CN109281166A - 一种基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,利用酪氨酸酚裂解酶催化蛋白质纤维大分子中的丝氨酸转化成酪氨酸,再借助辣根过氧化物酶催化蛋白质纤维中酪氨酸与含乙烯基季铵盐单体接枝共聚,进行蛋白质纤维抗菌整理。具体包括以下步骤:(1)氧化预处理;(2)酶催化氨基酸转化;(3)酶促蛋白质纤维与含乙烯基季铵盐类单体接枝共聚。与传统通过浸轧焙烘、高温粘合或涂层整理进行蛋白质纤维抗菌整理方法相比,本发明具有能耗低、抗菌效果好、纤维损伤小的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,属于纺织生物技术领域。
背景技术
蛋白质纤维具有良好的手感和吸湿性,以蛋白质纤维加工的纺织品在使用过程中,人体的汗液、皮脂以及其他各种分泌物易沾附到纤维表面,成为各种微生物良好的营养源,在合适的外界条件(如湿度、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。另一方面,蛋白质纤维属天然蛋白质类,在适当的温度、湿度条件下其本身就容易成为细菌、霉菌等微生物的养分,从而使纤维制品发生霉变,甚至成为疾病传播的载体。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,具有抗菌功能的纺织品越来越受关注。为提高蛋白质纤维面料的品质与服用性能,需要对其进行抗菌整理加工。
目前,蛋白质纤维常用的抗菌整理剂包括无机银离子类、有机季铵盐类和天然高分子类等,采用的工艺包括浸轧焙烘、高温粘合或涂层整理等。上述抗菌整理方法在赋予蛋白质纤维一定抗菌效果的同时,也部分存在着整理剂与纤维结合不牢固、高温焙烘中蛋白质纤维易强力受损、纤维易泛黄或面料手感变差、整理剂易从纤维表面释放迁移至体肤表面等弊端。
发明内容
发明目的:针对上述技术问题,本发明的目的在于提供一种基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,使用本发明可借助生物酶法,增加蛋白质纤维中酪氨酸含量,促进蛋白质纤维中酪氨酸与含乙烯基季铵盐接枝共聚,提升蛋白质纤维制品的抗菌效果。
辣根过氧化物酶(HRP)有较强催化活性,在以双氧水(H2O2)为氧化剂,乙酰丙酮(ACAC)为引发剂的体系中,能催化含酚羟基的单体(如酪氨酸)和乙烯基单体(如含乙烯基的季铵盐)生成自由基,继而可引发单体自聚或两类不同单体间接枝共聚。蛋白质纤维中含5~10%的酪氨酸,借助HRP可催化蛋白质纤维中酪氨酸与含乙烯基季铵盐单体发生接枝共聚,制备抗菌蛋白质纤维制品。但由于蛋白质纤维中酪氨酸主要分布在疏水性较强的丙氨酸和甘氨酸组成的大分子链中,其反应的可及度较低,使得HRP酶催化蛋白质纤维进行功能整理的效率较低。另一方面,蛋白质纤维中还含有10~15%丝氨酸,酪氨酸酚裂解酶(TPL)能催化丝氨酸与苯酚两者反应,生成L-酪氨酸。根据这一酶促反应特征,可借助TPL催化蛋白质纤维中丝氨酸转化成酪氨酸,增加蛋白质纤维大分子中酪氨酸含量;然后再借助于HRP,催化蛋白质纤维中酪氨酸与含乙烯基季铵盐接枝共聚,提升蛋白质纤维酶法抗菌整理效果。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,利用酪氨酸酚裂解酶催化蛋白质纤维中的丝氨酸转化成酪氨酸,再借助辣根过氧化物酶催化蛋白质纤维中酪氨酸与含乙烯基季铵盐单体接枝共聚,进行蛋白质纤维抗菌整理的方法。
一种基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,包括如下步骤:
(1)氧化预处理:蛋白质纤维浸渍双氧水溶液中进行氧化预处理;
(2)酶催化丝氨酸转化:将经步骤(1)处理的蛋白质纤维浸渍在酪氨酸酚裂解酶和苯酚溶液中,催化蛋白质纤维中丝氨酸转化成酪氨酸;
(3)酶促蛋白质纤维与含乙烯基季铵盐类单体接枝共聚:将步骤(2)处理后的蛋白质纤维浸渍在含乙烯基季铵盐类单体溶液中,添加辣根过氧化物酶和乙酰丙酮,在氮气保护下加入双氧水,促进蛋白质纤维与含乙烯基季铵盐类单体接枝共聚。
步骤(1)中,所述双氧水溶液中双氧水的含量为2~8g/L,pH 8~10。
步骤(1)中,氧化预处理的反应条件如下:温度40~60℃,时间15~45min,浴比1:40。
步骤(2)中,所述酪氨酸酚裂解酶和苯酚溶液的配方如下:
酪氨酸酚裂解酶10~100U/mL、苯酚1~10g/L、磷酸吡哆醛0.5~5g/L、氯化铵0.5~2g/L,pH6.0~9.0。
步骤(2)中,酶催化丝氨酸转化的条件如下:
温度35~50℃,时间4~40h,浴比1:40;处理结束后将蛋白质纤维水洗、烘干;
步骤(3)中,所述含乙烯基季铵盐类单体溶液,其配方如下:
辣根过氧化物酶2~20U/mL,乙酰丙酮5~10g/L,双氧水4~8g/L,含乙烯基季铵盐类单体2.0~20g/L,pH 7.0~8.0。
步骤(3)中,酶促蛋白质纤维与含乙烯基季铵盐类单体接枝共聚的反应条件如下:
温度25~45℃,处理时间2~12小时,浴比1:40;处理结束后将蛋白质纤维制品水洗、烘干。
作为优选,所述含乙烯基季铵盐类单体包括:烯丙基季铵盐类单体、丙烯酰氧烷基季铵盐类单体、丙烯酰胺烷基季铵盐类单体。
作为优选,所述烯丙基季铵盐类单体包括:二甲基二烯丙基氯化铵、烯丙基三甲基氯化铵、二烯丙基甲基苄基氯化铵、二烯丙基乙基苄基氯化铵;所述丙烯酰氧烷基季铵盐类单体包括:甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵;所述丙烯酰胺烷基季铵盐类单体包括:(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵。
作为优选,所述蛋白质纤维包括桑蚕丝、柞蚕丝、羊毛、山羊绒。
有益效果:
与传统通过浸轧焙烘、高温粘合或涂层整理进行蛋白质纤维抗菌整理方法相比,本发明具有如下优点:
(1)生产能耗低,酶促蛋白质纤维中氨基酸转化、酶催化抗菌整理均在低温条件下进行,该过程中能耗较低;
(2)抗菌效果好,酶促蛋白质纤维与季铵盐类单体接枝共聚后,形成的季铵盐类大分子与蛋白质纤维以共价键相连接,具有较好的抗菌整理效果;
(3)纤维损伤小,基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理处理条件较温和,避免了传统采用高温浸轧焙烘等加工中易产生的蛋白质纤维损伤。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明,但有必要指出以下实施例只用于对发明内容的描述,并不构成对本发明保护范围的限制。
通过酶促蛋白质纤维中丝氨酸转化成酪氨酸,再酶催化蛋白质纤维与含乙烯基季铵盐类单体接枝共聚,进行蛋白质纤维抗菌整理,具体实施例如下:
实施例1
以本发明述及的方法进行以桑蚕丝为原料的真丝织物抗菌整理;
(1)氧化预处理:将真丝织物浸渍双氧水溶液中,其中双氧水2g/L,pH 8,处理温度40℃,时间15min,浴比1:40;
(2)酶催化氨基酸转化:将步骤(1)处理的真丝织物浸渍在酪氨酸酚裂解酶处理液中,其中酪氨酸酚裂解酶10U/mL、苯酚2.5g/L、磷酸吡哆醛0.5g/L、氯化铵0.5g/L;在40℃、pH 7条件下处理4h,浴比1:40;处理结束后将真丝织物水洗、烘干;
(3)酶促真丝与含乙烯基季铵盐类单体接枝共聚:将步骤(2)处理后的真丝浸渍在二甲基二烯丙基氯化铵溶液中,添加辣根过氧化物酶和乙酰丙酮,在氮气保护下加入双氧水,促进真丝与二甲基二烯丙基氯化铵接枝共聚;其中,辣根过氧化物酶2U/mL,乙酰丙酮5g/L,双氧水4g/L,二甲基二烯丙基氯化铵2.5g/L,温度30℃,pH 7.0,处理时间2.5小时,浴比1:40;处理结束后将真丝织物水洗、烘干。
试样1:未处理;
试样2:经步骤(1)、(3)处理,未经步骤(2)处理;
试样3:经步骤(1)、(2)、(3)处理。
经上述工艺处理后,分别参照GB/T 20944.3-2008、ISO 13934-1-2013测定真丝织物试样1~3的对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率、经向断裂强力。结果表明,试样1对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为5.1%和2.9%,经向断裂强力为425N;试样2对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为65.2%和57.9%,经向断裂强力为449N;试样3对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为79.2%和78.1%,经向断裂强力455N。
实施例2
以本发明述及的方法进行羊毛为原料的羊毛织物抗菌整理;
(1)氧化预处理:将羊毛织物浸渍双氧水溶液中,其中双氧水8g/L,pH 10,处理温度55℃,时间45min,浴比1:40;
(2)酶催化氨基酸转化:将步骤(1)处理的羊毛织物浸渍在酪氨酸酚裂解酶液中,其中酪氨酸酚裂解酶100U/mL、苯酚10g/L、磷酸吡哆醛5g/L、氯化铵2g/L;在45℃、pH 8.5条件下处理36h,浴比1:40;处理结束后将羊毛织物水洗、烘干;
(3)酶促羊毛与含乙烯基季铵盐类单体接枝共聚:将步骤(2)处理的羊毛织物浸渍在(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵溶液中,添加辣根过氧化物酶和乙酰丙酮,在氮气保护下加入双氧水,促进羊毛与(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵接枝共聚;其中,辣根过氧化物酶20U/mL,乙酰丙酮10g/L,双氧水8g/L,(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵20g/L,温度40℃,pH 7.5,处理时间12小时,浴比1:40;处理结束后将羊毛织物水洗、烘干。
试样4:未处理;
试样5:经步骤(1)、(3)处理,未经步骤(2)处理;
试样6:经步骤(1)、(2)和(3)处理。
经上述工艺处理后,分别参照GB/T 20944.3-2008、ISO 13934-1-2013测定羊毛织物试样4~6的对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率、经向断裂强力。结果表明,试样4对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为1.2%和4.5%,经向断裂强力为610N;试样5对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为21.5%和28.2%,经向断裂强力为621N;试样6对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为73.2%和76.0%,经向断裂强力627N。
通过对实施例数据分析:未处理蛋白质纤维试样(试样1、试样4)的对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌无明显抑菌效果;未与含乙烯基重氮盐偶合而直接与含乙烯基季铵盐单体酶促接枝共聚的蛋白质纤维样品(试样2、试样5)对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有一定的抑菌效果,但抑菌率较低;经步骤(1)~(3)处理后的蛋白质纤维试样(试样3、试样6)抑菌率较高,且织物强力有增加,表明酪氨酸酚裂解酶催化蛋白质纤维大分子生成较多的酪氨酸基团,促进了蛋白质纤维与乙烯基季铵盐单体的接枝共聚,处理过程中无纤维损伤。本发明述及的方法能有效促进蛋白质纤维与季铵盐类单体接枝共聚,制备抗菌蛋白质纤维制品。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可做各种的改动与修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,其特征在于,利用酪氨酸酚裂解酶催化蛋白质纤维中的丝氨酸转化成酪氨酸,再借助辣根过氧化物酶催化蛋白质纤维中酪氨酸与含乙烯基季铵盐单体接枝共聚,进行蛋白质纤维抗菌整理的方法。
2.根据权利要求1所述的基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)氧化预处理:蛋白质纤维浸渍双氧水溶液中进行氧化预处理;
(2)酶催化丝氨酸转化:将经步骤(1)处理的蛋白质纤维浸渍在酪氨酸酚裂解酶和苯酚溶液中,催化蛋白质纤维中丝氨酸转化成酪氨酸;
(3)酶促蛋白质纤维与含乙烯基季铵盐类单体接枝共聚:将步骤(2)处理后的蛋白质纤维浸渍在含乙烯基季铵盐类单体溶液中,添加辣根过氧化物酶和乙酰丙酮,在氮气保护下加入双氧水,促进蛋白质纤维与含乙烯基季铵盐类单体接枝共聚。
3.根据权利要求2所述的基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,其特征在于,步骤(1)中,所述双氧水溶液中双氧水的含量为2~8 g/L,pH 8~10。
4.根据权利要求2所述的基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,其特征在于,步骤(1)中,氧化预处理的反应条件如下:温度40~60℃,时间15~45 min,浴比1:40。
5.根据权利要求2所述的基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,其特征在于,步骤(2)中,所述酪氨酸酚裂解酶和苯酚溶液的配方如下:
酪氨酸酚裂解酶10~100 U/mL、苯酚1~10 g/L、磷酸吡哆醛 0.5~5 g/L、氯化铵0.5~2 g/L,pH6.0~9.0。
6.根据权利要求2所述的基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,其特征在于,步骤(2)中,酶催化丝氨酸转化的条件如下:
温度 35~50℃,时间 4~40 h,浴比1:40;处理结束后将蛋白质纤维水洗、烘干。
7.根据权利要求2所述的基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,其特征在于,步骤(3)中,所述含乙烯基季铵盐类单体溶液,其配方如下:
辣根过氧化物酶 2~20 U/mL,乙酰丙酮 5~10 g/L,双氧水 4~8 g/L,含乙烯基季铵盐类单体 2.0~20 g/L,pH 7.0~8.0。
8.根据权利要求2所述的基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,其特征在于,步骤(3)中,酶促蛋白质纤维与含乙烯基季铵盐类单体接枝共聚的反应条件如下:
温度25~45℃,处理时间2~12小时,浴比1:40;处理结束后将蛋白质纤维制品水洗、烘干。
9.根据权利要求7所述的基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,其特征在于,所述含乙烯基季铵盐类单体包括:烯丙基季铵盐类单体、丙烯酰氧烷基季铵盐类单体、丙烯酰胺烷基季铵盐类单体;
所述烯丙基季铵盐类单体包括:二甲基二烯丙基氯化铵、烯丙基三甲基氯化铵、二烯丙基甲基苄基氯化铵、二烯丙基乙基苄基氯化铵;所述丙烯酰氧烷基季铵盐类单体包括:甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵;所述丙烯酰胺烷基季铵盐类单体包括:(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵。
10.根据权利要求1或2所述的基于酶促接枝共聚的蛋白质纤维抗菌整理方法,其特征在于,所述蛋白质纤维包括桑蚕丝、柞蚕丝、羊毛、山羊绒。
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韦平和: "酪氨酸酚裂解酶及其在L-酪氨酸酶法合成中的应用", 《中国生化药物杂志》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109852742A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-06-07 | 兴业皮革科技股份有限公司 | 一种无铬多金属鞣革革屑制备改性胶原多肽制革填充剂的方法 |
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CN110541310A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-06 | 江南大学 | 一种基于酶促转化和催化氧化的导电真丝制备方法 |
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