酶制劑在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

1、 前言 酶的應(yīng)用已經(jīng)成為紡織加工中一個(gè)組成部 分，盡管在幾十年前酶就已經(jīng)應(yīng)用在退漿 上，但在最近幾年里由于新品種的不斷產(chǎn) 生，酶的應(yīng)用已日趨廣。 隨著人們對(duì)環(huán)保越來(lái)越重視，酶已成為最 佳選擇，因?yàn)槊傅纳锝到庑院茫ぷ鳁l 件溫和，并且節(jié)約能源，酶是一種生物催 化劑，具有高效的專(zhuān)一性。 中國(guó)紡織酶劑發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó)紡織工業(yè)總體存在嚴(yán)重污染的問(wèn)題， 尤其是在印染加工過(guò)程中，傳統(tǒng)工藝耗費(fèi) 大量的水和化學(xué)品，同時(shí)造成環(huán)境污染井 破壞生態(tài)平衡。據(jù)2010年第一次全國(guó)污 染源普查公報(bào)，造紙行業(yè)污水排放量和 COD總量均為第一，紡織行業(yè)分別為第五 和第二，因此基于酶技術(shù)的紡織生物技術(shù) 對(duì)紡織工業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量，

2、實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好 工藝和生物材料(纖維功能化)加工，從而促 進(jìn)中國(guó)傳統(tǒng)紡織產(chǎn)業(yè)的升級(jí)改造將起到重 要的作用。 進(jìn)入21世紀(jì)以后中國(guó)酶制劑在紡織工業(yè) 中的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，包括纖維改性、 原麻脫膠、印染前處理、印染廢水處理、 服裝成衣加工等領(lǐng)域。目前，紡織用酶制 劑加工工藝已涉及到幾乎所有的紡織濕加 工領(lǐng)域，市場(chǎng)規(guī)模呈穩(wěn)定遞增趨勢(shì) 實(shí)現(xiàn)生態(tài)整理、綠色染整成為印染行業(yè)的當(dāng) 務(wù)之急，此時(shí)生物酶退漿處理工藝應(yīng)運(yùn)而生 在紡織物處理過(guò)程中，應(yīng)用堿性淀粉酶可使 退漿與精練工藝合并，此工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)： 高預(yù)洗滌效果，高織物質(zhì)量，高預(yù)處理效益， 低污染，高纖維表面效果，節(jié)省時(shí)間，更小 的織物損壞，極大提高了產(chǎn)品市

3、場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和 經(jīng)濟(jì)效益。 對(duì)織物前處理進(jìn)行進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，將退漿 與精練兩步合并，成本并沒(méi)有降至最低。如 果堿性淀粉酶具有一定的抗過(guò)氧化氫能力， 則退漿、精練與漂白可合為一步，這樣既節(jié) 省了時(shí)間，對(duì)織物造成的損壞會(huì)降至最低， 極大提高了經(jīng)濟(jì)效益，是下一步棉織物前處 理的發(fā)展趨勢(shì) 目前無(wú)論是在學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界。以開(kāi)發(fā) 新型高效復(fù)合酶制劑用于染整前處理(堿性 果膠裂解酶、角質(zhì)酶等)、織物后整理(腈水 合酶、角質(zhì)酶等)、棉織物漂白(過(guò)氧化氫酶) 和麻類(lèi)生物脫膠(果膠酶、木聚糖酶、甘露 聚糖酶等)為主導(dǎo)，包括原料改造、工藝改 進(jìn)、材料改性等內(nèi)涵的紡織生物技術(shù)在同 際上形成了新的熱潮。 隨著紡織工業(yè)節(jié)能減

4、排和清潔生產(chǎn)技術(shù)的 大力推廣，中國(guó)紡織用酶制劑將得到更快 發(fā)展。 我國(guó)紡織酶產(chǎn)業(yè)存在的問(wèn)題： 中國(guó)紡織酶制劑加工技術(shù)在加工理論和加工工藝以及酶制 劑的性能方面與世界先進(jìn)水甲仍存在較大差距，主要體現(xiàn) 在以下幾個(gè)方面： 1)同內(nèi)酶制劑研究、生產(chǎn)單位缺乏對(duì)紡織加工領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)， 不熟悉各種紡織加工的特點(diǎn)，對(duì)紡織加工中能用到的酶處 理技術(shù)并未引起足夠的重視和興趣。 2)紡織行業(yè)無(wú)法自行開(kāi)發(fā)相應(yīng)的紡織專(zhuān)用酶制劑，只能采 用傳統(tǒng)食品領(lǐng)域生化試劑。由于傳統(tǒng)食品領(lǐng)域生化試劑不 適合紡織纖維加工特點(diǎn)和要求，性能上尚存在很大差 距難以實(shí)際應(yīng)用。 3)國(guó)內(nèi)紡織酶產(chǎn)品品種少、生產(chǎn)水平低、與紡織工業(yè)生產(chǎn) 處理適應(yīng)性差、缺

5、少工業(yè)應(yīng)用研究。市場(chǎng)長(zhǎng)久被國(guó)外酶制 劑公司壟斷，價(jià)格居高不下，紡織酶處理工藝在國(guó)內(nèi)一直 沒(méi)有得到大規(guī)模推廣。 酶劑的分類(lèi)及在紡織工業(yè)中的應(yīng)用 淀粉酶和退漿 脂肪酶和助理退漿 纖維素酶及其表面處理 蛋白酶與羊毛、真絲的加工 氧化還原酶 酶制劑在紡織工業(yè)中的應(yīng)用 -淀粉酶 棉織物退漿工藝 纖維素酶 返舊整理，生物拋光 果膠酶 生物煮練取代堿液煮練 蛋白酶 羊毛和絲纖維表面改性 酶制劑在紡織工業(yè)中的應(yīng)用 脂肪酶 聚酯纖維的改良；去除蠶絲、羊毛纖維和 皮革中的油脂；精煉加工 過(guò)氧化氫酶 染色工藝中去除雙氧水 漆酶 牛仔服飾的特殊風(fēng)格整理，染液廢液的脫 色 葡萄糖氧化酶 織物的漂白 -淀粉酶 1949年

6、，由于日本采用深層培養(yǎng)法生產(chǎn)細(xì) 菌-淀粉酶獲得成功，才使酶制劑的生產(chǎn)和 應(yīng)用進(jìn)入工業(yè)化的階段。 -淀粉酶是紡織中最早使用的工業(yè)酶制劑， 廣泛應(yīng)用于淀粉漿料的退漿。 在紡織工業(yè)中，為了增強(qiáng)纖維的強(qiáng)度和光 滑性，便于紡織，需要先上漿，然后在漂 白、印染之前又需退漿。 -淀粉酶 上漿 將淀粉用-淀粉酶處理一段時(shí)間，使粘 度達(dá)到一定程度以用作上漿的漿料。 退漿 紡織品在漂白、印染之前，需將附著在 其上的漿料除去。 -淀粉酶 退漿 防染枧油（Lerkamscour 系列） 洗去織物上的漿料及剝落的染料； 防止返染 滲透劑 加快漿料的溶脹脫落 純堿 白坯偏黃時(shí)，用它輕煮及精練 用于PVA、PA、淀粉等漿料

7、的退漿 -淀粉酶 用于淀粉類(lèi)漿料的退漿 -淀粉酶 退漿注意點(diǎn) 退漿不凈或不勻不僅染料不易剝落，而 且還會(huì)產(chǎn)生水線(xiàn)，嚴(yán)重影響布面整理質(zhì)量， 成衣退漿前需做手針，布面較硬的要打水 泡 纖維素酶 纖維素酶的組分 纖維素酶是復(fù)合酶 纖維素內(nèi)切酶 纖維素外切酶 纖維二糖酶 纖維素酶 纖維素酶對(duì)纖維素水解過(guò)程 目前認(rèn)為纖維素酶水解纖維素是-1,4-內(nèi) 切葡聚糖酶（EG，Cx酶）、 -1,4-外切葡 聚糖酶（CBH，C1酶）和-葡萄糖苷酶 （BG）協(xié)同作用下進(jìn)行的。 纖維素酶 影響纖維素酶催化效率的因素 pH值 溫度 纖維素酶的來(lái)源 纖維素的超分子結(jié)構(gòu) 抑制劑 活化劑 纖維素酶 纖維素酶作為一種高效生物催化

8、劑，因其 具有可降解性及對(duì)織物能產(chǎn)生可控的整理 而廣泛應(yīng)用于紡織行業(yè)。 牛仔布的仿舊整理及紡織品的生物拋光是 纖維素酶最成功的應(yīng)用。 纖維素酶 返舊整理 藍(lán)色牛仔服在近些年來(lái)越來(lái)越受到人們 的青睞。在20世紀(jì)70年代后期及80年代初 期,工業(yè)上主要采用浮石洗工藝去除纖維表 面的染料,以達(dá)到霜白效果。 纖維素酶 這種磨損的效果主要是通過(guò)用浮石去除 表面的靛藍(lán)染料獲得的，并得到磨損的外 表。浮石整理的主要問(wèn)題是由于消耗的浮 石在廢水缸里沉積的大量污泥，這些污泥 必須與廢水相分離，并且去除掉。 纖維素酶取代或減少了浮石的使用，這 種酶作用在面紗上，促使靛藍(lán)染料從紗線(xiàn) 表面褪去。纖維素酶破壞紗線(xiàn)表面的

9、纖維， 同時(shí)使得靛藍(lán)層疏松，比機(jī)械磨損更易去 除染料。 纖維素酶 采用纖維素酶洗滌不僅能對(duì)纖維表層進(jìn)行 可控的“刻蝕”，使織物產(chǎn)生不均勻的褪色， 而且對(duì)織物內(nèi)部纖維的強(qiáng)力不會(huì)過(guò)度損傷。 纖維素酶的使用一方面有利于保護(hù)環(huán)境； 另一方面，處理后的織物手感細(xì)膩、柔軟、 耐用性增強(qiáng)，因而纖維素酶洗工藝已廣泛 取代了傳統(tǒng)的石磨水洗。 纖維素酶 生物拋光 為了防止及除去織物表面的毛球，運(yùn)用 纖維素酶對(duì)織物進(jìn)行生物拋光顯得格外必 要。 用纖維素酶處理在織物表面改性方面開(kāi) 辟出了新領(lǐng)域。 纖維素酶 在酶洗過(guò)程中，因纖維素酶分子比水分 子要大1千倍以上，不能透入棉纖維的內(nèi)部。 所以只有接近纖維素纖維表面的-1,

10、4-葡萄 糖苷鍵受到影響。 織物表面的纖細(xì)纖維在生物降解和機(jī)械 力作用的影響下脫落，得到了平滑的纖維 表面。 織物經(jīng)纖維素酶處理后，大大降低了起 毛起球的趨勢(shì)；而且手感柔軟，懸垂性好； 吸水性也得到了改善。 對(duì)應(yīng)用工廠來(lái)說(shuō),纖維素酶制劑的性能和品質(zhì)是 需要考察的,而采取測(cè)試酶活力的方法卻又是不可靠 的,且沒(méi)有實(shí)際意義。 通過(guò)對(duì)其應(yīng)用效果的考察來(lái)評(píng)價(jià)纖維素酶制劑 的性能和品質(zhì)則是既直接又容易操作的。 對(duì)于考察內(nèi)容,可以根據(jù)生產(chǎn)加工的目的、要求 著重測(cè)試、對(duì)比某些項(xiàng)目。 至于其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)或性?xún)r(jià)比,當(dāng)測(cè)試完性能和 品質(zhì)后,性?xún)r(jià)比的問(wèn)題自然有結(jié)論。 果膠酶 傳統(tǒng)的紡織工廠中生產(chǎn)棉產(chǎn)品要通過(guò)一系 列工

11、序，才能使纖維變成織物。 坯布或紗線(xiàn)要通過(guò)不同的濕處理工序如退 漿、煮練和漂白才能具有可濕潤(rùn)、可 白和 染色的性能。 煮練需要濃燒堿和高溫條件以確保有效去 除雜質(zhì)，使織物易于染色。 果膠酶 生物預(yù)處理這一新概念已逐漸受到重視， 這是對(duì)傳統(tǒng)堿煮練的挑戰(zhàn)。 果膠酶和纖維素酶的混合物用于棉的煮練， 煮練的主要目的是去除表面和蠟質(zhì)，蠟質(zhì) 是吸濕性最大的障礙。 生物預(yù)處理的原理是果膠酶像膠水似的把 蠟質(zhì)粘結(jié)合在纖維表面通過(guò)乳化作用去除 果膠的主要部分，從而有效去除蠟質(zhì)。 果膠酶 傳統(tǒng)的煮練用氫氧化鈉，由于氫氧化鈉的 強(qiáng)堿特性，因此濃縮液態(tài)的氫氧化鈉具有 較強(qiáng)的腐蝕性，又由于它的不專(zhuān)一性和苛 刻的工作條件

12、，堿性煮練對(duì)纖維素有破壞 作用，導(dǎo)致棉花較大的失重，這會(huì)增加環(huán) 境負(fù)荷，由于用高濃度的燒堿（通常用硫 酸中和），需要大量的水漂洗，又導(dǎo)致高 的總?cè)芙夤腆w量。 果膠酶 酶煮練只需低溫，溫和的酸性條件 酶是可生物降解的，BOD/COD可以減少到 正常水平的50%廢水中的鹽含量大大降低， 這道工序可節(jié)約50%以上的漂洗水。 蛋白酶 蛋白酶催化蛋白質(zhì)分子上特定的肽鍵的水 解反應(yīng)。 蛋白酶用于從原絲的絲膠表面去除堅(jiān)硬、 無(wú)光的膠質(zhì)、以改善光澤柔軟度。 蛋白酶整理可以使羊毛和絲纖維表面改性， 是一種新穎、獨(dú)性特的整理方法。 蛋白酶 絲的脫膠 蠶絲的絲心蛋白長(zhǎng)絲，天然地被蛋白質(zhì) 絲膠粘在一起。從原絲上去除絲

13、膠的工藝 叫脫膠。傳統(tǒng)的脫膠方法，如皂液脫膠、 堿液脫膠，要消耗大量能源和堿性極強(qiáng)的 化學(xué)試劑，如蘇打粉、馬賽皂等。酶脫膠 而不傷害絲心蛋白。酶脫膠的絲要光滑的 多，絲對(duì)不知性染料的親和力也赤著增加， 同時(shí)降低了環(huán)境負(fù)荷。 蛋白酶 羊毛加工 羊毛衫具有天然的縮水縮絨的性質(zhì)，這 點(diǎn)很受消費(fèi)者的歡迎，可洗的羊毛制品是 當(dāng)今的需要，縮絨性是由于羊毛表皮層結(jié) 構(gòu)中的鱗片質(zhì)，許多化學(xué)改良工藝，大部 分都是氯基化學(xué)物和聚合物。氯的應(yīng)用導(dǎo) 致廢水中的AOX含量增加，應(yīng)用蛋白酶可 以均勻降解角質(zhì)層，增加抗縮性，抗縮絨 酶化是一個(gè)生態(tài)的清潔工序。 脂肪酶 PET是疏水性纖維，改良其吸濕性的有效方 法是堿液水解。

14、 堿液水解的主要缺點(diǎn)是強(qiáng)力損失和苛化作 用。 研究發(fā)現(xiàn)，用脂肪酶比用堿液能更好地改 善吸濕性的保型性。 酶反應(yīng)需要25下作用10min，不影響強(qiáng)力。 過(guò)氧化氫酶 應(yīng)用雙氧水漂白，是因?yàn)樗嚷绕拘孕。?如果任何漂白物殘留在紗線(xiàn)或織物上，會(huì) 導(dǎo)致染色不均。 在常用的工序，漂白后要有傳統(tǒng)的還原劑 像重硫酸鈉來(lái)中和多余的雙氧水，為了有 效去除雙氧水，大部分還原劑需要高溫條 件，這必然增加能耗。 過(guò)氧化氫酶 過(guò)氧化氫酶可以中和多余的漂白殘留物， 它不用漂洗水就可以去除多余的雙氧水。 過(guò)氧化氫酶在冷水中作用，可節(jié)約大量能 源。 正常情況下，每公斤織物需要3040L水去 漂洗掉多余的還原劑。 用過(guò)氧化氫酶

15、處理后，根本不需要漂洗， 可節(jié)約大量的水。 過(guò)氧化氫酶 過(guò)氧化氫酶將雙氧水分解成水和氧氣。 這兩種物質(zhì)都不增加污染。 過(guò)氧化氫酶的應(yīng)用不僅節(jié)約水、時(shí)間和能 源，同時(shí)也顯著減少了環(huán)境負(fù)荷。 漆酶 漂白的勞動(dòng)布上會(huì)有許多斑點(diǎn)。 用次氯酸鈉或漂白過(guò)程，使用不同的洗滌 方式如水洗和巴塔洗。 這種工藝的主要缺點(diǎn)是應(yīng)用氯漂白，不利 于環(huán)保，而且工作環(huán)境惡劣。 漆酶可以使靛藍(lán)褪色，在整理勞動(dòng)布服裝， 為控制漂白過(guò)程，使用不同的洗滌方式如 水洗和巴塔洗。 漆酶 漆酶可以使靛藍(lán)褪色，在整理勞動(dòng)布織物 時(shí)起重要作用。 這個(gè)系統(tǒng)是酶和催化劑的混合物，酶本身 不能破壞靛藍(lán)，然而水溶性中間介質(zhì)的存 在使酶被氧化，然后媒

16、質(zhì)反應(yīng)，反它轉(zhuǎn)化 成自由基，自由基再作用靛藍(lán)染料，反靛 藍(lán)染料轉(zhuǎn)化成氧化物。 漆酶使得不用氯漂白劑成為可能，在這種 系統(tǒng)中，酶的控制比次氯酸鹽容易得多。 未來(lái)可能的應(yīng)用 棉布漂白 交聯(lián)催化劑 廢水雜色去除 合成纖維的降解 棉布漂白 在不久的將來(lái), 人們或許能通過(guò)應(yīng) 用某些酶的混合物來(lái)再現(xiàn)自然的酶 漂白工藝。比如, 選擇和應(yīng)用某些 特定的殺蟲(chóng)劑, 氧化還原酶, 木糖膠 酶或其它酶來(lái)漂白棉纖維。 交聯(lián)催化劑 一些化學(xué)催化劑(如氯化鎂) 目前已用于纖維 素和各種交聯(lián)劑反應(yīng)的催化, 以產(chǎn)生棉質(zhì)衣 服的耐久定形特性。交聯(lián)反應(yīng)通常在350u 以上高溫的情況下、在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生, 但這 種加工過(guò)程會(huì)降低棉質(zhì)服

17、裝的強(qiáng)度。若在 室溫下應(yīng)用酶來(lái)催化交聯(lián)反應(yīng), 以提高棉布 的耐久定形性也是有可能的。比如, 在無(wú)水 的情況下, 把聚合有機(jī)酸和脂肪酶加入進(jìn)去, 使棉中纖維素鏈之間形成酯鏈等等。 廢水雜色去除：染整工廠排出的廢水所含 的雜色中, 大部分是由現(xiàn)代合成染料中的偶氮 基和酮基團(tuán)引起的。通過(guò)用精選的酶來(lái)處理 染料廢水, 將其催化分解為某些化合物是有可 能實(shí)現(xiàn)的。 合成纖維的降解：用合成纖維生產(chǎn)的地 毯或其它紡織品, 用后成為垃圾填埋時(shí), 因不 易分解而加重了對(duì)環(huán)境的污染。為此, 急需開(kāi) 發(fā)一些能分解這類(lèi)物質(zhì)的催化酶, 如尼龍酶、 聚酯酶、聚丙烯酶或其它類(lèi)似的酶, 將有可能 減輕環(huán)境污染, 甚至可將這些垃圾分解成肥料。 總結(jié) (1) 酶在紡織品濕加工中的應(yīng)用, 不但能減少對(duì)環(huán)境的 污染, 而且能改善紡織品的