中性蛋白酶1398在羊毛洗毛工艺中的应用

宁跃龙，魏玉娟，赵 尚，武彩艳

(1.河北科技大学 纺织服装学院，河北 石家庄 050000； 2.河北浩丽羊绒科技有限公司，河北 清河 054800)

羊毛原毛表面除了含有羊毛脂、羊汗、土杂、草杂污染物外,还存在蛋白质类污染物，蛋白质污染物的存在使羊毛色泽变暗,采用传统的羊毛洗毛方法很难完全去除。所以酶洗羊毛不仅是生态工艺的要求也是至关重要的前处理[1]。蛋白酶的催化反应具有高度的专一性。蛋白酶的催化反应条件温和，在中性环境下便可以催化，被称为生物催化剂,它可以将蛋白质催化水解以达到去除羊毛蛋白类杂质的效果并且酶能提供活化能需求较低的路径，使更多的反应粒子具有超过活化能的动能，从而加快反应速率[2]。这样不仅节约能源并且对设备要求低,酶的催化活性具有可控性、无毒性。 因而，蛋白酶被誉为环境的友好保护者。

1 实验部分

1.1 实验材料及仪器

1.1.1材料

羊毛(南宫市海全毛毡厂)，中性蛋白酶1398(上海丹尼悦生物科技有限公司)，洗剂DVK-127-1(北京耀友科技有限公司)，氯化钠(天津市致远化学试剂有限公司)，碳酸钠(天津市致远化学试剂有限公司)，酒精(天津市致远化学试剂有限公司)。

1.1.2仪器

WSB-3A型智能式数字白度计(温州大荣纺织标准仪器厂)；DHG-9 245 A电热恒温鼓风干燥箱(上海齐欣科学仪器有限公司)；B203LED生物显微镜(重庆奥特光学仪器有限公司)；JJ500分析天平(常州市双杰测试仪器厂)；HH-4数显恒温水浴锅(金坛市双捷实验仪器厂)；008E电子单纤维强力机(温州大荣纺织标准仪器厂)。

1.2 实验方法

采用五槽法洗羊毛，酶洗时间10 min。称取羊毛1 g,一槽为浸湿槽，温度为45 ℃，用清水浸湿羊毛8 min；二、三槽为洗涤槽，二槽为洗剂601T用量0.3%(owf)，三槽为不同用量的酶1398[3]，温度50 ℃，时间10 min；四、五槽为清水洗涤槽，温度45 ℃，时间8 min。实验步骤为：

①首先根据实验方案称量等梯度的各洗剂用量。

②在二槽烧杯中加入已精确称量的洗剂与助剂混合均匀，量取一定体积的水，倒入烧杯混合均匀；放入水浴锅中恒温保存。

③三槽称取定量的酶1398，量取定量的水，倒入烧杯混合均匀，在一、四、五槽中放入定量的水恒温保存。

④研究酶单独处理羊毛时，称取1 g羊毛后根据实验步骤分别加入一、三、四、五槽。

⑤研究酶1398与洗剂601T复配效果时，称取1 g羊毛后根据实验步骤分别加入一、二、三、四、五槽。

⑥羊毛洗净后放入烘箱中烘干，然后称量计算失重率。

1.3 测试方法

酶洗羊毛工艺使羊毛产生的改变[4]，可以由几个指标来衡量，如白度、强度、残脂率等。羊毛白度由白度计测定，羊毛强度的变化由单纤维强力机来测定。最后可以根据白度、残脂率及强度的改变对洗毛效果进行评定。

1.3.1白度

在洗羊毛之前，首先测量羊毛原毛白度，以便与洗后的羊毛进行对比。把烘干的羊毛进行白度测量，首先对白度计进行校准，然后对羊毛进行测量，测量3次取平均值，记录数据。

根据羊毛原毛与洗后羊毛白度的变化进行计算：

白度增长率=(洗后羊毛白度-羊毛原毛白度)/洗后羊毛白度×100%

1.3.2残脂率

羊毛原毛本身不仅含有许多杂质还有蛋白质污染物，经过洗涤槽清洗槽的双重作用，羊毛的残脂率逐渐降低[5]。由于羊毛本身含有草杂沙土和蛋白类污染物，所以在仅有条件下对羊毛含脂率计算误差太大，故用残脂率来测定。

首先对洗后烘干羊毛称量质量，然后按浴比1∶40进行酒精萃取，温度55～60 ℃，时间60 min,然后对萃取后的羊毛清洗烘干，称量。

残脂率=(洗后羊毛质量-萃取羊毛质量)/洗后羊毛质量×100%

1.3.3羊毛纤维强度的测定

用单纤维强力机对羊毛进行强力测定，根据操作流程，首先打开机器，打开电脑软件进入测量步骤根据说明逐步操作，准备就绪后，用夹子把羊毛加在强力机上进行测量。羊毛单纤维电子强力测试，根据使用说明和步骤进行测试。

降强率=(处理前羊毛强力-处理后羊毛强力)/处理前羊毛强力×100%

2 实验结果及分析

羊毛浸湿是羊毛洗毛的首要步骤。羊毛经浸润后,水分子在土杂表面的吸附增加了土杂的自身质量,同时降低土杂与纤维表面其它污染物之间的黏附力,促使土杂易于去除[6]。随后是羊毛洗涤,主要针对羊毛中含有的蛋白类污染物和油脂，主要是与羊毛的鳞片层，羊毛中的羊脂，羊毛中的羊汗溶于水在浸湿槽就可以去除。在羊毛洗涤槽中把残余洗剂和酶去除。最后对羊毛进行烘干，称量，测量羊毛的各项指标。

2.1 酶1398用量对羊毛品质的影响

羊毛洗毛过程中，在一定范围内增加酶用量可以提高羊毛的白度，并且对其强力影响不大，若酶用量过大则会破坏羊毛表面结构，引起纤维损伤[7]。

为探讨不同用量下酶对羊毛污染物的催化情况，1398酶用量变化对羊毛品质的影响如表1所示。

表1 1398酶用量变化对羊毛品质的影响

由表1可以看出：随着蛋白酶用量的增加，白度增长率的变化趋势是先增加后逐渐趋向平稳，当酶用量在0.4%～0.8%(owf)时，白度增长率平稳过度到稳定值。

羊毛的降强率变化趋势随着酶1398用量的变大不断增加，当酶用量在0.8%(owf)之前时，降强率比较稳定，当用量超过0.8%(owf)后羊毛的降强率变化速率变大。这是因为蛋白酶破坏了羊毛表面结构所致，使部分蛋白质分子链被降解损伤，强力下降[8]。

所以中性蛋白酶1398用量在0.4%～0.8%(owf)时处理的羊毛白度增长率最大为25.3%，但是对羊毛强度影响不大，降强率为6.4%。

2.2 酶1398与洗剂601T复合对羊毛品质的影响

在确定酶1398处理羊毛的最佳用量区间在0.4%～0.8%(owf)时，将酶1398与洗剂601T复合处理羊毛，酶与洗剂601T复合作用对羊毛品质的影响如表2所示。

表2 酶与洗剂601T复合作用对羊毛品质的影响

由表2可以看出：羊毛的白度增长率随着复合处理中酶1398用量的增加不断变大。虽然白度增长率的变化速率不大，但是要比同样用量下的酶1398单独处理羊毛白度增长率平均值高5.0%。

经过复配的处理羊毛的降强率整体变化趋势在不断升高。虽然变化率不大但是要比酶1398单独处理羊毛时降强率平均值低1.6%。通过对比酶1398单独处理羊毛结果发现，酶1398与洗剂601T复合处理羊毛效果要比酶1398单独处理羊毛的效果好。

2.3 温度对酶1398活性的影响

本文实验通过改变酶洗槽温度，用洗剂和酶复合作用，检测羊毛的白度和纤维断裂强度，温度变化对羊毛白度与强度的影响如表3所示。

由表3可以看出：羊毛的白度增长率随温度的升高先增大后减小，降强率先降低后增加并且在45～50 ℃之间羊毛的白度增长率与降强率处于最佳范围，平均值分别为30.43%与8.91%。说明酶的催化反应速率受温度的影响较大[9]，在有效作用温度范围内，酶的活性随温度上升而增加，但是在超过最适温度之后，随着温度的升高，酶逐渐失去活性[10]。

表3 温度变化对羊毛白度与强度的影响

2.4 pH值对酶1398活性的影响

酶的活性很大程度上受环境因素制约，如在不同的pH值条件下酶的活性各不相同。本文实验通过改变酶洗槽的pH值与洗剂601T复合作用，观察羊毛的白度和强度。pH值变化对羊毛白度与强度的影响如表4所示。

表4 pH值变化对羊毛白度与强度的影响

由表4可以看出：随着pH值的增大，羊毛的白度增长率先增大后降低，降强率先减小后增大。而在pH值7.0～7.5之间平均白度增长率最大为30.52%，降强率最小为8.49%，证明在此pH值下羊毛损伤最小，若加大pH值至8后，羊毛受损程度大，强度下降率4.31%～5.57%。

3 结 论

①羊毛洗毛工艺中蛋白酶1398处理羊毛的最佳用量在0.4%～0.8%(owf)，可以显著提高羊毛的白度并且对羊毛的强力影响不大。

② 酶1398与洗剂601T复配处理羊毛使羊毛的白度与强度要比同用量下酶1398单独处理羊毛要高。

③ 酶1398羊毛洗毛的最佳温度在45～50 ℃，在该温度下中性蛋白酶1398的活性最高并且处理的羊毛白度及强度最佳。其最佳pH值在7.0～7.5，在此pH值区间内，中性蛋白酶1398的活性最高并且羊毛洗毛效果最好。

④ 用酶对纤维处理时，由于酶向纤维内部扩散会引起角质层及皮质层大分子蛋白质水解，造成纤维强力损伤。除温度外pH值对酶也有很大的影响，在适应区间中酶的活性增强，但是在超过最适区间，酶的活力降低，对纤维的催化作用降低，因此应严格控制酶处理的条件。