红球菌的优化培养及其粗酶液在腈纶改性中的应用

论文摘要

腈纶是热塑性合成纤维之一,它具有高强度、高弹性、颜色鲜艳等许多优良的性能,在许多方面和羊毛相似甚至超过羊毛,美中不足之处就是其亲水性能差和静电效应严重。传统的物理改性不能保持腈纶的一些优良性能,而化学改性则由于反应条件苛刻,环境污染严重而不被看好。随着人们对生物酶的认识不断提高,酶的研究与应用已经渗透到各个领域,本研究就腈纶纤维的生物酶改性作了研究探索。腈纶纤维中丙烯腈单元主要是首尾相接,这使得同一大分子上相邻氰基之间因极性方向相同而相互排斥,相邻大分子的氰基之间因极性方向相反而相互吸引,这就使得腈纶分子呈不规则的螺旋棒状构象,纤维大分子排列侧向有序,腈纶的这种超分子结构决定了其亲水性比较差,所以我们试图利用氰基转化酶表面催化作用破坏高极性的氰基,改善腈纶的亲水性能。在本论文中,我们选择了红球菌是产氰基转化酶（腈水解酶、腈水合酶和酰胺酶）的工作菌,并从红球菌中提取出粗酶液,然后处理腈纶织物,试图改善腈纶织物的亲水性和抗静电性。通过测定织物处理前后的回潮率、静电半衰期、阳离子染料的上染率和酸性染料的K/S值等来检验改性的效果。由于氰基转化酶在红球菌中为胞内酶,而且为诱导酶,其活性受很多因素的调控,所以首先我们对红球菌的发酵培养条件进行了优化,通过气相色谱测定酶活。这是本论文的第一部分工作。通过优化培养,我们发现,当在pH=7,初始葡萄糖浓度为15g/L,培养时间为72小时,培养温度30℃时比较利于酶液酶活的提高,Fe2+,Co2+,Zn2+,Ca2+金属离子在一定浓度范围内可以提高酶活,以氯化钴的含量为15mg/L时较高,己内酰胺、尿素、乙酰胺、乙腈等作为诱导剂都有较高的产菌量和酶活,以尿素含量为0.6%具有最高酶活,酶活达到168.4U/mL,具有的较高的酶活。论文的第二部分工作是寻找酶反应的最佳条件,并将细胞破碎后提取的酶液处理织物,随后,我们对酶反应条件进行了探索,发现,在反应液pH=7和反应温度为40℃时酶活比较大。对于本试验的超声波细胞破碎,最佳超声工作时间为12.5分钟,超声输出功率为240W。经过从红球菌中提取的粗酶液处理后,腈纶织物的回潮率、静电半衰期、酸性染料（K/S）和阳离子染料（上染率）的可染性等均有不同程度的提高。本文又研究了加入表面活性剂或有机溶剂时的改性情况。当同时加入5%的异丙醇和0.5%的非离子渗透剂MP与5%的酶液同浴处理24小时后,织物具有最好的改性效果,此时,K/S值是原来的五倍多,半衰期降低到2.39s。通过对酶处理前后腈纶表面化学元素的XPS分析,证实了腈纶表面的部分-CN被转化为-COOH和-CONH2。本文的腈纶的生物酶改性取得了较好的成果,织物的回潮率、静电半衰期、可染性均得到了提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 生物酶的性质
• 1.2 生物酶在纺织中的应用概况
• 1.2.1 生物酶在天然纤维中的应用
• 1.2.2 生物酶在合成纤维中的应用
• 1.3 腈纶纤维的改性方法
• 1.3.1 腈纶纤维的化学改性
• 1.3.2 腈纶纤维的物理改性
• 1.3.3 氰基转化酶对腈纶的改性
• 1.4 生产氰基转化酶的菌株
• 1.5 国内外对腈纶纤维酶改性的研究现状
• 1.6 本课题的研究内容及意义
• 2 红球菌的培养优化
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验药品和主要仪器设备
• 2.2.2 培养基和培养方法
• 2.2.3 离心收获湿菌体及配制细胞悬浮液
• 2.2.4 酶活的计算及产物浓度的确定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 培养基的pH值对菌体浓度及酶活的影响
• 2.3.2 培养基的葡萄糖浓度对菌体浓度及酶活的影响
• 2.3.3 发酵培养时间对酶活和湿菌量的影响
• 2.3.4 培养温度对菌体浓度及酶活的影响
• 2.3.5 摇床转速对酶活及湿菌量的影响
• 2.3.6 金属离子对酶活及湿菌量的影响
• 2.3.7 诱导剂对菌体浓度及酶活的影响
• 2.4 本章小结
• 3 粗酶液在腈纶织物上的应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验药品和仪器
• 3.2.2 超声波细胞破碎法
• 3.2.3 腈纶织物的酶改性工艺
• 3.2.4 腈纶织物改性效果的评价方法及分析测试手段
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 粗酶液的最佳反应条件
• 3.3.2 细胞破碎条件对酶活的影响
• 3.3.3 粗酶液在腈纶改性中的应用
• 3.4 本章小结
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 硕士论文期间发表的论文情况
• 致谢
• 附录