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1前言

隨著人們對健康環(huán)保紡織品需求的增加以及各國政府對環(huán)境保護強制力度的加大,在紡織印染行業(yè)中一種新型的紡織助劑———生物酶制劑的應(yīng)用逐漸發(fā)展起來。目前,一種基于果膠酶的新型紡織生物助劑正在應(yīng)用推廣中,它主要用于棉、麻的前處理工藝。由于紡織企業(yè)多數(shù)對果膠酶的生物特性不甚了解,在工藝應(yīng)用過程中缺乏相應(yīng)的檢測手段,使其推廣受到限制。酶活力(活性)是衡量酶生物活性及含量的重要指標,因此,建立適用于紡織行業(yè)的果膠酶酶活檢測方法,是十分迫切和必要的。

2果膠酶的酶促作用機理

果膠酶是一類復(fù)合酶,是指分解果膠質(zhì)的多種酶的總稱。我們測定的酶活值通常是這一類復(fù)合酶協(xié)同作用的綜合結(jié)果。果膠酶可分為兩大類:解聚酶和果膠酯酶。解聚酶主要是通過水解作用和反式消去作用,切斷果膠和果膠酶分子α-1,4糖苷鍵,將果膠分子降解為小分子。果膠酯酶的作用是使果膠分子中的甲酯水解,最后形成果膠酸。

果膠質(zhì)主要是由Ｄ-半乳糖醛酸以α-1,4糖苷鍵連接形成的直鏈狀聚合物。部分Ｄ-半乳糖醛酸上的羧基被甲醇酯化、形成甲酯,或被一種或多種堿部分或全部中和。果膠質(zhì)在植物的細胞組織中起著“粘合”作用,在棉纖維的初生胞壁中,果膠質(zhì)含量約占9%,而麻纖維則更高。

通過果膠酶的作用,將果膠質(zhì)降解為小分子物質(zhì),從纖維中游離出來,可使與其粘合在一起的其它雜質(zhì)(如蠟質(zhì)、蛋白質(zhì)、灰份等)與纖維素徹底分開,達到棉精煉或麻脫膠的目的。

對于紡織行業(yè),需要的是將果膠催化水解成可游離出纖維的、小分子物質(zhì)的果膠酶活性(力),因此,主要測定解聚酶的活力。解聚酶對果膠分子的酶促催化作用表現(xiàn)為,每切斷一個果膠分子的α-1,4糖苷鍵,就會形成一個還原性醛基。通過測定這些還原性醛基生成的量,即可判定解聚酶的酶活力。

3測定酶活力(性)的基本原理

酶作為一種生物催化劑,其酶活力值是與其催化效率及有效(即有生物活性)酶的含量相關(guān)的。酶活力是酶在單位時間內(nèi)將底物轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物的

能力,以Ｕ(ｍｏｌ/時間)表示,底物即是酶催化的反應(yīng)物。通常,酶制劑的活力是以Ｕ/ｇ酶制劑(或Ｕ/ｍＬ酶制劑)表示,把酶制劑的量和活力聯(lián)系在一起,稱為“比活力”。在特定條件下,通過測定單位量的某種酶制劑在單位時間內(nèi)催化足夠量底物生成反應(yīng)產(chǎn)物的量,即可測出此酶制劑的比活力。

根據(jù)酶促反應(yīng)動力學(xué)的米氏學(xué)說,從酶被底物飽和的現(xiàn)象出發(fā),按照“穩(wěn)態(tài)平衡”假說的設(shè)想,可推導(dǎo)出如下公式:

產(chǎn)物生成速率=ｋ3[總酶][底物]/([底物]+ｋｍ)(1)

式中:[總酶]———酶的總濃度(ｍｏｌ/ｍＬ);

[底物]———底物濃度(ｍｏｌ/ｍＬ);

ｋ3———在酶促反應(yīng)的第二步,形成最終產(chǎn)物的速率常數(shù);

ｋｍ———米氏常數(shù)(ｍｏｌ/ｍＬ),其值是當酶反應(yīng)速率達到最大反應(yīng)速率一半時的底物濃度。

要估計[總酶],首先要固定所有可控制的獨立變量,如ｐＨ值、溫度等。

當[底物]>>Ｋｍ時,底物對反應(yīng)速率的影響可忽略(酶飽和),酶促反應(yīng)達到最大反應(yīng)速率Ｖｍａｘ,其結(jié)果是:

產(chǎn)物生成速率=ｋ3[總酶]=Ｖｍａｘ=Ｕ

Ｕ就成為總酶量的一種測量。因此,可以通過測定Ｕ來反映酶制劑中有效酶蛋白的含量。

4果膠酶酶活的測定方法概述和比較

測定果膠酶酶活的方法有很多,但基本上都是利用酶促分解果膠產(chǎn)生的粘度下降或生成的還原性醛基來測定果膠酶酶活。這些方法概括起來主要有粘度降低法、滴定法和分光光度法3種。本文分別選取一種較典型的測定方法加以介紹。

4.1粘度降低法

4.1.1原理

果膠溶于水后形成粘稠狀溶液,其粘度和溶解度與其聚合和酯化程度有關(guān)。可以利用果膠的這種性質(zhì),測其酶活力。即在一定溫度、酶濃度下和一定反應(yīng)時間內(nèi),測定標準果膠溶液粘度的降低率。

4.1.2操作方法

浴中保溫10ｍｉｎ后,加入1ｍＬ酶液,繼續(xù)保溫,在不同時間分別測定反應(yīng)混合液流出粘度計小球的時間。對照實驗采用經(jīng)熱處理已失活的酶液。

4.1.3計算

粘度下降百分數(shù)可用下式表示:

粘度

下降(%)=100(Ｔｏ-Ｔ)/(Ｔｏ-Ｔα)(2)

式中:Ｔ、Ｔｏ和Ｔα分別為反應(yīng)混合液、對照混合液和緩沖液的流出時間(ｓ)。

酶溶液要預(yù)先稀釋,使粘度降低范圍在20%～80%。在此范圍內(nèi),酶濃度對數(shù)與粘度降低率成正比。以酶作用時間為橫坐標、粘度下降百分數(shù)為縱坐標做標準曲線,在圖中查出粘度下降50%時對應(yīng)酶的作用時間(Ｔ1/2)。在上述條件下,引起粘度下降50%的酶量為10個果膠酶活力單位,即酶活單位=10/(Ｔ1/2/3600)。

4.2滴定法

4.2.1原理

果膠酶徹底水解果膠,生成半乳糖醛酸;半乳糖醛酸可與碘(過量)反應(yīng)。反應(yīng)后剩余的碘可用硫代硫酸鈉溶液滴定,據(jù)此可得出酶解反應(yīng)產(chǎn)生的半乳糖醛酸的量。以生成半乳糖醛酸的量衡量果膠酶的活力。

4.2.2測定方法

取1%果膠溶液10ｍＬ,加入到5ｍＬ酶液和5ｍＬ水,調(diào)ｐＨ至3.5,在50℃水浴中保持2ｈ,取出加熱煮沸。冷卻后,取5ｍＬ反應(yīng)液移入碘量瓶中,加1Ｍ碳酸鈉溶液1ｍＬ,0.1Ｎ碘液5ｍＬ,搖勻,加塞,于室溫下放置20ｍｉｎ,加2Ｎ硫酸2ｍＬ,用0.05Ｎ硫代硫酸鈉滴定至淡黃色,加0.5%淀粉指示劑1ｍＬ,繼續(xù)滴定至藍色消失為止。記錄所消耗的硫代硫酸鈉毫升數(shù)Ａ。空白試驗用10ｍＬ果膠溶液、10ｍＬ水,不加酶液,不經(jīng)保溫,直接取此混合物5ｍＬ于100ｍＬ三角瓶中用于滴定,記錄消耗的硫代硫酸鈉毫升數(shù)Ｂ。

4.2.3計算

在上述條件下,1ｈ酶促轉(zhuǎn)化果膠、生成1ｍｇ當量游離半乳糖醛酸所需的酶量定為一個酶活單位。

每毫升酶液的活力單位=(Ｂ-Ａ)Ｎ×0.51×20.(5×2×5)(3)

式中:Ｎ———硫代硫酸鈉的當量濃度;

0.51———1ｍｇ當量硫代硫酸鈉相當于0.51ｍｇ當量的半乳糖醛酸;

20———分解果膠反應(yīng)液的總體積數(shù);

5、2、5———分別表示反應(yīng)中加入酶液的毫升數(shù)、反應(yīng)時間、滴定時所取反應(yīng)液的毫升數(shù)。