毕业设计（论文）-漆酶预处理对纯棉织物漂白效果的影响.doc

本科毕业论文 第 14 页 共 14 页漆酶预处理对纯棉织物漂白效果的影响（安徽农业大学 轻纺工程与艺术学院 安徽 合肥 230036）摘要 在传统的双氧水对棉织物的漂白中加以漆酶预处理，从而研究漆酶预处理过后对棉织物漂白效果的影响。通过白度的对比，得出漆酶使用最佳工艺参数，正交试验（四因素三水平）结果表明，在预处理45分钟左右的条件下，漆酶使用最佳温度为55左右，ph值4.24.4之间，漆酶的用量在25g左右，对后面棉织物的漂白效果提升更佳。关键词 漆酶；双氧水；漂白；白度1 引言目前，酶处理工艺已被公认为是一种符合环保要求的绿色生产工艺，它不仅使纺织品的服用性能得到改善和提高，又因无毒无害，用量少，可生物降解废水，无污染而有利于生态环保的保护，有着深远的发展前景1。漆酶是一类性质相近而又不完全相同的多酚氧化酶的总称，借助氧将对苯二酚（氢醌）氧化成对苯醌的酚氧化镁的一种，亦称为对苯二酚氧化酶2。最早是由1883年田彦六郎在漆树的树液中发现能使树漆氧化硬化的酶，后来贝特兰德详细的研究了东南亚产的漆中的酶，命名为漆酶也分布于微生物、菌类中。漆酶是一种铜蛋白质，蓝色，分子量约12万，含4原子铜。可被cn-抑制。在漆树的永延液汁中可被此酶氧化变成黑色色素的物质是漆酚、氢化漆酚等。漆酶(laccases)是一种结合多个铜离子的蛋白质，属于铜蓝氧化酶，存在菇、菌及植物中。通常认为每个蛋白分子中含有4个铜离子，铜离子是漆酶催化反应的活性中心，在催化氧化过程中起着决定性的作用，漆酶的催化氧化反应需要氧气做催化反应的中间物，同时分子氧被还原盛水3，在实际应用中，漆酶的氧化还原电势较低（300-800mv），需要加入一些低分子质量化合物作为中介体，在氧化过程中起着传递电子的作用。漆酶可存活于空气中，发生反应后唯一的产物就是水，因此本质上是一种环保型酵素4。由于这几年环保意识逐渐被人所重视，因此近年来漆酶也成为众多学者的研究对象。 漆酶独特的催化特性使其在生物检测中有广泛的应用,作为高效的生物检测器而成为底物、辅酶、抑制剂等成分分析的有效工具和手段。漆酶构成的生物检测器主要有两种:漆酶电极和漆酶酶标。 此产品是一种浓缩原酶，他复配用来保证在处理过程中保持ph值在6.0-4.8的范围。不过特别在剂量比较小的情况下，要用醋酸来调ph值。漂白程度很容易由他使用的剂量多少来控制。由于他可以停止反应，工艺控制非常简单。无需另外灭酶活5.漆酶在轻工行业主要用于造纸及纺织业，如在造纸业用漆酶进行脱出木质素及进行纸浆的无氯漂白；在印染行业用漆酶对染色活印花废水进行脱色处理，漆酶介体体系能够对靛蓝染料降解，因此，不仅可用于拔染印花7，还可用于牛仔服装的水洗，在代替传统工艺方面，漆酶显示出了较强的优势，如利用漆酶对纤维改性，可以减少对其强力等性能的损伤；利用天然纤维素中的色素物质为接点进行染色，还可以省去漂白工序等。在传统的棉织物前处理中，通常使用具有一定氧化能力的次氯酸钠、亚氯酸钠和双氧水进行漂白以获得必要的白度指标，基于漆酶是一种氧化酶并能去除色素这一特点，故本实验采用一种漆酶对纯棉织物进行预处理，再用常规双氧水漂白，研究漆酶预处理对纯棉织物漂白的提升效果6-10。2 试验2.1 材料与仪器材料：经退浆、煮练过的纯棉织物（173g/）；药品：漆酶（液体）；柠檬酸、无水磷酸氢二钠（固体粉末状）；硅酸钠、烧碱、无水碳酸钠、双氧水（30%）均为试剂。仪器：烘箱（gzx-gfc.101-3-s）；电子称(jy2002)；水浴锅(hh-s)；白度仪（sbdy-1）；强力仪112.2 试验方案2.2.1 处理工艺漆酶预处理（浴比30:1,45min）双氧水漂白硅酸钠1.5g/l，碳酸钠0.5g/l，烧碱1g/l，双氧水（30%）5g/l，浴比20:1,95，1h 12。2.2.2 白度的测定漂白棉织物的白度具有高反射比和低纯度的颜色属性，在特定波长下测定织物对光的反射率;，与标准白度的瓷板进行比较来表示试样的白度。1.试验材料、仪器及药品（1）试验材料：经煮练、退浆及不同温度、ph值、浓度、处理时间条件下的漆酶预处理过后漂白和未经其预处理漂白的织物（2）试验仪器：白度仪（sbdy-1）2. 试验步骤（1）仪器的校准：按照操作规程，校准白度仪的零点和相配套的标准白瓷板的白度，反复进行几次至恒定为止。（2）白度的测定：将织物叠成8-12 层（不使光线透过织物为宜），且能完全覆盖测试孔，放在测试孔上进行测定，读取白度值（或反射率），每块试样需要在不同部位保持经纬方向一致的情况下测定三次，取其平均值即为该试样的白度。2.2.3 缓冲液的配置为了使漆酶能够在更好的环境下发挥作用，通常都需要配置对应的缓冲液，使其在适宜的ph值下对织物进行处理，本实验采取磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液,配置如下表所示13表1缓冲液的配置ph值na2hpo4（ml）柠檬酸（ml）3.66.4413.563.87.1012.904.07.7112.294.28.2811.724.48.8211.184.69.1510.852.3 单因素变量试验2.3.1 温度设定取5份等重量（10g）的纯棉织物（处理前白度已测），分别放置于事先配好的ph值在4.0左右的缓冲液（300ml）中，标上记号，然后分别滴加等量（25g）的漆酶，置于温度不同的水浴锅中，温度分别取30，40，50，60，70，处理45分钟之后，取出织物，烘干待用。配置双氧水漂白液：分别取硅酸钠1.5，碳酸钠0.5g，烧碱1g，双氧水（30%）5g，配成1000ml的溶液均分成5等份，每份200ml。将漆酶预处理后的5片织物织物分别置于已配好的双氧水漂白液中，浴比为1:20，处理时间1h，温度95。取出织物，分别测出白度。2.3.2 ph值设定取5份等重量（10g）的纯棉织物（处理前白度已测），分别置于事先配好的ph值在3.8，4.0，4.2，4.4，4.6的缓冲液(300ml)中，标上记号，然后分别滴加等量（25g）的漆酶，置于水浴锅中，温度取50，处理45分钟之后，取出织物，烘干待用。配置双氧水漂白液：分别取硅酸钠1.5，碳酸钠0.5g，烧碱1g，双氧水（30%）5g，配成1000ml的溶液均分成5等份，每份200ml。将漆酶预处理后的5片织物分别置于已配好的双氧水漂白液中，浴比为1:20，处理时间1h，温度95。取出织物，分别测出白度。2.3.3 酶浓度设定取5份等重量（10g）的纯棉织物（处理前白度已测），分别置于事先配好的ph值在4.0左右的缓冲液(300ml)中，标上记号，然后分别滴加15g，20g，25g，30g，35g的漆酶液，置于水浴锅中，温度取50，处理45分钟之后，取出织物，烘干待用。配置双氧水漂白液：分别取硅酸钠1.5，碳酸钠0.5g，烧碱1g，双氧水（30%）5g，配成1000ml的溶液均分成5等份，每份200ml。将漆酶预处理后的5片织物分别置于已配好的双氧水漂白液中，浴比为1:20，处理时间1h，温度95。取出织物，分别测出白度。2.3.4 处理时间设定取5份等重量（10g）的纯棉织物（处理前白度已测），分别置于事先配好的ph值在4.0左右的缓冲液(300ml)中，标上记号，然后分别滴加等量（25g）的漆酶，置于水浴锅中，温度取50，处理时间分别取30min，45min，60min，75min，90min。配置双氧水漂白液：分别取硅酸钠1.5，碳酸钠0.5g，烧碱1g，双氧水（30%）5g，配成1000ml的溶液均分成5等份，每份200ml。将漆酶预处理后的5片织物分别置于已配好的双氧水漂白液中，浴比为1:20，处理时间1h，温度95。取出织物，分别测出白度。2.4 试验结果与分析2.4.1漆酶预处理温度对漂白结果的影响：表2温度对白度的影响温度（）白度（%）3078.44082.25083.76083.87076.0图1 温度对白度的影响如上图所示，可见漆酶的最适温度在5060之间，温度较低时，漆酶的催化速率低，60以后有下降趋势，这是因为温度过高，漆酶的稳定性差，甚至更高的话就会失活，这是生物酶共有的特性，所以，漆酶的催化反应得有一个最适宜的温度范围，只有在此范围，漆酶的催化反应才能表现出最大的效率。2.4.2漆酶预处理ph值对漂白结果的影响表3ph值对白度的影响：ph值白度（%）3.879.44.081.34.284.34.484.34.682.1图2 ph值对白度的影响如上表所示，可见漆酶的最适宜ph值在4.24.4之间，当ph值较低时，反应速率慢，而过高的时候，ph值对漆酶可能产生的影响有两种情况，一种是破坏了酶的空间构象，使酶变性失活，第二种是改变反应系统的组份，不同的ph值将改变和影响酶的解离状态、底物的解离状态及酶-底物络合物的解离等，从而影响酶的催化反应速度。2.4.3 漆酶预处理酶浓度对漂白结果的影响：表4酶浓度对白度的影响酶浓度(g/300ml)白度（%）1581.42083.62584.13084.03584.1图3 酶浓度对白度的影响如图所示，可见漆酶使用的最适宜浓度在25g/300ml左右，再以后随着酶的不断增加，漂白效果并没有明显的提升，棉织物的色素主要以黄酮类化合物的形式存在，漆酶预处理虽然不能将其有效的去除，但可使黄酮体色素的结构发生一定变化，使这些新产物在漂白过程中更容易被氧化性漂白剂破坏，从而对传统的双氧水漂白起到加强的作用，在适量减少漂白时间及各种化学品的消耗量的情况下，选择漆酶的用量为25g。2.4.4 漆酶预处理处理时间对漂白结果的影响：表5处理时间对白度的影响：处理时间（min）白度（%）3082.84584.46084.27584.49084.2图4 处理时间对白度的影响如上表所示，可见漆酶使用最佳处理时间在45分钟左右，这之后，随着处理时间的增加，白度并没有明显的变化，所以，在45分钟左右的时候，漆酶已经充分的与棉织物上的色素作用，为了节省时间，选择漆酶的预处理时间为45分钟。综上研究表明，漆酶的使用最适宜条件为温度5060之间，ph值在4.24.4之间，浓度在25g/300ml左右，处理时间在45分钟左右2.5 正交试验根据正交表的设计方案，选择因素水平，制作正交试验表，设计正交试验由于漆酶在预处理过程中对漂白效果的影响因素主要来自其本身酶的特性，如温度、ph值、酶浓度及处理时间，在大量的单因素试验作为预备试验的基础上，根据正交试验的设计方案制作出以下因素水平表（四因素三水平）和正交试验表（共九组试验）：表6因素水平表水平温度（）ph值酶浓度（g/300ml）处理时间(min)1453.815302554.225453654.63560表7正交试验表试验号温度（）ph值酶浓度（g/300ml）处理时间（min）1453.815302454.225453454.635604553.825605554.235306554.615457653.835458654.215609654.625302.6 试验结果与分析按照正交试验表的分组进行实验，然后测量白度，注意后处理都是一样的传统的双氧水漂白。 正交试验的结果如下表所示：表8正交试验结果试验号温度（）ph值酶浓度（g/300ml）处理时间（min）白度（%）1453.8153077.12454.2254584.23454.6356080.84503.8256083.95504.2353084.16504.6154579.77653.8354577.58654.2156077.49654.6253076.3 设a因素为温度，b因素为ph值，c因素为酶浓度，d因素为处理时间，那么a因素1水平所对应的试验指标之和为：ka1=77.1+84.2+80.8=242.1，ka1=1/3ka1=80.7，a因素2水平所对应的试验指标之和为：ka2=83.9+84.1+79.7=247.7，ka2=1/3ka2=82.3，a因素3水平所对应的试验指标之和为：ka3=77.5+77.4+76.3=231.2，ka3=1/3ka3=77.1，故而ka2ka1ka3，由此计算可知，温度的高低对漆酶的预处理效果是有影响的，若无影响则ka1=ka2=ka3，且温度在55左右的时候是最适宜的； b因素1水平所对应的试验指标之和为：kb1=77.1+83.9+77.5=238.5，kb1=1/3kb1=79.5，b因素2水平所对应的试验指标之和为：kb2=84.2+84.1+77.4=245.7，kb2=1/3kb2=81.9,b因素3水平所对应的试验指标之和为：kb3=80.8+79.7+76.3=236.8，kb3=1/3kb3=78.9，故而kb2kb1kb3，由此计算可知，ph值的大小对漆酶的预处理效果是有影响的，若无影响则kb1=kb2=kb3，且ph值在4.2左右的时候是最适宜的； c因素1水平所对应的试验指标之和为：kc1=77.1+79.7+77.4=234.2，kc1=1/3kc1=78.1，c因素2水平所对应的试验指标之和为：kc2=84.2+83.9+76.3=244.4，kc2=1/3kc2=81.5，c因素3水平所对应的试验指标之和为：kc3=80.8+84.1+77.5=242.4，kc3=1/3kc3=80.8，故而kc2kc3kc1，由此计算可知，酶的添加量对预处理的效果是有影响的，若无影响，则kc1=kc2=kc3，且kc2与kc3已经很接近了，所以酶的添加量在c2,即25g左右的时候是最适宜的，超过此范围后，随着酶的增加，白度效果提升并不是很明显，为了节约材料不至于浪费，采取酶的添加量在25g左右最为合适； d因素1水平所对应的试验指标之和为kd1=77.1+84.1+76.3=237.5，kd1=1/3kd1=79.2，d因素2水平所对应的试验指标之和为kd2=84.2+79.7+77.5=241.4，kd2=1/3kd2=80.5，d因素3水平所对应的试验指标之和为kd3=80.8+83.9+77.4=242.1，kd3=1/3kd3=80.7，故而kd3kd2kd1，由此计算可知，随着处理时间的延长，对漆酶预处理的效果是有影响的，若无影响，则kd1=kd2=kd3，且kd2与kd3非常相近，所以当处理时间在d2即45分钟左右的时候就已经达到了效果，再往后提升并不明显，为了节省时间，故采取45分钟左右最为合适。 极差分析表9极差结果极差rkmax-kminra5.2rb3rc3.4rd1.5综上所述，可知a2，b2，c2，d2分别是a,b,c,d因素的优水平，四个因素的优水平组合a2b2c2d2为本实验的最优水平组合即温度为55，ph值4.2，酶的浓度0.08g/ml，处理时间为45min左右，酶的发挥作用效果发挥到最佳。并且，四个因素的主次顺序为：温度酶浓度ph值处理时间。2.7 验证试验为了进一步说明正交试验的结果即使用最佳工艺参数内的漆酶确实对纯棉织物漂白后的效果有着显著的提升，故又做了一组验证试验。主要分为三组：a：不作任何处理的织物白度与强力测定；b：只作常规双氧水漂白的织物白度与强力测定；c：使用最佳工艺参数下的漆酶预处理再用常规双氧水漂白后织物的白度与强力测定。2.8 结果与分析表10验证试验结果组号白度(%)强力(n)a62.9513b76.1461c84.7445图5 三组试验白度大小对比图6三组试验强力大小对比由上图所示，其中a组为空白试验即未作任何处理作对比用，b组是使用常规双氧水漂白后的结果，c组是最佳工艺参数下的漆酶预处理后再用常规双氧水漂白后的结果，显然可见，使用漆酶预处理后的织物白度有了显著的提升较之其他两组最高，然而在强力方面也有了一定的下降，相对于不使用漆酶预处理的b组试验来说下降的并不是很多，在不影响织物的服用性能的情况下（一般织物强力能保持在80%的样子即可），故采用漆酶预处理再使用常规双氧水漂白所得的白度会有明显的提升作用。结论与讨论1 由单因素试验的结果得知，漆酶的使用最适宜条件为温度5060之间，ph值在4.24.4之间，浓度在0.08g/ml左右，处理时间在45分钟左右。2 由正交试验的结果得知， a2，b2，c2，d2分别是a,b,c,d因素的优水平，四个因素的优水平组合a2b2c2d2为本实验的最优水平组合即温度为55，ph值4.2，酶的浓度0.08g/ml，处理时间为45min左右，酶的发挥作用效果发挥到最佳。并且，四个因素的主次顺序为：温度酶浓度ph值处理时间。3 由验证试验表明，在使用了最佳工艺参数下漆酶的预处理后，织物的漂白效果有了明显的提升，白度显著升高，强力虽然有一些下降，但相对于常规的双氧水漂白，下降的并不是很多，在满足织物服用性能的情况下是可以接受的。4在试验的过程中发现，当单独使用酶对织物进行处理后，白度并没有增加，相反却有所降低，然而与双氧水结合后漂白，白度发生了大幅度的提高，由此可见，漆酶预处理也只是起着辅助作用，其本身并不具有漂白的功能，但通过它可以加强传统双氧水对纯棉织物的漂白。致 谢本论文是在张晓丽导师的细心指导下完成的，从一开始的选题，资料的搜集整理，试验的设计，论文的撰写，张老师都给予我们非常大的帮助，她严谨的教学态度，渊博的专业知识，以及我们在试验过程中遇到困难时给予的种种建议，帮我们重重把关，无时无刻不与我们沟通和交流，在此我要表示衷心的感谢。同时也要感谢工作室的刘陶、梅毓、许云辉等老师和同学们给予的帮助，有了他们的帮助，才使得我在制作毕业论文的过程中学会了更多的东西。参 考 文 献1 周文龙.酶在纺织中的应用m.北京：中国纺织出版社，2002.72-73.2 王国栋，陈晓亚.漆酶的性质、功能、催化机理和应用j.植物学通报，2003,20（4）：469-475.3 魏华丽，史安石，石淑兰.漆酶及其应用j.纸和造纸，2004,11（6）：79-81。4 季力才，胡培植漆酶催化氧化反应研究进展j林产化学与工业，1997，17(1)：79-855 邵宽纺织加工化学m北京：纺织工业出版社，2004：59-656 韩君莉，郭丽琼，林俊芳漆酶结构的研究进展j生物加工过程，2006，4(4)：l_67 邵宽纺织加工化学m北京：纺织工业出版社，2004：59-658 郝龙云，蔡玉青漆酶在靛蓝牛仔布水洗中的应用j印染，2007(17)：19-209 何瑾馨染料化学m北京：中国纺织工业出版社，2004：8410 王石磊，张建波，张建英，董朝红.漆酶及其在纺织工业中的应用.201011 camarem s，ibarra d，martlnez at，et a1paper pulp deligaifieatiouusing laccase and natural mediatorsjenzyme and micmbial technology，2007(40)：1264-127112 campos r，kandelbauer a，robra k h，et o1indigo degradation withpurifledlaccases from trametes hirsuta and selerotium rolfsiijjoumalofbioteehnology，2001，89：131-13913 riva slaeeases：blue enzymes for green chemistryjtrends in biot