CN109371710A - 一种酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法 - Google Patents

一种酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，利用酪氨酸酚裂解酶催化蛋白质纤维中丝氨酸转化成酪氨酸，再通过蛋白质纤维中酪氨酸与芳香族重氮盐进行偶合反应，促进蛋白质纤维原位偶合染色。具体包括以下步骤：(1)蛋白质纤维氧化预处理；(2)酶催化氨基酸转化；(3)蛋白质纤维浸轧碱液；(4)蛋白质纤维原位偶合染色。与蛋白质纤维制品常规酸性染料染色、未改性蛋白质纤维与芳香族重氮盐偶合染色相比，本发明述及的方法具有能耗低、酶催化反应效率高、染色深度和牢度高的优点。

Description

一种酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法
技术领域
本发明涉及一种酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，属于纺织生物技术领域。
背景技术
蛋白质纤维染色中，最常用染料包括酸性染料、酸性媒介染料和中性染料等。其中，酸性染料颜色鲜艳、色谱齐全，匀染性好，在蛋白质纤维染色中应用较多；但酸性染料与蛋白质纤维间氢键和范德华力较弱，染色中需加酸促染，因此纤维制品的染色牢度多较低。为提高蛋白质纤维制品的染色牢度，酸性媒介染料和中性染料在染色中得到应用。与酸性染料相比，两者染色深度和牢度有所增加，但颜色鲜艳度不够，且酸性媒介染料染色中金属盐易残留在纤维制品中，不仅影响纺织品安全性，还易产生环境污染，增加了印染废水处理负担。
理想的染色方法应该是使纤维制品较易获得高染色深度、高色牢度，且染色过程能耗较低。蛋白质纤维大分子中含有5～10％的酪氨酸，这些酪氨酸的酚羟基能与芳香族的重氮盐发生偶合反应，在低温条件下形成偶氮类有色体结构，这为蛋白质纤维制品的染色提供了新方法。但另一方面，蛋白质纤维大分子中的酪氨酸主要分布于由疏水性较强的丙氨酸和甘氨酸组成的大分子链中，其可及度较低，蛋白质纤维中只有很少部分的酪氨酸能与重氮盐发生偶合。简言之，未经改性处理的蛋白质纤维与芳香族重氮盐偶合生色时，获得的蛋白质纤维制品染色深度较低，不能满足深色纤维制品的染整加工要求。因此，目前的蛋白质纤维原位偶合染色方法有待进一步改进。
发明内容
发明目的：本发明要解决的技术问题是提供一种酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，通过该方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芳香族重氮盐间偶合反应，提升蛋白质纤维原位偶合染色效果。
酪氨酸酚裂解酶(tyrosine phenol-lyase，TPL，EC 4.1.99.2)能催化丝氨酸与苯酚两者反应生成L-酪氨酸。考虑到蛋白质纤维中含10～15％的丝氨酸，若借助于酪氨酸酚裂解酶，将蛋白质纤维中含醇羟基的丝氨酸催化转化成具有酚羟基结构的酪氨酸，则可提升蛋白质纤维大分子中酪氨酸的含量，有利于蛋白质纤维与芳香族重氮盐之间的偶合反应，进而提升蛋白质纤维原位偶合染色效果，为蛋白质纤维染色提供了新方法。
技术方案：
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，利用酪氨酸酚裂解酶催化蛋白质纤维中丝氨酸转化成酪氨酸，再通过蛋白质纤维中酪氨酸与芳香族重氮盐偶合反应，实现酶促蛋白质纤维原位偶合染色。
一种酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，包括如下步骤：
(1)蛋白质纤维氧化预处理：蛋白质纤维浸渍双氧水溶液中进行氧化预处理；
(2)酶催化氨基酸转化：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)蛋白质纤维浸轧碱液：将经步骤(2)处理的蛋白质纤维浸轧烧碱溶液，使蛋白质纤维大分子中酪氨酸的酚羟基离子化；
(4)蛋白质纤维原位偶合染色：将步骤(3)处理的蛋白质纤维浸渍在芳香族重氮盐溶液中原位偶合染色。
步骤(1)中，所述双氧水溶液中双氧水的含量为2～8g/L，pH为8～10。
步骤(1)中，氧化预处理的条件如下：
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，pH 6.0～9.0。
步骤(2)中，所述酶催化氨基酸转化的处理条件如下：
温度35～50℃，时间4～40h，浴比1：40；处理结束后将蛋白质纤维制品水洗、烘干。
步骤(3)中，所述烧碱溶液中烧碱的含量为0.01～1.0g/L；
蛋白质纤维浸轧碱液的处理条件如下：轧余率100％，浸轧温度15～30℃，浸轧后在40～60℃烘干。
步骤(4)中，所述芳香族重氮盐溶液按照如下方法制备：
以5～15g/L盐酸溶解2～5g/L芳胺化合物，在0～4℃加入5～20g/L亚硝酸钠，反应15～60min后制得芳香族重氮盐溶液，借助淀粉-碘化钾试纸和尿素去除过量的亚硝酸，然后调节pH至6.0～8.0，得到芳香族重氮盐溶液；
所述芳胺化合物包括苯胺、对氨基苯磺酸、对硝基苯胺、α-萘胺。
步骤(4)中，原位偶合染色的条件如下：0～5℃偶合染色反应5～30min，浴比1：40；处理结束后将蛋白质纤维水洗、烘干。
作为优选，所述蛋白质纤维包括以桑蚕丝或羊毛为原料的针织物或机织物。
有益效果：
与蛋白质纤维制品常规酸性染料染色法、未经改性蛋白质纤维与芳香族重氮盐偶合染色法相比，本发明具有以下优点：
(1)生产能耗低：在低温条件下进行蛋白质纤维偶合染色，较常规酸性染料染色温度低，生产能耗低，且蛋白质纤维损伤小；
(2)酶催化反应效率高：利用酪氨酸酚裂解酶催化蛋白质纤维中生成较多酪氨酸，具有专一性强和反应效率高的优点；
(3)染色深度和牢度高：改性后蛋白质纤维中酪氨酸增多，能与芳香族重氮盐高效偶合，与未改性蛋白质纤维偶合染色样相比，染色深度增加；此外，蛋白质纤维与重氮盐偶合后，发色体与蛋白质纤维间形成以偶氮基为连接的共价键，染色牢度较高，规避了常规酸性染料染色中染色牢度较差的缺陷。
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，再与芳香胺重氮盐偶合，进行蛋白质纤维原位偶合染色。采用测色仪测定蛋白质纤维制品的染色深度K/S值(测色条件：D65光源，10°视场)、参照GB/T 3920-2008测定染色织物的湿摩擦牢度，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原位偶合染色；
(1)真丝织物氧化预处理：将真丝织物浸渍双氧水溶液中，其中双氧水2g/L，处理温度45℃，pH 8.5，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12.5U/ml、苯酚2.5g/L、磷酸吡哆醛1g/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)真丝织物浸轧碱液：将步骤(2)处理的真丝织物浸轧烧碱溶液，其中烧碱0.05g/L，轧余率100％，浸轧温度20℃，浸轧后在40℃烘干；
(4)真丝织物原位偶合染色：以5g/L盐酸溶解5g/L对氨基苯磺酸，在0℃加入7.5g/L亚硝酸钠，反应30min后制得芳香族重氮盐溶液，借助淀粉-碘化钾试纸和尿素去除过量亚硝酸，调节溶液pH至6.5；将步骤(3)处理的真丝织物浸渍在芳香族重氮盐溶液中，在0℃条件下偶合反应5min，浴比1：40；处理结束后将真丝织物水洗、烘干。
试样1：经步骤(1)处理；
试样2：经步骤(1)、(3)和(4)处理，未经步骤(2)处理；
试样3：经步骤(1)、(2)、(3)和(4)处理；
试样4：经步骤处理(1)处理的真丝织物浸渍在1％酸性黄溶液中，按常规酸性染料染色工艺染色(pH 4、98℃、时间50min)；然后将真丝织物水洗并干燥。
经上述工艺处理后，试样1的染色深度K/S值为0.14；试样2的染色深度K/S值为2.28，湿摩擦色牢度5级；试样3染色深度K/S值为3.95，湿摩擦色牢度5级；试样4染色深度K/S值为3.98，湿摩擦色牢度2级。
实施例2
以本发明述及的方法进行以羊毛为原料羊毛织物偶合染色。
(1)羊毛织物氧化预处理：将羊毛织物浸渍双氧水溶液中，其中双氧水8g/L，处理温度55℃，pH 10，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40h，浴比1：40；处理结束后将羊毛织物水洗、烘干；
(3)羊毛织物浸轧碱液：将步骤(2)处理的羊毛织物浸轧烧碱溶液，其中烧碱1.0g/L，轧余率100％，浸轧温度30℃，浸轧后在60℃烘干；
(4)羊毛织物原位偶合染色：以15g/L盐酸溶解2g/L对硝基苯胺，在4℃加入20g/L亚硝酸钠，反应60min后制得芳香族重氮盐溶液，借助淀粉-碘化钾试纸和尿素去除过量亚硝酸，调节溶液pH至8.0；将步骤(3)处理的羊毛织物浸渍在重氮盐溶液中，在4℃条件下偶合反应30min，浴比1：40；处理结束后将羊毛织物水洗、烘干。
试样5：经步骤(1)处理；
试样6：经步骤(1)、(3)和(4)处理，未经步骤(2)处理；
试样7：经步骤(1)、(2)、(3)和(4)处理；
试样8：经步骤处理(1)处理的羊毛织物，浸渍在2％酸性黄溶液中，按常规酸性染料染色工艺染色(pH 4、98℃、时间50min)；然后将羊毛织物水洗并干燥。
经上述工艺处理后，试样5的染色深度K/S值为0.32；试样6的染色深度K/S值为2.12，湿摩擦色牢度4.5级；试样7染色深度K/S值为4.89，湿摩擦色牢度5级；试样8染色深度K/S值为4.96，湿摩擦色牢度2.5级。
通过对实施例数据分析：
仅经蛋白质纤维氧化预处理、未与重氮盐偶合的对照样(试样1、试样5)染色深度K/S值最低；未经酪氨酸酚裂解酶处理、轧碱后直接与芳香族重氮盐偶合的试样(试样2、试样6)染色深度K/S高于对照样；先经酪氨酸酚裂解酶处理、轧碱后再与芳香族重氮盐偶合染色的试样(试样3、试样7)染色深度明显增加，表明酪氨酸酚裂解酶催化蛋白质纤维大分子中生成了更多酪氨酸，有利于与芳香族重氮盐偶合染色，且蛋白质纤维制品的染色牢度等级也较高。以常规酸性染料染色工艺加工时，蛋白质纤维试样(试样4、试样8)的染色深度K/S与酶促原位偶合染色试样(试样3、试样7)的色深相近，但前者的湿摩擦色牢度远不及后者，证实了本发明述及方法的优势。
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)

1.一种酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，其特征在于，利用酪氨酸酚裂解酶催化蛋白质纤维中丝氨酸转化成酪氨酸，再通过蛋白质纤维中酪氨酸与芳香族重氮盐偶合反应，实现酶促蛋白质纤维原位偶合染色。
2.根据权利要求1所述酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)蛋白质纤维氧化预处理：蛋白质纤维浸渍双氧水溶液中进行氧化预处理；
(2)酶催化氨基酸转化：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)蛋白质纤维浸轧碱液：将经步骤(2)处理的蛋白质纤维浸轧烧碱溶液，使蛋白质纤维大分子中酪氨酸的酚羟基离子化；
(4)蛋白质纤维原位偶合染色：将步骤(3)处理的蛋白质纤维浸渍在芳香族重氮盐溶液中原位耦合染色。
3.根据权利要求2所述的酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述双氧水溶液中双氧水的含量为2～8g/L，pH为8～10。
4.根据权利要求2所述的酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化预处理的条件如下：
温度40～60℃，时间15～45min，浴比1：40。
5.根据权利要求2所述的酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，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10～100U/mL、苯酚1～10g/L、磷酸吡哆醛0.5～5g/L、氯化铵0.5～2g/L，pH 6.0～9.0。
6.根据权利要求2所述的酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述酶催化氨基酸转化的处理条件如下：
温度35～50℃，时间4～40h，浴比1：40；处理结束后将蛋白质纤维制品水洗、烘干。
7.根据权利要求2所述的酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述烧碱溶液中烧碱的含量为0.01～1.0g/L；
蛋白质纤维浸轧碱液的处理条件如下：轧余率100％，浸轧温度15～30℃，浸轧后在40～60℃烘干。
8.根据权利要求2所述的酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述芳香族重氮盐溶液按照如下方法制备：
以5～15g/L盐酸溶解2～5g/L芳胺化合物，在0～4℃加入5～20g/L亚硝酸钠，反应15～60min后制得芳香族重氮盐溶液，借助淀粉-碘化钾试纸和尿素去除过量的亚硝酸，然后调节pH至6.0～8.0，得到芳香族重氮盐溶液；
所述芳胺化合物包括苯胺、对氨基苯磺酸、对硝基苯胺、α-萘胺。
9.根据权利要求2所述的酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，其特征在于，步骤(4)中，原位偶合染色的条件如下：0～5℃偶合染色反应5～30min，浴比1：40；处理结束后将蛋白质纤维水洗、烘干。
10.根据权利要求1或2所述的酶促蛋白质纤维原位偶合染色的方法，其特征在于，所述蛋白质纤维包括以桑蚕丝或羊毛为原料的针织物或机织物。
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