生物酶在麻紡印染的應用技術

生物酶在麻紡印染的應用技術 很多人對“生物酶在麻紡印染的應用技術”有誤解或不了解，接下來就讓小編帶大家一起，一來和各位朋友進行共享，探究關於“生物酶在麻紡印染的應用技術”的學問…

　　隨著人類對布料產品性能要求的不斷提高和環境意識的日益加強,綠色布料品這一新的概念誕生了。開發和應用無汙染的對人體有益無害的新型麵料品原材料,采納不會帶來環境汙染的生產工藝,進展綠色麵料品是今後進行國際貿易的重要前提[1],也是今後的進展趨勢。作為布料行業重要組成部分的麻麵料業,特別是以出口創彙為主的麻麵料品,尋到和生物技術的交叉點是其可延續良好進展的保障。生物酶是由無毒微生物發酵、提取、精製而成的生物催化劑,無任何毒副作用,在工藝上使用方便,不需高溫、高壓、強酸、強堿、強氧化劑,易生物降解而不會帶來環境汙染,以及其具有酶的專一性,這些獨特的優勢贏得了麻麵料行業中的一席之地,而且是今後行業進展的必定趨勢。

　　1、生物酶概述

　　酶是生物體中活細胞產生的一種具有催化作用的物質,和酸、堿等無機或有機的催化劑相比,酶是具有高的專一性的高效催化劑,且其化學本質是蛋白質,這說明酶是一種非常的生命催化劑。

　　1.1、影響酶反應的主要因素

　　1.1.1、抑製劑的影響

　　抑製劑是對酶反應速度有非常重要的影響。抑製可分為不可逆抑製和可逆抑製。常用的抑製劑中不可逆抑製劑有2種,一種是專一地和特定(側鏈氨基酸)基團反應的試劑;另一種是根據酶的作用機製修飾酶的特定位點的專一性試劑。

　　1.1.2、pH值的影響

　　酶反應是在肯定的條件下進行的,酸、堿既能影響酶的穩定性,也能直接影響酶的催化活性。酶都有肯定的酸堿穩定性範圍,超出這個範圍後,酶就會變性失效。

　　1.1.3、溫度的影響

　　溫度既能改變酶反應本身的速度,也能導致酶蛋白變性失效,酶反應速度隨溫度升高而增大,但超過適溫度後,反應速度隨溫度升高而下降。而且,由於溫度使蛋白質變形是隨時間累加的,導致不同的反應時間測得的適溫度往往不同。

　　1.2、酶的穩定型和保存

　　1.2.1、酶的劑型

　　酶製劑常以4種劑型供應,即液體酶製劑、固體酶製劑、純酶製劑、固定化酶製劑。由於酶的特性使得如何提高酶的穩定性,延長其有效期是各行業需解決的問題。

　　1.2.2、影響酶的穩定性因素

　　①溫度

　　大多數酶可在低溫條件下(0～4℃)使用、處理和保存。但有些酶的高級結構的穩定性和疏水鍵有關;許多酶可在液氮或-80℃中凍結保存;冰凍幹燥也是一種好的有效方法。

　　②pH值和緩衝液

　　大多數酶僅在各自特定pH值範圍內穩定,超出此範圍則迅速失效,緩衝液的種類有時也會影響酶的穩定性。

　　③酶蛋白濃度

　　酶的穩定性因酶性質和純度而異,一般情況下,酶蛋白在高濃度時較為穩定,而在低濃度時則易於解離、吸附,甚至易發生表麵變形而失效。④氧化

　　某些酶為巰基酶,可能由於巰基氧化而在空氣中逐漸失活,這種情況下加入1mmol/L的EDTA或DTT等有助於增加穩定性。

　　1.2.3、穩定酶的方法

　　目前,穩定酶的方法有如下幾種:添加底物抑製劑和輔酶,添加—SH愛護劑,添加表麵活性劑,添加某些低分子無機離子,作成固定化酶。

　　2、生物酶在麻麵料行業中的應用

　　2.1、應用曆史

　　生物用於麻類脫膠可追溯到公元前6世紀“東門之池,可以漚麻”,也就是把苧麻直接浸入水中,利用水和麻皮上網絡的微生物大量生長生殖的同時,分解除去麻纖維上膠質物以達到脫膠的目的。

　　到上世紀50年代,對麻類浸解作用的研究主要集中在分別具有脫膠能力的微生物及其酶。1958年AE.M.M提出利用果膠酶進行麻類(如亞麻、大麻、苧麻)的脫膠;60年代以後,對於果膠酶的研究逐漸深入;1972年第1次報道產生果膠酶的微生物或果膠酶製劑在脫膠工業中加以利用;1973年根據果膠酶的作用機理將果膠酶分為兩大類,即果膠酯酶和解聚酶;1990年,分別到一株產果膠裂解酶的芽孢杆菌,對苧麻脫膠作出了很大貢獻[1]。和此同時,隨著生物技術的不斷進展和人們對麻類織物性能的進一步追求,應運而生了麻類織物生物後整理技術,如酶洗、酶退漿、精練、漂白、廢液處理、生物軟麻、改性。

　　2.2、可應用的酶

　　麻類纖維主要成分為纖維素,和棉纖維同屬於天然纖維素纖維,所不同的是麻纖維的非纖維素成分(統稱膠質)含量高。膠質內又含有半纖維素、果膠、木質素等多種物質,麵料用麻纖維即是指從原麻中脫去部分或幾乎全部膠質而分別出纖維。因此,決策在麻麵料品整理過程中目前可以利用的生物酶有果膠酶、半纖維素酶、纖維素酶、木質素酶、過氧化氫酶、澱粉酶以及漆酶等。

　　2.3、應用領域

　　2.3.1、脫膠

　　目前,麻纖維的脫膠方法有化學脫膠、微生物脫膠以及生物和化學聯合脫膠。脫膠中生物酶的利用主要是依據酶的高度專一性,其脫膠原理如下。

　　①麻纖維生物酶脫膠將酶劑稀釋在水中,浸漬原麻進行脫膠。微生物脫膠和常規化學脫膠相比,脫膠製成率、強力得到提高,殘膠減少,所得精幹麻手感鬆散、柔軟,大大改善了麻纖維的可紡性能,其製成的紗麻粒、毛羽明顯減少,條幹均勻。此外,該脫膠整理中能耗減小,成本降低,有利於環境愛護。

　　②麻纖維生物—化學聯合脫膠利用生物酶(主要是果膠酶和半纖維素酶)的作用分解原麻中的大部分膠質,然後輔以化學脫膠的部分工序脫去膠質後生產出精幹麻,脫膠過程中堿煮前的生物酶處理可以使膠質和纖維之間的結合鬆動,有利於堿煮時膠質的去除。其優點是可大大減小環境汙染、減少能源和化學藥品消耗,纖維損傷小,得到的精幹麻品質優良,手感鬆散柔軟。

　　③麻纖維化學—生物聯合脫膠利用化學前處理可以去除脂蠟質、部分果膠、半纖維素和木質素,從而有利於後道工序中酶對底物的進攻,進而充分利用生物酶的專一性去除堿煮中難以去除而留下的膠質。而且酶處理可以增加橫向膨化,使纖維細孔容積增加,並擴大木質素表麵積,以利於後續過氧化物漂白過程中使氧化劑能簡單地和膠質接觸而不損傷纖維。該脫膠方法除具有麻纖維生物—化學聯合脫膠的優點外,還具有類似生物酶改性麻纖維的特性。2.3.2、生物軟麻劑

　　由於麻纖維結晶度普遍較高,故剛性較大,柔軟性較差,導致其成紗抱合力差,而且在紡紗工藝中,纖維的轉移頻率低,纖維脫膠後,還殘存少量膠質,如果膠、木質素等,從而導致纖維不易梳理,相互纏結,產生並絲和硬條。為此,在精幹麻紡紗之前,要采納乳化油劑進行二次給油和堆倉,以降低纖維剛性,增加纖維的柔軟性,達到改善和提高可紡性之目的。但是由於乳化油劑多經皂化而成,不耐硬水,若乳化條件操縱不當,還會使乳化液破乳分層降低纖維的可紡性。而采納以生物酶CDF為主的層壓生物軟麻劑(CDF纖維素酶和表麵活性劑A和B複配),取代乳化油劑對精幹麻進行紡前處理,既能借助纖維素酶對麻纖維的剝蝕來降低纖維的結晶度和剛性,從而幸免或減少紡紗過程中常見的毛羽斷頭等疵病。

　　2.3.3、生物酶後整理

　　生物酶在布料後整理上的應用特別廣,如牛仔布砂洗、生物拋完、羊毛的防氈縮處理等,其目的主要是改善織物的表麵性能及手感,增進織物的吸水性,改善織物和染料的親和力、給色率和色完[6]。

　　①生物拋完後整理

　　生物拋完後整理(又稱生物完潔)是一種新型的酶催化後整理技術,主要用於含有纖維素的布料以及成衣的後後整理。酶製劑使織物表麵纖維絨毛發生有操縱的部分水解,大大減少了織物表麵的絨毛,從而改善了織物表麵性能[7]。

　　②酶洗

　　生物酶洗在苧麻後後整理技術上的應用是上世紀90年代才得到我國同行認識的新領域,由於麻纖維在穿著過程中和皮膚接觸時,易產生刺癢感,在去除苧麻刺癢感方麵,基於纖維素酶對纖維的水解催化的酶洗是一門新技術,酶洗可改變纖維素纖維的微觀結構,使麻纖維縱向裂痕加深加寬,孔隙增多增大,利於柔軟劑分子滲入[8],經酶洗後麻纖維的彎曲剛性降低,懸垂性提高,手感柔軟,而且去除了刺癢感[9]。從而使織物的手感得以明顯改善,且完澤柔和,有良好的懸垂性和抗折皺性[10]。

　　③退漿

　　傳統的退漿為堿、酸或氧化劑等,操作不當,易使織物強力受到嚴峻損失,而且酸堿和氧化劑對環境有汙染。利用生物酶如澱粉酶退漿,不僅能節約化工原材料,縮短工藝時間,還可減輕勞動強度,提高產品質量[6]。

　　④漂白

　　纖維素纖維織物酶漂白可采納2種方法:一是直接破壞天然纖維素進行漂白,如在H2O2和O2存在下,過氧化酶和漆酶對染料脫色;二是將澱粉變為葡萄糖後產生H2O2,再利用其間接氧化漂白,所用酶為葡萄糖澱粉酶及葡萄糖氧化酶。其作用機理是,澱粉在葡萄糖澱粉酶的作用下轉化為β-D葡萄糖,β-D葡萄糖再在葡萄糖氧化酶的作用下產生H2O2和葡萄糖酸,一方麵H2O2對織物漂白,另一方麵葡萄糖酸能和金屬離子螯合,使漂白浴穩定,預防纖維脆化,雖然酶漂白的織物白度較常規相同濃度H2O2堿性漂白的稍差,但其漂白後織物手感柔軟且厚實[6]。

　　⑤上色

　　纖維織物經過酶前處理、後整理或生物酶參和的脫膠後上色,由於纖維素酶處理後,纖維或織物變得多孔疏鬆,提高了上色速率,但又溶化了無定性區,造成染料對基質物的親和性下降,對染料分子吸附的有效體積降低,使平衡上染率下降[6]。

　　⑥廢液和廢物處理

　　布料濕整理在肯定程度上會給環境帶來負擔———廢液和廢物處理[6]。實踐證明,酶製劑也能在三廢處理上發揮很大作用,現在的趨勢是應用固定化酶或固定化微生物處理法代替傳統采納的微生物爆氣法[2]。2.4、生物酶在麻紡行業中應用優勢

　　酶是一種作為代替傳統化學催化劑的生物催化劑,具有生物降解性和重複利用性的特點,符合生態要求。采納生物酶對布料品進行濕整理,不但服用性能得到提高,不損傷皮膚,而且生產能耗低,廢液易生物降解,符合生態布料品的要求。如利用無氯漂白,開發過氯化無酶進行H2O2漂白,即能減少布料漂染過程中產生的氯氣,減少對環境的破壞,改善車間工作環境,又可幸免含磷類、含矽類穩定劑在織物上殘留;利用一種層壓生物酶對麻纖維進行生物處理使纖維分裂度大大提高,纖維柔軟度、整齊度和可紡性也大大提高;一種生物酶可以代替石磨洗靛藍牛仔服的浮石,意味著對服裝造成的損傷減少了,對機器的磨損減少了,浮石灰塵也減少了[9]。

　　3、酶在應用中可能出現的問題和對策

　　3.1、可能出現的問題

　　天然酶具有高效而且高度專一的催化特性,並已廣泛應用於各個領域,但它並非完善無缺,這主要體現在如下幾方麵:①酶的活性專一性和作用適條件常不能適應生產工藝的要求[2];②酶是蛋白質,簡單變性失效,一般經不起高溫、強堿、強酸、有機溶劑以及時間等的考驗[2];③酶的生產成本高,不易運輸和保存;④酶製劑生產廠家和具體應用領域嚴峻脫節,如目前麻纖維生物酶處理中利用的生物酶主要來源於吃品整理用酶,活力低,成分單一,而要使生物酶在麻紡行業中得到充分進展,開發麻專用酶製劑以及貼合酶製劑是麻紡行業和生物技術的交叉點之一。

　　3.2、對策

　　為滿足生產實踐的需要,提高酶的應用價值,通常進行酶的改造。酶的改造直接的方法是從酶分子的化學結構水平上進行改造,即酶分子工程。其包含調整酶的活性結構,改變酶的作用微環境,引入氫鍵、疏水鍵、鹽橋,加固酶的活性結構的剛性和強度;建站選擇性屏障,幸免直接和免疫係統、蛋白水解酶係統接觸等。其中,目前用於酶分子改造的方法有3種:①化學修飾法;②變形誘導構象重建法或稱解鍵複性構象重建法;③蛋白質工程,即建築在基因工程基礎上的基因定位突變法。

　　4、展望

　　麻紡行業中生物酶的應用無論在纖維的前處理、原材料可紡性能的提高、產品性能的改善還是環境愛護,都決策麻紡行業和生物技術的結合將會為麻紡行業可延續、快速進展提供有利條件。而且它們的結合符合國際進展趨勢,將會誕生真正意義上的“綠色麵料品”。今後,隻要能尋覓更合適的酶源,降低酶的生產成本,製成安全、有效的劑型和建站優化的高產工藝條件[2],並將2個領域充分交叉結合,即可充分發揮各自的價值。

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