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降解棉籽壳复合酶的制备及用于棉布精练

作　者: 黄伟
导　师: 洪枫
学　校: 东华大学
专　业: 应用化学
关键词: 镰刀菌 复合酶 吸附 棉籽壳 降解 酶精练
分类号: TS192.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在倡导节能减排、清洁环保的低碳经济时代,绿色染整加工势在必行。生物酶在棉布精练中的应用就是一个很好的例子。棉织物的酶精练工艺是利用酶制剂的催化专一性来降解棉纤维中的非纤维素杂质以达到去除它们的目的。该工艺作用条件温和、对棉纤维损伤小、节能省耗和对环境友好等优点,克服了碱精练的诸多不足,是目前公认的理想替代工艺。然而,酶精练工艺对棉织物中的顽固杂质——棉籽壳的去除效果较碱煮练工艺低,这已成为棉织物酶精练工艺大规模工业化应用的最大障碍之一。依据前人对棉籽壳的结构和化学组成研究结果,本论文以提高棉织物酶精练工艺中非纤维素杂质尤其是棉籽壳的去除率为目标,着重从酶学性质上比较考察了木聚糖酶、纤维素酶和果胶酶三种单一酶和复配之后对棉籽壳的降解效果,发现了酶的种类不同导致棉籽壳去除率的不同,并对其降解机制进行了探讨；在此基础上以镰刀菌为实验对象,通过添加不同诱导物、不同浓度和不同种类的速效碳源,从而制备出适合用于棉织物精练中的复合酶。此外,在本课题组研究的基础上,通过选择性吸附处理方法对里氏木霉所产的复合酶进行吸附处理,并应用于棉织物的前处理,得到了棉织物非纤维素杂质特别是棉籽壳的理想去除效果。主要研究结果如下：1.从酶学性质上考察了纤维素酶,果胶酶和木聚糖酶三种酶的最适pH、最适温度、pH稳定性和温度稳定性,考察了三种单一酶在它们的最适条件下水解棉籽壳的效果。研究发现,三种单一酶对棉籽壳的去除率最高的为稀释五倍的木聚糖酶(32.8 U/m1),棉籽壳净酶解率为5.8%,与稀释两倍后的纤维素酶和果胶酶处理得到的2.2%和1.4%棉籽壳净酶解率相比,高出很多。此外,通过复配后,棉籽壳的净酶解率提高到7.5%。2.以镰刀菌为实验对象,分别以葡萄糖和丙三醇为速效碳源,以棉籽壳、苎麻、木聚糖为诱导物诱导镰刀菌制备以木聚糖酶为主的复合酶,并对其产酶历程进行研究。研究发现,在以丙三醇为速效碳源时镰刀菌产复合酶明显比以葡萄糖作为速效碳源时好。在培养基中添加量为1%(v/v)丙三醇+2%(w/v)棉籽壳组合,产复合酶效果最好,其中木聚糖酶,纤维素酶,果胶酶酶活最高酶活依次是2.7 U/ml,0.35 U/ml,0.025 U/ml。而0.5%丙三醇+2%木聚糖组合产复合酶要稍逊于棉籽壳诱导,木聚糖酶、纤维素酶、果胶酶最高酶活依次为2.2U/ml,0.36 U/ml,0.12 U/ml。但是三种酶最高酶活并不是在同一时间里出现的。苎麻诱导效果最差。3.研究镰刀菌诱导产生的复合酶的最适温度、最适pH、热稳定性和pH稳定性。结果表明,自制复合酶在温度超过45℃时,木聚糖酶的热稳定性不好,在45℃下保温1h,残余酶活仅剩40%左右,这直接限制了复合酶水解棉籽壳的效果。4.纤维素酶活力过高,会对棉纤维造成损伤,本论文以里氏木霉生产的酶液为实验对象,考察微晶纤维素和CMC对纤维素酶的特异性吸附以制备低纤维素酶活的复合酶。研究结果表明,微晶纤维素对纤维素酶有较好的吸附,而对木聚糖酶吸附较少,在添加量为0.05g/U,吸附时间为15 min,微晶纤维素对纤维素酶和木聚糖酶的吸附量分别为28.5%和0.6%。但CMC则恰好相反,它对木聚糖酶吸附作用要强于对纤维素酶的吸附,在添加量为0.05 g/U,吸附时间为30min, CMC对纤维素酶和木聚糖酶的吸附率分别为14%和43%。此外,从吸附时间—吸附率曲线来看,微晶纤维素对复合酶的吸附是一个动态吸附过程。5.比较了酶精练和传统碱精练对棉布上非纤维杂质的去除效果以及棉布损伤情况。结果发现,在去除棉籽壳效果和断裂强力上,酶精练要比传统碱精练要好,但在白度和毛效方面,传统碱精练要略好于酶精练。此外,与原酶液相比,采用吸附后的酶液处理棉织物,大大改善了棉布损伤情况,并提高了毛效。精练后,棉籽壳去除率由原来的33%提高到38%,毛效由7提高到7.4,白度有54%提高到59%,断裂强力由195N提高到276N。漂白后,棉籽壳去除率为84%,毛效为9.1,白度为77.8%,断裂强力为255N。

全文目录


摘要  5-8
ABSTRACT  8-14
第一章 绪论  14-28
  1.1 棉纤维和棉籽壳  14-18
    1.1.1 棉纤维的化学结构及其组成  14-17
    1.1.2 棉籽壳结构及其组成  17-18
  1.2 棉织物前处理工艺  18-26
    1.2.1 碱煮练工艺  19-20
    1.2.2 酶精练工艺  20-23
    1.2.3 酶精练去除棉织物中棉籽壳的研究现状  23-26
    1.2.4 酶法去除棉织物上残留棉籽壳存在的问题  26
  1.3 论文的选题背景及主要研究内容  26-28
    1.3.1 选题背景  26-27
    1.3.2 研究内容  27-28
第二章 精练酶复配前后降解棉籽壳的效果  28-39
  2.1 实验材料和仪器  28-30
    2.1.1 商品酶  28
    2.1.2 棉籽壳  28-29
    2.1.3 实验试剂  29
    2.1.4 实验仪器  29-30
  2.2 实验方法  30-33
    2.2.1 木聚糖酶活力测定  30
    2.2.2 果胶酶活力测定  30-31
    2.2.3 纤维素酶活力测定  31
    2.2.4 酶的最适pH测定  31-32
    2.2.5 酶的最适温度测定  32
    2.2.6 酶的pH稳定性测定  32
    2.2.7 酶的温度稳定性测定  32
    2.2.8 棉籽壳含水率的测定  32
    2.2.9 酶水解棉籽壳  32-33
  2.3 结果与讨论  33-38
    2.3.1 三种酶的最适pH  33-34
    2.3.2 三种酶的最适温度  34
    2.3.3 三种酶的pH稳定性  34-35
    2.3.4 三种酶的温度稳定性  35
    2.3.5 单一酶水解棉籽壳  35-37
    2.3.6 酶复配后水解棉籽壳  37-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章 不同速效碳源对镰刀菌产酶历程的影响  39-64
  3.1 实验材料和试剂  39-41
    3.1.1 菌种  39
    3.1.2 材料  39
    3.1.3 培养基  39-40
    3.1.4 实验试剂  40-41
    3.1.5 实验仪器  41
  3.2 实验方法  41-42
    3.2.1 菌种培养及产酶  41-42
    3.2.2 三种酶酶活测定方法  42
  3.3 结果与讨论  42-63
    3.3.1 不同葡萄糖浓度对两种诱导物诱导镰刀菌产复合酶的影响  42-46
    3.3.2 两种诱导物在不同葡萄糖浓度下诱导镰刀菌产酶的历程  46-51
    3.3.3 不同丙三醇浓度对两种诱导物诱导镰刀菌产复合酶的影响  51-55
    3.3.4 三种诱导物在不同丙三醇浓度下诱导镰刀菌产酶的历程  55-63
  3.4 本章小结  63-64
第四章 镰刀菌复合酶稳定性测试及水解棉籽壳  64-72
  4.1 实验材料及仪器  64-65
    4.1.1 实验材料  64
    4.1.2 实验试剂  64-65
    4.1.3 实验仪器  65
  4.2 实验方法  65-66
    4.2.1 复合酶最适pH  65
    4.2.2 复合酶最适温度  65
    4.2.3 复合酶中木聚糖酶pH稳定性  65-66
    4.2.4 复合酶中木聚糖酶温度稳定性  66
  4.3 结果与讨论  66-71
    4.3.1 复合酶最适pH测定  66
    4.3.2 复合酶最适温度测定  66-67
    4.3.3 木聚糖酶温度稳定性测定  67-68
    4.3.4 复合酶中木聚糖酶pH稳定性测试  68
    4.3.5 复合酶水解棉籽壳  68-71
  4.4 本章小结  71-72
第五章 选择性吸附降低复合酶中纤维素酶活力以用于棉布精练  72-82
  5.1 材料与试剂  72-74
    5.1.1 酶  72
    5.1.2 棉布  72-73
    5.1.3 实验试剂  73
    5.1.4 实验仪器  73-74
  5.2 实验方法  74-75
    5.2.1 两种不同类型纤维素对复合酶的吸附处理  74
    5.2.2 棉布前处理工艺  74-75
  5.3 酶处理后棉布各物理性能的测试  75-76
    5.3.1 退浆率  75-76
    5.3.2 棉籽壳去除率  76
    5.3.3 白度  76
    5.3.4 织物断裂强力的测定  76
    5.3.5 毛细效应的测试  76
  5.4 结果与讨论  76-80
    5.4.1 纤维素添加量对复合酶吸附的影响  76-78
    5.4.2 吸附时间对复合酶吸附的影响  78-79
    5.4.3 不同前处理方式处理棉布的效果  79-80
  5.5 本章小结  80-82
第六章 结论  82-84
  6.1 精练酶复配前后降解棉籽壳的效果结论  82
  6.2 不同速效碳源对镰刀菌产酶历程的影响结论  82
  6.3 镰刀菌复合酶稳定性测试及水解棉籽壳结论  82-83
  6.4 选择性吸附降低复合酶中纤维素酶活力以用于棉布精练结论  83
  6.5 展望  83-84
参考文献  84-87
攻读硕士学位期间的研究成果目录  87-88
致谢  88

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 纺织工业、染整工业 > 染整工业 > 练漂 > 各种纤维及其制品的练漂
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