酸性蛋白酶在兔毛皮染色中的应用研究

刘克胜，王莹军，孔博丹，赵云龙，何有节（四川大学制革清洁技术国家工程实验室，四川成都610065）

酸性蛋白酶在兔毛皮染色中的应用研究

刘克胜，王莹军，孔博丹，赵云龙，何有节*
（四川大学制革清洁技术国家工程实验室，四川成都610065）

摘要：通过测定染料的上染速率和上染百分率，研究了酸性蛋白酶预处理温度、时间、酶用量对兔毛皮染色性能的影响。结果表明：酸性蛋白酶预处理后的兔毛皮上染速率加快，染百分率提高，在较低温度（55益）下用希力蓝和希力红染料染色，上染百分率分别为97.06%和97.84%，高于55益下未用酸性蛋白酶处理的上染率，能达到常规高温（68益）染色的效果。酸性蛋白酶预处理的最佳条件为：酶质量分数在5%，温度55益，预处理时间30 min。

关键词院兔毛皮；低温染色；酸性蛋白酶；预处理

前言

兔毛纤维手感滑爽，表面光滑，富有较强的光泽，是常用动物毛绒中最细的纤维，是近几年毛纺行业的主要原料[1]。目前在实际生产中毛皮的染色通常是在较高温下进行的，这种条件下对毛纤维及皮板有损伤，长时间染色使纤维强度降低。并且染色温度较高，能耗较大，上染率也不能达到一个更高的结果，不仅浪费了能源，还浪费了染料[2]。染色主要是由毛

外层的组织结构决定的，兔毛的外层附有一层厚度为5～10 μm的鳞片，它是由类脂物质组成，这种结构特点决定了毛被在染色方面的化学惰性和憎水性[3]。因此，染色前处理毛鳞片层对染色具有至关重要的作用。本文采用酸性蛋白酶对兔毛皮进行预处理，使毛鳞片层龟裂或部分破坏，亲水性增强，进而促使染料迅速渗透上染，在较低温度下就能达到较高的上染率[4]。通过对兔毛皮的上染率、上染速率等进行比较，优化出预处理的最佳条件并确定染色工艺。

1　实验部分

1.1主要实验材料与仪器

1.1.1主要实验材料

兔毛皮（蓝皮），实验室自制；希力毛皮红BA、希力毛皮蓝TR、毛皮匀染剂H-GL，北京泛博科技有限责任公司；裘皮酸性蛋白酶FA，深圳绿微康生物工程有限公司；甲酸（AR），成都市科龙化工试剂公司。

1.1.2主要仪器及设备

HZS-HA型恒温水浴振荡器，东联电子科技开发有限公司；722型光栅可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；pHS-2C数字式pH计，上海日岛科技仪器有限公司；FA1004电子天平，上海精科天平厂。

1.2实验方法

1.2.1酸性蛋白酶预处理及染色

取毛皮剪成小块（4 cm×5 cm），称量作为以下实验用料依据。将毛皮小块样品置于锥形瓶中，控制单一变量，分别在不同的温度、时间、预处理酶液浓度下进行预处理。将预处理过的兔皮按照规定工艺进行染色，测定上染率，比较不同处理条件对毛皮上染率的影响，然后再进行正交试验，根据实验结果优化出最佳工艺条件。

1.2.2上染率测定

采用分光光度计分别测定染色前和染色后染液的吸光度，按以下公式计算：

1.2.3上染速率测定

用希力系列染料对经酸性蛋白酶预处理的毛皮与没有预处理的毛皮在相同工艺下进行染色，在染色过程中每间隔10 min测定染料的上染百分率，然后与时间对应作图得到上染率曲线。

1.2.4正交试验

正交试验是研究多因素多水平的一种设计方法。本实验设计了3因素3水平的正交试验表，如表1所示。其中具体因素的水平依据单因素实验结果确定。

表1　正交试验方案

1.2.5对比实验

在用酸性蛋白酶预处理低温染色最佳工艺条件下与空白样以及68℃常规染色进行对比，通过分光光度计测量染液染色开始时和结束时的吸光度，计算上染率，比较不同工艺染料的上染率，确定酸性蛋白酶处理的效果是否显著。

2　结果与讨论

2.1不同温度对上染率的影响

在液比为1∶20，酸性蛋白酶用量5%的条件下，分别在20、30、40、50、60℃情况下，用希力蓝和希力红染料进行染色，所得结果见表2。

表2　不同温度的上染率

由表2可以看出，对于希力红染料和希力蓝染料，上染率随着温度的升高均呈现上升

趋势。20～40℃温度区间，染料的上染率呈现快速上升趋势，而40℃以后则是缓慢上升，50℃以后上染率基本稳定。综合考虑经济等各方面因素，上染温度应控制在50℃左右。

表3　蛋白酶处理不同时间的上染率

表4　不同酸性蛋白酶用量的上染率

2.2不同作用时间对上染率的影响

在液比为1∶20，酸性蛋白酶用量5%，50℃条件下，用希力蓝和希力红染料进行染色，酸性蛋白酶分别在染色前20、30、40、50、60 min加入，测得上染率结果见表3。

由表3数据可知，随着酸性蛋白酶处理时间的延长，两种染料上染率均有提高。希力蓝和希力红染料染色前用酸性蛋白酶处理毛皮25 min后，上染率基本稳定。所以，酸性蛋白酶对毛皮低温染色的影响与作用时间有关，蛋白酶作用时间越长，上染率越高。结合经济效率考虑，蛋白酶处理时间应至少为25 min。

2.3不同酸性蛋白酶用量对上染率的影响

表5　正交试验方案

在液比为1∶20，温度50℃下，分别利用质量分数为1%、3%、5%、7%的蛋白酶处理后，用希力蓝和希力红染料进行染色，所测得上染率见表4。

由表4数据可知，酸性蛋白酶具有明显促染效果。酶用量1%～5%范围内，希力蓝染料和希力红染料上染率明显提高，超过5%以后，提高缓慢。结合经济等因素考虑，酶用量控制在5%左右为宜。酸性蛋白酶对希力蓝和希力红染料都有明显的促染作用，而且在一定用量范围内，蛋白酶用量越大，促染效果越好，可能是因为蛋白酶使得鳞片层龟裂或部分破坏，亲水性增强。

2.4正交试验结果

通过上述单因素实验结果，设计正交试验方案如表5所示。

该实验使用两种毛皮染料染色，测得希力蓝上染率及实验分析如表6。

测得希力红上染率及实验分析如表7。

表6　正交结果分析

极差R越大，影响因素就越重要。由表6、表7可以看出，影响因素影响力顺序为：温

度＞酶用量＞作用时间。

表7　正交结果分析

图1　希力蓝染色上染速率曲线

图2　希力红染色上染速率曲线

根据对比，得出酸性蛋白酶预处理最佳工艺条件为：温度55℃，酸性蛋白酶用量5%，预处理时间为30 min。

2.5上染速率的比较

图1和图2分别为采用希力蓝毛皮染料和希力红毛皮染料对酸性酶预处理样和空白样进行染色的上染速率曲线。

由图1可以看出，经过酸性蛋白酶处理后的毛皮，采用希力蓝染料染色的上染率明显高于未用酸性蛋白酶处理的上染率，而且在30 min时上染率已很高，40 min时基本达到平衡，而未经蛋白酶处理的毛皮要在60 min左右才达到上染平衡。同样地，由图2可以看出经过酸性蛋白酶处理后的毛皮，希力红染料染色上染率明显高于未用蛋白酶处理的上染率，且在50 min时基本达到上染平衡，而未经酸性蛋白酶处理的毛皮，在70 min左右时还未达到平衡。

所以，酸性蛋白酶处理的毛皮上染速率较快，达到上染平衡时间短；未处理的毛皮上染速率较慢，达到上染平衡时间长。可见，酸性蛋白酶处理具有明显的优势，可以显著改善毛皮的染色性能，缩短染色时间。

2.6应用实验

采用酶处理最佳工艺对毛皮进行酶处理后染色，并做空白样和常规染色对照实验。即在55℃用酸性

蛋白酶预处理且低温（55℃）染色与68℃高温常规染色以及55℃空白样进行对比，得到不同染色工艺的上染率，见表8。

表8　不同方案的染色效果对比

由表8数据可知，采用希力蓝染料染色，酸性蛋白酶处理后的毛皮上染率比没有蛋白酶处理的毛皮高7.65%，而采用希力红染料，酸性蛋白酶处理的毛皮上染率比没有酸性蛋白酶处理的高12.22%。可见，通过蛋白酶预处理，即使在55℃的低温情况下，上染率与常规68℃高温染色效果相当。因此，蛋白酶预处理能有效促进染料上染，有效降低染色温度，进而节约能源，减小污染。

3　结论

（1）通过酸性蛋白酶预处理，可缩短染色时间，节约能源，促进染料上染，提高上染百分率，且能达到常规染色工艺的染色效果。

（2）酸性蛋白酶预处理最佳工艺条件为：温度55℃，蛋白酶用量5%，预处理时间30 min。

参考文献：

[1]丁茂光.兔毛的形态结构及染色工艺探讨[J].毛纺科技，1997，（6）：16-18.

[2]周文龙，孙铠.羊毛鳞片层类脂结构对羊毛特性的影响[J].毛纺科技，2001，（1）：17-21.

[3]许凤鸣，王清惠.氧化染料染毛皮的实践[J].中国皮革，1975，11（9）：31-39.

[4]赵雪，何瑾馨.生物酶在羊毛染整加工中的应用研究[J].毛纺科技，2008，（11）：9-10.

*通信联系人：heyoujie@scu.edu.cn

Applicationof Acid Protease in Dyeing of Rabbit Fur

LIU Ke-sheng, WANG Ying-jun, KONG Bo-dan, ZHAO Yun-long, HE You-jie*(National Engineering Laboratory for Clean Technology of Leather Manufacture, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

Abstract:The influence of enzyme pretreatment parameters e.g. temperature, time and amount of acid pro-tease on the dyeing properties of rabbit fur was studied by means of measuring the dyeing rate and dye ex-haustion. The results showed that both the dyeing rate and dye exhaustion of rabbit fur increased after acid protease pretreatment, and at lower dyeing temperature (55益) the dye exhaustion reached 97.06% and 97.84% for Xili Blue and Xili Red respectively, which were compared favorably with that of conventional dyeing process (at 68益). The optimal acid protease pretreatment parameters are temperature 55益, dosage of acid protease 5% and the processing time 30 minutes.

Key words:rabbit fur; low temperature dyeing; acid protease; pretreatment

作者简介：第一刘克胜（1988.5-），男，山东青岛人，硕士研究生，主要从事毛皮清洁化染色研究。

基金项目：现代农业产业技术体系建设专项（CARS-44-D-3）

收稿日期：2015-02-30

中图分类号院TS 529.1

文献标志码院A

文章编号：1671-1602（2015）08-0021-04