中性蛋白酶1398在羊毛洗毛工藝中的應(yīng)用

寧躍龍，魏玉娟，趙 尚，武彩艷

(1.河北科技大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，河北 石家莊 050000； 2.河北浩麗羊絨科技有限公司，河北 清河 054800)

羊毛原毛表面除了含有羊毛脂、羊汗、土雜、草雜污染物外,還存在蛋白質(zhì)類(lèi)污染物，蛋白質(zhì)污染物的存在使羊毛色澤變暗,采用傳統(tǒng)的羊毛洗毛方法很難完全去除。所以酶洗羊毛不僅是生態(tài)工藝的要求也是至關(guān)重要的前處理[1]。蛋白酶的催化反應(yīng)具有高度的專(zhuān)一性。蛋白酶的催化反應(yīng)條件溫和，在中性環(huán)境下便可以催化，被稱(chēng)為生物催化劑,它可以將蛋白質(zhì)催化水解以達(dá)到去除羊毛蛋白類(lèi)雜質(zhì)的效果并且酶能提供活化能需求較低的路徑，使更多的反應(yīng)粒子具有超過(guò)活化能的動(dòng)能，從而加快反應(yīng)速率[2]。這樣不僅節(jié)約能源并且對(duì)設(shè)備要求低,酶的催化活性具有可控性、無(wú)毒性。 因而，蛋白酶被譽(yù)為環(huán)境的友好保護(hù)者。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

1.1.1材料

羊毛(南宮市海全毛氈廠(chǎng))，中性蛋白酶1398(上海丹尼悅生物科技有限公司)，洗劑DVK-127-1(北京耀友科技有限公司)，氯化鈉(天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司)，碳酸鈉(天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司)，酒精(天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司)。

1.1.2儀器

WSB-3A型智能式數(shù)字白度計(jì)(溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠(chǎng))；DHG-9 245 A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海齊欣科學(xué)儀器有限公司)；B203LED生物顯微鏡(重慶奧特光學(xué)儀器有限公司)；JJ500分析天平(常州市雙杰測(cè)試儀器廠(chǎng))；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市雙捷實(shí)驗(yàn)儀器廠(chǎng))；008E電子單纖維強(qiáng)力機(jī)(溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠(chǎng))。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

采用五槽法洗羊毛，酶洗時(shí)間10 min。稱(chēng)取羊毛1 g,一槽為浸濕槽，溫度為45 ℃，用清水浸濕羊毛8 min；二、三槽為洗滌槽，二槽為洗劑601T用量0.3%(owf)，三槽為不同用量的酶1398[3]，溫度50 ℃，時(shí)間10 min；四、五槽為清水洗滌槽，溫度45 ℃，時(shí)間8 min。實(shí)驗(yàn)步驟為：

①首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案稱(chēng)量等梯度的各洗劑用量。

②在二槽燒杯中加入已精確稱(chēng)量的洗劑與助劑混合均勻，量取一定體積的水，倒入燒杯混合均勻；放入水浴鍋中恒溫保存。

③三槽稱(chēng)取定量的酶1398，量取定量的水，倒入燒杯混合均勻，在一、四、五槽中放入定量的水恒溫保存。

④研究酶單獨(dú)處理羊毛時(shí)，稱(chēng)取1 g羊毛后根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟分別加入一、三、四、五槽。

⑤研究酶1398與洗劑601T復(fù)配效果時(shí)，稱(chēng)取1 g羊毛后根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟分別加入一、二、三、四、五槽。

⑥羊毛洗凈后放入烘箱中烘干，然后稱(chēng)量計(jì)算失重率。

1.3 測(cè)試方法

酶洗羊毛工藝使羊毛產(chǎn)生的改變[4]，可以由幾個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量，如白度、強(qiáng)度、殘脂率等。羊毛白度由白度計(jì)測(cè)定，羊毛強(qiáng)度的變化由單纖維強(qiáng)力機(jī)來(lái)測(cè)定。最后可以根據(jù)白度、殘脂率及強(qiáng)度的改變對(duì)洗毛效果進(jìn)行評(píng)定。

1.3.1白度

在洗羊毛之前，首先測(cè)量羊毛原毛白度，以便與洗后的羊毛進(jìn)行對(duì)比。把烘干的羊毛進(jìn)行白度測(cè)量，首先對(duì)白度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，然后對(duì)羊毛進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量3次取平均值，記錄數(shù)據(jù)。

根據(jù)羊毛原毛與洗后羊毛白度的變化進(jìn)行計(jì)算：

白度增長(zhǎng)率=(洗后羊毛白度-羊毛原毛白度)/洗后羊毛白度×100%

1.3.2殘脂率

羊毛原毛本身不僅含有許多雜質(zhì)還有蛋白質(zhì)污染物，經(jīng)過(guò)洗滌槽清洗槽的雙重作用，羊毛的殘脂率逐漸降低[5]。由于羊毛本身含有草雜沙土和蛋白類(lèi)污染物，所以在僅有條件下對(duì)羊毛含脂率計(jì)算誤差太大，故用殘脂率來(lái)測(cè)定。

首先對(duì)洗后烘干羊毛稱(chēng)量質(zhì)量，然后按浴比1∶40進(jìn)行酒精萃取，溫度55～60 ℃，時(shí)間60 min,然后對(duì)萃取后的羊毛清洗烘干，稱(chēng)量。

殘脂率=(洗后羊毛質(zhì)量-萃取羊毛質(zhì)量)/洗后羊毛質(zhì)量×100%

1.3.3羊毛纖維強(qiáng)度的測(cè)定

用單纖維強(qiáng)力機(jī)對(duì)羊毛進(jìn)行強(qiáng)力測(cè)定，根據(jù)操作流程，首先打開(kāi)機(jī)器，打開(kāi)電腦軟件進(jìn)入測(cè)量步驟根據(jù)說(shuō)明逐步操作，準(zhǔn)備就緒后，用夾子把羊毛加在強(qiáng)力機(jī)上進(jìn)行測(cè)量。羊毛單纖維電子強(qiáng)力測(cè)試，根據(jù)使用說(shuō)明和步驟進(jìn)行測(cè)試。

降強(qiáng)率=(處理前羊毛強(qiáng)力-處理后羊毛強(qiáng)力)/處理前羊毛強(qiáng)力×100%

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

羊毛浸濕是羊毛洗毛的首要步驟。羊毛經(jīng)浸潤(rùn)后,水分子在土雜表面的吸附增加了土雜的自身質(zhì)量,同時(shí)降低土雜與纖維表面其它污染物之間的黏附力,促使土雜易于去除[6]。隨后是羊毛洗滌,主要針對(duì)羊毛中含有的蛋白類(lèi)污染物和油脂，主要是與羊毛的鱗片層，羊毛中的羊脂，羊毛中的羊汗溶于水在浸濕槽就可以去除。在羊毛洗滌槽中把殘余洗劑和酶去除。最后對(duì)羊毛進(jìn)行烘干，稱(chēng)量，測(cè)量羊毛的各項(xiàng)指標(biāo)。

2.1 酶1398用量對(duì)羊毛品質(zhì)的影響

羊毛洗毛過(guò)程中，在一定范圍內(nèi)增加酶用量可以提高羊毛的白度，并且對(duì)其強(qiáng)力影響不大，若酶用量過(guò)大則會(huì)破壞羊毛表面結(jié)構(gòu)，引起纖維損傷[7]。

為探討不同用量下酶對(duì)羊毛污染物的催化情況，1398酶用量變化對(duì)羊毛品質(zhì)的影響如表1所示。

表1 1398酶用量變化對(duì)羊毛品質(zhì)的影響

由表1可以看出：隨著蛋白酶用量的增加，白度增長(zhǎng)率的變化趨勢(shì)是先增加后逐漸趨向平穩(wěn)，當(dāng)酶用量在0.4%～0.8%(owf)時(shí)，白度增長(zhǎng)率平穩(wěn)過(guò)度到穩(wěn)定值。

羊毛的降強(qiáng)率變化趨勢(shì)隨著酶1398用量的變大不斷增加，當(dāng)酶用量在0.8%(owf)之前時(shí)，降強(qiáng)率比較穩(wěn)定，當(dāng)用量超過(guò)0.8%(owf)后羊毛的降強(qiáng)率變化速率變大。這是因?yàn)榈鞍酌钙茐牧搜蛎砻娼Y(jié)構(gòu)所致，使部分蛋白質(zhì)分子鏈被降解損傷，強(qiáng)力下降[8]。

所以中性蛋白酶1398用量在0.4%～0.8%(owf)時(shí)處理的羊毛白度增長(zhǎng)率最大為25.3%，但是對(duì)羊毛強(qiáng)度影響不大，降強(qiáng)率為6.4%。

2.2 酶1398與洗劑601T復(fù)合對(duì)羊毛品質(zhì)的影響

在確定酶1398處理羊毛的最佳用量區(qū)間在0.4%～0.8%(owf)時(shí)，將酶1398與洗劑601T復(fù)合處理羊毛，酶與洗劑601T復(fù)合作用對(duì)羊毛品質(zhì)的影響如表2所示。

表2 酶與洗劑601T復(fù)合作用對(duì)羊毛品質(zhì)的影響

由表2可以看出：羊毛的白度增長(zhǎng)率隨著復(fù)合處理中酶1398用量的增加不斷變大。雖然白度增長(zhǎng)率的變化速率不大，但是要比同樣用量下的酶1398單獨(dú)處理羊毛白度增長(zhǎng)率平均值高5.0%。

經(jīng)過(guò)復(fù)配的處理羊毛的降強(qiáng)率整體變化趨勢(shì)在不斷升高。雖然變化率不大但是要比酶1398單獨(dú)處理羊毛時(shí)降強(qiáng)率平均值低1.6%。通過(guò)對(duì)比酶1398單獨(dú)處理羊毛結(jié)果發(fā)現(xiàn)，酶1398與洗劑601T復(fù)合處理羊毛效果要比酶1398單獨(dú)處理羊毛的效果好。

2.3 溫度對(duì)酶1398活性的影響

本文實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變酶洗槽溫度，用洗劑和酶復(fù)合作用，檢測(cè)羊毛的白度和纖維斷裂強(qiáng)度，溫度變化對(duì)羊毛白度與強(qiáng)度的影響如表3所示。

由表3可以看出：羊毛的白度增長(zhǎng)率隨溫度的升高先增大后減小，降強(qiáng)率先降低后增加并且在45～50 ℃之間羊毛的白度增長(zhǎng)率與降強(qiáng)率處于最佳范圍，平均值分別為30.43%與8.91%。說(shuō)明酶的催化反應(yīng)速率受溫度的影響較大[9]，在有效作用溫度范圍內(nèi)，酶的活性隨溫度上升而增加，但是在超過(guò)最適溫度之后，隨著溫度的升高，酶逐漸失去活性[10]。

表3 溫度變化對(duì)羊毛白度與強(qiáng)度的影響

2.4 pH值對(duì)酶1398活性的影響

酶的活性很大程度上受環(huán)境因素制約，如在不同的pH值條件下酶的活性各不相同。本文實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變酶洗槽的pH值與洗劑601T復(fù)合作用，觀(guān)察羊毛的白度和強(qiáng)度。pH值變化對(duì)羊毛白度與強(qiáng)度的影響如表4所示。

表4 pH值變化對(duì)羊毛白度與強(qiáng)度的影響

由表4可以看出：隨著pH值的增大，羊毛的白度增長(zhǎng)率先增大后降低，降強(qiáng)率先減小后增大。而在pH值7.0～7.5之間平均白度增長(zhǎng)率最大為30.52%，降強(qiáng)率最小為8.49%，證明在此pH值下羊毛損傷最小，若加大pH值至8后，羊毛受損程度大，強(qiáng)度下降率4.31%～5.57%。

3 結(jié) 論

①羊毛洗毛工藝中蛋白酶1398處理羊毛的最佳用量在0.4%～0.8%(owf)，可以顯著提高羊毛的白度并且對(duì)羊毛的強(qiáng)力影響不大。

② 酶1398與洗劑601T復(fù)配處理羊毛使羊毛的白度與強(qiáng)度要比同用量下酶1398單獨(dú)處理羊毛要高。

③ 酶1398羊毛洗毛的最佳溫度在45～50 ℃，在該溫度下中性蛋白酶1398的活性最高并且處理的羊毛白度及強(qiáng)度最佳。其最佳pH值在7.0～7.5，在此pH值區(qū)間內(nèi)，中性蛋白酶1398的活性最高并且羊毛洗毛效果最好。

④ 用酶對(duì)纖維處理時(shí)，由于酶向纖維內(nèi)部擴(kuò)散會(huì)引起角質(zhì)層及皮質(zhì)層大分子蛋白質(zhì)水解，造成纖維強(qiáng)力損傷。除溫度外pH值對(duì)酶也有很大的影響，在適應(yīng)區(qū)間中酶的活性增強(qiáng)，但是在超過(guò)最適區(qū)間，酶的活力降低，對(duì)纖維的催化作用降低，因此應(yīng)嚴(yán)格控制酶處理的條件。