بررسی تاثیر آنزیم بر روی کالاهای رنگرزی شده با رنگ مستقیم

همگام با رشد فزایندة استفاده از فرآیندهای بیوتکنولوژی در صنعت، استفاده از آنزیم‌ها در صنایع نساجی نیز گسترش چشمگیری داشته است به عنوان مهمترین نمونه از این موارد می‌توان هیدرولیز کتنرل شده آنزیمی کالاهای سلولزی توسط سلولازها را نام برد

دسته بندی	نساجی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	613 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	93

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول : مقدمه .......................

1-1) مقدمه ...........................

1-2) اهداف پروژه ......................

1-3) اهمیت پروژه.......................

1-4) کارهای انجام شده قبل..............

1-4-1) هیدرولیز آنزیمی سلولز و عوامل مؤثر در شدت هیدرولیز...............................

1-4-2) اثر آنزیم سلولاز بر رنگ پذیری الیاف سلولزی

1-4-3) تأثیر رنگ به کار رفته روی پارچه در شدت هیدرولیز آنزیمی.................................

فصل دوم: تجربیات ......................

1-2) مواد مورد استفاده.................

2-2) وسایل مورد استفاده ...............

2-3) روش انجام آزمایشات................

2-3-1) رنگرزری پارچه های پنبه ای قبل از هیدرولیز آنزیمی.......................................

2-3-2) هیدرولیز آنزیمی پارچه های پنبه ای قبل از رنگرزی.......................................

فصل سوم: نتایج و بحث...................

فصل چهارم: نمونه ها...................

فصل پنجم: مقالات لاتین..................

فصل یکم

1-1) مقدمه

همگام با رشد فزایندة استفاده از فرآیندهای بیوتکنولوژی در صنعت، استفاده از آنزیم‌ها در صنایع نساجی نیز گسترش چشمگیری داشته است. به عنوان مهمترین نمونه از این موارد می‌توان هیدرولیز کتنرل شده آنزیمی کالاهای سلولزی توسط سلولازها را نام برد.

این عملیات اولین بار در ژاپن تحت عنوان بیوپولیشینگ (1) برای تکمیل پارچه های تاری ـ پودی بکار گرفته شد. این تکمیل خاص پارچه های پنبه ای نبوده و می‌تواند برای پارچه های بافته شده از کتان، رامی و دیگر الیاف سلولزی و مخلوط آنها با الیاف مصنوعی و پروتئینی نیز بکار برده شود.

هیدرولیز آنزیمی منسوجات سلولزی، توسط ایزوآنزیم های سلولاز انجام می‌شود. سلولاز به سیستمی از آنزیم ها اطلاق می‌شود که باهم به صورت زنجیره ای عمل کرده و قادر به شکستن پلیمرهای سلولزی بسیار آرایش یافته هستند. اجزاء سلولاز عبارت از:

الف) اکسو ـ بتا ـ 1و4 ـ گلوکانیز[1] (E.C.3.2.1.91)

ب) اندو ـ بتا ـ 1و4 ـ گلوکانیز[2] (E.C.3.2.1.4)

ج) بتا ـ گلوکزایداز[3] (E.C.3.2.1.21)

می‌باشد (3و2) به طور خلاصه مکانیزم هیدرولیز پلیمرهای سلولزی توسط این آنزیم‌‌ها را می‌توان به این صورت در نظر گرفت که:

× اکسو گلوکانیزها (اکسوسلولازها) واحدهای سلوبیوز را از انتهای غیراحیایی زنجیره‌های سلولزی جدا می‌کنند.

× اندوگلوکانیزها (اندوسلولازها) پیوندهای بتا ـ 1و4 ـ گلوکزایدها را به صورت تصادفی هیدرولیز می‌کنند و سبب کاهش درجه پلیمریزاسیون زنجیره های سلولزی می‌شود.

× بتاگلوکزایدها یا سلوبیازها واحدهای سلوبیوز را به گلوکز تجزیة می‌کنند.

× اگرچه یک همکاری گروهی بین این ترکیبات مشاهده شده است ولی جزئیات نحوة فعالیت آنها کاملاً مشخص نمی‌باشد. (3و2)

سلولاز قابل استفاده در صنعت نساجی از حدود 12 منبع مختلف تهیه می‌شود. دسته‌بندی آنزیم های سلولاز معمولاً باتوجه به محدودهpH آنان صورت می‌گیرد که منظور آن است که در این pH بالاترین فعالیت را دارند و براین اساس آنزیم های سلولاز به سه دسته اسیدی، بازی و خنثی تقسیم می شوند.

آنزیمهای خنثی در pH حدود 7-6 بالاترین فعالیت را داشته و آنزیمهای اسیدی در pH محدوده 5/5-5/4 فعال تر می باشند در حالیکه آنزیم های قلیایی در محیط های قلیایی فعالند. رایج ترین آنزیم های مورد استفاده جهت پارچه های پنبه ای آنزیم‌های اسیدی و خنثی می باشند. آنزیم های قلیایی در مواد شوینده خانگی بکار می روند که به خارج شدن لکه ها و بهبود سطح پارچه بعد از چند بار شستشو کمک می‌کنند.

آنزیم سلولاز در سالهای اخیر در تکمیل منسوجات پنبه ای در جهت کاهش پرزها در پارچه‌های حلقوی و در شستشوی پارچه‌های کتانی به طور وسیع استفاده شده اند. این آنزیم ها در تکمیل های نساجی و در ماشین هایی که در آنها فعالیت مکانیکی وجد دارد مانند جت ها، وینچ ها و ماشین های شستشویی بکار می روند. آن نکته که افزایش فعالیت مکانیکی، شدت هیدرولیز توسط آنزیم را در طول فرآیند هیدرولیز افزایش می‌دهد مورد تاکید قرار گرفته است.

آنزیمها پروتئینهای ویژه ای هستند که به عنوان کاتالیزورهای بیولوژیکی عمل می‌‌نمایند یعنی بدون ایجاد تغییری در نقطه تعادل , واکنشهای بیوشیمیایی را کاتالیز می‌کنند . (27)

کوهن کلمه آنزیم ] از دو کلمه یونانی En ( داخل ) و Zyme ( مخمر ) تشکیل شده است یعنی در مخمر [ را ابداع نموده و اولین بار در سال 1835 توسط شخصی بنام برزلیوس ( J.berzelius ) نام آنزیم بکار برده شد و توضیح داد که تبدیل نشاسته به مالتوز توسط یک آنزیم کاتالیز می شود ( در زبان آلمانی به جای آنزیم از کلمه دیاستاز نیز استفاده می شد . ) همچنین آقای پاستور تشخیص داد که عمل تخمیر توسط آنزیمها انجام می گیرد , این دانشمند در سال 1360 پیش بینی کرد که آنزیمها بطور پیچیده ای به داخل سلولهای مخمر متصل شده اند . در سال 1926 توسط شخصی به نام سومنر ( Sumner ) آنزیم اوره آز از دندانه های باقلا مانند ( Jack bean ) جدا و تقریباً تخلیص گردید , و بعدها کشف پپسین و ترپسین از لوزالمعده و معده بعمل آمده و با استفاده از این آنزیمها کاملاً متوجه شدند که آنزیمها از پروتئین تشکیل شده اند . امروزه تقریباً 2000 نوع آنزیم مختلف شناسایی شده و تعداد زیادی از آنها تخلیص گردیده و در حدود 200 نوع آن بصورت کریستاله تهیه شده است . (25)

وزن ملکولی آنزیمها بین تا بیشتر از دالتون است . ساختمان این ترکیبات از نوع ساختمان پروتئین می باشد . و تنها اختلاف آنزیمها با پروتئینها نحوه عمل بیولوژیکی آنها می باشد , بدین معنی که به علت داشتن ساختمان سه بعدی و دارا بودن عوامل فعال اسیدهای آمینه که در قسمتهائی از مولکول مجتمع شده اند دارای خواص ویژه آنزیمی می باشند . این عوامل فعال که بعضی از ریشه های اسیدهای آمینه می باشند بصورتی در کنار هم قرار گرفته اند که قادرند جمعاً در یک واکنش بیوشیمیایی شرکت کنند. بنابراین ساختمان سه بعدی آنزیمها را می توان یکی از شرایط لازم برای فعالیت آنزیم دانست . (27)

اصول واکنشهای آنزیمی

در واکنشهای آنزیمی ترکیبی که تحت تأثیر آنزیم قرار می گیرد سوبسترا (substrate) و ترکیبی که در جریان واکنش تولید می شود محصول Product)) نامیده می شود که بطور کلی می توان پروسه واکنش آنزیمی را با علامات اختصاری زیر نمایش داد :

E+ P S

در واکنش فوق S مخفف سوبسترا , E مخفف آنزیم و P مخفف محصول می باشد . البته لازم به ذکر است که در بعضی از واکنش ها بیش از یک محصول تولید می شود .

در یک واکنش آنزیمی در حین تبدیل سوبسترا به محصول مراحل متعددی وجود دارد که بطور کلی می توان آن را در سه مرحله زیرخلاصه کرد .

E+S DEP E+P

مرحله اول : آنزیم و سوبسترا با هم پیوند شیمیایی برقرار نموده و کمپکس آنزیم ـ سوبسترا را بوجود می آورند .

E+S D ES

مرحله دوم : توسط عوامل شیمیایی مشخصی در قسمت خاصی ( محل فعال یا جایگاه فعال ) از ملکول آنزیم , سرعت تبدیل سوبسترا به محصول افزایش یافته که منجر به تشکیل کمپلکس آنزیم ـ محصول می گردد .

ES D EP

مرحله سوم : محصول از آنزیم جدا شده و آنزیم بدون آنکه فرم ساختمانی خود را از دست داده باشد به حالت اول باز می گردد .

EP E+P

همچنان بطور شماتیک نشان داده شده است , آنزیمها در جریان واکنش هیچ گاه مصرف نشده و در پایان واکنش بدون تغییر آزاد می گردند . همچنین مقدار بسیار کم و جزئی آنزیم برای تبدیل مقدار زیادی از سوبسترا به محصول کافی است , به عنوان مثال 0.0001µ mole از یک آنزیم می تواند هزاران مولکول از سوبسترا را در عرض چند ثانیه به محصول تبدیل بنماید .

آنزیمها فقط در افزایش سرعت واکنش تبدیل سوبسترا به محصول مؤثر بوده و در عوامل دیگر از قبیل نوع محصول دخالتی ندارند , یعنی در حقیقت آنزیم ها موجب کاهش انرژی فعال کننده واکنش می شوند . (27)

شکل 1 : انرژی فعال کننده برای واکنش بدون آنزیم و واکنشی که توسط آنزیم کاتالیز می شود .

ساختمان آنزیمها

آنزیمها ساختمان پروتئینی دارند . ساختمان بعضی از آنزیمها فقط از پروتئین تشکیل یافته که فعالیت این نوع آنزیمها تنها به ساختمان پروتئینی آن بستگی دارد و آنزیم ساده نامیده می شوند ( به عنوان مثال بعضی از پروتئازها از قبیل تریپسین ) . اما اغلب آنزیمها برای انجام فعالیت کاتالیزوری علاوه بر ساختمان پروتئینی خود به ترکیبات فعال کننده غیر پروتئینی نیاز دارند که این نوع آنزیمها را آنزیمهای مرکب ( هالو آنزیم ) می نامند .

قسمت پروتئینی آنزیم را آپوآنزیم ( Apoenzyme ) , ترکیب فعال کننده غیر پروتئینی را کوفاکتور , و کمپلکس کوفاکتور و قسمت پروتئینی را هالوآنزیم Holoenzyme) ) می نامند . آپوآنزیم غیر فعال است و فعال شدن آن مستلزم وجود کوفاکتور می باشد . (27)

هالوآنزیم = کوفاکتور + آپوآنزیم

(فعال) (غیرفعال)

واحد سازنده آنزیمها آمینو اسیدهای متفاوتی هستند که به فرم عمومی ذیل می توان آنها را نشان داد : .

این ملکولهای ساده در عدم حضور آب متراکم شده تولید زنجیرهای پلی پیتایدی بلندتر می کنند .

در حین افزایش طول زنجیر پلیمری و فعل و انفعالات عملاً باعث می شوند تا ملکول پیچیده حاضر شکل سه بعدی مخصوص به خود بگیرد . وقتی این آرایش یافتگی حاصل شود جرم پلیمری درهم رفته تبدیل به یک پروتئین می شود و بعضی از این پروتئینها به عنوان آنزیم عمل می کنند . (27)

چگونگی عمل کردن آنزیمها

یک آنزیم دارای یک شکل سه بعدی مشخص است . این شکل و سایر فاکتورها از قبیل محل قرار گرفتن مکان فعال آنزیم ویژگی ملکولی را کنترل می کنند . همانطوریکه در شکل 2 نشان داده شده است ,‌یک آنزیم جذب سطح کالای داده شده بصورت قفل و کلید می شود . با قرار گرفتن در روی سطح کالا به سریع شدن واکنش بین کالا و محیط و تولید محصولات واکنش کمک می کند . از آنجائیکه آنزیمها به عنوان کاتالیست عمل می کنند خودشان تحت تأثیر واکنشی که کالا با آن مواجه می شود قرار نمی گیرد و تغییر نمی یابند . بعد از وقوع واکنش آنزیم رها می شود تا در قسمت دیگری از سطح کالا جذب شود . این فرآیند ادامه پیدا می کند تا آنزیم تا توسط یک جز شیمیایی مسموم شود و یا در اثر دما و یا H Pنامناسب و

یا هر شرایط منفی دیگری در محیط پروسه فعالیت خود را از دست بدهد . (27)

شکل 2 : مکانیزم « قفل و کلید » برای عمل آنزیم .

آنزیم جذب سطح کالا شده و منجر به آزاد شدن محصولات واکنش و آنزیم می‌شود .

نامگذاری و طبقه بندی آنزیمها

بعضی از آنزیمها را با نام قدیمی آنها ذکر می کنند به عنوان مثال پپسین و ترپپسین , اما روش کلی برای نام گذاری آنزیم این است که ابتدا کلمه سوبسترا و به دنبال آن کلمه آز ( asc ) را ذکر می نمایند به عنوان مثال : آنزیمهایی که لیپیدها را هیدرولیز می نمایند لیپاز , آزیمهایی که پروتئینها را هیدرولیز می نمایند پروتنئاز , آنزیمهایی که اوره را کاتالیز نموده اوره آز و آنزیمی که کاتالیز آرژنین را بر عهده دارد آرژیناز می نامند .( 4 )

از سال 1961 کمیته بین المللی آنزیمها ( EC=Enzymc Commision ) آنزیمها را بر حسب نوع واکنشی که کاتالیز می کنند به شش طبقه اصلی تقسیم نموده و هر طبقه خود به چند گروه و هر گروه به چند دسته تقسیم شده اند , بطوریکه هر آنزیم با علامت EC و چهار عدد شناسایی می شود , که عدد اول معرف طبقه , و عدد دوم گروه , عدد سوم دسته و عدد چهارم شماره ردیف هر آنزیم در دسته خود می باشد . به عنوان مثال EC 2.7.1.40 طبقه, گروه, دسته و ردیف آنزیم پیروات کیناز را مشخص می نماید.(27)

شش طبقه اصلی آنزیمها عبارتند از : (27)

1 ـ اکسید و ردوکتازها ( Oxidoreductases ) : که موجب اکسیداسیون یک جسم و احیاء جسم دیگر می شوند .

XH+Y YH+X

مهمترین آنزیمها این طبقه عبارتند از : اکسیدازها , هیدروکیلازها , دهیدروژنازها و سیتوکروم ها .

به عنوان مثال لاکتات د هیدروژناز ( LD ) که کاتالیز تبدیل اسیدلاکتیت به اسید پیروئیک و بالعکس را بر عهده دارد .

OH O

H NAD NADH, H⁺

2 ـ ترانسفرازها ( Transfrases ) : که عمل انتقال یک عامل شیمیایی از یک جسم به جسم دیگر را کاتالیز می نماید و بر اساس نوع ریشه انتقال یافته این طبقه را گروه بندی می نمایند .

X+A-Y →A-X-Y

مثال : فسفوفروکتوکیناز آنزیمی است که انتقال یک ریشه فسفات را از یک مولکول ATP بر روی فروکتوز ـ 6 ـ فسفات کاتالیز می نماید .

فسفوفروکتوکیناز

فروکتوز – او 6 – دی فسفات + ADP فروکتوز – 6 – فسفات +ATP

3 ـ هیدرولازها ( Hydrolases ) : موجب هیدرولیز پیوندهای مختلف می‌شوند . به عنوان مثال : پروتئازها موجب هیدرولیز پیوندهای پپتیدی , لیپازها موجب هیدرولیز پیونداستری و آمیلازها موجب هیدرولیز پیوندهای گلیکوزیدیک می شوند .

4 ـ لیازها ( Lyases ) : با جدا کردن پیوندهایی مانند C – C , C - S , C - N و
C-O موجب پیدایش پیوند دوگانه می گردند . گروه بندی این طبقه بر اساس انواع پیوند دوگانه می باشد .

مثال :

فرماراز

OH

HOOC - CH = CH – COOH HOOC - CH – COOH

5 ـ آیزومرازها ( Isomerases ) : این آنزیمها کاتالیز تبدیل سوبسترا به ایزومر اپتیک خود را بر عهده دارند . مثال :

گلیسرآلدئید – 3 – فسفات دی هیدروکسی استون فسفات

6 ـ لیگازها ( Ligases ) : به این آنزیمها سنتتازها (sunthetases ) نیز گفته می شود . کاتالیز پیوند دو جسم را به عمل می آورند که البته برای انجام این عمل احتیاج به انرژی داشته که آن را از ATP و یا شکستن پیوندهای پر انرژی تأمین می نمایند ,

به عنوان مثال :

واحد فعالیت آنزیم :

مقدار غلظت آنزیمها در درون سلولهای بافتهای مختلف و یا سرم بسیار کم و ناچیز است , به همین دلیل تعیین غلظت آن با استفاده از روشهای بکار برده شده برای تعیین سایر پروتئینها ( به عنوان مثال روش بیوره ) امکان پذیر نبوده و سایر روشهای شیمیایی نیز طولانی و پر خرج می باشد . ( با استفاده از رادیو ایمنواسی و دستگاه گاما کانتر می توان غلظت بعضی از آنزیمها را در سرم اندازه گیری نمود ) لذا برای سنجش میزان یک آنزیم در یک محلول بیولوژیکی از فعالیت آن استفاده می شود . کمیته بین المللی آنزیمها ( EC ) برای تعیین فعالیتهای آنزیم واحدی را به شرح زیر تعریف نموده است که آن را واحد بین المللی ( IU ) می نامند : ( 4 )

یک واحد بین المللی عبارتست از مقدار آنزیمی که بتواند در مدت زمان یک دقیقه و در شرایط اپتیمم یک میکرو مول سوبسترا را کاتالیز بنماید (IU = molein ) .

شرایط اپتیمم عبارتست از PH و درجه حرارت معین و موجود بودن سیستم تامپونی و کوفاکتورهایی که سبب می شوند آنزیم حداکثر فعالیت را از خود نشان دهد .

واحد حجم محلول برای سنجش فعالیت آنزیم یک میلی لیتر و در برخی مواد یک لیتر می باشد , لذا موقع نوشتن واحد فعالیت , واحد حجم محلولی که آنزیم در آن قرار دارد را نیز ذکر می کنند :

Iui= µ mole min I

1 واحد = یک میکرو مول در دقیقه ( µ mole min )

1 میلی واحد ( mu ) = یک میلی میکرون مول در دقیقه (m µ mole / min )

1 میکرو واحد ( µu ) = یک میکرو میکرو مول در دقیقه (mole/ min µ µ )

در برخی موارد فعالیت آنزیم را با روش های ویژه ای ( بر اساس نام محقق یا ابداع کننده روش ) اندازه گیری می نمایند , در این حالت برای تبدیل واحد بین المللی از ضرایبی استفاده می شود . به عنوان مثال هر واحد بودانسکی 35/5 برابر واحد بین المللی در لیتر و هر واحد آرمبنسترانگ 2/7 برابر واحد بین المللی درلیترمی باشند . ( 4 )

اثر غلظت آنزیم و غلظت سوبسترا بر واکنش آنزیمی :

غلظت سوبسترا و آنزیم بطور مستقیم در سرعت واکنش آنزیمی دخالت دارند .

شکل3: اثر غلظت آنزیمی در واکنش های مختلف آنریمی نشان داده شده است .

در این شکل مقدار سوبسترای تبدیل یافته بر حسب زمان در چهار واکنش مختلف آنزیمی نشان داده شده است . این واکنشها همگی به مقادیر مازاد سوبسترا انجام گرفته است .

نمودار 1 و 2 و 3 و 4 مربوط به چهار واکنش آنزیمی است که در هر یک غلظت آنزیم به ترتیب افزایش یافته است . همانطور که ملاحظه می شود مقدار سوبسترای تغییر یافته در هر زمان برای غلظت های بیشتر آنزیم زیادتر است . اثر غلظت سوبسترا نیز به همین ترتیب است , بدین معنی که در غلظت های ثابت آنزیم , سرعت آنزیمی نسبت مستقیم با غلطت سوبسترا دارد. هرچه مقدار سوبسترا برای مقدارآنزیم معینی بیشتر گردد سرعت واکنش آنزیمی زیادتر می شود . خلاصه اثر غلظت سوبسترا و آنزیم در شمای زیر نشان داده شده است .

بررسی تاثیر آنزیم بر روی کالاهای رنگرزی شده با رنگ مستقیماثر آنزیم سلولاز بر رنگ پذیری الیاف سلولزیرنگرزری پارچه های پنبه ای قبل از هیدرولیز آنزیمی