中性蛋白酶1398在羊毛洗毛工藝中的應用

2019-04-24 04:00:16寧躍龍魏玉娟武彩艷

毛紡科技 2019年4期

寧躍龍，魏玉娟，趙尚，武彩艷

(1.河北科技大學紡織服裝學院，河北石家莊 050000； 2.河北浩麗羊絨科技有限公司，河北清河 054800)

羊毛原毛表面除了含有羊毛脂、羊汗、土雜、草雜污染物外,還存在蛋白質類污染物，蛋白質污染物的存在使羊毛色澤變暗,采用傳統的羊毛洗毛方法很難完全去除。所以酶洗羊毛不僅是生態工藝的要求也是至關重要的前處理[1]。蛋白酶的催化反應具有高度的專一性。蛋白酶的催化反應條件溫和，在中性環境下便可以催化，被稱為生物催化劑,它可以將蛋白質催化水解以達到去除羊毛蛋白類雜質的效果并且酶能提供活化能需求較低的路徑，使更多的反應粒子具有超過活化能的動能，從而加快反應速率[2]。這樣不僅節約能源并且對設備要求低,酶的催化活性具有可控性、無毒性。因而，蛋白酶被譽為環境的友好保護者。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

1.1.1材料

羊毛(南宮市海全毛氈廠)，中性蛋白酶1398(上海丹尼悅生物科技有限公司)，洗劑DVK-127-1(北京耀友科技有限公司)，氯化鈉(天津市致遠化學試劑有限公司)，碳酸鈉(天津市致遠化學試劑有限公司)，酒精(天津市致遠化學試劑有限公司)。

1.1.2儀器

WSB-3A型智能式數字白度計(溫州大榮紡織標準儀器廠)；DHG-9 245 A電熱恒溫鼓風干燥箱(上海齊欣科學儀器有限公司)；B203LED生物顯微鏡(重慶奧特光學儀器有限公司)；JJ500分析天平(常州市雙杰測試儀器廠)；HH-4數顯恒溫水浴鍋(金壇市雙捷實驗儀器廠)；008E電子單纖維強力機(溫州大榮紡織標準儀器廠)。

1.2 實驗方法

采用五槽法洗羊毛，酶洗時間10 min。稱取羊毛1 g,一槽為浸濕槽，溫度為45 ℃，用清水浸濕羊毛8 min；二、三槽為洗滌槽，二槽為洗劑601T用量0.3%(owf)，三槽為不同用量的酶1398[3]，溫度50 ℃，時間10 min；四、五槽為清水洗滌槽，溫度45 ℃，時間8 min。實驗步驟為：

①首先根據實驗方案稱量等梯度的各洗劑用量。

②在二槽燒杯中加入已精確稱量的洗劑與助劑混合均勻，量取一定體積的水，倒入燒杯混合均勻；放入水浴鍋中恒溫保存。

③三槽稱取定量的酶1398，量取定量的水，倒入燒杯混合均勻，在一、四、五槽中放入定量的水恒溫保存。

④研究酶單獨處理羊毛時，稱取1 g羊毛后根據實驗步驟分別加入一、三、四、五槽。

⑤研究酶1398與洗劑601T復配效果時，稱取1 g羊毛后根據實驗步驟分別加入一、二、三、四、五槽。

⑥羊毛洗凈后放入烘箱中烘干，然后稱量計算失重率。

1.3 測試方法

酶洗羊毛工藝使羊毛產生的改變[4]，可以由幾個指標來衡量，如白度、強度、殘脂率等。羊毛白度由白度計測定，羊毛強度的變化由單纖維強力機來測定。最后可以根據白度、殘脂率及強度的改變對洗毛效果進行評定。

1.3.1白度

在洗羊毛之前，首先測量羊毛原毛白度，以便與洗后的羊毛進行對比。把烘干的羊毛進行白度測量，首先對白度計進行校準，然后對羊毛進行測量，測量3次取平均值，記錄數據。

根據羊毛原毛與洗后羊毛白度的變化進行計算：

白度增長率=(洗后羊毛白度-羊毛原毛白度)/洗后羊毛白度×100%

1.3.2殘脂率

羊毛原毛本身不僅含有許多雜質還有蛋白質污染物，經過洗滌槽清洗槽的雙重作用，羊毛的殘脂率逐漸降低[5]。由于羊毛本身含有草雜沙土和蛋白類污染物，所以在僅有條件下對羊毛含脂率計算誤差太大，故用殘脂率來測定。

首先對洗后烘干羊毛稱量質量，然后按浴比1∶40進行酒精萃取，溫度55～60 ℃，時間60 min,然后對萃取后的羊毛清洗烘干，稱量。

殘脂率=(洗后羊毛質量-萃取羊毛質量)/洗后羊毛質量×100%

1.3.3羊毛纖維強度的測定

用單纖維強力機對羊毛進行強力測定，根據操作流程，首先打開機器，打開電腦軟件進入測量步驟根據說明逐步操作，準備就緒后，用夾子把羊毛加在強力機上進行測量。羊毛單纖維電子強力測試，根據使用說明和步驟進行測試。

降強率=(處理前羊毛強力-處理后羊毛強力)/處理前羊毛強力×100%

2 實驗結果及分析

羊毛浸濕是羊毛洗毛的首要步驟。羊毛經浸潤后,水分子在土雜表面的吸附增加了土雜的自身質量,同時降低土雜與纖維表面其它污染物之間的黏附力,促使土雜易于去除[6]。隨后是羊毛洗滌,主要針對羊毛中含有的蛋白類污染物和油脂，主要是與羊毛的鱗片層，羊毛中的羊脂，羊毛中的羊汗溶于水在浸濕槽就可以去除。在羊毛洗滌槽中把殘余洗劑和酶去除。最后對羊毛進行烘干，稱量，測量羊毛的各項指標。

2.1 酶1398用量對羊毛品質的影響

羊毛洗毛過程中，在一定范圍內增加酶用量可以提高羊毛的白度，并且對其強力影響不大，若酶用量過大則會破壞羊毛表面結構，引起纖維損傷[7]。

為探討不同用量下酶對羊毛污染物的催化情況，1398酶用量變化對羊毛品質的影響如表1所示。

表1 1398酶用量變化對羊毛品質的影響

由表1可以看出：隨著蛋白酶用量的增加，白度增長率的變化趨勢是先增加后逐漸趨向平穩，當酶用量在0.4%～0.8%(owf)時，白度增長率平穩過度到穩定值。

羊毛的降強率變化趨勢隨著酶1398用量的變大不斷增加，當酶用量在0.8%(owf)之前時，降強率比較穩定，當用量超過0.8%(owf)后羊毛的降強率變化速率變大。這是因為蛋白酶破壞了羊毛表面結構所致，使部分蛋白質分子鏈被降解損傷，強力下降[8]。

所以中性蛋白酶1398用量在0.4%～0.8%(owf)時處理的羊毛白度增長率最大為25.3%，但是對羊毛強度影響不大，降強率為6.4%。

2.2 酶1398與洗劑601T復合對羊毛品質的影響

在確定酶1398處理羊毛的最佳用量區間在0.4%～0.8%(owf)時，將酶1398與洗劑601T復合處理羊毛，酶與洗劑601T復合作用對羊毛品質的影響如表2所示。

表2 酶與洗劑601T復合作用對羊毛品質的影響

由表2可以看出：羊毛的白度增長率隨著復合處理中酶1398用量的增加不斷變大。雖然白度增長率的變化速率不大，但是要比同樣用量下的酶1398單獨處理羊毛白度增長率平均值高5.0%。

經過復配的處理羊毛的降強率整體變化趨勢在不斷升高。雖然變化率不大但是要比酶1398單獨處理羊毛時降強率平均值低1.6%。通過對比酶1398單獨處理羊毛結果發現，酶1398與洗劑601T復合處理羊毛效果要比酶1398單獨處理羊毛的效果好。

2.3 溫度對酶1398活性的影響

本文實驗通過改變酶洗槽溫度，用洗劑和酶復合作用，檢測羊毛的白度和纖維斷裂強度，溫度變化對羊毛白度與強度的影響如表3所示。

由表3可以看出：羊毛的白度增長率隨溫度的升高先增大后減小，降強率先降低后增加并且在45～50 ℃之間羊毛的白度增長率與降強率處于最佳范圍，平均值分別為30.43%與8.91%。說明酶的催化反應速率受溫度的影響較大[9]，在有效作用溫度范圍內，酶的活性隨溫度上升而增加，但是在超過最適溫度之后，隨著溫度的升高，酶逐漸失去活性[10]。