转谷氨酰胺酶TGase对羊毛的吸附性分析

转谷氨酰胺酶(Transglutaminase EC 2.3.2.13,简称TGase、TG酶或TG)是一类催化蛋白质谷氨酰胺残基上的-酰胺基团(酰基供体)和赖氨酸残基上的-氨基等伯胺(酰基受体)之间的酰基-转移反应的聚合性转移酶.

羊毛纤维中谷氨酸质量分数为14%左右,赖氨酸残基3%左右,TGase可以催化羊毛纤维蛋白质分子内的交联以及蛋白质和赖氨酸及伯胺物质之间的连接,达到改性的目的.英国诺丁汉大学的Joao Cortez等国外学者和国内东华大学、江南大学、天津工业大学的研究者们相继发表了有关TGase用于羊毛制品的文章,结果表明,羊毛纱、织物用TGase处理后强力提高;TGase可以降低蛋白酶及碱性洗涤剂对羊毛的损伤;利用TGase催化交联的特性可以对羊毛织物进行功能整理等.

1试验

1.1材料

羊毛机织物:经19.232 tex,纬28.62 tex,294216根/10 cm,310 g/m2(江苏大生集团).试剂:转谷氨酰胺酶TGase(活力60 U/g,日本味之素有限公司),考马斯亮蓝G-250(生物级,上海化学试剂公司),30% H2O2(工业级,广东汕头市西陇化工厂),蛋白酶savinase16 L(活力20 000 U/mL,诺维信公司).

1.2整理工艺

洗毛预处理:用0.5 g/L的标准洗衣粉在标准缩水率测试仪中运行一个7A洗涤程序.

1.3吸附性测试

织物1.000 g,按浴比取一定量的蒸馏水,待锥形瓶中的溶液加热至不同温度,加入不同量的TGase,与织物在恒温振荡水浴锅中处理不同时间,取出织物.取10 mL残液与2 mL考马斯亮蓝(称取100 mg考马斯亮蓝溶于50 mL 95%的乙醇中,加入85%的磷酸100 mL,最后用蒸馏水定容至1 000 mL),充分振荡混合均匀后,用可见分光光度计测溶液在595 nm处的吸光度.[6]测定加酶处理前后和未加酶织物处理后溶液的吸光度.

2结果与讨论

2.1处理方式对TGase吸附羊毛的影响

采用浸渍法处理时,TGase对羊毛的吸附量相对较少,经振荡处理,TGase与羊毛之间的吸附作用最大,超声波次之.超声波的气穴作用是在液体内,分子在纵向产生了压缩和稀松,即存在压缩、高压、松弛和低压4个阶段和部位,低压部位会形成气穴或气泡,这些气穴发生膨胀,最后猛烈地塌陷或破灭而产生激波.在气穴作用过程中,溶液在极微小范围内会产生极高的压力和温度,并引起局部极大的搅动,它是超声波产生大部分物理和化学作用的重要原因.由于超声波在处理中产生气穴效应,可以增加局部压力,有利于破坏羊毛表面鳞片层,能加速鳞片更加均匀地剥离,且气穴效应产生的剧烈振荡增加了酶分子的动能,加剧了酶分子的运动,使其与羊毛的接触机会增多,同时也有利于酶解产物的离去和酶的再生[8].振荡与超声波都能使纤维表面的动力边界层减薄,加速了酶在纤维表面的吸附,同时能加速酶在纤维内的扩散速率.但超声波的气穴作用带来的剧烈振荡也会破坏酶分子的空间结构,所以,采用超声波处理时酶的吸附率比振荡方式低.

2.2预处理对TGase吸附羊毛的影响

等离子处理的羊毛织物对TGase的吸附率最高,蛋白酶其次,吸附率最低的是洗毛布.因为鳞片层未遭受破坏时,羊毛的亲水性较低,TGase分子很难接触羊毛角质;用H2O2对织物进行氧化处理,适当破坏羊毛表面的结构,使TGase充分作用于羊毛,提高了对羊毛的吸附性.先用H2O2氧化适当破坏羊毛表面的结构,再利用蛋白酶的水解作用进一步破坏羊毛鳞片层的结构,为TGase的处理提供条件,提高羊毛角质与TGase的接触机会,从而使吸附性增加.低温等离子体中被高度激发的、不稳定的活性粒子对羊毛纤维表面产生作用,引入亲水性基团,使纤维的亲水性提高;同时,等离子的刻蚀作用使纤维比表面积增加,也使吸附性大幅提高.

3结论

(1)TGase在用量10%以下,随其用量增加,对羊毛的吸附量增加明显;超过10%以后,对羊毛的吸附量增加缓慢.

(2)处理温度的提高和处理液酸碱性的增强及底物浓度的增加,使TGase在羊毛上的吸附率不断增加.30 处理4 h或50 处理1 h,TGase在羊毛上可达到最大吸附量.

(3)浸渍法处理时,TGase在羊毛上的吸附率相对较小,经振荡处理,TGase与羊毛之间的吸附作用最大,超声波次之.

(4)氧化、蛋白酶和低温等离子预处理提高了TGase对羊毛的吸附,其中等离子预处理使吸附率提高最多.