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酶類在織物后整理中應(yīng)用的探討

北京紡織科學(xué)研究所 薛迪庚

應(yīng)用部分

我國(guó)自60年代開發(fā)耐溫的BF7658酶應(yīng)用于高效退漿后，酶類在紡織工業(yè)上的應(yīng)用受到人們的重視。卅十多年來(lái)開發(fā)研究的酶類先后有蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、色素酶、過(guò)氧化物酶和還原酶等。除后兩種酶外，都屬于水解型酶類。因此用于前處理較多，相對(duì)于后處理的較少。

酶類屬于后處理方面的主要有:

一、蛋白酶方面

1．羊毛地毯的后整理

2．毛織物防縮整理

3．羊毛衫 "機(jī)可洗"處理

4．絲織物后脫膠整理

二、纖維素酶方面

1．牛仔服的類石磨整理

2．棉、麻織物的柔軟光潔整理

3．毛呢織物的除草籽處理

這些后處理分述如下；

（一）

蛋白酶方面

1．羊毛地毯織成后為了達(dá)到表面光潔和毛茸高聳。在使用中不產(chǎn)生纏結(jié)。傳統(tǒng)的方法采用氫氧化鈉和次氯酸鈉的烈性工藝脫除毛纖維外層的鱗片。這種生產(chǎn)工藝流程為浸漬、堆置和涮洗。缺點(diǎn)是時(shí)問長(zhǎng)、效率低而且氯的氣息濃，腐蝕性強(qiáng)，不符合文明生產(chǎn)的要求。為此操作工人強(qiáng)烈要求改進(jìn)生產(chǎn)方法。根據(jù)生產(chǎn)單位要求，我們到工廠實(shí)地觀察，發(fā)現(xiàn)這種生產(chǎn)方法不僅有上述的種種缺點(diǎn)，而且為了承受氯鹼工藝，毛線染色也必須用鉻媒染科，不僅成本高和染色復(fù)雜、而且廢水中含有大量鉻鹽，危害環(huán)境。為此我們建議改用蛋白酶脫除羊毛鱗片。

處理方法為；

地毯重量: 5kg/m2

(1)預(yù)處理

純鹼 0.4%

平平加0 0.l%

浴比 1:50～100

將地毯在上述處理浴中保持35℃左右，處理12～24小時(shí)。取出水洗除堿。

（2）酶處理

*復(fù)合蛋白酶A（137000單位） 2%

浴比 l:10

將地毯在上述處理浴中，保持55℃強(qiáng)力劇洗3小時(shí)，涮完水洗。

*復(fù)合蛋白酶A系巰基蛋白酶為主的復(fù)合酶劑。

以上酶處理的結(jié)果與傳統(tǒng)的氯鹼法相比存在微小的差別。即酶法處理尚存有少量鱗片殘留，氯堿法對(duì)鱗片去除干凈，但對(duì)毛扦維有損傷。

用類似的蛋白酶法處理毛織物

有些絲織物，織后需要脫膠，為了防止褪色，用蛋白酶處理比較理想，而且手感柔軟，還可以同浴染色。

（二）

纖維素酶方面

應(yīng)用纖維素酶進(jìn)行牛籽布的類石磨整理是比較成功的，而且已大批量投入生廣。這種處理即商業(yè)上的所謂“生物洗處理”。這種方法的原理是用纖維素酶水解部份纖維素，這樣使仃留在纖維素?zé)o定形區(qū)的溴化靛蘭也隨之脫落，這樣使牛仔布的表面效果和石磨一樣。兩者區(qū)別是石磨是全靠機(jī)械磨損纖雄，而酶法主要是依賴生物催化水解纖維。

在手感方面酶法比石磨法更柔軟些，相對(duì)來(lái)說(shuō)酶法對(duì)損傷程度容易控制些。田此比較安全一點(diǎn)。在工藝操作上，酶法不排放固體廢物(碎石)，因此，沒有堵塞下水道的隱患，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，酶法處理效果的關(guān)鍵在于纖維的充分膨化，然后是機(jī)械作用。反之在靜止?fàn)顟B(tài)和纖維永膨化的情況下，酶的作用很小。因此牛仔布(服)的酶法劑實(shí)際是纖維素與纖維膨化劑的復(fù)合制品。

牛仔布(服)酶洗實(shí)例:

退漿后在下列浴液中處理

**酶洗劑CBJ(600～800單位) 30～5Og/kg

浴比 1︰10

PH 4·5～5·0

溫度 50～60℃

時(shí)間 45～90min

處理后用水清洗

注：* ** 均系北京紡織科學(xué)研究所生產(chǎn)

除牛仔布(服)酶處理外，纖維素酶可用于棉、麻、各類制品，可以獲得潔凈的織物表面、較好的光澤、柔軟的手感。也可以提高吸水性能和改善麻織物的剌癢觸感。酶法處理與化學(xué)法比較，優(yōu)點(diǎn)是工藝條件溫和，能耗低，化學(xué)廢物少，有利于環(huán)境保護(hù)。另外織物上有

害物質(zhì)少，有利于健康。這些優(yōu)點(diǎn)都使這種酶法整理技術(shù)得到重視。

毛呢織物中由于羊毛原料中混有草籽，在加工過(guò)程中難以完全去除，傳統(tǒng)的方法是用硫酸將它炭化。這種工藝對(duì)毛纖維有一

綜合以上所述酶類在織物整理中有著廣闊的前景。但是目前還存在一些問題需要探討。

討論部份

（一）

酶的專一性——安全問題

酶是一種生物催化劑。它的催化作用為人們推崇的特點(diǎn)是專一性，也就是說(shuō)它只對(duì)某一個(gè)對(duì)象起作用，不會(huì)波及其它物質(zhì)。因此十分安全，尤其使用水解酶類更為重要。例如用α—淀粉酶（BF-7658酶）退漿只對(duì)淀粉起作用，而且只把淀粉轉(zhuǎn)化到糊精為止。它不象鹼酸退漿，氧化退漿會(huì)波及纖維，用蛋白酶脫除絲膠主要是利用絲膠是球蛋白，絲素是角蛋白，前者作用較快，后者作用艱難，利用“時(shí)間差”達(dá)到安全。利用蛋白酶去除毛纖維上的鱗片，由于物理結(jié)構(gòu)關(guān)系，也同樣可以用“時(shí)間差”來(lái)控制。利用纖維素酶后整理，它既不象退漿不會(huì)波及纖維，又不象蛋白酶脫絲膠和去除羊毛鱗片那樣可以利用“時(shí)阿差”控制，因此，纖維的安全問題顯得十分突出。牛仔布是一種厚重織物，本身強(qiáng)度大。用浮石磨洗，屬于損傷性的處理，現(xiàn)在利用酶法仿效，比較起來(lái)?yè)p傷問題并不明顯。利用扦維素酶處理高支棉麻織物，達(dá)到光潔和柔軟的效果，對(duì)纖維的損傷問題就比較嚴(yán)重，因此就有酶作用的安全性問題。如北京某廠用進(jìn)口的纖維素酶處理高支純棉織物，強(qiáng)力損失達(dá)30%以上。所以纖維素酶后處理除了去除毛呢織物中除草籽外，就沒有酶作用專一性帶來(lái)的安全保障，而必領(lǐng)加以控制。

（二）

酶的高效性問題

、 酶的催化作用有兩個(gè)特點(diǎn)，除上述的專一性外還有一個(gè)高效性。對(duì)這一點(diǎn)常使印染工作者迷惑不解。這主要是印染工業(yè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展在生產(chǎn)方面已達(dá)到很高效率。例如很多工序采取連續(xù)化作業(yè)，每分鐘都能突破1米這樣的生產(chǎn)速度。而我們接觸到的酶作用要緩慢得多。這種差異主要是；（1）酶的高效性是和非酶的催化劑比較而言。（2）相對(duì)來(lái)說(shuō)現(xiàn)

出路的關(guān)鍵是找尋耐溫的酶種，從真菌中產(chǎn)生的酶類由于真菌的本身性質(zhì)限制很難獲得理想的酶種。例如從綠色木霉中提取的扦維素酶在75℃的水中就全部失活。因此應(yīng)從細(xì)菌中找尋。BF-7658酶由細(xì)菌中耐溫性高的芽孢桿菌中產(chǎn)生，因此在100℃水中沸煮5秒鐘尚留有部份活力存在，憑籍這種可貴的性質(zhì)，實(shí)施了連續(xù)化退漿作業(yè)。

（三）

蛋白酶作用的局限性問題

目前酶類在紡織工業(yè)上應(yīng)用，主要有兩個(gè)方面；（1）是對(duì)纖維以外的物質(zhì)作用，如棉織物的退漿 由于酶的專一性很安全，使用的酶又耐高溫，所以比較成功。（2）是作用纖維本身，安全性低，但可以控制。

但是由于纖維的結(jié)構(gòu)如蛋白酶的脫除絲膠，絲膠雖然在絲素外部，但本身有4層結(jié)構(gòu)，第3，4層的結(jié)晶度大，因此最終有殘留部份無(wú)法去除。用蛋白酶去除羊毛鱗片，最終亦有殘留問題。所以蛋白酶對(duì)蛋白纖維減量與化學(xué)方法比較，前者是稍慊不足，而后者是稍有過(guò)度，都存在一定不足。

（四）

纖維素酶的酶種問題

目前我們使用的纖維素酶，對(duì)象是飼料糖化，對(duì)我們用于織物后整理存在著隱患。這必須從纖維素酶與其它水解酶不同性質(zhì)談起。纖維素酶不是單一酶，而是若干種酶的復(fù)合酶。從降解纖維素作用來(lái)說(shuō)，它主要存在著三種組成，各具特定的降解功能:

（1）C1酶(exo-酶)它是一種外切酶，作用于無(wú)取代基的還原端；

（2）Cx酶(endo-酶)它是一科內(nèi)切酶，隨機(jī)作用于任何位置；

（3）β-葡萄糖苷酶，它作用于低聚糖，產(chǎn)物是葡萄糖。

50年

C1酶 Cx酶

纖維素結(jié)晶體————→纖維素?zé)o定形體-————→可溶性低聚糖

60年代，人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到β-葡萄糖苷酶能將可溶性低聚糖如纖維二糖及三糖分解成葡萄糖單體。

70年代初，人們獲得了分離提純出的C1酶和Cx酶，確認(rèn)了C1酶只能作用于無(wú)取代基阻礙的還原端，對(duì)于CMC無(wú)活性；Cx酶能隨機(jī)作用于葡萄糖任何位置，不受取代基的阻礙作用，對(duì)于CMC高活性。同時(shí)也認(rèn)識(shí)了對(duì)天然纖維素，單獨(dú)的C1作用無(wú)論如何也不能夠得到可觀的產(chǎn)糖率，同樣單獨(dú)的Cx酶作用也不能形成有效的降解作用。

此后的研究，進(jìn)一步確認(rèn)了協(xié)同作用是纖維素酶作用于天然纖維素降解的真實(shí)途徑。協(xié)同作用強(qiáng)度(降解率)大于各單一酶作用強(qiáng)度的總和；而不是同一發(fā)酵酶產(chǎn)生的單一酶種，往往不能間單疊加以獲得協(xié)同效果。

根據(jù)以上理論和認(rèn)識(shí)，纖維素酶三種組合的作用可如下圖所示:

由Cx酶作用產(chǎn)生的斷片更容易受C1酶的作用，低糖斷片被β-葡萄糖苷酶水解成單糖。

天然纖維素大分子聚集體由大量結(jié)晶區(qū)和維系其間的少量無(wú)定形區(qū)構(gòu)成，由纖維素酶催化的水解作用查能如下圖所示；

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，凡含C1酶成份較少的纖維素酶對(duì)棉纖維損失較少，如下表所示

目前我們用纖維素酶加工織物，由于事前并不掌握組份，因此有根大的盲目性和風(fēng)險(xiǎn)性。另外，我們酶法后整理的目的只要去除表面纖維并不要求飼料那樣糖化。所以分解達(dá)到可溶性的低聚糖就能滿足要求(通過(guò)強(qiáng)力水洗去除)。這樣不僅可以縮短反應(yīng)，還可以防止纖維二糖和葡萄糖對(duì)酶的抑制。

根據(jù)以上所論，開發(fā)一種Cx酶合量高而C1酶組份少的纖維素酶最為理想。這種酶種在細(xì)菌類找尋可能性比較大，而且還可能有較好的耐溫性。當(dāng)然從技術(shù)難度上來(lái)講，這類細(xì)菌大抵都是厭氣性的，又是胞內(nèi)酶，提取麻煩。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這些困難并不是難以逾越的障礙。