耐高溫α淀粉酶用于全棉織物退漿工藝優化研究

傳統高溫濃堿型棉織物退漿加工過程需消耗大量的水、熱能、化學助劑，排放出大量含高濃度污染物的廢水，嚴重制約紡織印染企業的運行和發展。研究無污染的綠色環保工藝替代傳統的高溫濃堿型前處理工藝，是實現可持續發展的有效措施。生物酶屬于催化活性很強的蛋白質類物質，其處理作用具有高效性和專一性特征，能夠高效地、有針對性地作用于特定對象，并且可在常溫常壓、酸堿度適中的溫和條件下完成。酶處理法應用于棉織物的前處理加工，與常規堿劑前處理工藝相比，具有能耗低、織物強力損傷小、設備要求低、排污大幅減少、廢水處理簡單等諸多優點，是一種“綠色”前處理工藝。

　　目前用于紡織退漿的淀粉酶主要有枯草桿菌淀粉酶(α-淀粉酶)，淀粉糖化酶(β-淀粉酶)，胰淀粉酶，麥芽淀粉酶等。我國主要采用耐熱性強的枯草桿菌淀粉酶即α-淀粉酶，β淀粉酶屬于一種細菌淀粉酶是由地衣芽孢桿菌經液體深層發酵，提取等工序精制而成的淺褐色液體高效生物制劑，廣泛應用于啤酒等生產中。它對溫度有較強的適應能力。它并非為單一為單一淀粉酶，還含有其它酶組分。后者含量較少，但它們的存在有利于去除織物上的油脂，蛋白質等雜質。

　　本文采用耐高溫α-淀粉酶2000L，以純棉織浸漬法處理為實驗模型，利用單因素法對影響退漿效果的pH值，溫度，酶用量以及處理時間等條件進行優化，得到耐高溫α-淀粉酶的棉織物退漿最佳工藝條件，奠定耐高溫α-淀粉酶退漿應用基礎，以供印染企業實際生產參考。

　　1技術原理

　　適合于棉織物前處理加工的生物酶主要有淀粉酶、果膠酶、纖維素酶等3類。淀粉酶的作用對象是淀粉，可用于織物退漿處理，其作用機理是：通過催化淀粉分子鏈中α-甙鍵，使淀粉降解，并從織物上脫落，從而達到退除淀粉漿的目的。L-2000退漿酶是耐溫α-淀粉酶，能在較寬溫度范圍內對α-1.4甙鍵起催化作用，使淀粉水解成分子量較小的化合物，再經水洗去除。在退漿的同時，還能去除織物上部分其它雜質。

　　2工藝實驗

　　2.1材料與儀器

　　織物：18tex x18tex平紋機織物，上漿率：6～8%；

　　酶制劑：耐高溫α淀粉酶2000L(諾維信蘇州生產)；

　　試劑：滲透劑JFC-10(工業品)，雙氧水(30%)，冰醋酸，氨水(均為分析純)。

　　儀器：梅特勒AB104-N型分析天平(精度0.0001)，25型便攜式酸度計，Y801A型電熱恒溫烘箱，RJ-9816恒溫振蕩式電腦染樣機，SF600plus計算機測色配色儀，YG(B)871毛細管效應測定儀，YG75B恒溫恒濕箱。

　　2.2曠淀粉酶2000L退漿工藝

　　工藝流程：酶退漿→熱水洗(85℃以上)→冷水洗→烘干[(105℃)或者恒溫恒濕箱平衡24h(溫度20℃，相對濕度65%)]。

　　2.3指標測試

　　2.3.1淀粉酶活力測定

　　淀粉試液：分別稱取可溶性淀粉1g(精確至O.Olg)和食鹽5g，用少量蒸餾水分別溶解后，移入1000ml容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻備用。

　　C(1/212)=0.1mol/L碘溶液：稱取1.3g碘片及3.5g碘化鉀，溶于1OOml蒸餾水中，在棕色瓶中保存。

　　酶制劑溶液：稱取(精確至0.01g)淀粉酶制劑25g(或用移液管吸取25ml)，溶解后移入1000ml容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻備用。

　　在已編號的10只比色管中分別加入5ml淀粉試液，另取一只比色管，內盛蒸餾水，插入溫度計。一起放入恒溫水浴過中保溫(60℃)，當溫度恒定在所需溫度后，按管號分別加入1.0～1.9ml(間隔為0.1ml)配制好的酶制劑溶液，計時保溫60min.60min后，在每管中加入數滴C(1/212)=0.1mol/L碘溶液。記錄不呈藍色且加入酶制劑溶液最少的試管中加入酶制劑溶液的體積V(ml).

　　酶活力[g/(g.h)]=5W1/W2×V

　　式中：w1——稱取淀粉的質量，g；

　　w2——稱取酶制劑的質量，g；

　　v——不呈藍色試管中淀粉酶用量最少所加入酶制劑溶液的體積，ml.

　　2.3.2織物失重率

　　將退漿前后的織物分別在恒溫恒濕箱中(溫度20℃，相對濕度65%)平衡24h后稱重，質量分別為m1和m2，退漿后織物失重率=(m1-m2)/m1×100%.

　　2.3.3退漿后毛效測試

　　將半制品沿經向裁成5cmx35cm布條，一端同定，一端豎直浸在蒸餾水中，測量30min內水沿經向上升的高度。

　　2.3.4白度

　　采用datacolourSF600測色儀測定織物的白度指數。

　　2.3.5斷裂強力

　　將織物沿經向或緯向裁成5cm x30cm布條，采用YG2026型電子織物強力機測定。

　　3結果與討論

　　3.1 pH值的影響

　　研究表明，酶的催化作用與反應系統的酸堿度或pH值有著十分密切的關系。酶分子上有許多酸性和堿性的氨基酸側鏈基團，這些基團隨pH值的變化可以處在不同的離解狀態可直接影響與底物的結合和進一步的反應，或者影響酶的空間結構，從而影響酶的活力。研究認為，氫離子對酶催化作用的影響大約有三種途徑：一是有的酶催化反應本身需要氫離子，從理論上可把氨離子看成第二底物或第二產物。二是底物或產物可以獲得或釋放出氫離子，而且獲得或釋放出氫離子后底物的反應性發生變化。三是酶的活性部位的重要基團一般是帶電的氨基酸側鏈基團，這些基團在以結合底物和轉化底物為產物是，必須處于某一特定的離解狀態，pH值的變化直接影響這些基團的離解狀態，從而影響反應速度。一般把反應速度最大時的pH值叫“最適宜pH值”.每種酶都有它的最適宜pH值，在此pH值下酶的活力最大。選擇不同pH值條件考察了耐高溫α-淀粉酶2000L在棉織物上退漿后織物的失重率和毛效的影響，結果如圖1所示。

　　圖1 pH值對酶活力的影響

　　由圖1可見，當pH值6.6附近時，α-淀粉酶2000L的活力最大，所以該淀粉酶用于棉退漿的適宜pH值為6.6～7之間。

　　3.2溫度的影響

　　溫度也是酶處理的一個重要因素，酶反應速度會隨著溫度的升高而加快，但超過一定的溫度，酶會發生熱失活現象。在實際應用時，反應溫度應控制在反應速度較快，而又不導致酶喪失活力的范同，對大多數酶來說，酶的最適宜溫度為40～60℃，不同類型的酶，最適宜溫度范圍是不同的。對耐高溫α-淀粉酶2000L在不同的溫度條件下的退漿效果進行了考察，其結果如圖2所示。

　　圖2溫度對退漿效果的影晌

　　由圖2可以看出：隨著溫度的升高，退漿后織物的失重率和毛效逐漸提高；溫度在低于80℃時，隨著溫度的升高，失重率和毛效提高的趨勢緩慢。但溫度達到80℃以后，失重率和毛效迅速提高。這說明這種酶在高溫下很穩定，而且仍然具有較高的催化活性。據資料顯示，通過基因重組生產的α-淀粉酶能在較高溫度范圍內使用，在70℃溶液中，其酶活力為原中溫型酶的4～5倍；還能在高溫區使用，若用于汽蒸退漿，能在幾十秒內完成退漿任務。近些年，高溫型退漿酶的開發是實現棉織物退漿工藝高效，環保的一個重要途徑。有實驗可知，在常壓，耐高溫α-淀粉酶2000L的最適宜的溫度應在95℃以上為宜。

　　3.3酶制劑用量

　　一般來講，在反應物濃度足夠大的情況下，酶的反應速度與酶的濃度成正比。選擇不同酶制劑用量進行考察織物的退漿效果，作酶制劑用量與織物失重率和毛效之間的關系曲線，如圖4所示。

　　圖4酶用量對退漿效果的影響

　　由圖4可知，隨著酶制劑用量的增加，在同一條件下，酶活濃度的相應增加，織物的失重率和毛效逐漸增加。這是因為增加酶活濃度，酶促反應速率會不斷增加。酶促反應速率的快慢取決于底物(這里只要指淀粉漿料)的多少，有足夠底物的情況下，酶用量越大，酶-底物形成的中間產物也越多，底物轉化率也相應提高。即隨著酶制劑用量的增加，反應速率增加，退漿后織物性能也得到相應的提高。但當酶濃度達到一定值時，織物的失重率和毛效不再隨之有明顯提高。這是由于底物量一定，酶一底物中問產物的量也一定，底物轉化率趨于穩定。可以看出，酶用量達到1.5%(owf)后，織物的失重率不再提高，酶用量達到2%(owf)，織物的毛效達到最大，綜合考慮，此種上漿率的織物，α-淀粉酶2000L用量在1.5～2%(owf)范圍為宜。

　　3.4處理時間

　　圖5處理時間對退漿效果的影晌

　　不同酶退漿時間的實驗結果如圖5所示。由圖可看出，處理時間達到40分鐘以后，織物的退漿效果不再有明顯的提高。淀粉酶在水溶液中滲透表皮，透過縫或微空與淀粉漿料接觸，淀粉物質借助于酶而裂解，隨著時間的增加，淀粉物質裂解增多，織物的失重率和毛效也同步增加；隨著處理時間的延長，能與酶充分接觸的底物(淀粉漿)的量逐步減少，40min后，酶解反應基本完成。由圖5還看出，退漿時間60min后織物失重率反而下降，可能是由于淀粉回沾或織物上漿率不均勻造成，具體原因還有待于進一步探討。因此，選擇退漿時間為40min為宜。

　　3.5表面活性劑

　　表面活性劑對酶活性的影響是非常明顯的，如陰離子表面活性劑可與酶蛋白生成復合物而破壞其蛋白結構，陽離子表面活性劑對酶蛋白的親和力較小，因而對酶失活作用較小，但在高濃度下，可與酶蛋白結合生成伸展的棒狀復合體，從而破壞蛋白結構。非離子表面活性劑，通常不與酶蛋白結合，不干預酶的三維空間結構，所以能保持酶的活性。選用非離子表面活性劑JFC-10用量O.01%(owf)與α-淀粉酶同浴退漿，其退漿效果如表1所示。

　　表1可看出，非離子表面活性劑JFC-10，可以大大提高退漿效果，織物毛效和白度都明顯提高。除上述原因以外，非離子表面活性劑還能幫助酶向基質滲透，并幫助酶向催化作用有力的位置取向，實際上它促進了酶的活性的提高。

　　4結論

　　1)影響棉織物耐溫型α-淀粉酶退漿效果的關鍵因素有pH值，處理溫度，酶用量和處理時間等。pH值，溫度的影響顯著，在高溫條件下退漿效果良好，所以也適宜于高效汽蒸短流程退漿工藝。同時非離子表面活性劑與耐溫型α-淀粉酶具有協同作用，且效果顯著。

　　2)通過單因素試驗，得出耐溫型0l一淀粉酶2000L對棉織物退漿處理的最佳工藝條件為：pH值6.6.7，溫度95℃以上(常溫常壓下)，酶用量1.5～2%(owf)，時間40min。

　　3)用耐高溫α-淀粉酶對純棉織物退漿可以獲得較好的退漿效果，退漿后織物的吸水性、滲透性都較好，且對織物的強力損傷較小，手感較好，可以替代傳統的堿退漿工藝。其工藝簡單，適合于企業生產。但棉籽殼的去除效果不是很理想，仍然需要進一步研究開發一種既不影響生物酶的功效，義能較好去除棉籽殼的環保型助劑，使生物酶處理工藝達到更好的效果。