（纺织工程专业论文）羊毛表面生物酶改性及机制研究.pdf

摘要 摘要 删 y 18 2 9 石芎苦 传统羊毛防毡缩加工多采用氯化一树脂法，加工中产生的可吸收有机卤化物( a o x ) 毒性高，环境污染大。本文首先在反胶束体系和水相体系中，应用重组z 加c 口角质酶 对羊毛织物进行预处理；比较了s a v i n a s e 蛋白酶与木瓜蛋白酶在羊毛防毡缩整理效果上 的差异；考察了b 口c f 刀螂s 肋f f 凰菌产角蛋白酶、脂肪酶l 3 1 2 6 和l i p e x1 0 0 l 预处理对羊 毛蛋白酶改性加工的影响。在低浓度h 2 0 2 氧化预处理的基础上，结合角质酶、蛋白酶 处理，对羊毛表面酶法改性效果与机理进行了研究。主要研究结果如下： 1 考察了反胶束体系中表面活性剂、角质酶浓度与含水量对羊毛后续蛋白酶加工的影 响。结果表明，当角质酶浓度为2 ( o w f ) ，环己烷、正丁醇与t w e e n 8 0 体积比为5 ： l ：1 ，含水量( 水与t w e e n 8 0 摩尔比) 为2 5 时，角质酶蛋白酶处理后羊毛织物润湿性 改善，纤维表面a l l w 6 r d e n 反应特征减弱。角质酶反胶束体系预处理对羊毛蛋白酶加工 有促进作用，处理后羊毛失重率增加，碱溶解度仅蛋白酶处理样相当。仅角质酶反胶束 体系处理，羊毛表面类脂去除程度有限，织物表面接触角大于氢氧化钾甲醇处理样。在 角质酶反胶束体系处理中，受含水量、表面活性剂与角质酶浓度、纤维表面可及度等因 素影响，羊毛角质酶处理效果有待提高。 2 在水相体系角质酶预处理的基础上，比较了不同蛋白酶对羊毛织物的整理效果。羊 毛经水相体系角质酶预处理，润湿性好于角质酶反胶束体系处理样，进一步结合蛋白酶 处理，润湿性明显改善。羊毛蛋白酶处理中，s a v i n a s e 蛋白酶( 丝氨酸蛋白酶) 较木瓜 蛋白酶( 巯基蛋白酶) 具有更高的酶解效率，相同酶浓度条件下s a v i n a s e 处理样失重率 较高。角质酶预处理对s a v i m s e 蛋白酶处理有明显促进作用，处理后织物强力与角质酶 木瓜蛋白酶处理样相当，织物水洗后的毡缩率较低。仅s a v i m s e 蛋白酶处理，羊毛毡 缩性改善较少，原因是s a v i m s e 蛋白酶对纤维鳞片角蛋白水解效率较低。 3 研究了脂肪酶、角蛋白酶与角质酶组合预处理对羊毛蛋白酶加工的影响。( 1 ) 脂肪 酶预处理对羊毛织物润湿性与后续蛋白酶加工影响较小，试样失重率与水洗毡缩率变化 不明显。( 2 ) 单一角蛋白酶处理对鳞片作用效果较小，羊毛织物润湿性改善较少，水洗 毡缩率与原样相当：角蛋白酶蛋白酶处理后，羊毛润湿性、失重率较仅蛋白酶处理样增 加，织物毡缩率有所下降，但不及角质酶蛋白酶处理样。( 3 ) 角质酶、角蛋白酶和蛋白 酶组合处理进一步改善了羊毛织物表面的润湿性，试样水洗后的毡缩率低于角质酶蛋白 酶和角蛋白酶蛋白酶处理样。羊毛经角质酶侑蛋白酶蛋白酶处理后，酶解残液中半胱 氨酸含量高于角质酶蛋白酶处理残液，原因可能与角蛋白酶对羊毛纤维中胱氨酸二硫键 有水解作用相关。 摘要 4 考察了h 2 0 2 氧化预处理对羊毛蛋白酶加工的影响。单独h 2 0 2 处理对羊毛纤维表面 类脂物结构没有明显影响，织物表面润湿性改善较少，试样失重率较低，羊毛防毡缩性 能较原样下降。随着h 2 0 2 浓度增加，h 2 0 2 蛋白酶组合处理后羊毛织物失重率增加，断 裂强力明显下降，但防毡缩性能提高较少，这可能与蛋白酶处理中高深度、低广度的酶 解模式相关。h 2 0 2 蛋白酶处理中，羊毛纤维鳞片细胞间质和皮质层蛋白水解较多，鳞 片去除以剥离方式为主，羊毛失重率与防毡缩性能之间的相关性不强，防毡缩整理效果 不理想。 5 考察了低浓度h 2 0 2 、角质酶组合预处理对羊毛蛋白酶加工的影响。h 2 0 2 弱氧化、 角质酶和蛋白酶组合处理后，羊毛表面润湿性明显改善，失重率增加，织物水洗后的毡 缩率下降，纤维表面砧1 w 6 r d e n 反应特征减弱。2g lh 2 0 2 ( 3 0 ) 、4 ( o w f ) 角质酶和 2 ( o w f ) s a v i n a s e 蛋白酶处理后，羊毛织物3 次水洗后的毡缩率降低至3 5 ，强力保 留率约为8 4 ，优于角质酶蛋白酶或h 2 0 2 蛋白酶处理样，试样染色性能与弹性回复能 力、柔软度等织物风格也有明显改善。低浓度h 2 0 2 预处理增加了角质酶对羊毛纤维表 面类脂的作用效果，使得蛋白酶处理中纤维鳞片角蛋白的水解效率增加，纤维损伤低于 h 2 0 2 蛋白酶处理样。弱氧化、角质酶和蛋白酶组合处理中，羊毛鳞片去除以水解模式 为主，试样表面的润湿性与防毡缩性之间存在较好的正相关性，即润湿性越好，织物水 洗后的毡缩率越低；失重率与防毡缩性之间的相关性也较h 2 0 2 蛋白酶处理样显著。 6 研究了角质酶、角蛋白酶、氧化预处理与蛋白酶处理对羊毛纤维结构组成与外观形 态的影响。角质酶处理后羊毛红外光谱特征吸收峰与原样没有明显变化，饱和脂肪酸酯 c = o 特征吸收峰的强度降低，c 元素含量与c n 比下降，表明羊毛纤维表面类脂物得到 去除。h 2 0 2 处理后羊毛纤维中胱氨酸氧化产物磺基丙氨酸含量增加，类脂物去除效果较 差。2g lh 2 0 2 ( 3 0 ) 与角质酶组合处理后，羊毛纤维表面c 元素含量明显下降，0 c 比 增加，表明纤维表面极性基团数量增多，类脂物去除效果增加。弱氧化、角质酶和蛋白 酶三步处理后，羊毛纤维中胱氨酸相对含量较低，s e m 验证了羊毛纤维鳞片得到均匀 去除。 关键词：羊毛纤维，角质酶，脂肪酶，角蛋白酶，h 2 0 2 ，蛋白酶，表面改性，作用机制 i i a b s t r a c t a sac o n v e n t i o n a ls h r i n k - p r o o f i i 培p r o c e s s ，c l l l o r i n e - r e s i i l 仃e 如e n te n d o w s 、o o lf l a b r i c 州ms a t i s f a c t o 巧a n t i f e l t i r 培a b i l i 够h o w e v e r ，i th a s 廿l ed i s a d v a l l t a g eo fe n “r o n m e n t a l p o l l u t i o nc a u s e db y 血et 0 ) 【i ca d s o r b a b l eo r g 越c o g e nc o m p o u n d s ( a o x ) i nt h i ss m d y ，a c u t i i l a s ef 如mt l l er e c o m b i i l a i l t 刀z p ，肌d 6 驴如协c 口w a sa p p l i e dt 0 臼e a t 、o o l i nm er e v e r s e d r n i c e l l e s 限s ) a n da q u e o u ss o l u t i o 船t l l ed i 位r e n c e so fs “j l k - p r o o f i n ge 伍c a c yb e 铆e e n s a v i i l a s ea 1 1 dp a p a i l l 仃e a 舡l l e n t sw e r ee v a l u a t e d ak e r a t i m s e 舶m 觑f 刀协占动棚叠锄d 觚o l i p 2 l s e so fd j2 6 锄d 工勿麟jd 弛w e r ea p p l i e di i lt 1 1 ew 0 0 lp r o c e s s i n g ，r e s p e c t i v e l y t h e e 日e c t so fk e r a t i l l a s ea i l dl i p a s ep r e 仃e a ：n i l e n t so nt 1 1 es u c c e e d i n gp r o t e 2 l s e 仃e a 恤e n tw e r e i i i v e s t i g a t e d f u r t h e m o r e ，也ee 佑c a c ya n dm e c h a i l i s mo ft h ec o m b i i l e de i l 2 秒m a t i cp r o c e s s ， b a s e do n 而l do x i d a t i o n ，c u t i i l a s ea 1 1 dp r o t e a s e 仃e 釉e n t sw e r e 出s oc o n c e m e d t h em a i l l c o n c l u s i o n sw e r el i s t e da sf b l l o w s 1 t h ee 日e c t so f 吼f - a c t a n t ，c u t i n a s ec o n c e n 心a t i o n 砒l dt l l em o lr a t i oo fh 2 0t 0t 、e e n - 8 0i i l r s0 nt 1 1 ee 伍c a c yo fs u c c e e d i n gp r o t e a s e 仃e a n i l e n t 、e r e 证v e s t i g a t e d t h er e g u l t si n d i c 锄描 廿1 a tt 1 1 ep r o t e a s e 廿e a t e dw 0 0 lp r e s e n t e di m p r o v e d 、e 心i l i 锣w h e np r e 仃e a t e d 、) l ，i m2 ( o w f ) c 埘i 娜ei i lr sa sf o l l o w s ：吐l e 矿( c y c l o h e x a n e ) ：y ( a l c o h 0 1 ) ：y ( t w e e n - 8 0 ) o f 5 ：1 ：1 ，m o lr a t i oo f 2 5 t h ec h a i 氍t e r i s t i co fa n w 6 r d e nr e a c t i o nf o rm e 仃e a t e dw o o lb e c a m ew e a k c u t i l l a s e p r e t r e a n m e n ti nr sf a c i l i t a t e d t 1 1 es u c c e e d i n gp r o t e a s e 仃e 砌e m t h ec o 如l b i i l e dp r o c e s s e n d o w e dw 0 0 1f a b r i cw i mab i tm 曲e rw e i g h tl o s sw i m o u tm o r en o t i c e a b l ei i l c r e a s e o f a l k a l i l l es o l u b i l i 坶a u sc o m p a r e dt 0m a to fm ei n d i v i d u a lp r o t e a s e 缸e a t i l l e n t f 眦n i l o r e ，t l l e w e 仕a b i l i t 、rf o rt h ew o o l 仃e a t e dw i n lc u t i n a s ei l lr sw a si l l f e r i o rt 0 1 a ti i l c u b a t e dw i n l p o t a s s i 啪h y d r o ) 【i d ea i l dm e m a n o l ，l ea c h i e v e dc o n t a c ta i l g l ew 硒s t i ul a 唱e ，w h j c hi n d i c a t e d m a tm er e m o v a lo fm eo u t m o s t1 i p i d s 盘o m 也ew o o ls u r f k e 、v a sn o tc o n l p l e t e l y t h ew h o l e e 伍c a c vo fc u t i n a s e 仃e a t i n e n t 洫r s 、a sr e l a t e dt 0m ec o m p o s i t i o no fo 玛a n i cs o l v e n t 觚d s 妇t a n t t 1 1 em 0 1r a t i oo fh 2 0t ot w e e n 一8 0 ，t l l ec o n c e n t r a t i o no fc m 证a s ea sw e u2 l st h e a c c e s s i b i l i 西o fe r 目，m 【et 0t l l ef - a t 锣a c i d si i l 、o o ls u r f a c e t h ee 伍c a c yo fc u t i i l a s e 仃e a 缸n e n t mr sw a st ob e 矗】r t h e ri m p r o v e d 2 t l l ee 毹c t so fc u t i n a s ep r e 仃e a t i l l e n ti i la q u e o u ss o l u t i o no nm es 城1 1 k p r o o f i n ge 伍c a c y o fp r o t e a s e 仃e a h n e n t 、e r ed i s c u s s e d t h ea c t i o n so f 弧的p r o t e 2 u s e sd u r i n ge m 秒m a t i c 、o o l p r o c e s s i n gw e r ec o i n p a r e d t h er e s u l t si n d i c a _ t e d 也a tw e t t ；a b i l i 够o fm ew o o l 仃e a t e dw i m c u t i l l a s ei 1 1a q u e o u ss 0 1 u t i o nw a sb e t t e rt h a t 仃e a t e di 1 1r s m o r ea c c e p 协l ew o o lw e 呦i l i t y w a so b t a j n e d 甜记rt l l ec o m b i n e du s eo fc u t i n a s e 锄dp r o t e a s e 仃e a n n e n t s t h ep r o t e a l s eo f s a v i n a s e ( as e r i n ep r o t e a s e ) s h o w e d1 1 i 曲e ra b i l i 哆t 0d e g r a d ew 0 0 1p r o t e i i ld u r i n ge n z y m 撕c - _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ i _ - 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p r o t e 2 l s ea l l dk e r a t i n a s e p r o t e a s e p r o c e s s e s t h ed a ：t a 舶mm ea l 】缸n oa c i da 1 1 a l y s i so f 1 er e s i d u a lp r o t e a u s e - i n c u b a t e ds o l u t i o n 砌i c a t e d 也a tt h er e l a t i v em a u s sc o n c e n t r a t i o no fc y s t e i n e i i l c u t m a s e - k e r a t i i l a s e p r o t e a s e 仃e 曲斑b a mw 丛ab “1 1 i 曲e rt l l a i l 也a to ft h e 伽曲= l a s e p r o t e a s e 缸e a t e d ，w h i c hw 勰p r o b a b l y d u et 0n l em o r er e d u c t i o no fd i s u l p 址d ec r o s s - 1 i h k si nc u t i c l es c a l e sb yk e r a 血豫s e 4 t l l ee 旋c t so fm ep e r o x i d ep r e 骶a _ 缸i l e n to n 血es u c c e e d l n gp r o t e 2 u s e 仃e 砌e n tw e r e i n v e s t i g a t e d i n d i v i d u a lo x i d a t i o nd i dl e s si n l p a c to nt h eo u t m o s tl i p i d si i l 、 ，0 0 ls u r f a c e ，n o o b v i o u sc h a i l g e so fw e t t a b i l i 够a i l dw e i g h tl o s sw e r eo b s e e da r e rw o o lp r o c e s s i n g t l l e 锄t i f e l t i n ga b i l i 母o fw o o ld e c r e a s e da f 【e ri r l d i v i d u a lp e r o x i d e 仃e a n n e n tw h e nc o m p a r e dt 0 n l em l 仃e a t e do n e h i 幽e rc o n c e n t r a t i o n so fp e r o x i d el e dt om o r e 、e i g h tl o s s 鹤、e u 勰s o m e s 仃e n g m1 0 s sa 缸rs u c c e e d i n gp r o t e a s e 仃e a t i l l e n t h o w e v e r ，协e 粗t i - f e l t i n ga b i l 崦o f w o o ld i d n o tf m h e ri m p r o v e d ，w 1 1 i c hc a nb ed u et om em e c l l a i l i s mo f 吐1 ep e r o x i d e p r o t e a s e 仃e 锄e 咄 i e t 1 1 ep r o t e o l y t i cr e a c t i o n sp r o c e e d e dd e 印l yi 1 1m e 丘b e r 硫e r i o ri i l s t e a do fe v e i d y 证w 0 0 l s u r f - a c e w h e nt 1 1 ew 0 0 lf a b r i cs 锄p l e 、懈p r e 仃e a t e d 晰t l l1 1 i 曲c o n c e 曲胁i o no fp e r o 嫡d e ，血e e n z y m 撕cd e g r a d a t i o n 谢t i lp r o t e a s eo c c u r r e de 伍c i e n t l y i nt l l e 舶e ri n t e r i o r ，r e s u l t i n gi n m o r ed e g r a d a t i o no fc e um e m b e r a n ec o m p l e xa n dc o n e xp r o t e m f o rt l l ew o o lb a l s e d o n p e r o x i d e p r o t e a s ec o m b i n e d 缸e a 缸n e n t ，t h e r ew a sn 0d e f i l l i t ec o r r e l a t i o nb e 似e e nw e l g h ti o s s a b s 廿a c t a n da n t i - f e l 血ga b i l 时o f w o o l ，也u st l l es 城i l l 【一p r o o f i n gp r o p e 啊o fw o o lw a su i l s a t i s t 0 5 t h ee 毹c t so f 也ec o l b i n e du s eo fl i l i l do ) ( i d a t i o na n dc u t i n a s ep r e 仃e a 缸n e n t so nt l l e s u c c e e d i n gp r o t e a s e仃e 锄e n tw e r ei i l v e s t i g a t e d a f k r也ew o o lf a b r i c s a m p l ew 雒 c o m b i n e d l y 仃e a t e dw 曲嘶1 do x i d a t i o n ，c u 血a s ea 1 1 dp r o t e a s e 能a 缸1 1 e n t s ，w e 呦i l i t ya 1 1 d 、e i g h tl o s so fw o o li n c r e a s e d ，l o wa r e as 1 1 r i i l l ( a g ep e r c e n t a g ea n dv e r y 、e a ka l l w 6 r d e n s e a e c tw e r eo b t a j n e d w h e nt l l ew o o lf a b r i cw 嬲r e s p e c t i v e l y 仃e a t e d 嘶廿12g lo fp e r o x i d e ( 3 0 ) ，4 ( o w f ) c u t j l m ，s e 锄d2 ( o w f ) s a v i i l a s ep r o t e a s e ，t l l ea r e as l l r i i l l 【a g ed e c r e a u s e dt 0 a p p r o x i l l l a t e l y3 5 a n e r 廿1 r e e 删n gc y c l e s ，t 1 1 er e s i d 砌s t r e n g 廿1p e r c e n t a g ew a s1 1 e a r l y 8 4 ，w h i c hw a sm u c ha c c e p t a b l e 硒c o m p a r e dt 0m e 、o o l 仃e a t e dw i 廿1p r o t e a u s ea l o n e t h e d y e a b i l i 够a sw e u 嬲m ef - a b r i cs 锣l e s ( i n c l u d i n ge l a s t i cr e s i l i e n c e ，s o f m e s se t c ) ，f o rm e c o m b i n e d 仃e a t e d 、) l ，o o l ，、e r ea l l s ob e 曲e rt 1 锄m a tb a s e do ni i l d i v i d u 2 l lp r o t e a s et r e a t m e n t m i l do x i d a t i o n 埘t l ll o wc o n c e n 缸a t i o no fp e r o ) 【i d e p r o m o t e d t 1 1 es u c c e e d i n gc u t i n a s e 骶锄e n ta i l d1 e dt om o r er e m o v a lo ft l l e 1 i p i d s 仔o mt h ew o o le p i c u t i c l e ，m a l ( i n gm e e n z y m a t i cd e g r a d a t i o np r o c e e de 伍c i e n t l y 仔o mm ec u t i c l ec e l l s t l l eo b t a i n e d 舶e rd 锄a g e s o fw o o lw e r el o w e r 廿l l 蛆t h a t 仃c a t i 耐谢t l lp e r o x i d e - p r o t e a l s e f o rt h c 、o o lf a b r i cc o m b i l l e d l y 缸e a t e d 谢ml i l i l d o x i d a t i o 玛c u t m a s ea l l dp r o t e a s e 仃e a 廿n e n t s ，d i r e c tc o r r e l a t i o nb e 铆e e n 、e t t l b i l i 够a n d 觚t i f e l t i i 培a ：b i l i 够w 硒d e t e c t e d ，i e ，b e t t e rw e 饱l b i l t i yo fw o o lc o u l dl e a dt 0 l o 、ra r e as h r i i l k a g e f u r m e 衄o r e ，廿l ec o r r e l a t i o nb e t 、v e e nw e i g h tl o s sa n d a n t i f e l t i n ga b i l i 母 o fw 0 0 1w a sa l s om o r en o t i c e a b l et l l 觚1 1 1 a tb a s e do np e r 0 ) ( i d e p r o t e a s e 仃l 蕴n n e n t 6 t h ee f r e c t so fc u t i i l a s e ，k e r a t i n a s e ，o x i d a t i o n p r e 仃e a n n e n t s 嬲、e ua st h ep r o t e a s e 仃e 咖e n to nt h es 仉l c t u r ea n dc o m p o s i t i o no f 、o o lf i b e r s 、e r ea 1 1 a j y z e d t h ef ti rs p e c 仃a o fw o o lb a s e do nc u t m s ep r e 仃e a t m e n t sd i dn o to b v i o u s l yc h a n g ew h e nc o m p a r e dt 0n l e u 1 1 吮a t e do n e f o rm ew o o l 仃e 如dw i 也c 嘶n a s e ，此c h a r a c t e r i s t i cp e 狄so fm ee s t e r - b o n d ( c 2 0 ) b e c 锄ew e a k ，t l l er e l a t i v em a l s sc o n c e n 位m o no fc 2 u r b o na sw e ua sm ea t 0 1 1 1 i cr a t i oo f c a 北 0 nt 0m 缸d g e nd e c r e a l s e d ，i n d i c a d n gt h a tt l l el i p i d sc o n t e n ti n 、v o o ls u r f a c em i g h td e c r e a s e d u r i r 培c u t i m l s ep r e 仃e a t m e n t f o r 也ew o o l 仃e a t e dw i mp e r o x i d e ，m ec o n c e n 位l t i o no f c y s - s 0 3 ha j l dm ea t o 栅cr a t i oo ) ( ) ，g e nt oc 砷o nb o mi i l c r e a s e da 艋rp e r o ) 【i d e 仃e a 眈e n t f o r m ew o o l 仃e a t e d 谢t l l2g lo fp e r o ) 【i d e ( 3 0 ) ，c u t i n a s ea i l dp r o t e a s e ，r e s p e c t i v e l y ，t 1 1 er e l a t i v e m a s sc o n c e n 的t i o no f c a r b o nd e c r e a s e d ，w 1 1 i l en l ea t o 面cr a t i oo f o ) ( ) ，g e nt 0c a r b o ni n c r e a s e d ， r e v e a l i n g 慨m el i p i d sc o n t e n ti i lw 0 0 le p i c u t i c l em i g h td e c r e a l s ea i l dm o r ep o l a rg r o u p s e x p o s e do nt l l ew 0 0 1 驯a c e t h ed a t a 仔o m 锄i n oa c i da 1 1 a l y s i so fw o o lh l d i c a t e dm a tm e r e l a _ t i v em a s sc o n c e n 仃a t i o no fc y s t e i i l ef o rt t l ec u t i n a s e k e r a t i n a s e - p r o t e a s e 仃e a t e dw 0 0 1w a s v e 巧l o w s e mi m a g e sv e r i f i e d 也a t 也ec o m b i l l e du s eo f 血1 do x i d 撕o na 1 1 dc 们n a s e p r e t r e 锄e n t sc o u l de v e l l l yi n c r e a s et 1 1 ee x t e mo fs c a l er e m o v a ld u r i n gp r o t e a s e 仃e a 缸n e n t v a b s t r a c t k e yw o r d s ：w | 0 0 l ，c u t i r 脚e ，l i p a s e ，k e r 撕n a s e ，h y d r o g e np e r o x i d e ，p r o t e a l s e ，s u r f - a c e m o d i f i c a t i o n ，m e c h a l l i s m 目录 目录 摘要i a b s n a c