Oxidoreductase enzymes as alternative to conventional reduction in dyeing processes with indigoid dyes

doctoral thesis

Mojca Božič (Avtor), Georg M. Gübitz (Mentor), Vanja Kokol (Komentor)

Povzetek

Konvencionalni postopek barvanja z indigoidnimi redukcijskimi barvili vključuje kemično redukcijo barvil v leuko vodotopno obliko, ki poteka v visoko alkalnem mediju (pH 11-14) ob prisotnosti močnih reducentov (večinoma natrijev ditionit, Na2S2O4). Pri tem se tvorijo velike količine toksičnih kemikalij v odpadnih barvalnih kopelih. Zamenjava kemične redukcije z encimsko bi bila z ekološkega in ekonomskega vidika zelo atraktivna zaradi nižjih uporabljenih temperatur med procesom, odsotnosti dodatnih kemikalij in možnosti znižanja stroškov naknadnih obdelav kopeli. Bacillus subtilis je bil izbran za pridobivanje encimov (NADH reduktaz), sposobnih redukcije indigoidnih barvil, s postopki čiščenja kot so percipitacija proteinov, ultrafiltracija/centrifugacija in kromatografija. NADH reduktaze so bile zmožne reducirati Acid Blue 74 in Natural Orange 6 v prisotnosti stehiometrično porabljenega kofaktorja NADH, medtem ko je pri Vat Blue 1 bila potrebna še prisotnost mediatorja 1,8-dihidroksiantrakinona. Vpliv mediatorja na encimsko redukcijo indiga in prisotnost različnih tekstilnih materialov je bil določen z ciklično voltametrijo. Leuko indigo anodični vrh je padal z nižanjem pH in v naslednjem redu uporabljenih materialov: bombaž, poliamid 6 in poliamid 6,6. Določene so bile barvne vrednosti, obstojnosti (na pranje, svetlobo in znoj) in mehanske obstojnosti (natezna trdnost in raztezek); in primerjane s kemično barvanimi materiali. Barvne vrednosti so bile odvisne od pH, časa, temperature barvanja in tipa tekstilnega materiala. Poliamida sta v primerjavi z bombažem dosegla boljše obarvanje. Barvne obstojnosti encimsko barvanih vzorcev so bile primerljive oziroma boljše kot kemično barvani vzorci. Modifikacijo, povzročeno z encimskim barvanjem,smo zasledovali s FTIR-ATR in refleksijsko spektroskopijo. Iz rezultatov je bilo razvidno, da je bil mediator popolnoma odstranjen iz vlakenpo pranju in da ni prišlo do poškodb vlaken med encimsko obdelavo. Uspešna je bila ponovna uporaba encimske redukcijske kopeli pri pH 9 in pH 11,kjer so bila dobljena dobra oziroma odlična obarvanja tekstilnih vzorcev.Nazadnje je bila uspešno izvedena še encimska (NADH reduktaze) redukcija Acid Blue 74 v leuko obliko z uporabo regeneriranega NADH, pridobljenega z reakcijo dehidrogenaze iz Candida boidinii v isti kopeli.

Ključne besede

redukcijska barvila;indigoidna barvila;barvanje;tekstilna tehnologija;encimska redukcija;oksidoreduktaze;biotehnologija;

Podatki

Jezik:	Angleški jezik
Leto izida:	2010
Izvor:	[Maribor
Tipologija:	2.08 - Doktorska disertacija
Organizacija:	UM FS - Fakulteta za strojništvo
Založnik:	M. Božič]
UDK:	577.152.1:677.027.423.3(043.3)
COBISS:	250918400
Št. ogledov:	3355
Št. prenosov:	223
Ocena:	0 (0 glasov)
Metapodatki:

Ostali podatki

Sekundarni jezik:	Slovenski jezik
Sekundarni naslov:	Oksidoreduktazni encimi kot alternativa klasični redukciji v procesih barvanja z indigoidnimi barvili
Sekundarni povzetek:	Conventional indigoid vat dyeing involves chemical reduction of dyes into their soluble leuco form in a high alkaline medium (pH 11 - 14) using powerfulreducing agents (mostly sodium dithionite, Na2S2O4), generating considerable amounts of toxic chemicals in effluents. The replacement of the existing chemical reduction processes with enzymatic technologies could be ecological and economical attractive because of mild temperatures of processing, absence of by-products and possible reduction in the cost of treating the effluent. Bacillus subtilis was chosen for the production of indigoid dyes reducing enzymes, i.e. NADH reductases being purified by protein precipitation with ultrafiltration/centrifugation and chromatography steps. NADH reductase was shown to be able reduce Acid Blue 74 and Natural Orange 6 in the presence of the stoichiometrically consumed cofactor NADH, meanwhile Vat Blue 1 required also the presence of mediator 1,8-dihydroxyanthraquinone. The effect of the mediator on the enzymatic indigo reduction was studied by means of cyclic voltammetry, and in the presence of different textile materials, resulting to decreasing leuco indigo anodic peak in the order cotton, polyamide 6 and polyamide 6,6 and pH decrease. Colour values, fastness (to washing, light and perspiration) and mechanical (tensile strength and elongation) properties were evaluated and compared to chemically dyed fabrics. The results indicated that the dyeing properties were pH, time, temperature and fabrics type depended, resulting to the greater color depth for polyamides. The fastness properties of enzymatically dyed fabrics were comparable or even better than those obtained with chemically dyed fabrics. FTIR-ATR and reflection spectroscopy, employed to examine the modification of the fibre imparted by mediated enzymatic indigodyeing, suggested completely removing of the mediator from the fibres after washing and no damages in fibers due to enzymatic treatment. The reuse of an enzyme-mediated reduction bath used in dyeing was assessed showing that the levelness of the obtained colour shade of the fabrics was either excellentor good at dyeings carried out at pH 9 and 11, respectively. In addition, the reduction of Acid Blue 74 to its leuco form by NADH reductase was confirmed using regenerated NADH by the oxidation of formic acid with formate dehydrogenase from Candida boidinii in the same solution.
Sekundarne ključne besede:	textile engineering;dyeing;indigoid dyes;chemical reduction processes;enzymatic indigo reduction;oxidoreductase enzymes;Tekstilna vlakna;Disertacije;Barvanje;
URN:	URN:SI:UM:
Vrsta datoteke:	application/pdf
Vrsta dela (COBISS):	Doktorska disertacija
Komentar na gradivo:	Univ. v Mariboru, Fak. za strojništvo
Strani:	XV, 129 str.
Povezava:	http://dkum.ukm.si/IzpisGradiva.php?id=13731
Ključne besede (UDK):	mathematics;natural sciences;naravoslovne vede;matematika;biological sciences in general;biologija;material bases of life;biochemistry;molecular biology;biophysics;biokemija;molekularna biologija;biofizika;applied sciences;medicine;technology;uporabne znanosti;medicina;tehnika;various industries;trades and crafts;razne industrije;obrti in rokodelstva;textile industry;tekstilna industrija;
ID:	1002731