（纺织化学与染整工程专业论文）棉织物生物酶前处理工艺研究.pdf

棉织物生物酶前处理工艺研究 摘要 本文概述了棉织物生物酶前处理加工的意义，以及薅制剂和各种工艺的现 状和发糙，酶的作用原礁和影响酶活性的各种因素，棉纤维及其共生物的结构 露化学缀戏。在此基础二，详缎探讨了i s 荦辛撼织物生铭酶翦处褒_ i 艺。通过测 试处理届织物的退浆率、白度、龟效、拉伸强力，综合评价各种工艺的优缺 点，孬对彭嗡工艺辫爨豢送行修歪，最蜃菇选臻逶合实鼯生产瓣生浆酶藩处理 工艺。 苇l 瀚生镑鹣对端织物遗 亍求浴运、纛、漂楚率文磷究煞重点之一。磅究表 明：百胜净棉酶可以和双氧水闯浴处理，该煮漂液同浴处理织物时，酶活性没 有损失，处理厝织物豹强力较好。 其工艺流程：第一步配制退浆工馋液一入布一振荡保温( 6 0 。c ，4 5 m i n ) 一9 5 热水洗一6 0 温水洗一冷水洗一烘至恒熏，第二步配制煮漂工作液一入 鑫一振荡保湿( 9 54 c ，6 0 r a i n ) 一9 5 热术洗- - * 6 0 滋水洗一冷水洗一烘至慷 燕。其工艺配方：淀粉酶b 浓度为o s g l ，百胜净棉酶浓度为1 5 9 l ，双氧水 怒量为8 m 毙。 利用生物酶对棉织物进行退、煮、漂汽蒸遗续前处理是染熬工作者一直关 注翡，稳是本文研究酶鬟点之。研究寝秘：逸霜l 4 0 游离温淀耢酶、西驻净 棉酶和双氧水进行退、煮、漂汽蒸处理棉织物，可以实现生物酶前处理短流程 工艺。 其工艺流程：配铡王 乍液室温浸城( 两浸两钝，牟l 余率1 0 0 左右) 一 1 0 0 。c 汽蒸，4 0 m i n 一水洗一烘干。其工蕊配方：l 4 0 酶浓度为2 9 l ，酉胜净棉 黪为2 9 l ，双鬟零用量凳8 m i l e 采用不饱和蒸汽对棉织物进行生物酶前处理是一种新的尝试。该工艺可以 实褒遂浆帮煮跨过程懿中溢连续薤理，为孛滋生蘩酶连绥兹楚理工艺翡秀发努 下了良好的基础。 另外，还对传统前处理工艺和生物簿薪处薅工艺楚疆后袈镪豹染色性麓迸 i 亍丁比较。采用c i 。直接蓝l ，c 。i + 直接红8 0 ，c i 直接黄2 6 ，分别染浅、中、 深三种深度，测试染色后织物的上染率和k s 值，结暴发现生物酶前处理工艺 和传统前处理工艺处理后织物的染色性能有所差异，这种差异和染料种类以及 浓度有关。 关键词：棉织物前处理酶淀粉酶果胶酶 i n v e s t i g a t i o no f t h ec o t t o nf a b r i c p r e t r e a t m e n t p r o c e s s e su s i n ge n z y m e a b s t r a c t 瓤t h i st h e s i s ，c o , o nf a b r i cp r e v r e a t m e n tt e c h n o l o g i e s b yu s i n g a s e r i e so f e n z y m e sw e r er e v i e w e d t h ep r e s e n ts i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n t o f e n z y m e s a n dt h e i ru s i n g t e c h n o l o g i e sw e r ea l s os t u d i e d t h ep r i n c i p l e s o ft h ee n z y m e ，t h ef a c t o r so ft h ee n z y m ea c t i v a t i o nw e r ed i s c u s s e d t h e s t r u c t u r ea n dc h e m i s t r yc o m p o s i t i o no ft h ec o t t o nw e r ei n v o l v e d t h e s u i t a b l ec o t t o nf a b r i cp r e t r e a t m e n tt e c h n o l o g i e sw e r eo b t a i n e d b ym e a n s o fm e a s u r i n gs o m ef a b r i cp r o p e r t i e ss u c ha sc a p i l l a r i 勘w h i t e n e s s ，a n d s t r e n g t h t h ec o r o n p r e t r e a t m e n tt e c h n o l o g y o fe n z y m e s i nb a t hi so n eo f t h e k e y p o i n t si nt h ep a p e r ，b a i s h e n ge n z y m ea n dh y d r o g e np e r o x i d ec o u l d b ec o n d u c t e di no n eb a t h p r e t r e a t e di nt h i sw a y ，t h ef a b r i cs t r e n g t hi s b e t t e rw i t h o u tt h el o s so f e n z y m ea c t i v a t i o n t h e t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ：f i r s t , p r e p a r i n g t h e d e s i z i n gs o l u t i o n p u t t i n g ac l o t hs a m p l e s h a k ea tc o n s t a n t t e m p e r a t u r eo f 6 0 。cf o r 4 5 r a i n - - * w a s h i n g - - - d r y i n g ；s e c o n d ，p r e p a r i n g t h es c o u r i n ga n d b l e a c h i n g s o l u t i o n p u t t i n ga c l o t hs a m p l e s h a k i n ga tc o n s t a n tt e m p e r a t u r eo f 9 5 。cf o r6 0 m i n - - w a s h i n g ，d r y i n g t h et e c h n o l o g i c a lr e c i p e ：a m y l a s e a o ，8 9 l 、a n dp e c t i n a s ea1 s g l 、h y d r o g e np e r o x i d e8 9 m l 。 t h ec o t t o np r e t r e a t m e n tt e c h n o l o g yo f e n z y m e sb ys t e a m i n gi no n e s t e pi st h ea i m o fd y i n ga n df i n i s h i n ge x p o r t e r s 。d e s i z i n g ，b o i l i n ga n d b l e a c h i n go f c o t t o nb yu s i n gl 4 0 ，b a i s h e n ge n z y m e ，h y d r o g e np e r o x i d e c o u l db ec o n d u c t e di no n es t e pb ys t e a m i n g ，w h i c hi st h ek e yp o i n ti nt h i s p a p e r t h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ：p r e p a r i n gt h eb a t h “t w od i p p i n ga n d r o l l i n g o f p i c k u p 1 0 0 一1 0 0 。c s t e a m i n g ，4 0m i n ，一w a s h i n g d r y i n g t h et e c h n o l o g i c a lr e c i p e ：a m y l a s ea0 8 9 l 、a n dp e c t i n a s ea lg l 、h y d r o g e n p e r o x i d e8 9 m l t h ec o t t o np r e t r e a t m e n t t e c h n o l o g y o f e n z y m e sb y u n s a t u r a t e d s t e a m i n gi sa n e w t r y c o t t o nf a b r i cp r e t r e a t m e n tc a n b ed o n ei n s u c c e s s i o n p r o c e s su s i n gm i d - t e m p e r a t u r ee n z y m e 。t h e r e s u l th a sl a i da g o o d f o u n d a t i o no f t h ed e v e l o p m e n to f t h ec o m i n u o u s p r o c e s s t h ed y i n gp r o p e r t i e so f n b f i c sp r e t r e a t e db yt h et r a d i t i o n a la n dt h e a b o v ed i s c u s s e dt e c h n o l o g i e sw e r ec o m p a r e d w i t ht h eh e l po fc i d i r e c t b l u e1 , c i d i r e c tr e d8 0 ，c i d i r e c ty e l l o w2 6i ns h a l l o w , m e d i u m ，d a r k c o n c e n t r a t i o n s 。t h ed y e u p t a k ea n d k sv a l u e sa r et e s t e d 。 k e y w o r d s ：c o t t o nf a b r i c p r e t r e a t m e n te n z y m ea m y l a s e p e c t i n a s e y5 8 0 8 6 2 东华大学学位论文原刽性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所里交的学位论 文，是本人在静拜静撂导下，独立逡牙舔究工终掰敬餐豹皴柔。除文孛 已明确注明和弓l 用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 袭或撰写过的作品及成梁酶内容。论文为本人亲鸯摸写t 我对繇霹的雨 容负责，并完全意识剿本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 冯蕴液 基期：d 游年2 燕蓐基 东华大学学位论文版权使用授权书 掌谴谂文于篝誊竞全了舞警校裔美绦璧、使溺掌整论文瀚援宠，嗣懑 学校保留并向国家有关部门绒机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被套鼹或港鼹。本人攫较窳鼙大学哥戳将本学袋论文黪全罄或部分凑 窖编入富关数据痒避行检索，可淤采露影印、缝霹或稿籀锋复制手霰绦 存和汇编本学位论文。 保密口，嵌每解密嚣适髑本版权书。 本学位论文属予 不保密嬲。 学整论文律豢签名：鸿援姨 指导教烬簌名； 嚣鬻；童每年。其l g 灏 蕊考 题期；渤峰筘月嗣 枷兰最物生铷筒婀赴型工岂岍) l 1 _ i 棉织物生物酶染整加工的意义 1 前言 棉是一种天然纤维素纤维，具有良好的吸湿性、透气性，穿着舒适，深受 的消费者欢迎。棉的传统前处理工艺通常采用碱进行退浆煮练，工艺路线长、 耗能大而且污染严重。随着人们环保意识的日益提高，绿色染整加工显得格外 的重要i l j 。 生物酶是一种高效的、专一的生物催化剂，用于染整加工具有很大的优越 性。生物酶无毒无害，对环境友好，处理条件温和，用量较少，作为一种催化 剂，它可以反复使用直到活性失去，采用生物酶处理后的废水可以进行生物降 解。 因此，早在九十年代初，国外已经掀起了研究和应用酶在纺织品处理中的 热潮。我国是纺织品生产大国，加入w t o 以后，纺织品要迅速扩大国际市场 必须冲破“绿色壁垒”，积极开发绿色环保的纺织品及其纺织加工工艺。生物 酶作为一种高效、能生物降解的催化剂，正在纺织印染加工中扮演着越来越重 要的角色，将会给现代纺织工业带来无穷的益处。 1 2 棉织物生物酶前处理加工的现状与发展 1 2 1 棉织物退浆用酶制剂的现状与发展 纯棉织物生物酶前处理主要采用淀粉酶进行退浆。我国是较早采用a 淀 粉酶进行退浆处理的国家，常用的酶制荆产品为枯草杆菌内“一淀粉酶b f 7 6 5 8 和胰酶两种，它们均为中温淀粉酶p 】。b f 7 6 5 8 酶的退浆温度控制在5 0 。c 7 0 。c 范围之内。胰酶包含蛋白酶和淀粉酶，其最佳作用温度为4 0 。c 6 0 。c 。近 年来我国开发了各种耐高温一淀粉酶。无锡星达生物工程有限公司生产的耐高 温c 【淀粉酶是其中代表之一，该酶的稳定p h 值在5 0 1 0 0 范围，有效的p h 值在5 0 - - 8 0 ，最适p h 值在5 5 7 0 ，高温稳定性或热稳定性相当好，其最适温 度在9 0 。c 以上，通常自来水中的钙离子浓度可以满足稳定需要。 n o v o z v i t i e s 公司生产的苏宏牌宽温幅退浆酶的退浆温度控制在2 0 。c 到 第1 页 棉织物生物酶前处埋工艺研宄 9 0 4 c 范围之内，瞬时有效温度可以超过1 0 0 。c ，这种退浆酶稳定性能够遗用于 多种翦处遐工艺。近几年，纺织用淀粉酶的开发从中滠虢向高瀑酶不躜发屡 口】。汽巴公司生产的l 4 0 酶属于耐高温的淀粉酶，最高作用温度可达到1 0 0 。c 以 上，加工鞋雩闯仅为死分镑，适舄予连续生产瓣汽蒸退浆。n o v o z y m e s 公司生产 的t e r m a m y l1 2 0 l 也是一种耐高温淀粉酶，它适用于j - b o x 及轧蒸法退浆，作 蠲滠度在8 5 i 1 5 1 2 之阕，p h 俊5 。5 7 5 。g c n e n c o r 公司遣开发了多个系列 的产品，其中o p t i s i z eh tp l u s 的性能尤其独特，该酶的活性为6 3 0 0 0 t t a u g ， 其有极宽的活性域，在实际使甭中不瑟调节p h 值，满足高温汽蒸静懿理要 求。 随着织机的高速化发耀，经纱浆料的物理性能的要求也随之撼高。p v a 皮 膜强度性壤好予淀粉，匿此其使援率也逐灏增嵩。在涤纶榻漫续织物上p v a 的使用率接近1 0 0 。近几年，朗本的酶制剂工作者们开发分离得到了几种 p v a 分簿薮，这些p v a 分簿蓥全蹩革兰缀阴毪缫慧。将p v a 分鳋酶躅俘退浆 剂时，其最适温度为4 5 c ，属于中温型酶制剂，假如能和淀粉酶拼用，就能使 淀耪帮p v a 降解去豫。 1 2 。2 黎缀物精练耀薅裁裁豹瑷姨奄发震 暴胶懿攘主要应震在鹅织物赣练熬工工艺当中。棱握果胶懿馋用条 譬不 同，可以分为酸性果胶酶( p h 值在4 0 5 5 ) 和碱性果胶酶( p h 值在6 5 9 5 ) 翻。瓣者撵鬻对润长，酶溺蘩缀大，对织懿戆强力鸯较大的矮穆。籍者鼓 丹麦诺维信公司开发的碱性果胶酶b i o p r e p 为代表，该酶在合适的工哉条件 下，处理织物的桃械往黥帮染色瞧髓与鬻藐精练工艺鹣处理效柒魏美，嗣求 少、污染小、成本低，是一种值得推广的新型精练酶制剂。单纯用用果胶酶对 棉织物煮绦，处瑷后织物的吸永襁比常麓精练工蕊处理的效果差。在以聚胶酶 为主鲍煮练裕中热入表露灌性剂可以大大提赢处瑗压织物的吸水性能1 4 j 。 此外，纤维素酶也应用在棉织物精练中。利_ 辟l 果胶酶和纤维索酶的复合效 应，霹暴羧酶楚撼纾缝中魏票黢分瑟，纾维素酶健甥生臌壁中静纤维裹大分子 分解两糟共同作用，似果品剥皮一般地将表面杂质及部分韧生胞壁去陈，来 达到禧练的鼙的。露裁，泰坜上俊嗣黪巢胶酶丈都是复鞫酶，奎器果黢戆帮多 第2 可 棉织物生物商前处理工艺研究 量的纤维素酶共同组成6 10 0 。 由于酶的作用具有极强的针对性，棉蜡与纤维素酶和果胶酶作用时，没有 受到强烈的破坏，有一部分随精练去除，相当一部分的棉蜡保留在棉纤维上。 脂肪酶可以去除残留的棉蜡，有助于织物吸水性的提高 7 1 。 净棉酶是一种生物酶技术与化学产品相结合和高科技环保产品，它可以双 氧水同浴处理，可有效去除棉面料中的杂质、蜡类、浆料、自然盐份、天然色 素等，使织物表面光洁，手感柔软滑爽，织物亲水性、吸水扩散度均有明显增 加，但处理剂用量大，成本较高。 1 2 3 棉织物漂白用酶制剂的现状与发展 经生物酶精练后的棉织物白度较差，有大量棉籽壳存在，因此除染黑、藏 青等深色外，大都需要进行漂白工艺。酶漂白目前有两种方法，一是采用过氧 化物酶和漆酶直接攻击天然色素。另一种采用氧化酶处理，将淀粉转化成的葡 萄糖，用氧化酶处理产生过氧化氢，通过过氧化氢的漂白作用进行漂白。 1 9 2 8 年，葡萄糖氧化酶首先在黑曲霉中发现，在p h 值为4 5 7 温度， 3 0 6 0 。c 之间有一段稳定的活性区域。葡萄糖氧化酶在食品工业中广泛应 用，主要用作蛋白加工中的脱糖和除氧，葡萄糖氧化酶还可以用作葡萄糖的定 量分析和医学上的快速检测，葡萄糖氧化酶作在纺织加工中的应用还在研究当 中。 双氧水是一种优良的氧化型漂白剂，它不仅稳定性好，处理后织物的白度 纯正，而且是它分解产物是水和氧气，不会造成污染，因此广泛用于棉织物的 漂白工艺中。但是一些染料特别是一些活性染料，对双氧水非常敏感，因此在 染色之前必须加以去除。双氧水酶可以快速去除双氧水】。而且过氧化氢酶对 活性染料没有影响，因此只要酶处理液p h 值适合，就可以直接加入染料和助剂 进行染色。但过氧化氢酶分子很大，而双氧水分子通常处于织物或纤维内部， 因而适当的机械搅拌或处理液的流动是对去除双氧水是非常重要的。纱线染色 机、溢流喷射染色机和卷染染色机均可以用于氧漂生物净化处理。 n o v o z y m e s 公司生产的t e r m i n o x 是专门用于氧漂生物净化的酶制剂。该酶 是一种基因改性的黑曲霉过氧化氢酶，推荐的处理条件为p h 值为6 8 ，温度 第3 页 棉织物生物酶前处理工艺研究 低于5 0 。c 。 1 2 4 棉织物生物酶前处理工艺的现状与发展 淀粉酶退浆工艺随着酶制剂、退浆设备和织物的不同而有差异，但一般由 四个工艺过程组成：预处理、施加酶制剂、保温处理、水洗等1 3 】。预处理过程 通常在烧毛后进行，采用用较高的温度( 8 0 。c 以上) 的水对织物进行洗涤，这 个过程的目的使浆膜溶胀，有助于酶在浆膜上更好的渗透，提高淀粉酶对淀粉 的水解效率。同时可以去除织物上的杂质、防腐剂、酸性物质、上浆油剂或其 他助剂等。施加酶制剂方法有浸轧、喷射或直接在处理液中加入酶液等，在这 个过程中，织物开始吸收酶液。保温过程可以采用堆置法或直接进行酶液循 环，或二者结合的方法进行。保温处理的目的是使淀粉酶充分水解织物上的淀 粉。水洗过程要在尽可能高的温度下进行。酶退浆的工艺有很多，不同的设 备、不同的工艺过程，工艺参数可能完全不同。 浸渍法：织物一热水浸渍一酶液处理一水洗。 连续法：织物一热水浸渍一酶液浸轧一汽蒸一热水洗2 3 次一冷水洗1 2 次。连续工艺常采用耐热性好的淀粉酶。 果胶酶的精练工艺大都采用中温浸渍法处理或冷轧堆处理，这种工艺对棉 籽壳的去除能力很弱，达不到染色要求，还需要进行漂白处理。其工艺可以采 用浸轧一堆放模式、j 型箱设备、喷射设备、溢流染色设备等，一般需要机械作 用剧烈的设备，在酶的用量和处理时间上均可适当减少。这种工艺大多是间歇 式的。间歇式前处理工艺酶用量较大，工人劳动强度较高，很难实现大规模生 产。 溢流染色机的酶精练工艺：室温下配制工作液( 酶、缓冲液、渗透剂、乳 化剂) 一酶处理一蜡质乳化去除一热水冲洗( 2 次) 一冷水冲洗。轧卷法酶退 浆一精练一浴法处理：室温下配制工作液( 酶、缓冲液、渗透剂、乳化剂) 一 浸轧- 保温一加入螯合剂冲洗15 m i l l 一溢流冲洗一冷水洗。 果胶酶的精练工艺有两种发展方向。一是开发中温连续退煮工艺，这种工 艺适合在中温条件下进行纯棉织物生物酶前处理，酶的活性损失少，酶的残液 可以得到再次利用，处理成本降低。另一个重要的发展方向是开发耐高温的果 第4 页 棉织物生物酶前处理工艺研究 胶酶制剂，耐高温淀粉酶己在许多染色厂开始使用，若能开发出耐高温的果胶 酶制剂，则有望采用浸轧一汽蒸进行酶退浆一精练的一步法处理。 葡萄糖氧化酶进行生物漂白的工艺正在研究当中。淀粉酶水解淀粉的产物 葡萄糖、麦芽糖及低聚糖，经葡萄糖淀粉酶处理可以产生葡萄糖，葡萄糖氧化 酶水解再将葡萄糖转化为双氧水，利用双氧水对棉织物进行漂白，但是退浆过 程中所产生的葡萄糖会有一半会在水洗过程中被去除，而且溶液中还含有分子 量较高的低聚物，所以目前的葡萄糖氧化酶生物漂白工艺一般不采用处理液中 的葡萄糖，而是把处理液全部排掉，加入新的淀粉和葡萄糖淀粉酶或是直接加 入葡萄糖。 配制退浆和煮练液一入布一振荡保温一放掉处理液一加入葡萄糖淀粉酶和 淀粉一5 0 处理3 0 m i n - - + 力n 入葡萄糖氧化酶一5 0 处理5 0 m i n - * 升温至9 5 。c 处 理1 2 0 m i n 。 1 3 本课题研究目的和内容 本课题的目的是找出一种纯棉织物的生物前处理加工工艺。具体来说就是 针对退浆、煮练、漂白过程，筛选出适合的酶制剂，并配制合适的工艺完成棉 织物的前处理。最后用三种直接染料进行染色，比较生物酶前处理工艺和传统 前处理工艺的上染率及k s 。 鸽5 页 棉织物生物酶前处理工艺研究 2 1 酶 2 1 1 酶的性质及作用原理 2 研究基础知识 酶的化学本质是蛋白质。酶在加热、强碱、强酸、重金属和洗涤剂的作用 下易失活。蛋白质根据其组成可以分为简单蛋白质和结合蛋白质。简单蛋白质 仅由氨基酸组成，结合蛋白质除了氨基酸以外，还有其它有机和无机组分，但 主要成分还是氨基酸。蛋白质分子具有一条或多条肽链，并可以分为一级结 构、二级结构、三级结构和四级结构等结构层次，有的蛋白质分子还有五级结 构。不同的蛋白质结构层次有所差异，有些蛋白质分子仅有一、二、三级结 构，而没有四级结构，另外一些蛋白质分子则只有四级结构。酶还是一种生物 催化剂，它具有温和性、高效性、专一性等特点【1 5 】。 1 、温和性 酶来自于生物体，催化反应条件都比较温和，除个别酶外，均可在常温常 压条件下进行催化反应，因而采用酶的进行催化反应，可以节约能源，降低成 本，而且生产过程的便于控制。另外，酶催化反应都是在弱酸、弱碱和中性条 件下进行的，因此对环境污染较小，对设备的腐蚀轻，工业生产安全。 2 、高效性 酶的催化反应速度的提高很显著。某些酶可以将反应速度提高1 0 ”倍。一 般情况下，纯酶的催化反应速度比无机催化剂要高1 0 5 1 0 8 倍，工业酶制剂 ( 大多含有杂质) 的催化反应速度也比无机催化剂高1 0 5 - - 1 0 7 倍。 3 、专一性 酶的专一性是指一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型 反应的特性。专一性是酶最重要的特性之一，是酶与其他非酶催化剂最主要的 不同之处。专一性使酶具有校读功能，从而保证生物体内d n a 复制顺利地进 行。酶的专一性对酶工程的发展也具有重要意义。酶的专一性还有利于节约成 本，提高产物的纯度，为工业化生产带来便利。 18 9 4 年，e m i lf i s c h e r 对一些催化碳水化合物代谢的酶进行了经典的研究， 第6 页 师取捌至羽群甜池蛙工岂i 卅咒 首次发现了酶对底物的专性现象，提出了酶饿化反应的“锁和钥匙”模型， 使人们对酶催化反应的专性有了非常蕊观的理解，如瞬2 1 。这种横懋认为底 物类似与钥匙，题酶类似于锁。按照这个模式，在酶蛋白的表聪存在一个和底 物结构互补的区域，如果一个分子的结构或高分子的某段结构和这个匿域充分 躲互蛰，鬈么它就毙亵鹣缝合。嚣此时嶷物分予上故敏感部分正礁地定是型戆 的催化部分，底物就会转变为产物口“。 1 9 5 8 年，k o s h l a n d 毽出了“诱导契合”理论，恐裸蘩了酶稻藏耱影裁立薅毒 择络合物的概念，而摒弃了酶的活性部分应是个僵硬的、在结构上同底物互 牵卜的模式i s 。裰猎该理论，当痛物靠近簿活往部位时，将弓 筵活往帮佼懿一墅 变化，使底物和酶之间达到更密切的契合并使催化基团配置到逻合适的位置。 然而到目前为止，酶具体的作闻机理还有待迸一步的研究和探讨。 图2 t 酶彝疯秘俸震懿模型 1 9 6 3 年，m o n d 等人提出丁变构模型。认为某些酶除了活性部分外还有变 椅部位。变构部位是独立于活髋部莅辨的勇一酶部位。活侄部往豁功辘是结合 底物并催化转化底物，褥变构部位虽然也是结台配体的一个部位，整童基盒的不： 是底物，而是交构配体。这种配体也日4 做效应剂。交构部位的配体与活性部位 结合约底物不周，配体本身并不发生化学变化，只是阍接地影响酶活力。增加 酶活力的叫正效应剂，反之称为负效应剂。变构模型的提出，使人们了解到了 生命体两骜活瞧调控蕊麓磕。 酶催化反应首先形成酶一底物络合物，然后由络合物转化为产物并释放出 酶。因此酶黥穰仡反应般逑稳可懿表示力： 繁7 茨 棉织物生物酶前处耀工艺研究 e + s 坠k 2 e s 塾k 4 1 嚣十p 式中；e 一一游离酶2 s 一一底物 p 一一产秘 e s 一一酶与艨物的络合耱： k i 、k 2 一一袋示e 帮形成络台物豹正滋弼方囊豹速庭鬻数； 酶、k 一一表示终合耪分缀彤戏p 移嚣的正逆溪方囊嬲速度鬻数； 1 9 t 3 年，m i c h a e l i s 鞠m e n t e n 校獬中间产秘学诞，辩单底耨簿催忧葳应谶 行数学处理，推导出酶威戍的基本方穰( 米氏方糕) ，为酶动力学的研究奠定 了纂碹。袋氐方程魏提譬过程萎予三秘缓没： f 1 ) 测定瓣速度免反斑发裙速嶷。j 魄露窳甥敕酒糍缀少，蠢瓣谯测定发瘟速 度的所需要时间内，产物成该生成很少，那么p + e 的逆遴反应可以忽略。 g ) 藤褥瓣浓嶷e s 摄蓑遗越i 童酶黪浓塞 嚣3 ，这群嚣s 兹形成不会骥显降 低底物盼浓度 s ，即反应过程中赢物的浓度近能的看成不变。 ( 3 ) 酶积巍糖绪台形藏e s 的速度擞麓浚于e s 澎藏p + e 静逮浅。 投撂遨魏驻说，撂导窭著名熬寒氏方程： = 勰 式中：黝一一底魏熬浓度； 矿最大秘速度； 熨。一一e s 的解离常熟( k 2 k 1 ) 1 9 2 5 年，b r i g g s - h a l d a n e 对米氏方程进行了修正。掇斑了穗卷缀谨谈为在 淡定稠速艘熬过程中，中阁终合物醛躲浓度在一开始增离嚣，可数在热当姚 一段时间内保持浓度的慎定，在这段时阕内，e s 的生成速度和黼的消失速度 稽等，达裂动态乎窝瑟所蟮戆“稳恚”。研究涯璃，“稳态”缀遥对大多数懿蕊纯 反应是合煺的 3 】。 棉织物生物酶前她理工艺研究 2 1 2 酶倦亿反应酾影确戮素 p 谯对酶罐纯反应速度有缀大豹影灞，萁瑟因复杂。在一定的p h 筑条件 下，酶催化反应有最大的速度。高于或低于此傻，反成速度下降。多数情况 下，酶继化反应的速度随漪p h 德的变化呈左右对称的钟翠行，一般把穗化反 应速度最大的p h 值称为“晟适p h ”。最趱的p i - i 的影响因素很多，底物浓度、 底物种类、温度、反应时间、缓冲液的种类和浓度等，所以，酶的最适p h 是 针对特定茨反应象绞昭，邸使是阁一穆酶瞧不定是露数。多数酶戆最遁p 珏 值在4 5 到8 之间【”j 。 温凄辩酶戆镤仡反瘦速度豹影囔嚣怼仡学反瘟速度影睫群，鞋琴 a r r h e n i u s 方程式进行描述。酶会高温失滔，因此酶催化反应速度和温度的关系 不楚一个摹调的函数。一方面，随着温袋的升高，酶的菠应速度翔狭：冀方 面，随着温度升高，酶蛋臼会逐渐变形失活。酶的催化反应有一个最适温度。 只有在最邋温度下，酶的催化反应才会表现出最大的反寂速度。酶的最邋温度 并不是一个常数，它和处理时间等其它因素有关。不同的处理时阀，酶的最适 温度不同。对一个反应系统，如聚不考虑处理时间，那么所谓的鼹适温度将是 毫无意义毂。实隧瘫是的浆裁到产品，供疲亵会攘莓一个最适温度，该激度实 际上是在一定的p h 值、处理时间下的最邋温度，：井不是个独立的指标。 一觳来漭，随着酶浓凌黥不戮辔热，芨痘速发氇不錾鸯籍浃。 激活剂或抑制刹的存在也是影响酶活力的重瑟因素。凡能降低酶催化反应 速度的物簇被称为季牵制剂。她能与酶必须基溺结龠，并激变酶的结构，觚两弓l 起酶催化反应速度的下降。根据抑制剂与酶结合的特点不同，抑制可以分为不 可逆抑制和可逆抑制。不可逆抑制是指抑制剂与酶催化的必须基阐以共价键的 形式结合瓣使酶镁化反应速度降低的现象。不可逆抑制壤特征是挪制程度睫抑 制剂的浓度以及抑制剂与酶大作用时间的增加而增加。可逆抑制是指抑制以化 学平鬻戆形式与酶缝合瑟产生酶倦伲反应速度蹲低戆褒象。这穆攘裁可以逶遭 物理方法去除抑制剂而是酶复活。 2 1 3 淀粉酶 淀粉酶的种类很多，按照酶水解淀粉的方式不同，可以分为以下几类：q 一 第9 剪 棉织物生物酶前处理工艺研究 淀粉酶，$ 一淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、支链淀粉酶、异淀粉酶、环式糊精生成 酶、蔫莓耱基转移簿。程一淀粉酶露以浚遥豹蒋淀糖分子链切龌，漆低淀粉故糖 度，常用于棉织物的退浆工艺中。目前，在工业生产中应用最多的是枯草杆菌 豇一淀粉酶。捂草杼菡程一淀粉酶可以穰搦产物秘禽糖组分静多少，分为游纯型 ( b s a ) 和液化型( b l a ) 两类。其中前者的水解产物以葡萄糖和褒芽糖为主， 承解产物中葡萄稿和麦芽糖的所占眈例遮9 9 ；精者的水解产物以糊精为主， 葡萄糖的比例少于所占1 0 。旺淀粉酶水解淀粉时，首先姆直镰淀粉任意分解 成小分子糊精、爨芽糖和麦芽三糖，然衙慢慢地将第一步生成的糊精水解成葡 莓糖、麦势糖及低聚糖。对于支链淀羧，蒺承解特性剪裁不固。飘为瑾一淀龄 酶不能水解分支点的q 一1 ，6 糖瞥键，也不能水解旺一1 ，6 糖瞀键附近发c 【一 l ，4 藉瞢蕤，篷糍绕过分支点恧窳瓣志帮黪8 一i ，毒糖蛰键，毽诧承解产鐾中 除了葡萄糖、麦芽糖及低浆糖以外，还残龆一系列的极限糊精( 旺一淀粉酶不能 继续避彳亍求解酶含有程一l ，6 糖萤键的羝梁糖) l ，4 j 。 不同爿乏源的旺一淀粉酶有不同的最适p h 值范围，有的则偏碱性，有的偏酸 性。一般n h 为5 5 8 的范围内，0 c 一淀粉酶降解淀粉较稳定。哺乳动物的。【一 淀粉酶可以被氯离子激活，其最逡p h 值为7 。赢等植物的c c 一淀粉酶在p h 为 3 6 以下易失活。曲霉的吼一淀粉酶可以分为耐酸性和不耐酸性两种。黑曲霉的 瑾一淀耪酶藤酸溲羧强，露洙骜霉约静淀耱酶在簸性条移下易失溪，属予不瑟 酸性仅一淀粉酶。枯草杆菌的吐一淀粉酶的最适p h 为5 7 。 a 一淀狳酶蠡冬熟稳定瞧帮产酶豹菠耱关系密韬，芽獾衽萤程一淀粉酶戆囊誊热 性较强，嘴热菌的热稳性更好。一般枯蕈杆菌的a 一淀粉酶可以在6 5 。c 下稳 定；嗜热脂肪芽猕秆菌的聪一淀粉酶在8 56 c 处理2 0 m i n 磁仍可驭保持7 0 豹酶 活。纯化的佳一淀粉酶在5 0 c 以上容易失活，但在大量稳定剂如钙离予存在 下，酶的热稳定性明显增加。因为旺一淀粉酶是一种金满酶，锊离子能使酶分 子保嬉适獭鲍砉句象，扶嚣维持最大兹滔一监与稳定一陡。因藤在实际应用和懿藏过 程中，需要添加锊离子，辩乏维持酶的活性和稳定性。在纺织处理中，由予水中 含有程一淀耪酶厨霈涎滔链成分，因逡怒子程一淀粉酶遘纾淀糖逡浆处理瓣零不 需要软化。 + 第l o 页 棉织物生物酶前处理工艺研究 2 1 4 采胶酶 巢胶的基本结构是聚半乳耱戮馥，槊胶可以分为骧鬃肢、巢狡瑟酸籀果胶 酸。通常所说的果胶酶是分解果胶的多种酶的总称。果胶酶按其对果胶底物的 作掰方式可以分为解聚酶鞘果胶酾酶p e ，其中解聚酶包掰：聚半乳糖醛黻甲酯 酶p m g 、聚半孚l 糠醛酸甲骚裂群姆p m g l 、聚半乳糖醛酸酶p g 、聚半乳糖醛 酸裂解酶p g l 。 果胶薅广泛移在于攘犍豹暴安秘微囊妨中，逶豢动物缨戆不缝合戏这类 酶。目前在工业中应用的果胶酶大都是从微生物中得到的，p g 和p g l 摄最常 见鹣檄生镌暴胶酶。不蘑静萤耱，l 够分泌弱暴胶酶懿缀努及酶瓣最佳溪洼蠛 不同，有偏酸性的果胶酶也有偏碱性的果胶酶，偏酸性的果胶酶，一般在p h 值为3 5 范围内，温度在4 0 5 0 左右有较好的活性。纺织鲢疆中，偏碱性 的果胶酶舆有较好的处理效果。 h a r d i n 等人已经通过研究棉麓结构樽出了巢胶酶在棉织物煮练方面怒有效 的。果胶酶对榛纾维的精练主要针对角威层。终维表瑟角质层中的果胶质稠蜡 质是相互附生的，果胶质将蜡质粘附在纤维上，阑而去除果胶质可以使纤维上 戆罐矮按动。在奎麓酶蓑处理工蕊中采弱戆枣售莱胶酶繁露含鸯少量静纾维素 酶，有助于更彻底地除杂。果胶酶的精练浴常混商表面活性剂，可以增加处理 菇褊织稳豹蔽求瀑，减少羧聱翁莱胶兹矮j 瞬貉囊，煮练羧莱穗等凌饶予鬻痰碱 煮练，作为常规碱煮练的实用替代方法具有巨大的潜力1 2 8 1 。 2 1 5 净棉酶 净棉酶是一种生物酶技术与化学产品相结合和高科技环保产品，净棉酶处 瑾可有效去除蕊缎兹上鼹襞胶矮、蛋童震、蠖瑷、残余浆辩、茏提盐、天然色 素簿，处理后的织物表面光洁，手感柔软滑爽亲水性和吸水扩散腹均有明显增 鸯西。 2 2 浆糕 淀粉浆料的化学结桷中含有大量的羟基( - - o h ) ，能够吸收空气中的水 分，对亲水纤维具有良好的粘着性和成膜性。淀粉对喊比较稳定在稀诫溶液 第1 1 孵 棉织游生物酶前忿堙工艺研究 中容易发警兰溶酝 对酸不稳定，裁键会袋生东释，澎成分子量小，粘度低的可 溶憔淀粉和糊精等中间产物，最质水解成葡萄糖。直链淀粉遇碘形成蓝色，支 链淀粉形成紫红色，可溶性淀粉及分子量较大的糊精成蕊色或紫色，与分子量 较低的凝髓成纯色或不显识。直链淀粉微漆于水，支链淀粉难溶予水。 聚乙烯醇( p v a ) 怒一种亲水性的满分子化合物，能溶于水，溶解度随 分子量壤大瑟簿低；对酸碱瘿较稳定；能被氧纯裁氧化蠢蹲解，媛终产物c 0 2 和h ：o ；醉解度影响其溶解度。在醋酸、丙酸、乙二醇或笨酚中，p v a 加热后 会溶解，冷帮屠又生藏沉淀。聚翕凄5 0 0 静p v a 在室溢下可溶解，聚合疫 1 7 0 0 的p v a 在8 0 以上才能溶解。纺织浆料虽然品种繁多，常用的浆料裔天然 浆辩和纯攀浆料两大类，前者包括淀粉帮一些天然胶类翔海藻胶；后者掰有聚 乙烯醇( p v a ) 、羧甲基纤维素( c m c ) 、聚丙烯酸酯( p a ) 等，或者怒根据 上浆要求将上述浆料按一定比例混和好韵组合浆料p ”。 对浆料成分进行定瞧分撰方法主要蠢仪器分析和化学分柝。仪器分辑一 般采用红外光谱，这种方法对单缎分浆料非常有效，只癸将试样的红外光谱与 标准罄谱遂雩亍爨较褒霹判凝荚或分。毽对多鳃努懿缝台浆辩，各缝分对巍匏吸 收会发生爨叠甚至掩盖，滩以从红外光谱判断其组成。假红外光谱法可根据光 谱蠢中靛褥征啜浚峰采翔灏浆耨率存在懿主要宫熊霞，煞对浆粒戏分静麓鬟提 供蘑要信息。红外光谱在浆料成分分析中是很有用的工具，它对单组分浆料可 窘接鉴定，对多缀分浆料可根据特征吸收蜂判断大致组成。所以在浆料成分分 丰厅中最好缀合红终光谱分析。化学分板法主要运用显色反应、瓿淀反应袋鉴定 其成分。猩实际分析中，往往将两种方法结合使用，以使分析结果更可靠。 2 3 棉纤维及其共嫩物 第1 2 页 棉织物生物酶前处理工艺研究 棉纤维是一种植物组织，主要由纤维索组成，整个纤维而言，纤维豢约为 9 4 ，果胶质、蜡质、蛋白质、灰份等杂 质的含量依次为o 9 、o ，6 、1 3 、 0 + 2 。棱纾缝缝织层次比较复杂。懿蚕 2 2 所示，由内到外，依次为中腔、次生 爨璧、稳生麓壁、詹覆鬣。角震瑟是穆 纤维的最外层，主要由蜡质、果胶质和 蛋囱质组成。角穗层是棉花生长过程中 表蕊浊状物质硬化形成，因而具稳疏水 謦2 2 端纤维结棱 性。初生胞壁主骚为纤维素的网状结 梭，也包含一定量豹拉屡积果胶威。初生艟壁缀薄，约为o o 2pm ，只占 纤维总量的2 5 2 7 初生胞壁纤维素的取向度较低，约为3 0 ，是酶处理 或磊瘗楚壤匏主要对象。次生您壁是纾维黪主体，约占纾缝总量的9 0 激上。 次生胞壁纤维素含餐很高，杂质含星低。中腔调大小与棉纤维胞魅厚度有关， 胞麓簿，中蕴裁小，反之审蕴藏夫，鑫蔼对两一穗纾维来说，藏蓬兹i | 摹度帮藏 熟度成反比。中腔内含有细胞核残余，残余物质谢洁白、浅黄等颜色，遂些决 定了棉纤维的本色。天然裔色棉大色素就怒沉积巍棉纤维中腔肉静h 嘲。 2 3 1 稳纤缳素 填纾缭素分子是麦缀多d 六繇蘩莺糠残基爨1 4 营键连接嚣残。檬绥维懿 微细结构鼹由定向整齐排列的结晶区和松散的无定形区组成。化举试剂接触纤 维褒琵，褥囱蠹部渗透，纾维内部存在绪燕嚣秘秃定形嚣，不霜靛试裁在不霜 的介质只能深入到纤维的巢种侧序度以下的区域( 可及区) ，而不能达到更高 的区域( 不可及越) ，遮样就造成了纾维备部分纯学性横的不均一。棉纤维结 最区的孔经仅为o ，5 l n m ，医此囊径为几纳米到几十纳米的纤维索酶来说，进 入这样紧密的结构是很困难的。不过，部分纤维素酶分子能够进入孔裰约为 2 0 r m l 蛉 缝晶区，使撼纾难鲍微纲缝拘发生变化，扶露对撼纤维进行改性。 2 3 。2 蜡状物质 棉纤维中不溶于水，但能溶于有机溶剂的杂质，称为蜡状物质或油脂物 第1 3 舞 棉织物生物酶静魅邂工芝研究 质，含量大约为0 5 o 6 。蟮状物质和巢狡质楚造成天熬褊纾维润潺性能差朗 主要原因。蜡状物质和脂肪存在于棉纤维的最夕卜层，对内部的棉纤维囊起到 了保护作用，同时也阻止了前处聪时生物酶对基疆的可及性。实验中，常用乙 醚等有机滚剩萃取方法来去除蜡腰与脂肪。也有采用脂肪酶来降孵去除蛙质与 脂肪，但并不是所有脂肪酶对蜡质都有效，这还有待于迸一步研究。 2 , 3 3 果胶蔟 果胶痰是由一种由嚣耱以上豹擎耱梅成豹杂多糖，它的基本绪擒是聚半巍 糖驻酸，可以分为原果胶、果胶脂酸和果胶酸。棉织物中果胶质的含量随着棉 纤维成熟发提高而降低。成熟的棉纤维中果胶质的含量低于o 9 1 ，在不成 熟的棉纤维中可意达6 ，当然随麓槔花纤维品种的不同，果胶磺的含量魄有所 差舜。棉纤维中的果胶物质主要存在于纤维的初嫩胞壁中。果胶物质的主要组 成潞分楚鬃胶酸戆鬈生物。果胶羧戆化学组成是多半翼糖醛酸，具毒镶状结 构，果胶酸虽有大量的亲水性的羟基和羧基，但是在棉纤维上的果胶物质却是 部努隧c a 、m g 忿帮翠舔熬形式存在，爨魏罴胶蒺翡亲窳洼毙终维素要鼹，它 的存在会影响棉织物的吸水能力，必须加以去除，否则会影响纤维的色泽和润 湿往，不薄j 予以焉的染色、印花譬亿学鸯藉工。襦纤维上约果胶含爱，可鞭蠲草 酸或柠檬酸萃取进行定量测定，也可用硫酸铜处瑷棉纤维，使成果胶酸铜，再 和黄血盐轴 f e ( c n ) 6 作用，使生产玻瑰色，戚用品筑或孤甲纂蓝来定性检 沓。 2 3 4 含氮物质 棉纤维中含氮物质的绝大多数都是蛋白质。实验中，常采用定氮分析的方 法来定量分析稀纤维中静蛋自爱的含量。纾维滟含氮量德来滚瀚不同稀有差 异，大约占棉纤维的o 2 o ，4 。在常规碱煮练工艺中，蛋白质馒碱液变黑，并 使其有独特气味，这是因为热碱作用后多缩氨基酸水解戚简单的氨基酸。纤维 上若考含氮物质存在，则织物在服用过程中，经过漂洗，与有效氯接触，很容 易形成氯胺，引起织物泛黄，所以，在棉织物前处理过稷中，应尽可能将它除 去。 第1 4 页 棉织物生物酶前她埋工艺研究 2 3 5 其它杂质 稀纤维素中本身并没有木炭豢，是邋过橇籽残片中带来静。本质素健菲纤 维杂质变硬难于膨润。木质素是一种芳替族化台物，基本单位是苯环上有三个 碳原子的铡链芳番族物质。一般辩浓硫酸处理捣纤维后，不分解的植物性物质 缝成部分溺作本质素。本质素易滚于碱及碱性盐，呈红色。灰分是穗纤缳中无 机赫的总称，约占成熟棉纤维的1 2 左右，它包括硅酸、盐酸、硫酸和磷酸 熬铆、锄、钙、镁积锾盐，氧化铁器氧化铝。无疑登数程在黠纾缝鲍吸瘩性、 自度和手感有一定的影响。棉纤维中天然色素的结构和。隧质，到目前为止还不 暖凑。僮掇据稼毯索翳磷究，确定宅是鑫莛稻素藏穗色豢缀残，莛存酸浚染瓣 的性质。色素一般在不同程度的漂白工装中加以去除，达到消识的目的。当 然，在褊织物上遥存在着许多其它杂矮等，困冀禽量较少、成分也各不鞠丽， 在这里就不一一列举了。 第1 5 页 拣织黪生秘簿翦处理工笔辩究 笫1 6 页 棉织物生物酶前处理工艺研究 3 5 前处理工艺 3 5 1 同浴分步退煮漂工艺 采用淀粉酶b 、果胶酶a 、双氧水进行退、煮、漂同浴分步前处理。 工艺流程： 第一步配制退浆液一入布一振荡保温( 6 0 ，4 5 m i n ) 一9 5 热水洗 一6 0 温水沈一冷水洗一烘至恒重 第二步配制煮练液一入布一振荡保温( 6 0 ，5 0 m i n ) 一9 5 。c 热水洗 一