纤维素酶修饰及其对纤维素纤维作用的研究

【摘要】纤维素酶在纤维素纤维织物加工中具有反应条件温和、加工过程清洁环保、处理后织物柔软性提高等优点，广泛应用于生物抛光和牛仔织物返旧整理。但是，纤维素酶处理纤维素纤维织物时，织物内部的纤维以及纤维内部被过度降解，导致织物强力损失过大。利用大分子修饰剂对纤维素酶进行改性，可以得到大体积的修饰纤维素酶。利用大体积修饰纤维素酶处理织物时，酶在织物内的渗透以及在纤维内的扩散位阻增大，水解作用更多发生在纤维和织物的表面，从而避免酶对纤维和织物造成过度损伤。本课题通过共价修饰和非共价修饰两种方式，将可逆可溶大分子修饰剂Eudragit(含EudragitS-100和EudragitL-100两种)与纤维素酶分子连接在一起，制备三类Eudragit修饰纤维素酶。(1)Eudragit共价修饰纤维素酶。通过碳二亚胺盐酸盐(EDC)活化Eudragit上的羧基，使其与纤维素酶上的氨基共价结合，得到大体积的Eudragit共价修饰纤维素酶。(2)Eudragit非共价修饰纤维素酶。通过修饰剂Eudragit与纤维素酶分子间的非共价作用，制备大体积的Eudragit非共价修饰纤维素酶。(3)Eudragit-纤维素酶-漆酶共修饰酶。通过EDC作用，使Eudragit、纤维素酶和漆酶共价交联，得到大体积的Eudragit-纤维素酶-漆酶共修饰酶。分别考察上述修饰酶在棉、麻织物抛光整理和牛仔织物返旧整理中的应用效果。课题详细研究了修饰酶的制备过程、修饰酶的结构和性质、修饰酶对纤维素纤维织物的作用模式以及修饰酶处理纤维素纤维织物的效果。主要研究内容和结论如下：1.研究了Eudragit修饰纤维素酶的制备。体积排阻色谱结果显示，与未修饰酶相比，共价修饰酶的最早被检测出时间和整个峰形出峰时间均提前，表明共价修饰酶的体积大于未修饰酶。红外光谱结果显示，非共价修饰酶谱图中存在明显的蛋白特征吸收峰。这些结果表明共价和非共价修饰均成功发生，酶蛋白分子和修饰剂分子连接在一起。以未修饰酶的游离氨基量和酶活为100%，制得的EudragitS-100共价修饰纤维素酶和EudragitL-100共价修饰纤维素酶的氨基修饰率分别为50.72%和51.98%，纤维素酶相对酶活分别为80.04%和76.88%；EudragitS-100非共价修饰酶和EudragitL-100非共价修饰酶的纤维素酶相对酶活分别为82.2%和78.2%；EudragitS-100-纤维素酶-漆酶共修饰酶和EudragitL-100-纤维素酶-漆酶共修饰酶的氨基修饰率分别为38.06%和42.24%，纤维素酶相对酶活分别为78.46%和75.62%，漆酶相对酶活分别为88.28%和86.76%。2.研究了修饰纤维素酶的蛋白二级结构，酶学性质，以及重复使用性能。圆二色谱和荧光光谱结果表明，修饰会对酶蛋白的二级结构产生影响。修饰后酶蛋白二级结构中的α-螺旋结构所占比例下降，β-折叠和β-转角结构所占比例上升，并且EudragitL-100修饰剂对蛋白二级结构的影响大于EudragitS-100。酶的温度和pH稳定性实验结果表明，与未修饰酶相比，Eudragit修饰酶的温度和pH稳定性发生改变。Eudragit共价修饰纤维素酶在60℃~80℃和pH6.0~9.0范围内的稳定性提高。Eudragit非共价修饰纤维素酶的最适作用温度由未修饰纤维素酶的50℃提高至60℃，最适作用pH不变。Eudragit-纤维素酶-漆酶共修饰酶的最适作用温度为50℃，最适作用pH为5.0。修饰酶的重复使用性能实验结果表明，经5次重复使用后，Eudragit共价修饰纤维素酶的酶活保留率在50%以上，Eudragit非共价修饰纤维素酶的酶活保留率在30%左右，Eudragit-纤维素酶-漆酶共修饰酶的纤维素酶酶活与漆酶酶活保留率均为40%左右，均具有一定的重复使用性能。3.研究了EudragitS-100共价修饰纤维素酶处理对纤维结构的影响，以及EudragitS-100共价修饰纤维素酶对不同形态底物、不同纤维素纤维织物的水解作用。通过XRD、ATR-FTIR和亚甲基蓝吸附法分别对酶处理前后棉纤维的结晶度、表面区域氢键、可及性进行研究。结果表明，与EudragitS-100共价修饰纤维素酶处理相比，未修饰纤维素酶处理对纤维无定形区、表面区域分子间氢键以及内部孔道结构的破坏更大。未修饰纤维素酶与EudragitS-100共价修饰纤维素酶水解不同形态底物(棉织物，棉纱线，棉纤维)的实验结果表明，当底物形态分别为纤维和纱线时，未修饰酶处理棉纤维比处理棉纱线生成的还原糖量多39.90%，修饰酶处理棉纤维比处理棉纱线生成的还原糖量多71.95%；当底物形态分别为纱线和织物时，未修饰酶的水解作用不受影响，而修饰酶处理棉织物生成的还原糖量少于处理棉纱线生成的还原糖量。可以看出，织物形态对修饰酶水解作用的影响大于对未修饰酶水解作用的影响。未修饰纤维素酶与EudragitS-100共价修饰纤维素酶水解苎麻织物、棉织物、丝光棉织物、粘胶纤维织物的实验结果显示，当织物中纤维可及性增大时，对未修饰纤维素酶水解作用影响更大，EudragitS-100共价修饰纤维素酶对织物中纤维可及性增大的敏感性较低。4.研究了EudragitS-100共价修饰纤维素酶在棉、苎麻织物抛光整理中的应用。研究发现，当纤维素酶酶活浓度为5.64U/mL时，未修饰和修饰纤维素酶处理棉织物的减量率分别为7.26%和5.34%、苎麻织物的减量率分别为2.79%和2.62%、棉织物中纤维铜值分别为0.04861和0.02790、苎麻织物中纤维铜值分别为0.02427和0.02286。与未修饰酶处理相比，修饰酶处理织物减量率较小，纤维铜值较低，表明未修饰酶处理对棉和苎麻织物中纤维的水解作用更强，损伤更大。当纤维素酶酶活浓度为1.88U/mL时，未修饰和修饰纤维素酶处理棉织物的强力损失分别为15.09%和5.61%、苎麻织物的强力损失分别为24.60%和10.65%。可以看出，EudragitS-100共价修饰纤维素酶处理织物的强力损失明显低于未修饰纤维素酶处理织物的强力损失。SEM和AFM结果表明，未修饰和修饰纤维素酶处理均能去除棉和苎麻织物中纤维表面的微原纤，改善织物表面形貌，但未修饰酶处理织物中断裂纤维的数量明显多于修饰酶处理织物中断裂纤维数量。5.研究了EudragitS-100共价修饰纤维素酶和Eudragit-纤维素酶-漆酶共修饰酶在牛仔织物返旧整理中的应用。当纤维素酶酶活浓度为5.64U/mL时，未修饰纤维素酶和EudragitS-100共价修饰纤维素酶处理牛仔织物的CIEL值接近，均为25左右，表明褪色效果相当，织物强力损失分别达到46.21%和30.90%。在纤维素酶酶活为1.88U/mL时，未修饰纤维素酶、EudragitS-100共价修饰纤维素酶、EudragitS-100-纤维素酶-漆酶共修饰酶处理牛仔织物的CIEL值分别为22.91、22.68和25.76，处理牛仔织物的强力损失分别达到30.13%、13.41%和12.67%。利用Eudragit-纤维素酶-漆酶共修饰酶进行牛仔织物返旧整理，织物既达到了很好的褪色效果，又具有很高的强力保留。
【作者】余圆圆；
【导师】范雪荣；
【作者基本信息】江南大学，纺织工程，2014，博士
【关键词】纤维素纤维织物；纤维素酶；修饰；织物整理；强力；

【参考文献】
[1]王磊.中国对欧盟直接投资研究[D].复旦大学,世界经济,2012,硕士.
[2]MuhammadRafiqueNaich.CZTS薄膜电池变截面光栅结构的辐射特性研究[D].哈尔滨工业大学,动力工程及工程热物理,2014,硕士.
[3]胡小璠.对比分析汉英交替传译译员语体风格[D].北京外国语大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[4]李娜.重组腺相关病毒神经肽Y基因转染对红藻氨酸致痫大鼠癫痫发作及其海马组织中Tau蛋白表达的影响[D].河北医科大学,儿科学,2013,硕士.
[5]娜达莉娅.母语为俄语的留学生初级汉语声调偏误及教学对策[D].北京外国语大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[6]达静静.胆固醇致人血管内皮细胞DNA损伤的分子机制[D].遵义医学院,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[7]马明.我国农村家庭养老存在的问题及对策研究[D].燕山大学,公共管理,2012,硕士.
[8]周曙俊.ICU广泛耐药鲍曼不动杆菌性肺炎临床危险因素探讨及β内酰胺酶耐药基因分析[D].苏州大学,呼吸系病学,2013,硕士.
[9]周广胜,袁文平,周莉,郑元润.东北地区陆地生态系统生产力及其人口承载力分析[J].植物生态学报,2008,01:65-72.
[10]王军.免疫增强疗法在胶质瘤术后治疗中的临床疗效[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[11]张柳溪.汉英“水”隐喻认知对比研究[D].南京师范大学,对外汉语,2012,硕士.
[12]李志国.（Z_2）～k作用与最小法丛信息量[D].河北师范大学,应用数学,2004,硕士.
[13]盛世玉.山东省社会保障水平研究[D].山东财经大学,社会保障,2013,硕士.
[14]杨祖梅.任务类型对英语专业学生口语表现的影响[D].苏州大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[15]吴铃铃.电荷泵锁相环的后端设计[D].合肥工业大学,检测技术与自动化装置,2004,硕士.
[16]曹婧.从《里诺之歌》分析若利维长笛作品的创作特征[D].天津音乐学院,音乐表演,2013,硕士.
[17]涂莉.基于企业竞争战略视角的企业家社会资本对企业财务绩效的影响研究[D].华东交通大学,会计学,2013,硕士.
[18]娄刘娟.基于FPGA的裸眼三维立体显示系统的研究与设计[D].西南交通大学,电气工程,2013,硕士.
[19]李鹏飞.物流金融中金融机构和物流企业的演化博弈研究[D].郑州大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[20]黎卫星.Micro-CT重建像元大小对颌骨骨小梁测量的影响[D].滨州医学院,口腔临床医学,2011,硕士.
[21]娜塔斯佳.俄运输系统形成与轮式和履带式运输物流的研究[D].大连海事大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[22]高龙.基于负载特征的虚拟机动态放置策略研究[D].重庆大学,计算机系统结构,2014,硕士.
[23]刘文超.我国生态文明建设的理论依据及其路径选择[D].河北师范大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[24]陈昆萍.给水处理厂中高密度沉淀池的三维数值模拟及设计优化[D].重庆交通大学,市政工程,2012,硕士.
[25]容贤东.印度“东向”东南亚对中国的影响[D].外交学院,国际关系,2004,硕士.
[26]吴昊.《邗江三百吟》与清代扬州娱乐文化[D].扬州大学,中国古代文学,2012,硕士.
[27]熊华平,王洪礼,罗广华.数据库技术在油田勘探开发中的应用[J].计算机系统应用,2002,07:51-54.
[28]郭晓东.我国交通运输物流管理组织架构研究[D].武汉理工大学,交通运输规划与管理,2004,硕士.
[29]李晟.Y旅游公司绩效考核改进研究[D].厦门大学,工商管理,2014,硕士.
[30]李爱琴.钢铁行业上市公司债务结构与绩效相关性实证研究[D].武汉理工大学,会计学,2012,硕士.
[31]靳朝阳.城市轨道交通客流预测敏感性分析[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2014,硕士.
[32]韦国栋.野蚕黑卵蜂寄主识别利它素的应用及其信号传导物质基础研究[D].浙江大学,农业昆虫与害虫防治,2004,硕士.
[33]吴慧,马拥军,朱东升,裴重华.碳化细菌纤维素/石墨烯(CBC/CCG)复合材料的制备及电化学性能研究[J].功能材料,2013,08:1073-1076+1080.
[34]张博轩.人民法院司法鉴定管理问题研究[D].吉林大学,法律,2012,硕士.
[35]乔杲.牛磺酸的制备及电渗析除盐新工艺[D].大连理工大学,电化学工程,2003,硕士.
[36]杜汶卓.道路货运行业节能减排效果测算与实证研究[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2014,硕士.
[37]王欣.临沂市城乡中学美术教育教学条件的调查研究[D].鲁东大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[38]王利霞.上海市中学地理课堂教学评价调查研究[D].华东师范大学,教育,2003,硕士.
[39]谢丽.长江北支口门圆陀角附近潮滩沉积特征及其记录的海岸环境变化[D].南京大学,自然地理学,2011,博士.
[40]郑伟.基于区分服务的组播的研究[D].华东师范大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[41]沈渭宝.建行甘肃临夏分行个人金融业务拓展策略研究[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[42]万中英.四川泡菜零售环节利润现状研究[D].四川农业大学,农业经济管理,2012,硕士.
[43]黄凡.诱导屏选址及停车诱导综合评价研究[D].武汉科技大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[44]曹和平.大学生村官职业适应性影响因素研究[D].华中科技大学,行政管理,2013,硕士.
[45]郭向金.基于可重构系统的任务放置与任务复制方法研究[D].湖南大学,软件工程,2011,硕士.
[46]刘红雪.河南省地区经济差距的实证研究[D].厦门大学,政治经济学,2014,硕士.
[47]景晓丹.流感（时行感冒）发病关键病机的研究[D].北京中医药大学,中西医结合临床,2013,硕士.
[48]王玲.γ-TiAl合金表面溅射Al/Al_2O_3梯度涂层的工艺及其抗高温性能研究[D].南京航空航天大学,材料加工工程,2014,硕士.
[49]高路.广西长洲大坝监测系统软件的设计与实现[D].西安工业大学,计算机技术,2014,硕士.
[50]刘凯.联合接收机的实现方案研究[D].南京邮电大学,移动通信与无线技术（专业学位）,2013,硕士.