生物酶在纺织工业中的应用

生物酶在纺织工业中的应用

1生物酶技术的应用在国外，生物酶的生产和应用已经使用了90多年。早在30年代已应用于洗涤剂中,酶可改进去污能力,并使织物平滑光洁。在纺织印染工业上,酶首先用于织物退浆。80年代后,生物酶不断研究和开发,用于织物生物打光和酶处理,代替石磨洗等,已取得了较大的进展。生物酶具有专一性和高效性,用于纺织品印染加工具有独特优点,能显著改善织物的外观和手感,并能取代一部分酸、碱、氯、磷化合物等化工原料,从而减少污染,有利于环保。酶处理已被公认为一种符合环保要求的印染加工方法。当今全球普遍重视生态环保,生物酶技术已成为重点关注的技术。本文重点对生物酶的应用及研究现状进行了介绍,并就目前存在的一些问题提出了相应的解决办法。2生物酶的一般概念2.1纺织印染用酶制剂的种类生物酶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。2.1.1第1代溶酶原激活剂:葡萄糖苷酶、cbi酶和cbh酶纤维素酶是一种能将纤维素水解成葡萄糖的复合体,主要有三种组分:葡萄糖苷酶、CBIⅠ酶和CBHⅡ酶。天然纤维素大分子是由大量的结晶区和维系其间的少量无定形区组成的,水解反应首先发生在无定形区,然后发生在结晶区。三种纤维素酶协同作用使纤维发生降解。2.1.2果胶酯酶解纤维原料的制备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。果胶酶作用于棉纤维表面的不溶性果胶,将其催化分解为水溶性果胶(多聚半乳糖醛酸的甲酶),再利用果胶酯酶和聚半乳糖醛酸酶的作用,将多聚半乳糖醛酸的甲酯进一步水解为溶解性更大的半乳糖醛酸和甲醇,最终去除果胶质。随着果胶质的脱落,纤维素表面的其它杂质随之脱落,达到煮练的目的。2.1.3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。2.1.4过氧化氢漂白剂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。过氧化氢是现今使用最为普遍的漂白剂,但残留的过氧化氢会损伤纤维,所以水洗负担加大。用过氧化氢酶去除残余的过氧化氢,其工艺简单、能耗小、去除彻底,只对过氧化氢酶起作用,不损伤织物。2.1.5酶葡萄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。2.1.6淀粉酶催化水解织物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、碱法更柔软,且不损伤纤维。2.1.7ilitiiis型黑曲霉漆酶漆酶是一种氧化还原酶,诺维信公司的DenilitIIS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。2.1.8葡萄糖氧化酶系统成分配织物葡萄糖氧化酶主要进行织物的漂白整理,漂白原理是葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下,生成葡萄糖酸内酯和双氧水,利用产物双氧水对织物进行漂白,处理后织物手感柔软、丰满。葡萄糖氧化酶被认为是最有可能被推广的酶漂白剂。2.2染工业的优越性生物酶是一种无毒、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:(1)作为一种生物催化剂,无毒无害;(2)生产过程中处理条件温和,作用专一;(3)需用量少,节约成本;(4)反应后释放的酶可继续催化另一个反应;(5)产生的污染容易处理。2.3现有生产方式1纺织印染工业应用的酶制剂的生产一般有两种方式:(1)以动植物为原料从动物的脏器、腺体或植物的果实、种子提取。由于数量有限,远不能满足工业发展中对酶制剂供应的要求,目前采用这种生产方式的数量不多。(2)用微生物生产酶制剂,来源丰富,大部分制剂都用这种方式生产。但酶制剂整个研制过程要求较高且复杂,在纺织印染工业上要研究开发一个合适高效专一的品种,也要花一定时间和精力。3生物酶广泛应用于印章上3.1在预处理中的应用3.1.1消消汁料的种类酶退浆是应用生物酶催化水解织物上的浆料,目前主要以淀粉酶退浆为主。通过淀粉酶选择性反应使织物上淀粉大分子发生分解,达到既完全破坏淀粉,又不损伤纤维素。3.1.2纤维素酶的作用棉织物酶煮练常用的酶制剂包括碱性果胶酶、纤维素酶和脂肪酶等。果胶酶虽然不能去除蜡质,但能分解初生胞壁中果胶质,对纤维表面结构起到松懈作用,有利于棉蜡等非纤维素物质从棉纤维分离。纤维素酶对煮练酶去除果胶质有一定的协同作用,能够通过分解角皮层下初生胞壁中的纤维素破坏角皮层,使果胶酶更容易接近纤维中的果胶。此外,纤维素酶对棉织物表面的棉籽壳也有一定去除作用。脂肪酶在煮练中有两方面的作用,一方面用于分解浆料中残留的甘油三酸酯等润滑剂,通过脂肪酶完全水解成甘油;另一方面,能将蜡质水解成甘油和脂肪酸。但试验表明,脂肪酶在改善棉织物的润湿性方面不像果胶酶或纤维素酶那样有效,可能是蜡质的可及性低,或者是脂肪酶对棉纤维中蜡质的分解作用效果不强。3.1.3物酶在棉织物漂后的应用目前,棉织物的漂白仍以双氧水漂白为主。生物酶在棉织物漂白中的应用主要集中在氧漂结束后,使用过氧化氢酶进行脱氧,去除练漂后布面残留的双氧水,减少对后道染色工序的影响。3.2织物整理中的酶整理生物酶技术在印染整理工业中成功应用的另一个领域是棉纺织物的生物酶整理加工。棉纺织物经过纤维素酶整理后,手感和外观可以获得大大改善。C.Lchong等人也研究了纤维酶用量,织物间的磨擦、机械搅拌作用对织物整理性能的影响。所有这些研究,在当今最广泛应用于牛仔布整理中。大多数的牛仔衣都要经过洗磨过程使其外观陈旧,在传统的石洗过程中,浮石打磨去一些染料使牛仔布的色彩变淡,而应用纤维素酶处理,进行生物石洗,就可以达到良好的效果,使其具有新型的外观、较低的价格、更短的处理时间和较少的固体残留物等优点。3.3羧甲基淀粉钠印花糊料在日益环保的今天,难以处理的印花糊料渐渐被人们所抛弃,各科研院所纷纷研制新型环保印花糊料,四平市科学技术研究院李雪晶,马嘶鸣等研制的复合型羧甲基淀粉钠印花糊料从根本上解决了淀粉类印花糊料打浆困难,手感不好,后处理麻烦等缺点,提出了在印花后处理上添加少量淀粉活性酶制剂,就可以使印花效果远远超过传统的海藻酸钠和阿可印,并环保价廉,现已在国内数家大型印染企业批量应用,取得良好效果。3.4不同因素对织物风格的整理生物酶除了在纺织印染前处理及后整理中得到广泛应用外,在其它方面也有所应用。用生物酶制剂对纺织物进行风格整理可使棉布变得像天鹅绒,使粘胶布像真丝,使麻变得柔软,使羊毛变得像羊绒,使真丝变为“天使的皮肤”,使整理后的织物呈现出特有的风格,如Tencel、粘胶等人造丝织物用酶处理,去除初级原纤维化的原纤部分,再经过次级原纤化,可使织物获得桃皮绒触感。4生物酶的研究4.1前处理酶制剂的应用稳定性有待提高(1)生物酶的成本较高。以棉织物煮练为例,传统碱煮练以烧碱为煮练剂,价格较低廉,而果胶酶或其它复合煮练酶价格较高,不同程度地限制了酶法前处理工艺的推广。(2)生物酶的活性稳定性低。不少酶制剂在室温条件下,能存放较长时间,但也有些酶制剂在高温高湿的车间条件下,活性随存放时间变化较大。因此,如何提高前处理酶制剂的活性稳定性,也是生物工程需要进一步研究的问题。(3)生产条件的限制。以棉织物前处理为例,生物酶反应条件缓和,采用浸渍方式(如绳状或溢流染色机)加工,能获得更好的处理效果。而现有棉织物前处理加工的设备多为连续轧蒸式,车速较快。因此,要完全实现酶法的连续化前处理加工,还需对现有设备作适当改进。(4)新型高效复合酶制剂有待进一步开发。目前,应用于纺织品加工中的酶制剂种类较多,国内外不少厂家也开发出了适用于前处理的复合酶制剂,但有些商品复合酶制剂在应用中尚存在一些问题,如酶精练中生物酶起到的作用较小等。不少纺织品酶法前处理加工仍停留在实验室阶段,与实际工业化生产之间仍有一定距离。4.2生物酶技术的应用前景展望(1)不断研究新产品,进一步开发新型高效复合酶制剂。复合酶制剂在生产和应用中尚存在一些问题要进一步解决,减小与实际工业化生产之间的距离。目前所开发和应用于印染领域的酶,仅仅是生物酶中的一部分,随着生物工艺学的不断进步,要开发出更多适合于印染加工的酶,对印染工艺进行改造和革新。酶在印染工业上的应用具有较大的发展潜力。(2)加强与生化部门的合作,降低生产成本。生物酶的生产制备要求较高,菌种的来源、培养、工艺条件和纯化方法等对其成分和性能影响比较大,要寻找或选用一种效果明显且能适用于印染特定某一用途的品种要花一定力量;要连续批量或大量生产效果好、性能稳定的酶产品,也必须设计合理的设备和严格控制生产条件。这些工作,以后还必须加强依靠与生化部门的合作,以促进生物酶的普遍推广和应用。(3)加强生物酶处理工艺的研究。印染工作者可研究不同类型酶处理工艺,生产出高质量的纺织产品。酶处理的工艺条件对其作用效果影响较大,通过改善工艺可以大大提高产品的质量,减少对织物的损伤。综上所述,生物酶技术在纺织印染工业中具有广泛的应用前景。我们应当不失时机地抓紧对各种生物酶制剂的研制,解决纺织印染中的一些难题,尽可能减少纤维强力下降,酶制剂的效率不高的问题,开发耐高温的酶种,扩大蛋白酶应用的范围,加速我国纺织印染工业的技术改造,使我国的纺织印染加工技术尽快赶上世界先进水平。5织物上的短纤化生物酶在印染工业中的应用发展较快,很多工艺已经成熟。用生物酶对织物进行染整加工,既符合环保要求,又能明显改善织物性能。结合传统染整工艺,协同生物酶技术可以明显地减少织物表面绒毛、改善光泽、赋予织物柔软滑爽的手感、改善织物风格、