CN101565899A - 一种利用谷氨酰胺转胺酶催化溶菌酶固定化对羊毛织物进行抗菌整理的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用谷氨酰胺转胺酶催化溶菌酶固定化对羊毛织物进行抗菌整理的方法，属于生物技术在纺织中的应用技术领域。本发明方法工艺步骤为：a.织物的预处理。b.溶菌酶固定化：预处理后的羊毛织物浸渍于含有20U/g织物的谷氨酰胺转胺酶和2g/L溶菌酶的磷酸盐缓冲溶液中，37℃恒温处理8小时，取出用去离子水充分洗涤，低温风干，并置于4℃的冰箱中贮存。本发明是一种新的羊毛织物抗菌整理方法，通过谷氨酰胺转胺酶的催化作用，将溶菌酶固定在羊毛织物上，赋予织物优良的抗菌效果。

Description

一种利用谷氨酰胺转胺酶催化溶菌酶固定化对羊毛织物进行抗菌整理的方法

技术领域

本发明涉及一种利用谷氨酰胺转胺酶催化溶菌酶固定化对羊毛织物进行抗菌整理的方法，属于生物技术在纺织中的应用技术领域。

背景技术

微生物在自然界的物质循环过程中起着极其重要的作用，人们的生活无时无刻不在与微生物打交道，并受到它赐予的恩惠；同时，某些致病的微生物侵入人体使健康受到威胁，甚至会危及生命。纺织品是人类接触最多的材料，人体的汗液、皮脂以及其他各种分泌物成为了各种微生物的良好的营养源，在合适的外界条件(包括湿度、温度等)下，微生物迅速生长，繁殖，并通过各种途径传播疾病，威胁人类自身的生存和发展。随着社会的迅猛发展和人民生活水平的提高，人们对生活质量的要求越来越高，对环境卫生与自我健康日益重视，因此抗菌卫生纺织品越来越受关注，开发抗菌制品市场广阔。

目前国内的抗菌织物主要由两种方法制得：(1)直接采用抗菌纤维制成各类织物；(2)将织物用抗菌剂进行后整理加工以获得抗菌性能。目前在纺织品的抗菌加工中，后整理方法约占70％。比较而言，前者抗菌效果持久，耐洗性好，但技术含量高，难度大，涉及领域广，抗菌纤维生产较为不易，对抗菌剂要求高，而后者加工处理较为简单，但生产中三废多，其耐洗性及抗菌效果持久性较差。由于这种方法加工方便，并可供选择的抗菌剂范围广，纺织品不管是原料纤维还是纱线或织物甚至成衣均可通过后整理方法获得抗菌功效，因此在目前上市的各类抗菌织物中，以后整理加工的居多。

常用的抗菌剂主要有无机、有机、天然和高分子抗菌剂这四大类。

无机类抗菌剂多为金属离子抗菌剂。其抗菌机理是离子缓释抗菌机理，即在使用过程中，抗菌活性离子缓慢释放，靠金属离子活性破坏细菌细胞膜或与细菌酶蛋白的巯基等基团结合，破坏酶的活性，从而发挥抗菌作用。因为它会从纤维表面释放出来，从而这些金属物质可以与皮肤接触，通过皮肤毛孔渗透人体，所以Hg，Ag等有害金属离子对人体有较强的危害作用，还有一些无机抗菌剂，虽有良好的抗菌性能，但因不能与纤维形成牢固的结合状态，不耐水洗被逐渐淘汰。有机抗菌剂的主要成分为季铵盐类、醇类、双胍类等含有反应性功能团的化合物，具有见效快，杀菌能力强的特点，但易产生微生物耐(抗)药性，并存在作用期短、耐热性差以及产生二次污染等缺点。天然抗菌剂来自于天然提取物，如壳聚糖、桧柏醇等，其主要抗菌机理被认为与有机季铵盐类似，但效果不如有机抗菌剂，且产品尚不成熟。高分子抗菌剂是人们根据有机抗菌剂和天然高分子抗菌剂的抗菌机理进行分子设计，将有机抗菌剂和天然高分子抗菌剂的特点结合起来合成的。主要包括：合成的呲啶型主链的高分子、带呲啶侧基的聚烯烃材料和改性PS-聚苯乙烯己内酰脲(POLY1)，目前处于研究起步阶段。

综上，四类抗菌剂各有其优缺点。现阶段对抗菌纺织品的要求主要是具有高效广谱的抗菌能力；抗菌效果持久，耐洗涤，耐磨损，寿命长；耐热，耐日照，不易分解失效，柔软、透湿、舒适性佳；使用安全，对健康无害，不会对环境造成污染。所以，抗菌整理剂应具有的理想特征是：(1)具有优良的抑制、杀菌、消毒和除臭的功能，具有广谱抗菌效果。(2)抗菌效果耐久性强，耐漂洗和日晒。(3)对人体不产生副作用，无毒，不污染环境。(4)不影响纺织品本身的风格特征，不损伤纤维，不影响其他纺织助剂的功效。(5)抗菌整理剂的使用方法简便，成本低，与其他整理剂具有相容性。

溶菌酶(Lysozyme)是一种天然的防腐剂，它广泛分布于动物、植物和微生物中，具有抗菌性强，安全无毒，热稳定性好，作用范围广等无可比拟的优势。它是专门作用于微生物细胞壁的水解酶，能有效地水解细菌细胞壁的肽聚糖.其水解位点是N一乙酰胞壁酸(NAM)的1位碳原子和N一乙酰葡萄糖胺(NAG)的4位碳原子间的β-1，4糖苷键，结果使细菌细胞壁变得松弛，失去对细胞的保护作用，最后细胞溶解死亡。

关于溶菌酶的应用有很多，溶菌酶作为一种存在于人体正常体液及组织中的非特异性免疫因素，具有多种药理作用，它具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤的功效，目前日本已生产出医用溶菌酶，其适应症为出血、血尿、血痰和鼻炎等。溶菌酶具有破坏细菌细胞壁结构的功能，以此酶处理革兰氏阳性细菌得到原生质体，因此，溶菌酶是基因工程、细胞工程中细胞融合操作必不可少的工具酶。溶菌酶是一种无毒、无副作用的蛋白质，又具有一定的溶菌作用，因此可用作食品防腐剂，现已广泛应用于水产品、肉食品、蛋糕、清酒、料酒及饮料中的防腐；还可以添入乳粉中，使牛乳人乳化，以抑制肠道中腐败微生物的生存，同时直接或间接地促进肠道中双歧杆菌的增殖。

基于溶菌酶的抗菌特性，将其固定于纺织品表面，有望建立一种新型纺织品抗菌方法，拓展生物酶在纺织品中的应用。目前溶菌酶的固定化主要有吸附法和化学交联法两种。吸附法是利用酶分子与固定化载体之间的离子键和分子间作用力结合，此法操作简单却因结合力弱而不耐洗涤；化学交联法则是通过交联试剂(甲醛或戊二醛等)在羊毛织物和溶菌酶分子之间形成稳定的共价键，大大提高了酶在载体上的结合牢度，但化学交联剂容易引起酶的失活并造成羊毛织物的泛黄而严重影响织物的性质，同时在使用过程中难以去除彻底，残留的化学试剂容易造成二次污染并对人体造成一定的损害。谷氨酰胺转胺酶可以催化蛋白质分子内、分子间发生交联反应，目前广泛应用于食品和医药行业。羊毛蛋白和溶菌酶的氨基酸组成使其理论上可以作为谷氨酰胺转胺酶的作用底物。利用谷氨酰胺转胺酶的催化交联作用实现溶菌酶在羊毛织物上的固定化并赋予其良好的抗菌性能，为羊毛织物的生物法功能化改性提供一种全新的研究思路和方法。

发明内容

本发明的目的在于利用生物酶的催化交联作用代替化学交联反应，将溶菌酶固定在纺织品上，以赋予织物优良的抗菌效果。

本发明的技术方案：一种对羊毛织物进行抗菌整理的方法，采用谷氨酰胺转胺酶催化溶菌酶固定化，对羊毛织物首先进行氧化预处理，再以谷氨酰胺转胺酶为催化剂，将溶菌酶固定于羊毛纤维表面；

溶菌酶固定化：预处理后的羊毛织物浸渍于含有20U/g织物的谷氨酰胺转胺酶和2g/L溶菌酶的pH 7.0磷酸盐缓冲溶液中，37℃恒温处理8小时，取出用去离子水充分洗涤，低温风干并置于4℃的冰箱中贮存。

所述的方法，所用谷氨酰胺转胺酶为任何微生物和组织来源的酶制剂。

所述的方法，羊毛织物必须要经过氧化预处理，氧化剂选用双氧水、高锰酸钾或其他氧化剂。

所述的方法，适用于处理的为任何机织或针织羊毛织物。

本发明的有益效果：本发明方法与传统的化学交联抗菌整理技术相比是一种新型的纺织品抗菌方法，避免了化学试剂引起的织物性质的变化及对人体的损伤，降低了对环境的污染。

具体实施方式

织物：华达呢毛坯皂洗后晾干待用，谷氨酰胺转胺酶：市售食品级，溶菌酶：市售工业级。

实施例1：

a.羊毛织物用高锰酸钾氧化预处理：工艺条件如下：织物热水浸渍、高锰酸钾溶液氧化(KMnO₄，4％(owf)，JFC(江苏凌飞化工有限公司产品)1g/L，pH 4，温度40℃，时间30min，浴比1∶20)、皂洗(45℃，15min)、中和清洗(纯碱2％(owf))、清水冲洗、50℃烘干、脱色(NaHSO₃ 6％(owf)，HAc 1％，温度40℃，时间30rain，浴比1∶20)、冲洗及晾干。

b.溶菌酶固定化：氧化预处理后的羊毛织物浸渍于含有20U/g织物的谷氨酰胺转胺酶和2g/L溶菌酶的磷酸盐缓冲溶液中，37℃恒温处理8小时，取出用去离子水充分洗涤，低温风干，并置于4℃的冰箱中贮存。

c.固定化溶菌酶耐洗稳定性：固定化后的羊毛试样，在水浴恒温振荡器中于37℃洗涤5次，设置温度，每次洗涤时间为10min，转速150r/min，每次洗涤后的织物风干后进行酶活测定。以未洗涤的酶活为相对酶活100％。

在相同的固定条件下，未经氧化预处理的羊毛织物经谷氨酰胺转胺酶催化的固定化酶活为4.3U/cm²，经氧化预处理后固定化酶活提高到20.5U/cm²。5次洗涤后谷氨酰胺转胺酶催化的固定化酶活保留了50％以上，而以吸附方式得到的固定化酶活仅保留了30％。表明谷氨酰胺转胺酶的催化作用使固定化酶具有良好的耐洗性。

经实验表明，在最优工艺条件下制得的羊毛织物上固定化的溶菌酶具有良好的物理化学稳定性。

实施例2：

a.羊毛织物双氧水氧化预处理，工艺条件如下：织物热水浸渍、双氧水氧化(H₂O₂ 30mL/L，Na₂SiO₄ 4g/L，Na₂CO₃ 0.2％(owf)，pH 8.5，温度50℃，时间60min，浴比1∶25)、清水冲洗及晾干。

b.溶菌酶固定化：氧水预处理后的羊毛织物浸渍于含有20U/g织物的谷氨酰胺转胺酶和2g/L溶菌酶的磷酸盐缓冲溶液中，37℃恒温处理8小时，取出用去离子水充分洗涤，低温风干，并置于4℃的冰箱中贮存。

c.固定化溶菌酶耐洗稳定性：固定化后的羊毛试样，在水浴恒温振荡器中于37℃洗涤5次，设置温度，每次洗涤时间为10min，转速150r/min，每次洗涤后的织物风干后进行酶活测定。以未洗涤的酶活为相对酶活100％。

在相同的固定条件下，未经氧化预处理的羊毛织物经谷氨酰胺转胺酶催化的固定化酶活为4.3U/cm²，经氧水预处理后固定化酶活提高到16.8U/cm²。

对比实施例：

a.羊毛织物H₂O₂氧化预处理，工艺条件如下：H₂O₂ 40ml/L，Na₂SiO₃ 3.5g/L，JFC 1.0g/L，50℃、pH 8～8.5，时间35min，浴比1∶50。氧化预处理之后用去离子水充分洗涤，晾干备用。

b.戊二醛交联：将羊毛织物剪成直径为1cm的小圆片，浸渍于0.2％的戊二醛溶液中，于25℃水浴恒温振荡器中低速振荡6小时，取出后用去离子水充分洗涤3～4次。

c.溶菌酶固定化：将上述经戊二醛处理的羊毛织物置于浓度为5g/L的溶菌酶缓冲溶液(pH 7.0)中，于4℃反应6小时后，取出用去离子水充分洗涤，低温风干，并置于4℃的冰箱中贮存。

羊毛织物经戊二醛交联后固定化酶活为16.51U/cm²。织物明显泛黄，手感变硬。

Claims (4)

1、一种对羊毛织物进行抗菌整理的方法，其特征是采用谷氨酰胺转胺酶催化溶菌酶固定化，对羊毛织物首先进行氧化预处理，再以谷氨酰胺转胺酶为催化剂，将溶菌酶固定于羊毛纤维表面；

溶菌酶固定化：预处理后的羊毛织物浸渍于含有20U/g织物的谷氨酰胺转胺酶和2g/L溶菌酶的pH 7.0磷酸盐缓冲溶液中，37℃恒温处理8小时，取出用去离子水充分洗涤，低温风干并置于4℃的冰箱中贮存。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用谷氨酰胺转胺酶为任何微生物和组织来源的酶制剂。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于羊毛织物必须要经过氧化预处理，氧化剂选用双氧水、高锰酸钾或其他氧化剂。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于适用于处理的为任何机织或针织羊毛织物。