微生物谷氨酰胺转胺酶改善羊毛织物性能.pdf

第2 7 卷第8 期 2 0 0 6 年8 月 纺 织 学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7 A u g N o 8 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l ( 2 0 0 6 ) 0 8 0 0 0 7 0 5 微生物谷氨酰胺转胺酶改善羊毛织物性能 崔莉1 2 ，范雪荣1 ，李艳娟1 ，陈坚2 ( 1 江南大学生态纺织教育部重点实验室，江苏无锡2 1 4 1 2 2 ； 2 江南大学工业生物技术教育部重点实验室，江苏无锡2 1 4 0 3 6 ) 摘要以微生物发酵生产的谷氨酰胺转胺酶( M T G ) 作为羊毛织物的酶整理剂，探讨了M T G 在羊毛织物防毡缩和 强力损伤恢复中的作用。对所用的羊毛纤维进行了氨基酸分析，从理论上为M T G 的作用提供了依据。经过高锰酸 钾和蛋白酶预处理后再利用M T G 处理，与对照样相比，织物强力提高了3 0 ，毡缩率从处理前的9 3 5 下降至 2 3 0 。与树脂整理方法比较，结果表明强力不及树脂整理方法，毡缩率达到了与之相当的效果，并且处理液的 c 0 D 值只有树脂整理的l 3 。 关键词谷氨酰胺转胺酶；羊毛织物；毡缩率；强力 中图分类号：鸭1 9 5 5 6文献标识码：A I m p r o V i n gt h ep r o p e r t i e sO fw o o lf a b r i c sb ym i c r o b i a lt r a n s g l u t a m i n a s e s C U IL i l 一，F A NX u e m n 9 1 ，L IY a n j u a n ，C H E NJ i a n 2 ( 1 研k 6 0 n 咖叮矿S 砌聊口以妣锄旷肪。一砌如，膨栖打y 矿臌删如，l ，s D 以k m n g 姚昕踮钾瑙妙，i ，脚“ 2 1 4 1 2 2 ，C 航船； 2 研如6 0 m o 叫矿m d w t 一。Z 曰如t 8 如蛔，胁廊打y 旷尉u 如n ，S o 眦k m n g 船如”妙，i ， o ，謦“ 2 1 4 0 3 6 ，吼i 船) A b s t I 翟c tI n t r o d u c e dan e wm i c m b i a lt r a n s g l u t a m i n a s e ( M T G ) w h i c hw a sp r e p a r e db ym i c r o b i a lf e r n l e n t a t i o n a n d 印p l i e dt ot h et r e a t m e n to fw o o lf a b r i c s ，a n di n V e s t 唔a t e di t se f 艳c t i na n t i f e l t i n ga n dr e m e d yo fs t r e n g t h l o s s o ft h ew o o lf a b r i c A n a l y s i so fa m i n o a c i d so ft h ew o o lu s e di nt h i se x p e r i m e n tw a su n d e r t a k e nt op m v i d e at h e o r e t i cb a s i sf o rt h ef e a s i b i l i t yo ft h er o l eo fM T G T h ew 0 0 lf a b r i cw a sp r e t r e a t e di no r d e rb yp o t a s s i u m p e r m a n g a n a t ea n dp r o t e a s e ，t h e n ，f o l l o w e db yM 7 r Gt r e a t m e n t W h e nc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o ls a m p l e ， t h e s t r e n 殍ho ft h et r e a t e d 胁r i ci n c r e a s e db ya b o u t3 0 ， a n dt h ef e l t i n gs h r i n k a g er e d u c e df r o m9 3 t o 2 3 W h e nc o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lr e s i nt r e a t m e n t ，i t sf e l t i n gs h r i n k a g ew a ss i m i l a r ，b u ts t r e n g t hw a s l o w e r H o w e V e r ，t h eC O Do fi t st r e a t i n gb a t hw a so n l yonet h i r do ft h a t o ft h et r a d i t i o n a lr e s i nt r e a t m e n t K e yw o r d s I I l i c r o b i a lt r a n s d u t a m i n a s e ；w o o lf a b r i c ；f e l t i n gs h r i n k a g e ；s t r e n 群h 利用蛋白酶改善羊毛性能的研究报道和专利已 有很多。但是蛋白酶的处理过程难以控制，易使羊 毛纤维造成过度损伤而使织物减量率高，强力损失 严重，因此仍未实现蛋白酶在工业上的广泛应用。 人们继而转向开发新的适用于羊毛纤维的酶 制剂¨。 谷氨酰胺转胺酶( 蛋白质一谷氨酸一7 谷氨酰胺转 胺酶，T r a n s g l u t a m i n a s eE C2 3 2 1 3 ，简称T G ) 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以及蛋白质分 子内谷氨酰胺基的水解反应，从而改善蛋白质的功 能，目前广泛应用于食品、医药等领域旧o 。T G 可从 动植物组织中提取，利用微生物发酵液( M T G ) 生产 或基因技术培养。文献 3 通过谷氨酰胺转胺酶的 催化作用将带有荧光的1 ，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 反应的作用位点。因此该酶在蛋白纤维改性方面的 作用引起了各国学者的关注，相关的研究报道和专 收稿日期：2 0 0 5 一1 0 2 5修回日期：2 0 0 6 一0 3 0 8 基金项目：国家十五攻关基金资助项目( 拙B A 7 1 3 8 0 3 0 2 ) ；江苏省十五攻关基金资助项目( B E 2 0 0 2 0 1 8 ) ；江南大学青年基金资 助项目( 0 0 0 4 4 l O ) 作者简介：崔莉( 1 9 7 2 一) ，女，讲师，博士生。主要研究方向为生物技术在纺织工业中的应用。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 【8 】纺织学报第2 7 卷 利见文献 3 6 。文献 7 9 筛选出了具有自主知 识产权的高产菌株，现正在逐步实现工业化生产，为 该酶的使用创造了条件。 本文以自行发酵生产的微生物谷氨酰胺转胺酶 为处理剂，以毡缩率和强力损伤为考察指标，研究了 M T G 处理对羊毛织物性能的影响。 1实验部分 1 1 材料 织物：华达呢毛坯，无锡协新毛纺厂提供。 酶活测定主要试剂：N 。一C B z G l n G l y ( N a l p h a c a r b o b e n z y l o x v G l u t a m i n e G I y c i n e ) 和L 谷氨酸一7 一单羟 胺酸由s i g m a 公司提供，三羟甲基氨基甲烷( s ) 由 上海化学试剂厂提供，盐酸羟胺、谷胱甘肽( 还原型) 由华美生物工程公司提供。 酶制剂：M T G ( 5 0 u ，g ) 由江南大学生物工程学院 环境生物技术研究室制得，蛋白酶s a v i n a s e1 6 L ( 酶 活2 00 0 0u m L ) 由上海诺维信有限公司提供。 1 2仪器 M P 2 0 0 B 型电子天平，Y G ( B ) 0 2 6 D 2 5 0 型电子织 物强力机，Y ( B ) 0 8 9 A 型全自动缩水率实验机，H H 4 型数显恒温水浴锅，1 0 l A 3 型电热鼓风干燥箱， P H S 一2 C 型酸度计，7 2 1 型分光光度计。 1 3 方法 1 3 1 处理流程 织物预处理。所有织物整理前统一用洗涤剂洗 涤，并用全自动缩水率实验机按1 ×7 A 的程序进行 松弛收缩预处理。 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 O 。4 ( o w f ) ，J F cl L ，p H 值3 5 ， 温度4 0 ，时间3 0m i n ，浴比1 ：2 0 ) 一皂洗( 4 5 ， 1 5m i n ) 一中和清洗( 纯碱2 ( o w f ) ) 一清水冲洗 一5 0 烘干一脱色( N a H s O ，6 ( o w f ) ，H A c 体积 分数1 ，温度4 0 ，时间3 0m i n ，浴比1 ：2 0 ) 一冲 洗一烘干，待用。 蛋白酶预处理流程。织物浸入蛋白酶S a v i n a s e 1 6 L 的s H c l 缓冲溶液( 1g L ，p H 值8 ) 一恒温处 理( 温度5 0 ，时间4 5m i n ，浴比1 ：2 0 ，平平加O 0 5 ( o w f ) ) 一高温灭酶一冲洗一烘干，待用。 M T G 处理工艺。织物浸入M T G 的嘶s H c l 缓 冲溶液( 4 0u g 织物，平平加00 5 ( o w f ) ，温度 3 7 ，时间2h ，浴比1 ：2 0 ，p H 值6 5 ) 一高温灭酶一 冲洗一烘干，待用。 树脂整理工艺。织物浸轧防缩液2 次( 整理剂 E L A F I xP V 4 聚氨酯水溶液，9 0 L ，p H 值7 8 ，轧 液率8 0 ，轧车压力1 7 6k P a ) 一烘干( 6 0 ) 一焙烘 ( 1 8 0 ，4 0s ) 。 1 3 2 测试方法 采用比色法测定M ，I G 酶活¨。以C B z G l n G l v ( s i g m a 公司) 为作用底物，以L 一谷氨酸一7 一单羟胺酸 ( s i g m a 公司) 做标准曲线。1 个单位谷氨酰胺转胺 酶酶活定义：3 7 时每分钟催化形成1 肚m o lL 一谷氨 酸7 一单羟胺酸的酶量( u m L ) 。 采用福林酚法¨“测定蛋白酶酶活。 毡缩率参照1 w sT M3 1 方法( 洗涤时加配重物 使洗缩质量达到1k ) 1 2 1 进行测试。选择6 ×5A 洗 涤程序。洗缩织物放置在大气中至少1 0h ，测定织 物尺寸，按下式计算面积收缩率： 面积收缩率= 邪+ 船+ ( 麟×船) 1 0 0 式中，昭为平均宽度尺寸变化率；船为平均长度尺 寸变化率。 采用拉边纱条样法测定织物强力，每块试样做 3 次，取其平均值。 2 结果与讨论 2 1 羊毛角蛋白氨基酸分析 采用酸水解法对羊毛角蛋白氨基酸成分进行了 分析，分析结果如表1 所示。 表1 羊毛角蛋白氨基酸成分分析 名称含量名称含量名称含量 天门冬氨酸 9 2 8 苏氨酸 4 9 4颉氨酸4 9 6 谷氨酸1 3 4 2精氨酸7 9 6蛋氨酸0 9 2 丝氨酸6 7 0丙氨酸3 3 0苯丙氨酸3 3 3 组氨酸0 8 5酪氨酸 3 7 2 亮氨酸 6 9 2 乙氨酸 1 5 6 胱氨酸 2 9 4 异亮氨酸 2 9 2 赖氨酸 2 8 2 脯氨酸 4 7 7总氨基酸含量8 1 3 l 通过对羊毛纤维氨基酸成分的分析可知，羊毛 角蛋白中谷氨酸含量达1 3 4 2 ，赖氨酸2 8 2 ，这 有利于M T G 对羊毛织物的处理。二硫键在羊毛中形 成大量的交联，是保持羊毛结构稳定的主要因素。此 外，其它几种类型的键也维持羊毛的力学性能，如肽 链中7 一谷酰氨羧基和e 一赖氨酸间的异肽键，进一步加 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 第8 期崔莉等：微生物谷氨酰胺转胺酶改善羊毛织物性能 【9 】 固了羊毛结构的稳定。而M T G 可以催化这种键的生 成，从而可以增强羊毛的强力，同时降低毡缩率。 2 2M T G 直接处理的效果 将羊毛织物用M T G 处理，与同样条件下不含 M T G 的缓冲液处理的样品对照，比较羊毛织物毡缩 性和强力，结果如图1 所示。 蓬 褂 婚 ：霉 娶 喧 蜜 * 对照 试样 M T G 1 A 忤 ( a ) 平均面积毡缩率 薹霎一 莲 稃 婚 却 鼷 恒 霹 * 对照高锰酸钾高锰酸钾+ M T G 试样 ( b ) 强力 图2高锰酸钾氧化预处理后M T G 的处理效果 化学方法外，利用蛋白酶对蛋白质的水解作用也是 目前羊毛纤维生物改性研究的主要方向，先选用蛋 白酶s a v i n a s e1 6 L 对羊毛织物进行处理，再用M T G 处理，测定织物毡缩性和强力的变化，结果如图3 所示。 冬 R 赜 逞 静 撩 期 释 瞎 霹 牛 对照蛋白酶蛋自酶+ M T G 试样 ( b ) 强力 图3 蛋白酶水解处理后M T G 的处理效果 羊毛织物先经蛋白酶处理，蛋白酶的水解作用 使织物的强力明显下降，大约降低了1 0 0N 。由于鳞 片层受到一定程度的破坏，毡缩性从9 3 5 下降至 7 8 3 。再经M T G 处理后，织物的毡缩率由7 8 3 粥- 1 ：孚 J且一率囱_ 一高 潴 一 恩释一扇丑 丽陶 一 扇搦盥勰扇励盟 2 0 8 6 4 2 0 鲫 姗 枷 姗 瑚 m o N ，R 鹱 囱囫避囱囫哪 O 8 6 4 2 O 扇盥擗率扇励搦盥扇_絮懒扇搦盟扇励囫豳勰。扇沥搦置 O 8 6 4 2 0 O 5 4 3 2 1 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 【1 0 】纺织学报第2 7 卷 继续下降到5 8 3 ，强力得到了恢复。这表明蛋白 酶处理有利于M T G 对羊毛的作用。说明这2 种酶 的作用在羊毛角质的改性中可以起到协同效果。 2 5 氧化加蛋白酶处理后M T G 的处理效果 从上述结果可以看出，不论化学处理法还是生 物酶处理法，都赋予羊毛织物一定的防毡缩性，但强 力下降比较明显。随后的M T G 作用使织物的毡缩 率继续下降，并在一定程度上恢复了由预处理造成 的强力损伤。但织物仍未达到机可洗的要求( 平均 面积毡缩率小于或等于3 ) 。为了进一步提高 M T G 对羊毛角质的催化作用，采用了先高锰酸钾氧 化，再蛋白酶水解的方法来进一步破坏羊毛鳞片层 的结构，为M T G 的处理提供条件。图4 为先氧化及 蛋白酶联合处理，后M T G 处理的效果。由图4 看 出，经过高锰酸钾和蛋白酶的相继处理，进一步增强 了M T G 对羊毛的处理效果。毡缩率分别达到 2 3 ，均达到机可洗的水平，受损织物的强力也得 到了很大程度的提高。 莲 * 姆 期 磷 喧 霹 斗 对照高锰酸钾高锰酸钾 + 蛋白酶+ 蛋白酶 + M T G 试样 ( b ) 强力 图4 氧化蛋白酶联合处理后M T G 的处理效果 2 6M T G 用量对处理效果的影响 已知M T G 处理的最适p H 值为6 5 ，最适温度为 4 0 左右。3 。，为了明确M T G 用量对羊毛织物性能 的影响，以高锰酸钾和s a v i n a s e1 6 L 为预处理剂，在 p H 值6 5 、温度3 5 的条件下，考察了不同酶用量 处理2h 对织物毡缩率和强力的影响。结果如图5 所示。 述 褂 撩 却 聪 暄 露 * 善 R 疆 图5M T G 用量对处理效果的影响 当M 7 r G 用量低于5 0 U g 织物时，织物的平均面 积毡缩率随M T G 用量的增加而减少，从6 2 下降 到2 3 ，而由高锰酸钾和蛋白酶处理引起的织物 强力损伤也得到明显恢复，强力由3 0 0N 增大到 3 8 5N 。随着M T G 用量的继续增加，毡缩率和强力 的变化趋势趋于平缓。因此对本文实验中的羊毛织 物，较合适的酶用量为5 0u g 织物。由于羊毛纤维 的产地不同，蛋白质含量及其性质会存在一定的差 别，因此酶的用量需通过实验确定。 2 7 酶法和化学树脂整理方法的比较 为了比较M T G 整理与传统整理方法的效果，选 用了一种聚氨酯水溶液E L A F I xP V 4 作为羊毛织物 的防毡缩树脂整理剂，按照树脂整理工艺对织物进 行防毡缩整理。M T G 的处理条件：M T G 用量 5 0u g 织物，p H 值6 5 ，3 7 ，作用2h 。表2 为2 种 整理方法的比较结果。 表2M T G 整理与化学树脂整理的效果比较 由于树脂整理剂的作用方式是在纤维表面形成 一层薄膜将羊毛纤维的鳞片层包裹起来，减小纤维 之间的定向摩擦效应以达到防毡缩的目的，而M T G 是通过催化反应使蛋白质分子之间发生交联，因此 2 种处理方法的机理不同。从表2 可以看出，M T G 整理与树脂整理在织物的防毡缩性方面都达到较好 的效果，但是酶处理的织物强力要稍低。同时对二 者处理后的废水进行了c 0 D 测试，发现酶整理的废 水c O D 值仅有树脂整理的1 3 ，这对环境保护具有 2 0 8 6 4 2 0 o 5 4 3 2 l N ，R 联 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 第8 期崔莉等：微生物谷氨酰胺转胺酶改善羊毛织物性能 重要意义。 3结论 1 ) 不经任何预处理，M T G 处理很难对羊毛角质 的性能产生较大影响。 2 ) 化学氧化剂和蛋白酶对羊毛织物的破坏作 用可为M T G 的交联反应提供有利条件，经预处理后 M T G 整理可有效地降低织物的毡缩性，并对由预处 理引起的强力下降起到一定的修复作用。 3 ) 将M T G 整理与化学树脂整理方法进行比较 发现，虽然M T G 整理的织物强力不及树脂整理方 法，但是毡缩率达到了较好的效果，并且整理液的 c o D 值只有后者的1 3 。黼 参考文献： 1 c a r lJsM ，s i l v aM ，P m b a h a m n ，e ta 1 7 r r e a t m e n to fw o o l f i b r e sw i t hs u b t i l i s i na n ds u b t i l i s i n P E G J E n z y m eM i c m b 7 r e c h n o l ，2 0 0 5 ，3 6 ( 7 ) ：9 1 7 9 2 2 2 z h uY ，R i n z e m aA ，T 】砌p e rJ M i c m b i a lt r a n s d u t a m i n a s e ar e v i e wo fi t sp r o d u c t i o na n da p p l i c a t i o ni nf o o dp r o c e s s i n g J A p p lM i c m b i o lB i o t e c h n o l ，1 9 9 5 ，4 4 ( 5 ) ：2 7 7 2 8 2 3 c o r t e zJ ，B o n n e rP h i l l i pLR ，G r i m nM A p p l i c a t i o no f t m n s g l u t a m i n a s ei n t I l em o d i f i c a t i o no fw 0 0 lt e x t i l e J E n z ) r m eM i c r o bT e c h n o l ，2 0 0 4 ，3 4 ( 1 ) ：6 4 7 2 4 c o r t e zJ ，B o n n e rP h i U i pLR ，G r i m nM 7 I h n s g l u t a m i n a s e t r e a t m e n to fw o o lf a b r i c sl e a d st or e s i s t a n c et od e t e 职e n t d a m a g e J JB i o t e c h n o l ，2 0 0 5 ，1 1 6 ( 4 ) ：3 7 9 3 8 6 5J c o n e zJ ，B o n n e rPLR ，G r i 街nM Am e t h o df o re n z y m a t i c t r e a t m e n to ft e x t i l e s P w o r l dP a t e n t ， w 0 0 2 0 4 7 3 9 ， 2 0 0 2 6 M c D e v i t t M e t h o df o re n z y m a t i ct r e a t m e n to fw o o l P U n i t e ds t a t e sP a t e n t ，6 0 51 0 3 3 ，2 0 0 0 7 z h e n gMY ，D uGc ，c h e nJ M o d e l i n go ft e m p e m t u r e e f r e c t so nb a t c hm i c r o b i a lt r a n s g l u t a m i n a s ef e I l e n t a t i o nw i t h S t r e p t o v e r t i c i l l i u mm o b a r a e n s e J w o d dJM i c m b i o l B i o t e c h n o l ，2 0 0 2 ，1 8 ( 8 ) ：7 6 7 7 7 1 8j Y a nGL ，D uGc ，L iY ，e ta 1 E n h a n c e m e n to fm i c m b i a l t m n s d u t a m i n a s ep m d u c t i o nb ys t r e p t o v e r t i c i l l i u m m o b a r a e n s e ： a p p l i c a t i o no f8t w o s t a g ea g i t a t i o ns p e e d c o n t m ls t r a t e g y J P m c e s sB i o c h e m ，2 0 0 5 ，4 0 ( 2 ) ：9 6 3 9 6 8 9 z h e n gMY ，D uGc At e m p e m t u r e ·s h i f ts t r a t e g yi nb a t c h m i c m b i a l t m n s g l u t a m i n a s e f e H l l e n t a t i o n J P m c e s s B i o c h e m ，2 0 0 l ，3 6 ( 6 ) ：5 2 5 5 3 0 1 0 G m s s o w i c zN ，w a i n f a nE ，B o r e kE ，e ta 1 n l ee n z y m a t i c f o 硼a t i o no fh y d r o x a m i ca c i d sf 南m 西u t a m i n e J JB i o l C h e m ，1 9 5 0 ，1 8 7 ( 5 ) ：l l l 一1 2 5 1 1 余冰宾生物化学实验指导 M 北京：清华大学出版 社，2 0 0 0 1 3 3 1 2 1 w sT M3 l ，国际羊毛总局毛织物毡缩率测试方法 s 1 3 尹少谦，王淼s t r e p t o m y c e sh y g m s c 叩i c u s 谷氨酰胺转胺 酶的分离纯化及其性质研究 J 食品与发酵工业， 2 0 0 5 ，3 l ( 3 ) ：2 6 2 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark