（纺织工程专业论文）羊毛角蛋白酶蛋白酶一浴法防毡缩整理.pdf

摘要 摘要 羊毛织物作为一种高档纺织面料，由于其丰满、挺括、保暖性好等特点，长期受到 人们青睐。但特殊的鳞片结构使其极易发生毡缩，并给染色、整理等纺织加工带来困难。 蛋白酶作用于羊毛纤维，能催化肽键水解，被认为是替代传统的氯化一树脂防毡缩整理 工艺的最具潜力的方法。但羊毛鳞片外层由胱氨酸含量极高的角蛋白构成，蛋白酶对其 没有降解作用，因此必须对羊毛进行氧化或还原等预处理，存在环境污染问题。 角蛋白酶是专一性降解角蛋白的一类蛋白酶，由真菌、放线菌或细菌等多种微生物 产生，对毛、发、羽、鳞、甲等含角蛋白底物具有降解作用，在饲料、医药、食品、制 革等领域应用广泛。 本文采用一株枯草芽孢杆菌( 砌c f 刀淞s “6 脚括) 产角蛋白酶和蛋白酶一浴法处理羊 毛，通过毡缩率、减量率、强力、染色性能、织物风格、抗起毛起球性、白度等指标考 察两种酶协同作用对羊毛防毡缩以及其他性能的影响，并结合蛋白多肽释放速率曲线、 a l l w 6 r d e n 反应、s e m 、红外光谱、氨基酸分析等手段，对一浴法的协同效应对羊毛的 作用机理做了初步研究，并针对一浴法强力损伤过大的缺点，采用m t g 修复强力损伤。 试验结果表明：与羊毛未处理样以及单独酶处理样相比，经角蛋白酶和蛋白酶一浴 法处理后的羊毛织物毡缩率明显降低，可达到机可洗的要求，上染速率提高，白度增加， 抗起毛起球性能提高，但织物的减量率较大，强力下降，染色朋值降低。 水解液中蛋白多肽浓度变化显示一浴法能有效提高蛋白多肽的释放速率，并且蛋白 酶对角蛋白酶的结构稳定性没有明显影响；羊毛a l l 、6 r d e n 现象和润湿性测试结果表明 鳞片表层类脂已基本去除；s e m 结果显示羊毛鳞片已基本剥离；红外光谱数据显示， 一浴法能将鳞片层胱氨酸氧化成磺基丙氨酸；氨基酸分析结果表明，处理后羊毛的大部 分氨基酸含量下降。说明角蛋白酶能促进蛋白酶对羊毛鳞片的降解，两者一浴法的协同 作用能有效去除羊毛鳞片，对羊毛具有明显的改性作用。 采用m t g 能有效修复一浴法的强力损伤，并使织物毡缩率进一步下降，润湿性、 染色性能进一步改善。 关键词：角蛋白酶：蛋白酶；羊毛；防毡缩 a b s t r a c t a b s t r a c t w b o lf a b r i ca sah i g h - g r a d et e x t i l em a t e r i a lb e c a u s eo fi t sf e a t u r e s ，s u c ha sp l u m p ，c r i s p a n dw a h n ，w a sl o n gf a v o r e db yp e o p l e h o w e v e r ，i tc a ne a s i l yb e c o m ef e l t i n gd u et oi t s s p e c i a l s c a l es t m c t u r e ，a i l dl e a dt od i m c u l td y e i n ga n df i n i s h i n gf o rt e x t i l ep r o c e s s i n g p r o t e a s ea c t i n go nw 0 0 1f i b e r ，c a nc a t a l y z et h eh y d r 0 1 y s i so ft h ep e p t i d eb o n d ，i sc o n s i d e r e dt o b et h em o s tp r o m i s i n gp r o c e s sw h i c hc a nr e p l a c et h et r a d i t i o n a lc h l o r i n a t i o n r e s i n a n t i - s 1 1 r i n k a g ef i n i s h i n gp r o c e s s h o w e v e r ，t h eo u t e rs c a l e so fw o o lc o n s i s to fm a n yk e r a t i n s c o n t a i n i n gh i g ha m o u n to fc y s t i l l e s ，a n dt h e r ei s n od e g r a d a t i o nf r o mp r o t e a s e ，s oi ti s n e c e s s a uf o ro x i d a t i o no rr e d u c t i o np r e t r e a t m e n to fw 0 0 1 ，w h i c hl e a d st oe n v i r o m e n t a l p o l l u t i o n k e r a t i n a s ei sak i n do fp r o t e a s eh a v i n gs p e c i f i cd e g r a d a t i o na b i l i t yt ok e r a t i n i tc o u l db e p r o d u c t e df r o mf u n g i s ，a c t i n o m y c e t e ，b a c t e r i a so ro t h e rm i c r o o r g a j l i s m s ，a n dc a nd e g r a d e k e r a t i ns u b s t r a t e s ，s u c ha sa i l i m a lh a i r ，p e r s o nh a i r ，f - e a t h e r ，s c a l e sa n dn a i l s t h e r e f o r e ，i ti s w i d e l yu s e di nt h ef e e d ，m e d i c i n e ，f o o d ，l e a t h e ra n do t h e r6 e l d s an o v e lk e r a t i n a s ef r o mb 口c f ，“sj “6 f f 胁w i t hp r o t e a s ew a su s e dt ot r e a tw o o lf a b r i c si n ab a t hi n t h i sp a p e r t h es y n e r g i s t i ce f f e c to ft h et w oe n z y m e sa n da n t i f e l t i n gp r o p e r t ya n d o t h e rp r o p e n i e so fw o o lw e r es t u d i e da c c o r d i n gt of e l t i n gs h r i n k a g e ，w e i 曲t1 0 s s ，s t r e n 昏h ， d y e i n gp r o p e r t i e s ，f ；山r i cs t y l e ，a n t i f h z z i n ga n dp i l l i n g ，w h i t e n e s sa n ds oo n c o m b i n i n gw i t h p o l y p e p t i d er e l e a s er a t ec u r v e ，w o o la l l w 6 r d e np h e n o m e n o n ，s e m ，i n f a r e ds p e c t m ma j l d 锄i n oa c i da n a l y s i s ，ap r e l i m i n a 叫s t u d yo nt h em e c h a n i s mo ft h i ss y n e r g i s t i ce 舵c to f o n e - b a t hp r o c e s so nt h ew 0 0 1 m t gw a su s e dt or e p a i rt h es t r e n g t hd a m a g eo fw 0 0 1i nv i e w o ft h ed i s a d v a n t a g et h a tt h e r ea r et o om u c hs t r e n 舀hl o s sa r e ro n e - b a t ht r e a t m e n t e x p e r i m e m a lr e s u l t ss h o w e dt h a t ，c o m p a r e dw i t hs p e c i m e n su n t r e a t e do ro n l yt r e a t e db y i n d i v i d u a le n z y m e ，t h ef e l t i n gs h r i n k a g eo fw o o lf a b r i ct r e a t e dw i t hk e r a t i n a s ea n dp r o t e a s ei n ab a t hd m p p e ds i g n i f i c a n t l y ，w h i c hh a dr e a c h e dm a c h i n ew a s h a b l er e q u i r e m e n t s ，a n dd y e i n g r a t e ，w h i t e n e s s ，a n t i 一如z z i n ga 1 1 dp i l l i n gp e r f o n t l a n c ei n c r e a s e d ，b u tt h ef a b r i cw e i g h tl o s sw a s l a 玛e r ，s t r e n g t ha n d 点：俘r e d u c e d u vs p e c t n no ft h eh y d r o l y t es o l u t i o ns h o w e dt h a to n e - b a t hp r o c e s sc o u l de f r e c t i v e l y i m p r o v et h ep o l y p e p t i d er e l e a s er a t e ，a n dp r o t e a s eh a dn oo b v i o u se f r e c to nt h es t r u c t u r a l s t a b i l i t yo fk e r a t i n a s e w o o la l l w 6 r d e np h e n o m e n aa 1 1 dw e t t i n gt e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tt h e l i p i do ns c a l e sh a db e e nb a s i c a l l yr e m o v e d t h er e s u l to fs e m s h o w e dt h a tw o o ls c a l e sh a d b e e nb a s i c a l l ys t r i p p e d i n f r a r e ds p e c t r u ma n a l y s i si n d i c a t e dt h a to n e 七a t hp r o c e s sc o u l d o x i d i z ec y s t i n et oc y s t e i ca c i d a m i n oa c i da n a l y s i ss h o w e dt h a tt h em a jo r i t yo ft h ea m i n o a c i dc o n t e n to fw o o ld e c r e a s e da r e rn e a t l n e n t t h e s er e s u l t si n d i c a t e dt h a tk e r a t i n a s ec o u l d p r o m o t ep r o t e a s et od e g r a d ew o o ls c a l e s ，a n dt h es y n e r g i s t i ce f r e c to ft h et 、oe n z y m e sw a s a b l et or e m o v ew o o ls c a l e se 日e c t i v e l y ，a sw e l la sas i g n i f i c a n tm o d i n c a t i o no nw 0 0 1 m t gc o u l dr e p a i rs t r e n g t hl o s so ft h ew o o lf a b r i ca r e ro n e _ b a t ht r e a t m e n t ，a n dg a v ea f u r t h e rd e c l i n ei nf e l t i n gs 1 1 r i n k a g eo ff a b r i c ，a l s ol e tw e t t a b i l i t ya n dd y e i n gp e r f o 肌a n c eb e 如n h e ri m p r o v e d k e y w o r d s ：k e r a t i n a s e ；p r o t e a s e ；w o o l ；a n t i - f e l t i n g 目录 目录 摘要 a b s t r a c t 第一章绪论 1 1 羊毛的组成结构及其毡缩性能 1 1 1 羊毛的组成 1 1 2 羊毛的鳞片结构 1 1 3 羊毛皮质层结构 1 1 4 羊毛c m c 结构 1 1 5 羊毛的毡缩机理 1 2 羊毛防毡缩整理的原理及方法 1 2 1 羊毛防毡缩原理 1 2 2 减法防毡缩方法 1 2 3 加法防毡缩方法 1 3 角蛋白酶6 1 3 1 角蛋白酶分类6 1 3 2 角蛋白酶降解角蛋白机理：6 1 4 谷氨酰胺转胺酶7 1 4 1 谷氨酰胺转胺酶简介7 童。 1 4 2 谷氨酰胺转胺酶在纺织中的应用8 1 5 研究的目的、意义及内容8 1 5 1 研究的目的、意义：8 1 5 2 研究的主要内容9 第二章试验材料、仪器和方法1 0 2 1 试验材料及试剂1 0 2 2 试验仪器10 2 3 试验方法及工艺1 1 2 - 3 1 角蛋白酶处理1 1 2 3 2 蛋白酶处理。1 1 2 3 3 角蛋白酶+ 蛋白酶一浴法处理1 1 2 3 4m t g 处理1 1 2 3 5 染色工艺。1 2 2 3 6 羊毛角蛋白溶液的制备1 2 2 4 性能测试方法1 2 2 4 1 角蛋白酶活力1 2 2 4 2 织物毡缩率1 2 2 4 3 织物减量率1 3 翻 。矧 鲴 2 4 1 6 织物润湿接触角测试1 5 2 4 1 7 水滴润湿时间测试1 5 2 4 1 8f t i r - a t r 分析1 5 2 4 19 氨基酸分析15 第三章不同酶处理工艺对羊毛防毡缩整理效果的影晌1 6 3 1 单独酶处理及复合酶处理后羊毛防毡缩效果比较1 6 3 2 角蛋白酶与蛋白酶一浴法对羊毛防毡缩影响因素分析1 7 3 2 1 角蛋白酶用量对一浴法羊毛防毡缩效果的影响17 3 2 2 处理时间对一浴法羊毛防毡缩效果的影响1 7 3 3 不同酶处理工艺下羊毛减量率对防毡缩效果的影响1 8 3 4 不同酶处理工艺对羊毛强力的影响1 9 3 5 不同工艺处理后羊毛的碱溶解度2 0 3 6 本章小结2 1 第四章不同酶处理工艺对羊毛其他性能的影响2 2 4 1 不同酶处理工艺对羊毛染色性能的影响2 2 4 1 1 不同酶处理工艺对羊毛上染百分率和表面深度的影响2 2 4 1 2 不同酶处理工艺对羊毛染色牢度的影响2 3 4 2 不同酶处理工艺对织物风格的影响2 4 4 2 1 不同酶处理工艺对羊毛弯曲特性的影响2 5 4 2 2 不同酶处理工艺对羊毛压缩特性的影响2 5 4 3 不同酶处理工艺对羊毛织物起毛起球性的影响2 6 4 4 不同酶处理工艺对羊毛白度和色度的影响2 7 4 5 本章小结2 7 第五章不同酶处理工艺对羊毛作用机理探讨2 9 5 1 不同酶处理工艺对蛋白多肽释放速率的影响2 9 目录 5 2 角蛋白酶+ 蛋白酶一浴法降解羊毛处理液观察3 0 5 3 不同酶处理工艺对织物润湿性的影响31 5 4 不同工艺处理后羊毛的a l l w 6 r d e n 现象3 1 5 5 不同工艺处理后羊毛的s e m 分析3 3 5 6 不同工艺处理后羊毛表面红外光谱3 4 5 7 不同酶处理工艺对羊毛氨基酸含量的影响3 5 5 8 阳离子染料佐证角蛋白酶处理后羊毛表面电荷性3 6 5 9 本章小结3 7 第六章m t g 修复强力损伤及对羊毛其他性能的影响。3 9 6 1m t g 对一浴法处理后羊毛强力的修复3 9 6 2m t g 对羊毛防毡缩性能的影响3 9 6 3m t g 对羊毛染色性能的影响4 0 6 4m t g 对羊毛白度的影响4 0 6 5m t g 对织物润湿性的影响4 0 6 6 本章小结4 1 第七章主要结论4 2 致j 射：4 3 参考文献4 4 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文4 9 罐 i i i 1 1 羊毛的组成结构及其毡缩性能 1 1 1 羊毛的组成 羊毛是由十几种a 氨基酸组成的天然蛋白质纤维，其中二氨基氨基酸( 精氨酸、赖 氨酸) 、二羧基氨基酸( 天门冬氨酸、谷氨酸) 和胱氨酸的含量很高。各种氨基酸按一 定顺序通过重复的聚酰胺键( 肽键) 连接成线型大分子，分子链之间通过胱氨酸二硫键、 肽键等价键和氢键、离子键及疏水键等相结合【6 】。 羊毛纤维由鳞片细胞、皮质细胞和细胞间复合物( c m c ) 三部分组成，每一部分都 有复杂的细微结构。其中，皮质细胞是羊毛纤维的主要成分，约占整个纤维的9 0 。鳞 片细胞位于纤维的最外层，并且包覆着整个皮质层，构成纤维的表面。而c m c 结构则 存在于羊毛细胞( 鳞片细胞和皮质细胞) 之间，在整个羊毛结构中成网状分布，是羊毛 细胞连接的桥梁。羊毛基本结构如图1 1 所示【_ 7 1 。 江南大学硕士学位论文 图l 一1 羊毛纤维的横截面结构 f i g 1 1c r o s s - s e c t i o nd i a g r a mo f aw o o lf i b e rs h o w i n gt h es t r u c t u r e 1 1 2 羊毛的鳞片结构 羊毛纤维的最外层是角质层( c u t i c l e ) 。角质层由角质化的扁平状角蛋白细胞( 鳞 片细胞) 依次叠盖组成，所以角质层又称为鳞片层。它决定着羊毛的许多主要性能，如 润湿性、触觉性和毡缩性等【引。鳞片层约占羊毛总量的1 0 ，由鳞片表层、鳞片外层和 鳞片内层组成，鳞片外层根据含硫量的不同又可分为鳞片外a 层和鳞片外b 层，如图 1 2 【9 】所示。 鳞豁搿熬 皮爱细稳屡 图1 2 羊毛鳞片层的结构 f i g 1 2t h es t r u c t u r eo fc u t i c l el a y e ro fw o o lf l b e r 鳞片表层( e p i c u t i c l e ) 位于鳞片层的最外面，厚度为3 6 n m ，约占纤维总量的0 1 。 它可能来源于未成熟角质细胞的原生膜，因此性质与一般细胞膜相似，能够抵抗酸、碱、 氧化剂以及酶的侵蚀，对纤维的表面性质产生重要影响【8 j 。它大约由四分之三的蛋白质 和四分之一的类脂物组成，其中蛋白质部分胱氨酸含量约1 2 ，甘氨酸、丝氨酸以及谷 氨酸和谷氨酰胺的含量也较高，类脂物部分厚度约为0 9 m 【l ，为脂肪酸混合物，主要 是1 8 甲基二十烷酸，并可能和蛋白质通过胱氨酸残基形成共价键结合，有人称之为f 层j 。脂肪酸的存在造成纤维表面的疏水性质，但它可以被纯碱溶液或酸性条件下氯的 水溶液去除，使得外表层的疏水性减小，羊毛的染料上染率和与其它聚合物的粘合性增 加。 2 第一章绪论 鳞片外层( e x o c u t i c l e ) 位于鳞片表层内侧，是一层较厚的角质化蛋白质，但在整 个羊毛鳞片中厚度分布并不均匀，约占整个鳞片层的6 0 ，占纤维总重的6 4 。它的 氨基酸残基含量相当丰富，是羊毛结构中含硫量最高的部位，其结构紧密难以膨化，有 保护毛干的作用。鳞片外a 层比鳞片外b 层更紧密，其胱氨酸残基含量高达3 5 ，即 肽链中每三个氨基酸残基中，就有一个胱氨酸残基。 鳞片内层( e n d c u t i c l e ) 位于鳞片外层和皮质层之间，由非角质化蛋白质组成，胱 氨酸交联密度较低，每三十三个氨基酸残基含有一个胱氨酸二硫键交联，其极性基团如 c o o h ，- n h 2 含量非常丰富，化学性质活泼【1 2 1 。低浓度的二硫交联和高含量的极性基 团不但使其易于被极性液体溶胀，而且比鳞片外层更易受到化学试剂或蛋白水解酶的攻 击。 1 1 3 羊毛皮质层结构 皮质层由平行于纤维轴的皮质细胞构成，是羊毛的主干部分，约占整个纤维的9 0 ， 决定纤维的物理、机械和化学性能。皮质细胞呈纺锤形，这是由于羊毛从毛囊伸出皮肤 的过程中受到抽长拉细作用而形成的特殊结构【1 3 】，其长约o 5 i l l i n ，粗约5 岫。皮质细胞 分为两种，即正皮质细胞和偏皮质细胞。它们分别位于纤维纵向的两侧，这种双侧结构 形成了纤维的天然卷曲，正皮质细胞总是位于卷曲的外侧，而偏皮质细胞则位于卷曲的 内侧。正皮质细胞中低硫量的蛋白质比例较高，而偏皮质细胞则含有较多的高硫量蛋白 质，因此正皮质层比偏皮质层更易于受到化学试剂作用。正皮质细胞较偏皮质细胞稍大， 它是由横向尺寸0 2 o 4 n m 的巨原纤组成，原纤之间有1 0 i l l 的隙缝，而巨原纤间存在有 1 0 0 1 1 m 左右的隙缝和孔洞。它的结晶区较小，吸湿能力高，化学性质活泼，对阳离子一( 盐 基) 类染料易于着色，耐酸能力强。偏皮质细胞则直接由原纤比较均匀地堆砌而成，其 中有1 0 眦左右的隙缝和孔洞，结晶区大，结构紧密，吸湿性较小，吸湿膨胀率较低，化 学性质较稳定，对酸性染料易于着色，抗酸能力较弱。 1 1 4 羊毛c m c 结构 羊毛的c m c 存在于每个鳞片细胞、皮质细胞以及鳞片细胞和皮质细胞之间。它在 羊毛的毛囊中形成，由活性细胞的细胞膜和细胞间质演化而来，因此和活性细胞膜的化 学结构相似。c m c 由类脂双分子层、球状蛋白层和位于球状蛋白和类脂层之间的耐化 学性质的纤状蛋白层组成【l o j 。实际上，鳞片表层的类脂结构和c m c 中的双分子类脂结 构极其相似，但只有双分子结构的一半；鳞片表层中的蛋白层和c m c 结构中的纤状蛋 白相似，具有较强的耐化学性。因此，羊毛的c m c 结构可以看成是由4 个鳞片表层结 构单元通过球状蛋白粘合而成的复合物。由于羊毛c m c 结构充斥在整个羊毛结构中， 它的存在与纤维耐磨性关系很大，染料和其他助剂一般都通过该层而进入到羊毛皮质层 中，进而对羊毛纤维发生作用【l4 1 ，所以在羊毛改性过程中，为了保持羊毛的机械性能在 一定的水平，必须对c m c 予以保护。尤其是在羊毛的生物酶防毡缩整理中，如何对羊 毛外部鳞片进行合理改性，又对内部c m c 予以适当的保护，已成为一个需要调和的主 要矛盾。 江南大学硕士学位论文 1 1 5 羊毛的毡缩机理 羊毛纤维表面包覆着一层如鱼鳞般重叠交盖的鳞片细胞，其自由端均指向毛尖，当 羊毛这种特殊结构的表面和其他表面接触时，沿羊毛纤维的纵向，自毛尖到毛根方向的 摩擦阻力要比自毛根向毛尖方向的大，前者为逆鳞片方向摩擦，对应的摩擦系数为逆鳞 片摩擦系数心，后者为顺鳞片方向摩擦，对应的摩擦系数为顺鳞片摩擦系数似。两者之 间的差异称为定向摩擦效应( d f e ，) 【6 j ，用公式表达为： i |1 i dfe = ! 鱼且1oo 。+ 。 定向摩擦效应是角质化蛋白纤维所特有的现象，是羊毛纤维发生毡缩的最根本原 因。若将羊毛纤维或织物给予一定的湿热或化学试剂作用，羊毛鳞片就会张开，如同时 加以反复摩擦挤压，则由于定向摩擦效应，纤维将会保持根部向前运动的方向性，导致 每根纤维都带着和它纠缠在一起的纤维沿一定方向缓缓蠕动，使得羊毛纤维啮合成毡， 羊毛织物收缩紧密，这一性质称为羊毛的缩绒性或毡缩性。定向摩擦效应的数值越大， 单向运动的倾向就愈大，羊毛的毡化收缩性就愈强，这一机理得到较为广泛的认刚1 0 】。 关于羊毛的毡缩机理，还有肖特( s h o i r t e r ) 机理、张力释放( r e l e a s e o f s t r a i n ) 机 理、弗拉纳根( f l a n a g a n ) 机理、林肯( l i l l l ( i n g ) 机理、斯皮克曼( s p e e k m a n ) 机理 等【1 5 。16 | ，还有一种“综合理论”认为：羊毛的鳞片层结构所导致的定向摩擦效应( d f e ) 是产生毡缩的制动因素，而羊毛高度的拉伸回复性则是动力因素，由于定向摩擦效应， 当一端向前移动到某一位置时，由于逆鳞片作用产生自锁，致使另一端因弹性回复而继 续向前移动，形成新的卷曲。在织物中，很多纤维纠缠在一起，不断的形变、位移、拉 伸、回复，影响其他纤维，整个纤维集合体就会紧密的缠绕纠结而发生毡缩现象。只要 这两种因素的其中一种被加强或削弱，就会使羊毛的毡缩现象强化或降低。由于人们在 研究毡缩时所使用的纤维集合体性质不同，如散纤维、纱线或织物等，以及测试方法不 同，因此得出的结论往往有差别，使得毡缩机理具有多样性，每一种机理在一定条件下 都是有效的，但由于羊毛结构的复杂性，它的毡缩可能是多种因素共同作用的结果，羊 毛的弹性，卷曲、鳞片表面的疏水性、纤维的溶胀性，以及纤维中的非角阮蛋白质的存 在等都可能对毡缩有影响【6 j 。 1 2 羊毛防毡缩整理的原理及方法 1 2 1 羊毛防毡缩原理 根据羊毛的毡缩机理，防毡缩整理的基本原理可以理解为通过各种物理、化学或者 生物等方法破坏羊毛纤维部分鳞片层的结构，使纤维之问的定向摩擦效应减小，或机械 的抑制毛纺织品中羊毛的相互运动，以达到控制羊毛纤维单向运动的作用，从而实现防 缩的目的。归纳起来有破坏羊毛的鳞片层和使聚合物( 如树脂) 沉积于纤维表面这两大 类【17 | ，即减法和加法防缩法。 第一章绪论 1 2 2 减法防毡缩方法 减法主要包括氯化和氧化法、蛋白酶法、低温等离子法等。 氯化和氧化法是剥除和破坏羊毛表面鳞片最直接的一种防缩方法，通常采用氧化剂 ( 高锰酸钾、双氧水、过一硫酸盐、二氯异氰尿酸的钠盐或钾盐和次氯酸等) 、碱剂或 氯化剂，使羊毛鳞片变质或损伤，改变顺、逆向摩擦系数，使羊毛失去缩绒性。蛋白酶 法主要是用生物酶对羊毛织物进行处理，使羊毛鳞片角质层降解，毛织物的防缩性能提 高。低温等离子体法是利用低温辐射中被高度激发的、不稳定的活性高能粒子对羊毛表 面进行改性，如刻蚀、引进含氧、氮的极性基团和接枝聚合等，使纤维表面微观粗糙程 度增加，定向摩擦效应降低，从而达到羊毛防毡缩的目的【1 8 。2 0 】。 1 2 3 加法防毡缩方法 加法主要包括树脂法、生物酶法和壳聚糖法等。 树脂法是指将一种高聚物树脂沉积在羊毛纤维的表面形成被覆效应，以改变纤维表 面的摩擦性能或减少纤维的位移从而达到防缩的目的。目前主要使用的树脂包括有机硅 树脂、聚酰胺和聚氨酯树脂等。此外还有二羟甲基二羟基乙烯树脂( d m d h e u ) 、二羟 甲基乙烯脲树脂( d m e u ) 、三羟甲基三聚氰胺树脂( t m t ) 、多羟甲基醚化三聚氰胺树 脂( 6 m d ) 等氨基树脂，这些树脂的防缩效果令人满意，但它们均含有甲醛，刺激性大、二： 生物降解性差。虽然已开发出低甲醛或无甲醛树脂，但产品风格、防缩效果以及经济性 都还有一定差距【2 l 】。 警 生物酶处理法是利用羊毛内部的有效官能团发生交联反应，实现羊毛内部或是纤维 一” 之间的交联作用，从而达到防缩的目的。有研究者用谷氨酰胺转胺酶处理羊毛织物，j 对 霉 防毡缩性有一定的效果【1 4 ，2 2 1 。虽然防毡缩效果不及蛋白酶，但它可以使受到化学试荆或 奄 蛋白酶损伤的羊毛纤维得到交联、修复，使其强力增强，这是该处理法的一大优势【2 弛4 1 。 壳聚糖是甲壳素的n 脱乙酰基的产物，一般而言，n 乙酰基脱去5 5 以上的就可 称为壳聚糖【2 引。它具有良好的生物相容性、可降解性以及高的吸湿性，并且无毒副作用。 壳聚糖防缩就是利用其对羊毛纤维的良好吸附性，通过处理使羊毛纤维表面吸附一定量 的壳聚糖，在羊毛鳞片的表层形成一层薄膜，从而阻止相邻纤维间的相互咬合，使纤维 定向摩擦效应减弱，同时壳聚糖还可填充在鳞片夹角内或某些损伤处，使鳞片相互隔离 而失去作用，从而降低顺逆摩擦系数，减小定向摩擦效应【引，并且定向摩擦效应随着壳 聚糖吸附量的增多而减小【2 6 1 ，最后达到防缩的目的。 在实验中，人们取长补短，常常采用两种或两种以上方法联合的工艺，以求达到最 佳效果。例如等离子体与壳聚糖、蛋白酶与壳聚糖、超声波与壳聚糖、等离子体与胶原 质树脂复合整理等都是先通过预处理方法将羊毛表面鳞片去除，再涂层以达到良好的防 缩效果【2 7 1 。 江南大学硕士学位论文 1 3 角蛋白酶 1 9 6 3 年n i c k e r s o n 【2 8 】等首次提出将具有分解角蛋白活性的酶称为角蛋白酶 ( k e r a t i n a s e ) 。角蛋白酶属于诱导型酶，需外源诱导物诱导而生，具有专一降解天然角 蛋白的功能，如毛、发、羽、鳞、甲等 2 9 3 1 】。不同微生物来源的角蛋白酶性质各异、应 用广泛，在饲料添加剂生产、医药、制革等方面显示了一定的应用价值，在肥料、食品、 洗涤剂等方面也有一定的研究和应用，近年来成为研究的热剧3 2 j 。 对于角蛋白酶的降解作用，国内外已有多名学者进行研究。k h a r d e n a v i s 等例用沙 雷氏菌培养的角蛋白酶降解家禽羽毛，5 天后羽毛能完全降解；d a r o i t 等【3 4 j 用亚马逊河 鲳鱼体内分离出的杆菌培养的角蛋白酶降解羽毛，4 8 小时即可基本降解羽毛；张奇等【3 5 】 将具有降解角蛋白能力的芽孢菌株接种到羊毛和鸡毛的混合培养基上，发现该菌株分泌 的角蛋白酶对羊毛具有较好的降解效果。 1 3 1 角蛋白酶分类 目前发现的角蛋白酶大多来自具有角蛋白降解能力的微生物，先后已发现5 0 余种 微生物具有降解角蛋白的能力，这些微生物包括细菌、放线菌和真菌等【3 6 37 1 ，它们能够 有效地降解自然界中存在的天然角蛋白。 ( 1 ) 细菌来源角蛋白酶 目前己经筛选和分离到很多能降解角蛋白的细菌，大多集中在芽抱杆菌属，包括短 小芽孢杆菌( 肋c f 刀“sp “聊f ，“s ) 、枯草芽孢杆菌( b 臼c f f ，淞s 砌脚螂) 、嗜碱芽孢杆菌( b a c f z ，“j 向以7 d 幽，口玎j ) 、地衣芽孢杆菌( b 臼c f ，姗，f c 托砌白，聊括) 等。其中研究最系统、最深入的是 由w i l l i 锄s 【3 8 】等在1 9 9 0 年分离的地衣芽抱杆菌( b 以c f 7 7 “s ，f 幽p 咖白r 聊括p w d 1 ) ，它能在 以羽毛为唯一的有机底物的培养条件下生长，具有较强的降解羽毛角蛋白的能力。 ( 2 ) 放线菌来源角蛋白酶 具有角蛋白降解能力的放线菌大都集中在链霉菌属，如弗氏链霉菌( & 即幻彬y c p s 以折口p ) 【3 9 】，密旋链霉菌( & 唧幻，缈c p sp 以c ，“聊) 【4 0 】，微白黄链霉菌( 勋印幻，砂c p s 口舾f 如加v “s ) 4 1 1 等。而高温放线菌属( 砀p r 聊d 以c 砌。聊y c p j ) 【4 2 1 和高温单孢菌 ( 砌p ，m o 口c f f ，? d m ) ，c p j 印) 1 4 3 j 则可以降解包括毛发、羊毛和羽毛在内的各种角蛋白底物。 ( 3 ) 真菌来源角蛋白酶 在众多微生物中，最早发现能降解角蛋白的就是真菌。w 打d 早在1 8 9 9 年就发现马 爪甲团囊菌( 魄胛a p g “f 船口) 。到目前为止，发现具有降解角蛋白能力的真菌有1 8 个 属【4 4 1 。但这些真菌大多属于皮肤真菌，存在致病性，因此没有太大的经济价值【3 6 】。 1 3 2 角蛋白酶降解角蛋白机理 角蛋白酶降解角蛋白是一个非常复杂的过程。角蛋白由最初的高级结构降解为次级 结构，最后到角蛋白分子的完全溶解存在着明显的差异，这一过程如何由微生物或角蛋 白酶主导并完成一直没有定论，目前关于角蛋白酶的作用机理主要有以下几种理论： ( 1 ) 物理压力理论 6 第一章绪论 物理压力理论认为角蛋白最初水解是因为真菌菌丝的压力作用。随着菌丝的生长和 延长，底物受到外来压力而可能有助于肽键切割活性位点的暴露，之后，结合角蛋白酶 的酶解作用对底物进行降解，菌丝生长和降解是偶联的过程。 ( 2 ) 膜电位理论 膜电位理论由b o c l 【l e 【4 5 】等提出，认为不溶性角蛋白的降解可能由细胞表面的膜结合 氧还原体系完成，或由分泌的可溶性还原成分完成。该理论认为角蛋白的降解可能伴随 着二硫键的还原或角蛋白表面结构的改变，而使角蛋白酶得以继续水解角蛋白。 ( 3 ) 无机变性理论 m a l v i y a 【4 6 】于1 9 9 2 年通过实验证实，直到半数以上的角蛋白被分解后，培养基中才 能检测到显著的角蛋白酶活力。对于真菌降解角蛋白的过程，可以假设为与来自菌丝体 的物理压力有关，而对于其它微生物降解角蛋白最初的无酶阶段，k u n e i r t 一7 j 提出了如下 的无机变性理论，即微生物分泌到培养基中的亚硫酸盐使底物的二硫键断裂，而硫解变 性的角蛋白进一步被细胞外蛋白酶降解。现在，在很多微生物最初的发酵液中可以检测 到两种多肽物质，一种含硫代半胱氨酸残基，另一种含有巯基，而且随着发酵时间的延 长，发酵液中的巯基化合物及亚硫酸盐的含量不断降低，取而代之的是硫酸盐。通过以 上实验结果可以分析得出，微生物细胞通过某种特殊的代谢方式首先分泌亚硫酸盐，亚 硫酸盐在中性或碱性条件下把胱氨酸切割为半胱氨酸和硫代半胱氨酸。半胱氨酸、亚硫 酸盐继而氧化为硫解最终产物，即硫酸盐【4 8 】。反应方程式如下： 一! c y s s s c y s + h s 0 3 。卜c y s s h + c y s s s 0 3 。 乎 ? ( 4 ) 复合酶理论 n i c k e r s o n 【2 8 】等早在1 9 6 3 年就用弗氏链霉菌产角蛋白酶和胰蛋白酶对羊毛角蛋白底 物进行水解对比试验，认为角蛋白酶对角蛋白的分解作用主要是通过断裂二硫键实现 的，但对这一过程具体如何进行并未进行深入研究。涂国全等于1 9 9 8 年利用弗氏链霉 菌【4 9 。5 1 1 菌株，探讨了其分解角蛋白的生化机制。他认为角蛋白酶是一种复合酶，其中含 有特异裂解二硫键的二硫键还原酶和使多肽水解的多肽水解酶。二硫键还原酶是角蛋白 降解的关键，它首先作用于角蛋白分子中的二硫键结构，使角蛋白的高级结构解体形成 变性角蛋白；变性角蛋白在多肽水解酶的共同作用下逐渐水解成多肽、寡肽和游离氨基 酸，使角蛋白彻底分解。在角蛋白降解过程中，角蛋白中二硫键随之转化成巯基化合物、 硫化氢和硫酸盐3 种含硫化合物形式，并且存在于分解产物中。其中巯基化合物是由二 硫键还原酶裂解角蛋白中的二硫键形成的，硫化氢是由巯基化合物或巯基氨基酸在脱氢 氧化酶的作用下，脱氢，脱氨基后形成；硫酸盐是硫化氢或巯基化合物通过氧化酶逐步 氧化后形成。 1 4 谷氨酰胺转胺酶 1 4 1 谷氨酰胺转胺酶简介 谷氨酰胺转胺酶( 蛋白质谷氨酸吖谷氨酰胺转移酶，开口甩叫“胁，z f 刀伽p ，简称t g ) ， 又称转谷氨酰胺酶或谷氨酰胺酰一肽1 ，一谷氨酰胺酰基转移酶【5 2 巧3 1 。它能催化蛋白质分 7 江南人学硕士学位论文 、分子间发生交联形成网状结构，蛋白质和氨基酸之间的连接以及蛋白质分子内谷 胺基的水解，能对各种蛋白质进行改性，使被交联的产物具有较高的分子量，从而 械力的破坏作用和蛋白酶的水解有较高的抵抗能力，是生产高营养价值的新型蛋白 品的重要酶制剂之一【5 4 1 ，在食品加工业中具有巨大的应用前景，被成为“2 1 世纪 食品粘合剂”。 谷氨酰胺转胺酶在纺织中的应用 微生物谷氨酰胺转胺酶( 力c 加6 f 口，护口以叫甜砌聊加伽p ，简称m t g ) 提取于微生物 55 1 ， 它的作用机理和t g 完全一致，而性质上更具优势。m t g 在纺织上的应用研究还处于 初始阶段，研究报道较少，且主要集中于如何利用m t g 修复羊毛损伤，改善羊毛织物 的物理机械性能。英国诺丁汉大学的j o a oc o n e z 教授【5 6 - 5 8 】最早利用m t g 对羊毛纤维进 行改性，发现m t g 对羊毛纤维的化学和蛋白酶损伤具有一定的修复作用。江南大学的 李影等【5 9 j 利用m t g 和蛋白酶、脂肪酶的协同作用，提高了羊毛织物的防缩性能，降低 了羊毛的减量率和织物的强力损伤：天津工业大学侯学锋【6 0 】利用m t g 修复羊毛的化学 损伤和蛋白酶损伤，使羊毛的机械性能得以改善；东华大学张华莹【1 2 】利用m t g 修复羊 毛的化学损伤、生物损伤、化学生物多重损伤，经过修复后的织物强力显著提高