（纺织工程专业论文）超声波对纺织品生物酶处理工艺的影响研究.pdf

趟声波对纺织品生物酶处理t 艺的蟛响究 中文提复 中文提要 超声波应用于纺织品湿加工的研究源于二十世纪上叶，研究结果表明，超声波 技术作为一种清洁生产技术，应用于纺织品湿加工，能大大提高处理效率、缩短工 艺流程、减少能源的消耗和污水的排放等这些也一是纺织科技工作人员一直努力 研究的方向。 本文将超声波应用于生物酶处理工艺，研究了它对工艺过程的影响，与未使用 超声波时的工艺进行比较，得出了超声波对纺织品生物酶处理工艺具有促进作用的 结论，并对可能机理进行了探讨，具体工作如下： ( 1 ) 借助超声波预处理和未经超声波预处理淀粉酶活力测定结果的比较。以 及在超声波条件下和常规条件下淀粉酶活力测定结果的比较，对超声波促进淀粉酶 退浆工艺的可能机理进行了探讨：同时分析了超声波条件下影响淀粉酶活力的因 素。 ( 2 ) 在超声波条件下采用蛋白酶d b 一8 8 处理羊毛和羊毛织物，试验确定了最 佳处理工艺条件：酶5 ，处理时州6 0 m i n ，处理温度5 0 ，浴比l ：4 0 ：并将在此 条件下处理的羊毛纤维和羊毛织物与在常规条件下酶处理的羊毛纤维和羊毛织物 比较，结果表明：在超声波条件下酶处理的羊毛纤维或织物，防毡缩性能提高，手 感较好，处理时问大大缩短，染色性能改善，但强度并没有降低。 ( 3 ) 提出了一种活性染料染色织物超声波辅助酶沈的方法，试验确定了最佳 的工艺条件：温度5 0 、酶的浓度0 1 5 9 l 、浴比l ：2 0 、处理时间8 m i n ：并在此 工艺条件下与常规皂沈、酶洗工艺进行比较，试验结果表明，超声波辅助酶洗工艺 可以减少酶的用量、提高织物的色牢度、简化酶沈工艺和缩短工艺流程，同时拓宽 了酶沈工艺的适用范围。 ( 4 ) 将超声波技术应用到棉织物热水退浆、碱退浆和淀粉酶退浆工艺中去， 测定了超声波条件下三种退浆工艺退浆后织物的淀粉退浆率、p v a 退浆率，并与常 规条件下三种退浆工艺进行比较，结果表明，超声波对淀粉酶退浆工艺的的促进作 用较明显，而对热水退浆和碱退浆工艺影响较小。确定了超声波条件下淀粉酶退浆 工艺的最优条件：酶的用量为5 9 ! 。，温度5 0 c ，处理时删为1 0 m i n 。 关键词：超声波；酶；退浆：羊毛：活性染料 作者：王菊萍 指导教师：陈字岳 超声波对纺织品生物酶处理丁岂的彬响究 a b s t r a c i a b s t r a c t s i n c et h ep r i m a r yo ft h e2 0 t h ，t h eu l t r a s o n i ch a sb e e na p p l i e dt ot h et e x t i l ew e t t i n g t r e a t m e n t t h er e s u l to ft h i ss t u d yd e c l a r e dt h a tt h eu l t r a s o n i ci sac l e a nt e c h n o l o g ya n di t c a nh i g h l yi m p r o v et h ee f f i c i e n t ，a l l e v i a t et h ew a t e rp o l l u t i o n ，c u td o w nt h et r e a t m e n t p r o c e s sa n dt h ec o s to ft h ee n e r g y a l lt h i si st h eo b j e c tt h a ta l lt e x t i l er e s e a r c h e r sa r e w o r k i n gh a r df o r i n t h i sp a p e r , u l t r a s o n i cw a sa p p l i e dt ot h ee n z y m e st r e a t m e n tp r o c e s s ，i t se f f e c tt o t h ep r o c e s sw a ss t u d i e d c o m p a r e dw i t ht h en o r m a lp r o c e s sw i t h o u tu l t r a s o n i c ，w ec a n c o n c l u d e dt h a tu l t r a s o n i cc a na d v a n c e dt h et e x t i l ee n z y m e st r e a t m e n tp r o c e s s ，t h e m e c h a n i co ft h eu l t r a s o n i ci n t h i sp r o c e s sw a sa l s os t u d i e d a l lt h er e s e a r c hc a r lb e d e t a i l e da s ： ( 1 ) r e l i a n c eo nt h ec o m p a r i s o no ft h ea m y l a s e sa c t i v i t yb e t w e e nt h o s ep r e t r e a t e d u n d e ru l t r a s o n i ca n dt h o s en op r e t r e a t e d ，a n dt h ec o m p a r i s o no ft h ea m y l a s e sa c t i v i t y b e t w e e nt h o s ed e t e c t e du n d e rt h eu l t r a s o n i ca n du n d e rn o r m a lc o n d i t i o n s ，t h ep o s s i b l e m e c h a n i s mt h a tu l t r a s o n i cc a ni m p r o v et h es p e e do fd e s i z i n gw i t ha m y l a s ew a sd i s c u s s e d a n dt h ef a c t o r st h a tm a yi n f l u e n c et h ea m y l a s e sa c t i v i t yu n d e ru l t r a s o n i cw e r ea l s o d i s c u s s e d ( 2 ) aw a yt ot r e a tw o o la n dw o o lf a b r i cw i t hp r o t e a s ed b 一8 8u n d e rt h eu l t r a s o n i c w a sp r o m p t e d t h ei d e a lc o n d i t i o nd e t e r m i n e dw i t hs o m ee x p e r i m e n t a t i o n s ：p r o t e a s e5 ， t i m e6 0 m i n t e m p e r a t u r e5 0 c ，l i q u o rr a t i o1 ：4 0 ：c o m p a r e dw i t ht h o s et r e a t e dw i t ht h e n o r m a lw a y , t h es h r i n kr e s i s t a n tp r o p e r t yo ft h ew o o la n dt h ew o o lf a b r i ct r e a t e du n d e r t h eu l t r a s o n i cw e r ei m p r o v e d ，i t sd y e i n gr a t ea n ds t i f fh a n d l ew e r ea l s oi m p r o v e d ，t h e t i m ew e r ec u td o w n ，b u tt h ei n t e n s i t yw e r en o tr e d u c e d ( 3 ) aa f t e r t r e a t m e n t sw a yw i t he n z y m eu n d e rt h eu l t r a s o n i ct ot h o s ed y e df a b r i c w i t hr e a c t i v e d y e s w a s p r o m p t e d ，t h e i d e a lc o n d i t i o nd e t e r m i n e dw i t hs o m e e x p e r j m e n l a t i o n s ：t e m p e r a t u r e5 0 c ，e n z y m e0 15 9 l ，l i q u o rr a t i o1 ：2 0 ，t i m e8 m i n ； c o m p a r e dw i t hn o r m a la f l e r t r e a t m e n t sw i t hs o a pa n de n z y m e ，t h ea f l e r t r e a t m e n t sw i t h e n z y m eu n d e rt h eu l t r a s o n i cc a nc u td o w nt h ed o s a g eo ft h ee n z y m e ，i m p r o v et h ed y e 超声波对纺织品生物酶处理t 岂的影响i f 究 a b s t r a c t f a s t n e s s ，s i m p l i f yt h ea f t e r t r e a t m e n t sw i t he n z y m e ，a n de x t e n dt h er a n g et oa p p l yt h e e n z y m e w a s h i n g ( 4 ) a p p l i e dt h eu l t r a s o n i cw a v et ot h ed e s i z i n go ft h ec o t t o nf a b r i cw i t hh o tw a t e r , a l k a l ia n da m y l a s e s ，d e t e c t e dt h es t a r c hd e s i z i n gp e r c e n t a g ea n dp o l y ( v i n y l ) a l c o h o l d e s i z i n gp e r c e n t a g eo ft h ec o t t o nf a b r i cd e s i z e du n d e rt h eu l t r a s o n i cw a v ea n dc o m p a r e d w i t ht h o s ed e s i z e du n d e rn o r m a lc o n d i t i o n s ，t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h eu l t r a s o n i cw a v e h a v eo b v i o u se f f e c t st ot h ed e s i z i n gw i t ha m y l a s e sa n dh a v el i t t l ed f f e c tt ot h ed e s i z i n g w i t hh o tw a t e ra n da l k a l i t h eo p t i m i z e d e s i z i n gc o n d i t i o n sw i t ha m y l a s e su n d e r u l t r a s o n i cw a v ew e r ea l s oc o n f i r m e d ：a m y l a s e s5 9 l ，t e m p e r a t u r e5 0 c ，t i m e1 0 1 5 m i n k e y w o r d s ：u l t r a s o n i c ；e n z y m e s ；d e s i z i n g ；w o o l ；r e a c t i v ed y e s w r i t t e nb yw a n gj u p i n g s u p e r v i s e db yp r o f c h e ny u y u e 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独刨性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书面使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名：镒 旦期：瑚6 r 、f p 学位论文使用授权声瞬 苏州大学、中国科学技术倍息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容稀纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被鸯阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公谁( 包括嗣登) 授权苏州大学学位办办理； 研究生签名： 导师签名： 日期：五6 r 、i - 日期：j ! 堕量! 二 超声波对纺织品生物酶处耻t 艺的影响研究 第一常绪高 第一章绪言 1 1 超声波的概念 超声波指的是频率在2 1 0 。一2 1 0 。h z 的声波，是高于f 常人类听觉范围的弹 性机械振动。超声波与电磁波相似，可以被聚焦，反射和折射，其不同之处在于前 者传播时需要弹性介质，而光波和其他类型的电磁辐射则可以自由地通过真空。众 所周知，超声波在介质中主要产生- , e e 形式的机械振荡，即横向振荡( 横波) 和纵 向振荡( 纵波) ，而超声波在液体介质中只能以纵波的方式进行传播。由于超声波 频率高，波长短，因而在传播过程中具有定向性好、能量大、穿透力强等许多特性 h i 超声波在液体介质中以纵波的方式传播，从而产生交变的压缩相和稀疏相，在 声波的压缩相内，分子的平均距离减小，而在稀疏相内，分子的平均距离增大，倘 在声波足够强时，液体所受到的相应负压力也加强，分子间的平均距离就会增大到 超过极限距离，从而破坏液体结构的完整性，导致出现空穴。在相继而来的声波正 压相内，另外一些空穴泡将完全崩溃，进而产生空穴效应，即声空化。在其周期 性振荡或崩裂过程中，会产生短暂的局部高温、高压、加热和冷却的速率大于 1 0 l o k s ，并产生强电场，从而引发许多力学、热学、化学、生物等效应”1 。1 8 9 5 年，t h o r m y c r o f t 和b a r n a b y 观察到潜水螺浆凹陷被侵蚀时发表了第一个关于空化 的报告；1 9 1 7 年，r a y l e i g h 发表了题为液体中球形空腔崩溃时产生的压力的 著名研究论文，对空化现象的理论研究做出了重大的突破，为半个多世纪以来一切 有关空化理论的研究奠定了基础。s u s l i c k 等人测得：空化可使气相反应区的温度 达到5 2 0 0 k 左右，液相反应区的有效温度达到1 9 0 0 k 左右，局部压力在5 0 m p 。温 度变化率可达1 0 “k s ，并伴有强烈的冲击波和时速达4 0 0 k m 的微射流，从而引发许 多力学、热学、化学、生物等效应。 声空化是一个及其复杂的物理现象，直到目前，人们对空化现象的认识还有待 于进一步完善。但可以肯定的是超声波空化作用的强弱与声学参数以及液体的物理 化学性质有关，并有如下规律。“：黏滞系数越大，空穴效应越难产生：表面张力系 数越大，空阀值越大，空穴越难于产生，但崩溃时产生的温度和压力越高；蒸汽压 高，空穴效应减弱，崩溃时的温度和压力较小：温度越高，蒸汽压增大，空化效应 减弱；超声波的频率越高，越不易产生空穴效应：超声波强度增加，对于一般液体， 赳声波对纺织品生物酶处理丁艺的影响研究 第一章绪言 空化强度增大，但达到定值后，空化趋于饱和，再增加强度会降低空化强度；就 液体中含气的种类和数量而言，单原子比双原子的气体更易产生空穴效应，溶解性 小的气体会产生更强的空化效应：环境压力越高，难以产生空穴效应。 由于超声波具有独特的特点，无二次污染、设备简单、应用面广，受到人们越 来越多的关注。目前超声波的研究己涉及到化学、化工、能源、医学、机械、食品 以及纺织品的湿加工等各个领域”1 。 1 2 生物酶技术在纺织工业中的应用进展 1 2 1 生物酶的概念 酶是一种生物催化剂，是由生命体产生的，它是一种具有催化作用的特殊蛋白 质。酶的这种独特的催化作用，在工业、医学、农业等各个领域都具有重大的实际 意义。它的高效率，专一性，不需要高温、高压、强酸和强碱的作用条件，不但对 普通的化学催化反应是一个飞跃，而且对其它领域也有十分重要的利用价值。可以 获得低消耗、高产率、高质量和一些特殊功能的效果。目前，应用于纺织品湿加工 的生物酶主要有：纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、糖化酶、果胶酶和过氧化氢酶等天 然纤维用酶。r 本和欧美的一些学者对合成纤维用酶制剂也进行了探索，并取得了 一定的成效“1 ”1 。 1 2 2 生物酶在纺织工业中的应用 目前发现的酶品种通常认为已达三四千种，然而实际得到应用丌发的酶制剂只 有1 5 0 多种，得到工业化应用的仅有5 0 6 0 种，而得到大量制造与丌发的还仅限 于淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖异构酶、果胶酶、脂肪酶、纤维素酶等l o 多个品种。 酶在纺织中的应用在我国具有悠久的历史。3 0 0 0 多年前，我国就已经出现麻类以微 生物发酵进行麻纤维生产的沤渍脱胶法和用于真丝脱胶的真丝“水涑”法。酶得到 工业化的应用约始于十九世纪五十年代，最初使用麦芽提取物除去织物上的淀粉浆 料；1 9 0 0 年，德国的d i a m a n 公司应用退浆酶进行退浆；1 9 1 9 年r a p i d a s e s 酶进入 市场，这种酶可使水溶液中的淀粉液化：之后，随着酶的生物工程的进步，它们的 适用性有了明显的提高，可以在不同温度、p h 值和电解质浓度下起高效的催化作用。 近年来，随着人们环保意识的加强对纺织品的要求也越来越倾向于“绿色环保” 产品，这为酶的研究使用提供了更加广阔的发展空问。酶是天然蛋白质产品，它们 容易完全生物降解，不会污染环境，且用酶处理的纺织品可以产生许多特殊的功能。 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、整理和洗 赳声波对纺织品生物酶处理- t 芝的影响研究第一章绪言 净加工、纺织印染的废水处理以及服装的成衣加工方面得到应用3 。 1 3 超声波在纺织品酶处理工艺中的应用 随着当今世界科学技术的同新月异，学科之间的相互渗透也同益频繁，超声波 技术以其方便、迅速、有效、安全的特点，被人们成功地运用于纺织品的湿加工中， 和酶一起共同作用，可以提高纺织品的各种性能及加快处理过程。例如各种纺织材 料的退浆和漂白、纺织纤维和纱线的煮练、纺织品的染色和后加工整理等。总之， 从解决环境污染、降低能源消耗、丌发新型高质量的产品等角度来考虑，超声波在 纺织加工中的应用将有良好的发展前途和广阔的应用前景。 国外在上世纪3 0 一4 0 年代就已经将超声波技术应用于纺织品的湿加工。1 9 6 2 年， 瑞典1 w a s a k i 等研究了超声波对单根木浆纤维的作用，发现超声波具有机械打浆的 作用：v a l u 等人在其关于织物超声波退浆的研究中也发现化学药剂和能量的节约现 象，且可降低环境污染，处理后纺织品的白度和润湿性甚至有所提高；而按照 t h a k a n e 等人的介绍，超声波应用于染色是最为有利的“”。使用超声波后，不仅染 色加工中所需的热量与化学品可以减少，而且提高了上染百分率、增大了扩散系数、 降低了活化能：s a f o n o v 将2 0 k h z 频率的超声波用于双氧水漂白棉织物，得到白度 增加而漂白时间减少的结论：许多研究发现，适当强度超声处理可促进酶的生物催 化活性“”1 。目前国内科研工作者对于超声波在纺织品酶处理工艺中的应用也有 一定的研究。7 。2 “，高树珍等研究了超声波在还原染料染色中的应用和在直接染料染 亚麻纱中的应用，得出了采用超声波染色，可以提高直接染料在亚麻纱上的上染百 分率，加快上染速率，降低染料上染活化能：同时保证甚至提高了产品质量。将超 声波应用于酶退浆，可以实现低温短时间的酶退浆工艺，提高纯棉织物的退浆率， 同时织物性能也有所改善。研究超声波在酶退浆中的应用，但超声波促进酶反应的 机理研究较少，超声波技术在纺织品酶处理工艺中的应用仍有许多领域未见研究报 道，为此本课题主要研究了如下内容： ( 1 ) 超声波对淀粉酶退浆工艺影响机理 ( 2 ) 超声波蛋白酶d b 一8 8 处理羊毛工艺的研究 ( 3 ) 活性染料染色织物超声波酶洗工艺 ( 4 ) 超声波在棉织物退浆工艺中的适用性研究 超声波对纺织品生物酶处理t 艺的彬响究 第一帚超声波对淀粉酶j 且浆t 艺影响目l 理 第二章超声波对淀粉酶退浆工艺影响机理 随着清洁生产技术的研究与推广，超声波技术在纺织品前处理工艺中的应用研 究已引起了广泛的关注，研究结果表明超声波能提高前处理效果、缩短工艺流程、 减少污水的排放等”1 。”1 。由于超声波的强度受介质温度的影响极大，在5 0 。c 水中发 生的空化效应最大，而纺织品生物酶处理工艺中的应用也一般在5 0 。c 左右，因此超 声波技术在纺织品生物酶处理工艺中的应用具有潜在的可能性。一些研究结果已证 实，超声波技术对生物酶处理工艺具有明显的促进作用”，但超声波对生物酶处 理工艺促进作用的机理尚不明确。 本文采用淀粉酶活力测定的方法，对经过超声波预处理的淀粉酶和未经超声波 预处理的淀粉酶活力测定结果进行了比较：同时对酶解反应过程置于超声波条件下 和常规条件下淀粉酶活力测定结果进行了比较，由此探讨了超声波对淀粉酶退浆工 艺促进作用的机理。在此基础上，对超声波条件下影响淀粉酶活力的因素进行了分 析。同时采用d n s 法测定了不同条件下棉织物淀粉酶退浆后残液中还原糖浓度的大 小，进步验证了超声波对淀粉酶退浆工艺促进作用的影响机理。 2 1 试验材料与仪器 2 1 1 实验材料 1 4 5 1 4 5 棉坯御：o 一淀粉酶( 液状) ：可溶性淀粉、碘、碘化钭、磷酸氢二钠、 柠檬酸、盐酸、草酸钠等，均为分析纯。 2 1 2 仪器 s g t 2 8 3 0 0 型超声波仪( 江苏张家港声达超声电气有限公司) ：g k c 一2 1 c r 6 型六 i l 数显电热恒温水浴锅：7 2 2 型可见分光光度计：p h s 一3 c 酸度计：j y 2 0 0 4 电子分析 天平。 2 2 试验方法 2 2 1 淀粉酶活力的测定 ( 1 ) 待测酶液的准备 用分析天平准确称取酶粉1 2 克( 或吸取发酵滤液1 0 0 毫升) ，先用少量的磷 酸缓冲液( 或蒸馏水) 溶解，并用玻璃搅拌棒捣研，将上述清液小心倒入容量瓶中， 沉渣部分再加入少量的磷酸缓冲液( 或蒸馏水) ，如此捣研3 - 4 次，最后全部移入 容量瓶中，用缓冲液( 或蒸馏水) 定容至刻度，摇匀，用滤纸过滤，滤液供测定用。 超声波对纺织品生物酶处理工艺的影响研究 第二帚超声波对淀粉酶退浆t 艺影响机理 ( 2 ) 碘原液的配制 称取碘1 1 克，碘化钾2 2 克，加蒸馏水溶解，定容至5 0 0 毫升。 ( 3 ) 标准稀碘液的配制 量取稀碘原液1 5 毫升，加碘化钾8 克，定容至5 0 0 毫升。 ( 4 ) 2 淀粉溶液的配制 称取2 克绝干可溶性淀粉溶液，先以少许蒸馏水混合，再徐徐倾入煮沸蒸馏水 中，继续煮沸2 分钟，冷却，加蒸馏水定容至1 0 0 毫升，使用时配置。 ( 5 ) p h 值6 0 磷酸氢二钠柠檬酸缓冲溶液的配制 称取磷酸氢二钠2 2 6 1 6 克，柠檬酸4 0 3 4 克加蒸馏水定容至5 0 0 毫升。 准确吸取2 0 毫升2 可溶性淀粉溶液“，置于5 0 m l 烧杯中，加入5 m l p h 6 0 磷 酸氢二钠一柠檬酸缓冲溶液，摇匀，于5 0 - t - 0 2 c 水浴预热5 分钟，准确加入l m l 稀 释酶液，立即计时，摇匀，于5 0 c 水浴准确保温酶解反应5 分钟，立即取出l 毫升 反应液，置于含o 5 毫升0 1 m o l l 盐酸溶液中终止酶解反应。加入5 毫升稀碘液， 摇匀，以稀碘液为空白，i c m 比色皿，6 6 0 n m 波长下测吸光度( a ) ，根据( 2 3 1 ) 经验公式计算淀粉酶活力。 2 2 2 棉织物淀粉酶退浆工艺 工艺条件： 草酸钠 6 9 l 一淀粉酶3 9 1 浴比 1 ：3 0 时间45min 温度 5 0 2 2 3 棉织物退浆残液中还原糖浓度d n s 法的测定 ( 1 ) d n s 试剂的配制汹1 称取苯酚6 9 9 ，溶于1 5 2 m l l 0 n a o h 溶液中，用蒸馏水稀释至6 9 m l ，然 后d n a 6 9 9 亚硫酸氢钠； 称取d n s 8 8 9 ，充分溶解于8 8 0 m l 蒸馏水中； 称取酒石酸钾钠2 2 5 9 ，充分溶解于3 0 0 m l l 0 n a o h 溶液后，加入至溶液 中： 将与溶液混合，即为黄色d n s 试剂，贮存于小口棕色瓶中，在室温下 趋声波对纺织品生物酶处理t 岂的彤响研究 第二章超声波对淀粉酶退浆丁艺影响机理 放置7 1 0 天后使用，有效期一年。 ( 2 ) p h = 4 5 醋酸，醋酸钠缓冲溶液的配制 称取醋酸钠1 6 3 3 6 9 用蒸馏水溶解并稀释至3 0 0 m l ： 称取醋酸1 4 4 9 用蒸馏水溶解并稀释至6 0 0 m l ： 将与混合搅匀，即为p h 4 5 的醋酸醋酸钠缓冲溶液。 取棉织物退浆残液i m l ，加入i m i d n s 试剂，再在沸水中显色5 m i n ，取出后立 即冷却，放入2 0 m i 蒸馏水，在5 4 0 n m 处测定其吸光度a 值。由于吸光度a 值的大 小能说明残液中还原糖的浓度的大小。因此在一定程度上也说明了棉织物的退浆 效果。 2 3 结果与讨论 2 3 i 淀粉酶活力测定经验公式和稀释倍数的确定 将原淀粉酶液分别稀释到2 5 0 4 0 0 倍，各取稀释淀粉酶液l m l 按( 2 2 1 ) 方 法测定。测定结果如表2 一l 。 表2 - 1 稀释倍数与吸光度a 的关系 2 0 02 2 0 2 4 0 2 6 02 8 03 0 0 3 2 0 3 4 0 3 6 0 3 8 04 0 04 2 04 4 0 稀释倍数n | 璺| 2 1 稀释倍数与l g ( a ) 、测试酶液浓度的关系 a 一稀释倍数与k ( a ) 芙系；b 一稀释倍数与测试酶液浓度芙系 趟声波对纺织品生物酶处理t 岂的蟛响f l j f 究 第一二帝超声波对淀粉酶退浆t 艺影响机理 根据文献“”可知，l g ( a ) 和稀释倍数成线性关系，如图2 一l 所示，计算可得线性 方程： l g ( a ) 一1 9 3 1 4 + 0 0 0 4 9 3 n 根据白磁板法标准色在6 6 0 n m 处的吸光度值a 为0 3 0 0 ，可以推得当稀释倍数为 2 8 5 7 倍时酶解5 m i n 后，吸光度值为0 3 0 0 ，再按照文献。”1 可以计算原淀粉酶的活力 为2 2 8 5 6 u m l 。 同理，l g ( a ) 和测试酶液浓度成线性关系，经作图可得线性方程： l g ( a ) = 1 1 9 9 6 0 0 2 1 2 3 c 定义1 毫升酶液( 或l 克固体酶粉) 在p h 6 0 温度5 0 。c ，i m i n 液化可溶性淀粉l m g 所需的酶量称为一个酶活力单位，以u m l 表示，则可得淀粉酶活力测定经验公式： 酶活力单位= _ 等一 为了保证测定结果的准确性，应控制稀释酶液中酶活力为6 0 1 0 0 单位为宣脚1 ， 因此本试验中将原酶液稀释3 0 0 倍备用。 2 3 2 超声波预处理对淀粉酶活力的影响 分别取稀释酶液1 0 毫升分别放入5 0 。c 的水浴锅中和5 0 。c 的超声波水浴中，预处 理1 5 m i n 后取出。按( 2 2 1 ) 测定两种方法预处理后淀粉酶的活力，每种方法分别 测定5 次，其结果记录如表2 2 。 表2 - 2 超声波预处理对酶活力的影响 一 淀粉酶活力 】2345爿 ( u m 1 ) 水浴保温0 5 0 30 5 0 90 5 1 005 0 70 5 0 30 5 0 62 1 1 3 2 超声波预处理0 3 6 80 3 6 20 3 4 20 3 7 2 0 3 8 8 0 3 6 6 2 3 1 1 9 由表2 2 可知，淀粉酶在超声波中预处理1 5 m i n 后，其活力较水浴锅中保温1 5 m i n 后有9 4 的提高。 2 3 3 超声波条件下酶解对淀粉酶活力的影响 分别取l o 个烧杯，按( 2 2 1 ) 加入可溶性淀粉溶液、缓冲液和稀释淀粉酶液l m l ， 计时摇匀，将其中5 个烧杯放入5 0 c 水浴锅中酶解5 m i n ，另# 1 - 5 个烧杯放入5 0 的超 声波中酶解5 m i n ，然后继续按( 2 2 1 ) 操作步骤，分别测定吸光度值。测定结果记 录如表2 3 。 超声波对纺织品生物酶处理工艺的彬响研究笫二章超声波对淀粉酶退浆丁艺影响机理 表2 3 超声波条什f 酶解对淀粉酶活力的影响 一 12345爿淀粉酶活力( u m 1 ) 水浴中酶解 0 5 3 80 5 3 30 5 1 90 5 6 30 5 4 l0 5 3 92 0 7 4 4 超声波中酶解 0 2 5 30 2 5 80 2 8 80 2 2 00 2 7 50 2 5 92 5 2 4 2 从表3 可知，在超声波条件下发生酶解反应，淀粉酶活力测定结果比常规方法提 高了近2 1 7 ，这一结果与超声波预处理后淀粉酶活力的提高相比较，提高程度更明 显。 据此可以推断，超声波对淀粉酶退浆工艺的促进作用的机理至少有两个方面： 一方面是在超声波条件下，淀粉酶本身的活力得到提高，增强了淀粉酶的退浆作用； 另一方面则在于超声波、酶分子和织物相互之间的其它物理和化学作用“”。 2 3 4 超声波条件下提高淀粉酶活力的影响因素分析 2 3 4 1p h 值对超声波预处理淀粉酶活力的影响 分别配制p h 值为5 o 、5 5 、6 0 、6 5 、7 0 的磷酸氢二钠一柠檬酸缓冲溶液，只改 变缓冲体系，其余按( 2 3 2 ) 试验，比较在不同p h 值条件下超声波预处理对淀粉酶 活力测定结果的影响，测定结果记录如表2 4 。 表2 4p h 值对超卢波预处理淀粉酶活力测定结果的影响 p h 值 测定结果、 5 05 56 06 57 0 水浴保 a0 2 3 80 3 0 10 5 3 7 0 7 2 41 5 9 9 淀粉酶活力( u m 1 ) 2 5 7 6 l2 4 3 2 02 0 7 6 7 1 8 9 3 41 4 0 7 1 超声波 a0 1 1 9 0 2 2 l0 3 4 80 3 9 20 6 8 9 预处理 淀粉酶活力( u m 1 ) 3 0 0 1 52 6 2 1 6 2 3 4 2 92 2 6 9 91 9 2 3 8 超声波对纺织品生物酶处理丁岂的影响研究 第二章超声波对淀粉酶退浆t 岂影响机理 d h 图2 2p h 值对超声波预处理淀粉酶活力测定结果的影响曲线 ( a 一超声波预处理：b 一水浴保温) 根据表2 4 结果得到图2 2p h 值对超声波预处理淀粉酶活力测定结果的影响曲 线，可见超声波预处理和仅在水浴锅保温处理的淀粉酶其活力测定结果都随p h 值的 降低而逐渐增大，这与酸性条件有利于淀粉的降解有关。另外经超声波预处理的淀 粉酶其活力高于在水浴锅保温处理的淀粉酶活力，这一结果与( 2 3 2 ) 的结论是一致 的。考虑到淀粉酶的退浆工艺一般都在p h 6 o 左右，因此本文其它的试验都采用p h 6 0 的缓冲体系。 2 3 4 2 超声波预处理时间对淀粉酶活力的影响 取1 0 0 m l 稀释酶液放在5 0 的超声波中处理，分别处理5 m i n 、1 0 m i n 、1 5 m i n 、2 0 m i n 和2 5 m i n 后各吸取酶液1 0 m l ，迅速测定其淀粉酶的活力，每个测4 次，取平均值计算 其淀粉酶活力，结果记录见表2 - 5 。 表2 - 5 处理时间对超声波预处理淀粉酶活力的影响 处理时间5 m i n 1 0 m i n1 5 m i n2 0 m i n2 5 m i n 吸光度a0 5 4 00 4 6 80 3 7 803 7 30 3 6 6 淀粉酶活力( u m 1 )2 0 7 3 3 2 1 6 1 12 2 9 2 2 2 3 0 0 42 3 1 2 0 渤 | 拗 猢 i山，n)云蜒硅n 超声波对纺织品生物酶处理工艺的影响研究 第二章超声波对淀粉酶退浆丁岂影响机理 。 耋 、， 冬 疑 塞 时阃( m i n ) 图2 - 3 超声波预处理时间对淀粉酶活力的影响曲线 根据表2 - 5 数据得处理时间对超声波预处理淀粉酶活力的影响曲线如图2 3 所 示，可见在超声波预处理淀粉酶时，其活力随着处理时问的延长逐渐提高，但在1 5 m i n 后其活力提高幅度明显减慢，这说明若要采用超声波激活淀粉酶，也与处理时间有 关，一般处理时问在1 5 m i n 左右为宜。 2 3 4 3 超声波预处理温度对淀粉酶活力的影响 取5 份l o m l 稀释酶液，分别在4 5 。c 、5 0 、5 5 、6 0 。c 、6 5 。c 时超声波处理1 5 m i n 后取出。同上按( 2 2 1 ) 测定不同温度预处理后淀粉酶的活力，每个温度测定4 次 取平均值，测定结果如表2 6 ，并作超声波预处理温度对淀粉酶活力的影响曲线如图 2 4 。 宅 言 童 避 萋 4 55 05 56 0 6 5 颅处理温度( ) 图2 4 超声波预处理温度对淀粉酶活力的影响曲线 | 耄 姗 伽 咖 一 一 一 舢 咖 一 | 耄 一 超声波对纺织品生物酶处理t 岂的彬l 向究 第- 二幸超声波对淀粉酶退浆t 艺影响扫【理 表2 6 超声波预处理温度对淀粉酶活力的影响 由图2 4 可知，当温度较f l a i l 较高时超声波对淀粉酶激活效果都没有5 0 。c 来得 好，且高于5 0 时温度越高淀粉酶活力测定结果越小。这可能原因有二个方面，一 是超声波本身5 0 时其作用效果较好“3 3 ，二是温度太低淀粉酶的活力本身较低，而 温度偏高淀粉酶的活力可能会有所损伤。因此本文的其它试验均采用温度为5 0 。 2 3 4 4 超声波活化后淀粉酶活力与放置时间的关系 取5 0 m l 稀释淀粉酶液在5 0 的超声波中预处理1 5 m i n 后取出，放置一定时间后测 定淀粉酶的活力，结果记录与计算如表2 7 ，并得超声波活化后淀粉酶失活曲线如图 2 5 。 表2 7 超声波活化后淀粉酶活力与放置时间的关系 幽2 5 超声波活化后淀粉酶火活曲线 啪 啪 啪 持 孔 让 毛，n)|o蜒淀盎螋 超声波对纺织品生物酶处理丁岂的影响研究 第二帝赳声波对淀粉酶堰浆t 艺影晌帆理 从上图可以看出，经超声波预处理的淀粉酶活力随着放置时间的延长而逐渐减 小，直至恢复到未经处理时的状态。该试验结果表明，在超声波作用下淀粉酶的活 力确实得到了提高，但离开超声波后，其活力会逐渐下降。 2 3 5 不同条件下淀粉酶退浆速率的比较 取四个烧杯并编号，分别加入按( 2 2 2 ) 配制好的淀粉酶退浆液将1 、2 二个烧 杯放入5 0 的超声波中预处理1 5 m i n ，3 、4 二个烧杯放在5 0 的水浴锅中保温1 5 m i n 。 然后分别加入2 克的棉坏布进行退浆试验，其中1 、3 2 个烧杯放在5 0 的水浴锅中进 行退浆，2 、4 烧杯放在5 0 的超声波进行退浆试验。在退浆过程中，每隔一定时间 在每个烧杯中取出i m l 反应残液，测定残液中还原糖浓度的变化。由于测定吸光度值 直接反映了残液中还原糖的浓度，也直接反映了淀粉酶退浆的速率，因此以退浆时 间和测定吸光度值作图来表示淀粉酶的退浆速率，结果如图2 6 所示。 蚓0 3 2 蠢”e 05 1 0 1 52 0 z 03 0) 34 0 退浆时间t ( r a i n ) 图2 - 6 不同条件f 淀粉酶退浆速率曲线( i 、2 、3 、4 对应于四个烧杯号) 从图2 - 6 可以看出，1 、2 二个烧杯中经过超声波预处理的淀粉酶退浆速率较3 、4 二个烧杯中的退浆速率在开始阶段明显要快得多，这结果与( 2 3 2 ) 的结论是相 一致的。其中在超声波中进行退浆的2 号烧杯比在水浴锅中的l 号烧杯退浆速率略快 一些；而在超声波中进行退浆的4 号烧杯和在水浴锅中的3 号烧杯中淀粉酶的退浆速 率相比，虽然一丌始的时候速率是相当，但在超声波中的4 号烧杯中淀粉酶退浆速率 迅速上升，这一结果清楚地说明了超声波对淀粉酶退浆工艺的促进作用。 2 4 小结 将超声波运用到淀粉酶退浆工艺中，能明显加快退浆速率。超声波对淀粉酶退 超声波对纺织品生物酶处理丁岂的影响研究 第二章超声波对淀粉酶退浆t 艺影响机理 浆工艺促进作用的机理至少包括二个方面： ( 1 ) 淀粉酶在超声波作用下，其本身活力得到提高； ( 2 ) 由于超声波、酶分子和织物相互之间的其它物理和化学作用，即包括：( a ) 超声波增加淀粉酶分子通过液体界面层向纤维表面的扩散速度，在界面层淀粉酶的 浓度是关键因素，它制约整个反应的速率：( b ) 超声波加速除去反应区域内的淀粉酶 的水解产物，提高反应速率：( c ) 超声波有利于淀粉酶分子进入纤维内部从而使纤 维素纤维的酶处理更加均匀：( d ) 超声波可排除纤维毛细管中以及纤维交叉处和溶液 中的空气，并通过空穴除去，从而有利于淀粉酶分子向纤维内部渗透，使反应更加 均匀。 另外在p h 6 0 ，淀粉酶在5 0 。c 超声波条件下处理1 5 m i n ，淀粉酶的活力有明显的 提高。但离开了超声波后其活力就会逐渐下降。 超声波对纺织品生物酶处理t 艺的彬响研究 第三章超声波，盘 j 酶d b 一8 8 处理羊毛t 岂的f i j f 究 第三章超声波蛋白酶d b 8 8 处理羊毛工艺的研究 近年来，随着羊毛织物向着轻薄型、高档型和舒适化、内衣化方向的发展，羊 毛衣物的洗涤变得必不可少，而人们对服装的护理又越来越要求方便化，如：希望 服用后常需沈涤的衣物要机可洗、洗涤后不毡缩、免烫、手感柔软、抗起球等。全 羊毛衣物要达到以上这些要求，则要通过羊毛的“丝光”，即防毡缩整理来实现。羊 毛的丝光通常有四种方法。( 1 ) 氯化法，是羊毛防毡缩处理的传统方法，但这种方 法易使纤维受损、手感粗糙、色泽泛黄，尤其是存在有机卤化物a o x i j l 起的严重环境 问题；( 2 ) 聚合物法，这种单独处理羊毛的缺点是手感不够理想，处理效果有时不 稳定，只能适用于轧染工艺等：( 3 ) 氧化一聚合物法，是针对单独聚合物法效果不 好的情况而改进的一种方法，其处理效果己得到认可，但此法也会造成严重的环境 污染；( 4 ) 蛋白酶处理法o ”1 ，它是有利于环境保护的“清洁”加工方法，选用适当 的蛋白酶使羊毛鳞片层蛋白质分解，降低羊毛纤维的定向摩擦效应，使羊毛的毡缩 性降低，能获得一定的防毡缩效果，而酶本身也是蛋白质，可被生物降解，对环境 没有危害，酶催化作用条件又相当温和，有利于节能， 所以用酶来处理羊毛是一种 更可取的方式。 蛋白酶在羊毛防毡缩上的应用研究也已相当广泛，但能够真正实现产业化的应 用还为数极少，这主要是因为酶处理羊毛通常在比较温和的条件下进行，作用不够 强烈，对鳞片层的破坏作用较缓和，应用于实际生产则生产效率低下。最近的很多 研究表明。“”3 ，超声波技术在纺织品前处理的应用能提高处理效果、缩短工艺流程， 因此本文将超声波技术应用到羊毛的酶处理工艺，使超声波和酶协同作用，以期达 到较佳的处理效果。 3 1 实验材料与仪器 3 1 i 实验材料 羊毛毛条及羊毛织物；蛋白酶d b 一8 8 ( 张家港澳洋毛业有限公司提供) ； 弱酸艳 蓝r a n ：元明粉、小苏打、焦亚硫酸钠( 工业品) ：钼酸钠、钨酸钠、磷酸氢二钠、磷 酸二氢钠、乳酸、乳酸钠、碳酸钠、盐酸、氢氧化钠、三氯醋酸、磷酸、硼砂、酪 氨酸、干酪素，冰醋酸，均为分析纯。 超声波对纺织品生物酶处理丁艺的影响研究第三章超声波，蚩 堕q 璺二塑些些堇墨王兰! 型塑 3 1 2 仪器 s g t 2 8 3 0 0 型超声波仪( 江苏张家港声达超声电气有限公司) ；g k c 一2 1 c r 6 型六孔 数显电热恒温水浴锅：7 2 2 可见分光光度计：p h s 一3 c 酸度计；7 9 1 型磁力加热搅拌仪； j y 2 0 0 2 电子天平：y