酶对固体墨污布洗净率的研究

酶对固体墨污布洗净率的研究

探讨了降低固体墨中动物胶的作用及提高洗净率的方法。用Trypsin、Papain和Uguis分解明胶，酶的用量越多，明胶的分解越快。在固体墨溶液中添加酶，发现Trypsin和Papain使固体墨液的透过率上升。在洗净实验中，用方差检验分析了洗净率与酶及纤维的关系。用酶洗净固体墨污垢，主要是酶对固体墨中的胶发生了作用。

酶；固体墨污布；洗净率

固体墨中动物胶的作用是保护胶体，本研究用明胶代替动物胶，考察了蛋白质分解酶对墨液的沉降作用，同时在洗净实验中调查了蛋白质分解酶对固体墨污垢的去除效果。实验所用的酶是在身体用洗涤剂中配合的、植物提取的木瓜蛋白酶（Papain），动物提取的胰蛋白酶（Trypsin）和墨污垢洗净中使用的夜莺粉（U g u i s）。由于对u g u i s的用法不清楚，因而，本研究用试剂酶作比较，以确认它的作用。

1 实验

1.1 实验材料

固体墨使用日本きくや制造的油烟墨。实验布：聚酯布（日本中尾滤布提供，PET）、棉60（关西衣生活研究提供，cotton）、聚酯65%/棉 35%混纺布（关西衣生活研究提供，PC）。对上述白布实施前处理后，裁成10cm×10cm的布基备用。酶：Papain（日本和光纯药提供）、Trypsin（来自于活猪1:250，由NaKalai tesque提供）。uguis（美容文化社提供），是把uguis加工成粉末，在快速起泡的肥皂中1次混入0.5g uguis，为防止吸湿，在肥皂中混入了自然赋形物。

在明胶分解实验中，使用试剂级的明胶和试剂级的氨基酸L（-）-苯基丙氨酸（特级）。pH调整采用了NaOH溶液和盐酸溶液。上述材料均来自日本和光纯药株式会社。

1.2 墨液透过率的测定

在10mL同样浓度的固体墨溶液（约7.79g固体墨/200mL蒸馏水）中，分别添加3种酶，测定固体墨溶液的透过率（日本岛津制作所 UV-2550,530nm），加入的酶量为100、250 mg/kg，温度30℃、40℃。

1.3 酶对明胶的分解性

1.3.1 导电率测定法

（1）明胶检量线

测定明胶浓度分别为0.1%、0.5%、1.0%、 1.5%、2.0%溶液的导电率（HORIBA ES-51，电极常数1052×100m-1，测定范围0.1～10 S/ m-1），用分光光度计（日本岛津制作所 UV-2550）测定UV下的吸光度。明胶溶液的浓度X与导电率Y1成比例关系。

为了考察用导电率测定明胶溶液浓度的妥当性，本研究还测定了同样浓度明胶溶液的吸光度（λmax=258nm），明胶在258nm处对苯基丙氨酸有吸收。测定结果显示：明胶浓度X与吸光度Y2成比例关系。

上述实验测定的导电率Y3与吸光度测定值X间具有很高的相关性。

因此，通过测定导电率把握明胶溶液的浓度是可行的。

（2）氨基酸液检量线

明胶经酶分解后会生成氨基酸，为了考察用导电率的变化追踪氨基酸浓度的妥当性，本研究使用试剂氨基酸做了定量讨论。实验测定了5、 50、100、250、500、1000、2000、5000 mg/kg、1.0%、1.5%、2.0% L（-）-苯基丙氨酸水溶液的导电率。L（-）-苯基丙氨酸的浓度X与导电率Y4成比例关系。

本研究还测定了L（-）-苯基丙氨酸在λmax=258nm处的吸光度，确认L（-）-苯基丙氨酸浓度（5、50、100、250、500、1000、2000 mg/kg）与吸光度Y5存在比例关系。

上述实验测定的导电率Y6与吸光度测定值X存在高相关性。

因此，通过测定导电率把握L（-）-苯基丙氨酸浓度是可行的。

1.3.2 空白实验

测定2.0%明胶溶液与Papain、Trypsin、Uguis各250ppm（40℃，pH5.8）反应60min的导电率，单独调查酶对明胶溶液导电率的影响。

1.3.3 分解率的定义

把式（1）测定的导电率换算成明胶浓度，将明胶初始浓度减少的量作为分解量，并以百分率表示明胶的分解率。

1.3.4 明胶的分解

把3种酶分别添加至200mL 2.0%的明胶水溶液中，测定溶液导电率的变化。为了讨论洗涤条件，酶的加入量为100、200、250mg/kg，温度30℃、40℃、50℃，用NaOH或盐酸调整溶液的pH为4.4、5.9、8.0、10.5，然后测定溶液的导电率，按照1.3.3的方法求出明胶的分解率。

1.4 墨污染布的制作及洗涤方法

用固体墨的原液（约7.79g固体墨/蒸馏水200mL）做成全面污染布，作为浓墨污染布。污布洗净前的反射率（平均值±SD，n=20），PET（21.24±0.06）%，棉（17.63±0.14）%，PC （18.96±0.33）%。使用同样的固体墨做成薄墨（固体墨0.534g/蒸馏水200mL）污染布，污染布洗净前的反射率（平均值±SD，n=20），PET （29.63±2.48）%，棉（31.72±2.34）%，PC （39.42±1.66）%。

洗净方法：用立式去污机在100r/min下分别洗净污布15min、30min。第一次经酶洗净后，用水漂洗，在烘干机（60℃）干燥1h，然后进行第二次酶洗净。洗净条件采用各种酶分解效果高的条件。第二次酶洗净后，用40℃ 0.5%的SDS溶液洗净15min、30min，以除去污垢和实验布上的酶。洗净性评价是通过测定实验布的表面反射率（日本电色SQ 2000），算出K/S值，最后求出洗净率（%）。Rs根据第一次洗净、第二次洗净及第一次洗净前污布的表面反射率值来计算。

对薄墨污染布第二次酶洗净30min的洗净布，本研究调查了污布中的蛋白质残留量。实验是把污布浸在100mL 0.1mol/L NaOH溶液中，在80℃搅拌2h，抽出明胶。根据Bradford法，用同仁化学的蛋白快速定量仪（Lot FQ823）测定抽出液中的蛋白质含量。

2 结果与讨论

2.1 酶对墨液透过率的影响

本研究调查了酶对固体墨液的洗净作用。实验是把浓度为100、250mg/kg的Papain、Trypsin、Uguis分别添加至固体墨溶液中，图1是在30℃和40℃反应的结果。添加Uguis的实验从开始至结束，固体墨溶液的透过率始终为0，故略去该图。实验所用的固体墨溶液在21h后的透过率为0，说明无墨粒沉降。

图1 酶对固体墨液透过率的影响

在添加Papain、Trypsin的体系中，均观察到了墨粒子沉降的现象，固体墨溶液的透过率上升。添加250mg/kg的Papain，在30℃、40℃反应1h后，固体墨溶液的透过率上升。这可能是动物胶发生分解，墨粒子开始沉降之故。添加100mg/kg的Papain在3h后，墨粒子才开始发生沉降。在添加250mg/kg的Papain反应8h后（30℃），固体墨溶液的透过率达到最高的59.2%。在观察到墨粒子沉降的同时，还观察到墨粒子凝集的状态，这是两种不同的现象。例如，添加100mg/kg的Papain（40℃）8h后，固体墨溶液的透过率为46.1%，大的墨粒子凝集呈块沉降，而更加细小的粒子呈分散状态，因而透过率高。

Trypsin比Papain更快引起墨液粒子沉降，在所有条件下，均显示出比较高的透过率。添加250mg/ kg的Trypsin（40℃）最先发生沉降现象，8h后固体墨溶液的透过率达到72.5%。添加100mg/kg的Trypsin（40℃）在1h后也发生墨粒子沉降，8h后固体墨溶液的透过率达到66.8%。说明温度是Trypsin的优先反应条件。Trypsin对动物胶的作用比Papain更快，分解量更多。

2.2 酶对明胶的分解

2.2.1 酶量与分解率

在固体墨溶液的沉降实验中，虽没有得到Uguis的数据，但由明胶分解确认了它对固体墨的作用。图2是空白实验的结果。在单纯的2.0%明胶溶液及单纯的250mg/kg的Papain、Trypsin、Uguis溶液中，溶液的导电率均没有发生变化。

图2 三种酶和2.0%明胶在40℃蒸馏水中的导电率

在2%的明胶溶液中分别添加100、200、 250mg/kg的Papain、Trypsin、Uguis，通过导电率测定明胶溶液分解生成的氨基酸量。研究发现：随着时间增加，明胶溶液的导电率上升。图3是根据导电率求出的明胶分解率。不论是哪种酶，随着时间增加均会导致明胶发生分解，并在反应30min后达到一定值。Papain及Trypsin 在200mg/kg、250mg/kg的添加量的分解率均高。在所有浓度范围内，Trypsin的明胶分解作用均高于Papain。Uguis比上述两种酶的明胶分解率低，在100mg/kg，明胶几乎没有分解。

图3 2.0%明胶分解率与酶浓度的关系（40℃，pH5.9，n＝3）

图4 2.0%明胶分解率与温度的关系（250mg/kg，pH5.9，n＝3）

图5 2.0%明胶分解率与溶液pH值的关系（250mg/kg，pH5.9，n＝3）

2.2.2 温度与分解

图4是250mg/kg的Papain、Trypsin、Uguis在 30℃、40℃、50℃对2.0%明胶的分解率。Papain及Trypsin在50℃、40℃的分解率都高，而在30℃的分解率较低。Uguis在所有的温度范围内分解率均比其他酶低。

2.2.3 pH与分解率

图5是250mg/kg的Papain、Trypsin、Uguis在pH4.4、pH5.9、pH 8.0、pH 10.5对2.0%明胶的分解率。Papain及Trypsin在pH5.9的分解率最高。Papain在pH4.4、pH8.0的分解率低，在pH10.5几乎没有发生分解。Trypsin在pH4.4和pH10.5的分解率低。Uguis在所有条件下的分解率都低。

Papain和Trypsin均是加水分解酶对肽结合发生作用。Papain有广泛的基质特异性。在中性pH作用性广，是完全的一次构造的单纯蛋白质。Trypsin的基质特异性严密，只对含有羧基的肽结合有特异的作用。Uguis由于不是试剂，对它的详细情况不了解，它对明胶的分解效果较小。在250mg/kg浓度、40℃下作用60min后，比较3种酶的最大分解率，Trypsin为41.6%，Papain为39.9%，Uguis为13.6%，Trypsin的分解率最高，Uguis的分解率仅为Trypsin的3成左右。在固体墨溶液沉降实验中，未观察到Uguis使墨溶液透过率发生改变，但在明胶分解实验中发现，Uguis使溶液的导电率上升，说明Uguis使明胶慢慢地发生了分解。

2.3 酶对墨污布的洗净性

洗净需要从基础实验找出适合的酶应用条件。根据图1的结果，为使动物胶分解，在洗净前把

污布在500mL浓度为250mg/kg的酶溶液中浸泡2h（40℃），根据图3～图5的洗净结果，在1L蒸馏水（40℃）中添加250mg/kg的酶，调整溶液pH为5.9，进行洗净。图6是浓墨污染布（Dark ink）及薄墨污染布（Light ink）分别用酶洗净1次的结果，图7是经酶第2次洗净的结果，图8是为了提高洗净效果，用SDS再次洗净后的结果。图中的空白样是用水洗净的结果。

2.3.1 用酶洗净第1次的洗净结果（图6）

对浓墨污染布，用酶洗净1次、2次的洗净力都很低。在第1次用酶洗净时，酶的种类及纤维种类对洗净率并无差别（ANOVA，p＜0.05）。洗净时间的差别：对于棉，洗15min和洗30min有明显差别，30min的洗净率更高（ANOVA，p＜0.05）。

薄墨污染布比浓墨污染布的洗净率数值高。酶对洗净率差的影响，Trypsin对棉的洗净率高（ANOVA，p＜0.05）。对不同纤维种类，在使用Uguis时，洗净时间及纤维种类的洗净率有差别（ANOVA，p＜0.05），30min的洗净率以PC最高。

第1次用酶洗净，不论是浓墨污染布还是薄墨污染布，均与水洗的洗净率没有差别。通过酶的作用分解动物胶对提高洗净率帮助不大。同水洗一样，它的作用只是使墨污垢从布表面脱离。

2.3.2 用酶洗净第2次的洗净效果（图7）

浓墨污染布的洗净率稍有提高，大多数的洗净率＜10%。酶只对PET和PC的洗净率有影响， Uguis对PET及PC的洗净率高（ANOVA，p＜0.05）。没有发现纤维种类引起的洗净率差别（ANOVA，p＜0.05）。洗净时间的影响，对于PET，30min的洗净率最高（ANOVA，p＜0.05）。

薄墨污染布的洗净率高于酶第1次的洗净率。酶种类引起的洗净率差，在棉及PC均可观察到（ANOVA，p＜0.05），Uguis对棉的洗净率高。对于PC，Uguis比空白样和Papain的洗净率更高，Trypsin比Papain的洗净率高（Bonferroni-Dunn法，p＜0.05）。纤维种类的差别，所有酶都能观察到差异（ANOVA，p＜0.05）。Papain对PET的洗净率比棉和PC更高（Bonferroni-Dunn法，p＜0.05），洗净时间引起的洗净率差没有观察到（ANOVA，p＜0.05）。

图6 第1次经酶洗净的洗净率（250mg/kg，40℃，n＝10）

在用酶洗涤时，对于所有纤维，Papain的洗净率比空白样低，这可能是发生了墨的再污染，或植物由来的酶对动物胶的分解力低。

2.3.3 SDS洗净效果（图8）

用酶洗净后，为了除去污布上的污垢及酶，本研究用SDS溶液对污布进行了洗净。浓墨污染布的洗净率只是稍有上升。不同的酶对PC的洗净率有差别，其中Uguis的洗净率更高（ANOVA，p＜0.05）。Uguis和Trypsin对不同纤维的洗净率有差别，对PC的洗净率更高（ANOVA，p＜0.05）。洗净时间的影响：酶对PC洗净 30min的洗净率更高

在薄墨污染布的洗净中，不同酶对PC的洗净率有差别（ANOVA，p＜0.05），Uguis比Papain的洗净率更高（Bonferroni-Dunn法，p＜0.05）。所有酶的洗净率均因纤维种类有差别（ANOVA，p＜0.05），Papain对PET的洗净率高于对棉和PC的洗净率（Bonferroni-Dunn法，p＜0.05）。Uguis对PC的洗净率高于棉（Bonferroni-Dunn法，p＜0.05）。Trypsin对PET和PC的洗净率高于棉（Bonferroni-Dunn法，p＜0.05）。洗净时间的影响：Uguis洗净30min的洗净率更高（ANOVA，p＜0.05）。

图7 第2次经酶洗净的洗净率（250mg/kg，40℃，n＝10）

图8 酶洗净后再经0.5%SDS洗净的洗净率（40℃，n＝10）

洗净次数与洗净率的关系，是对酶洗净第1次、酶洗净第2次在30min的洗净结果进行比较的。在用Trypsin、Uguis洗净浓墨污染的场合，发现了洗净次数及纤维种类引起的洗净率差，第2次洗净的洗净率更高（ANOVA，p＜0.05）。对棉及PC，在第2次洗净后的洗净率明显提高（ANOVA，p＜0.05）。对薄墨污染布，则是PET及PC洗净第2次后的洗净率显著提高（ANOVA，p＜0.05）。

2.3.4 洗净后污布的动物胶残留量

Papain比空白样的洗净率更低，这可能与动物胶的未分解有关，或者是还有其他原因。因此，本研究用Bradford法调查了洗净后污染布的动物胶残留量。图9是洗净前PET污布、棉污布、PC污布的蛋白质含量与洗净后薄墨污染布（用酶第2次洗净30min）的对比结果。

图9 用Bradford法测定洗净前后样品上的动物胶残留率（n＝2）

不论是哪种污布，与洗净前相比，洗净后的蛋白质含量均减少，说明蛋白质残留量与洗净率间有一定的相关性。例如，用Papain洗净时，洗净率低的棉及PC的污布上残留的蛋白质是较多的，比水洗时的蛋白质残留量还多。而对于洗净率高的Trypsin，洗净后污布上的蛋白质含量较少。同时考虑污布的洗净率与蛋白质残留量的话，由于Papain对动物胶的分解量少，因而洗净性低，Trypsin对动物胶的分解量多，因而洗净性也高。

2.3.5 酶洗净的课题

本研究整理墨污染布的洗净结果，提出以下两个课题；

首先，从3种酶对3种墨污染布的洗净效果，得到以下结论：①棉是3种纤维中墨污垢最难洗去的。为了获得高于空白样的洗净率，先用Papain洗净后，再用Trypsin和Uguis洗净Papain无法洗净的污垢。对不同纤维的洗净率，Trypsin和Uguis对PET、Uguis对棉、Uguis和Trypsin对PC均比空白样的洗净率高。

课题1 从对明胶的分解和固体墨液透过率的测定中，虽然发现Uguis的洗净效果并不理想，但为何它的洗净率高呢？众所周知，鸟类的粪便中是存在蛋白酶的，在明胶中很难检出蛋白质的活性，但用酪素可检出蛋白酶的活性。在本实验中，Uguis对明胶的分解率及固体墨溶液的透过率均低，表现出与Uguis对明胶作用相似的倾向。Uguis的洗净率高的理由，是酶作用对干燥状态的动物胶与溶液不同，市售品中所含添加剂的影响也不甚明了。

另一方面，在固体墨溶液的沉降实验中，尽管确认了Papain对动物胶的分解效果，也确认了酪素的分解效果，但Papain的洗净率很低。酶对溶液（液体）与布（固体）的作用不同至今还有不解之处。由于没有足够的详细数据，要阐明这些问题，还需今后做进一步的研究。

课题2 提高洗净率。比较筱原阳子与本文图8浓墨洗净的结果后发现，棉和PC的洗净率只是稍有提高，但对于PET，组合洗净方法比用酶洗净的洗净率更高。

WG.Cutler等人曾经研究了酶对含蛋白质污垢的日本墨汁的洗净性，他们用碱性蛋白酶对EMPA116（用血液、墨汁、墨水混合染制的棉污布）进行洗净实验，发现只用洗涤剂洗净（40℃），所得的污布反射率约17%，而添加酶后，污布反射率约为38%。虽然添加酶提高了洗涤剂的洗净效果，但即使是配合酶的洗涤剂，除去墨污垢也很困难。在本实验条件下，用酶单独洗净浓墨棉污布，用Trypsin对棉污布进行第2次酶洗净（30min，40℃）后，污布反射率为25%。本研究仅使用动植物由来的酶，从先前微生物由来的酶的高洗净效果研究出发，探讨了不同种类酶的洗净效果，进一步研究了酶对墨污染布的作用。

3 结论

本研究讨论了利用酶分解动物胶、除去墨污垢的方法，得到的主要实验结果如下：

3.1 在固体墨溶液中添加酶，测定溶液透过率。

Trypsin在添加时出现墨粒子的沉降和透过率上升的现象，Papain则在添加1h后开始变化。Uguis的透过率自始至终为0。

3.2 用明胶代替动物胶测定，用Papain、Trypsin、Uguis分解明胶，确认它们的作用。结果显示，Papain、Trypsin、Uguis均是酶含量越多其分解率越高，而且在40℃，pH5.9时分解率高。

3.3 从上述3.1、3.2的结果设定洗净条件，获得比空白样洗净率高的纤维是：Uguis和Trypsin对PET，Uguis对棉，Uguis和Trypsin对PC。

3.4 从洗净后污布的蛋白质残留量调查结果来看，洗净率高的污布，蛋白质残留量少，酶对墨污垢的洗净作用是除去动物胶所致。

（岳霄译自2015.4《纤维消费杂志》，作者是日本冈山大学的筱原阳子）

The Detergency of Enzymes on Cloth Soiled with Solid India Ink

Yoko SHINOHARA

A method for the removal of India ink dirt from fabrics involving the reduction of the protective colloid of the glia present in the ink was investigated. The gelatin was decomposed by the enzymes trypsin, papain and uguis. The more enzymes applied, the faster the decomposition of the gelatin. When the mixture of enzymes was added to an India ink solution, the transmittance was increased by trypsin and papain. A washing test was then conducted to use variance test to analyze the relationship between the cleaning rate and these enzymes and fbers. It was revealed that the soil was removed by the effect of enzymes toward the glue in the solid India ink solution.

enzyme; cloth soiledwith solidIndia ink;cleaning rate