一种提高羊毛角蛋白酶促改性效率的方法

摘要

本发明公开了一种提高羊毛角蛋白酶促改性效率的方法，属于纺织材料生化改性技术领域。旨在利用羊毛角蛋白结构中富含二硫键的特点，通过还原形成的巯基与丙炔胺发生点击化学反应，将氨基引入角蛋白结构，增加TGase酶促反应作用位点的数量，提高羊毛角蛋白酶促改性的效率。本发明操作反应效率高、无毒、易控制，且没有因化学反应副反应造成的副产物残留、环境污染和织物强力损伤等问题，具有很强的实用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高羊毛角蛋白酶促改性效率的方法，属于纺织材料生化改性技术领域。

背景技术

羊毛作为基础原料不仅在纺织行业占据重要地位，在再生材料领域也用途甚广。作为纺织材料的羊毛制品存在着一些自身的缺点，如易毡缩，难以护理，染色性能较差，易霉变等.且含羊毛角蛋白的再生材料也必须进行适当改性方可应用。羊毛及其角蛋白再生材料通常利用羊毛角蛋白中所含的反应性基团-COOH、-NH₂等通过化学法进行改性，然而化学反应过程需要使用大量的化学试剂，且反应条件苛刻，对羊毛纤维的损伤较大；此外化学试剂的残留和排放，具有不可避免的毒副作用，且易对环境造成严重的污染。

目前，利用生物酶法来对羊毛及其相关材料进行改性能够解决上述化学方法存在化学试剂残留和排放的问题，羊毛及其相关材料的生物酶法改性是利用可以作用于羊毛角蛋白的酶制剂，如蛋白酶对羊毛角蛋白进行水解，从而赋予羊毛织物良好的防毡缩性，并可提高羊毛的染色性能。然而蛋白酶使用过程存在反应难控制、酶作用专一性较差等问题，因而容易引起羊毛的过度损伤。

谷氨酰胺转胺酶(TGase)可以催化蛋白质分子间或分子内、蛋白质与含有伯胺基团的化合物之间形成共价键的转移酶，羊毛角蛋白的氨基酸组成(谷氨酸含量14％，赖氨酸含量2.8％)使其理论上可以作为TGase的作用底物。近年来的研究结果表明，TGase可以修复因化学或蛋白酶预处理带来的羊毛纤维的强力损伤，并一定程度上改善了织物的毡缩性、染色性能、抗起球性、抗蛋白酶的水解作用、亲水性、手感等；此外TGase可催化羊毛角蛋白与含有伯胺基团的活性物质发生接枝反应，使羊毛角蛋白材料具有阻燃、抗菌等功能性质。然而羊毛纤维的固体状态以及羊毛角蛋白中赖氨酸含量不高，使得羊毛的TGase酶促改性效率不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效、简单的利用巯基点击化学反应在角蛋白中引入氨基，提高羊毛角蛋白TGase酶促改性效率的方法。

为解决上述技术问题，本发明利用羊毛角蛋白富含的二硫键，还原后形成巯基，该巯基可与炔或烯发生点击化学反应的性质，以丙炔胺为反应物，在羊毛角蛋白结构中引入氨基，从而羊毛及其相关材料TGase酶促改性的效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种利用巯基点击化学反应提高羊毛角蛋白酶促改性效率的方法，所述方法将羊毛角蛋白中的二硫键还原形成巯基，以炔胺化合物为反应物，与巯基发生点击化学反应，即可在羊毛角蛋白结构中引入氨基，提高TGase酶促改性的效率。

在本发明的一种实施方式中，所述将羊毛角蛋白中的二硫键还原形成巯基所用的还原剂为任一可溶还原剂。

在本发明的一种实施方式中，所述还原剂为亚硫酸氢钠、亚硫酸钠、巯基乙醇或半胱氨酸中的任一种。

在本发明的一种实施方式中，所述炔胺化合物为丙炔胺。

在本发明的一种实施方式中，所述点击化学反应是在光引发剂的作用下发生的。

在本发明的一种实施方式中，当原料为羊毛时，所述方法具体包括以下步骤：

(1)羊毛的氨基化改性：称取脱脂后的羊毛，浸入含有15-25mg/L的还原剂水溶液中，浴比为1:30-1:50，在60-70℃水浴条件中预处理0.5-1h后，再按40-60μL/100mg_羊毛加入丙炔胺，加入光引发剂10-20μL，引发功率为80-90kJ，反应1-2h，将反应后的羊毛取出后经水洗涤烘干得到氨基化羊毛；

(2)氨基化羊毛的TGase酶促反应：将上述步骤得到的氨基化羊毛浸入含有20-30U/g_羊毛的TGase酶的10-50mM>

在本发明的一种实施方式中，当原料为含羊毛角蛋白的再生材料时，所述方法具体包括以下步骤：

(1)含羊毛角蛋白的再生材料的氨基化改性：称取含羊毛角蛋白的再生材料，浸入含有15-25mg/L的还原剂水溶液中，浴比为1:30-1:50，在60-70℃水浴条件中预处理0.5-1h后，再按40-60μL/100mg_再生材料加入丙炔胺，加入光引发剂10-20μL，引发功率为80-90kJ，反应1-2h，将反应后的含羊毛角蛋白的再生材料取出后经水洗涤烘干得到氨基化含羊毛角蛋白的再生材料；

(2)氨基化含羊毛角蛋白的再生材料的TGase酶促反应：将上述步骤得到的氨基化含羊毛角蛋白的再生材料浸入含有20-30U/g_再生材料的TGase酶的10-50mM>

本发明还提供了上述方法制备得到的羊毛以及含羊毛角蛋白的再生材料，以及上述羊毛制备得到的羊毛织物或者混合织物。

本发明取得的有益效果：

本发明通过将羊毛角蛋白中的二硫基氧化成巯基，通过点击化学反应引入氨基，从而提高羊毛角蛋白谷氨酰胺转氨酶酶促改性效率的方法，为羊毛的生物法功能化改性提供了新的研究思路，与传统方法中的利用物理法或化学法对羊毛进行适当的预处理，通过破坏鳞片结构来提高角蛋白的酶促改性效果的方法相比，改性反应条件简单、反应性强、副反应无害、对羊毛角蛋白材料的强力影响小，促进酶促改性的效率显著提升，可提升28％，具有很强的实用性。

具体实施方式

点击化学反应的程度的表征：将羊毛角蛋白溶解，利用Ellman’s试剂法测定羊毛角蛋白中巯基含量的变化，可以表征羊毛角蛋白发生点击化学反应的程度。

酶促反应的效率：通过测定羊毛TGase酶促反应生成的游离氨含量考察羊毛酶促反应的效率。

实施例1

(1)羊毛的氨基化改性：称取脱脂后的羊毛，浸入含有25mg/L的亚硫酸氢钠的水溶液中，浴比为1:30，在70℃水浴条件中预处理1h后，再加入丙炔胺60μL/100mg_羊毛、光引发剂10μL，引发功率为90kJ，反应2h，取出后经水洗涤烘干得到氨基化羊毛；

测定角蛋白中巯基含量：将氨基化羊毛剪碎浸入含8M尿素与25mg/L的亚硫酸氢钠的水溶液，用5mol/L氢氧化钠试剂调节pH值至9.5，放入90℃振荡水浴锅中溶解6h，抽滤、透析、浓缩得到角蛋白溶液。以Ellman’s试剂法测定角蛋白中巯基含量比未经改性的原羊毛角蛋白减少了15.3％；

(2)氨基化羊毛的TGase酶促反应：将羊毛浸入含有30U/g_羊毛TGase的50mMTris-盐酸缓冲溶液中，于37℃反应12h，反应结束后，取出羊毛充分水洗、烘干。

利用靛酚蓝法测定TGase催化角蛋白时释放氨气的浓度，经氨基化改性的羊毛酶促反应生成的游离氨含量比未经改性的羊毛增加了28.2％。

实施例2

(1)羊毛的氨基化改性：称取脱脂后的羊毛，浸入含有25mg/L的巯基乙醇的水溶液中，浴比为1:50，在70℃水浴条件中预处理1h后，再加入丙炔胺60μL/100mg_羊毛、光引发剂10μL，引发功率为90kJ，反应2h，取出后经水洗涤烘干得到氨基化羊毛；以Ellman’s试剂法测定角蛋白中巯基含量比未经改性的原羊毛角蛋白减少了14.5％；

(2)氨基化羊毛的TGase酶促反应：将羊毛浸入含有20U/g_羊毛的TGase酶的50mMTris-盐酸缓冲溶液中，于37℃反应12h，反应结束后，取出羊毛充分水洗、烘干。

利用靛酚蓝法测定TGase催化角蛋白时释放氨气的浓度，经氨基化改性的羊毛酶促反应生成的游离氨含量比未经改性的羊毛增加了27.0％。

实施例3

(1)羊毛的氨基化改性：称取脱脂后的羊毛，浸入含有15mg/L的亚硫酸氢钠的水溶液中，浴比为1:30，在70℃水浴条件中预处理0.5h后，再加入丙炔胺40μL/100mg_羊毛、光引发剂20μL，引发功率为90kJ，反应2h，取出后经水洗涤烘干得到氨基化羊毛；以Ellman’s试剂法测定角蛋白中巯基含量比未经改性的原羊毛角蛋白减少了14.8％；

(2)氨基化羊毛的TGase酶促反应：将羊毛浸入含有25U/g羊毛TGase的50mMTris-盐酸缓冲溶液中，于37℃反应12h，反应结束后，取出羊毛充分水洗、烘干。

利用靛酚蓝法测定TGase催化角蛋白时释放氨气的浓度，经氨基化改性的羊毛酶促反应生成的游离氨含量比未经改性的羊毛增加了27.2％。

对比例1采用其他炔胺

此处选用的炔胺为N-甲基丙炔胺，其余步骤和操作和实施例1相同，制备得到的羊毛经酶促反应生成的游离氨含量与未经改性的羊毛相比没有明显的变化。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。