CN107177986B - 一种利用修饰蛋白酶对羊毛织物进行防毡缩整理的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用修饰蛋白酶对羊毛织物进行防毡缩整理的方法，属于毛纺行业中毛织物染整加工技术领域。本发明先将HS‑PEG(巯基‑聚乙二醇)含有的巯基保护，然后用该PEG修饰蛋白酶，之后再脱去巯基保护基，以此来作用羊毛织物，即可一步实现破坏羊毛鳞片且限制反应只发生在纤维表面，从而达到防毡缩效果。

Description

一种利用修饰蛋白酶对羊毛织物进行防毡缩整理的方法
技术领域
本发明涉及一种利用修饰蛋白酶对羊毛织物进行防毡缩整理的方法，尤其是一种利用还原PEG修饰的蛋白酶对羊毛织物进行防毡缩整理的方法，属于毛纺行业中毛织物染整加工技术领域。
背景技术
羊毛纤维具有很多优良品质，是一种比较高档的纺织材料。但是，羊毛纤维表面特殊的鳞片结构，导致了纤维的顺向和逆向摩擦系数差异较大，纤维移动时会产生定向摩擦效应，这使得毛织物在洗涤过程中，发生毡缩现象。此外，羊毛良好的弹性和卷曲性，也促进了毡缩现象的产生。
为满足“机可洗”的需求，科研工作者已经开发出多种羊毛防毡缩整理技术，概括起来可分为三类：减法、加法以及加-减联合法。目前，工业上应用最成功的防毡缩技术是氯化-Hercosett联合处理，但是该整理工艺的废液中含有大量不易降解、对环境和人体具有潜在危害的可吸附有机卤化物，且经过该方法处理后的羊毛纤维容易泛黄、色泽不鲜艳，造成服装档次降低。
羊毛的酶法防毡缩是最有希望代替氯化防毡缩的一种绿色整理技术，蛋白酶防毡缩整理主要是利用酶分子对羊毛的水解作用，破坏鳞片层，达到防毡缩目的。蛋白酶的使用条件温和，废液易降解，非常符合环保要求。经蛋白酶处理后的羊毛织物手感柔软，更有光泽，抗起球性明显改善。但是，酶法防毡缩整理也存在很多问题，如成本高，处理不均匀等，其中酶法整理过程中伴随着严重的纤维强力损失问题亟待解决。通常可用于防毡缩整理的蛋白酶分子量相对较小，同时由于羊毛表面鳞片的化学惰性，酶分子倾向于从鳞片间隙扩散进入羊毛主体，水解主体细胞，造成纤维重量和强力的严重损失，极大影响其穿着使用性。为解决这个问题，近年来，采用化学法对蛋白酶进行修饰改造，增大蛋白酶的分子量和体积，从而限制蛋白酶分子作用范围的研究越来越受到关注。用蛋白酶对羊毛进行防毡缩整理时，首先需要对羊毛表面进行氧化或氯化预处理，以去除表面类脂的长碳链，增加纤维表面的亲水性，然后再用蛋白酶进行处理，去除羊毛表面鳞片，但化学预处理往往容易造成纤维损伤，且处理的均匀度也不够理想。更重要的是，由于酶的专一性特性，蛋白酶只能专一催化水解肽键，其对羊毛鳞片中大量的胱氨酸残基形成的二硫键交联难以作用，使得对羊毛鳞片的降解破坏作用受到很大限制，防毡缩效果也因此受到影响。
发明内容
为了解决现有蛋白酶对羊毛强力损伤较大、预处理不够均匀、对鳞片二硫键无降解作用等问题，本发明提供了一种新型的蛋白酶修饰方法，即采用含有还原性基团的HS-PEG-COOH(巯基-聚乙二醇-羧基)对蛋白酶进行修饰，一方面将高聚物PEG通过化学反应引入蛋白酶大分子结构中提高其分子量，使得蛋白酶不易通过鳞片间隙处的细胞间质CMC扩散进入羊毛主体、水解主体细胞，而是将作用位点聚焦在鳞片层上，另一方面修饰后的蛋白酶含有可破坏羊毛鳞片中二硫键的还原基团(巯基)，可实现蛋白酶既作用在鳞片上又能通过有效催化断裂二硫键而破坏、去除鳞片的目的，从而获得理想的防毡缩效果。
本发明的技术方案：先将HS-PEG(巯基-聚乙二醇)含有的巯基保护，然后用该PEG修饰蛋白酶，之后再脱去巯基保护基，以此来作用羊毛织物，即可一步实现破坏羊毛鳞片且限制反应只发生在纤维表面，从而达到防毡缩效果。
具体，可采用以下步骤：
(1)HS-PEG-COOH(巯基-聚乙二醇-羧基)中巯基的保护过程：取1-5μmol的HS-PEG-COOH，加入100-350μmol的甲氧甲基异氰酸酯，溶于DMF(二甲基甲酰胺)中，在室温下搅拌，5-10min后用乙酸进行凝胶过滤，分离产物和缓冲液；
(2)巯基保护的HS-PEG-COOH修饰蛋白酶过程：先将巯基保护的HS-PEG-COOH溶解在水中，配制成20g/L溶液，备用，配制反应液，调节pH至4.6-6.0，最终体系中含有800U/mL左右的蛋白酶、8g/L HS-PEG-COOH；先在室温下震摇30-45min，充分混匀后，加入40mmol/LEDC[1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺]，继续于室温反应1-4h，反应结束后，用50mmol/LpH4.6-6.0的醋酸缓冲液透析，除去反应液中游离的HS-PEG-COOH和EDC等，得到化学修饰后的蛋白酶；
(3)HS-PEG-COOH修饰的蛋白酶脱保护基及处理羊毛过程：将(2)中获得的改性蛋白酶溶解在Tris/HCl缓冲液(pH9.5)中，制成酶活2-8U/mL的蛋白酶处理液，加入甘氨酸来捕集脱掉的甲氧甲基氰酸酯，并在充氮气环境下室温放置60min，之后将羊毛织物放入其中，于30-60℃、浴比1:25-50条件下处理0.5-2小时，反应结束升温至85℃处理10min使蛋白酶高温失活，最后将羊毛织物充分水洗，烘干。
所述步骤(1)、(2)操作全过程均避光较好。
所述步骤(1)中HS-PEG-COOH可用0.2mol/L的琥珀酸钠缓冲液配制成pH值为4.0的溶液。
所述蛋白酶可以为碱性蛋白酶。
所述步骤(3)中灭酶后羊毛织物依次分别以热水和冷水充分水洗。
所述羊毛织物包括全毛华达呢、凡立丁坯布。
本发明的优点和效果：
(1)本发明利用HS-PEG-COOH修饰蛋白酶，提高了蛋白酶的分子量，限制反应只发生在纤维表面，减少蛋白酶对纤维主体的损伤，羊毛无需预处理。
(2)本发明利用HS-PEG-COOH修饰的蛋白酶，使还原基团和蛋白酶协同破坏羊毛鳞片中的二硫键和肽键，工艺过程简单。
(3)本发明利用HS-PEG-COOH修饰的蛋白酶处理羊毛织物，使其具有防毡缩效果，比传统的氯化法更符合现代绿色生态、健康环保的要求。
具体实施方式
减量率：
减量率(％)＝(羊毛处理前的干重-羊毛处理后的干重)/羊毛处理前的干重×100％。
毡缩率：
面积收缩率(％)＝(洗涤前面积-洗涤后面积)/洗涤前面积×100％。
强力损失：
强力损失(％)＝(未处理羊毛断裂强力-羊毛处理后的断裂强力)/未处理羊毛断裂强力×100％。
实施例1
织物品种：全毛华达呢。
(1)HS-PEG-COOH中巯基的保护过程：取1μmol的HS-PEG-COOH(用0.2mol/L的琥珀酸钠缓冲液配制，pH值为4.0)，加入350μmol的甲氧甲基异氰酸酯，溶于150μL的DMF中，在室温下搅拌，5min后用乙酸进行凝胶过滤，分离产物和缓冲液；
(2)保护的HS-PEG-COOH修饰蛋白酶过程：先将还原PEG溶解在水中，配制成20g/L溶液，备用，配制反应液，调节pH至4.6，最终体系中含有5％(V/V)蛋白酶、8g/LHS-PEG-COOH。先在室温下震摇30min，充分混匀后，加入40mmol/L EDC，继续于室温反应4h，反应结束后，用50mmol/L pH4.6的醋酸缓冲液透析，除去反应液中游离的HS-PEG-COOH和EDC等，得到化学修饰后的蛋白酶；
(3)HS-PEG-COOH修饰的蛋白酶脱保护基及处理羊毛过程：将(2)中获得的改性蛋白酶溶解在Tris/HCl缓冲液(pH9.5)中，制成酶活4U/mL的蛋白酶处理液，加入甘氨酸来捕集脱掉的甲氧甲基氰酸酯，并在充氮气环境下室温放置60min，之后将羊毛织物放入其中，于55℃、浴比1:25条件下处理1小时，反应结束升温至85℃处理10min使蛋白酶高温失活，最后将羊毛织物充分水洗，烘干。
经上述工艺处理后试样的减量率为2.62％，毡缩率6.1％，强力损失4.74％。
对照样：经过H2O2预处理(H2O25mL/L，pH8.5，温度55℃，时间60min，浴比1:25)，再用蛋白酶处理(蛋白酶4U/mL，pH 8.5Tris-HCl缓冲液，温度55℃，时间60min，浴比1:25)处理的羊毛织物。对照样的减量率为6.85％，毡缩率为8.3％，强力损失22.64％。
羊毛织物经过HS-PEG-COOH修饰的蛋白酶处理后的防毡缩效果优于H2O2预处理/蛋白酶处理的效果，强力损失显著降低。
实施例2
织物品种：凡立丁坯布。
(1)HS-PEG-COOH中巯基的保护过程：取1.5μmol的HS-PEG-COOH(用0.2mol/L的琥珀酸钠缓冲液配制，pH值为4.0)，加入250μmol的甲氧甲基异氰酸酯，溶于150μL的DMF中，在室温下搅拌，10min后用乙酸进行凝胶过滤，分离产物和缓冲液；
(2)保护的HS-PEG-COOH修饰蛋白酶过程：先将HS-PEG-COOH溶解在水中，配制成20g/L溶液，备用，配制反应液，调节pH至6.0，最终体系中含有5％(V/V)蛋白酶、8g/L HS-PEG-COOH。先在室温下震摇40min，充分混匀后，加入40mmol/L EDC，继续于室温反应3h，反应结束后，用50mmol/L pH6.0的醋酸缓冲液透析，除去反应液中游离的HS-PEG-COOH和EDC等，得到化学修饰后的蛋白酶；
(3)HS-PEG-COOH修饰的蛋白酶脱保护基及处理羊毛过程：将(2)中获得的改性蛋白酶溶解在Tris/HCl缓冲液(pH9.5)中，制成酶活8U/mL的蛋白酶处理液，加入甘氨酸来捕集脱掉的甲氧甲基氰酸酯，并在充氮气环境下室温放置60min，之后将羊毛织物放入其中，于60℃、浴比1:50条件下处理1.5小时，反应结束升温至85℃处理10min使蛋白酶高温失活，最后将羊毛织物充分水洗，烘干。
经上述工艺处理后，试样的减量率为3.02％，毡缩率5.7％，强力损失4.93％。
对照样：经过H2O2预处理(H2O25mL/L，pH8.5，温度55℃，时间60min，浴比1:25)，再用蛋白酶处理(蛋白酶8U/mL，pH 8.5Tris-HCl缓冲液，温度60℃，时间90min，浴比1:50)处理的羊毛织物。对照样的减量率为6.56％，毡缩率为9.2％，强力损失22.64％。
经过HS-PEG-COOH修饰的蛋白酶处理的羊毛织物的防毡缩效果优于H2O2预处理/蛋白酶处理的效果。
对照例1(采用不含巯基PEG修饰蛋白酶处理羊毛)
织物品种：凡立丁坯布。
(1)PEG-COOH修饰蛋白酶过程：先将PEG-COOH溶解在水中，配制成20g/L溶液，备用，配制反应液，调节pH至6.0，最终体系中含有5％(V/V)蛋白酶、8g/LPEG-COOH。先在室温下震摇40min，充分混匀后，加入40mmol/L EDC，继续于室温反应3h，反应结束后，用50mmol/LpH6.0的醋酸缓冲液透析，除去反应液中游离的PEG-COOH和EDC等，得到化学修饰后的蛋白酶；
(2)PEG-COOH修饰的蛋白酶处理羊毛过程：将(1)中获得的改性蛋白酶溶解在Tris/HCl缓冲液(pH9.5)中，制成酶活8U/mL的蛋白酶处理液，将羊毛织物放入其中，于60℃、浴比1:50条件下处理1.5小时，反应结束升温至85℃处理10min使蛋白酶高温失活，最后将羊毛织物充分水洗，烘干。
经上述工艺处理后，试样的减量率为2.02％，毡缩率9.7％，强力损失4.88％。
可以看出，采用不含巯基PEG修饰蛋白酶处理羊毛织物，强力损失水平与巯基PEG修饰蛋白酶处理羊毛结果接近，但是两种修饰蛋白酶处理羊毛织物的毡缩率有明显差异，巯基PEG修饰蛋白酶处理羊毛织物的防毡缩性能更好(6.1％)，这是由于巯基PEG修饰蛋白酶对羊毛鳞片层有更好的降解作用。
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 (8)

1.一种应用蛋白酶对羊毛织物进行整理的方法，其特征在于，采用巯基-高分子聚合物-羧基对蛋白酶进行修饰，将高分子聚合物、巯基引入蛋白酶的大分子结构中，其中，所述巯基-高分子聚合物-羧基是巯基-聚乙二醇-羧基，先对HS-PEG-COOH中的巯基进行保护，然后用巯基保护后的HS-PEG-COOH修饰蛋白酶，之后再脱去巯基保护基，以此来作用羊毛织物；所述对HS-PEG-COOH中的巯基进行保护的方法：将HS-PEG-COOH、甲氧甲基异氰酸酯，溶于二甲基甲酰胺中，在室温下搅拌，反应一段时间后用乙酸进行凝胶过滤，分离巯基保护后的HS-PEG-COOH。
2.根据权利要求1所述的一种应用蛋白酶对羊毛织物进行整理的方法，其特征在于，所述蛋白酶为碱性蛋白酶。
3.根据权利要求1所述的一种应用蛋白酶对羊毛织物进行整理的方法，其特征在于，用巯基保护后的HS-PEG-COOH修饰蛋白酶的方法：将巯基保护后的HS-PEG-COOH、蛋白酶在适宜蛋白酶维持酶活的体系中充分混匀，加入1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺，继续反应一段时间，反应结束后，除去游离的HS-PEG-COOH和1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亚胺，得到以巯基保护后的HS-PEG-COOH修饰的蛋白酶。
4.根据权利要求3所述的一种应用蛋白酶对羊毛织物进行整理的方法，其特征在于，将巯基保护后的HS-PEG-COOH、蛋白酶在适宜蛋白酶维持酶活的体系中，调节pH至4.0-6.0，体系中含有800U/mL蛋白酶、8g/L HS-PEG-COOH；先在室温下震摇30-45min，充分混匀后，加入40mmol/L EDC，继续于室温反应1-4h，反应结束后，用醋酸缓冲液透析，除去反应液中游离的HS-PEG-COOH和EDC，得到以巯基保护后的HS-PEG-COOH修饰的蛋白酶。
5.根据权利要求1所述的一种应用蛋白酶对羊毛织物进行整理的方法，其特征在于，HS-PEG-COOH修饰的蛋白酶脱保护基及处理羊毛织物过程：将以巯基保护后的HS-PEG-COOH修饰的蛋白酶溶解在Tris/HCl缓冲液中，制成酶活2-8U/mL的蛋白酶处理液，加入甘氨酸来捕集脱掉的甲氧甲基氰酸酯，并在充氮气环境下室温放一段时间，之后将羊毛织物放入其中，于30-60℃、浴比1:25-50条件下处理0.5-2小时，反应结束灭酶，最后将羊毛织物充分水洗，烘干。
6.根据权利要求1所述的一种应用蛋白酶对羊毛织物进行整理的方法，其特征在于，对HS-PEG-COOH中的巯基进行保护，以及用巯基保护后的HS-PEG-COOH修饰蛋白酶，均在避光条件下进行。
7.根据权利要求1～6任一所述方法整理得到的羊毛织物。
8.一种羊毛织物整理剂，其特征在于，含有采用巯基-高分子聚合物-羧基修饰的蛋白酶，所述巯基-高分子聚合物-羧基包括巯基-聚乙二醇-羧基，所述巯基-高分子聚合物-羧基修饰的蛋白酶是通过以下方法制备得到的，先对HS-PEG-COOH中的巯基进行保护，然后用巯基保护后的HS-PEG-COOH修饰蛋白酶，之后再脱去巯基保护基；所述对HS-PEG-COOH中的巯基进行保护的方法：将HS-PEG-COOH、甲氧甲基异氰酸酯，溶于二甲基甲酰胺中，在室温下搅拌，反应一段时间后用乙酸进行凝胶过滤，分离巯基保护后的HS-PEG-COOH。
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