CN105651719B - 一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，属于纺织染整加工技术领域，为解决前处理过程中果胶酶活性和稳定性低，精练和脱胶效率不理想，时间长，能耗大等问题。该方法包括以下步骤：(1)将果胶酶均匀分布置于多孔薄型材料中，并进行封装；(2)将上述封装的果胶酶悬空置于超临界流体装置专用处理釜中；(3)密闭系统后，在压强为6‑20MPa，温度为30‑80℃的条件下，采用超临界流体进行循环处理0.5‑4h；(4)将上述处理后的果胶酶在温度为‑10℃‑5℃条件下保存。本发明提供的方法可有效提高果胶酶的活性及稳定性，进而能够进一步提高精练和脱胶的效率、节约成本，且绿色环保。
Description
技术领域
本发明属于纺织染整技术领域，尤其涉及一种超临界流体处理果胶酶的技术。
背景技术
果胶酶是指一种能水解果胶的酶，根据水解方式的不同，它可以分为原果胶酶，果胶酶和果胶裂解酶。果胶酶作为一种生物催化剂，具有高效性、专一性、作用温和以及生态无污染等特点。近年来随着生物技术的发展和对环境保护的关注，果胶酶的应用范围也越来越广。在食品领域方面，果胶酶主要用于果蔬汁的提取与澄清，红酒和茶的发酵，以及油类物质的提取；在造纸工业中的应用主要包括果胶酶生物制浆、生物漂白及废水处理；在纺织工业果胶酶应用于棉织物的精练和苎麻纤维的脱胶；同时果胶酶在饲料工业、医药、环境等领域也有相应的应用。
棉纤维中含有果胶、蜡质、含氮物质、天然色素等多种杂质，这些杂质的存在将对后续的染色及后整理效果产生较大的影响，故在棉织物染色和后整理前需进行精练以去除杂质。麻纤维通常处在麻茎的表皮层下，由果胶、半纤维素、蜡质等附生物粘结在一起，需通过脱胶处理后麻纤维才能进行纺织加工。在棉织物的精练和麻织物的脱胶过程中，果胶酶可以水解位于角质层和细胞壁之间的果胶，纤维之间的空隙变大，使得更多的果胶和其他杂质被暴漏出来，从而有利于果胶和杂质的进一步去除，提高精练效果。由于果胶酶具有专一性，对纤维素纤维本身并没有影响，故处理后纤维强度不会下降；此外，经过果胶酶处理后织物的白度和吸水性明显提高，柔软度在一定程度上也有明显改善。因此，果胶酶在棉精练和麻脱胶中都起着非常重要的作用。
目前，我国在棉织物的精练技术主要是通过强碱等化学方法来去除果胶及其他杂质，而麻织物主要通过化学沤麻等方法去除果胶。这些化学精练和脱胶方法势必会对环境造成严重污染，而且也面临着能耗大，水耗大等难题。常规的生物酶精练和脱胶虽然能在一定程度上解决环境污染等问题，但却因为生物酶容易受环境和处理条件的影响而使果胶酶的活性及稳定性降低，从而导致精练效率和脱胶效率低等问题。因而开发一种可以提高果胶酶的活性或保持果胶酶活性稳定性的方法是解决上述问题的关键之一。
超临界流体技术具有优越的节能减排、生态环保等优势。近年来，超临界二氧化碳流体无水染色技术已得到越来越多的重视和应用，这在源头上大大减少了环境污染和能耗。
发明内容
本发明针对现有果胶酶活性低以及活性稳定性差的问题，提供一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法。
本发明的一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将果胶酶均匀分布置于多孔薄型材料中，并封装；
(2)将封装的果胶酶悬空置于超临界流体装置专用的处理釜中；
(3)密闭系统后，在压强为6-20MPa，温度为30-80℃的条件下，采用超临界流体进行循环处理0.5-4h；
(4)将上述处理后的果胶酶在温度为-10℃-5℃条件下保存。
进一步的，所述果胶酶为黑曲霉所产生的果胶酶。
进一步的，所述的果胶酶形态为固体粉末。
进一步的，所述步骤(1)中多孔薄型材料由金属丝制成。
进一步的，所述步骤(1)中多孔薄型材料由纤维材料制成。
进一步的，所述步骤(3)中超临界流体为超临界二氧化碳流体。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明提供了一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，是将果胶酶用多孔薄型材料均匀分布并封装悬空置于超临界流体中处理，通过改变超临界流体的状态实现对果胶酶的处理，从而提高果胶酶的活性及稳定性；
1、本发明方法工艺简单，操作简便，能够提高果胶酶活性和稳定性，从而改善了传统果胶酶精练和脱胶的低效率问题，且对织物本身不造成损伤并节约成本；
2、避免了传统化学精练和脱胶对环境造成的污染；
3、金属丝或纤维材料制成的多孔薄型材料更有利于超临界流体通过，果胶酶的处理效果更好；
4、超临界二氧化碳流体具有绿色环保、节能减排等优点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下为本发明的较佳实施例，并配合附图，详细说明如后。
附图说明
图1为本发明实施例1中果胶酶活性测试方法中的标准吸光度曲线；
图2为本发明实施例1中果胶酶活性测试方法中的标准工作曲线；
图3为本发明实施例1、2、3中处理温度对果胶酶活性及活性保留率影响图，处理压强为15Mpa，处理时间为1.0h；
图4为本发明实施例4、5、6、7中处理时间对果胶酶活性及活性保留率影响图，处理温度为40℃，处理压强为15MPa；
图5为本发明实施例8、9、10中处理压强对果胶酶活性及活性保留率影响图，处理温度为40℃，处理压强为15MPa。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下列实施例中所涉及的试剂如下：四水合酒石酸钾钠、苯酚、无水亚硫酸钠、氢氧化钠、一水合柠檬酸、柠檬酸钠、无水葡萄糖和果胶酶均为分析纯，3,5-二硝基水杨酸和果胶为化学纯。
实施例1：
本实施例提供一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法。
本案例提供的提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法包括以下步骤：
称取0.500g果胶酶，均匀分布置于薄型多孔材料中并封装；将封装的果胶酶悬挂于处理釜内，将处理釜置于超临界流体装置中；密闭系统后，在压强为15MPa，温度为30℃，处理时间为1.0h的条件下对果胶酶进行处理；将上述处理后的果胶酶在温度为-10℃-5℃条件下保存，并根据果胶酶的活性测试方法进行活性测试。
本实施例中果胶酶由黑曲霉所产生，薄型多孔材料由金属丝或纤维材料制成，超临界流体是超临界二氧化碳流体。
上述活性测试方法包括以下步骤：
(1)溶液配制：
果胶酶溶液(0.5mg/mL)：准确称取果胶酶0.025g，用柠檬酸盐缓冲液溶解并定容至50mL。
柠檬酸盐缓冲液(pH 5.5，0.05mol/L)：准确称取柠檬酸10.500g，氢氧化钠5.000g，缓慢加入800mL水，用柠檬酸钠调节pH至5.5，定容到1000mL。
果胶溶液(1％)：准确称取果胶1.000g，用缓冲液溶解并定容到100mL。
DNS溶液的配制：称取3,5-二硝基水杨酸3.150g，加入水500mL溶解，水浴45℃，逐步加入氢氧化钠20.000g，搅拌至溶解，逐步加酒石酸钾钠91.000g、苯酚2.500g、亚硫酸钠2.500g，搅拌至溶解，冷却定容1000mL，过滤，取滤液贮存于棕色瓶中避光保存，室温下7天后可使用。
葡萄糖标准溶液(10.0mg/mL)：取105℃烘至恒重的无水葡萄糖1.000g，用缓冲液溶解定容到100mL。
分别量取10.0mg/ml的葡萄糖标准溶液0.00mL、1.25mL、1.50mL、1.75mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL、6.00mL、8.00mL、10.00mL于50mL的容量瓶中，用柠檬酸盐缓冲溶液定容到50mL，分别配成浓度为0mg/mL、0.25mg/mL、0.30mg/mL、0.35mg/mL、0.40mg/mL、0.60mg/mL、0.80mg/mL、1.20mg/mL、1.60mg/mL、2.00mg/mL的葡萄糖标准系列溶液。
(2)绘制标准曲线
分别取步骤(1)中所述葡萄糖标准系列溶液各1mL于比色管中，加入2mL水和2mLDNS溶液，在沸水浴中沸煮5min。溶液冷却至室温后定容到25mL，用UV-1810紫外分光光度计测300-700nm波长处的吸光度曲线。
取最大吸收波长处对应的吸光度为横坐标，对应的葡萄糖毫克数为纵坐标，建立标准工作曲线。
(3)果胶酶活性测试
在具塞比色管中加入5mL果胶溶液(1％)和4mL柠檬酸钠缓冲溶液，将比色管放入50℃恒温水浴中平衡10min，加入0.5mg/mL的果胶酶溶液1mL后马上用秒表计时。反应30min后取出比色管，在沸水中沸煮6min以灭活。待溶液冷却到室温，摇匀后取反应液1mL加入到事先加有2mL水和2mL DNS溶液的比色管中，沸煮5min后冷却定容到25mL，将定容后的溶液以4000r/min的速度离心5min，取上清液在UV-1810紫外分光光度计上测其吸光度。
其中，以1mL缓冲液与2mL水和2mL DNS溶液沸煮定容后的溶液为基线；空白实验(A0)同上，并以1mL失活的果胶酶溶液代替待测果胶酶液。
(4)果胶酶活性计算
葡萄糖标准系列溶液与DNS溶液反应后的溶液测得的吸光度曲线见附图1；参照附图2，用葡萄糖标准系列溶液与DNS溶液反应后的溶液测得的吸光度与葡萄糖质量之间建立标准工作曲线，其线性拟合方程为：
m＝1.67988A+0.14178
式中：m表示葡萄糖的质量，单位为mg；A表示溶液的吸光度。
果胶酶活性定义：1g果胶酶在50℃、pH 5.5的条件下，1h分解果胶产生1mg半乳糖醛酸为一个活力单位。活性计算公式如下：
式中：X表示果胶酶活性，单位为U/g；Δm表示实际测得的葡萄糖质量与空白对照的葡萄糖质量之差(根据标准工作曲线计算葡萄糖质量)，单位为mg；10表示测定酶活时取了反应液体积的1/10；194/180表示葡萄糖等当量转换为半乳糖醛酸；t表示反应时间，单位为h；n表示酶液的稀释倍数。
活性保留率R的计算公式如下：
式中：R表示果胶酶的活性保留率；X1表示超临界流体处理后果胶酶的活性，单位为U/g；X0：超临界流体处理前果胶酶的活性，单位为U/g。
根据上述方案中的方法和步骤测得超临界流体处理前果胶酶的活性为18829.72U/g。根据上述方案中的方法和步骤测定本实施例处理后的果胶酶的活性为25854.47U/g，活性保留率为137.31％。由于果胶酶的活性保留率表示的是果胶酶处理前后果胶酶的活性的变化率，亦即果胶酶在处理前后活性的稳定性，故经过实施例1的工艺处理后，果胶酶的活性大幅提高，其稳定性也显著提高，所得实验结果如图3所示。
实施例2
本实施例提供一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其方法与实施例1中所述步骤相同，其区别仅在于采用的超临界二氧化碳流体的处理条件为：压强为15MPa，温度为60℃，处理时间为1.0h。
对本实施例处理后的果胶酶进行同实施例1方法和条件相同的活性测试，测得的果胶酶活性为23899.09U/g，活性保留率为126.92％，果胶酶的活性及稳定性均有明显地提高，所得实验结果如图3所示。
实施例3
本实施例提供一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其方法与实施例1中所述步骤相同，其区别仅在于采用的超临界二氧化碳流体的处理条件为：压强为15MPa，温度为80℃，处理时间为1.0h。
对本实施例处理后的果胶酶进行同实施例1方法和条件相同的活性测试，测得的果胶酶活性为19915.91U/g，活性保留率为105.77％，果胶酶的活性及稳定性均有所提高，所得实验结果如图3所示。
实施例4
本实施例提供一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其方法与实施例1中所述步骤相同，其区别仅在于采用的超临界二氧化碳流体的处理条件为：压强为15MPa，温度为40℃，处理时间为1.5h。
对本实施例处理后的果胶酶进行同实施例1方法和条件相同的活性测试，测得的果胶酶活性为25492.37U/g，活性保留率为135.38％，果胶酶的活性及稳定性均有显著提高，所得实验结果如图4所示。
实施例5
本实施例提供一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其方法与实施例1中所述步骤相同，其区别仅在于采用的超临界二氧化碳流体的处理条件为：压强为15MPa，温度为40℃，处理时间为2.5h。
对本实施例处理后的果胶酶进行同实施例1方法和条件相同的活性测试，测得的果胶酶活性为24406.04U/g，活性保留率为129.62％，果胶酶的活性及稳定性均有明显提高，所得实验结果如图4所示。
实施例6
本实施例提供一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其方法与实施例1中所述步骤相同，其区别仅在于采用的超临界二氧化碳流体的处理条件为：压强为15MPa，温度为40℃，处理时间为4.0h。
对本实施例处理后的果胶酶进行同实施例1方法和条件相同的活性测试，测得的果胶酶活性为24043.94U/g，活性保留率为127.69％，果胶酶的活性及稳定性均有明显提高，所得实验结果如图4所示。
实施例7
本实施例提供一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其方法与实施例1中所述步骤相同，其区别仅在于采用的超临界二氧化碳流体的处理条件为：压强为15MPa，温度为40℃，处理时间为0.5h。
对本实施例处理后的果胶酶进行同实施例1方法和条件相同的活性测试，测得的果胶酶活性为20350.68U/g，活性保留率为108.08％，果胶酶的活性及稳定性均有所提高，所得实验结果如图4所示。
实施例8
本实施例提供一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其方法与实施例1中所述步骤相同，其区别仅在于采用的超临界二氧化碳流体的处理条件为：压强为15MPa，温度为40℃，处理时间为1.0h。
对本实施例处理后的果胶酶进行同实施例1方法和条件相同的活性测试，测得的果胶酶活性为25419.94U/g，活性保留率为135.00％，果胶酶的活性及稳定性均有大幅的提高，所得实验结果如图5所示。
实施例9
本实施例提供一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其方法与实施例1中所述步骤相同，其区别仅在于采用的超临界二氧化碳流体的处理条件为：压强为20MPa，温度为40℃，处理时间为1.0h。
对本实施例处理后的果胶酶进行同实施例1方法和条件相同的活性测试，测得的果胶酶活性为21581.61U/g，活性保留率为114.62％，果胶酶的活性及稳定性均有明显提高，所得实验结果如图5所示。
实施例10
本实施例提供一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其方法与实施例1中所述步骤相同，其区别仅在于采用的超临界二氧化碳流体的处理条件为：压强为6MPa，温度为40℃，处理时间为1.0h。
对本实施例处理后的果胶酶进行同实施例1方法和条件相同的活性测试，测得其活性为19626.22U/g，活性保留率为104.23％。果胶酶的活性有所提高，果胶酶的稳定性也有所提高，所得实验结果如图5所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将果胶酶均匀分布置于多孔薄型材料中，并封装；所述的果胶酶形态为固体粉末；
(2)将封装的果胶酶悬空置于超临界流体装置专用的处理釜中；
(3)密闭系统后，在压强为6-20MPa，温度为30-80℃的条件下，采用超临界二氧化碳流体进行循环处理0.5-4h；
(4)将处理后的果胶酶在温度为-10℃-5℃条件下保存。
2.根据权利要求1所述的一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其特
征在于：所述的果胶酶为黑曲霉所产生的果胶酶。
3.根据权利要求1所述的一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其特
征在于：所述步骤(1)中多孔薄型材料由金属丝制成。
4.根据权利要求1所述的一种提高果胶酶活性及稳定性的超临界流体处理方法，其特
征在于：所述步骤(1)中多孔薄型材料由纤维材料制成。
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