CN109682785B - 一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置及使用方法，该装置包括长轴电动机、样品架、弹簧、样品瓶、支架、轴承、设备底座和电机座；长轴电动机安装在设备底座上的电机座上，其长轴的自由端通过轴承与安装在设备底座上的支架相连，样品架悬空安装在长轴电动机长轴上；样品架由固定安装在长轴电动机长轴上的左侧样品架孔板和沿长轴左右移动的右侧样品架孔板组成；样品瓶底部插入左侧样品架孔板的盲孔上，样品瓶旋盖穿过右侧样品架孔板的通孔，并通过左侧样品架孔板和右侧样品架孔板之间的弹簧固定。通过该装置，可实现在实验室条件下，利用少量实验材料即可模拟酶在皮革中的湍流传质过程，操作简单，节省实验材料。
Description
技术领域
本发明属于制革用酶的应用研究领域，具体涉及一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置及使用方法。
背景技术
制革行业作为畜牧业的延伸，是循环经济的重要环节，在我国工业经济中占有重要位置。随着国家对环境保护越来越重视，以生物酶为基础的清洁化制革技术得到迅速的发展和广泛的应用。与常见的酶促反应不同，制革生产中酶的催化底物——动物皮是一种由胶原纤维构成的具有三维立体结构的结缔组织。酶与动物皮作用的本质是酶分子进入皮纤维间隙并对动物皮不同组分进行水解，其可以分为传质和反应两个过程。研究表明酶的传质占整个反应时间的70%以上，因此传质是酶对动物皮有效作用的先决条件和限速步骤。研究酶在皮革中传质过程，实现对皮革不同深度酶浓度的准确定量，是酶制剂在制革工业推广和应用的理论基础。
目前，最常见的研究方法是利用荧光标记技术将酶或者蛋白标记后，再通过荧光显微镜或者激光扫描共聚焦荧光显微镜观察和记录皮革纵切片的荧光强度，获得酶在皮革中分布数据。但由于荧光标记酶或者荧光标记蛋白制备非常困难，而常规实验方法荧光标记酶或者荧光标记蛋白的用量大，因此难以在目前实验室常见的制革实验设备上进行传质研究。
酶在皮革生产中的应用，以传质方式不同可分为单向传质方式（如采用涂脱毛糊法脱毛）和湍流传质方式(如浸水过程、软化过程、转鼓中的酶脱毛过程等)。本专利所实现的实验装置可以模拟酶在皮革中的湍流传质过程。
发明内容
针对现有酶在皮革中传质研究技术和实验设备对样品需求量大、实验过程不易控制等问题，本发明提供了一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置及使用方法，实现在实验室条件下，利用极少量实验材料即可模拟酶在皮革中的湍流传质过程。
本发明所要解决的技术问题通过以下的技术方案实现：一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置，其特征在于，由长轴电动机、样品架、弹簧、样品瓶、支架、轴承、设备底座和电机座构成；
所述的长轴电动机安装在电机座上，电机座安装在设备底座上，样品架悬空安装在长轴电动机长轴上，长轴电动机长轴的自由端通过轴承与设备底座上的支架相连，通过支架的支撑作用防止长轴电动机长轴的变形；
所述的样品架由固定安装在长轴电动机长轴上的左侧样品架孔板和沿长轴左右移动的右侧样品架孔板组成，左侧样品架孔板可通过键销牢固地装配于电动机的长轴上，左侧样品架孔板和右侧样品架孔板之间连接有弹簧；左侧样品架孔板均匀分布有两个以上的盲孔，右侧样品架孔板有与盲孔一一对应的通孔；
所述的样品瓶由样品瓶瓶体、样品瓶旋盖组成，样品瓶底部插入盲孔内，样品瓶旋盖穿过通孔，弹簧为拉伸弹簧，其收缩后的长度小于样品瓶长度，通过弹簧的拉紧力将样品瓶固定于两孔板之间。；
所述盲孔的直径比样品瓶底端直径大1~2mm，通孔的直径比样品瓶旋盖的直径大1~2mm，通孔的直径小于样品瓶底端直径。
进一步地，所述的样品瓶中内置有玻璃棒，玻璃棒倾斜固定在样品瓶中，可以增大实验过程中皮革试样所受的物理机械作用。
进一步地，所述盲孔的数目为2~10个，优选3~6个。
进一步地，所述的长轴电动机的转速为5~30rpm，旋转方向为正向或反向。
进一步地，所述的左侧样品架孔板和右侧样品架孔板的形状为的圆形，且大小一致。
进一步地，所述的样品瓶瓶体的材料为透明PVC，方便实时观察实验过程中皮革试样的外观形态。
进一步地，所述的样品瓶用于盛装含有经过荧光标记的酶的溶液和皮革试样。
在本发明中，一种模拟酶在生皮中湍流传质的实验装置的使用方法，将含有荧光标记酶的溶液和皮革试样加入到样品瓶中，旋紧瓶盖，拉伸弹簧，将样品瓶底部插入左侧孔板的盲孔，将瓶盖穿过对应的右侧通孔，通过弹簧的拉紧力将样品瓶固定于两孔板之间，开动电机，调节电机转速，传质结束后，关闭电机电源，取下样品瓶，取出皮革试样，通过荧光显微镜或者激光共聚焦显微镜下观察皮革试样切片的荧光强度分布情况，或者通过荧光分光光度计检测不同深度横切片的荧光强度。
进一步地，所述的皮革试样取自动物皮的任意位置。
有益效果
（1）在实验室条件下，利用极少量实验材料即可模拟酶在皮革中的湍流传质过程，且可通过不同规格的样品瓶和样品架的选择调整调节实验材料的用量。
（2）实验设备小巧，可以方便的放入恒温箱，进行不同温度条件下的传质实验。
（3）样品架设计简单，样品瓶的固定牢固、方便，且可同时进行多组平行实验。
（4）透明PVC材质的样品瓶方便实时观察实验过程中皮革的外观形态等；内置玻璃棒可以增大实验过程中试样所受的物理机械作用。
附图说明
图1 研究酶在皮革中湍流传质的实验装置示意图；
图2 图1中样品架2的左、右侧孔板示意图；
图3图1中样品瓶10结构示意图；
1. 长轴电动机；2. 样品架；3. 左侧样品架孔板；4. 盲孔；5. 带销轴孔；6. 右侧样品架孔板；7. 通孔； 8. 轴孔；9. 弹簧；10. 样品瓶； 11. 样品瓶瓶体；12. 样品瓶旋盖；13. 玻璃棒；14. 荧光标记酶的溶液；15. 皮革试样；16. 支架； 17. 轴承；18. 设备底座；19. 电机座；
图4FITC-Trypsin湍流传质5 min后皮革试样纵切片的荧光显微照片；
图5 FITC-Trypsin湍流传质15 min后皮革试样不同深度横切片的荧光强度分布图；
图6 FITC-Trypsin湍流传质15 min后皮革试样不同深度横切片的荧光强度分布图；
图7 FITC-Trypsin湍流传质15 min后皮革试样不同深度横切片的荧光强度分布图；
图8 FITC-Trypsin湍流传质5 min后皮革试样不同深度横切片的荧光强度分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于下述实施例。
实施例1~5中湍流传质实验使用的实验装置如图1所示，由长轴电动机1、样品架2、弹簧9、样品瓶10、支架16、轴承17、设备底座18和电机座19构成；
长轴电动机1安装在电机座19上，电机座19安装在设备底座18上，长轴电动机1长轴的自由端通过轴承17与安装在设备底座18上的支架16相连；
样品架2如图2所示，由左侧样品架孔板3和右侧样品架孔板6组成，左侧样品架孔板3和右侧样品架孔板6之间连接有可伸缩的弹簧；左侧样品架孔板3均匀分布有四个盲孔4，通过中间的带销轴孔5安装在长轴电动机1的长轴上；右侧样品架孔板6均匀分布有四个通孔7，通过中间为轴孔8在长轴电动机1的长轴上左右移动，通孔7和盲孔4一一对应；
样品瓶10如图3所示，由样品瓶瓶体11、样品瓶旋盖12和玻璃棒13组成，玻璃棒13倾斜固定在样品瓶10中，样品瓶10底部插入左侧样品架孔板3的盲孔4上，将样品瓶旋盖12穿过右侧样品架孔板6的通孔7，弹簧的长度小于样品瓶长度，通过弹簧9的拉紧力将样品瓶10固定于两孔板之间。
盲孔4的直径比样品瓶10底端直径大1~2mm，通孔7的直径比样品瓶旋盖12的直径大1~2mm，通孔7的直径小于样品瓶10底端直径。
长轴电动机（1）的转速为5~30rpm，旋转方向为正向或反向。
左侧样品架孔板3和右侧样品架孔板6的形状为圆形，且大小一致。
样品瓶瓶体11的材料为透明PVC。
实施例1
（1）荧光标记酶的制备：取胰蛋白酶（Trypsin）、硫氰酸荧光素（Fluoresceinisothiocyanate，FITC）按照100: 1的质量比溶解于碳酸缓冲液中（0.05mol/L pH9.0），4℃下避光搅拌反应12-14h，反应完成后，冷冻干燥。将冻干粉重新溶解后，利用凝胶层析（Sephadex G25填料）去除未反应的FITC，分离完后，测量FITC标记的胰蛋白酶溶液的荧光强度和浓度的关系。
（2）皮革试样裁取：取山羊皮脊背部，常规法脱毛，用长方形裁刀裁成30×50mm的皮革试样。
（3）传质实验：采用直径为50mm的样品瓶。将100 mg 经过FITC标记的胰蛋白酶溶于10mL碳酸缓冲液中并和皮革试样加入到样品瓶中，并将玻璃棒倾斜固定在样品瓶中，旋紧样品瓶旋盖，拉伸弹簧，将样品瓶底部插入左侧样品架孔板的盲孔中，将样品瓶旋盖穿过对应的右侧样品架孔板的通孔中，通过弹簧的拉紧力将样品瓶固定于左侧样品架孔板和右侧样品架孔板之间，开动电机，调节电机转速为10rpm，传质5 min后，关闭电机电源，取下样品瓶，打开样品瓶旋盖取出皮革试样。
（4）数据采集在皮革试样的中心取样，荧光显微镜观察皮革纵切片荧光强度分布情况。图4为FITC标记胰蛋白酶（FITC-Trypsin）湍流传质5 min后皮革试样纵切片的荧光显微照片。
实施例2
（1）荧光标记酶的制备：取胰蛋白酶（Trypsin）、硫氰酸荧光素（Fluoresceinisothiocyanate，FITC）按照100: 1的质量比溶解于碳酸缓冲液中（0.05mol/L pH9.0），4℃下避光搅拌反应12-14h，反应完成后，冷冻干燥。将冻干粉重新溶解后，利用凝胶层析（Sephadex G25填料）去除未反应的FITC，分离完后，测量FITC标记的胰蛋白酶溶液的荧光强度和浓度的关系。
（2）皮革试样裁取：取山羊皮脊背部，常规法脱毛，用长方形裁刀裁成30×50mm的皮革试样。
（3）传质实验：采用直径为75mm的样品瓶，将150 mg 经过FITC标记的胰蛋白酶溶于20mL碳酸缓冲液中并和皮革试样加入到样品瓶中，并将玻璃棒倾斜固定在样品瓶中，旋紧样品瓶旋盖，拉伸弹簧，将样品瓶底部插入左侧样品架孔板的盲孔中，将样品瓶旋盖穿过对应的右侧样品架孔板的通孔中，通过弹簧的拉紧力将样品瓶固定于左侧样品架孔板和右侧样品架孔板之间，开动电机，调节电机转速为12rpm。传质5 min后，关闭电机电源，取下样品瓶，打开样品瓶旋盖取出皮革试样。
（4）数据采集：在皮革试样的中心取样，用冷冻切片机从试样的粒面至肉面顺序切片，切片厚度25μm，荧光分光光度计检测（激发长光波495，发射波长525）切片荧光强度，图5为FITC标记胰蛋白酶（FITC-Trypsin）湍流传质5 min后山皮革试样不同深度横切片中的荧光强度分布图。
实施例3
（1）荧光标记酶的制备：取胰蛋白酶（Trypsin）、硫氰酸荧光素（Fluoresceinisothiocyanate，FITC）按照100: 1的质量比溶解于碳酸缓冲液中（0.05mol/L pH9.0），4℃下避光搅拌反应12-14h，反应完成后，冷冻干燥。将冻干粉重新溶解后，利用凝胶层析（Sephadex G25填料）去除未反应的FITC，分离完后，测量FITC标记的胰蛋白酶溶液的荧光强度和浓度的关系。
（2）皮革试样裁取：取山羊皮脊背部，常规法脱毛，用长方形裁刀裁成40×60mm的皮革试样。
（3）传质实验：采用直径为75mm的样品瓶，将120 mg 经过FITC标记的胰蛋白酶溶于15mL碳酸缓冲液中并和皮革试样加入到样品瓶中，并将玻璃棒倾斜固定在样品瓶中，旋紧样品瓶旋盖，拉伸弹簧，将样品瓶底部插入左侧样品架孔板的盲孔中，将样品瓶旋盖穿过对应的右侧样品架孔板的通孔中，通过弹簧的拉紧力将样品瓶固定于左侧样品架孔板和右侧样品架孔板之间，开动电机，调节电机转速为10rpm。传质15 min后，关闭电机电源，取下样品瓶，打开样品瓶旋盖取出皮革试样。
（4）数据采集：在皮革试样的中心取连续3块样品，分别用冷冻切片机从试样的粒面至肉面顺序切片，切片厚度25μm，荧光分光光度计检测（激发长光波495，发射波长525）切片荧光强度。图6为FITC标记胰蛋白酶（FITC-Trypsin）湍流传质15 min后皮革试样不同深度横切片的荧光强度分布图。从图中看出，3次平行实验的荧光强度分布曲线极尽重合，说明利用本发明的实验装置所获得的研究数据具有可重复性。
实施例4
（1）荧光标记酶的制备：取胰蛋白酶（Trypsin）、硫氰酸荧光素（Fluoresceinisothiocyanate，FITC）按照100: 1的质量比溶解于碳酸缓冲液中（0.05mol/L pH9.0），4℃下避光搅拌反应12-14h，反应完成后，冷冻干燥，将冻干粉重新溶解后，利用凝胶层析（Sephadex G25填料）去除未反应的FITC，分离完后，测量FITC标记的胰蛋白酶溶液的荧光强度和浓度的关系。
（2）皮革试样裁取：取山羊皮脊背部，常规法脱毛，用长方形裁刀裁成30×50mm的皮革试样。
（3）传质实验：采用直径为50mm的样品瓶。将200 mg 经过FITC标记的胰蛋白酶溶于10mL碳酸缓冲液中并和皮革试样加入到样品瓶中，并将玻璃棒倾斜固定在样品瓶中，旋紧样品瓶旋盖，拉伸弹簧，将样品瓶底部插入左侧样品架孔板的盲孔中，将样品瓶旋盖穿过对应的右侧样品架孔板的通孔中，通过弹簧的拉紧力将样品瓶固定于左侧样品架孔板和右侧样品架孔板之间，开动电机，调节电机转速为6rpm。传质15 min后，关闭电机电源，取下样品瓶，打开样品瓶旋盖取出皮革试样。
（4）数据采集：在皮革试样的中心取样，用冷冻切片机从试样的粒面至肉面顺序切片，切片厚度25μm，荧光分光光度计检测（激发长光波495，发射波长525）切片荧光强度。图7为FITC标记胰蛋白酶湍流传质15 min后，皮革试样不同深度横切片的荧光强度分布图。
实施例5
（1）荧光标记酶的制备：取胰蛋白酶（Trypsin）、硫氰酸荧光素（Fluoresceinisothiocyanate，FITC）按照100: 1的质量比溶解于碳酸缓冲液中（0.05mol/L pH9.0），4℃下避光搅拌反应12-14h，反应完成后，冷冻干燥，将冻干粉重新溶解后，利用凝胶层析（Sephadex G25填料）去除未反应的FITC，分离完后，测量FITC标记胰蛋白酶溶液的荧光强度和浓度的关系。
（2）皮革试样裁取：取山羊皮脊背部和腹部，常规法脱毛，用长方形裁刀分别裁成20×30mm的皮革试样。
（3）传质实验：采用直径为30mm的样品瓶。将30 mg 经过FITC标记的胰蛋白酶溶于5mL碳酸缓冲液中并和皮革试样加入到样品瓶中，并将玻璃棒倾斜固定在样品瓶中，旋紧样品瓶旋盖，拉伸弹簧，将样品瓶底部插入左侧样品架孔板的盲孔中，将样品瓶旋盖穿过对应的右侧样品架孔板的通孔中，通过弹簧的拉紧力将样品瓶固定于左侧样品架孔板和右侧样品架孔板之间，开动电机，调节电机转速为12rpm。传质5 min后，关闭电机电源，取下样品瓶，打开样品瓶旋盖取出皮革试样。
（4）数据采集：在皮革试样的中心取样，分别用冷冻切片机从试样的粒面至肉面顺序切片，切片厚度25μm，荧光分光光度计检测（激发长光波495，发射波长525）切片荧光强度。图8为FITC标记胰蛋白酶（FITC-Trypsin）湍流传质5 min后山羊皮腹部和背脊部皮革试样不同深度横切片的荧光强度分布图。
Claims (8)
1.一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置，其特征在于，由长轴电动机、样品架、弹簧、样品瓶、支架、轴承、设备底座和电机座构成；
所述的长轴电动机安装在电机座上，电机座安装在设备底座上，样品架悬空安装在长轴电动机长轴上，长轴电动机长轴的自由端通过轴承与设备底座上的支架相连；
所述的样品架由固定安装在长轴电动机长轴上的左侧样品架孔板和沿长轴左右移动的右侧样品架孔板组成，左侧样品架孔板和右侧样品架孔板之间连接有弹簧；左侧样品架孔板均匀分布有两个以上的盲孔，右侧样品架孔板有与盲孔一一对应的通孔；
所述的样品瓶由样品瓶瓶体、样品瓶旋盖组成，样品瓶底部插入盲孔内，样品瓶旋盖穿过通孔，弹簧为拉伸弹簧，其收缩后的长度小于样品瓶长度；
所述盲孔的直径比样品瓶底端直径大1~2mm，通孔的直径比样品瓶旋盖的直径大1~2mm，通孔的直径小于样品瓶底端直径；
所述的样品瓶中内置有玻璃棒，玻璃棒倾斜固定在样品瓶中；
所述盲孔的数目为2~10个。
2.根据权利要求1所述的一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置，其特征在于，所述盲孔的数目为3~6个。
3.根据权利要求1所述的一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置，其特征在于，所述的长轴电动机的转速为5~30rpm，旋转方向为正向或反向。
4.根据权利要求1所述的一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置，其特征在于，所述的左侧样品架孔板和右侧样品架孔板的形状为的圆形，且大小一致。
5.根据权利要求1所述的一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置，其特征在于，所述的样品瓶瓶体的材料为透明PVC。
6.根据权利要求1所述的一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置，其特征在于，所述的样品瓶用于盛装含有经过荧光标记的酶的溶液和皮革试样。
7.权利要求1~6任一项所述的一种用于研究酶在皮革中湍流传质的实验装置的使用方法，其特征在于，将含有荧光标记酶的溶液和皮革试样加入到样品瓶中，旋紧瓶盖，拉伸弹簧，将样品瓶底部插入左侧孔板的盲孔，将瓶盖穿过对应的右侧通孔，通过弹簧的拉紧力将样品瓶固定于两孔板之间，开动电机，调节电机转速，传质结束后，关闭电机电源，取下样品瓶，取出皮革试样，通过荧光显微镜或者激光共聚焦显微镜下观察皮革试样切片的荧光强度分布情况，或者通过荧光分光光度计检测不同深度横切片的荧光强度。
8.根据权利要求7所述的一种模拟酶在皮革中湍流传质的实验装置的使用方法，其特征在于，所述的皮革试样取自动物皮的任意位置。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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