蛋白酶對(duì)羊毛的改性

蛋白酶對(duì)羊毛的改性第1頁(yè)/共29頁(yè)蛋白酶對(duì)羊毛的改性第2頁(yè)/共29頁(yè)主要內(nèi)容

一

酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

1.酶制劑在工業(yè)中的應(yīng)用

2.酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用二

蛋白酶的應(yīng)用

1.羊毛和蛋白酶簡(jiǎn)述

2.蛋白酶對(duì)羊毛的減量

3.蛋白酶處理后羊毛織物的防氈縮性能

4.羊毛經(jīng)蛋白酶處理后的低溫染色性能

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一酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用1酶制劑在工業(yè)中的應(yīng)用

a、目前發(fā)現(xiàn)的酶已達(dá)三四千種，大量的酶沒(méi)有被人們認(rèn)識(shí)，所以酶資源的開發(fā)潛力很大。然而目前實(shí)際得到應(yīng)用開發(fā)的酶制劑只有150多種，得到工業(yè)化應(yīng)用的僅有50～60種。

b、得到大量應(yīng)用與開發(fā)應(yīng)用的僅限于淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、葡萄糖異構(gòu)酶、脂肪酶、纖維素酶等10多個(gè)品種。

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c、得到大量應(yīng)用的，其中60﹪為蛋白酶，用于制造加酶洗滌劑及乳酪、啤酒、制革等；約30﹪為糖酶，主要用于淀粉加工、釀造、紡織品退漿、果蔬加工和乳品加工等。

d、目前世界上主要的酶生產(chǎn)國(guó)是丹麥和荷蘭。主要的酶制劑公司有丹麥Novozymes和美國(guó)GenencorInter。第5頁(yè)/共29頁(yè)

e、我國(guó)工業(yè)酶制劑起步于上世紀(jì)九十年代中期，我國(guó)的酶制劑生產(chǎn)和世界先進(jìn)水平有一定差距，近年來(lái)，我國(guó)酶制劑生產(chǎn)企業(yè)占出口總量約30%。

f、目前酶制劑品種遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)需要，酶制劑工業(yè)不斷推出新型、復(fù)合、高活力和高純度特殊酶制劑。第6頁(yè)/共29頁(yè)

2酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

酶在紡織中的應(yīng)用在我國(guó)具有悠久的歷史。在3000多年前已經(jīng)出現(xiàn)麻類以微生物發(fā)酵進(jìn)行麻纖維生產(chǎn)的漚漬脫膠法。目前紡織用酶工藝已經(jīng)在纖維的改性和原麻的脫膠；染整的退漿、精練、整理和凈洗加工；紡織印染廢水的處理以及服裝的成衣加工方面得到應(yīng)用或在開發(fā)之中。

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在紡織工業(yè)中，酶被關(guān)注的主要原因有：（1）酶生產(chǎn)的成本日益降低，品種日益增多，性能越來(lái)越穩(wěn)定，為在紡織中應(yīng)用提供可能性。（2）酶是天然化合物，反應(yīng)專一，副產(chǎn)物少，有利于環(huán)保。（3）酶加工使纖維制品提高了附加值。第8頁(yè)/共29頁(yè)

生物酶的應(yīng)用已經(jīng)和超臨界CO2染色、低溫等離子處理、數(shù)碼噴印技術(shù)并稱目前紡織工藝應(yīng)用的四大發(fā)展方向。第9頁(yè)/共29頁(yè)二蛋白酶應(yīng)用1.

羊毛和蛋白酶簡(jiǎn)述

蛋白酶是水解肽鍵的一種酶。按來(lái)源可以分為動(dòng)物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。羊毛的主要成分是蛋白質(zhì)和類脂，分別占97％和1％以上。蛋白酶對(duì)羊毛的減量作用已得到肯定，并對(duì)羊毛的防氈縮、低溫染色、抗起毛起球和柔軟整理等方面有良好作用。第10頁(yè)/共29頁(yè)

羊毛由鱗片細(xì)胞、皮質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞膜復(fù)合物(CMC)組成。

羊毛的基本結(jié)構(gòu)第11頁(yè)/共29頁(yè)羊毛鱗片結(jié)構(gòu)第12頁(yè)/共29頁(yè)CMC結(jié)構(gòu)CMC結(jié)構(gòu)由細(xì)胞膜和球狀蛋白(也稱膠粘劑)組成，以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在于整個(gè)羊毛細(xì)胞中，是羊毛內(nèi)部唯一連續(xù)的組織，對(duì)羊毛機(jī)械性能起著至關(guān)重要的作用。第13頁(yè)/共29頁(yè)2.蛋白酶對(duì)羊毛的減量

a氧化預(yù)處理氧化預(yù)處理是酶對(duì)羊毛的減量處理的必要步驟。羊毛經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，蛋白酶才能對(duì)羊毛又較大的減量。預(yù)處理對(duì)羊毛蛋白酶減量的影響第14頁(yè)/共29頁(yè)羊毛鱗片表層化學(xué)結(jié)構(gòu)模型

類脂層其整齊致密的結(jié)構(gòu)使蛋白酶無(wú)法攻擊類脂層下的蛋白層，因而預(yù)處理使類脂的長(zhǎng)碳鏈去除，為蛋白酶攻擊鱗片表層蛋白提供了一個(gè)必要條件。第15頁(yè)/共29頁(yè)b酶減量剝離模式

酶減量剝離模式是指羊毛在蛋白酶的作用下，通過(guò)蛋白酶對(duì)羊毛CMC球狀蛋白的水解，使羊毛細(xì)胞剝離纖維主體的減量模式。這種模式物理減量是主要的。處理液中有大量的羊毛細(xì)胞，有時(shí)還會(huì)留下主要由鱗片表層組成的管狀套體。第16頁(yè)/共29頁(yè)

造成這種減量模式的實(shí)質(zhì)是蛋白酶對(duì)羊毛角質(zhì)細(xì)胞的水解速度大大低于對(duì)球狀蛋白的水解速度或蛋白酶根本不能水解羊毛角質(zhì)細(xì)胞蛋白造成的。第17頁(yè)/共29頁(yè)b酶減量的水解模式

主要是蛋白酶對(duì)羊毛的減量是通過(guò)化學(xué)水解達(dá)到。和剝離模式相比，水解模式要求蛋白酶對(duì)通常的化學(xué)惰性結(jié)構(gòu)——鱗片表層蛋白或細(xì)胞膜蛋白能以較快的速度水解，也可和球狀蛋白基本相近的速度水解。目前發(fā)現(xiàn)，植物蛋白酶存在水解模式的減量模式。水解模式將使蛋白酶的作用集中在羊毛表面，不存在“爛芯”現(xiàn)象，所以羊毛機(jī)械性能損失小。第18頁(yè)/共29頁(yè)

圖為SZ植物蛋白酶處理后羊毛的表面形態(tài)，(a)為部分鱗片被酶水解的情況，(b)為鱗片被均勻水解的情況。第19頁(yè)/共29頁(yè)

減少羊毛纖維的直徑，提高羊毛的品質(zhì)，是羊毛蛋白酶改性一個(gè)非常誘人的前景。若以剝離模式對(duì)羊毛進(jìn)行減量，羊毛強(qiáng)度損失大。若以水解模式減量，雖然羊毛減量可以集中在羊毛的表面，羊毛強(qiáng)度損失小，但為了保持處理后纖維機(jī)械性能，鱗片一般不能完全去除，因而直徑的變化很有限。雖然羊毛細(xì)化有很大前景，但目前還沒(méi)有有效的處理方法。第20頁(yè)/共29頁(yè)

羊毛蛋白酶減量細(xì)化的研究（東華大學(xué)）細(xì)度與減量率的關(guān)系蛋白酶對(duì)羊毛纖維催化降解的反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng)體系。細(xì)度與減量率不是一個(gè)線性關(guān)系。第一，羊毛纖維對(duì)蛋白酶的吸附不均勻。第二，羊毛纖維表面存在結(jié)構(gòu)疏松區(qū)和無(wú)定形區(qū)，蛋白酶很容易從這些部位進(jìn)入羊毛纖維內(nèi)部催化反應(yīng)，這也會(huì)造成蛋白酶對(duì)羊毛纖維催化降解的不均勻。第21頁(yè)/共29頁(yè)

羊毛纖維的細(xì)度與減量率沒(méi)有良好的線性關(guān)系。

用于羊毛細(xì)化的方法很多，各種方法的基本原則是在保證羊毛的強(qiáng)力和彈性損傷不大的前提下，使羊毛鱗片層變薄甚至脫落，實(shí)現(xiàn)羊毛直徑下降。第22頁(yè)/共29頁(yè)3蛋白酶處理后羊毛織物的防氈縮性能

酶對(duì)羊毛的水解減量首先要求蛋白酶必須對(duì)羊毛的鱗片表層蛋白有水解作用。由于微生物和動(dòng)物產(chǎn)生蛋白酶是為了滿足生命活動(dòng)的需要．對(duì)細(xì)胞膜沒(méi)有作用是基本要求，因而，目前的微生物和動(dòng)物蛋白酶不能水解羊毛的鱗片表層。植物蛋白酶的產(chǎn)生環(huán)境并沒(méi)有細(xì)胞膜的存在，沒(méi)有對(duì)細(xì)胞膜蛋白不能水解的生化要求。因而在植物蛋白酶中尋找和開發(fā)羊毛防氈絹蛋白酶有可能是一個(gè)行之有效的方法。第23頁(yè)/共29頁(yè)

羊毛的鱗片層約為羊毛總量的10％、因而6.5％的減量是一個(gè)非常有意思的數(shù)據(jù)，它相當(dāng)于使羊毛鱗片的2／3被水解，這是鱗片減量的黃金分割比例。羊毛的鱗片被完全水解對(duì)羊毛機(jī)械性能的保持是不利的，因?yàn)槠べ|(zhì)層如果沒(méi)有鱗片層的約束．在水中的溶脹將很大，濕處理將使處理織物受到極大的損傷。第24頁(yè)/共29頁(yè)

木瓜蛋白酶體系改善羊毛織物的防縮（河北科技大學(xué)姚繼明）

采用過(guò)氧化氫進(jìn)行預(yù)處理，用木瓜蛋白酶在5O℃、pH值為7的條件下處理羊毛織物60min?？梢允箍椢锇锥却蠓嵘?0％～120％，在干濕強(qiáng)力損失小于5％的情況下，縮水率小于1％。第25頁(yè)/共29頁(yè)4羊毛經(jīng)蛋白酶處理后的低溫染色性能

對(duì)未經(jīng)化學(xué)處理的羊毛進(jìn)行染色時(shí)，染料將沿著鱗片CMC和皮質(zhì)CMC向內(nèi)擴(kuò)散，然后染料分別從各自所處的CMC位置向羊毛細(xì)胞(鱗片、皮質(zhì))擴(kuò)散，以達(dá)到染色的目的。

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水解減量模式對(duì)低溫染色性能的改善更明顯。這是因?yàn)樗鉁p量模式的減量主要集中在鱗片上，這樣蛋白酶處理就有可能在羊毛的鱗片外層形成染料擴(kuò)散的通道。剝離減量模式的水解減量主要集中在CMC處，球狀蛋白的去除同樣對(duì)染料向羊毛內(nèi)擴(kuò)散有利，但和水解減量模式