1.2.5 Розробка технології фарбування текстильних матеріалів з природних волокон з використанням ферментів

Ферменти - це специфічні глобулярні білки, що беруть участь в хімічному перетворенні речовин як каталізатори. Як правило, це білки, або комплекси білків з яким або кофактором -іоном металу або спеціальною органічною молекулою. Ферменти залишаються незмінними після реакції, тобто звільняючись, вони можуть реагувати з новими молекулами субстрата. Вони надають свою дію в нікчемно малих концентраціях. Ферменти, будучи білками, володіють рядом характерних для цього класу органічних сполук властивостей, що відрізняються від властивостей неорганічних каталізаторів.

Фермент не володіє субодиничною структурою, за формою близької до глобули. Поліпептидний ланцюг укладений таким чином, що гідрофобні залишки занурені всередину глобули, а гідрофільні бічні групи розташовані на поверхні, тобто молекули ферментів мають гідрофобне ядро, структура якого стабілізується завдяки не лише водневим зв'язкам, але і гідрофобним взаємодіям. Загальною межею ферментів є наявність міжгір'я (щілини, поглиблення, «кишені») що йде від поверхні в глиб молекули по стінках якої розташовано багато гідрофобних груп. [3] Активний центр ферменту розташований в цьому поглибленні, або «кишені». Субстрат проникає в «кишеню», в якій відбувається реакція, і стримується в нім належним чином розташованими бічними групами амінокислот, локалізованих на стінках кишені. [3] Тут же знаходяться групи, що беруть участь в самому каталітичному процесі. Зазвичай вони знаходяться глибоко в «кишені», недалеко від центру молекули. [3] Активний центр ферменту досить великий і може розташовуватися на значній частині молекули. У ферменту, що складається з одиночного поліпептидного ланцюга, кишеню займає майже весь поперечник молекули. Такі ферменти мають лише один активний центр. [3] Під активним центром, розуміють унікальну комбінацію амінокислотних залишків в молекулі ферменту, що забезпечує безпосередню взаємодію її з молекулою субстрата і пряма участь в акті каталізу. [4] Активний центр формується з фрагментів поліпептидного ланцюга, у тому числі, що містять всілякі функціональні групи. Деякі з них беруть участь в сорбції субстрата на фермент, а інші каталізують його хімічне перетворення. [4] Згідно з сучасними виставами, до каталітично активних радикалів білка відносяться нуклеофільні групи (імідазол гістидину, оксигруппи серину або Тирозину, тіолові групи цистеїну е-аміногрупі лізину, іонізовані карбоксили аспарагінової і глу-тамінової кислот і ін.) і електрофіли (іон імідазонія, нєїонізіровані карбоксильні групи, іони металу і тому подібне) .У первинній структурі молекули ферменту групи активного центру зазвичай віддалені один від одного, проте, в третинній структурі амінокислотні залишки, що беруть участь в каталізі, деяким чином фіксовані (орієнтовані) в ближньому стані, зручному для "одночасної" їх взаємодії з сорбованою молекулою субстрата [4], наприклад, з макромолекулами природних волокон. У формуванні активного центру бере участь так само молекули води, що входять в гидратационі шари, а в ряду випадків іони металів, пов'язані з білком і органічні кофактори. Певну жорсткість такої конструкції додають ос-спіралі ^-структуры і дісульфідні містки. [4] Середовище активного центру відрізняється, як правило, дуже розвиненою мікрогетерогеністю. Це пов'язане з тим, що в утворенні поверхневого шару білків беруть участь не лише заряджені і полярні амінокислотні залишки (яким, оскільки вони сильно сольватіровані, термодинамічно вигідно контактувати з водою), але також частково неполярні білкові групи. [4] В цілому мікросередовище поверхневого шару володіє, як правило, низькою діелектричною проникністю (властивою органічним розчинникам) в порівнянні з водою. [4] Мікросередовище поверхневого шару виявляє так само сильно знижену полярність в порівнянні з водою. У тих ділянках ферментативної глобули, де безпосередньо відбувається гідрофобна взаємодія аполярних амінокислотних залишків поліпептидного ланцюга, полярність мікросередовища має бути ще нижчою. З іншого боку, в поруч розташованих областях поверхневого шару слід чекати високу локальну концентрацію диполів пептидних зв'язків. [4] Як відомо, гідрофобні взаємодії вуглеводневих молекул (або ж їх фрагментів) у водному розчині не обмежують свободу їх обертального рухи. Інша картина спостерігається при включенні органічної молекули у високоорганізовану структуру активного центру ферменту. [4] Тут поліпептидні ланцюги білка розташовані настільки жорстко, що заважають не лише поступальну дифузію в глобулі, але і обертальний рух зв'язків молекули. Вона не має мір свободи руху, який би був не залежним від руху ферментативної глобули в цілому. [4] Особливу групу ферментів складають надмолекулярні (або мультімолекулярні) ферментні комплекси, до складу яких входять не субодиниці, а різні ферменти, що каталізують послідовні рівні перетворення якого-небудь субстрата. Відмітними особливостями подібних мультіферментних комплексів є не лише міцність асоціації ферментів, але і певна послідовність проходження проміжних стадій, продиктована порядком розташування каталітично активних білків в просторі. Асоціація окремих ферментів в єдиний, недиссоціюючий комплекс має певний біологічний сенс і ряд переваг. Зокрема, при цьому різко скорочуються відстані, на які молекули проміжних речовин повинні переміщатися при дії ізольованих ферментів.[4]

В даний час одним з напрямів розвитку технології обробки і колірування текстильних виробів є підвищення екологічності як виробництва, так і готової продукції. Одним зі способів досягнення цього є вживання біопрепаратів на основі ферментів. Обгрунтована доцільність вживання амілолітичних ферментів в процесах фарбування бавовняної тканини прямими і активними фарбниками. Знайдені оптимальні параметри процесу. Показано, що і альфа-амілаза, і целюлаза роблять вплив лише на сорбцію фарбника волокном, але не на міру його фіксації. При цьому вживання ферментів найефективніше протягом перших 10-20 мин. фарбування. Виявлений механізм дії амілолітичних ферментів на процес фарбування бавовняної тканини водорозчинними фарбниками, що полягає в тимчасовій модифікації поверхні волокна, що приводить до зміни спорідненості фарбника до волокна. Великою і безперечною гідністю ферментів перед хімічними каталізаторами є те, що вони діють при нормальному тиску, при температурах від 20 до 70 З, рН в діапазоні від 4 до 9 і мають в більшості випадків виключно високу субстратную специфічність, що дозволяє в складній суміші біополімерів напрямлено впливати лише на певні з'єднання. Все це свідчить про те, що виробництво ферментних препаратів є одним з перспективних напрямів в біотехнології, яке буде і далі інтенсивно розвиватися і розширюватися. Амілолітичні препарати широко випускаються в нашій країні і за кордоном. В основному це великотоннажне виробництво. Амілази знаходять вживання майже у всіх областях.

Проте, останнім часом з'явилися роботи, направлені на дослідження можливості використання протеолітичних ферментів в технологічній обробці х/б тканин. У порівнянні з амілолітичними вони мають певні переваги, а саме:

- викликають деструкцію білкових і зольних речовин;

- у меншій мірі ушкоджують целюлозу;

- дозволяють зберігати міцні показники готової тканини;

- дуже ефективно діють на тканини з неповною мірою підготовки.

У зв'язку з цим відкриваються перспективи використання ферментів у фарбуванні активними фарбниками. При цьому, у зв’язку з тим, що активні барвники схильні до гідролізу, необхідно вирішити наступні завдання:

- досліджувати вплив ферментів на реакційну здатність активних барвників.

- досліджувати вплив ферменту на стан барвників в розчині.