蛋白酶/活化劑一浴法用于羊毛防縮整理的可行性

余雪滿，鐘少鋒，樓永平

(浙江工業職業技術學院 鑒湖學院，浙江 紹興 312000)

羊毛面料越來越受消費者喜愛，但其氈縮性使羊毛制品洗滌條件受限，使得消費者使用成本增加。目前，較成熟的羊毛防縮處理是氯化法[1-3]，這種方法可以大幅改善羊毛的氈縮性，但其生產過程中會排放含有大量的可吸附有機鹵化物 (AOX)的廢水，對環境污染嚴重，近年來很多國家開始通過立法限制AOX的排放[4]。因此，生物酶整理越來越被關注，但由于羊毛鱗片中二硫鍵的存在，使其具有穩定的網狀結構，大大減少了蛋白酶的可及性，單獨使用蛋白酶防縮整理效果不佳[5],生物酶處理法仍需要一定的預處理工藝。周雯等[6]利用 Bacillus Subtitles制作角蛋白酶，與蛋白酶同浴處理羊毛,浸泡1 h羊毛鱗片出現剝離現象，但纖維損失較大，整理時間較長。唐軍等[7]對一種含有大量二硫鍵的植物環蛋白用生物酶活化劑預處理的方法對其進行研究，研究結果表明，生物酶活化劑對提取高硫蛋白有很好的效果。因此，可以用活化劑還原蛋白中的二硫鍵，為蛋白酶向鱗片內部滲透創造條件。本文通過酶活、氨基酸、減量率、羊毛氈縮性等測試，研究蛋白酶和生物酶活化劑共浴的可行性，為縮短整理時間提供實驗依據。

1 實 驗

1.1 實驗材料和儀器

材料：澳毛(14 tex，70支，江蘇常新光毛條處理有限公司)；35%生物酶活化劑(天津聯寬精細化工有限公司)；諾維信絲毛蛋白酶4.0 T(諾維信生物技術有限公司)；滲透劑JFC(工業級)、冰乙酸(分析純)、碳酸鈉(分析純)(南通科輝化工科技有限公司)等。

儀器：HWS-24數顯恒溫水浴鍋(上海一恒科學儀器有限公司)；DHG-9145A烘箱(上海一恒科學儀器有限公司)；UV-1800分光光度計(上海美譜達儀器有限公司)；ME104型電子分析天平(梅特勒托利多)；HITACHIL-880型氨基酸分析儀(日立高薪技術有限公司)；Y151型纖維摩擦系數儀(上海楚工實業有限公司)、JSM-6700型掃描電鏡(日本電子株式會社)。

1.2 實驗方法

1.2.1 空白樣處理

羊毛纖維在質量濃度為1 g/L的JFC溶液中，浴比1∶100，溫度45～50 ℃處理30 s。

1.2.2 生物酶活化劑/蛋白酶一浴法整理

實驗方案：反復浸軋3次(軋余率95%以上)→水洗1 min→酶失活→烘干。

浸軋條件：活化劑質量濃度2.5 g/L，蛋白酶用量3%(owf), pH值8.0，溫度50 ℃，浴比1∶100，時間30 s。

1.2.3 實驗條件

蛋白酶處理：蛋白酶用量3%(owf)，pH值8.0，溫度50 ℃，浴比1∶100。

生物酶活化劑處理：生物酶活化劑質量濃度2.5 g/L，溫度50 ℃，浴比1∶100。

蛋白酶/活化劑一浴法處理：活化劑質量濃度2.5 g/L，蛋白酶用量3%(owf)，pH值8.0，溫度50 ℃，浴比1∶100。

酶失活條件：冰醋酸調節pH值至3.5～4.0，浴比1∶40,溫度80～85 ℃，時間5 min。

1.3 測試方法

1.3.1 酶活測試(福林法)

參照SB/T 10317—1999《蛋白酶活力測試法》制備試樣，測定不同條件下的吸光度，按式(1)計算蛋白酶活力[8]。

(1)

式中:y為蛋白酶活力,U/mg;A為吸光度;N為稀釋倍數。

1.3.2 氨基酸測試

采用氨基酸分析儀分別對未處理樣、單純活化劑處理及一浴法處理的羊毛試樣的氨基酸種類與含量進行檢測，觀察氨基酸的變化。

1.3.3 減量率測試

處理前后的羊毛分別于105 ℃烘至恒質量，稱量結果保留2位小數，由式(2)計算減量率。

(2)

1.3.4 定向摩擦效應測試

采用Y151型纖維摩擦系數儀測定羊毛的順逆摩擦力，從每個羊毛試樣中隨機抽取50根進行測試，由式(3)計算順逆摩擦因數μ。

μ=0.733×[lgT1-lg(T1-M)]

(3)

式中:T1為初始張力，0.2 cN;M為扭力天平讀數，mg，定向摩擦效應[9]根據式(4)計算。

(4)

式中:δμ為定向摩擦效應；μa為逆鱗片摩擦因數；μs為順鱗片摩擦因數。

1.3.5 掃描電鏡測試

對處理前后的羊毛試樣進行真空噴金，再用掃描電鏡拍攝羊毛的表面形態[10]。

2 結果與討論

2.1 蛋白酶在共同浴中的活性分析

生物酶活化劑作為一種有機試劑，可能會對蛋白酶活性造成影響，為證實蛋白酶在共同浴中的有效性，需對一浴法中酶的活性與單獨蛋白酶活性進行測試對比，將單獨蛋白酶和一浴法處理液分別在室溫和 50 ℃放置一段時間，分別測試放置不同時間下蛋白酶的活力，測試結果如表1所示。

表1 不同條件下蛋白酶活力

實驗條件：單獨蛋白酶浴蛋白酶用量為3%(owf)；蛋白酶/活化劑共同?。夯罨瘎┵|量濃度2.5 g/L，蛋白酶用量3%(owf)。

由表1示出，在蛋白酶/活化劑一浴法溶液中，蛋白酶活性無論是室溫還是50 ℃溫度下，放置相同時間，都與單獨蛋白酶時的活力差異不大，說明生物酶活化劑對蛋白酶的活性沒有抑制作用，證實了蛋白酶/活化劑一浴法是可行的；室溫下的酶活僅為50 ℃時酶活的75%左右，說明蛋白酶活力受溫度的影響，故在防縮整理過程中要考慮溫度的影響；還可以看出，隨著放置時間的延長，蛋白酶活力變化不大，說明了蛋白酶在同浴中的穩定性，同時也證實了一浴法連續化生產的可能性。

2.2 氨基酸含量分析

將原毛、單獨活化劑處理和蛋白酶/活化劑一浴法整理的羊毛進行氨基酸測試分析，羊毛纖維化學含量的變化，推斷活化劑對二硫鍵攻擊的專一性，測試結果如表2所示。其中脯氨酸、苯丙氨酸等其他氨基酸含量基本不變，故沒有列出。

表2 不同工藝氨基酸含量測試結果 %

由表2示出，經單獨活化劑處理和共同浴處理后的羊毛氨基酸結果與原毛相比，胱氨酸含量由原來的9.43%分別下降到3.32%和3.28%，超出了常規含量范圍，其他氨基酸含量變化不大，都在常規含量波動范圍之內，說明2種處理工藝只對胱氨酸有明顯效果；還可以看出，單獨活化劑處理和共同浴處理后胱氨酸含量基本不變，說明活化劑在整理過程中對二硫鍵的攻擊是專一的，可以有效打開胱氨酸中的二硫鍵，為蛋白酶的進入創造條件。

2.3 蛋白酶/活化劑整理對羊毛減量率的影響

對比經單獨蛋白酶整理、單獨活化劑整理和蛋白酶/活化劑同浴整理的羊毛的減量率，分析不同工藝對羊毛防縮整理的影響。在不同處理時間下羊毛減量率如表3所示。

表3 不同處理條件下羊毛纖維減量率 %

由表3示出，隨著時間的延長，羊毛纖維的減量率不斷增加。單獨蛋白酶和單獨活化劑處理2種工藝的減量率差異不大，都只有共同浴整理時減量率的30%～40%。原因在于，羊毛纖維表面的鱗片層含有大量的二硫鍵，導致表面結構緊密，蛋白酶很難進入鱗片內部，所以質量損失率不大；而活化劑雖然可以打開二硫鍵使鱗片結構變得疏松，但不能將鱗片剝除，所以質量損失率也不大；當活化劑和蛋白酶共同作用時，活化劑可以通過拆開二硫鍵使鱗片變得疏松，從而為蛋白酶進入鱗片內部創造了條件，因此，蛋白酶可以快速水解蛋白質，使得減量率明顯下降。

2.4 摩擦縮絨性

對單獨蛋白酶處理、單獨活化劑整理和蛋白酶/活化劑一浴法整理的羊毛進行摩擦性能測試，分析蛋白酶/活化劑同浴整理對羊毛防縮性有效性的影響，測試結果見表4。

表4 不同處理條件下羊毛摩擦性能

由表4可知，原毛摩擦效應為9.70%，經3種工藝處理后摩擦效應都有所下降，其中蛋白酶/活化劑一浴法整理摩擦效應最小，防氈縮效果最好，單獨蛋白酶處理，摩擦效應只下降了2.5%左右，說明蛋白酶單獨處理，對羊毛鱗片層的攻擊有限，蛋白酶/活化劑一浴法整理時，活化劑打開了鱗片層中的二硫鍵，增加了蛋白酶向鱗片滲透的可能性，所以摩擦效應顯著下降，可以有效提高羊毛的防氈縮性能。

2.5 纖維表面形貌分析

對不同工藝處理的羊毛纖維進行電鏡掃描，觀察處理前后羊毛表面鱗片層的形態變化，分析蛋白酶/活化劑一浴法整理對羊毛處理效果的影響。掃描電鏡照片如圖1所示。

由圖1(a)可以明顯看出原毛纖維表面鱗片完整，尖角突出，邊緣清晰。圖1(b)為單獨蛋白酶處理后的羊毛表面形態，可以看出，鱗片形態較原毛變化不大，鱗片尖角有稍微翹起的現象，但整體鱗片依然保存完整。說明單獨使用蛋白酶不能有效剝離鱗片，所以防縮效果有限；而圖1(c)經過蛋白酶/活化劑一浴法整理后，羊毛表面鱗片尖角消失，邊緣被磨平，纖維表面變得平滑，這樣就大大縮小了順逆摩擦因數的差異，有效降低了羊毛的表面摩擦效應，因此，可以大大提高羊毛的防氈縮性能。

圖1 不同工藝處理后掃描電鏡照片(×1 000)

3 結 論

①通過不同條件下蛋白酶活性的測定，說明了活化劑在蛋白酶/活化劑一浴法整理中對蛋白酶的活性沒有抑制作用，證實了蛋白酶/活化劑一浴法的可行性；同時探究了溫度和時間對蛋白酶活性的影響，得出蛋白酶在適應溫度才會發揮最大活性，隨著時間的延長，蛋白酶活性保持穩定，證實了連續化生產的可能性。

②通過羊毛不同工藝處理后羊毛纖維氨基酸含量測試分析，發現只有胱氨酸含量明顯下降，說明活化劑在整理過程中可以有效打開胱氨酸中的二硫鍵，為蛋白酶向鱗片內部滲透提供條件。此外，單獨活化劑處理和共同浴處理后胱氨酸含量基本不變，說明蛋白酶對活化劑也沒有抑制作用。

③通過羊毛減量率、摩擦性能測試和掃描電鏡分析可知，蛋白酶/活化劑一浴法處理可以有效降低羊毛減量率和摩擦效應，掃描電鏡表明一浴法可以有效去除羊毛表面鱗片，證明了一浴法對羊毛防氈縮的有效性。

由以上分析可知，活化劑可以有效作用于二硫鍵使鱗片變得疏松，生物酶可以水解酰胺鍵使蛋白大分子；蛋白酶、活化劑同浴時，不會發生相互抑制作用，可以相互促進，最終達到防氈縮的效果。