（纺织工程专业论文）羊毛织物固定化乳铁蛋白抗菌性能研究.pdf

摘要 摘要 乳铁蛋白具有广谱抗菌作用 l f 的抑菌机制主要是直接性的 铁剥夺 和间接性的 膜渗透 两种机制的联合作用 目前 乳铁蛋白多用于食品 化妆品和饲料添加剂 微生物谷氨酰胺转胺酶 又称m t g 酶 是一种催化酰基转移反应的转移酶 它可以催 化蛋白质发生交联 蛋白质和氨基酸之间的连接 m t g 酶与乳铁蛋白都是生物类制剂 对环境和人体都没有危害 因此本文希望利用m t g 酶的特性 将乳铁蛋白固定到羊毛 上 使羊毛织物具有抗菌性能 从而实现环保的羊毛抗菌整理 本文首先研究了通过吸附法和酶加吸附联合固定法在羊毛织物上固定乳铁蛋白的 工艺 得出了一个最佳的固定条件 在此基础上 对在最佳条件下的固定化乳铁蛋白羊 毛织物的抗菌性能进行了测试 最后通过s e m 断裂强力 毡缩率 起毛起球性观察 和分析了乳铁蛋白固定化前后织物性能的变化 试验结果表明 乳铁蛋白通过吸附法固定在羊毛织物上的工艺条件为 乳铁蛋白 5 m g m l 吸附固定时间2 h 固定化p h 值为7 o 温度4 0 酶加吸附联合固定法将乳 铁蛋白固定在羊毛织物上的工艺条件为 固定化p h 值为7 0 乳铁蛋白5 m g m l 吸附 固定时间2 h 温度4 0 m t g 酶用量为3 0 u g 织物 研究发现乳铁蛋白对革兰氏阴性菌的代表菌大肠杆菌的最低抑菌浓度为 0 2 5 m g m l 对革兰氏阳性菌的代表菌金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度为0 5 m g m l 固 定化乳铁蛋白羊毛织物的抗菌性能良好 酶加吸附联合固定法固定乳铁蛋白羊毛的对金 黄色葡萄球菌抑菌率为5 7 9 5 对大肠杆菌的抑菌率为6 9 9 6 吸附法固定乳铁蛋白 羊毛织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率为2 9 5 4 对大肠杆菌的抑菌率为3 4 0 8 酶加 吸附联合固定法的乳铁蛋白的耐洗涤性明显好于吸附法固定 吸附法固定乳铁蛋白羊毛织物的断裂强力没有明显提高 酶加吸附联合固定法固定 乳铁蛋白羊毛织物的断裂强力提高2 0 n 左右 吸附法固定乳铁蛋白羊毛织物毡缩率下降 l 左右 酶加吸附联合固定法固定乳铁蛋白羊毛织物毡缩率下降3 左右 两种固定方 法固定后的羊毛织物的起毛起球性都得到一定改善 关键词 羊毛织物 乳铁蛋白 微生物谷氨酰胺转胺酶 固定化 抗菌效果 a b s t r a c t a b s t r a c t l a c t o f e r r i nh a sb r o a d s p e c t r u ma n t i m i c r o b i a la c t i v i t y l fi st h ei n h i b i t o r ym e c h a n i s mo f d i r e c t i r o nd e p r i v a t i o n a n di n d i r e c t l y m e m b r a n ep e r m e a b i l i t y o ft h ec o m b i n e de f f e c t so f t w om e c h a n i s m s a tp r e s e n t m o r et h a nl a c t o f e r r i nf o rf o o d c o s m e t i c sa n df e e da d d i t i v e s m i c r o b i a lt r a n s g l u t a m i n a s e a l s ok n o w na sm t ge n z y m e i sa na c y lt r a n s f e rr e a c t i o n c a t a l y z e db yt h et r a n s f e r a s e i tc a nb ec a t a l y z e db yp r o t e i nc r o s s l i n k i n g p r o t e i na n da m i n o a c i dl i n k s m t ga n dl a c t o f e r r i na r ea l lb i o t y p ea g e n t s t h ee n v i r o n m e n ta n dd on o th a r mt h e h u m a nb o d y t h e r e f o r ew i s ht ot a k ea d v a n t a g eo ft h i sa r t i c l et h ec h a r a c t e r i s t i c so fm t gw i l l b ef i x e dl a c t o f e r r i nt ow o o l s ot h a th a sa n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e so fw o o lf a b r i c si no r d e rt o a c h i e v ee n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l ya n t i b a c t e r i a lf i n i s h i n go fw 0 0 1 t h e p r o c e s s e so fl a c t o f e r r i ni m m o b i l i z e do nw o o lf a b r i cw e r es t u d i e di nt h ep a p e ra n d t h eo p t i m a lc o n d i t i o n so fi m m o b i l i z a t i o nw e r eo b t a i n e d o nt h i sb a s i s t h ea r t i c l eg a v ea r e s e a r c ho na n t i b a c t e r i a le f f e c to ft h ew o o lf a b r i cb yi m m o b i l i z e dl a c t o f e r r i n f i n a l l y s e m b r e a k i n gs t r e n g t h s h r i n k a g er a t e p i l l i n go fo b s e r v a t i o na n da n a l y s i s o fi m m o b i l i z e d l a c t o f e r r i nf a b r i cp e r f o r m a n c eb e f o r ea n da f t e rt h ec h a n g e t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t l a c t o f e r r i ni m m o b i l i z e dt h r o u g ha d s o r p t i o no nw o o l f a b r i c s t h em a i nc o n d i t i o n sw e r e 勰f o l l o w s l a c t o f e r r i n5 m g m l i m m o b i l i z e da d s o r p t i o n t i m e2 h i m m o b i l i z e dp hv a l u eo f7 0 t e m p e r a t u r e4 0 a d s o r p t i o no fe n z y m ea d d e dt ot h e j o i n tf i x a t i o f lo fl a c t o f e r r i ni m m o b i l i z e dw o o lf a b r i c si nt h ep r o c e s sc o n d i t i o n sa r ea s f o l l o w s i m m o b i l i z e dp hv a l u eo f7 0 l a c t o f e r r i n5 m g m l i m m o b i l i z e da d s o r p t i o nt i m e2 h t e m p e r a t u r e4 0 m t ge n z y m ed o s a g ef o rt h e3 0 u gf a b r i c t h es t u d yf o u n d e f i e c to fl a c t o f e r r i no nt h em i cf o re c o l ii s0 2 5 m g m l o nt h em i c f o r s t a p h y l o c o c c u s a u r e u si s 0 5 m g m l i m m o b i l i z e d l a c t o f e r r i no fw o o lh a sg o o d a n t i m i c r o b i a lp r o p e r t i e s a d s o r p t i o no fe n z y m ei n c r e a s e si o i n ti m m o b i l i z e dl a c t o f e r r i no f w o o la n t i b a c t e r i a la g a i n s ts t a p h y l o c o c c u sa u r e u sw a s 5 7 9 5 a n t i b a c t e r i a la g a i n s te e o l i w a s6 9 9 6 a d s o r p t i o no f1 a c t o f e r r i ni m m o b i l i z e dw o o lf a b r i c sa n t i b a c t e r i a l a g a i n s t s t a p h y l o c o c c u sa u r e u sw a s 2 9 5 4 a n t i b a c t e r i a la g a i n s te c o l iw a s3 4 0 8 j o i n t a d s o r p t i o no fe n z y m ei m m o b i l i z a t i o ni n c r e a s e st h er e s i s t a n c eo fl a c t o f e r r i na r eo b v i o u s l y b e t t e rt h a nw a s h i n ga s s a yf i x e d f i x e da d s o r p t i o nl a c t o f e r r i n b r e a k i n gs t r e n g t h o fw o o lf a b r i c sh a sn o tm a r k e d l y i m p r o v e d a d s o r p t i o no fe n z y m ep l u saf i x e dj o i n tf i x e dl a wl a c t o f e r r i nw o o lf a b r i c st o i m p r o v et h eb r e a k i n gs t r e n g t ho fa r o u n d2 0 n f i x e da d s o r p t i o nl a c t o f e r r i nf e l t i n gw o o l f a b r i c sd e c r e a s e da b o u tl i n c r e a s ei ne n z y m ea d s o r p t i o nf i x e di o i n tf i x e dl a wl a c t o f e r r i n f e l t i n gw o o lf a b r i c sd e c r e a s e d3 f i x e dt w of i x e dm e t h o d so f w o o lf a b r i c sa f t e rp i l l i n gh a v e b e e ni m p r o v e dt os o m ee x t e n t k e y w o r d s w o o lf a b r i c l a c t o f e r r i n m i c r o b i a lt r a n s g l u t a m i n a s e i m m o b i l i z e d a n t i b a c t e r i a le f f e c t u 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是芬人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 签 名 金幽 鲴 日 期 塑生堑鱼塑 婴 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留 使用学位论文的规定 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 允 许论文被查阅和借阅 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 1 2 编学位论文 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名 企 鲴 旦 导师签名 日 期 第一章绪论 第一章绪论 1 1 羊毛纤维的组成 结构及性能 1 1 1 羊毛纤维的化学组成 羊毛纤维一类复杂的蛋白质化合物 羊毛纤维的9 0 的重量为角质蛋白所占有 角 质蛋白 角阮 属于高分子化合物 角质蛋白中共含有十八种氨基酸 每种氨基酸的含 量如表1 1 l l 各种蛋白质中都含有碳 氢 氧 氮四种元素 羊毛的角阮和其他阮类 的主要区别就在于角肮含有较多的硫 硫在羊毛中主要存在于肤氨酸和蛋氨酸中 从分 子上来看在十八种氨基酸中 含量最高的有肤氨酸 谷氨酸 精氨酸 亮氨酸 苏氨酸 和和酪氨酸 表1 1 羊毛角蛋白氨基酸成分分析 t a b 1 lw o o lk e r a t i na m i n oa c i dc o m p o s i t i o na n a l y s i s 1 1 2 羊毛纤维的结构 羊毛纤维主要由鳞片层 皮质层和髓质层组成 它们的细胞有细胞间质c m c 相互 隔离 并把细胞粘连在一起 鳞片层由片状角质细胞组成 是羊毛纤维的外壳 鳞片如鱼鳞相互重叠覆盖 其根 部附着于毛干 稍部则伸出毛干表面 并指向毛尖 它对羊毛的物理性质 化学性质 加工性质起着重要的作用 鳞片层 约占1 0 在纤维皮质层外面 有片状角质细胞组 成 并通过细胞问质c m c 相连 是纤维的保护性外壳 早有研究表明鳞片层细胞由性 质不同的三部分构成 鳞片表层 鳞片外层和鳞片内层 鳞片表层位于鳞片层的最外面 其性质与一般细胞膜相似 但又非双醋层结构 主要含有磷脂化合物 角质化蛋白质以 及少量的碳水化合物 具有极好的化学惰性 耐化学药品 鳞片外层是典型的角质化蛋 白 氨基酸残基 c y s 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 鳞片内层属于非角质蛋白 其极性基团如 o o h 一 n h 2 含量相当丰富 化学性质活泼 膨润性极高 鳞片层仅占羊毛总量的1 0 左右 有 表层 外层和内层构成 表层和外层含丰富的角质蛋白 难以降解 由于鳞片层的特殊 结构 使其在羊毛的性质中扮演非常重要的角色 2 皮质层由纺锤型细胞组成 是羊毛的主干部分 是决定羊毛物理 机械和化学性能 江南大学硕士学位论文 的主要部分 细胞间质是由细胞膜复合物 c m c 组成 每一部分又有极其复杂的微细结构 c m c 结构存在于羊毛细胞 包括鳞片细胞和皮质细胞 之间 在整个羊毛结构中呈网 状分布 是羊毛细胞联接的桥梁 因而对羊毛的物理机械性能起着至关重要的作用 它 的存在与纤维耐磨性关系很大 其主要成分是角质化蛋白质 染料和其他助剂一般都通 过该层进入到羊毛皮质层中 进而对羊毛纤维发生作用 羊毛细胞在羊毛的改性过程中 为了保持羊毛的机械性能达到一定的水平 必须对羊毛细胞中的c m c 给予保护 髓质 层是由结构疏松并且内部充有空气的薄膜细胞所组成 细胞之间的联系很弱 因而 含 髓质多的羊毛弹性和强力皆较弱 2 1 1 1 3 羊毛的性质 羊毛是一种天然蛋白质纤维 是纺织工业的重要原料 具有许多优良的特性 如弹 性好 吸湿性强 保暖性好 不易沾污 光泽柔和 这些性能使毛织物具有各种独特风 格 用羊毛可以织制各种高级衣用织物 如薄毛呢等 有手感滑腻 丰厚且有身骨 弹 性好 呢面洁净 光泽自然的春秋织物 如中厚花呢 有质地丰厚 手感丰满 保暖性 强的冬季织物 如各类大衣呢等 羊毛也可以织制工业用呢绒 呢毡 毛毯 衬垫等材 料 此外 用羊毛织制的各种装饰品 如垫毯 地毯等 都十分名贵华丽 但羊毛也存 在着许多先天的不足 如 羊毛特有的鳞片层结构易使毛织物在洗涤时由于定向摩擦效 应而发生毡缩变形 导致织物尺寸发生明显变化 织纹模糊不清 同时 羊毛纤维特有 的鳞片层结构也是染色过程中的主要阻碍 1 2 纺织品抗菌整理 微生物在自然界中到处存在 并在一定条件下生长 繁殖 甚至变异 如一般在人 的上半身 每平方厘米的皮肤上就有有益的或有害的微生物约5 0 5 0 0 0 个 这是因为人 体汗腺和皮脂腺分泌的汗水 新陈代谢产物和皮脂等排泄物附在皮肤上 形成微生物的 营养源 极容易导致微生物的滋生和繁殖 纺织纤维属多孔性材料 通过纤维叠加编织 又形成无数孔隙的多层微孔状织物 因此织物容易吸附菌类 并因菌类的滋生而易造成 交叉感染和疾病传播 纺织品抗菌整理的目的就是使纺织品具有抗菌 抑菌和杀灭病菌 的功能 保护其本身的使用价值 不被霉菌等降解 并防止微生物通过纺织品传播 使 使用者免受侵害 也可以阻止细菌在织物上不断繁殖而产生的臭气 改善服用环境 3 1 羊毛作为天然高档纤维 具有弹性好 吸湿性强 保暖性好 光泽柔和等特点 但 是在适宜的温湿度条件下 羊毛纤维易成为微生物生长和传播的媒介 随着人们卫生意 识逐步增强 羊毛织物抗菌防臭整理已成为羊毛功能整理的重要内容之一 4 1 2 1 抗茵整理的方法 抗菌织物整理方法主要有两种 一种是抗菌助剂用浸轧法 浸渍法 涂层法或喷雾 法后整理到织物上去 此种方法抗菌效果不耐久 在穿着中 如洗涤 日晒 摩擦 抗菌 性容易减弱或消失 但其方便简单易操作 应用比较广泛 可用于化纤和天然纤维 另 2 第一章绪论 一种方法是对纤维进行内部或外表的改性整理 如在化纤纺丝中加入抗菌整理剂或将抗 菌基团接枝到纤维表面 这种方法技术要求高 操作复杂 设备先进 但抗菌性持久 抗菌纤维的抗菌效果持久 但仅适合于特定的纤维 加工工艺较复杂 成本较高 因此 后整理抗菌整理方法更适应面料个性化发展的要求 能拓宽其应用范围 目前有 6 0 0 0 7 0 的纺织品仍采用后整理法 抗菌后整理是指用能杀灭不利于人体和衣物的微生物的药剂来处理纤维或织物 使 之具有抗菌 防臭 防腐等性能 抗菌织物的作用是隔离病菌 阻止微生物过度繁殖 在人体皮肤的自然屏蔽之外增加一道防护屏障 1 2 2 抗菌剂 具有抗菌效果的化学品很多 但要注意在使用中不能顾此失彼 用于纺织品理想抗 菌整理剂应具备以下的要求 具有优良的抑制 杀菌 消毒和除臭的功能 具有广谱抗 菌效果 抗菌效果耐久性强 耐漂洗和日晒 对人体不产生副作用 无毒 不污染环境 不影响纺织品本身的风格特征 不损伤纤维 不影响其他纺织助剂的功效 抗菌整理剂 的使用方法简便 成本低 目前已经研制了许多抗细菌 抗真菌及广谱抗菌的试剂 它 们能赋予纺织品杀灭微生物及抑制微生物活性的功能 抗菌剂抑制或杀死细菌有几种方式 不同种类的抗菌剂 抗菌机理不同 可概括为 以下几种 1 使细菌细胞内的各种代谢酶失活 杀死细菌 2 与细胞内的蛋白酶发生化学反应 破坏其功能 3 抑制孢子生成 阻断d n a 合成 抑制细胞生 4 加快磷酸氯化还原体系 打乱细胞正常的生长体系 5 破坏细胞内的能量释放体系 6 i j h 碍电子转移系统以及氨基酸转酯的过程 7 通过静电场的吸附作用 破坏细胞壁而杀死细菌 目前用于羊毛织物抗菌整理的抗菌剂主要有无机 有机和天然抗菌剂三大类 表1 一l 对这三种抗菌剂进行了简单的归纳 在这三类抗菌剂中有机抗菌剂耐热性较差 易分解 天然类抗菌剂耐热性较差 加工困难且研究时间短 目前应用最为广泛的是具有耐热性 好 抗菌谱广 有效期长的无机抗菌剂 5 3 江南大学硕士学位论文 表1 2 抗菌剂的分类及其特点 t a b 1 2t h ec l a s s i f i c a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so fa n t i b a c t e r i a la g e n t s 1 3 乳铁蛋白 乳铁蛋白 1 a c t o f e r r i n l f 是在1 9 3 8 年由s o r e n s e n m 和s o r e n s e ns p l 首次从牛乳中 分离出来的 1 9 6 0 年j o h a n s s o n 和m o n t r e u i l 等又成功地从人乳中首次分离得到 6 1 5 1 乳 铁蛋白自从被分离以来 其精细结构及生物学功能便成了人们广泛研究的课题 乳铁蛋 白是一种分子量为7 0 8 0 k d 的糖蛋白f 其显著特点是与铁结合时呈深红色 又称之为 红蛋白 也正是因为这样的特性 乳铁蛋白在发现初期被认为是一种与血清中的转铁蛋 白 t r a n s f e r r i n t f 类似的一种参与铁的转运和存储有关的蛋白质 又称乳转铁蛋白 后来 研究发现乳铁蛋白不仅存在于乳汁 而且广泛存在于唾液 泪液等外分泌液以及血浆 中性粒细胞中 乳铁蛋白还具有广谱抗菌 1 4 1 抗病毒 抗癌等多种功能 2 1 2 2 1 应用前 景十分广阔 8 1 目前多用于食品 1 8 1 9 1 化妆品和饲料添加剂 2 0 1 3 1 乳铁蛋白的基本结构 1 9 8 4 年人们测定了乳铁蛋白的一级结构 迄今为止有9 种生物的乳铁蛋白氨基酸序 列在文献中有报道 它们包括人 山羊 猪 老鼠 牛等 乳铁蛋白的分子主体是一个 大约有7 0 0 个氨基酸残基构成的多肽链 相对分子量约为8 0k u t l 5 2 3 该多肽链可以折 叠成两个球状叶 一端是氨基末端叶 一端是羧基末端叶 每一叶状结构都含有一个 f e 3 和一个碳酸氢阴离子结构部位 每一叶都能高亲和性地可逆的与铁结合 其中 f e 3 结构位于一个很深的裂缝中 当铁离子缺乏时 每一片叶片可以曲折 使裂缝打开或关 闭 但当多肽链已同铁离子结合时则裂缝处于闭锁状态 9 1 1 3 2 乳铁蛋白的抗茵机理 l 抗细菌机理 乳铁蛋白的抑菌作用目前主要有 铁剥夺 膜渗透 和 酶抑制 三种机制 1 铁剥夺 机制 不饱和乳铁蛋白有极强的铁结合性 它可以与病原性微生物竞争性地结合铁离子 4 第一章绪论 造成微生物生长的铁缺乏环境 使病原性微生物失去赖以生存的铁离子 从而导致病原 微生物的死亡 乳铁蛋白对许多细菌有抑菌活性 脱铁乳铁蛋白对变异链球菌和霍乱弧 菌有抑菌活性 进一步的研究表明 铁饱和乳铁蛋白的抗菌活性较低 2 膜渗透 机制 研究表明 乳铁蛋白的抑菌机制 不仅仅是简单的营养铁的剥夺 6 1 b o r t n e r 等提出不 依赖铁的乳铁蛋白杀菌的原因在于乳铁蛋白和细菌表面的直接结合 通过研究发现 乳铁蛋白通过n 端强阳离子结合区域与细菌表面一些特异性分子结 合 破坏微生物细胞膜的正常生理功能 使细菌脂多糖渗出 增加细胞膜通透性 引起 微生物死亡 1 6 1 7 1 3 酶抑制 机制 乳铁蛋白通过其蛋白酶活性降解一些细菌毒力因子或黏附蛋白 降低某些微生物的 致病性 o h a s h i 等发现 乳铁蛋白对半胱氨酸蛋白酶有强烈的抑制作用 其c 末端的1 7 个碱 基序列显示与半胱氨酸蛋白酶抑制剂的通常的活性部位有6 0 的一致性和9 0 的同源 性 因此 乳铁蛋白被认为是半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族中的一员 已有报道表明 在 皮肤中的半胱氨酸蛋白抑制剂q 对金黄色葡萄球菌v 8 有抑菌活性 因此 乳铁蛋白对细 菌的抑制作用可能是抑制了细菌的半胱氨酸蛋白酶u o j 2 抗真菌机理 乳铁蛋白具有抗真菌的能力 其中有对假丝酵母菌属作用研究报道 1 1 1 与氟康唑 f l u c o n a z o l e 相比 乳铁蛋白能够降低氟康唑对念珠菌属的最小抑菌浓度 m i c 表明 乳铁蛋白对耐药性的念珠菌属感染有潜在的作用 乳铁蛋白与抗生素 抗真菌剂和抗菌 剂联合使用 能增强其效力 乳铁蛋白和抗真菌药物联用治疗由念珠菌属引起的严重感 染也是一种有效的治疗方法 对于免疫缺陷病毒 h i v 感染的病人 念珠菌属对氟康唑 药物具有耐药性 联合使用乳铁蛋白 可以延缓其耐药性的出现 乳铁蛋白的抗真菌活 性不仅靠夺取病原体微环境中的铁离子 而且还通过以其n 端结合真菌的细胞壁破坏 细胞膜 导致细胞内容物泄漏来杀灭它们 3 抗病毒机理 除了对细菌和真菌具有广谱抗菌活性外 乳铁蛋白还能抑制病毒的复制 6 牛乳l f 抑制病毒的活性约为人乳l f 的2 5 倍 有研究表明 携带人巨细胞病毒 h c m v 的 母乳哺喂的婴儿 在最初的1 个月内也不易感染 主要是因为初乳中l f 含量甚高 而 随着母乳中l f 水平的下降 约有2 3 的婴儿在此后的8 个月内存在感染危险 1 2 1 大部分研究表明 乳铁蛋白抗病毒活性主要作用于病毒感染早期 通过不同方式干 扰病毒对靶细胞的吸附和入侵 1 3 1 乳铁蛋白抗病毒作用的发生机制主要包括 1 通过直接与病毒或病毒粒子结合 抑制病毒吸附和入侵靶细胞 2 乳铁蛋白与靶细胞表面的病毒受体结合 阻断病毒和靶细胞结合 阻止病毒 对宿主细胞的感染 3 乳铁蛋白通过抑制部分病毒 如轮状病毒和脊髓灰质炎病毒感染细胞后的病 5 江南大学硕士学位论文 毒复制 发挥抗病毒作用 4 通过调节病毒等病原体引起的炎症反应和上调机体免疫系统 通过增强自然 杀伤细胞和淋巴因子激活的杀伤细胞的细胞毒作用提高机体抗病毒反应 间接达到抗病 毒目的 1 4 微生物转谷氨酰胺酶 转谷氨酰胺酶是一种催化酰基转移反应的酶 能在蛋白质分子间或分子内生成 r 谷氨酰 赖氨酸共价键 使蛋白质分子量变大 形成强有力凝胶 从而改善各种蛋白制 品的弹性 粘和性 保水性等品质 同时由于赖氨酸的引入使蛋白质的营养价值得到了 提高 2 4 1 微生物转谷氨酰胺酶 m t g 是从微生物中提取的转谷氨酰胺酶 它的作用机理和 t g 完全一致 只是性质稍有优势 只所以有m t g 之称主要是由于其来源的不同 多 年以来 人们都是从动物组织中提取转谷氨酰胺酶 由于来源稀少 分离提纯工艺也很 复杂 因此使得该酶的价格十分昂贵 直到1 9 8 9 年 才有了利用微生物发酵法生产转 谷氨酰胺酶的报道 1 9 8 9 年a n d o 和m o t o k i 等人报道了利用链轮丝菌 s t r e p t o v e r t i c i l i u m s p p 发酵生产m t g 以及酶的分离提纯方法 1 9 8 3 年m o t o k i 等人报道了茂原链轮丝菌 灰肉链轮丝菌以及肉桂链轮丝菌等也能产生t g a s e 1 9 9 2 年a n d o 发现链霉菌属中的其 他一些菌株也能产生此酶 并对发酵过程进行了优化 使得该酶的产量有了大幅度的提 高 本论文研究所用转谷氨酰胺酶是从微生物中提取的 1 4 1 微生物转谷氨酰胺酶的催化特性 微生物转谷氨酰胺酶作为一种生物催化剂 可以催化谷氨酞胺和具备伯胺的众多蛋 白质发生酞胺基转移反应 如可以在蛋白质分子内或分子问发生交联 形成争 y 谷酰 胺 赖氨酸键 改变蛋白质的结构 使分子内和分子间的作用力加强 其作用于羊毛纤 维在宏观上就表现为强力和弹性的提耐2 9 1 微生物转谷氨酰胺酶是一种催化酰胺转移反应的转移酶 它以肽键中的谷氨酰胺残 基上的y 甲酰胺基作为酰基供体 3 7 1 而酰基受体可以是 多肽链中赖氨酸残基的 氨基 形成蛋白质分子内和分子问的 谷氨酰基 赖氨 酸异肽键 使蛋白质分子发生交联 反应式如下 i t g l g i n 一秘c n h 2 州h 2 筘 6 i 忙 c n h l y s 伯胺基 形成蛋白质分子和小分子伯胺之间的连接 从而可将一些限制性氨基酸 引入蛋白质中 反应式如下 l t o i g li n 一 g c 酬 m g i n l 刊哝州嚆 当不存在伯胺时 水会成为酰基受体 结果是谷氨酰胺残基脱去氨基生成谷氨酸残 基 反应式如下 6 第一章绪论 l t g i g ti n g c 刮也州洲一r 荟划州 1 4 2m t g 酶作用于羊毛织物与乳铁蛋白的机理 一般含有较高含量谷氨酰胺或谷氨酸 盐 的物质均可以作为m t g 酶的催化底物 3 0 羊毛角蛋白中谷氨酸含量达1 3 4 2 赖氨酸2 8 2 所以羊毛可以作为m t g 的催 化底物 乳铁蛋白中赖氨酸含量达1 0 0 7 谷氨酸含量达1 3 6 7 乳铁蛋白和羊毛角 蛋白中谷氨酸与赖氨酸的含量都很高 所以乳铁蛋白可以作为酰基供体和酰基受体被 m t g 催化 乳铁蛋白也是良好的m t g 催化底物 因此 m t g 酶既可以催化乳铁蛋白 也可以催化羊毛角蛋白 1 4 3m t g 酶在纺织中的研究现状 m t g 酶目前多用于食品加工行业 有研究表明 通过m t g 酶的催化作用将带有荧 光的l 5 戊二胺引入羊毛纤维上 证实在羊毛角蛋白上存在能够与伯胺发生交联的作用 位尉2 7 1 国内外在近年内才开始采用m t g 酶处理羊毛织物 英国的j o a o c o r t c z p h i l l i p l r b o n n 既 m a r t i ng r i f f i n 等人就曾进行过这方面的研究 通过m t g 成功将丝胶蛋白固 定到羊毛织物上 3 1 1 在纺织行业中 利用m t g 酶处理羊毛织物能提高防缩性能 处理 真丝织物能提高抗皱性能 2 8 3 5 3 6 国内仅李影 卢雨正等对m t g 酶作用于羊毛织物机 理和作用进行过研究和探讨 前者研究了水解蛋白酶和m t g 酶的复配作用 后者研究 了利用m t g 酶提高精纺羊毛织物易护理性能 3 2 3 4 1 5 本论文的目的 意义及研究内容 1 5 1 研究的目的和意义 近年来 羊毛抗菌整理主要有化学改性吸附 纳米银涂层以及化学交联接枝等 其 中 化学改性吸附的抗菌持久性差 纳米银涂层会引入重金属离子 化学交联接枝要使 用大量的化学物质 这些抗菌方法对环境或者人体会带来一定的伤害 在日益强调环保 的今天 人们希望能够利用更加安全 环保 高效的抗菌整理方法和抗菌剂来替代现有 的羊毛抗菌整理方式 本文希望通过生态环保的方法实现羊毛织物的抗菌整理 微生物谷氨酰胺转胺酶 是一种催化酰基转移反应的转移酶 它可以催化蛋白质发 生交联 蛋白质和氨基酸之间的连接等 目前多用于食品加工行业 2 5 2 6 1 在纺织行业中 有研究报道利用m t g 酶处理羊毛织物能提高防缩性能 处理真丝织物能提高抗皱性能 乳铁蛋白是一种铁结合性糖蛋白 乳铁蛋白具有广谱抗菌作用 l f 的抑菌机制主要 是直接性的 铁剥夺 和间接性的 膜渗透 两种机制的联合作用 铁剥夺 是因为 l f 可以与病原性微生物竞争性地结合铁离子 除乳酸杆菌外 几乎所有细菌的生长都 需要铁 l f 与之竞争铁造成微生物生长的铁缺乏环境 从而导致病原微生物死亡 膜 渗透 是由于l f 氨基末端具有较强的阳离子结合域 可使菌膜通透性增加 脂多糖外 渗 实现杀菌 目前 乳铁蛋白多用于食品 化妆品和饲料添加剂 7 江南大学硕士学位论文 由于m t g 酶 乳铁蛋白都属于蛋白类物质对人体 环境都无害 因此本文首先希 望通过吸附固定能将乳铁蛋白固定到羊毛上 另外希望能够通过m t g 酶的特性 将乳 铁蛋白交联固定到羊毛织物上 通过生态环保的方法实现羊毛织物的抗菌整理 1 s 2 研究的主要内容 由于羊毛纤维是一种蛋白质纤维 乳铁蛋白也是一种蛋白质 通过m t g 酶的催化 蛋白交联的特性 将乳铁蛋白固定在羊毛织物上 同时羊毛织物的结构还可以通过吸附 法将乳铁蛋白进行固定 所以本文主要通过吸附法和酶加吸附联合固定法将乳铁蛋白固 定在羊毛织物上达到良好的抗菌效果 主要内容有以下几个方面 1 研究了通过吸附法和酶加吸附联合固定法固定乳铁蛋白的固定工艺 2 对于固定乳铁蛋白后的羊毛织物进行了抗菌效果测试及耐久性测试 3 对于固定乳铁蛋白后的羊毛织物进行了一些微观和宏观性能的测试 通过红外 s e m 观察了羊毛织物微观变化 通过断裂强力 毡缩率 起毛起球性观察了羊毛织物 宏观性能的变化 8 第二章试验材料 仪器和方法 第二章试验材料 仪器和方法 2 1 试验材料及试剂 材料 羊毛织物 全毛华达呢 2 2 0 9 m 2 无锡协新毛纺厂 试剂 m t g 酶 酶活1 0 0 u g 泰兴市一鸣生物制品有限公司 乳铁蛋白 新西兰 三 羟甲基 氨基甲烷 尉s 试剂 h c l 3 7 高锰酸钾 磷酸二氢钠 磷酸氢二钠 以上为分析纯 蛋白胨 琼脂粉 牛肉浸膏为生化试剂 2 2 试验仪器 表2 1 试验仪器 t a b 2 1a p p a r a t u so f 日x p c r i m v n t a t i o n 2 3 试验及测试方法 2 3 1 试验方法 1 羊毛高锰酸钾预处理 高锰酸钾处理流程 织物热水浸渍一高锰酸钾溶液氧化 k m n 0 44 o w f j f cl g l p h3 5 4 0 c 3 0 m i n 浴比l 2 0 一皂洗 4 5 c 1 5 m i n 中和清洗 纯碱2 o w f 4 5 0 1 0 r a i n 清水冲洗 5 0 烘干 脱色 n a h s 0 36 o w f 冰h a e l v v 4 0 1 2 3 0 m i n 浴比l 2 0 一冲洗 烘干 待用 2 吸附法固定乳铁蛋白 预处理后的羊毛织物置于乳铁蛋白浓度为5 m g m l 吸附固定时间2 h 固定化p n 9 江南大学硕士学位论文 值为7 0 温度4 0 c 处理完毕后 充分水洗 于5 0 c 烘干待用 3 酶加吸附联合固定法固定乳铁蛋白 预处理后的羊毛织物置于乳铁蛋白浓度为5 m g m l m t g 酶为3 0 u g 织物的处理液 中 在4 0 c p h7 的条件下处理2h 处理完毕后 充分水洗 于5 0 c 烘干待用 2 3 2 测试方法 1 氨基酸含量测定 将待测羊毛试样置于水解管中 加入6 o m o l l 的h c l 溶液 于1i o c 下密封水解2 4 h 冷却后定容 过滤 蒸干 再加入0 0 2 m o v l 的h c l 溶液在真空中放置3 0 m i n 利用a g i l e n t 11 0 0 型氨基酸自动分析仪测定氨基酸的含量 2 乳铁蛋白固定化量及固定效率测定 利用紫外分光光度法测量2 8 0 n m 处吸光度 3 8 测得乳铁蛋白浓度与吸光度的标准曲线如图2 1 所示 算 1 2 l 0 8 j 磐 巢叭 督 o 4 0 2 o o0 20 40 6 0 8l 乳铁蛋白浓度 噶 m c l 图2 1 乳铁蛋白浓度与吸光度的标准曲线 f i g 2 1l a e t o f e r r i nc o n c e n t r a t i o na n da b s o r b a n c eo ft h es t a n d a r dc u e 得到乳铁蛋白标准曲线方程为 y 1 1 0 2 8 x 舻 0 9 9 9 9 式中 x 为乳铁蛋白浓度 m g m l y 为吸光度值 故测定2 8 0 n m 下乳铁蛋白溶液吸光度值可以计算出乳铁蛋白浓度 固定化量指每克羊毛上固定乳铁蛋白的质量 可按下式计算 m a c x 功 m 式中 m 为固定化量 e m g g 织物 以 m 为羊毛量 g a c 为固定化前后乳铁蛋白溶液浓度差值 m g m l y 为溶液体积 m l 固定效率指固定到羊毛上的乳铁蛋白质量占总乳铁蛋白质量的百分比 可按下式计 1 0 第二章试验材料 仪器和方法 及 1 0 0 m o m o m o 式中 响 为固定化后总乳铁蛋白量 m 曲 m o 为固定化前总乳铁蛋白量 m 曲 3 乳铁蛋白最低抑菌浓度 m i c 的测定 试验采用标准试管二倍稀释法测定了乳铁蛋白的m i c 排列具棉塞的无菌试管 l 列7 管 第1 管至第6 管各加入1m l 基础培养基 再将lm l8m g m l 的乳铁蛋白溶液 加到第1 管中 混合后吸出lm l 加入第2 管中 用同法依次二倍稀释至第6 管 弃去 lm l 第7 管为生长对照 则各管的浓度依次为4 2 1 0 5 0 2 5 0 1 2 5m g m l 将事先配制好的菌液分别加入第l 管至第7 号试管 各o 1m l 进行培养1 8h 然后肉 眼观察结果 以上试验均重复3 次 判定无细菌生长的最低浓度为乳铁蛋白的m i c 4 抗菌性能测试 3 9 1 采用振荡烧瓶法进行抗菌性能测试 1 实验菌种 金黄色葡萄球菌 革兰氏阳性菌代表 大肠杆菌 革兰氏阴性菌代表 2 菌种保藏 将菌种接种于营养琼脂培养基 n a 斜面上 在 3 7 1 下培养2 4 h 后 在 0 5 下保藏 不得超过1 个月 作为斜面保藏菌 3 菌种活化 将斜面保藏菌接种到营养琼脂培养基上 在 3 7 4 1 下培养2 4 h 每天转接1 次 不超过2 周 试验时应采用连续接转2 次后的新鲜细菌培养物 2 4 h 内接转的 4 培养基及溶液的配制 肉汤培养基 蛋白胨 1 0 9 牛肉浸膏 5 9 氯化钠 5 9 蒸馏水 10 0 0m l 加热使配料溶解 用0 1 mn a o h 调p h 值至6 8 分装烧瓶 在1 0 3 k p a 的灭菌锅内灭菌 2 5 3 0 m i n 营养琼脂培养基 n a 蛋白胨 1 0 9 牛肉浸膏 5 9 氯化钠 5 9 琼脂粉 1 2 9 蒸馏水l0 0 0m l 将除琼脂以外的各成分溶解于蒸馏水内 用0 1 mn a o h 调p h 值至7 4 加入琼脂 加 热煮沸 使琼脂溶化 分装烧瓶 封口 在1 0 3 k p a 的灭菌锅内灭菌2 5 3 0 m i n 江南大学硕士学位论文 磷酸盐缓冲液 p b s 溶液a 0 2 mn a 2 h p 0 4 溶液b 0 2 mn a i l 2 p 0 4 7 2m la 2 8m l 鳓混合 1 0 0 0 m l 蒸馏水 p b s 的p h 值为7 2 左右 在一个三角烧瓶中装1 0 0m l 缓冲液 若干个 与试验样品数 量相同 三角烧瓶中装7 0 m l 缓冲液 封口 在1 0 3 k p a 的灭菌锅内灭菌2 5 m i n 抗菌测试步骤 1 将0 7 5 9 样品剪成1 0 c m x l 0 c m 大小 分装包好 2 将剪碎的样片放入一个2 5 0 m l 的三角烧瓶中 分别加入7 0 m lp b s 和5 m l 菌悬液 使 菌悬液在p b s 中的浓度为1 x 1 0 4 9 x 1 0 4 c f u m l 3 将三角烧瓶固定于振荡摇床上 以1 2 01 7 m i n 振摇1 2h 4 取1m 1 振摇后的样液 用p b s 做适当稀释后的样液 以琼脂倾注法接种平皿 进 行菌落计数 注意 实验中 同时设对照样片组和不加样片组 对照样片组的对照样片和被试样 片同样大小但不含抗菌成分 其他操作程序均与被试样片组相同 不加样片组分别取5 m l 菌悬液和7 0 m l p b s 力1 1 入一个2 5 0 m l 角烧瓶中 混匀 分别于0 时间和振荡1 2 h 后 各取 l m l 菌悬液与p b s 的混合液做适当稀释 然后进行菌落计数 抗菌评价标准 样品的抗菌性能通过抑菌率进行评价 可按下列公式计算得出 必 尘竺 彳 式中 x r 瑚菌率 a 被试样品振荡前平均菌落数 b 被试样品振荡后平均菌落数 如果振荡后的平均菌落数大于振荡前的平均菌落数 抑菌率按0 计算 不加样片组的菌落数在l x l 0 4 9 x 1 0 4 c f u m l 之间 且样品振荡前后平均菌落数差值 在1 0 以内 试验有效 被试样片组抑菌率与对照样片组抑菌率的差值 2 6 产品具 有抗菌作用 5 织物毡缩率的测定 参照g b 8 6 2 8 8 8 g b 8 6 2 9 8 8 及i w st m n o 3 1 方法 实验步骤如下 1 加洗衣粉0 5g l 试样和配重物 2 选择7 a 程序 水温4 0 c 高水位约2 7 l 洗涤时间3 m i n 洗涤方式为柔洗 冲洗3 次 前两次每次3 m i n 后一次2 m i n 脱水5 m i n 一次 洗涤结束后 室温风干 目的是使织物释放加工过程中的张力 进行松弛收缩 3 用不脱色墨水或涤纶线小结做标记 标记应尽可能细小 至少离布边2 5 m m 如图所示 1 2 第二章试验材料 仪器和方法 4 选择5 a 程序 每次洗涤时间1 5 m i n 水温4 0 3 c 低水位约2 1 l 洗涤方 式为正洗 冲洗4 次 前两次每次3 m i n 后两次每次2 m i n 脱水5 m i n 洗涤结束后 在低于6 0 条件下烘干 5 洗缩织物放置在大气中至少1 0 小时 测定织物尺寸 按下式计算面积收缩率 丽积收缩率 进端黼薷塑 1 0 泓 6 羊毛强力的测定 羊毛单纱首先在温度 2 0 a 2 c 湿度 6 5 士3 的大气环境下平衡2 4 1 1 然后在该大气 条件下进行测试 测试仪器为y g 0 2 1 a 1 单纱强力机 试样夹距2 5 c m 拉伸速度 3 0 0 m m m i n 每个试样共测定2 0 个数据 取其平均值 7 织物抗起毛起球性 织物起毛起球性能按照g b t4 8 0 2 1 1 9 9 7 圆轨迹起毛起球仪法进行测试 1 3 第三章乳铁蛋白固定化 第三章乳铁蛋白固定化 羊毛作为天