《酶制剂复配》PPT课件.ppt

纺织用酶制剂复配技术研究与进展,化工096硕 葛元宇,文章概要,本文主要介绍了纺织用酶制剂复配技术的研究与进展。探讨了各类稳定剂、防腐剂、表面活性剂等的添加对酶制剂的影响，以及单酶复配与多酶复配技术等。 通过本文写作希望能够对商业化酶制剂成分和实用酶制剂复配技术有初步的了解。,酶制剂复配的难点,纺织用酶制剂复配的难点在于不同种类酶制剂的相容性和复配酶制剂的稳定性。不同的酶复配的要求也不尽相同，与酶的特性相对应的缓冲体系、稳定剂、防腐剂和抗菌剂等的选择与配置也各有不同。,液体酶制剂复配,纺织用酶制剂的复配多是指液体酶制剂的复配。较之固体酶制剂，液体酶制剂的优点包括： 1.杂质含量低 2.酶活性高 3.生产过程短、 投入小 4.易于复配加工。,液体酶制剂复配,液体酶制剂的复配所有缓冲体系、稳定剂、防腐剂、表面活性剂的选择在保证酶制剂催化效率的同时也要考虑复配产品的稳定性。 缓冲体系的选择以主要酶种类的pH范围为基准，确保该酶的活性不受影响。 不同的酶适用的稳定剂也是不同的，复配时需要综合考虑稳定剂和各酶之间的相容性等因素进行选择。 酶作为一种蛋白质也有着被微生物降解的可能，防腐剂与抗菌剂的添加也很重要。,一般复配酶制剂组成,酶制剂复配中的稳定剂及其作用机理,通常的酶制剂稳定剂有高分子化合物、多元醇、羧酸盐和低分子多羟基化合物以及糖类等。,酶制剂复配中的稳定剂及其作用机理,酶的活性功能决定于其自身的分子结构的完整和严格的构象，当温度变化时酶的空间结构被破坏而丧失其生物活性。,酶制剂复配中的稳定剂及其作用机理,实验表明酶制剂的稳定剂有多种选择，而各个稳定剂的稳定机理各不相同。一般看来，维持蛋白质的构象的作用力包括分子内氢键、分子外氢键、非极性基团之间的疏水基的相互作用（范德华力）和正负基团间的离子键。除范德华力外，其他作用类型的作用力都直接受到水分子的影响，酶分子的水溶液会逐渐失去活性。,酶制剂复配中的稳定剂及其作用机理,黄原胶由于自身的网状结构能够发挥筛孔效应，通过对酶蛋白分子产生空间限位来减少酶分子之间的碰撞继而提高其稳定性；而亲水型黄原胶则是通过增强酶蛋白分子的疏水性，减小水的自由度来提高稳定性；,酶制剂复配中的稳定剂及其作用机理,甘油以及其他一些多元醇类和糖类主要是通过分子中的羟基与水分子形成氢键而抑制了水对酶分子的作用； 明胶对于酶分子的保护则可能是蛋白质间的相互作用区域产生疏水性从而排除了水的作用。,一般复配酶制剂组成,酶制剂复配中的防腐剂及其作用机理,液体酶制剂由于微生物污染很容易变得不稳定，造成的此类污染的微生物主要包括：细菌、酵母和霉菌。,酶制剂复配中的防腐剂及其作用机理,通常细菌或者霉菌在酶制剂中的存在很大程度上取决于水分子活度，细菌存在时水分活度在0.9以上，霉菌一般在0.7以上。因此酶制剂的抗菌需要通过降低水分活度来实现，当然直接添加抗菌剂也能起到作用。通过控制pH和水分活度，以及添加防腐剂配合作用可以大大提高液体酶制剂的防腐作用。此外，由于在水溶液中添加电解质或者可溶性物质能够降低水的活度继而对防腐产生增益效能。,酶制剂复配中的防腐剂及其作用机理,常用的抗菌防腐剂包括羟基苯甲酸脂类（尼泊金）、苯甲酸钠、山梨酸钾等。,酶制剂复配中的防腐剂及其作用机理,文献资料表明，山梨酸及其盐类是良好的防腐剂，不但低毒而且对于霉菌、酵母菌、好气性细菌均有抑制作用，是一种光谱抗菌剂，在酸性条件下有很好的抑菌效应。此类防腐剂目前已经广泛用于食品、化妆品、医药等行业，对于酶制剂的防腐当然也有一定的适用度。,酶制剂复配中的防腐剂及其作用机理,山梨酸的抗菌机理是其分子结构上的、位上的双键阻止了霉菌的脱氢，降低了微生物的新陈代谢继而阻止了微生物的生长。此外，山梨酸还能与微生物系统中的巯基结合，从而破坏许多酶系作用，达到抑制微生物增殖的目的。,酶制剂复配中的防腐剂及其作用机理,尼泊金是另一类广泛使用的防腐剂，运用于纺织用酶制剂的防腐也能产生不错的效果。尼泊金是复合脂类，即对羟基苯甲酸脂类，包括甲酯、乙脂、丙脂、异丙脂、丁酯、异丁酯、戊脂、庚脂、辛脂等。尼泊金的防腐效果不易随pH的变化而变化。尼泊金脂的作用在于抑制微生物细胞的呼吸酶系与电子传递酶系的活性以及破坏微生物细胞膜结构，从而阻止霉菌、酵母菌、细菌的发育。,酶制剂复配中的防腐剂及其作用机理,对于碱性脂肪酶可以选择廉价易得的苯甲酸钠作为防腐剂，用量在0.05% 0.15% 之间时对酶活的稳定性影响没有显著差别。但与山梨酸类防腐剂相比较而言，苯甲酸钠的毒性更大一些。,一般复配酶制剂组成,酶制剂复配中的表面活性剂及金属离子影响,在纺织印染加工中往往需要加入大量的表面活性剂，酶制剂的复配中也需要加入合适的表面活性剂来提高酶的催化效率或者增益处理效果。,酶制剂复配中的表面活性剂及金属离子影响,王超等的研究指出，非离子表面活性剂能对酸性纤维素酶的活性起到促进作用。主要原因在于非离子的表面活性剂与酶的结合弱，不会对酶的构象产生很大的影响，由此酶能够容易的解吸附并且移动到其他的结合部位，继而具有很好的活性。,酶制剂复配中的表面活性剂及金属离子影响,文飞等的研究表明，阴离子或者阳离子的表面活性剂易与纤维素酶结合，对酶制剂的性能影响显著，不利于酶制剂的稳定性和活性，在复配中应当尽量避免使用。 张增强等的研究也指明在牛仔布生化酶洗过程中离子型表面活性剂对于酶活起负作用，非离子型表面活性剂在低于CMC时对酶活能起促进作用，而高于CMC时则是抑制作用。,酶制剂复配中的表面活性剂及金属离子影响,文献资料也涉及了金属离子对于酶制剂的影响。研究表明，Na+、Ca2+、Zn2+、Mg2+、Co2+等离子在一定浓度范围时对纤维素酶具有激活作用，而超过这一浓度时逐渐产生抑制作用； 而一些金属离子Ni+、Cu2+、Ag+、Pd2+、Li+、Fe2+、Fe3+、I- 等对纤维素酶活力有明显的抑制作用。对于Mn2+的作用说法则存在相互矛盾的方面。,酶制剂复配中的表面活性剂及金属离子影响,总而言之，一些金属离子可能由于能屏蔽蛋白表面的多余电荷而有利于酶的稳定性 ，另一些离子则可能是由于重金属盐能使得蛋白质变性而导致其失活。金属离子的添加都有一个合适的浓度范围并且以酶的种类以及其它一些条件作用下的实际实验结果为准。,一般复配酶制剂组成,纺织用酶制剂的复配,目前在纺织印染行业中广泛使用的酶包括淀粉酶、果胶酶、过氧化氢酶、纤维素酶以及一些蛋白酶等。 实践证明，单纯的酶制剂并不能满足纺织印染加工的工艺要求，在酶的使用过程中既要加入稳定剂来减缓酶由于使用环境的变化而带来的不稳定，同时还要配合使用纺织助剂来增益处理效果。,纺织用酶制剂的复配,酶制剂的复配既可以是单种类酶制剂与其他助剂的复配也可以是多种类酶制剂以及其他试剂的配合使用。,单种类酶制剂的复配,事实上，多种种类的酶的复配由于受到适用的pH范围差异过大等因素影响而变得异常困难，所以很多情况下是单种类酶的复配更为常见和有实用价值。以常用的纤维素酶、淀粉酶、果胶酶来介绍单种类酶制剂的复配。,纤维素酶的复配,纤维素酶在棉织物生物抛光或者牛仔布酶水洗方面的应用潜力巨大，但单纯的纤维素酶并不能达到良好的处理效果，纤维素酶与纺织助剂以及酶保护剂的复配能很好的提高纤维素酶的应用效果。,纤维素酶的复配,Kumar Akhil等在对纤维素纤维用于酶水洗的研究中推测内在的纤维素酶作用机理是内切葡聚酶通过主要进攻起源于纤维素纤维的无定形区来削弱松散表面形态的纤维，而不是主要降解纤维素。可见纤维素酶复配时需要特别关注复配添加物对于内切葡聚酶的影响。,纤维素酶的复配,Kumar Akhil等在对纤维素纤维用于酶水洗的研究中推测内在的纤维素酶作用机理是内切葡聚酶通过主要进攻起源于纤维素纤维的无定形区来削弱松散表面形态的纤维，而不是主要降解纤维素。可见纤维素酶复配时需要特别关注复配添加物对于内切葡聚酶的影响。,纤维素酶的复配,江南大学周洪等研究了纤维素酶复配时相关助剂对酶活力的影响表明，对于酸性纤维素酶而言，包括脂肪醇聚氧乙烯醚化合物、PVP系列化合物、聚醇类表面活性剂、金属氯化物都能促进该酶的酶活，而对中性的纤维素酶则无明显的效果。,纤维素酶的复配,文飞等对复配纤维素酶组分的研究则指出，山梨醇、苯甲酸钠、氯化钠在合适的浓度条件下能促进纤维素酶的酶活。 吕景春等的研究表明，纤维素酶APL与山梨醇、氯化钠、脂肪醇聚氧乙烯醚以及苯甲酸钠的复配产品在生物抛光效果上优于单一的纤维素酶APL的作用。,淀粉酶的复配,淀粉酶是纺织中最早使用的工业酶制剂，广泛应用于淀粉浆料的退浆。淀粉酶的复配如前文稳定剂章节中所提到的，主要是加入稳定剂以促成淀粉酶制剂能在较高温度条件下保持较高的酶活。当然随着中温型淀粉酶和高温型淀粉酶的出现，在酶退浆工艺中有了更多的选择。,淀粉酶的复配,在我国华北地区经常使用淀粉与PVA浆的混合浆料进行织物上浆，这就给单纯的淀粉酶退浆带来困难，寻求淀粉酶与PVA降解酶的配合使用是当前研究的重点课题之一。,果胶酶的复配,果胶酶是用于棉织物酶精练的重要酶制剂，根据应用条件可以分为酸性果胶酶和碱性果胶酶。 除原果胶酶外，酸性果胶酶（聚半乳糖醛酸酶）是酶精练加工研究初期的重点研究的品种，而且由于其在食品工业中已经广泛使用，商品化酶制剂易得，故而被大量用于棉织物的精练处理。,果胶酶的复配,但是由于棉织物不耐酸，酸性果胶酶的使用会带来棉织物强力的损伤，取而代之的是更为合适的碱性果胶酶。 江南大学陈晟等对于碱性果胶酶的研究表明，在碱性果胶酶使用中添加一定浓度的乙酸钠和MgCl22H2O能提高其的应用特性，以及在此基础上添加对羟基苯甲酸异丁酯能起到良好的防腐作用。,果胶酶的复配,但由于碱性果胶酶相关基础理论研究的缺失，以及现有碱性果胶酶处理后其对于棉籽壳的去除基本无效果，导致织物的白度不如常规碱丝光，加之该种酶制剂的成本较高使得碱性果胶酶只停留在实验室研究和试生产阶段尚未大规模工业生产与应用。,多种类酶制剂的复配,多种类酶制剂的复配不是单一酶的简单组合，酶与酶之间由于空间位阻效应以及蛋白质表面电性的影响而产生相容性的问题。 另一方面，人体或者其他一些微生物的实际情形是多种酶是可以一起混合发挥各自的作用的，这其中有一个关键性的节点就是酶制剂的调控。,多种类酶制剂的复配,实际上目前纺织印染加工中不能有效的混合使用多种酶的原因就在于缺少酶制剂的调控措施。当然就目前的商品化的酶基础上，对于不同种类酶的复合使用许多人也做了有益的尝试。,多种类酶制剂的复配,封怀兵等对纯棉织物复配酶精练的工艺设计指出，果胶酶、纤维素酶、蛋白酶以一定的配比复合是会产生酶制剂最大协同效应由此优化酶精练工艺。 林增祥等探讨了一种纤维素多酶复配的方法，研究得出多酶的复配比单一纤维素水解酶的效率提高了近40%，对于提高水解酶的水解率降低成本有重要意义。,多种类酶制剂的复配,杨喜爱等对苎麻脱胶的研究中采用了耐热碱性果胶酶和半纤维素酶复配使用，实验表明此两种酶在一定的比例条件下能够促成苎麻的脱胶。 袁霞等分别将纤维素酶、蛋白酶、木聚糖酶与果胶酶复配研究指出，并非所有的纤维素酶与果胶酶都有良好的协同效应，而不同蛋白酶与果胶酶的复配效果也存在很大的差异，而木聚糖酶对于果胶酶的精练有增益效果。,多种类酶制剂的复配,杨恩科对于真丝织物酶复配的研究则说明，中性蛋白酶与木瓜酶复配在优化的工艺条件下对于织物的处理效果完全可以得到与传统工艺同样的精练脱胶效果，并且所需的温度低、时间短有利于节能降耗。 吴辉研究了单一碱性果胶酶精练工艺基础上的多酶复配工艺，实验表明，碱性果胶酶与角质酶、碱性纤维素酶、碱性脂肪酶、碱性蛋白酶、碱性木聚糖酶的复合酶对棉针织物的精练效果比单一酶有明显的提高。,多种类酶制剂的复配,此外，有部分文献是关于洗涤剂用酶制剂复配方面的研究，以蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、淀粉酶等为对象研究它们之间的配伍性能和增益洗涤效果的协同效应。,多种类酶制剂的复配,基于以上实际研究的资料来看，单一的酶按照一定的比例复配是有产生对于处理效果增益的可能性的，但要实现更好的多酶有效协作的目的还是要依赖于酶制剂的调控技术，在一个复杂系统中缺乏有效的秩序控制是很难发挥整体协作最大效能的。,小结,到目前为止，酶制剂已经可以在氧漂净洗和生物抛光过程中帮助纺织工业降低成本，并且借此摆脱巨大工业污染源的坏名声。随着绿色低碳经济时代的到来，毫无疑问的是酶制剂必然能在纺织印染行业上得到新的发展。,小结,纺织印染工业使用酶制剂的障碍之一是需要在生产工艺中引入新的工序。而简单实用的酶制剂复配技术可以大大降低新工序的引入难度和成本，最终的目标是在于减并传统的复杂工艺工序，实现省时省钱、环境友好型的生产加工。,小结,当然，目前的纺织用酶制剂的复配技术还处于初级阶段，尚不能实现多酶混合体系的有效调控与协作。随着研究的深入和新型酶制剂的开发，纺织用酶制剂复配技术必然会有更大的跃升，整个相关产业前景十分光明。,The End,