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纤维素酶活力检测与织物处理若干问题探讨

 

【摘要】
CMC粘度法是纤维素酶活力检测的方法之一,作者用它测定了一批市售纤维素酶的活力,又分别用SBDI-ACellusoft L酶进行了多项工艺测试,在此基础上提出;在织物处理过程中酶对纤维素纤维有较多的吸着,随着处理时间的延长,酶的作用力逐渐减弱直至完全衰竭,并认为CMC粘度法是一个简易可靠值得推荐的活力定量检测方法,它可以用来评价酶的力份,测定酶的储存稳性定,用以筛选酶的增效剂和抑制剂,可以用来测定酶处理反应,为制订工艺配方提供科学依据。
关键词 纤维素酶 织物酶处理 分析测试方法
1.织物处理用纤维素酶及其活力测试研究
1.1 酶的活力测试方法现状:
纤维素酶是由霉菌等培养得到的一个自然的多组份混合物,它的生物催化作用可以使纤维素纤维发生水解,有效地控制水解速度和水解率可以得到纤维素纤维
织物的不同处理要求,纤维素酶对纤维素纤维的作用分四个程序;渗入,内切,外切,糖化。
渗入决定于酶的分子量大小和纤维的内表面可及度,内切(在任意部位把纤维素苷键切断)主要决定于组份中Cx酶的活力,外切(在纤维素的一端顺序切下一个个双糖)主要决定于C1酶的活力,糖化决定于把多糖转化为单糖的葡萄糖酶Co的活力。多种组分的各自活力和协调构成了单位时间内纤维素纤维的降解糖化量,酶的活力测定对织物酶处理工艺设计有重要意义。 酶的活力测定,有称作催化活力测定,测定方法有;滤纸崩溃法,总糖比色法,粘度法……等。滤纸崩溃法属于定性检测,总糖比色法重点反映C1与Co的协调作用,粘度法重点反映Cx与C1的协调作用,两者都可以用作定量测定。至今活力测定尚未有统一的方法,表示活力大小的计量单位更是多种多样,丹麦NOVODISK(诺和诺得公司)早期采用总糖比色法(AF187.2/1-GB 82-08-10)一分钟水解产生1μmol葡萄糖称为一个NCU活力单位(NCU=NOVO Cellulase Unit)。后来又采用粘度法(AF275/1-GB 1989-02-03)用一种活力为880EGU的内切葡聚糖酶,以其作用于CMC的粘度曲线为对比标准,测得的对应值以EGU/克
作为一个内切酶活力单位(EGU=Endo Glucase Unit)。
纺织染整行业应用酶处理技术已有多年,但还没有建立起酶的活力测定方法,无法检出酶商品的好坏,不能检查酶的储存稳定性,失去了制订酶处理工艺配方的科学依据。对于使用厂来说,迫切需要有一个简便的,统一的,实用的工艺检测方法。有鉴于此,二年多来我们在测试方面做了一些探索,现在可以认为;采用一般的CMC粘度测试法,以CMC的浓度
粘度关系曲线作为对应,定出酶的活力计算单位。可以用作对酶商品的考核,现将具体内容介绍如下:

1.2 CMC粘度法的检测方法以及有关活力的概念
1.2.1 测试仪器与方法
使用仪器:NDJ-1 Rotational Viscometer 上海天平仪器厂
计算公式:(1/V1-1/Vo)×1000/10(分钟)
相对活力含义:在30℃水溶液中,一克酶作用于20克CMC,反应十分钟,相当于有10克CMC水解时,其相对活力为100
1.2.2
具体操作
取醚化度为85%的CMC,加水制糊配成1%的溶液,取纤维素酶加水配成1克/升的溶液,HAC 0.2M三者按2∶1∶1混合(即15ml∶7.5ml∶7.5ml。中性酶则不加醋酸液,以水代之),在30℃条件下反应十分钟,在回转式粘度计上,用#0转子,转速6RPM,注入混合液20ml。
酶活=(1/V1-1/Vo)×10000/10(反应时间
Vo=不加酶的CMC混合液粘度
V1=加酶后的CMC混合液粘度
1.2.3
CMC的浓度-粘度相关曲线()
CMC浓度(%) . . .33 .25 .
粘度(mPa.s 30 15 . . .

计算:
粘度7.5时,活力=(1/7.5-1/30)×10000/10=100
当样品混合液的粘度与CMC浓度减半时的数值相同时,活力指标即为100。
1.3
测试数据(随机采样)
1996.1.4测定
品名 厂标活力 本法测定 生产或代理处、单价、其它
Dextase biont250
(中性) 39.8 日本生物公学工业株式会社,青岛兆龙酵素有限公司.销售.280元/公斤
Dextase bio-30
(万博manbext网页版) 248.6 青岛兆龙酵素有限公司。销售.100元/公斤
Cellusoft L (
万博manbext网页版) 1500NCU 629.6 NOVO DISK产品捷成洋行代理。144元/公斤(1995年年底,购自天津库)
X-R
(万博manbext网页版) 37 西安(已存放二年另三个月)
SBDI-A
(万博manbext网页版) 100 80 上海(已存放一年多)

1995.9.29测定
品名 厂标活力 本法测定 生产或代理处、单价、其它
SBDI-A
100 164 上海印染所,75元/公斤
Cellusoft L
1500NCU 630 丹麦诺和诺得公司捷成洋行代理,由广州库采样,织物处理效果好。144元/公斤
Natolase NT
 250 54.96 日本三都化学 北京元宏酵素公司(台,日合资)。销售,140元/公斤

1995.6.28测定
品名 厂标活力 本法测定 生产或代理处、单价、其它
Rotta-1530
(万博manbext网页版酶) 382.9 青岛龙塔公司(德资)。145元/公斤
Rotta-1533
(中性酶) 205.1 青岛龙塔公司(德资)。135元/公斤
Cellusoft L
(万博manbext网页版酶) 1500 NCU 31.6 NOVODISK,捷成代理,天津采样,本料存放已久,做织物处理效果不好
Denimax acid SBX
  250 EGU 232.9 NOVODISK捷成代理。95元/公斤

1995.3.1测定
品名 厂标活力 本法测定 生产或代理处、单价、其它
原装丹麦万博manbext网页版酶 30.9
组装万博manbext网页版酶 25.4 南宅-(进口NOVO原料,组装复配)
组装中性酶 57.5 南宅-(进口NOVO原料,组装复配)

1
993.10测定
品名 厂标活力 本法测定 生产或代理处、单价、其它
Biosolamine P
23.33
Denimax TM
31.84 22美元/公斤
Denimax acid SB J
ebsend CO.Ltd.HON KON捷成洋行22美元 /公斤
SBDI-A
100 81.82 72元人民币/公斤
西安X-R 59 21元人民币/公斤
锦州酶 63.33 60元人民币/公斤
山东大学酶样A-10 42.3 实验室样品
注:测定日期代表取样时的产品质量,和当时价格。
1.4
活力的促进与抑制
1995.9.29测定
1.4.1
促进
促进剂 活力测定
SBDI-A
164
SBDI-A
SBDI-B(酶量的50% 214
SBDI-A
Ca3(P04)2(酶量的50% 364
Cellusoft L
SBDIB(酶量的50% 630
Cellusoft L
磷酸钙(用酶量的50%) 630
注:磷酸钙溶液配制:磷酸(85%)5份,无水氯化钙5份,醋酸钠4份,加水至25份。
1.4.2
部分染化药剂对活力的影响
下表高锰酸钾为0.1g/L其他药剂用量为0.5g/L
SBDI-A Natolase NT250
空白 161.8 54.96
TX10 102 51
洗衣粉 118.9
JFC 108.2 58
净洗剂 88.7 42.8
平平加 105 50
高锰酸钾 61.9 36
次氯酸钠 23.8

.有关织物酶处理反应机理的几个问题
2.1
问题的提出和印证
有人认为:酶是催化剂,本身不加入反应,基本上没有消耗,换言之,活力低的纤维素酶在实际应用中,可以用延长处理时间的办法,来达到与活力高的酶一样的处理效果,夸张一点的说法是;只要时间充分,酶几乎是可以周而复始反应不绝的。这一观点有必要进行检验,粘度测试方法中有二个约定值,一是酶液浓度为1克/升,二是反应时间为10分钟,如若在测试中变动这二个因素,并将测定值用下式进行修正;
修正值=测定值×约定/实际
只要酶在织物处理过程,活力始终不变,测出来的酶的活力数据应该是统一的。
现印证如下:
2.1.1
任意延长反应时间,测得的活力
反应时间() 活力计算 时间修正后的活力
Dextase Biont 250
10 39. 39.
Dextase Biont 250
46 184.92 40.
Dextase Bio-30
10 248. 248.
Dextase Bio-30
36 962.64 267.
Cellusoft L
10 629. 629.
Cellusoft L
43 2392.95 556.
X-R
10 37 37
X-R
31 130 41.93
SBDI-A
10 86 86
SBDI-A
26 242.14 93.13
这组数据反映出;在酶的作用下,CMC的粘度随着时间的延长而不断下降,如此算出的活力当然是要大许多,但是经过时间修正(活力×给定/实际),与标准条件下检出的活力数据上下差不过10%左右。它说明二个问题;在一定时间内,酶对CMC的作用是;时间越长水解越多。②经过修正,不同时间测得的酶的活力,数据维持在同一个水平线上(注:CMC水解率太高时,粘度很小,粘度计测度误差加大)
2.
不同浓度()测得的活力数据
纤维素酶 试验浓度g/L活力计算 浓度修正后的活力
Cellusoft L
.708 1222.23 715.59
Cellusoft L
.854 560.46 656.28
Cellusoft L
.427 257.94 604.07
Cellusoft L
.2135 138. 650.59
SBDI-A
.7576 472.23 171.25
SBDI-A
.3788 222.23 161.18
SBDI-A
.6894 115.09 166.94
SBDI-A
.3447 49.15 142.58
从表中数据看出,CMC的水解率与酶的活力成正比,与酶的用量成正比。
这组测试数据说明二个问题:
①酶的活力高或者用量多,同样能使羧甲基纤维素高度水解。
②浓度修正后,酶的活力数据基本不变(个别数据稍有出入)。可以设想,织物处理用酶量可以用活力作为计算根据,活力高的少用,活力低的多用。
2.2 织物处理液中,酶的作用力的检测
有人这样描绘织物酶处理的反应过程:酶吸附纤维,催化水解时酶随之溶入水中,再吸附再水解,周而复始很少消亡。另外;上面有试验证实,延长时间确实可以增加水解量,这一点似乎也可为上述观点提供佐证。
但是,从这一组工作液的测试结果中,却反映出;在工作液中,酶作用力随着时间的延长而逐渐衰减,现将试验条件与测试结果介绍如下;
2.2.1
测试方法
将织物轻松地卷成园柱状,恰好置于直径相当的烧杯内,倒入已经调好PH酶处理液,液面稍高于织物园柱,浴比为15。在水浴锅中保温,到一定时间时倾出处理液取样,用CMC粘度法测定活力,与起始液对比,求出不同时间的衰减百分率。空白试验,不加织物,其余操作相同。
2.2.2
试验条件
(1)
温度
分二挡;①55℃。②室温。室温为自然温度,如实记录。
(2)
pH:有pH4.5 pH2.5中性三种条件
2.2.3
分析测试方法
(1)
酶的活力测试用CMC粘度法
(2)
将酶处理过的织物,用Sapamine OC再进行柔软处理,并对比处理前后的织物柔软度,柔软度测试用斜面法硬挺度仪。
2.2.4
试验结果与讨论:
2.2.4.1
空白活力检测:
在工作液存放过程中,酶作用力的衰减率检测结果:

存放条件 SBDI-A Cellusoft L
存放前 存放后 衰减% 存放前 存放后 衰减%
PH 4.5
15℃/7.5h 168 148. 11. 624. 592 .
55℃/15分 168 160 624. 556 11
/37分 168 150 10. 624. 523 16.
/65分 168 122 27. 624. 468 25.
/90分 168 101 40 624. 403 35.
PH 7
55℃/90分 168 95 624. 199 68.

空白试验数据显示,在万博manbext网页版条件下室温存放,酶工作液的稳定性较好,7.5小时,活力衰减不过10%以上。在55℃条件下,工作液的稳定性较差,一小时衰减25%左右,90分钟衰减35%以上。在中性55℃条件下,万博manbext网页版酶的水溶液稳定性特别不好。
2.2.4.2
织物酶处理过程,工作液中酶的衰减百分率检测
55℃工作液中酶的衰减百分率()
30分 60分 80分 120分 225分
SDBI-A
pH 4.5 75.63 81.5 91.4
Cellusoft L
pH 4.5 62.5 84.6 92
在浴比为15温度为55℃的条件下,织物处理与空白试验中酶的衰减百分率,大致上增加50%,这是酶对纤维素纤维有明显吸附作用的缘故。
14℃织物处理工作液中酶的衰减百分率
15分 45分 70分 16小时
SDBI-A
pH 4.5 43 55
Cellusoft L
pH 4.5 31. 69.

室温空白试验15℃/7.5小时工作液中酶的作用力衰减10%左右,与同条件下,浸有织物的工作液衰减百分率相比,大致也增加50%左右,这个百分数可以设定;在浴比15条件下,它接近酶对纤维素纤维的吸附平衡值。
2.3
酶处理实验中织物的失重与柔软度
试验用布:大麻/棉55/45 16s×16s 60×60
试验工艺:见第4-2-1

名称 工作液浓度(g/L 处理时间(分) 工作液酶活衰减率 (%) 织物失重(%) 织物柔软度 上OC后柔软度
SBDI-A
30 75.6 0.84 4.5
SBDI-A
60 83.5 0.99 4.3 3.8
SBDI-A
120 91.4 1.99 4.2 3.7
Cellusoft L
30 62.5 1.7 4.7 3.7
Cellusoft L
80 84.6 1.76 4.7 3.4
Cellusoft L
225 92 1.88 4.6 3.1
坯布 5.2 4.2
这里SBDI-A处理液的pH是45,Cellusoft L处理液的PH是4.5表中数据可以看出,后者,工作液中酶的衰减速度小于前者,另外二个处理液的浓度前者大于后者,但是从最终的处理效果来看(柔软剂处理后的织物)SBDI-A的120分钟与Cellusoft L的30分钟大致相当。
如果把酶的作用因素综合考虑在内,即:
酶处理液的作用能=酶的活力×(1-衰减率/×浓度(g/L)/×时间()/10
式中衰减率是指与时间相对应的实际测定值(参照空白试验,式中衰减率在小于90分钟时,比较准确),还可以包括增效或抑止剂的实际影响。
用上述经验公式,粗略计算SBDI-A120分钟与Cellusoft L 30分钟,
在相应条件下的作用能:
SBDI-A;
164×(1-91.4%/2)××12=3025
Cellusoft L
630×(162.5%/2)××3=2598
两者粗略近似。
3.
结论
1.
CMC粘度法重视性好,可以定量测定纤维素酶的活力,也适用于检测化学药品对纤维素酶(促进或降低)活力的影响,也适用于工艺监测。
2.
进行活力测定,有利于鉴别商品质量,合理工艺配方。
3.
从织物处理液取样测定中发现:
①织物处理过程,工作液中酶的作用力不断减弱,直至衰竭。
②织物处理;活力高的酶可以少用,活力低的酶需要多用。
③酶的活力,加上时间,浓度,衰减率(工作液稳定性)等因素可以估算酶的水解(生物催化)作用能。它对制订工艺配方有一定的参考价值。
这项工作承山东省纺织研究院协助,特别是刘丛静同志做了大量工作,特此致谢!
.参考文献
.应用微生物展览会技术资料选编 中国工业出版社 1971
2.
酶制剂工业(下册) 张树政主编 科学出版社 1984
3.
制革手册 轻工业出版 1981
4.
酶的测定方法[德]B.施特尔马赫著 钱嘉渊译 轻工出版社 1992

 

 

 

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