es o d i u mp e r b o r a t es o l u t i o n b u tt h e e n z y m e sa c t i v i t yd i dn o tc h a n g eo b v i o u s l y i nt h es o d i u mt r i p o l y p h o s p h a t es o l u t i o n k e y w o r d s m i c r o w a v e p r o t e a s e l i p a s e a c t i v i t y f l u o r e s c e n c e u l t r a v i o l e t s u r f a c t a n t e f f e c t i v 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取 得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文 中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含本人為獲得江南 大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志 對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意 簽 名 縫 日 期 p zz 9 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本學(xué)位論文作者完全了解江南大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 江南大學(xué)有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 允 許論文被查閱和借閱 可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫 進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 1 2 編學(xué)位論文 并且本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致 保密的學(xué)位論文在解密后也遵守此規(guī)定 簽名 j 超導(dǎo)師簽名 日 期 竺22 2 第一章緒論 第一章緒論 1 1 引言 酶在洗滌劑產(chǎn)品中的應(yīng)用是洗滌劑工業(yè)發(fā)展過程中重大技術(shù)進(jìn)步之一 加酶洗滌 劑 的商品概念已經(jīng)或者正在消失 因?yàn)榛旧纤械南礈靹┊a(chǎn)品都是加酶產(chǎn)品 酶從 洗滌劑產(chǎn)品中的地位已經(jīng)從一種功能性添加物發(fā)展為必備的組分 全世界工業(yè)酶制劑 中 洗滌劑用酶約占1 3 1 1 9 8 0 年以后 洗滌劑用酶正在以驚人的速度增長 2 洗滌 劑用酶屬于水解酶 能夠提高洗滌劑的去污性能 減少洗滌劑中表面活性劑和某些助劑 的用量 某些酶 如淀粉酶 有抗再沉積作用 某些酶 如纖維素酶 還有增白 護(hù)色 織物保護(hù)和柔軟等作用 由于消費(fèi)者的需求和社會環(huán)境變化等因素對洗滌劑性能的要求 日益提高 如何提高加酶洗滌劑的洗滌效果成為目前面臨的首要問題 國內(nèi)外研究者通 過將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于酶的改性 研究酶與洗滌劑各組分的復(fù)配等方法提高加酶洗滌劑 的性能 1 9 8 6 年g e d y e 等人 3 利用微波輻射催化有機(jī)合成反應(yīng) 微波作為一種新型催化手段 得到了廣泛的應(yīng)用 并由此產(chǎn)生了微波化學(xué)這門學(xué)科 從上世紀(jì)九十年代以來 微波化 學(xué)向生物領(lǐng)域進(jìn)行延伸 有微波輔助酶催化反應(yīng) 微波殺菌等 微波輻射和酶催化作為 現(xiàn)代化學(xué)合成中兩種強(qiáng)有力的催化手段已被接受認(rèn)可 目前 在這方面的研究工作主要 集中在研究微波的加熱特性 4 d 1 1 及其對酶的影響 1 2 2 2 微波輻射對酶催化反應(yīng)動力學(xué)的 影響f 2 0 塒1 及微波輻射對酶催化反應(yīng)選擇性的影響 2 5 之8 1 等方面 微波對于蛋白質(zhì)等生物大 分子具有特殊生物的效應(yīng) 2 9 j 微波輻射脂肪酶一定時間后 導(dǎo)致了酶蛋白的分子結(jié)構(gòu)發(fā) 生變化 了解酶蛋白分子的構(gòu)象與功能關(guān)系對于解釋酶的催化活性有著重要的意義 主 要采用紫外吸收光譜 熒光光譜 紅外光譜 圓二色性譜等光譜方法來研究各種抑制劑 溶劑 電磁場及金屬離子等對酶構(gòu)象的影響 1 2 酶在洗滌劑中的應(yīng)用概述 在2 0 世紀(jì)初期就已經(jīng)有人嘗試將酶用于織物的洗滌以去除污垢 然而直到6 0 年代 初期才開始出現(xiàn)正式地將酶應(yīng)用于合成洗滌劑產(chǎn)品配方中 市場上也出現(xiàn)了加酶洗衣 粉 以后數(shù)年中加酶洗衣粉的市場份額逐漸擴(kuò)大 合成洗滌劑工業(yè)的酶用量逐年上升 6 0 年代后期 因?yàn)槊傅陌踩詥栴}使消費(fèi)者對加酶洗滌劑產(chǎn)生了懷疑 導(dǎo)致酶在合 成洗滌劑工業(yè)的使用量急劇下降 幾乎降為零 到7 0 年代酶制劑的安全運(yùn)作問題得到 了解決之后又恢復(fù)了上升趨勢 至于酶的新用途 新類型 新制劑型式的開發(fā)和上市是 近十幾年以來的事 近年來 隨著洗滌低溫化 洗滌劑的低磷和無磷化 在洗滌劑中加入酶 從而彌補(bǔ) 了去污力的不足 在洗滌過程中 通過酶的作用 可減少漂洗次數(shù) 降低洗滌溫度 而 酶是極易生物降解的物質(zhì) 因此 加酶洗滌劑是世界洗滌用品工業(yè)爭相發(fā)展的熱門產(chǎn)品 1 2 1 洗滌劑用酶的種類和特征 江南大學(xué)碩士學(xué)位論文 洗滌劑用酶是合成洗滌劑的輔助成分之一 利用酶的生物催化功能分解去除各種污 垢 從而便于表面活性劑等洗滌成分能夠更容易 更有效地將污垢去除 但是 酶對污 垢的生物催化分解作用具有特定的選擇性 不同的污垢對應(yīng)不同種類的洗滌劑用酶 此 外 洗滌劑用酶還必須與洗滌劑的各主成分和助劑有良好的配伍性能 其中最重要的基 本性質(zhì)就是配入洗滌劑的酶 必須具有良好的保存穩(wěn)定性 現(xiàn)在使用的洗滌劑用酶幾乎都是運(yùn)用遺傳因子轉(zhuǎn)換技術(shù)制成的 代表性的品種有如 下4 種 蛋白酶 p r o t e a s e 脂肪酶 1 i r a s e 淀粉酶 鋤y l a s e 和纖維素酶 c e l l u l a s e 例 最近新開發(fā)的酶制劑有 甘露聚糖酶 m a n n a s e 過氧化物酶 p e r o x i d a s e 蟲漆酶 1 a c c a s e 和蟲膠酶 p e c t i n a s e 等 但是 這些酶中除了甘露聚糖酶已應(yīng)用于部分的洗滌劑 中外 其他品種尚未在洗滌劑中推廣應(yīng)用 以下簡述4 種洗滌劑用酶的用途 3 1 1 1 蛋白酶 蛋白酶是應(yīng)用于洗滌劑中最重要的一類酶制劑 可將蛋白質(zhì)水解成可溶性的氨基 酸 像血 奶 蛋 果汁和汗?jié)n等蛋白質(zhì)是衣物上最普遍存在的污垢 是最難被表面活 性劑和其他助劑所去除 蛋白酶能把蛋白質(zhì)先分解成可溶性的肽 然后再分解成氨基酸 從而很容易被洗去 蛋白質(zhì)還能起到黏結(jié)劑的作用 由于生成的可溶性物質(zhì)或易分散于 洗滌液的物質(zhì)使吸附的蛋白質(zhì)污垢減少 原來在蛋白質(zhì)存在下牢固吸附于纖維上的污垢 也比較容易地除去 目前 加酶洗滌劑中的蛋白酶一般是堿性蛋白酶 據(jù)文獻(xiàn)1 3 2 報道 蛋白酶還有防止在洗滌過程中游離蛋白質(zhì)污垢向衣料再沉積的作用 有一定地抗再沉積 作用 以及有將依附在衣料上的細(xì)菌溶解的效果 2 脂肪酶 脂肪酶是繼蛋白酶之后 第二個應(yīng)用于洗滌劑行業(yè)的酶制劑 其顯著特點(diǎn)是使洗滌 劑在低溫時也能達(dá)到對脂肪的優(yōu)良去除能力 并且具有效果累積功能 其去污能力可以 隨著洗滌次數(shù)的增加而表現(xiàn)的更加明顯 3 3 1 原因是因?yàn)橹久笇Ω视腿シ纸庾饔弥饕?是在洗滌以后的干燥過程中完成 纖維的含水量越低脂肪酶的活性越高 所以 分解 產(chǎn)物必須在下一次洗滌時 才能從纖維上去除 近年來 還出現(xiàn)了一些反應(yīng)性更好 對 油污吸附性更強(qiáng)的改良脂肪酶i 34 這種脂肪酶在初次的洗滌過程中即能獲得明顯的效 果 脂肪酶能將來自皮脂或食品中的脂質(zhì)污垢中含有的甘油三酯分解成甘油單酯和脂 肪酸 甘油單酯和脂肪酸易被表面活性劑乳化 可方便地去除 脂肪酶耐堿性和耐表面 活性劑的性能良好 適應(yīng)于各種各樣的基質(zhì) 脂肪酶還具有抑制甘油三酯對疏水性纖維 再污染的作用i j 引 3 淀粉酶 淀粉酶應(yīng)用于餐具或衣料用洗滌劑中 可將淀粉水解 變成糊精或麥芽糖 使之降 解后達(dá)到去除的目的 淀粉酶還能防止降解后的低分子淀粉的再污染 防止存在于淀粉 間的鐵銹之類的粒子的再沉積 3 6 j 同時 淀粉酶和脂肪酶之間具有很好的協(xié)同作用 4 纖維素酶 纖維素酶的作用對象是織物表面因多次洗滌而在主纖維上出現(xiàn)的微毛和小絨球 用 2 第一章緒論 纖維素酶處理后 織物表面的微毛和小絨球就被除去 可以平整織物表面 同時具有增 白效果 使主纖維變得光滑柔軟 因此添加纖維素酶具有增白和柔軟兩個獨(dú)特功能 1 2 2 影響加酶洗滌劑洗滌效果的主要因素 影響加酶洗滌劑的洗滌效果有多種因素 例如加酶洗滌劑的配方 洗滌時間和溫度 酶的添加量 酶在洗滌劑中的活性 洗滌劑用酶的貯存穩(wěn)定性等 洗滌劑一般由表面活性劑 漂白劑和助洗劑等體系組成 選擇洗滌劑用酶在較寬的 范圍 溫度 p h 值 內(nèi)要能與衣料洗滌劑體系進(jìn)行配伍 在加酶液體洗滌劑中常常還 要加入 酶穩(wěn)定劑 如琥珀酸 硫代硫酸鈉和氯化鈉等 鈣 鎂離子作它的輔酶 才具 有所需要的活性 常用的水溶性鈣鹽有檸檬酸鈣 氯化鈉等 洗滌劑常用的表面活性劑 如十二烷基磺酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉等 很容易與酶蛋白反應(yīng) 常常引起酶蛋白解 離成亞基或使肽鏈變性1 37 1 當(dāng)今市場上大多數(shù)的酶制劑都具備了這樣的耐受力 一般推 薦將非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑復(fù)配使用 如果配方中加入除了蛋白酶以外 的另一種或多種以上的酶 就要解決洗滌過程中酶的相互干擾問題 蔣惠亮 3 8 等人發(fā)現(xiàn) 蛋白酶與脂肪酶或纖維素酶復(fù)合能獲得顯著的協(xié)同效應(yīng) 還研究了洗滌劑配方與堿性纖 維素酶作用效能的關(guān)系 3 9 酶是洗滌劑中的常用的助劑之一 加酶洗滌劑的洗滌效果只有通過考察酶與洗滌劑 配伍后 加酶洗滌劑的去污力來評價 實(shí)驗(yàn)室中常用瓶式去污試驗(yàn)機(jī)來考察加酶洗滌劑 的洗滌效果 1 2 3 常用洗滌劑成分對酶活性的影響 表面活性劑是洗滌劑中最重要的成分 洗滌劑中的助洗劑對于良好的洗滌去污效果 同樣是不可或缺的 洗滌劑中常用的助洗劑主要有堿性物質(zhì) 如硅酸鈉 碳酸鈉i 螯合 劑 如三聚磷酸鈉 離子交換劑 如a 型沸石等 所以 研究洗滌劑用酶與洗滌劑各組 分的相互作用 對于提高加酶洗滌劑的洗滌去污效果是非常必要的 國外的l a n g g u t h 等人研究了堿性蛋白酶在洗衣粉中的穩(wěn)定性m 直鏈烷基苯磺酸 鈉在2 0 的濃度以內(nèi)能稍提高酶的活性 脂肪醇聚氧乙烯醚濃度在5 2 0 間對酶的活 性沒有影響 聚醚 肥皂和烷基醇酰胺對酶的活性亦沒有影響 陽離子表面活性劑會迅 速降低酶的活性 配方中三聚磷酸鈉的含量在3 0 以內(nèi) 對酶的去污有促進(jìn)作用 超過 此限 對酶的作用略有降低 硫酸鈉不影響酶的活性 碳酸鈉 硅酸鈉會急劇降低酶的 活性 碳酸氫鈉則毫影響 羧甲基纖維素鈉和聚乙烯吡咯烷酮的濃度達(dá)0 5 時 對酶 的活性有促進(jìn)作用 1 的過硼酸鈉對酶的功能影響甚小 但至2 5 時 酶的活性可降 低5 0 常用的光學(xué)增白劑對酶的功能沒有影響 但l m g k g 的有效氯可使酶完全失活 如果洗衣粉中三聚磷酸鈉濃度超過2 0 或直鏈烷基苯磺酸鈉濃度超過1 0 酶一洗滌劑 混合物在溶液中保持2 h 則酶的活性顯著下降 而脂肪醇聚氧乙烯醚對溶液中的酶能產(chǎn) 生穩(wěn)定性作用 國內(nèi)的楊慶利1 4 l 等人研究了洗滌劑成分中表面活性劑 m e e a e c 甜菜堿 a o s a e 0 9 l a s 溶液和助劑 高穩(wěn)定層狀二硅酸鈉 3 型a n 助劑 4 a 沸石 溶液對堿 江南大學(xué)碩士學(xué)位論文 性蛋白酶 p r o p e r a s e4 5 0 e s a v i n a s e4 0 t 的影響 并對結(jié)果提出可能的作用機(jī)理 這些研究對于指導(dǎo)洗滌劑用酶在洗滌劑配方中的使用具有重要的意義 本課題使用 微波輻射處理洗滌劑用蛋白酶 p r o p e r a s e1 0 0 0 e 和脂肪酶 l i p o l a s e1 0 0 t 考察經(jīng)微 波輻射前后 兩種酶與常用洗滌劑成分在實(shí)際洗滌條件下的作用情況 1 3 微波輻射對酶的作用 微波是頻率大約在3 0 0 m h z 3 0 0 g h z 即波長在1 0 0 c m 至l m m 范圍內(nèi)的電磁波 它位于電磁波譜的紅外輻射和無線電波之間 因此 可以用電磁波和電磁場理論處理與 微波有關(guān)的一些問題 特別是微波在空間的傳播及其與物質(zhì)的相互作用等1 4 引 微波輻射是一種新的催化化學(xué)反應(yīng)的方法 其研究日益深入 微波輻射可以加快反 應(yīng)速度 減少催化劑用量1 4 3 1 對于化學(xué)反應(yīng) 微波的影響可以分為致熱效應(yīng)和非熱效應(yīng) m 前者是指微波輻射使反應(yīng)物溫度升高 改變反應(yīng)速度的現(xiàn)象 后者則是指除加熱使 溫度升高的影響外 微波輻射對某些反應(yīng)能夠提高平衡轉(zhuǎn)化率 減少副產(chǎn)物 改變產(chǎn)物 立體選擇性等無法用致熱效應(yīng)來解釋的其它效應(yīng) 1 3 在酶催化反應(yīng)中 微波輻射能夠 改變酶蛋白質(zhì)的構(gòu)剩4 副 還能改變酶的反應(yīng)選擇性i 的j 1 3 1 微波輻射對酶結(jié)構(gòu)的影響 酶的催化活性與酶的結(jié)構(gòu)密切相關(guān) 因此研究微波輻射對酶結(jié)構(gòu)的變化具有重要意 義 p r o c e l l i 等 1 0 研究了微波輻射對s 腺苷高半胱氨酸水解酶 s a d e n o s y l h o m o c y s t e i n e a d o h c y h y d r o l a s e 結(jié)構(gòu)的影響 對比微波輻射前后的酶的熒光發(fā)射光譜 發(fā)現(xiàn)經(jīng)微 波輻射后 酶在2 8 0 n m 和3 4 0 n m 波長處的峰強(qiáng)度均有增強(qiáng) 蛋白質(zhì)分子中 色氨酸 t r p 酪氨酸 t y r 和苯丙氨酸 p h e 殘基在2 8 0 n m 激發(fā)波長下能夠發(fā)射熒光 而在3 4 0 n m 激發(fā)波長下的熒光發(fā)射則與脂肪酶相連的輔酶n a d h 的熒光發(fā)射基團(tuán)有關(guān) 微波輻射 改變了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) a d o h c yh y d r o l a s e 在實(shí)驗(yàn)條件下是熱穩(wěn)定性酶 研究者認(rèn)為蛋白 質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變是微波輻射的非熱效應(yīng)所致 v u k o v a 等 1 3 研究了微波輻射對乙酰膽堿酯酶 a c e t y c h o l i n e s t e r a s e 活性和對肌肉蛋 白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響 微波輻射導(dǎo)致蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 其中p 折疊的含量增加 a 一 螺旋結(jié)構(gòu)變得混亂 使蛋白質(zhì)的有序結(jié)構(gòu)無序化 1 3 2 微波輻射對酶活性的影響 p r o c e l l i 等人 1 0 還研究了微波輻射和常規(guī)加熱對s 腺苷高半胱氨酸水解酶和5 甲硫 腺苷磷酸化酶的活性及其結(jié)構(gòu)的影響 將酶溶于t r i s h c i 緩沖液后分別考察微波輻射和 常規(guī)加熱下酶活隨加熱時間的變化 發(fā)現(xiàn)兩種加熱方式均造成酶不可逆的失活 微波輻 射下酶的失活速率較常規(guī)加熱下大 且微波效應(yīng)不依賴于樣品濃度 o 0 1 0 0 3 m g m l 的變化 由于兩種方式下加熱溫度相同 研究者把這種現(xiàn)象視為微波輻射的非熱效應(yīng) 同時 他們還研究了微波輻射下無機(jī)鹽對酶活性的影響 對于s 腺苷高半胱氨酸水解酶 加入k c i 和k h s 0 4 并未改變微波輻射對酶活性的影響 對于5 甲硫腺苷磷酸化酶 加 入k c l 和n a c l 可以加速酶的失活 而加入k h s 0 4 和n a s 0 4 可減緩酶的失活 4 第一章緒論 c a r a 等人 l5 j 研究了微波輻射和常規(guī)加熱對p 半乳糖苷酶 b g a l a c t o s i d a s e 活性的影 響 將酶的磷酸鉀溶液分別通過微波輻射和常規(guī)加熱一定時間后測定酶活 在7 0 時 保持恒溫1 h 經(jīng)微波輻射后的酶活僅是常規(guī)加熱下的2 0 作者對經(jīng)過微波輻射后 酶失活的解釋是 經(jīng)微波輻射后 酶蛋白質(zhì)分子出現(xiàn)一定的偶極性 引起分子共振 共 振對酶引起機(jī)械拉伸 從而使酶失活 另外 在一定濃度范圍內(nèi) 1 0 5 0 p g m l 微波 效應(yīng)與濃度變化有關(guān) 但當(dāng)濃度大于5 0 g m l 時 微波效應(yīng)消失 據(jù)推測可能與體系的 熵變有關(guān) 即濃度低時 不同酶濃度體系經(jīng)微波輻射后的熵變差異較大 表現(xiàn)為微波效 應(yīng)較明顯 濃度高到一定程度時 微波輻射后體系的熵變差異表現(xiàn)不明顯 微波效應(yīng)消 失 s o y s a l 等人 l6 研究發(fā)現(xiàn) 胡蘿卜過氧化物酶經(jīng)微波輻射處理較常規(guī)加熱失活更快 且其失活程度與微波功率有關(guān) c h e n 等人i l7 j 用微波輻射處理植物種子中的淀粉酶 a m y l a s e 轉(zhuǎn)氨酶 t r a n s a m i n a s e 和蛋白酶 p r o t e a s e 經(jīng)微波輻射后的各種酶的活 性均有不同程度的提高 h o m e n k o 等人 1 8 1 研究1 0 0 g h z 的微波輻射對游離的和固定化的 堿性磷酸化酶的作用 無論在進(jìn)行酶促反應(yīng)前和酶促反應(yīng)時對酶進(jìn)行輻射處理 微波輻 射均導(dǎo)致酶活性的降低 而對固定于在多孔片狀載體的酶 其活性幾乎不受影響 微波輻射還可以影響脂肪酶n o v o z y m e4 3 5 在有機(jī)介質(zhì)中的穩(wěn)定性 1 9 1 在丁酸乙酯 和丁醇的酯交換反應(yīng)中 分別在反應(yīng)前和反應(yīng)時分別進(jìn)行微波輻射和常規(guī)加熱 經(jīng)微波 輻射后 在兩種情況下 酶的穩(wěn)定性均比常規(guī)加熱模式高 在底物丁酸乙酯或丁醇的不 同環(huán)境中 經(jīng)微波輻射前后 酶的穩(wěn)定性的也不相同 底物丁醇的極性較丁酸乙酯強(qiáng) 表現(xiàn)為微波效應(yīng)也比較明顯 經(jīng)微波輻射后 酶的穩(wěn)定性是常規(guī)加熱下的6 倍 經(jīng)微波 輻射后 極性溶劑可以吸收微波能量 影響了酶與其微環(huán)境的相互作用 酶的穩(wěn)定性增 強(qiáng) 另外 在無底物時 微波輻射和常規(guī)加熱對酶穩(wěn)定性的影響基本相同 在本實(shí)驗(yàn)室 1 4 j 前期的工作中亦發(fā)現(xiàn)經(jīng)微波輻射 功率2 0 0 w 后 脂肪酶l i p o l a s e 1 0 0 l 的酶活先增加后減小 微波輻射6 m i n 后酶活達(dá)到最大值 文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明微波輻射的時間長短 功率大小 酶所在的微環(huán)境都能對 酶的結(jié)構(gòu)和活性的產(chǎn)生不同程度的影響 1 4 光譜方法在酶構(gòu)象研究中的應(yīng)用 酶的構(gòu)象與功能關(guān)系一直是酶工程研究的熱點(diǎn)問題之一 酶是一類特殊的蛋白質(zhì) 目前 確定蛋白質(zhì)構(gòu)象最準(zhǔn)確的方法是x 射線晶體衍射 但對于蛋白質(zhì)而言 得到所 需的晶體結(jié)構(gòu)較為困難 通常還用紫外 可見吸收光譜 熒光發(fā)射光譜 紅外光譜 圓 二色性光譜等光譜學(xué)方法來酶的構(gòu)象與其功能關(guān)系 輔酶 輔助因子等的作用 1 4 1 紫外吸收光譜 酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì) 所以在具有普通蛋白質(zhì)的光譜學(xué)共性 紫外 可見吸收光 譜是電子的躍遷產(chǎn)生的 蛋白質(zhì)的紫外吸收光譜實(shí)際上是蛋白質(zhì)分子中各種紫外生色團(tuán) 加和作用的結(jié)果 各種蛋白質(zhì)中的色氨酸 酪氨酸和苯丙氨酸殘基由于其數(shù)量不同 生 色團(tuán)各不行同 紫外吸收光譜亦不同 色氨酸和酪氨酸在波長2 8 0 n m 附近有一個吸收峰 江南大學(xué)碩士學(xué)位論文 苯丙氨酸則在在波長2 6 0 n m 左右有吸收峰 大多數(shù)蛋白質(zhì)在2 8 0 n m 附近有吸收峰 主 要由蛋白質(zhì)中的色氨酸殘基和酪氨酸殘基所貢獻(xiàn) 目前 紫外吸收光譜主要用于研究蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象和構(gòu)型變化 柯惟中等人 4 7 研究發(fā)現(xiàn)牛血清白蛋白水溶液分別在2 7 6 n m 和1 9 3 n m 處有兩個吸收峰 前者主要是蛋 白質(zhì)中酪氨酸 色氨酸的殘基產(chǎn)生 后者主要是由肽基團(tuán)產(chǎn)生 在1 9 3 n m 附近的吸收峰 是肽鏈a 螺旋和無規(guī)卷曲構(gòu)象的主要識別峰 1 9 8 n m 附近的吸收峰由蛋白質(zhì)的p 折疊產(chǎn) 生 從而推測在牛血清白蛋白溶液中沒有或只有極少的b 折疊結(jié)構(gòu) 1 4 2 熒光發(fā)射光譜 在酶蛋白分子中 最主要的熒光生色團(tuán)是有色氨酸 t i p 殘基 酪氨酸 t y r 殘 基以及苯丙氨酸 p h e 殘基 其熒光強(qiáng)弱順序依次為 色氨酸的熒光強(qiáng)度最大 酪氨 酸次之 苯丙氨酸則最小 一般情況 蛋白質(zhì)分子的熒光在2 8 0 n m 或更長的波長下被激 發(fā) 但苯丙氨酸殘基在此實(shí)驗(yàn)條件下通常不被激發(fā) 因此 蛋白質(zhì)的內(nèi)源熒光主要來自 r i p 和g y r 殘基 色氨酸z r p 殘基因其對微環(huán)境的變化的敏感性 在研究溶液狀態(tài)下蛋 白質(zhì)的構(gòu)象時 常常作為內(nèi)源熒光探針使用 除了蛋白質(zhì)分子的 內(nèi)源熒光 外 還有 熒光探針 外源熒光 ?？煞譃閮煞N 有機(jī)熒光探針和稀土離子熒光探針 目前 蛋白質(zhì)熒光光譜技術(shù)研究的新方法主要有 1 同步熒光光譜法 同步熒光技術(shù)即在同時掃描激發(fā)和發(fā)射波長的情況下測繪熒光光譜圖 包括固定波 長和固定能量的兩種同步熒光光譜 固定波長同步熒光光