劉克勝，王瑩軍，孔博丹，趙云龍，何有節(jié)（四川大學(xué)制革清潔技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，四川成都610065）

酸性蛋白酶在兔毛皮染色中的應(yīng)用研究

劉克勝，王瑩軍，孔博丹，趙云龍，何有節(jié)*
（四川大學(xué)制革清潔技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，四川成都610065）

摘要：通過(guò)測(cè)定染料的上染速率和上染百分率，研究了酸性蛋白酶預(yù)處理溫度、時(shí)間、酶用量對(duì)兔毛皮染色性能的影響。結(jié)果表明：酸性蛋白酶預(yù)處理后的兔毛皮上染速率加快，染百分率提高，在較低溫度（55益）下用希力藍(lán)和希力紅染料染色，上染百分率分別為97.06%和97.84%，高于55益下未用酸性蛋白酶處理的上染率，能達(dá)到常規(guī)高溫（68益）染色的效果。酸性蛋白酶預(yù)處理的最佳條件為：酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%，溫度55益，預(yù)處理時(shí)間30 min。

關(guān)鍵詞院兔毛皮；低溫染色；酸性蛋白酶；預(yù)處理

前言

兔毛纖維手感滑爽，表面光滑，富有較強(qiáng)的光澤，是常用動(dòng)物毛絨中最細(xì)的纖維，是近幾年毛紡行業(yè)的主要原料[1]。目前在實(shí)際生產(chǎn)中毛皮的染色通常是在較高溫下進(jìn)行的，這種條件下對(duì)毛纖維及皮板有損傷，長(zhǎng)時(shí)間染色使纖維強(qiáng)度降低。并且染色溫度較高，能耗較大，上染率也不能達(dá)到一個(gè)更高的結(jié)果，不僅浪費(fèi)了能源，還浪費(fèi)了染料[2]。染色主要是由毛

外層的組織結(jié)構(gòu)決定的，兔毛的外層附有一層厚度為5～10 μm的鱗片，它是由類脂物質(zhì)組成，這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了毛被在染色方面的化學(xué)惰性和憎水性[3]。因此，染色前處理毛鱗片層對(duì)染色具有至關(guān)重要的作用。本文采用酸性蛋白酶對(duì)兔毛皮進(jìn)行預(yù)處理，使毛鱗片層龜裂或部分破壞，親水性增強(qiáng)，進(jìn)而促使染料迅速滲透上染，在較低溫度下就能達(dá)到較高的上染率[4]。通過(guò)對(duì)兔毛皮的上染率、上染速率等進(jìn)行比較，優(yōu)化出預(yù)處理的最佳條件并確定染色工藝。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1.1.1主要實(shí)驗(yàn)材料

兔毛皮（藍(lán)皮），實(shí)驗(yàn)室自制；希力毛皮紅BA、希力毛皮藍(lán)TR、毛皮勻染劑H-GL，北京泛博科技有限責(zé)任公司；裘皮酸性蛋白酶FA，深圳綠微康生物工程有限公司；甲酸（AR），成都市科龍化工試劑公司。

1.1.2主要儀器及設(shè)備

HZS-HA型恒溫水浴振蕩器，東聯(lián)電子科技開(kāi)發(fā)有限公司；722型光柵可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；pHS-2C數(shù)字式pH計(jì)，上海日島科技儀器有限公司；FA1004電子天平，上海精科天平廠。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1酸性蛋白酶預(yù)處理及染色

取毛皮剪成小塊（4 cm×5 cm），稱量作為以下實(shí)驗(yàn)用料依據(jù)。將毛皮小塊樣品置于錐形瓶中，控制單一變量，分別在不同的溫度、時(shí)間、預(yù)處理酶液濃度下進(jìn)行預(yù)處理。將預(yù)處理過(guò)的兔皮按照規(guī)定工藝進(jìn)行染色，測(cè)定上染率，比較不同處理?xiàng)l件對(duì)毛皮上染率的影響，然后再進(jìn)行正交試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化出最佳工藝條件。

1.2.2上染率測(cè)定

采用分光光度計(jì)分別測(cè)定染色前和染色后染液的吸光度，按以下公式計(jì)算：

1.2.3上染速率測(cè)定

用希力系列染料對(duì)經(jīng)酸性蛋白酶預(yù)處理的毛皮與沒(méi)有預(yù)處理的毛皮在相同工藝下進(jìn)行染色，在染色過(guò)程中每間隔10 min測(cè)定染料的上染百分率，然后與時(shí)間對(duì)應(yīng)作圖得到上染率曲線。

1.2.4正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了3因素3水平的正交試驗(yàn)表，如表1所示。其中具體因素的水平依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。

表1　正交試驗(yàn)方案

1.2.5對(duì)比實(shí)驗(yàn)

在用酸性蛋白酶預(yù)處理低溫染色最佳工藝條件下與空白樣以及68℃常規(guī)染色進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)分光光度計(jì)測(cè)量染液染色開(kāi)始時(shí)和結(jié)束時(shí)的吸光度，計(jì)算上染率，比較不同工藝染料的上染率，確定酸性蛋白酶處理的效果是否顯著。

2　結(jié)果與討論

2.1不同溫度對(duì)上染率的影響

在液比為1∶20，酸性蛋白酶用量5%的條件下，分別在20、30、40、50、60℃情況下，用希力藍(lán)和希力紅染料進(jìn)行染色，所得結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　不同溫度的上染率

由表2可以看出，對(duì)于希力紅染料和希力藍(lán)染料，上染率隨著溫度的升高均呈現(xiàn)上升

趨勢(shì)。20～40℃溫度區(qū)間，染料的上染率呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，而40℃以后則是緩慢上升，50℃以后上染率基本穩(wěn)定。綜合考慮經(jīng)濟(jì)等各方面因素，上染溫度應(yīng)控制在50℃左右。

表3　蛋白酶處理不同時(shí)間的上染率

表4　不同酸性蛋白酶用量的上染率

2.2不同作用時(shí)間對(duì)上染率的影響

在液比為1∶20，酸性蛋白酶用量5%，50℃條件下，用希力藍(lán)和希力紅染料進(jìn)行染色，酸性蛋白酶分別在染色前20、30、40、50、60 min加入，測(cè)得上染率結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3數(shù)據(jù)可知，隨著酸性蛋白酶處理時(shí)間的延長(zhǎng)，兩種染料上染率均有提高。希力藍(lán)和希力紅染料染色前用酸性蛋白酶處理毛皮25 min后，上染率基本穩(wěn)定。所以，酸性蛋白酶對(duì)毛皮低溫染色的影響與作用時(shí)間有關(guān)，蛋白酶作用時(shí)間越長(zhǎng)，上染率越高。結(jié)合經(jīng)濟(jì)效率考慮，蛋白酶處理時(shí)間應(yīng)至少為25 min。

2.3不同酸性蛋白酶用量對(duì)上染率的影響

表5　正交試驗(yàn)方案

在液比為1∶20，溫度50℃下，分別利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、3%、5%、7%的蛋白酶處理后，用希力藍(lán)和希力紅染料進(jìn)行染色，所測(cè)得上染率見(jiàn)表4。

由表4數(shù)據(jù)可知，酸性蛋白酶具有明顯促染效果。酶用量1%～5%范圍內(nèi)，希力藍(lán)染料和希力紅染料上染率明顯提高，超過(guò)5%以后，提高緩慢。結(jié)合經(jīng)濟(jì)等因素考慮，酶用量控制在5%左右為宜。酸性蛋白酶對(duì)希力藍(lán)和希力紅染料都有明顯的促染作用，而且在一定用量范圍內(nèi)，蛋白酶用量越大，促染效果越好，可能是因?yàn)榈鞍酌甘沟明[片層龜裂或部分破壞，親水性增強(qiáng)。

2.4正交試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)上述單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)方案如表5所示。

該實(shí)驗(yàn)使用兩種毛皮染料染色，測(cè)得希力藍(lán)上染率及實(shí)驗(yàn)分析如表6。

測(cè)得希力紅上染率及實(shí)驗(yàn)分析如表7。

表6　正交結(jié)果分析

極差R越大，影響因素就越重要。由表6、表7可以看出，影響因素影響力順序?yàn)椋簻?/p>

度＞酶用量＞作用時(shí)間。

表7　正交結(jié)果分析

圖1　希力藍(lán)染色上染速率曲線

圖2　希力紅染色上染速率曲線

根據(jù)對(duì)比，得出酸性蛋白酶預(yù)處理最佳工藝條件為：溫度55℃，酸性蛋白酶用量5%，預(yù)處理時(shí)間為30 min。

2.5上染速率的比較

圖1和圖2分別為采用希力藍(lán)毛皮染料和希力紅毛皮染料對(duì)酸性酶預(yù)處理樣和空白樣進(jìn)行染色的上染速率曲線。

由圖1可以看出，經(jīng)過(guò)酸性蛋白酶處理后的毛皮，采用希力藍(lán)染料染色的上染率明顯高于未用酸性蛋白酶處理的上染率，而且在30 min時(shí)上染率已很高，40 min時(shí)基本達(dá)到平衡，而未經(jīng)蛋白酶處理的毛皮要在60 min左右才達(dá)到上染平衡。同樣地，由圖2可以看出經(jīng)過(guò)酸性蛋白酶處理后的毛皮，希力紅染料染色上染率明顯高于未用蛋白酶處理的上染率，且在50 min時(shí)基本達(dá)到上染平衡，而未經(jīng)酸性蛋白酶處理的毛皮，在70 min左右時(shí)還未達(dá)到平衡。

所以，酸性蛋白酶處理的毛皮上染速率較快，達(dá)到上染平衡時(shí)間短；未處理的毛皮上染速率較慢，達(dá)到上染平衡時(shí)間長(zhǎng)?？梢?jiàn)，酸性蛋白酶處理具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以顯著改善毛皮的染色性能，縮短染色時(shí)間。

2.6應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

采用酶處理最佳工藝對(duì)毛皮進(jìn)行酶處理后染色，并做空白樣和常規(guī)染色對(duì)照實(shí)驗(yàn)。即在55℃用酸性

蛋白酶預(yù)處理且低溫（55℃）染色與68℃高溫常規(guī)染色以及55℃空白樣進(jìn)行對(duì)比，得到不同染色工藝的上染率，見(jiàn)表8。

表8　不同方案的染色效果對(duì)比

由表8數(shù)據(jù)可知，采用希力藍(lán)染料染色，酸性蛋白酶處理后的毛皮上染率比沒(méi)有蛋白酶處理的毛皮高7.65%，而采用希力紅染料，酸性蛋白酶處理的毛皮上染率比沒(méi)有酸性蛋白酶處理的高12.22%。可見(jiàn)，通過(guò)蛋白酶預(yù)處理，即使在55℃的低溫情況下，上染率與常規(guī)68℃高溫染色效果相當(dāng)。因此，蛋白酶預(yù)處理能有效促進(jìn)染料上染，有效降低染色溫度，進(jìn)而節(jié)約能源，減小污染。

3　結(jié)論

（1）通過(guò)酸性蛋白酶預(yù)處理，可縮短染色時(shí)間，節(jié)約能源，促進(jìn)染料上染，提高上染百分率，且能達(dá)到常規(guī)染色工藝的染色效果。

（2）酸性蛋白酶預(yù)處理最佳工藝條件為：溫度55℃，蛋白酶用量5%，預(yù)處理時(shí)間30 min。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁茂光.兔毛的形態(tài)結(jié)構(gòu)及染色工藝探討[J].毛紡科技，1997，（6）：16-18.

[2]周文龍，孫鎧.羊毛鱗片層類脂結(jié)構(gòu)對(duì)羊毛特性的影響[J].毛紡科技，2001，（1）：17-21.

[3]許鳳鳴，王清惠.氧化染料染毛皮的實(shí)踐[J].中國(guó)皮革，1975，11（9）：31-39.

[4]趙雪，何瑾馨.生物酶在羊毛染整加工中的應(yīng)用研究[J].毛紡科技，2008，（11）：9-10.

*通信聯(lián)系人：heyoujie@scu.edu.cn

Applicationof Acid Protease in Dyeing of Rabbit Fur

LIU Ke-sheng, WANG Ying-jun, KONG Bo-dan, ZHAO Yun-long, HE You-jie*(National Engineering Laboratory for Clean Technology of Leather Manufacture, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

Abstract:The influence of enzyme pretreatment parameters e.g. temperature, time and amount of acid pro-tease on the dyeing properties of rabbit fur was studied by means of measuring the dyeing rate and dye ex-haustion. The results showed that both the dyeing rate and dye exhaustion of rabbit fur increased after acid protease pretreatment, and at lower dyeing temperature (55益) the dye exhaustion reached 97.06% and 97.84% for Xili Blue and Xili Red respectively, which were compared favorably with that of conventional dyeing process (at 68益). The optimal acid protease pretreatment parameters are temperature 55益, dosage of acid protease 5% and the processing time 30 minutes.

Key words:rabbit fur; low temperature dyeing; acid protease; pretreatment

作者簡(jiǎn)介：第一劉克勝（1988.5-），男，山東青島人，碩士研究生，主要從事毛皮清潔化染色研究。

基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-44-D-3）

收稿日期：2015-02-30

中圖分類號(hào)院TS 529.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼院A

文章編號(hào)：1671-1602（2015）08-0021-04