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纤维素酶在纺织品生物加工中应用进展专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 完成时间： 纤维素是地球上最丰富的生物质资源，同时也是天然的可再生资源。据报道，在全世界每年的植物体干物质生成量中，纤维素和半纤维素二者的总量占一半以上 高蕾蕾,李迎秋. 纤维素酶及其在食品行业中的应用J. 食品工业,2017,(02):271-274.。每年通过全球陆地生物合成可再生纤维素的总量约为 560 1 200 亿 t，占植物界碳含量的50%以上。纤维素是一种复杂的多糖，由 8 000 10 000 个葡萄糖残基通过 -1，4 糖苷键连接而成。 韩笑,闫培生,史翠娟,杨树燕,李永鹏,邹雪平. 海洋微生物产纤维素酶及其应用研究进展J. 生物技术进展,2015,(03):191-195.早在1906年,Seilliere就在蜗牛的消化液中发现了能分解纤维素的纤维素酶 张海生,张同亮,陈德兆. 纤维素酶对纤维素的作用机理及其在纺织上的应用J. 四川纺织科技,2003,(06):3-5.。从 20 世纪中期开始，人们逐渐关注和研究纤维素酶及相关酶，这主要是由于在木质纤维素中添加这些酶类后，能将其转化为可溶性糖和葡萄糖。随着研究的深入和经济的发展，纤维素酶及相关酶已在很多行业中得到大量应用，其需求量也在不断地扩大。 董宇. 纤维素酶及相关酶在食品生物技术中的应用生物J. 食品安全导刊,2016,(30):121.纤维素酶是一组催化水解纤维素，生成葡萄糖的酶系总称 余圆圆,王强,范雪荣. 纤维素酶在纤维素纤维织物整理中的应用J. 染整技术,2017,(01):1-5.。纤维素酶的本质是主要由三种酶：内切型 - 葡聚糖酶、外切型 - 葡聚糖酶和 - 葡萄糖苷酶组成的多组分酶系，三种酶之间协同作用，内切型 - 葡聚糖酶、外切型 - 葡聚糖酶先将纤维素降解为寡糖和纤维二糖，最后 - 葡萄糖苷酶把寡糖和纤维二糖水解为葡萄糖。 李永莲,林凯城. 纤维素酶生产方法的研究进展J. 济南职业学院学报,2016,(02):99-101.它存在于许多生物中,以微生物为主,细菌、真菌、放线菌、酵母、白蚁及牛、马消化道中的厌氧菌和某些植物中都有纤维素酶存在,纤维素酶系一般有十到十几种组分,不同来源的纤维素酶分子特征和催化活性也不尽相同,通常以真菌产生的纤维素酶系为研究对象。 杨叶东,韩祎君,张金龙. 纤维素酶的研究、生产及其在纺织上的应用J. 激光生物学报,2000,(02):151-153.我国酶制剂企业生产纤维素酶开发该产品应用于纺织工业是从上世纪90年代开始的，至今已有近20年时间 侯炳炎. 纤维素酶生产和应用于纺织工业的回顾A. 中国微生物学会酶工程专业委员会、基因工程药物国家工程研究中心（暨南大学）、广东省生物工程药物重点实验室（暨南大学）.第八届中国酶工程学术研讨会论文集C.中国微生物学会酶工程专业委员会、基因工程药物国家工程研究中心（暨南大学）、广东省生物工程药物重点实验室（暨南大学）:,2011:3.。以产值计算，商业化纤维素酶制剂是全球第三大工业酶制剂。目前主要用于纺织、造纸、食品、饲料等行业。 闫玉玲,袁敬纬,李杰,张宏. 纤维素酶的制备工艺及其商业化现状研究J. 当代化工,2015,(05):988-990+994.传统的棉纺织印染行业对环境的污染和对资源的消耗己经成为全球所关注的问题，因此采用对环境友好的染整工艺来替代传统印染方式己势在必行，其中运用生物酶整理就是重要的途径之一。酶作为一种生物催化剂，具有专一性、高效性等特点，而且反应条件温和，副反应少，易降解，不会引入毒害物质，对环境友好。酶处理原理是纤维素酶具有催化作用，在一定条件下可水解纤维素纤维中的且1,4糖苷键。由于纤维素分子的部分水解使结晶区变小，同时，非结晶区的部分水解，扩大了结晶区之间的空隙，受外力时，结晶区之间较容易产生相对运动，削弱它们之间的氢键作用，使聚合度降低，从而使纤维本身变得柔顺，纤维刚度降低，勾结强度提高，使得竹原纤维的应用范围得到扩展。在控制酶的用量及作用条件的情况下，可以使纤维素纤维酶反应，轻度水解，而不至于过度影响纤维的强力。 陈娇,王康建,刘才容,李喜,吴楠. 竹原纤维改性研究进展J. 纺织科技进展,2016,(04):1-3.纺织业对于纤维素酶的应用主要是从上个世纪末开始，其是被当成生物酶制剂，随后被广泛的运用。纺织行业在使用纤维素酶后取得了非常好的效果。纤维素酶自身是一种生物催化剂，确保了没有毒害。而且酶自身所需要的反应环境较为温和，需要的量也极少，并且在完成催化反应后，其所有的产物都对环境无伤害，较为绿色节能。纤维素酶在纺织上的具体应用主要是处理亚麻、苎麻、丝绸、灯芯绒以及各种混纺织品，通过生物处理可以让纺织物的强力降低，保证期回弹性、柔软度以及悬垂度。纺织物表面普遍存在毛棉结和毛羽，通过纤维素酶对其处理后可以保证其表面更加鲜亮光泽，且具有清晰的纹理。纺织品中的牛仔服饰对于纤维素酶的应用更加广泛，尤其是在磨洗过程中，可以保证褪色更加均匀，也保证牛仔服饰不会出现较大程度的损伤，也减少了磨石的使用。 郑昆. 浅议纤维素酶的研究与应用J. 科技展望,2016,(31):68.人类最先应用于纺织工业的酶是淀粉酶,然后是蛋白酶、脂肪酶、果胶酶、过氧化氢酶、半纤维素酶和纤维素酶,并取得了一些成果。酶被应用并获得很大发展有许多因素,主要有:酶是天然产物,副反应少,有利于环境保护;酶生产技术的改进,酶处理效率的提高,应用工艺的不断完善;酶加工赋予纤维产品优良的性能和高附加值。酶在纺织品染整加工中的应用,尤以纤维素纤维织物的酶处理发展最快。 徐晓飞,林炜铁,杨继国,吴军林. 纤维素酶在纺织工业中应用研究的进展J. 上海纺织科技,2003,(05):34-36.我国虽然是服装生产大国,但也存在着产品质量低的问题,导致了出口服装的档次低。服装档次低的关键在于后整理。对纺织品进行后整理,比较典型的是利用纤维素酶对纤维素纤维织物进行生物整理。由于纤维素酶“清洁”植物纤维并使其膨胀,所以经纤维素酶整理的织物丰满、滑爽,布面清晰,悬垂性好,吸湿性强,并具有一定的“丝光”效果。纤维素酶用量一般在0.5 3%即可达到满意的整理效果。在纺织后整理工艺上,利用纤维素酶对亚麻、苎麻、牛仔服、灯心绒、丝绸及其混纺织品进行生物整理,即酶降解整理,可使织物的强力适当下降,织物的悬垂度、回弹性及柔软度获得改善。 汪多仁. 纤维素酶在纺织工业中的应用J. 四川化工与腐蚀控制,2000,(05):52-53.具体到以苎麻纤维为例，苎麻纤维属于纤维素纤维，纤维素酶可以切断纤维素分子中的-1,4糖苷键，在酶处理时，纤维素酶对结构松散的纱线，凸出在织物表面的毛羽、粗节很敏感，可使表面毛羽倒伏甚至断裂脱落，织物重量减轻，结构变得疏松柔软，刺痒感得到改善，处理后织物表面光洁，光泽度提高，抗皱性有所提高。 胡睿敏,董倩,蒲青霞,卢明. 消除苎麻织物刺痒感的研究进展J. 纺织导报,2017,(02):70-73.在棉织物染整工艺方面，应用纤维素酶洗，可以在很大程度上改善织物外观和手感：外观上能使织物纹路更为清晰，光洁程度完全可可达到烧毛效果；抚摸则有一种轻薄感、柔软感，且能永远保持；吸水性及保水性有所改良；能有效抑制起毛起球现象；部分地能够去除织物表面茸毛，从而织物更为滑爽，同时也具有良好的悬垂性；酶洗后纤维、纱线之间的润滑得到增强，具有特别的超级柔软效果。 张健飞,丁正祥,陈署,丁桐,周丽华. 纤维素酶应用于棉织物染整工艺的实践J. 纺织报告,2016,(01):32-34+38.纤维素酶在牛仔织物加工过程中也有应用。采用酸性纤维素酶对弹力牛仔织物进行酶解，在酶洗过程中分别采用不同试剂调节p H值，加入碳酸钠对酶进行灭活处理，织物分别采用室温晾干和80 烘干。通过测定织物的纬向收缩率、急弹回复角、纬向伸长回复率、断裂强力和颜色深度，研究不同工艺对牛仔弹力性能和酶洗效果的影响。结果表明，用氨基乙酸调节p H值，以碳酸钠灭活，80 烘干后，织物的弹力性能和酶洗效果较佳。 马剑波,姚继明,刘恩汐,崔舜婷,冯慧娟,王博洋. 纤维素酶洗过程中牛仔弹力性能的变化J. 印染,2016,(11):30-32+36.。另有魏赛男课题组为了解决机械摩擦导致的织物表面光洁度和手感差的问题，基于纤维素酶与机械摩擦复合处理织物的优点，采用酸性纤维素酶对牛仔布进行水洗，通过正交试验设计，探索了纤维素酶浓度、浸泡温度、浸泡时间、 值对织物白度、耐磨性、顶破强力和弯曲性 能的影响。结果表明，温度及值对白度的影响显著，纤维素酶浓度对织物顶破强力的影响大于其他因素。用纤维素酶处理后，针织牛仔的耐磨性增强，白度增大。因此，纤维素酶可使针织牛仔的使用性能得到有效改善。 魏赛男,胡雅宁. 纤维素酶处理对针织牛仔性能的影响J. 河北工业科技,2017,(01):41-44.河北科技大学课题组研究了纤维素酶对硫化染料染色棉纤维酶解机理 河北科技大学科研成果展示J. 棉纺织技术,2017,(02):6+37.。课题中还选用不同浓度的纤维素酶在不同温度、时间条件下，对经过硫化黑染色的纯棉针织物进行抛光整理，测定织物处理后的失重率，通过对织物失重率的数据进行分析处理，得出纤维素酶催化水解硫化染料染色织物的米氏常数 Km及最大反应速率 Vmax的回归方程，为硫化染料染色棉针织物的纤维素酶抛光整理提供理论知道和技术支持。结果表明硫化染料的存在促进了酶在织物上的吸附，但酶的作用效果却得到较大抑制，对比染色织物和未染色织物，纤维素酶酶解过程具有相近的米氏常数，对于最大反应速率，未染色织物的反应速率约为硫化染料染色织物 10 倍。最近几十年来，纺织业利用纤维素酶生物整理技术对天然丝织物进行处理，改善了天然丝织物的抗皱性和稳定性，大大提高了织物柔软的手感、光洁的外观等品质。酸、碱性纤维素酶在工业上的应用则大不相同，碱性纤维素酶由于能够改善洗涤效果，利于胶状污垢的脱落而被广泛应用于家庭洗涤剂，俞东晴等则通过对温度、酶用量、PH等多种因素研究表明酸性纤维素酶能够在不发生机械伤害织物的状态下短时进行抛光返旧 黄娟,包振伟. 纤维素酶的应用研究进展J. 产业与科技论坛,2016,(16):38-39.。 石文奇课题组采用纤维素酶对32S的木棉/棉混纺纱线进行酶洗处理,通过正交试验讨论了p H、纤维素酶质量浓度、温度、时间对纱线断裂强度的影响,并对酶洗前后纱线的表面形貌(SEM)、红外光谱图(FTIR)和X射线粉末衍射(XRD)进行分析.正交试验优选出的最佳工艺为:纤维素酶质量浓度1.0 g/L,p H=6.0,处理温度35 ,处理时间30 min.经酶洗处理后,木棉纤维表面更加光滑、纱线表面毛羽减少.SEM 表明:酶洗工艺会对木棉/棉纱线表面进行抛光;FTIR 表明:酶洗后纱线的官能团无变化;XRD 表明:酶洗使纱线结晶度下降,柔软性提高,手感变好. 石文奇,陈玉波,曲梅,邹汉涛,陈程. 木棉/棉纱线的纤维素酶整理研究J. 印染助剂,2015,(12):37-40+44.另外还有有研究者就传统碱煮练工艺、过氧化氢漂白工艺，以及采用芳基酯酶利用Gentle Power Bleach系统（亨斯迈公司与杰能科公司联合推出的一种温和漂白系统）生物煮漂工艺进行比较。研究表明，Gentle Power Bleaeh 系统的酶漂白工艺更具优势。传统化学煮漂工艺中，随着烧碱用量的增加，织物反射、吸收性增加，白度下降；而随着过氧化氢用量增加，其反射、吸收性以及白度均提高。在Gentle Power Bleach系统酶处理工艺中，织物失重较化学前处理工艺低。随着酶用量的增加，织物反射率增加，但白度和吸水性有波动。与传统化学前处理工艺相比，酶煮漂工艺处理的织物手感更加柔软，失重更低。COD 测试结果表明，传统工艺的COD值几乎是酶前处理工艺的2倍，所以酶前处理工艺对环境更加友好。 棉织物生物酶前处理效率的提高J. 印染,2015,(23):53-54.以上的种种研究成果表明纤维素酶在纺织品的生物加工领域大有可为，但是目前纤维素酶在纺织品生物加工中的生产及应用仍然有明显的局限性和瓶颈。何敏超课题组认为，纤维素酶解效率是木质纤维素经济、高效生化转化的限制瓶颈。 何敏超,许敬亮,陈小燕,孔晓英,袁振宏,张宇,余强,刘云云,王闻. 用于生物质酶解过程的纤维素酶研究进展J. 农业工程学报,2016,(S1):290-296.随着对纤维素酶研究的深入，其应用日益广泛，但是，由于纤维素的结晶状、不溶性的刚性结构，以及对纤维素酶的结构、功能特别是降解纤维素的作用机制还缺乏足够的了解，使得目前纤维素酶对天然纤维素降解效率较低，从而使纤维素酶降解纤维素的工业化应用无法实现规模化。 于跃,张剑. 纤维素酶降解纤维素机理的研究进展J. 化学通报,2016,(02):118-122+128.虽然目前纤维素酶已经广泛地应用在包括纺织在内的各个不同行业。纤维素酶的生产最大的瓶颈问题是菌种的产酶条件优化以及工业生产中酶活不高且耐酸碱性差。采用诱变育种结合基因工程等手段有望逐步解决此类问题。而探究多种微生物协同作用来降解纤维素，有针对性的选择酶种类和复配酶来提高产品品质也是纤维素降解菌剂发展的趋势。 常伦峰,吴菲菲,李化强,赵良忠,龙艳珍,巢玲,徐永平. 纤维素酶的研究进展及在饮料生产中的应用J. 食品安全质量检测学报,2016,(09):3553-3559.在牛仔服装的水洗反旧工艺中酶制剂的选择会强烈影响返染情况,应考虑添加表面活性剂、蛋白酶、改变纤维素酶结构等方法降低返染情况。织物的退浆工艺也会影响酶剥蚀效果,酶洗对织物强度的影响也不容忽视,应综合考虑选择工艺流程 王紫薇,张腾飞. 浅谈纤维素酶在纺织行业的应用J. 科技创新导报,2011,(31):73.影响纤维素酶反应的因素很多。主要包括:酶浓度、pH值、温度、时间、浴比、机械搅拌速度、表面活性剂等.为了使纤维素酶充分发挥活性，得到最佳应用,应充分考虑这些因素的影响。 李昕,吴赞敏. 纤维素酶在棉纺织加工上的应用J. 天津纺织科技,2003,(03):8-12.文飞课题组采用CMC酶活法和减量法相结合, 对金属离子、有机物、表面活性剂和溶液体系等进行研究,分析其对酶活性的影响, 结果表明: Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Co2+、Zn2+等离子能明显激活纤维素酶, 但超过有效浓度后会抑制酶的活性; 含Cu2+、Mn2+、Ag+等离子的重金属盐是纤维素酶的抑制剂; 甲醇、乙醇是纤维素酶的抑制剂, 但柠檬酸、甘油、山梨醇等有机物则对纤维素酶起活化作用; 离子型表面活性剂易与酶结合, 降低了酶与纤维素的结合机会, 导致减量率下降, 而非离子表面活性剂对纤维素酶有一定的促进作用; 纤维素酶整理的溶液最好选择缓冲体系, 未经处理的自来水会影响织物整理效果 文飞,陈德兆. 化学试剂对纺织用纤维素酶性能的影响J. 针织工业,2006,(