针对羊毛结构与染料特性的复合蛋白酶处理羊毛的方法

技术领域：

本发明涉及一种生物复合酶处理羊毛的方法。尤其是涉及一种针对羊毛结构与染料特性的复合蛋白酶处理羊毛的方法。属纺织品染整技术领域。

技术背景：

随着人们生活水平的提高和环保意识的增强，人们越来越倾向于使用天然环保产品和注重产品生产制造过程的清洁化。在毛纺工业中，使用生物酶处理羊毛以达到各种不同的改性目的和使用天然染料染色正顺应了这一要求。从原料的可再生性到生产过程的环境无害性及最终产品的天然与保健性都表明这一生产过程的可持续性和良好前景。但是现在使用生物酶处理羊毛时大多只考虑了生物酶较大范围的特异性，如蛋白酶(催化降解肽键)、脂肪酶(催化降解酯键)、转谷酰胺酶(将蛋白酶切断的肽键重新连接)等；对羊毛的特异性而言只考虑了比较粗略的方面：如羊毛纤维主要由蛋白质构成，还有部分类脂(细胞膜及细胞间物质)等；在对于酶处理后对染色性质的影响方面，只考虑生物酶处理后羊毛改性，增加了染料的扩散通道，降低了染色温度，提高了低温染色时的染料吸尽率。这些都没有结合考虑羊毛的具体组成和染料的性质，而这种结合是非常重要的。众所周知，羊毛属蛋白质纤维，主要由氨基酸构成。构成蛋白质的20种氨基酸按其极性可分为3类：极性氨基酸、中间极性氨基酸和非极性氨基酸。其中极性氨基酸包括酸性、碱性和酰胺类氨基酸，是亲水性氨基酸；非极性氨基酸包括大多数脂肪族氨基酸和芳香族氨基酸，是疏水性氨基酸。而染料的种类与性质更多，也有亲水、疏水、酸性与碱性染料等，利用蛋白酶处理的专一性有针对性地催化降解羊毛的部分氨基酸基团，会有利于最大限度地提高羊毛对染料的吸收与结合牢度及均匀性，这对保证后道染色质量具有重要意义。

天然染料在纺织上的应用在今天又重新重视并赋予了新的内涵：回归自然、保健、环保、可持续发展，源于天然的独特色彩和不落俗套的新颖性。基于同样的原因——天然染料的成分不纯而使其染料吸尽率远低于纯净的合成染料，在染深色时尤甚。另外与普通合成染料相比其价格的昂贵使提高羊毛对天然染料的吸尽率显得更为重要，而生物酶处理羊毛可使羊毛的染色温度大大降低，上染速率大大加快，对天然染料的染料吸尽率成倍提高。这样既节能、节省成本，又保证了更温和的染色条件，同时也减少了染色时对羊毛或织物的损伤，具有众多优势。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种利用不同蛋白酶的催化专一性针对羊毛结构及染料特性的复合蛋白酶处理羊毛的方法，以达到低温染色且最大限度提高染料吸尽率和上染速率及染色牢度。

本发明的目的是这样实现的：一种针对羊毛结构与染料特性的复合蛋白酶处理羊毛的方法，其特点是对羊毛进行生态前处理和复合酶羊毛改性：

第一步、双氧水生态前处理，处理条件：双氧水5～40ml/L，双氧水的稳定剂焦磷酸钠0.1～2g/L，主要成分是聚氧乙烯脂肪醇醚的非离子型表面活性剂平平加0.1～2％布重百分比，pH＝7～8，温度20℃～70℃，时间10～60min，浴比1∶20～40，或：二硫键异构酶前处理，处理条件：pH＝7～8，温度30℃～60℃，时间10～30min，二硫键异构酶用量0.5～1.5％布重百分比，浴比1∶20～50；

羊毛结构主要由以下三部分组成：(1)鳞片层，(2)皮质层，(3)细胞间物质。而鳞片层又分为鳞片外A层、鳞片外B层和鳞片内层。各组成部分的含硫量均有差异，其中鳞片外A层含硫量为35％，鳞片外B层为12％，鳞片内层为3％；而细胞间物质含硫量仅为1％。在羊毛纤维中，含硫量越高则羊毛纤维大分子间形成的二硫键(-S-S-)越多，则分子与分子间及分子内的交联越多，该部分的结构越紧密坚硬，蛋白酶不易进入其结构内部进行催化水解。双氧水生态前处理是提高酶处理可预见性、重现性和均匀性的生态前处理方法，双氧水的氧化预处理可以打开二硫键，使羊毛中的含硫氨基酸如胱氨酸、蛋氨酸等氧化成磺基丙氨酸(-SO₃H/-SO₃^-)，从而使蛋白酶易进入鳞片层而较均匀地作用于羊毛纤维，提高酶处理的均匀性、稳定性和可控性，并减少羊毛强力损失。

二硫键异构酶作用的关键是催化巯基和二硫键的交换反应，它既是酶又是分子伴侣，以类分子伴侣的方式与底物结合来提高酶的效率。分子伴侣是一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，但并不构成该蛋白质或多肽的组成成分；可与天然构象的蛋白质相互作用以促使寡聚肽白质发生结构重排。二硫键异构酶分子伴侣的性质帮助酶的底物去折叠(打开二硫键)或折叠(重建二硫键)，为二硫键异构酶提供了一个效率大大提高的作有机制。

第二步、复合酶羊毛改性

本发明的复合酶羊毛改性方法有二种：

第一种、针对亲水性天然染料，采用专一性降解疏水性氨基酸基团的蛋白酶二种或数种复合处理羊毛，处理条件：在pH＝7～8，温度30～60℃条件下，处理羊毛10～60min，复合酶的用量：0.4％～4.0％布重百分比，浴比1∶20～50，该专一性降解疏水性氨基酸基团的复合蛋白酶有微生物来源的蛋白酶、动物来源的蛋白酶、植物来源的蛋白酶，其中微生物来源的蛋白酶有中性至弱酸性芽孢杆菌蛋白酶，动物来源的蛋白酶有胰凝乳蛋白酶、羧肽酶A，植物来源的蛋白酶有木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶，芽孢杆菌蛋白酶又有枯草杆菌、地衣芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌。

组成羊毛的氨基酸根据其侧链性质的不同可分为7类：脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸、含硫氨基酸、醇类氨基酸、酰胺类氨基酸及酸性氨基酸和碱性氨基酸。其中脂肪族氨基酸和芳香族氨基酸大多属于疏水性氨基酸，如缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等。为使羊毛对亲水性染料(如荷叶)有更好的亲和力，可利用蛋白酶催化降解的专一性去除羊毛蛋白质中的疏水性氨基酸，如采用弱碱性枯草杆菌蛋白酶或胰凝乳蛋白酶进行处理。两者皆属丝氨酸蛋白酶，其中弱碱性枯草杆菌蛋白酶专一性降解酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸，胰凝乳蛋白酶专一性降解酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸等强疏水性氨基酸。而木瓜蛋白酶的专一性特点是催化降解酪蛋白，且将大分子蛋白质降解为小分子类蛋白，木瓜蛋白酶属巯基蛋白酶，来源于植物，与丝氨酸蛋白酶相比对羊毛的细胞膜结构及角质层有更好的透过性，因此可协同枯草杆菌蛋白酶或胰凝乳蛋白酶的处理，并提供更多的亲水基团。在两种或多种酶的共同作用下，软化了羊毛的鳞片层，一方面提供了更多染料进入的通道，另一方面提供了更多可以结合染料的基团，大大提高了染料吸尽率和上染速率，且色牢度也略有提高。

第二种、针对疏水性天然染料，采用专一性降解亲水性氨基酸基团的蛋白酶二种或数种复合处理羊毛，处理条件：在pH＝7～8，温度30～60℃条件下，处理羊毛10～60min，复合酶的用量：0.4％～4.0％布重百分比，浴比1∶20～50，该专一性降解亲水性氨基酸基团的复合蛋白酶有微生物来源的蛋白酶、动物来源的蛋白酶、植物来源的蛋白酶，其中微生物来源的蛋白酶有中性到弱碱性放线菌蛋白酶、霉菌蛋白酶、米黑曲酶，动物来源的蛋白酶有胰蛋白酶、内肽酶、肠凝酶、羧肽酶B，植物来源的蛋白酶有木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶、菠萝蛋白酶。

如天然染料紫草色素的主要成分为紫草醌，不溶于水，溶于有机溶剂，其结构式为：

因紫草属疏水性染料，在染色时易出现染花现象，需加分散剂。针对紫草色素的特性，采用胰蛋白酶、菠萝蛋白酶与木瓜蛋白酶复合处理羊毛。其中胰蛋白酶专一性降解碱性氨基酸如精氨酸与赖氨酸，菠萝蛋白酶专一性降解精氨酸、赖氨酸、酪氨酸和甘氨酸；木瓜蛋白酶如前所述，由于酪氨酸侧链带有酚羟基，其pKa值为10.5，疏水性不象苯丙氨酸那样强，且由于木瓜蛋白酶对其他酶的协同作用，使之无论对疏水性天然染料或亲水性天然染料均适用。

复合酶处理羊毛后，改性羊毛采用低温染色工艺，由于去掉了与紫草色素不良好相容的亲水性氨基酸，染色均匀自然，柔和悦目。