酶工程在纺织领域的应用

专选课《纺织生物技术基础》

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班级轻化工程

酶工程在染整前处理中的应用

摘要本文主要介绍了生物酶的种类和特点，以及其在染整工业前处理中的应用,讨论了目前这些生物技术用于染整工业的优势及存在的主要问题,展望了生物技术应用于染整工业的前景。

关键字生物酶；纺织染整；前处理；展望

Application of Enzyme Engineering in Dyeing and Finishing Pretreatment

Abstract This paper mainly describes the types and characteristics of enzymes,and elaborate theapplication in pretreatment of dyeing and finishing industry. The article also discusses advantagesand main problems of biotechnology for dyeing and finishing industry,looks to the prospects of biotechnology applied to dyeing and finishing industry.

Key words Enzyme; Textile Dyeing and Finishing; Pretreatment; Future development.

随着世界人口的迅速增长,纺织染整工业不断发展。传统的染整工艺需要耗用大量的水和化学物质,不仅消耗资源,而且产生严重污染。随着生物工程技术的发展及纺织绿色加工要求的提高，酶工艺已成为纺织加工的重要发展方向之一。目前，纺织酶加工工艺已涉及了几乎所有的纺织湿加工领域，酶制剂的种类不断丰富，出现了一系列的高性能纺织专用酶产品。纺织酶加工理论、酶加工设备和工艺也有了很大发展。纺织酶加工作为生化技术在传统纺织行业中的成功应用，是纺织加工的新领域，它和传统的纺织湿加工技术有很大的不同，纺织加工的特点决定了纺织用酶制剂是一个富有开拓前景的领域。目前国际上关于生物酶在染整工业中应用的研究十分活跃,本文将对生物酶在纺织染整前处理领域的应用作相应的介绍。[1]

1染整用生物酶制剂的种类及特点

酶是一种由生物体产生的高效生物催化剂广泛地存在于动物内脏、植物茎叶果实和微生物体中生物体新陈代谢的生化反应。绝大多数是在酶催化下进行的。酶可以引起氧化还原、水解裂解和凝聚等反应酶的品种繁多。随着遗传学生物工程学的发展酶的生产与应用也得到了进一步的重视和发展，在纺织上使用酶对纤维材料进行处理已有多年历史。最初大多集中在丝麻的脱胶和棉织物的退浆方面，近几十年来采用酶对纤维素纤维和羊毛纤维进行的减量加工或改性加工。[2]在欧美和日本得到大力开发，特别是用纤维素酶处理纤维素纤维使其表面光洁，从而改善织物手感和服用性能，其工业化应用日趋广泛。进入80年代后用蛋白酶对羊毛纤维进行减量加工，即剥鳞片处理从而使其细度变小光泽更好，加工后的产品手感轻薄柔软滑爽，且具有防缩性和抗起球性，可作为夏季服装面料可见酶在纺织加工中有着广泛的用途。

1.1α-淀粉酶

α-淀粉酶用在染整前处理的退浆工艺中，主要用来处理以淀粉浆为主的浆料，是应用比较成功的酶制剂。我国有很好的α-淀粉酶菌种，尤其适用于原纤化Lyocell产品的退浆，能够保证处理质量的稳定。目前已研发出了淀粉酶制剂的宽域（pH值和温度）产品，这对酶退浆工艺的控制十分有利。同时还研发了耐高温的α-淀粉酶制剂，这种酶制剂可适应连续化的高温退浆工艺，有利

于缩短工艺时间，提高退浆效率。

1.2纤维素酶

纤维素酶是目前应用最为成功的纺织酶制剂，可对纤维素纤维织物进行有效处理，即在织物强度损伤可接受的情况下使处理织物获得需要的效果。纤维素酶主要用在棉织物的抛光整理（光洁整理）和牛仔布的返旧整理，并已成为染整加工的常规工艺。纤维素酶制剂中最重要的组分是内切酶，它在生物抛光、石磨水洗返旧整理中起到了关键作用。[3]纤维素酶还被作为洗涤剂的添加剂，以加强去污效果。据文献报道，纤维素酶与其他酶制剂（如淀粉酶、果胶酶、蛋白酶等）复合，进行棉织物的退浆、精练等处理效果显著。

1.3果胶酶

果胶酶主要用于替代棉织物碱精练用的碱剂。棉纤维中的果胶质位于蜡质与纤维之间，若能把果胶质去除，就可降低蜡质与纤维的结合力，从而有利于在随后的高温浴中乳化去除蜡质。[4]果胶酶用于棉纤维的精练时处理速率较慢，在时间充足的情况下，也能达到碱精练的减量水平，但处理后织物的亲水性相对较低。从生产实践看，仅通过果胶酶处理基本无法去除棉纤维表面的蜡质。有文献表明，在酶处理时加入非离子表面活性剂可明显促进去除作用，从而改善了织物的亲水性。这主要是因为果胶酶和表面活性剂配合后对去除蜡质有协同效应。也有文献介绍，果胶酶和角质酶复配后能产生协同作用，可显著提高棉蜡的去除率和织物的亲水性。有研究文献介绍果胶酶和淀粉酶、纤维素酶等具有很好的协同作用，可实现退浆精练一浴法和退浆精练生物抛光一浴法处理。

1.4蛋白酶

蛋白酶是我国纺织工业最早应用的生物酶制剂之一，蛋白酶用于真丝脱胶砂洗、皮革脱毛、毛皮软化等已成为产业化应用的常规工艺。蛋白酶对羊毛的处理，主要是防毡缩，在抗起毛起球、改善光泽及低温染色等方面也有研究和应用。蛋白酶还可用于蛋白上浆材料的退浆处理。也有文献报道，蛋白酶可与其它酶制剂（如纤维素酶、果胶酶等）复配用于棉织物的精练加工。

2 酶制剂在染整前处理中的应用

纺织工业是最早运用生物技术的工业生产领域之一。生物酶可作用于纺织品上天然杂质及工艺化学品的去除，并改善织物的物理性质。目前生物酶主要应用于纺织品精练、染色及整理等湿法加工过程，以取代传统操作过程中大量使用的高浓化学品，如苛性碱等。与传统工艺相比，生物酶工艺具有以下优势：

(1)工艺步骤减少，缩短工艺时间，提高设备产出；

(2)降低用水量，降低排污量；

(3)操作条件温和，降低能耗，改善工人工

作环境；

(4)改善织物手感，降低强力损失；

(5)降低操作成本。

酶在棉织物印染前处理中的应用已涉及以下领域：

2.1生物酶在退浆中的应用

采用酶法退浆，具有以下特点。

（1）酶退浆废水pH值低，可生化性好，符合清洁生产和绿色环保要求。

（2）酶退浆作用快，效果好，退浆率高达 7 级，而传统碱退浆只能达到 4 级。（3）碱退浆使浆料疏松、膨化，未将其分解为小分子物质，因此对水洗要求较高，

水量、温度控制不当，会使浆料重新凝

结、聚集，沾污布面，形成浆斑，从而

造成大批量半制品回修。而酶退浆则使

浆料在酶的作用下催化分解为水溶性

很高的小分子物质，浆液粘稠度低，不

会再次凝结。

（4）酶退浆半制品手感柔软，强力损伤小。对强降比较严重的功能性整理（如免烫、阻燃整理等）品种，特别适合采用酶退浆。

淀粉酶是纺织工业中早进行工业化应用的酶制剂之一，如采用淀粉酶代替碱去除坯布上的淀粉浆料。[5]使用淀粉酶退浆能将淀粉分解成可溶性低分子糖的酶（α–葡聚糖酶），而且用酶处理产生的分解物无毒性，但这些分解物必须经处理后再排放，否则会