蛋白酶对羊毛的改性.ppt

蛋白酶对羊毛的改性,作者：王江波 指导教师：刘建勇 董永春,主要内容,一 酶在纺织工业中的应用 1. 酶制剂在工业中的应用 2. 酶在纺织工业中的应用 二 蛋白酶的应用 1. 羊毛和蛋白酶简述 2. 蛋白酶对羊毛的减量 3. 蛋白酶处理后羊毛织物的防毡缩性能 4. 羊毛经蛋白酶处理后的低温染色性能,一 酶在纺织工业中的应用,1 酶制剂在工业中的应用 a 、目前发现的酶已达三四千种，大量的酶没有被人们认识，所以酶资源的开发潜力很大。然而目前实际得到应用开发的酶制剂只有150多种，得到工业化应用的仅有5060种。 b、得到大量应用与开发应用的仅限于淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、葡萄糖异构酶、脂肪酶、纤维素酶等10多个品种。,c 、得到大量应用的，其中60为蛋白酶，用于制造加酶洗涤剂及乳酪、啤酒、制革等；约30 为糖酶，主要用于淀粉加工、酿造、纺织品退浆、果蔬加工和乳品加工等。 d 、目前世界上主要的酶生产国是丹麦和荷兰。主要的酶制剂公司有丹麦Novozymes和美国Genencor Inter 。,e、我国工业酶制剂起步于上世纪九十年代中期 ，我国的酶制剂生产和世界先进水平有一定差距，近年来，我国酶制剂生产企业占出口总量约30%。 f、目前酶制剂品种远远不能满足工业需要，酶制剂工业不断推出新型、复合、高活力和高纯度特殊酶制剂。,2 酶在纺织工业中的应用,酶在纺织中的应用在我国具有悠久的历史。在3000多年前已经出现麻类以微生物发酵进行麻纤维生产的沤渍脱胶法。 目前纺织用酶工艺已经在纤维的改性和原麻的脱胶；染整的退浆、精练、整理和净洗加工；纺织印染废水的处理以及服装的成衣加工方面得到应用或在开发之中。,在纺织工业中，酶被关注的主要原因有： （1）酶生产的成本日益降低，品种日益增多，性能越来越稳定，为在纺织中应用提供可能性。 （2）酶是天然化合物，反应专一，副产物少，有利于环保。 （3）酶加工使纤维制品提高了附加值。,生物酶的应用已经和超临界CO2 染色、低温等离子处理、数码喷印技术并称目前纺织工艺应用的四大发展方向。,二 蛋白酶应用,1. 羊毛和蛋白酶简述 蛋白酶是水解肽键的一种酶。按来源可以分为动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。 羊毛的主要成分是蛋白质和类脂，分别占97和1以上。 蛋白酶对羊毛的减量作用已得到肯定，并对羊毛的防毡缩、低温染色、抗起毛起球和柔软整理等方面有良好作用。,羊毛鳞片结构,CMC结构,CMC结构由细胞膜和球状蛋白(也称胶粘剂)组成，以网状结构存在于整个羊毛细胞中，是羊毛内部唯一连续的组织，对羊毛机械性能起着至关重要的作用。,2. 蛋白酶对羊毛的减量,a 氧化预处理 氧化预处理是酶对羊毛的减量处理的必要步骤。羊毛经过预处理后，蛋白酶才能对羊毛又较大的减量。 预处理对羊毛蛋白酶减量的影响,羊毛鳞片表层化学结构模型,类脂层其整齐致密的结构使蛋白酶无法攻击类脂层下的蛋白层，因而预处理使类脂的长碳链去除，为蛋白酶攻击鳞片表层蛋白提供了一个必要条件。,b 酶减量剥离模式 酶减量剥离模式是指羊毛在蛋白酶的作用下，通过蛋白酶对羊毛CMC球状蛋白的水解，使羊毛细胞剥离纤维主体的减量模式。 这种模式物理减量是主要的。处理液中有大量的羊毛细胞，有时还会留下主要由鳞片表层组成的管状套体。,造成这种减量模式的实质是蛋白酶对羊毛角质细胞的水解速度大大低于对球状蛋白的水解速度或蛋白酶根本不能水解羊毛角质细胞蛋白造成的。,b 酶减量的水解模式 主要是蛋白酶对羊毛的减量是通过化学水解达到。 和剥离模式相比，水解模式要求蛋白酶对通常的化学惰性结构鳞片表层蛋白或细胞膜蛋白能以较快的速度水解，也可和球状蛋白基本相近的速度水解。 目前发现，植物蛋白酶存在水解模式的减量模式。水解模式将使蛋白酶的作用集中在羊毛表面，不存在“烂芯”现象，所以羊毛机械性能损失小。,图为SZ植物蛋白酶处理后羊毛的表面形态，(a)为部分鳞片被酶水解的情况，(b)为鳞片被均匀水解的情况。,减少羊毛纤维的直径，提高羊毛的品质，是羊毛蛋白酶改性一个非常诱人的前景。 若以剥离模式对羊毛进行减量，羊毛强度损失大。 若以水解模式减量，虽然羊毛减量可以集中在羊毛的表面，羊毛强度损失小，但为了保持处理后纤维机械性能，鳞片一般不能完全去除，因而直径的变化很有限。 虽然羊毛细化有很大前景，但目前还没有有效的处理方法。,羊毛蛋白酶减量细化的研究（东华大学） 细度与减量率的关系 蛋白酶对羊毛纤维催化降解的反应是一个复杂的多相反应体系。细度与减量率不是一个线性关系。 第一，羊毛纤维对蛋白酶的吸附不均匀。第二，羊毛纤维表面存在结构疏松区和无定形区，蛋白酶很容易从这些部位进入羊毛纤维内部催化反应，这也会造成蛋白酶对羊毛纤维催化降解的不均匀。,羊毛纤维的细度与减量率没有良好的线性关系。 用于羊毛细化的方法很多，各种方法的基本原则是在保证羊毛的强力和弹性损伤不大的前提下，使羊毛鳞片层变薄甚至脱落，实现羊毛直径下降。,3 蛋白酶处理后羊毛织物的防毡缩性能,酶对羊毛的水解减量首先要求蛋白酶必须对羊毛的鳞片表层蛋白有水解作用。 由于微生物和动物产生蛋白酶是为了满足生命活动的需要对细胞膜没有作用是基本要求，因而，目前的微生物和动物蛋白酶不能水解羊毛的鳞片表层。 植物蛋白酶的产生环境并没有细胞膜的存在，没有对细胞膜蛋白不能水解的生化要求。因而在植物蛋白酶中寻找和开发羊毛防毡绢蛋白酶有可能是一个行之有效的方法。,羊毛的鳞片层约为羊毛总量的10、因而6.5的减量是一个非常有意思的数据，它相当于使羊毛鳞片的23被水解，这是鳞片减量的黄金分割比例。 羊毛的鳞片被完全水解对羊毛机械性能的保持是不利的，因为皮质层如果没有鳞片层的约束在水中的溶胀将很大，湿处理将使处理织物受到极大的损伤。,木瓜蛋白酶体系改善羊毛织物的防缩（河北科技大学 姚继明） 采用过氧化氢进行预处理，用木瓜蛋白酶在5O、pH值为7的条件下处理羊毛织物60min。可以使织物白度大幅提升50120，在干湿强力损失小于5的情况下，缩水率小于1。,4 羊毛经蛋白酶处理后的低温染色性能,对未经化学处理的羊毛进行染色时，染料将沿着鳞片CMC和皮质CMC向内扩散，然后染料分别从各自所处的CMC位置向羊毛细胞(鳞片、皮质)扩散，以达到染色的目的。,水解减量模式对低温染色性能的改善更明显。这是因为水解减量模式的减量主要集中在鳞片上，这样蛋白酶处理就有可能在羊毛的鳞片外层形成染料扩散的通道。 剥离减量模式的水解减量主要集中在CMC处，球状蛋白的去除同样对染料