助剂对α-淀粉酶热稳定性及热失活动力学的研究

摘要

在对环保、节能要求越来越高的今天，生物酶作为一种绿色催化剂，由于其具有催化效率高、专一性强及反应条件温和等优点，在纺织染整中的应用受到越来越多的关注。其中，α-淀粉酶在棉织物退浆工艺中得到一定程度的应用，但终因其在高温条件下失活半衰期短、易失活等缺点影响使用效果。因此，在α-淀粉酶处理织物时，提高其热稳定性和活力，以扩大其应用领域的研究越来越引起人们的关注。其中，酶剂与相应助剂的有效配合成为一种更为简便有效的途径。为此，本论文系统研究四类助剂对α-淀粉酶活力及其最适反应温度的影响;探讨α-淀粉酶热失活动力学和助剂对其热失活动力学的影响;通过单因素实验和正交实验，确定添加助剂的α-淀粉酶处理棉织物工艺条件。具体内容如下。
　　 首先，研究金属离子、醇类、糖类以及不同分子量的聚乙二醇对α-淀粉酶活力及其最适反应温度的影响。结果表明，在金属离子中，1mmol/LK+将α-淀粉酶相对酶活提高到109.56％;在醇类物质中，250mmol/LD-山梨醇将其相对酶活提高到108.71％，50mmol/L甘油将其相对酶活提高到109.08％;在糖类物质中，250mmol/L葡萄糖将其相对酶活提高到108.81％，250mmol/L海藻糖将其相对酶活提高到108.84％。在氯化钾、D-山梨醇、甘油、葡萄糖和海藻糖最佳添加浓度条件下，将α-淀粉酶最适反应温度分别从原来的60℃提高到80℃、85℃、85℃、85℃、90℃。
　　 其次，探讨α-淀粉酶热失活动力学以及添加氯化钾、甘油、D-山梨醇、葡萄糖和海藻糖对其热失活动力学的影响。结果表明，α-淀粉酶热失活动力学符合一级反应动力学，且其热稳定性较差，但添加助剂后，α-淀粉酶热稳定性明显提高。70℃时，添加氯化钾将α-淀粉酶失活半衰期由3min提高到900min，D-山梨醇将其失活半衰期提高到910min，甘油将其失活半衰期提高到920min，葡萄糖将其失活半衰期提高到1000min，海藻糖将其失活半衰期提高到1200min。75℃时，海藻糖将其失活半衰期提高到900min。80℃时，海藻糖将其失活半衰期提高到400min。85℃时，海藻糖将其失活半衰期提高到350min。90℃时，海藻糖将其失活半衰期提高到100min。由此可见，在所研究的助剂中，海藻糖对α-淀粉酶热稳定效果最好。在氯化钾、甘油、D-山梨醇、葡萄糖和海藻糖最佳添加浓度条件下，α-淀粉酶活化能由原来的128.78kJ/mol分别提高到172.34kJ/mol、175.34kJ/mol、175.89kJ/mol、178.65kJ/mol、178.99kJ/mol。
　　 最后，通过单因素实验和正交实验，探讨海藻糖浓度、α-淀粉酶浓度、堆置温度、堆置时间、溶液pH值、JFC浓度六个因素对α-淀粉酶退浆效果的影响，确定单因素实验和正交实验最佳处理工艺。添加海藻糖的最佳处理工艺:海藻糖浓度为750mmol/L、α-淀粉酶的浓度为3g/L、堆置温度为80℃、堆置时间为1h、溶液pH值为6，此工艺条件下，棉织物退浆率为97.4％。而未加海藻糖的α-淀粉酶在最佳处理工艺条件下，棉织物退浆率为94.55％。与原酶退浆工艺相比，添加海藻糖的退浆工艺中，堆置温度提高10℃，堆置时间缩短1h。这说明在α-淀粉酶退浆过程中，添加海藻糖可以较大程度地提升α-淀粉酶热稳定性和退浆效果。