纤维素酶酶学性质及其在牛仔布仿旧处理中的应用vqq-29

崔莉*，孙跃，范雪荣 江南大学生态纺织教育部重点实验室，江苏无锡，214122

资料来源：第七届后整理年会征集稿

【摘要】本文研究了一株霉菌发酵生产的纤维素酶的酶学性质及其在牛仔布仿旧处理中的应用。研究结果表明该酶最适反应温度是55-65℃，最适pH是4.5-6。低于60℃时酶具有较好的温度稳定性，超过60℃时，酶得稳定性显著下降。酶的pH稳定范围是在4-6.5。在所选用的金属离子中，Ca²⁺、Ba²⁺、K⁺不同程度提高了酶的相对活性，而Na⁺、Al³⁺、Mg²⁺不同程度抑制了酶的活性。对所选用的助剂，平平加O对酶活影响不大，吐温-60对酶活有促进作用，而离子型表面活性剂十二烷基磺酸钠对此酶起抑制作用。染色牛仔织物的K/S值随酶用量的增加有所降低，减量率增加，同时手感得到一定程度的改善。

【关键字】纤维素酶；酶学性质；稳定性；牛仔布

本文以一株霉菌发酵生产的纤维素酶发酵液为研究对象,系统研究了该酶的最适反应温度,最适反应pH值,各种离子及助剂对酶活的影响,初步考察了该酶在牛仔布仿旧处理中的应用,为该酶应用于纺织工业领域提供了基础。

1 试验材料及测试方法

1.1 试验材料

靛蓝牛仔布（常州市绿洲纺织有限公司提供），

1.2 试剂

纤维素酶发酵液（东莞保丽美化工有限公司提供），3,5-二硝基水杨酸(DNS)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)，苯酚，无水亚硫酸钠，酒石酸钾钠、NaOH (以上均为分析纯)，平平加O为工业品级，吐温-60 为化学纯，其余试剂均为分析纯。

1.3 仪器

721型分光光度计、PHS22C型精密数显酸度计、FA/JA系列电子天平、751型紫外/可见分光光度仪。

1.4 测试方法

1.4.1 酶活测定方法^[1]

采用CMC法测定纤维素酶的活力。

1.4.2 酶反应的最适温度

分别测定温度为30、40、50、60、70、80℃,pH值7.0时的酶活。

1.4.3 酶反应的最适pH

分别测定pH为4、5、6、7、8、9, 最适温度下的酶活。pH值4～6以0.02mol/L醋酸缓冲液，pH值7～9为0.02mol/L磷酸盐缓冲溶液。

1.4.4 酶的热稳定性

将酶液分别置于30、40、50、60、70、80℃水浴锅中保温10、30、60、90、120min,分别测定残余酶活。

1.4.5 酶pH稳定性

以pH值为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的缓冲液适当稀释酶液在55℃条件下保温5h,测定残余酶活。

1.4.6 金属离子对酶活的影响

酶液中添加0.02mol/L CaCl₂、BaCl₂、NaCl、MgCl₂、KCl、AlCl₃，最适条件下测定酶的相对酶活，以不添加金属离子的酶活为相对酶活100%。

1.4.7 助剂对酶活的影响

分别用平平加O，吐温-60，十二烷基磺酸钠三种助剂每个 配成浓度分别为2g/L、1g/L、0.5g/L、0.25g/L、0.125g/L的溶液与酶在50℃，保温30min，pH是最适的，再分别测它们的酶活。

1.4.8 纤维素酶对靛蓝牛仔布的处理

用对织物重分别为0、0.3、0.6、0.8、1.5（o.w.f.）的酶液对牛仔布进行处理。然后测其K/S值，减量率及耐摩擦牢度。

2 结果与讨论

2.1 酶反应的最适温度

图1 酶反应最适温度曲线

温度是影响酶活的重要因素，从图1的结果可以看出，当温度低于60℃时，酶活随温度的升高而升高，超过60℃时，酶活随温度的升高而降低，该酶在40-70℃范围内具有较高的活性，其中最适温度定为60℃。

2.2 酶反应的最适pH

PH对酶活的影响也很大，不同的酶的最适反应pH是不同的，为此我们在温度为60℃，pH分别为4、5、6、7、8、9条件下，测该酶的酶活，结果如图2所示：

图2 酶反应最适pH曲线

从图2可以看出，当pH为4-5的时候，酶活随pH的升高而升高，当pH为5-9的时候，酶活随pH的升高而降低，而当pH在5左右时酶活能保持在80%以上，因此该酶的最适pH为5。

2.3 酶的热稳定性

在酶的实际应用过程中，温度是容易引起酶变性失活的主要因素。从图3的结果可以看出，该酶在pH5左右，温度对酶稳定性的影响。

图3 酶温度稳定性曲线

当温度低于60℃时，该酶具有较好的稳定性，保温120min后，酶活损失很小。当温度超过60℃时，酶的热稳定性下降，70℃保温30min，残余酶活仅为60%，当温度为80℃时，仅保温10min，酶活就降低为初始酶活的60%。

2.4 酶的pH稳定性

图4 酶pH稳定性曲线

从图4中可以看出，该酶在pH4～6的条件下保温5小时仍然能保持60%以上的酶活，该酶在pH5-6时具有很好的稳定性。当pH＞7时，酶的稳定性急剧下降，相对酶活仅为30%，因此改酶在近中性条件下具有较好的稳定性，偏酸偏碱性条件下稳定性下降。

2.5 金属离子对酶活的影响

因工业生产用水中往往含有多种金属离子，而金属离子也是影响酶活的重要因素。如图5所示，所选用的几中常见的金属离子对酶活的影响都不是特别的大。其中Ca²⁺、Ba²⁺对酶活都有一定的促进作用，而Na⁺、Al³⁺、Mg²⁺对酶活稍有抑制作用。

图5 几种金属离子对酶活的影响

2.6 助剂对酶活的影响

在工业生产中，常常会用到一些助剂，不同结构的助剂对酶活的影响也不同。在所选用的几种染整中常用的助剂种类中，非离子表面活性剂平平加O、吐温-60、对酶活的影响不大。阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠随着用量的增加，酶活受到一定程度的抑制。平平加O和吐温-60均为非离子表面活性剂，对酶分子的构象影响不大，十二烷基磺酸钠是阴离子表面活性剂，由于电荷的作用会改变酶的构象，从而导致酶活的抑制。

图6 平平加O对酶活的影响曲线

图7 吐温-60对酶活的影响曲线

图8 十二烷基磺酸钠对酶活的影响曲线

2.7 纤维素酶对牛仔布的处理

纤维素酶在牛仔布上的应用有很多种，其中比较常见的有用纤维素酶对牛仔布进行仿旧处理，为了考察该酶对牛仔布的仿旧效果，选用K/S值和减量率两个指标来评价仿旧效果，结果如图9、10所示：

图9 酶用量对牛仔布表面K/S值的影响

从图9中可以看出，随着酶用量的增加，布面的K/S逐渐减小，而当酶用量达到0.6时，牛仔布上的K/S值变化基本趋于稳定。这可能是因为纤维素酶对靛蓝染料有亲和力，对纤维素也有亲和力。当染料从纤维上脱离后，酶在其中又起到了桥梁作用，使靛蓝染料再上染纤维，当剥色与再沾色达到平衡时，K/S值基本就不变了^[2]。

图10 酶用量对牛仔布减量率的影响

从图10中的结果可以看出，当酶的用量低于0.6的时候，随着酶的用量增大，牛仔布的减量率明显增大。

3 结论

（1）该酶的最适反应温度是在60℃，温度低于60℃时，酶具有很好的温度稳定性。最适反应pH是5.0，在pH4.0～6.5范围，该酶具有很好的稳定性。

（2）Ca²⁺、Ba²⁺对酶活有一定的促进作用，Na⁺、Al³⁺、Mg²⁺对酶活具有一定的抑制作用。非离子表面活性剂平平加O和吐温-60对酶活影响不大，阴离子型助剂十二烷基磺酸钠对此酶起抑制作用。

（3）用该纤维素酶处理过的牛仔布，在手感方面得到得到改善，在仿旧整理方面也有一定的效果，K/S值和减量率都有明显变化。上述结果表明该酶适于应用于纺织工业。

参考文献：

[1] 赵玉萍,杨娟.四种纤维素酶酶活测定方法的比较[J].食品研究与开发,2006,27(3):116-118.

[2] Nurdan K P, Merih S A T. Treating denim fabrics with immobilized commercial cellulases [J]. Process Biochemistry, 2005, 40: 767–771.

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* 作者简介：崔莉（1972-），女，山西长治人，工学博士，副教授，主要从事纺织生物技术的研究。