生物酶在纺织品加工中的应用

生物酶在纺织品加工中的应用

————纤维素酶应用

1、前言

生物酶是一种无毒、无害，对环境友好的生物催化剂。生物酶用于纺织印染工业具有较大的优越性：作为一种生物催化剂，无毒无害；生产地程中处理条件温和，作用专一；需用量少，节约成本；反应后释放的酶可继续催化另一个反应；产生的污染容易处理。

酶制剂的生物处理主要是用特定的酶制剂作用到纱线表面的一种生物化学处理过程。生物处理的目的是：清洁织物表面，减少表面绒毛；防止织物的起球性；改善织物手感性能；改善织物悬垂度；增进织物的吸水性；改善织物与染料的亲和力、给色率和色光。[1]

生物酶制剂经过科学家一个多世纪的研究，已被认知达3000多种，目前在纺织印染加工中使用较广泛的酶制剂主要是纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、脂肪酶、过氧化酶、漆酶、葡萄糖氧化酶八类：①纤维素酶。纤维素是由各种不同催化特性的酶组成的多组分的酶体系。一般认为，纤维酶主要由CBIⅠ、CBH Ⅱ和葡萄糖苷酶组成的，这些酶在纤维素水解过程中具有协同作用。②果胶酶。果胶酶主要由果胶裂解酶、果胶酯酶、聚半乳糖醛酸酶和果胶酸盐裂解酶组成。

③脂肪酶。脂肪酶能将脂肪水解成甘油和脂肪酸，脂肪酸可进一步氧化合成糖类；

④过氧化氢分解酶。过氧化氢酶是一种氧化还原性酶，它可以催化分解过氧化氢，生成水和氧气。⑤蛋白酶。由微生物分泌的蛋白酶由于所用菌种不同而差别很大，但大体是一样的，就是由蛋白酶将蛋白质分解为肽，肽再水解生成氨基酸。⑥淀粉酶。淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶类总称，通常通过淀粉酶催化水解织物上的淀粉浆料，由于淀粉酶的高效性及专一性，酶退浆的退浆率高，退浆快，污染少，产品比酸法、减法更柔软，且不损伤纤维。⑦漆酶、葡萄糖氧化酶。漆酶是一种氧化还原酶，诺和信公司的Denilit II S就是通过基因改性的黑曲霉漆酶，可以进行牛仔服装仿旧整理工艺，获得的织物手感厚实，表面光洁、色泽明快、淡雅。葡萄糖氧化酶主要进行织物的漂白整理，这种酶处理对双氧水的产生非常有效，处理使不需添加双氧水稳定剂，处理后织物手感柔软、丰满。而本文主要探讨纤

维素酶在纺织品整理的应用。[2]

2、纤维素酶基本概念

2.1什么是纤维素酶

纤维素酶是一种对纤维素大分子的水解具有特殊催化作用的活性蛋白质，它是一组酶的总称，不是单成分酶，而是由多个酶起协同作用的多酶体系。其外观为灰白色的无定形粉末或液体；最适作用温度为40℃～55℃；反应最适PH值为4.0～6.0；在40℃～70℃以下稳定存在；溶于水，几乎不溶于乙醇、乙醚和氯仿等有机溶剂；该酶催化效率高，比一般酶高106～107倍。

自1906年Seillere在蜗牛的消化液中发现纤维素酶至今已有一百余年了，现在纤维素酶已被广泛应用于食品、酿酒、饲料加工、纺织、洗衣、农业等多个领域[1]。食品方面，纤维素酶被应用于果实和蔬菜加工、油料作物加工、茶叶加工、酒精生产、啤酒生产、食醋酿造、酱油酿造等生产工艺。在饲料工业中，纤维素酶用来制备低纤维饲料、饲料酶制剂、水解植物纤维生产饲料酵母。在纺织工业中，纤维素酶被用于纤维改性，真丝脱胶，染整的退浆、精炼、整理加工等方面。纤维素酶还被用于解决“白色污染”问题。纤维素酶用于造纸工业，利用外切纤维素酶只从末端切断纤维素的作用原理，可以提高纸张的光洁度。[3] 纤维素酶在自然界分布极为广泛，昆虫、软体动物、高等植物、细菌、放线菌和真菌都能产生纤维素酶。反刍动物的瘤胃以及猪大肠也有分解纤维素的细菌存在。纤维素酶的来源主要有三方面：植物、动物和微生物。纤维素酶虽然在植物中广泛存在，且在植物发育的某些阶段发挥着水解细胞壁的作用，如果实成熟、蒂柄脱落等，但从植物中提取纤维素酶比较困难，且含量不高。很多食木性的动物及食草动物之所以可以以植物为食物来源，主要是因为其体内存在内源性的纤维素酶，但是依靠这类动物来进行工业化大规模生产也比较困难。工业化纤维素酶的生产主要采用微生物来进行。据不完全统计，20世纪60年代以来国内外共记录了产纤维素酶的菌株大约有53个属的几千个菌种。由于放线菌纤维素酶的产量极低，所以研究很少。细菌纤维素酶产量也不高，主要是葡聚糖内切酶，大多数对结晶纤维素没有降解活性，且所产生的酶是胞内酶或吸附在细胞壁上，不分泌到培养液中，增加了提取纯化的难度，所以工业上很少采用细菌作为生产菌株[4]。目前用于生产纤维素酶的微生物较多的是丝状真菌，其中酶活力较强的

菌种为木霉、曲霉、根霉和青霉，以木霉属菌种居多，较为典型的有里氏木霉、绿色木霉、康氏、木霉。[4]

2.2纤维素酶的加工方法

要获得较高的酶产量，发酵方法也是非常重要的。纤维素酶的生产主要有固态发酵和液态发酵两种方式。固态发酵虽有设备简单、投资少的优点，但发酵水平不稳定、生产效率低、易污染杂菌、不适于大规模生产；而液态深层发酵由于具有培养条件容易控制、不易染杂菌、生产效率高等优点，已成为国外重要的研究和开发工艺。

液体发酵生产工艺过程是将玉米秸杆等纤维材料粉碎到20目以下后进行灭菌处理，送发酵罐内发酵，同时加入纤维素酶菌种，发酵时间约为70h，温度控制低于60℃，采用净化后的无菌空气从罐底通入进行物料的气流搅拌，发酵完的物料经压滤机压滤、超滤浓缩，喷雾干燥，制得纤维素酶产品[5]。液体发酵法动力消耗大，设备要求高，但原料利用率高，生产条件易控制，产量高，劳动强度小，产品质量稳定。随着市场的成熟，液体发酵工艺的发展以及菌种性能的提高，采用液体发酵生产纤维素酶是必然趋势。日本过去多用固体发酵生产，后来由于这种方法难于监控，某些组分常常吸附于固体残余物上，增加了提取难度，不利于现代化流水作业，于是不少改为液体深层发酵。美国一直都是使用液体深层发酵方法，并在此基础上出现了分批发酵法、连续发酵法、二次发酵法以及细胞循环法等等，大大提高了酶活，降低了成本。[6]

近十几年来，纤维素酶的固定化研究成为了该领域的一个热点。虽然大部分工作还停留在实验室和中试阶段，但取得的成就还是令人鼓舞的[7]。实践证明纤维素酶的固定化是提高素酶使用效率、降低生产成本的一种十分有效的方法。尤其是在纤维素酶固定化基础上发展起来的固定菌体生长细胞的技术，会因其特有的实用优点，将成为今后纤维素酶领域的主要研究方向之一。[8]

3、纤维素酶在染整加工中的应用

纤维素酶用途极广，可用于一切以植物籽实为原料的加工业。在饲料、酿造、食品加工、中草药有效成分提取、果蔬加工、环保、造纸、石油开采等行业的应用中，能有效地改善产品质量，提高产量，从而获得显著的经济效益。在纺织后整理工艺上，利用纤维素酶对纤维素纤维织物进行生物整理即酶降解整理，被认