酶在棉織物染整中的應(yīng)用及存在問(wèn)題
范雪榮
【摘要】本文介紹了生物酶在棉織物染整加工中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)、范圍和局限性,較為詳細(xì)地討論了淀粉酶、PVA分解酶、果膠酶、葡萄糖氧化酶和過(guò)氧化氫酶在棉織物退漿、煮練、漂白,纖維素酶和漆酶在牛仔服裝酶洗中應(yīng)用的情況和存在問(wèn)題。指出,生物酶是棉織物生態(tài)染整加工的理想方法,但應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)研究,以拓展其應(yīng)用范圍。
【關(guān)鍵詞】棉織物;生物酶;染整;應(yīng)用;問(wèn)題
一、概述
(一)酶在染整中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)
1、高效性:可大大提高反應(yīng)速度,節(jié)省時(shí)間;
2、專一性:僅對(duì)特定的底物起作用,對(duì)基質(zhì)損傷小或無(wú)損傷;
3、溫和性:反應(yīng)條件溫和;
4、操作安全,易控制;
5、可取代強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等化學(xué)品;
6、環(huán)保性:無(wú)毒,可生物降解;
7、降低水以及能量的消耗。
(二)酶在染整加工中的應(yīng)用范圍
表1 酶在染整加工中的應(yīng)用
| 纖維 | 加工工序 | 酶種類 | |
| 纖維素纖維 | 退漿 | α-淀粉酶 | |
| 精練 | 果膠酶、纖維素酶 | ||
| 漂白 | 葡萄糖氧化酶、過(guò)氧化氫酶 | ||
| 漚麻 | 半纖維素酶、木質(zhì)素酶、果膠酶 | ||
| 拋光整理 | 纖維素酶 | ||
| 牛仔服酶洗 | 纖維素酶、漆酶 | ||
| 染色后去浮色 | 漆酶 | ||
| 蛋白質(zhì)纖維 | 真絲纖維 | 精練(脫膠) | 蛋白酶 |
| 羊毛 | 炭化 | 纖維素酶、木質(zhì)素酶、半纖維素酶 | |
| 洗毛 | 脂肪酶 | ||
| 防氈縮 | 蛋白酶 | ||
| 提高強(qiáng)力 | 谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶 | ||
| 聚酯纖維 | 表面改性處理 | 聚酯酶 |
(三)酶應(yīng)用的現(xiàn)狀
酶的種類很多,但在印染中應(yīng)用的主要是水解酶,如淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶、脂肪酶、果膠酶等。也有少量的氧化還原酶如過(guò)氧化氫酶、漆酶和轉(zhuǎn)移酶如谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶。
酶在印染中的應(yīng)用主要在前處理,主要是去除纖維上的天然雜質(zhì)和附加雜質(zhì)如漿料等,其次是用于后整理,主要是對(duì)纖維表面的處理。
酶在印染中的應(yīng)用有些方面非常成熟,如淀粉酶退漿、纖維素織物生物拋光、牛仔服酶洗、真絲脫膠等;
有些方面盡管研究了很多年,但不很成熟,還需做大量工作,如棉織物的煮練、漂白等;
有些方面還未開發(fā)或很不成熟,而且近期內(nèi)難以突破。
另外,目前酶的應(yīng)用主要集中在對(duì)天然纖維(包括再生纖維素纖維的處理上),而對(duì)合成纖維的處理還很不成熟。
主要原因在于:
1、天然纖維,包括天然纖維上的各類雜質(zhì)已在自然界中長(zhǎng)期存在,已有相應(yīng)的酶能對(duì)其作用。而
2、酶具有很強(qiáng)的專一性,一般來(lái)說(shuō),一種酶只能分解一種或一類物質(zhì),而天然纖維除了纖維本身外,還含有多種雜質(zhì),只靠一種酶是不能將其全部分解的,必須要多種酶配合起來(lái)。但不同的酶的共適條件不同,這樣會(huì)影響酶的協(xié)同作用效果。
3、目前商品化的酶的品種還不多,纖維上的許多雜質(zhì)還缺乏相應(yīng)的商品酶對(duì)其進(jìn)行分解,如分解聚乙烯醇的PVA酶、木質(zhì)素酶、半纖維素酶都還沒(méi)有商品化。另外有些成分的雜質(zhì)如棉蠟(主要成分是高碳數(shù)的碳?xì)浠衔?到目前還沒(méi)有相應(yīng)的酶能對(duì)其進(jìn)行分解。
4、酶與纖維的作用屬于液-固相作用,另外酶也屬于高分子物質(zhì),分子量很高,很難滲透到纖維內(nèi),只能在纖維表面起作用,這樣會(huì)影響到其作用效率。
二、酶退漿
(一)淀粉酶
淀粉酶的種類按作用方式分為α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、支鏈淀粉酶和異淀粉酶等。
α-淀粉酶屬于內(nèi)切型淀粉酶,它作用于淀粉時(shí)從淀粉分子內(nèi)部以隨機(jī)的方式切斷α-1,4 苷鍵,最終水解產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖和低聚糖,能快速降低淀粉的粘度,是最重要的一類淀粉酶。目前退漿用的淀粉酶都是α-淀粉酶。
不同來(lái)源的α-淀粉酶具有不同的熱穩(wěn)定性和最適反應(yīng)溫度。目前市售的淀粉酶制劑可以分為四類:
1、耐高溫α-淀粉酶:以地衣芽抱桿菌所產(chǎn)的α-淀粉酶耐熱性最高,其最適反應(yīng)溫度達(dá)
2、中溫淀粉酶:由枯草桿菌所產(chǎn)的α-淀粉酶,最適反應(yīng)溫度為
3、非耐熱性α-淀粉酶:來(lái)源于真菌的α-淀粉酶,最適反應(yīng)溫度僅為
4、寬溫幅淀粉酶:通過(guò)基因重組技術(shù)開發(fā)的能在較寬溫度范圍內(nèi)使用的酶,最佳使用溫度視產(chǎn)品而異,如Novozymes公司的Suhong Desizyme
目前淀粉酶退漿已在向其它產(chǎn)品拓展,如彩棉織物、大豆蛋白纖維/聚乙烯醇復(fù)合纖維織物等。因?yàn)檫@類織物的耐堿、耐溫性較差。
另外也在研究超聲波在酶退漿中的應(yīng)用。超聲波作用的特殊性主要是通過(guò)空穴效應(yīng)的振蕩、分散作用,將漿料與織物的結(jié)合力變?nèi)?,可加?qiáng)酶與漿料之間的反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)低溫、短時(shí)間加工。超聲波分別為
但超聲波的能量只能在水介質(zhì)中傳播,所以超聲波淀粉酶退漿只適用于卷染機(jī)和匹染機(jī)的間歇退漿,不適用于連續(xù)軋蒸退漿工藝。、
目前使用的淀粉類漿料主要是變性淀粉,各類淀粉酶對(duì)各類變性淀粉的分解程度有所差異,其排列次序?yàn)椋涸矸郏痉请x子變性淀粉>陰離子變性淀粉>陽(yáng)離子變性淀粉,如圖1所示(指分解為還原糖的量)。
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| 圖1 碘量法測(cè)定中溫α-淀粉酶對(duì)各類淀粉的分解率 |
淀粉酶退漿僅適用于純淀粉漿或以淀粉漿為主的、PVA含量較低的漿料上漿的織物。若混合漿中PVA含量較高或以PVA漿料為主上漿的織物,則必須采用其他退漿方法。
(二) PVA分解酶
PVA確實(shí)是可以生物降解的人工合成的乙烯聚合物。但是,在自然環(huán)境中,可降解PVA的微生物非常少,通常只出現(xiàn)在被PVA污染的環(huán)境中。
對(duì)PVA生物降解研究較多的是日本和意大利。日本1973年開始研究PVA的生物降解。
1、PV
目前已正式報(bào)道的PVA 降解酶主要有三種:PVA氧化酶(仲醇氧化酶)、PVA脫氫酶和氧化型PVA水解酶(β-雙酮水解酶)。
PVA須經(jīng)兩步酶催化反應(yīng)才能得以降解:
①PVA氧化酶在以
②隨后氧化型PVA水解酶對(duì)PVA β-雙酮結(jié)構(gòu)類物質(zhì)進(jìn)行催化水解,生成以羧酸和甲基酮為端點(diǎn)的PVA斷鏈,使PVA長(zhǎng)鏈斷裂,PVA 溶液粘度下降。也有觀點(diǎn)認(rèn)為氧化型PVA的水解反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的,水解反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行主要是由于其分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定造成的,氧化型PVA 水解酶能加速這種水解反應(yīng)。
圖2為PVA生物降解的可能途經(jīng)。
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| 圖2 PVA生物降解的可能途經(jīng) |
2、PVA降解酶難以商業(yè)化的原因
到目前為止采用PVA降解酶對(duì)PVA進(jìn)行降解還只停留在實(shí)驗(yàn)室水平。諾維信、杰能科等大型酶制劑公司至今未推出PVA 降解酶的商品酶,該市場(chǎng)尚處于真空狀態(tài)。造成PVA降解酶難以商業(yè)化的原因主要有以下幾點(diǎn):
①能夠降解PVA的微生物在自然界中的分布并不廣泛,一般僅存在于被PVA污染的環(huán)境中。在篩選過(guò)程中必須以PVA作為篩選培養(yǎng)基的唯一碳源,以形成一個(gè)PVA脅迫的環(huán)境,才能篩選到PVA降解微生物。
②靠單一微生物實(shí)現(xiàn)對(duì)PVA的徹底降解非常困難,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的培養(yǎng)仍難以達(dá)到徹底降解PVA的目的。只有通過(guò)馴化混合菌群才能實(shí)現(xiàn)對(duì)這種高聚物的徹底降解。
③PVA的不徹底降解會(huì)造成PVA降解酶的提取困難,因?yàn)樵谔崛∵^(guò)程中PVA和蛋白質(zhì)會(huì)形成一種乳白色的凝膠狀物質(zhì)使PVA降解酶無(wú)法提取。
④共生細(xì)菌產(chǎn)生的PVA脫氫酶位于細(xì)胞膜上,提取不易,而且在其降解PVA
⑤PVA降解酶的酶活低。
三、酶精練
(一)目的
傳統(tǒng)的棉精練是在高溫和燒堿的共同作用下,去除棉纖維上的果膠、蠟質(zhì)和蛋白質(zhì)等非纖維素物質(zhì),使棉獲得良好的吸水性,便于后道的漂白及印染加工。
堿精練過(guò)程中大量使用了堿和表面活性劑,處理后又需要用大量的水清洗,因此,被處理的棉纖維減量大,強(qiáng)度損傷嚴(yán)重,處理廢液中COD值很高,而且工藝用水量大、能耗高、耗時(shí)長(zhǎng),是一種非綠色的加工工藝。(二)生物精練的優(yōu)點(diǎn) 1、全面提升棉制品的處理效果 (1)不損傷纖維,織物失重降低,可提高棉織物品質(zhì); (2)改善染色性能,勻染性提高、得色量上升,染色次品率大幅下降; (3)織物手感柔軟、豐滿,布面亮澤、紋理清晰;
(4)對(duì)特殊敏感型纖維的精練更具安全性和可靠性,如天然彩棉,棉/毛、棉/絲、棉/麻等。
2、對(duì)環(huán)境、操作人員及設(shè)備無(wú)害 (1)低能耗、低水耗,降低廢水中TDS、COD、BOD指數(shù),減少環(huán)境污染; (2) 作業(yè)環(huán)境安全; (3) 減低對(duì)設(shè)備損傷。
3、縮短加工時(shí)間,降低綜合成本 (1)合并酶退漿工序,可縮短工藝時(shí)間,提高生產(chǎn)效率; (2)上染率提高,節(jié)省染料; (3) 減輕污水處理壓力,降低污水治理費(fèi)用。
(三)原理
1、果膠酶:去除果膠質(zhì)。同時(shí),由于果膠質(zhì)位于蠟質(zhì)與纖維之間,因此有人將它稱為“膠水”,其作用相當(dāng)于將蠟質(zhì)粘合在纖維上,因此將果膠質(zhì)去除后,蠟質(zhì)與纖維的結(jié)合力降低,可在隨后的高溫浴中經(jīng)乳化去除。另外,在果膠質(zhì)去除的同時(shí),也有部分棉蠟被去除。
(1)酸性果膠酶:對(duì)棉纖維有一定影響,而且效果不及傳統(tǒng)工藝。所以在棉精練中不使用酸性果膠酶。
(2)堿性果膠酶:是20世紀(jì)90年代由丹麥諾維信公司分離得到的,其最佳作用溫度55
(3)原果膠酶:是催化不溶性原果膠分解出游離水溶性果膠
2、纖維素酶:使棉籽殼附著在織物上的微小纖維產(chǎn)生水解,使棉籽殼成為自由飄浮的殼屑,隨后再加以煮練或漂白,可使織物表面無(wú)棉籽殼存在。
3、淀粉酶:可將酶煮練與酶退漿同浴。
(四)存在問(wèn)題
1、生物酶精練對(duì)棉蠟的去除效果沒(méi)有堿精練好。表2是純棉府綢分別經(jīng)不同工序處理后的棉蠟含量及棉蠟去除率。
表2 純棉府綢經(jīng)不同工序處理后的棉蠟含量及棉蠟去除率
| 工序 | 酶退漿 | 酶退漿→堿煮 練 | 酶退漿→酶煮練 | 酶退漿 →酶精練 →漂白 | ||
| 果膠酶 纖維素酶 | 果膠酶 纖維素酶 | |||||
| 棉蠟含量(%) | 0.41 | 0.27 | 0.35 | 0.315 | 0.22 | |
| 棉蠟去除率(%) | 本工序 | - | 34.12 | 14.6 | 23.17 | 30.16 |
| 對(duì)退漿 織物 | - | 34.12 | 14.6 | 23.17 | 46.34 |
由表可見,堿煮練對(duì)棉蠟的去除效果比酶精練好,酶精練時(shí)加入滲透劑有利于棉蠟的去除,漂白本身能去除一定的棉蠟。
表3是純棉棉毛織物經(jīng)不同工序處理后的棉蠟去除率。
表3 純棉棉毛織物經(jīng)不同工序處理后的棉蠟去除率
| 處理工藝 | 堿煮練 | 果膠酶精練 | 纖維素酶-果膠酶精練 | |||
| TX-10 Og/L | TX-10 | TX-10 Og/L | TX-10 | TX-10 Og/L | TX-10 | |
| 棉蠟去除率(%) | 23.4 | 41.44 | 22.52 | 27.0 | 13.5 | 35.14 |
由表可見,果膠酶或與纖維素酶的混合對(duì)棉蠟的去除有一定效果,但沒(méi)有堿煮練的去除效果好。在酶精練或堿煮練時(shí)加入滲透劑都能比較明顯地提高棉蠟的去除效果。
正是由于酶精練對(duì)棉蠟的去除率較低,所以酶精練織物的手感優(yōu)于堿精練織物
2、酶精練
表4 果膠質(zhì)去除率對(duì)潤(rùn)濕性的影響(所有處理都不加任何表面活性劑)
| 處理方式 | 果膠質(zhì)去除率(%) | 晾干潤(rùn)濕性 | 烘干潤(rùn)濕性 | ||
| 毛效/cm | 水滴吸收時(shí)間/s | 毛效/cm | 水滴吸收時(shí)間/s | ||
| 果膠酶處理 | 90 | 0 | 不吸收 | 0 | 不吸收 |
| EDTA處理 | 92 | 7.5 | 2.5 | 0 | 不吸收 |
| 堿處理 | 95 | 4.5 | 24 | 0 | 不吸收 |
| 漂白處理 | 91 | 10 | 6 | 0 | 32 |
所以,在酶精練時(shí)一定要加入高性能的
3、酶處理對(duì)纖維的表層結(jié)構(gòu)基本無(wú)影響,而堿處理能破壞纖維的表皮結(jié)構(gòu)
將纖維用銅氨溶液浸泡,溶脹后在生物顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖3所示。
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| (a)未處理;(b) 0.6%owf 果膠酶處理;(c) 堿處理 |
| 圖3 經(jīng)不同方式處理后棕棉纖維在銅氨溶液中的溶脹情況 |
從圖3可見,果膠酶處理后的彩色棉纖維經(jīng)銅氨溶液處理后,纖維的結(jié)構(gòu)比較完整,僅是選擇性溶脹,而堿處理后的彩色棉纖維經(jīng)銅氨溶液處理后,纖維次生層無(wú)限溶脹,說(shuō)明堿處理后彩色棉纖維的表皮致密結(jié)構(gòu)被破壞。
4、酶處理對(duì)棉籽殼基本無(wú)作用,而堿處理對(duì)棉籽殼有溶脹作用,有利于在漂白時(shí)將棉籽殼去除
由于酶處理對(duì)棉籽殼基本無(wú)作用,所以必須加強(qiáng)后道的漂白工藝,提高雙氧水用量。這一方法對(duì)棉籽殼含量少的精梳棉是有效的,但對(duì)棉籽殼含量較高的普梳棉或低級(jí)棉,在酶處理后還需增加一道低堿蒸工藝。
(五)工藝1. 針織、紗線及散纖 對(duì)于中深色針織、紗線及散纖,生物精練可以在間歇式設(shè)備如溢流機(jī)、散纖/紗線染色機(jī)中進(jìn)行。諾維信精練酶Scourzyme®
2. 機(jī)織物 對(duì)于輕薄及高支棉織物,諾維信精練酶Scourzyme®
(六)非生物酶冒充生物酶
前幾年,國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了很多用于棉織物前處理的復(fù)合生物酶。這類復(fù)合酶制劑本身pH值較高,如有的品種1%水溶液的pH值就達(dá)到11-12,而且還能與雙氧水在高溫(
這類復(fù)合酶實(shí)際上都是假的,里面不含一點(diǎn)酶,實(shí)際上是由堿性物質(zhì)和表面活性劑組成的。這類復(fù)合酶制劑如:
酶1#:軋蒸(酶1#
酶2#:浸軋工作液(酶2#
酶3#:浸軋漂液(酶3#
某復(fù)合酶A的失活與否對(duì)府綢、卡其兩種織物處理效果的影響
表5 某復(fù)合酶A的失活與否對(duì)府綢、卡其兩種織物處理效果的影響
| 織 物 | 府 綢 | 卡 其 | |||
| 酶處理 | 復(fù)合酶A(g/L) | 未失活酶 | 失活酶 | 未失活酶 | 失活酶 |
| 25 | 25 | 25 | 25 | ||
| pH | 13 | ||||
| 溫度(℃) | 98 | ||||
| 時(shí)間(min) | 60 | ||||
| 效果 | 烘干毛效(cm/30min) | 6.6 | 7.0 | 7.4 | 8.5 |
| 白度 | 63.41 | 61.05 | 61.97 | 63.29 | |
| 果膠去除率(%) | 76.3 | 70.9 | 73.7 | 65.9 | |
| 棉蠟去除率(%) | 62.9 | 64.5 | 62.2 | 52.0 |
從表5看出,未失活的復(fù)合酶A對(duì)棉織物的煮練效果較好,其烘干毛效能達(dá)到6-
四、在漂白中的應(yīng)用
(一)漂白:利用葡萄糖氧化酶(GOD)
1、原理
β-D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下,生成葡萄糖酸內(nèi)酯和雙氧水,利用產(chǎn)物雙氧水對(duì)織物進(jìn)行漂白。
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葡萄糖酸內(nèi)酯水解生成的葡萄糖酸對(duì)金屬離子具有很強(qiáng)的螯合能力,因此漂白時(shí)無(wú)需加入雙氧水穩(wěn)定劑。葡萄糖可從酶退漿的產(chǎn)物葡萄糖獲得,使資源得以再利用,或直接加入淀粉和葡萄糖淀粉酶,或者直接加入葡萄糖。
2、問(wèn)題
(1) 生成的雙氧水的濃度很低
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| 圖4 葡萄糖濃度和過(guò)氧化氫產(chǎn)生量的關(guān)系 |
(2)為避免酶失活,處理浴應(yīng)調(diào)節(jié)至微酸性-中性,溫度也應(yīng)較低,這樣織物的白度較低(其工藝為:在pH為5的條件下加入葡萄糖淀粉酶和淀粉,在
(3)成本高。因?yàn)樯a(chǎn)的葡萄糖氧化酶通常還有過(guò)氧化氫酶存在,因而普通的葡萄糖氧化酶不能用于漂白處理,需要對(duì)葡萄糖氧化酶進(jìn)行精制,去除其中的過(guò)氧化氫酶,這樣就大大增加了酶制劑的成本。
(二)去除氧漂后殘留的雙氧水:利用過(guò)氧化氫酶
1、優(yōu)點(diǎn)
表6 過(guò)氧化氫酶去除氧漂后殘留雙氧水的優(yōu)點(diǎn)
| 工藝 | 處理時(shí)間 | 用水量 | 能量消耗 | 對(duì)染色影響 | 對(duì)環(huán)境影響 |
| 傳統(tǒng)水洗工藝 | 1 | 1 | 1 | 可能有 | 可能有 |
| 生物凈化工藝 | 0.40 | 0.25 | 0.5 | 無(wú) | 無(wú) |
2、存在問(wèn)題
(1) 僅適用于間歇工藝:因?yàn)檫^(guò)氧化氫酶對(duì)雙氧水的分解需要一定時(shí)間(工藝規(guī)定一般為15min),所以只適用于間歇工藝,不適用于連續(xù)工藝。但實(shí)際上只要把連續(xù)工藝的設(shè)備稍作改造就能用過(guò)氧化氫酶去除氧漂后殘余雙氧水。
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| 圖5 過(guò)氧化氫酶對(duì)過(guò)氧化氫的分解與時(shí)間的關(guān)系 |
(2)酶的來(lái)源不同,酶學(xué)性質(zhì)基本接近,但酶的貯存穩(wěn)定性有較大差異。
表7 過(guò)氧化氫酶的來(lái)源
| 酶的來(lái)源 | 動(dòng)物內(nèi)臟提取 | 生物發(fā)酵 |
| 舉例 | 綠康酶A50 | 諾維信公司:Terminox Ultra 杰能科公司:Catalase T100 |
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| 圖6 綠康酶A50(提取酶)與Terminox Ultra(發(fā)酵酶)的最適溫度< |
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| 圖7 綠康酶A50(提取酶)與Terminox Ultra(發(fā)酵酶)的最適pH |
五、酶在后整理中的應(yīng)用(只討論牛仔布的酶洗)
(一)纖維素酶
1、原理:通過(guò)纖維素酶對(duì)織物表面纖維的剝蝕作用,使表面纖維被磨損,染料被剝離,產(chǎn)生水洗石磨的外觀。
2、酶的種類
(1)酸性纖維素酶:
對(duì)棉等纖維素纖維具有較高的減量特性,可以在較短的時(shí)間內(nèi)獲得有效的返舊整理效果。處理成本低;對(duì)織物機(jī)械性能損傷大,而且容易引起返沾色。
(2)中性纖維素酶:
對(duì)棉等纖維素纖維的作用比酸性纖維素酶弱,要達(dá)到同等的返舊整理效果需要較長(zhǎng)的處理時(shí)間或需要較高的酶濃度進(jìn)行處理;對(duì)織物機(jī)械性能損傷小,如果工藝處置恰當(dāng),可以很少、甚至沒(méi)有返沾色。
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| 圖8 中性和酸性纖維素酶返舊整理效果比較 |
(3)弱堿性纖維素酶(不常用)
3、存在問(wèn)題
(1)返沾色:其中酸性纖維素酶處理的返沾色較嚴(yán)重,而中性纖維素酶處理的返沾色接近沒(méi)有纖維素酶處理的情況。
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| 圖9 返沾色和纖維素酶性質(zhì)的關(guān)系 |
返沾色的原因:纖維素酶蛋白和靛藍(lán)染料具有親和性,當(dāng)纖維素酶在織物表面吸附并進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí),靛藍(lán)染料隨之跟著吸附,使織物形成返沾色。
(二)漆酶
漆酶是一種多酚氧化酶,能降解多種芳香族染料。它們都能氧化不溶性的靛藍(lán)染料,生成靛紅(吲哚一2,3-二酮),然后進(jìn)一步降解為2一氨基苯甲酸。理論上漆酶可應(yīng)用于牛仔服的水洗整理,利用漆酶對(duì)靛藍(lán)的脫色作用,不但可以減少染整廢水中的靛藍(lán)含量,降低環(huán)境污染,而且由于漆酶對(duì)纖維素纖維不起作用,因而不
1、存在問(wèn)題
漆酶雖然能夠催化很多酚型化合物的氧化反應(yīng),但由于其氧化還原電勢(shì)較低,只能夠氧化酚型木素結(jié)構(gòu),而對(duì)非酚型類木素結(jié)構(gòu)化合物如靛藍(lán)不能氧化降解。但若在某些氧化還原介質(zhì)幫助下,漆酶能夠氧化非酚型的有機(jī)化合物。但現(xiàn)在使用的介質(zhì)都存在效能和毒性方面的問(wèn)題。這些介質(zhì)如HBT溶液(1-羥基苯并三唑)、紫尿酸(VA)、對(duì)二甲氨基苯甲醛等。因此關(guān)鍵問(wèn)題之一是找到合適的介質(zhì)。另一個(gè)問(wèn)題是降低應(yīng)用成本。
2、漆酶對(duì)靛藍(lán)的脫色作用
(1)漆酶直接脫色靛藍(lán):實(shí)驗(yàn)中采用漆酶直接脫色靛藍(lán),反應(yīng)24h后仍末見溶液吸光度的變化,說(shuō)明在沒(méi)有介質(zhì)存在的情況下,漆酶不能單獨(dú)作用脫色降解靛藍(lán)。
(2)漆酶/HBT體系中pH=4.5-5.0時(shí),對(duì)靛藍(lán)有很好的脫色效果,脫色率達(dá)到75%以上,當(dāng)pH=4.5時(shí),脫色率最高可達(dá)到82%。但需注意,在這種脫色體系中,靛藍(lán)溶液的濃度為
(2)其它體系,如漆酶/紫尿酸(脫色率20%)、漆酶/對(duì)二甲氨基苯甲醛(脫色1h,脫色率67%)。所以最關(guān)鍵是脫色率低。
(三)酸性纖維素酶/漆酶混合體系對(duì)漆酶的脫色
當(dāng)漆酶與酸性纖維素酶協(xié)同作用時(shí),既可使牛仔服在除毛、剝色等方面保持酸性纖維素酶的處理效果,又可顯著減少返沾色,提高服裝色澤對(duì)比度,獲得獨(dú)特的“雪花”效果。
1、酸性纖維素酶和中性纖維素酶對(duì)牛仔布的水洗效果
分別采用酸性纖維素酶和中性纖維素酶對(duì)牛仔布進(jìn)行水洗,其結(jié)果如表8所示。酸性纖維素酶對(duì)牛仔布的除毛效果好、剝色率高,但在酶洗過(guò)程中去除的靛藍(lán)染料會(huì)再次吸附到牛仔布表面,影響服裝的檔次和質(zhì)量。廢水中靛藍(lán)質(zhì)量濃度比較高,達(dá)到74.4 mg/L。采用中性纖維素酶對(duì)牛仔布進(jìn)行水洗,可以減少返沾色的出現(xiàn),但除毛效果差,剝色率僅為6.5 %。通過(guò)延長(zhǎng)水洗整理時(shí)間,可以提高除毛和剝色效果。
表8 纖維素酶對(duì)牛仔
| 酶種類 | 牛仔布失重率/% | 剝色率% | 牛仔布除毛效果 | 靛藍(lán)質(zhì)量 濃度 (mg/L) | 白布上藍(lán)色相對(duì)值/% | 牛仔布的返沾色程度/% |
| 酸性 纖維素酶 | 12.41 | 12. 5 | 良好 | 74. 4 | 100 | 100 |
| 中性 纖維素酶 | 9.81 | 6. 5 | 一般 | 64. 7 | 16 | 16 |
2、漆酶和酸性纖維素酶的協(xié)同水洗效果
在酸性纖維素酶(
表9 漆酶和酸性纖維素酶的協(xié)同水洗效果
| 漆酶量/g/kg 牛仔布 | 牛仔布失重率/% | 剝色率/% | 牛仔布 除毛效果 | 白布上藍(lán)色相對(duì)值/% | 牛仔布的返沾色程 度/% |
| 0 | 12.41 | 12.5 | 良好 | 100 | 100 |
| 2.5 | 13.14 | 13.7 | 良好 | 64 | 64 |
| 5.0 | 13.48 | 14.6 | 良好 | 17 | 17 |
| 7.5 | 14.45 | 14.9 | 良好 | 15 | 15 |
| 10.0 | 14.71 | 15.0 | 良好 | 14 | 14 |
由表9可見,隨著漆酶用量從0增加到
但效果均不顯著。
因此,漆酶和酸性纖維素酶協(xié)同整理牛仔布,既可以保持酸性纖維素酶剝色速度快,除毛效果好的優(yōu)點(diǎn),又能在很大程度上減少返沾色。
六、結(jié)論
1、生物酶具有高效性、專一性、處理?xiàng)l件的溫和性和無(wú)毒性等特點(diǎn),在染整加工中對(duì)于節(jié)約能源和水資源,提高紡織品的加工效率和加工品質(zhì),保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義,是紡織品染整加工的一種理想方法。
2、生物酶在染整加工中的應(yīng)用發(fā)展很快,應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,很多工藝也非常成熟,如酶退漿工藝,牛仔服酶洗返舊整理、過(guò)氧化氫酶去除雙氧水等,現(xiàn)在又在精練、漂白、染色后去浮色等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。
3、但由于酶的品種不足、加工成本偏高、某些酶的使用溫度和使用pH范圍較窄,以及天然纖維上雜質(zhì)的多樣性等原因,在許多方面的應(yīng)用還不很成熟,還需要做大量的工作。這些工作需要紡織印染行業(yè)與生化部門的通力合作。
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