CN101736583B - 生物酶法改性甲壳素浆料的制备方法 - Google Patents

生物酶法改性甲壳素浆料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于纺织化学领域，它涉及一种生物酶法改性甲壳素浆料的制备方法，其特征在于是由步骤一甲壳素脱乙酰酶种子培养液的制备、步骤二甲壳素脱乙酰酶的制备、步骤三生物酶法改性甲壳素浆料的制备，最终制得生物酶法改性甲壳素浆料。本发明的甲壳素浆料水溶性较好，粘度稳定；且该浆料可赋予织物一定的抑菌杀菌性，因此在织造结束后无需退浆，避免了退浆废液的排放，节约了生产成本，减少了环境污染，达到了绿色环保的要求。

Description

生物酶法改性甲壳素浆料的制备方法
技术领域
本发明属纺织化学领域，它涉及一种生物酶法改性甲壳素浆料的制备方法，使得环保型甲壳素浆料更好的用于纺织厂经纱上浆。
背景技术
改性前甲壳素的大分子结构式如下：
现有的甲壳素浆料存在一个弱点，即水溶性不佳，无法满足正常上浆要求。目前解决甲壳素水溶性的方法一般是化学方法：用浓碱对甲壳素进行脱乙酰后，再用酸溶液溶解其脱乙酰产物，而后得到甲壳素浆料。该化学法脱乙酰应用了大量的强酸、强碱，容易造成甲壳素大分子链的断裂降低其分子量，脱乙酰后产物分子量及脱乙酰均匀性难以控制，更重要的是会对环境造成严重的污染，对操作的工人身体健康带来危害。
发明内容
针对上述缺陷，本发明提供了一种生物酶法改性甲壳素浆料的制备方法，以解决甲壳素大分子链的断裂降低其分子量，以及造成环境污染等问题。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
一种生物酶法改性甲壳素浆料的制备方法，其特征在于是由如下步骤实现的：
步骤一：甲壳素脱乙酰酶种子培养液的制备
(1)甲壳素脱乙酰酶种子培养液的配方，配方中各组分的重量百分比如下：
(2)甲壳素脱乙酰酶种子培养液的制备：
①按甲壳素脱乙酰酶种子培养液的配方分别称取各组分并加入烧杯中，在温度为50℃条件下将其加热溶解；
②用0.1mol/L的NaOH溶液调节上述①中所得溶液的pH值至7.0～7.2，然后将其装于250mL锥形瓶中先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口；
③将上述锥形瓶放在立式压力蒸汽灭菌锅内，在温度为121℃和压力为0.1MPa的条件下，通过湿热灭菌20min，灭菌后将其置于无菌工作台上，用紫外灯照射20min；
④打开立式压力蒸汽灭菌锅取出上述锥形瓶，打开瓶口，取一环构巢曲霉菌接种于上述③所得的溶液中，先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口，并置于温度为30℃，转速为200r/min的摇床上，培养42～54h，以制得甲壳素脱乙酰酶种子培养液。
步骤二：甲壳素脱乙酰酶的制备
(1)甲壳素脱乙酰酶培养基的配方，配方中各组分的重量百分比如下：
Figure GSB00000788697700031
(2)甲壳素脱乙酰酶的制备：
①按甲壳素脱乙酰酶培养基的配方分别称取各组分并加入烧杯中，在温度为50℃条件下将其加热溶解；
②用0.1mol/L的NaOH溶液调节上述①中所得溶液的pH值至5.5～6.5，然后将其装于250mL锥形瓶中先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口；
③将上述锥形瓶放在立式压力蒸汽灭菌锅内，在温度为121℃和压力为0.1MPa的条件下，通过湿热灭菌20min，灭菌后将其置于无菌工作台上，用紫外灯照射20min，取出冷却后按体积比5～10％直接接入上述步骤一中制得的甲壳素脱乙酰酶种子培养液，以制得甲壳素脱乙酰酶培养基；
④将上述③中制得的甲壳素脱乙酰酶培养基置于温度为31℃，转速为150r/min的摇床上，培养72～108h，以制得甲壳素脱乙酰酶。
步骤三：生物酶法改性甲壳素浆料的制备
①称取甲壳素20～50g，溶解于存放400mL浓度为20～30％的NaOH溶液的烧杯中，在温度为95～98℃的条件下反应30～40min；
②用去离子水将上述①中的溶液洗至中性pH为7，用真空泵抽滤，制得可用生物酶处理的甲壳素脱乙酰酶底物；
③将步骤二制得的甲壳素脱乙酰酶加入到上述②中制得的甲壳素脱乙酰酶底物中，在pH值为4.0～4.5，反应温度为45℃～55℃，酶用量为15～25mL，反应时间为12～36h的条件下，最终制得生物酶法改性甲壳素浆料，其生物酶法改性后的甲壳素大分子结构式为：
Figure GSB00000788697700041
与现有技术相比本发明的优点如下：
1.由于用甲壳素脱乙酰酶改性的本发明甲壳素浆料水溶性较好，脱乙酰度均匀，使得本发明的浆料粘度稳定；
2.本发明的浆料可赋予织物一定的抑菌杀菌性；在织造结束后无需退浆，避免了退浆废液的排放，减少了环境污染，节约了生产成本，达到了绿色环保的要求。
具体实施方式
实施例1：
步骤一：甲壳素脱乙酰酶种子培养液的制备
①按甲壳素脱乙酰酶种子培养液的配方分别称取各组分的重量百分比：蔗糖30，硝酸钠2，磷酸氢二钾1，硫酸亚铁0.01，无水硫酸镁0.5，氯化钾0.5，水余量，加入烧杯中，在温度为50℃条件下将其加热溶解；
②用0.1mol/L的NaOH溶液调节上述①中所得溶液的pH值至7.0，然后将其装于250mL锥形瓶中先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口；
③将上述锥形瓶放在立式压力蒸汽灭菌锅内，在温度为121℃和压力为0.1MPa的条件下，通过湿热灭菌20min，灭菌后将其置于无菌工作台上，用紫外灯照射20min；
④打开立式压力蒸汽灭菌锅取出上述锥形瓶，打开瓶口，取一环构巢曲霉菌接种于上述③所得的溶液中，先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口，并置于温度为30℃，转速为200r/min的摇床上，培养48h，以制得甲壳素脱乙酰酶种子培养液。
步骤二：甲壳素脱乙酰酶的制备
①按甲壳素脱乙酰酶培养基的配方分别称取各组分的重量百分比：壳聚糖15，酵母粉2，硝酸钠5.0，磷酸氢二钾1.0，磷酸二氢钾1.0，无水硫酸镁0.5，水余量，加入烧杯中，在温度为50℃条件下将其加热溶解；
②用0.1mol/L的NaOH溶液调节上述①中所得溶液的pH值至6.5，然后将其装于250mL锥形瓶中先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口；
③将上述锥形瓶放在立式压力蒸汽灭菌锅内，在温度为121℃和压力为0.1MPa的条件下，通过湿热灭菌20min，灭菌后将其置于无菌工作台上，用紫外灯照射20min，取出冷却后按体积比7％直接接入上述步骤一中制得的甲壳素脱乙酰酶种子培养液，以制得甲壳素脱乙酰酶培养基；
④将上述③中制得的甲壳素脱乙酰酶培养基置于温度为31℃，转速为150r/min的摇床上，培养96h，以制得甲壳素脱乙酰酶。
步骤三：生物酶法改性甲壳素浆料的制备
①称取甲壳素50g，溶解于存放400mL浓度为20的NaOH溶液的烧杯中，在温度为98℃的条件下反应40min；
②用去离子水将上述①中的溶液洗至中性pH为7，用真空泵抽滤，制得可用生物酶处理的甲壳素脱乙酰酶底物；
③将步骤二制得的甲壳素脱乙酰酶加入到上述②中制得的甲壳素脱乙酰酶底物中，在pH值为4.3，反应温度为45℃，酶用量为25mL，反应时间为24h的条件下，最终制得生物酶法改性甲壳素浆料。
实施例2：
步骤一：甲壳素脱乙酰酶种子培养液的制备
①按甲壳素脱乙酰酶种子培养液的配方分别称取各组分的重量百分比：蔗糖20，硝酸钠3.5，磷酸氢二钾1，硫酸亚铁0.01，无水硫酸镁0.5，氯化钾0.5，水余量，加入烧杯中，在温度为50℃条件下将其加热溶解；
②用0.1mol/L的NaOH溶液调节上述①中所得溶液的pH值至7.1，然后将其装于250mL锥形瓶中先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口；
③将上述锥形瓶放在立式压力蒸汽灭菌锅内，在温度为121℃和压力为0.1MPa的条件下，通过湿热灭菌20min，灭菌后将其置于无菌工作台上，用紫外灯照射20min；
④打开立式压力蒸汽灭菌锅取出上述锥形瓶，打开瓶口，取一环构巢曲霉菌接种于上述③中所得的溶液中，先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口，并置于温度为30℃，转速为200r/min的摇床上，培养42h，以制得甲壳素脱乙酰酶种子培养液。
步骤二：甲壳素脱乙酰酶的制备
①按甲壳素脱乙酰酶培养基的配方分别称取各组分的重量百分比：壳聚糖10，酵母粉2，硝酸钠8，磷酸氢二钾1.0，磷酸二氢钾1.0，无水硫酸镁0.5，水余量，加入烧杯中，在温度为50℃条件下将其加热溶解；
②用0.1mol/L的NaOH溶液调节上述①中所得溶液的pH值至5.5，然后将其装于250mL锥形瓶中先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口；
③将上述锥形瓶放在立式压力蒸汽灭菌锅内，在温度为121℃和压力为0.1MPa的条件下，通过湿热灭菌20min，灭菌后将其置于无菌工作台上，用紫外灯照射20min，取出冷却后按体积比5％直接接入上述步骤一中制得的甲壳素脱乙酰酶种子培养液，以制得甲壳素脱乙酰酶培养基；
④将上述③中制得的甲壳素脱乙酰酶培养基置于温度为31℃，转速为150r/min的摇床上，培养108h，以制得甲壳素脱乙酰酶。
步骤三：生物酶法改性甲壳素浆料的制备
①称取甲壳素30g，溶解于存放400mL浓度为25％的NaOH溶液的烧杯中，在温度为96℃的条件下反应35min；
②用去离子水将上述①中的溶液洗至中性pH为7，用真空泵抽滤，制得可用生物酶处理的甲壳素脱乙酰酶底物；
③将步骤二制得的甲壳素脱乙酰酶加入到上述②中制得的甲壳素脱乙酰酶底物中，在pH值为4.0，反应温度为50℃，酶用量为20mL，反应时间为12h的条件下，最终制得生物酶法改性甲壳素浆料。
实施例3：
步骤一：甲壳素脱乙酰酶种子培养液的制备
①按甲壳素脱乙酰酶种子培养液的配方分别称取各组分的重量百分比：蔗糖40，硝酸钠5，磷酸氢二钾1，硫酸亚铁0.01，无水硫酸镁0.5，氯化钾0.5，水余量，加入烧杯中，在温度为50℃条件下将其加热溶解；
②用0.1mol/L的NaOH溶液调节上述①中所得溶液的pH值至7.2，然后将其装于250mL锥形瓶中先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口；
③将上述锥形瓶放在立式压力蒸汽灭菌锅内，在温度为121℃和压力为0.1MPa的条件下，通过湿热灭菌20min，灭菌后将其置于无菌工作台上，用紫外灯照射20min；
④打开立式压力蒸汽灭菌锅取出上述锥形瓶，打开瓶口，取一环构巢曲霉菌接种于上述③所得的溶液中，先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口，并置于温度为30℃，转速为200r/min的摇床上，培养54h，以制得甲壳素脱乙酰酶种子培养液。
步骤二：甲壳素脱乙酰酶的制备
①按甲壳素脱乙酰酶培养基的配方分别称取各组分的重量百分比：壳聚糖20，酵母粉2，硝酸钠3，磷酸氢二钾1，磷酸二氢钾1，无水硫酸镁0.5，水余量，加入烧杯中，在温度为50℃条件下将其加热溶解；
②用0.1mol/L的NaOH溶液调节上述①中所得溶液的pH值至6.5，然后将其装于250mL锥形瓶中先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口；
③将上述锥形瓶放在立式压力蒸汽灭菌锅内，在温度为121℃和压力为0.1MPa的条件下，通过湿热灭菌20min，灭菌后将其置于无菌工作台上，用紫外灯照射20min，取出冷却后按体积比10％直接接入上述步骤一中制得的甲壳素脱乙酰酶种子培养液，以制得甲壳素脱乙酰酶培养基；
④将上述③中制得的甲壳素脱乙酰酶培养基置于温度为31℃，转速为150r/min的摇床上，培养73h，以制得甲壳素脱乙酰酶。
步骤三：生物酶法改性甲壳素浆料的制备
①称取甲壳素20g，溶解于存放400mL浓度为30％的NaOH溶液的烧杯中，在温度为95℃的条件下反应30min；
②用去离子水将上述①中的溶液洗至中性pH为7，用真空泵抽滤，制得可用生物酶处理的甲壳素脱乙酰酶底物；
③将步骤二制得的甲壳素脱乙酰酶加入到上述②中制得的甲壳素脱乙酰酶底物中，在pH值为4.5，反应温度为55℃，酶用量为15mL，反应时间为36h的条件下，最终制得生物酶法改性甲壳素浆料。
上述实施例1、实施例2、实施例3得到的本发明生物酶法改性甲壳素浆料，水溶性较好，粘度稳定；且该浆料可赋予织物一定的抑菌杀菌性，因此在织造结束后无需退浆，避免了退浆废液的排放，节约了生产成本，减少了环境污染，达到了绿色环保的要求。
上述所用原料、设备购于下述单位：
壳聚糖、甲壳素：上海卡博工贸有限公司；蔗糖、氢氧化钠NaOH、无水硫酸镁MgSO4、酵母粉：国药集团化学试剂有限公司；硝酸钠NaNO3：中国医药集团上海化学试剂公司；磷酸氢二钾K2HPO4、磷酸二氢钾KH2PO4：平湖化工试剂厂；硫酸亚铁FeSO4：上海精化科技研究所；氯化钾KCl：金山化工厂；构巢曲霉：上海工业用微生物研究所；去离子水：东华大学化学试剂处；脱脂纱布：上海针织二十一厂。
上述所用的设备：
立式压力蒸汽灭菌锅型号为：YXQ-LS-50S11，市场有购；摇床型号为：ZHWY211B，市场有购；真空泵型号为：CJD5/CR6-SA751.5，市场有购。

Claims (1)

1.一种生物酶法改性甲壳素浆料的制备方法，其特征在于是由如下步骤实现的：
步骤一：甲壳素脱乙酰酶种子培养液的制备
(1)甲壳素脱乙酰酶种子培养液的配方，配方中各组分的重量百分比如下：
Figure FSB00000788697600011
(2)甲壳素脱乙酰酶种子培养液的制备：
①按甲壳素脱乙酰酶种子培养液的配方分别称取各组分并加入烧杯中，在温度为50℃条件下将其加热溶解；
②用0.1mol/L的NaOH溶液调节上述①中所得溶液的pH值至7.0～7.2，然后将其装于250mL锥形瓶中先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口；
③将上述锥形瓶放在立式压力蒸汽灭菌锅内，在温度为121℃和压力为0.1MPa的条件下，通过湿热灭菌20min，灭菌后将其置于无菌工作台上，用紫外灯照射20min；
④打开立式压力蒸汽灭菌锅取出上述锥形瓶，打开瓶口，取一环构巢曲霉菌接种于上述③所得的溶液中，先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口，并置于温度为30℃，转速为200r/min的摇床上，培养42～54h，以制得 甲壳素脱乙酰酶种子培养液。
步骤二：甲壳素脱乙酰酶的制备
(1)甲壳素脱乙酰酶培养基的配方，配方中各组分的重量百分比如下：
Figure FSB00000788697600021
(2)甲壳素脱乙酰酶的制备：
①按甲壳素脱乙酰酶培养基的配方分别称取各组分并加入烧杯中，在温度为50℃条件下将其加热溶解；
②用0.1mol/L的NaOH溶液调节上述①中所得溶液的pH值至5.5～6.5，然后将其装于250mL锥形瓶中先后用八层脱脂纱布和八层纸包扎瓶口；
③将上述锥形瓶放在立式压力蒸汽灭菌锅内，在温度为121℃和压力为0.1MPa的条件下，通过湿热灭菌20min，灭菌后将其置于无菌工作台上，用紫外灯照射20min，取出冷却后按体积比5～10％直接接入上述步骤一中制得的甲壳素脱乙酰酶种子培养液，以制得甲壳素脱乙酰酶培养基；
④将上述③中制得的甲壳素脱乙酰酶培养基置于温度为31℃，转速为150r/min的摇床上，培养72～108h，以制得甲壳素脱乙酰酶。
步骤三：生物酶法改性甲壳素浆料的制备 
①称取甲壳素20～50g，溶解于存放400mL浓度为20～30％的NaOH溶液的烧杯中，在温度为95～98℃的条件下反应30～40min；
②用去离子水将上述①中的溶液洗至中性pH为7，用真空泵抽滤，制得可用生物酶处理的甲壳素脱乙酰酶底物；
③将步骤二制得的甲壳素脱乙酰酶加入到上述②中制得的甲壳素脱乙酰酶底物中，在pH值为4.0～4.5，反应温度为45℃～55℃，酶用量为15～25mL，反应时间为12～36h的条件下，最终制得生物酶法改性甲壳素浆料，其生物酶法改性后的甲壳素大分子结构式为：
Figure FSB00000788697600031
。
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