生物酶在印染工業中應用介紹

中圖分類號：TS 190.2文獻標識碼：B文章編號：1005-9350(2012)02-0012-04

1·前言

在國外，生物酶的生產和應用已具有90多年的歷史。早在30年代已應用于洗滌劑中，酶可改進去污能力，并使織物平滑光潔。在紡織印染工業上，酶首先用于織物退漿。80年代后，生物酶不斷研究和開發，用于織物生物打光和酶處理，代替石磨洗等，已取得了較大的進展。生物酶具有專一性和高效性，用于紡織品印染加工具有獨特優點，能顯著改善織物的外觀和手感，并能取代一部分酸、堿、氯、磷化合物等化工原料，從而減少污染，有利于環保[1]。酶處理已被公認為一種符合環保要求的印染加工方法。當今全球普遍重視生態環保，生物酶技術已成為重點關注的技術。本文重點對生物酶的應用及研究現狀進行了介紹，并就目前存在的一些問題提出了相應的解決辦法。

2·生物酶的概述

2.1生物酶的分類[2～3]

生物酶經過科學家一個多世紀的研究，已被認知達3000多種，目前在紡織印染加工中使用較廣泛的酶制劑主要是纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、果膠酶、脂肪酶、過氧化酶、漆酶、葡萄糖氧化酶八類。

2.1.1纖維素酶

纖維素酶是一種能將纖維素水解成葡萄糖的復合體，主要有三種組分：葡萄糖苷酶、CBIⅠ酶和CBHⅡ酶。天然纖維素大分子是由大量的結晶區和維系其間的少量無定形區組成的，水解反應首先發生在無定形區，然后發生在結晶區。三種纖維素酶協同作用使纖維發生降解。

2.1.2果膠酶

果膠酶主要由果膠裂解酶、果膠酯酶、聚半乳糖醛酸酶和果膠酸鹽裂解酶組成。果膠酶作用于棉纖維表面的不溶性果膠，將其催化分解為水溶性果膠（多聚半乳糖醛酸的甲酶），再利用果膠酯酶和聚半乳糖醛酸酶的作用，將多聚半乳糖醛酸的甲酯進一步水解為溶解性更大的半乳糖醛酸和甲醇，最終去除果膠質。隨著果膠質的脫落，纖維素表面的其它雜質隨之脫落，達到煮練的目的。

2.1.3脂肪酶

脂肪酶能將脂肪水解成甘油和脂肪酸，脂肪酸可進一步氧化合成糖類。

2.1.4過氧化氫分解酶

過氧化氫酶是一種氧化還原性酶，它可以催化分解過氧化氫，生成水和氧氣。過氧化氫是現今使用最為普遍的漂白劑，但殘留的過氧化氫會損傷纖維，所以水洗負擔加大。用過氧化氫酶去除殘余的過氧化氫，其工藝簡單、能耗小、去除徹底，只對過氧化氫酶起作用，不損傷織物。

2.1.5蛋白酶

由微生物分泌的蛋白酶由于所用菌種不同而差別很大，但大體是一樣的，就是由蛋白酶將蛋白質分解為肽，肽再水解生成氨基酸。

2.1.6淀粉酶淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶類總稱，通常通過淀粉酶催化水解織物上的淀粉漿料，由于淀粉酶的高效性及專一性，酶退漿的退漿率高，退漿快，污染少，產品比酸法、堿法更柔軟，且不損傷纖維。

2.1.7漆酶

漆酶是一種氧化還原酶，諾維信公司的DenilitII S就是通過基因改性的黑曲霉漆酶，可以進行牛仔服裝仿舊整理工藝，獲得的織物手感厚實、表面光潔、色澤明快、淡雅。

2.1.8葡萄糖氧化酶

葡萄糖氧化酶主要進行織物的漂白整理，漂白原理是葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下，生成葡萄糖酸內酯和雙氧水，利用產物雙氧水對織物進行漂白，處理后織物手感柔軟、豐滿。葡萄糖氧化酶被認為是最有可能被推廣的酶漂白劑。

2.2生物酶的特點

生物酶是一種無毒、無害，對環境友好的生物催化劑。生物酶用于紡織印染工業具有較大的優越性：（1）作為一種生物催化劑，無毒無害；（2）生產過程中處理條件溫和，作用專一；（3）需用量少，節約成本；（4）反應后釋放的酶可繼續催化另一個反應；（5）產生的污染容易處理[4]。

2.3生物酶的生產

紡織印染工業應用的酶制劑的生產一般有兩種方式：（1）以動植物為原料從動物的臟器、腺體或植物的果實、種子提取。由于數量有限，遠不能滿足工業發展中對酶制劑供應的要求，目前采用這種生產方式的數量不多。（2）用微生物生產酶制劑，來源豐富，大部分制劑都用這種方式生產。但酶制劑整個研制過程要求較高且復雜，在紡織印染工業上要研究開發一個合適高效專一的品種，也要花一定時間和精力。

3·生物酶在印染中的應用

3.1在前處理加工中的應用[5]

3.1.1酶退漿

酶退漿是應用生物酶催化水解織物上的漿料，目前主要以淀粉酶退漿為主。通過淀粉酶選擇性反應使織物上淀粉大分子發生分解,達到既完全破壞淀粉，又不損傷纖維素。

3.1.2酶煮練

棉織物酶煮練常用的酶制劑包括堿性果膠酶、纖維素酶和脂肪酶等。果膠酶雖然不能去除蠟質，但能分解初生胞壁中果膠質，對纖維表面結構起到松懈作用，有利于棉蠟等非纖維素物質從棉纖維分離。纖維素酶對煮練酶去除果膠質有一定的協同作用，能夠通過分解角皮層下初生胞壁中的纖維素破壞角皮層，使果膠酶更容易接近纖維中的果膠。此外，纖維素酶對棉織物表面的棉籽殼也有一定去除作用。脂肪酶在煮練中有兩方面的作用，一方面用于分解漿料中殘留的甘油三酸酯等潤滑劑，通過脂肪酶完全水解成甘油；另一方面，能將蠟質水解成甘油和脂肪酸。但試驗表明，脂肪酶在改善棉織物的潤濕性方面不像果膠酶或纖維素酶那樣有效，可能是蠟質的可及性低，或者是脂肪酶對棉纖維中蠟質的分解作用效果不強。

3.1.3酶脫氧

目前，棉織物的漂白仍以雙氧水漂白為主。生物酶在棉織物漂白中的應用主要集中在氧漂結束后，使用過氧化氫酶進行脫氧，去除練漂后布面殘留的雙氧水，減少對后道染色工序的影響。

3.2在紡織品后整理中的應用

生物酶技術在印染整理工業中成功應用的另一個領域是棉紡織物的生物酶整理加工。棉紡織物經過纖維素酶整理后，手感和外觀可以獲得大大改善。C.Lchong等人也研究了纖維酶用量，織物間的磨擦、機械攪拌作用對織物整理性能的影響。所有這些研究，在當今最廣泛應用于牛仔布整理中。大多數的牛仔衣都要經過洗磨過程使其外觀陳舊，在傳統的石洗過程中，浮石打磨去一些染料使牛仔布的色彩變淡，而應用纖維素酶處理，進行生物石洗，就可以達到良好的效果，使其具有新型的外觀、較低的價格、更短的處理時間和較少的固體殘留物等優點。

3.3在印花后處理中的應用

在日益環保的今天，難以處理的印花糊料漸漸被人們所拋棄，各科研院所紛紛研制新型環保印花糊料，四平市科學技術研究院李雪晶，馬嘶鳴等研制的復合型羧甲基淀粉鈉印花糊料從根本上解決了淀粉類印花糊料打漿困難，手感不好，后處理麻煩等缺點，提出了在印花后處理上添加少量淀粉活性酶制劑，就可以使印花效果遠遠超過傳統的海藻酸鈉和阿可印，并環保價廉，現已在國內數家大型印染企業批量應用，取得良好效果[6]。

3.4在其它方面的應用

生物酶除了在紡織印染前處理及后整理中得到廣泛應用外，在其它方面也有所應用。用生物酶制劑對紡織物進行風格整理可使棉布變得像天鵝絨，使粘膠布像真絲，使麻變得柔軟，使羊毛變得像羊絨，使真絲變為“天使的皮膚”，使整理后的織物呈現出特有的風格，如Tencel、粘膠等人造絲織物用酶處理，去除初級原纖維化的原纖部分，再經過次級原纖化，可使織物獲得桃皮絨觸感[7]。

4·生物酶的研究進展

4.1目前存在的問題

（1）生物酶的成本較高。以棉織物煮練為例，傳統堿煮練以燒堿為煮練劑，價格較低廉，而果膠酶或其它復合煮練酶價格較高，不同程度地限制了酶法前處理工藝的推廣。（2）生物酶的活性穩定性低。不少酶制劑在室溫條件下，能存放較長時間，但也有些酶制劑在高溫高濕的車間條件下，活性隨存放時間變化較大。因此，如何提高前處理酶制劑的活性穩定性，也是生物工程需要進一步研究的問題。

（3）生產條件的限制。以棉織物前處理為例，生物酶反應條件緩和，采用浸漬方式(如繩狀或溢流染色機)加工，能獲得更好的處理效果。而現有棉織物前處理加工的設備多為連續軋蒸式，車速較快。因此，要完全實現酶法的連續化前處理加工，還需對現有設備作適當改進。

（4）新型高效復合酶制劑有待進一步開發。

目前，應用于紡織品加工中的酶制劑種類較多，國內外不少廠家也開發出了適用于前處理的復合酶制劑，但有些商品復合酶制劑在應用中尚存在一些問題，如酶精練中生物酶起到的作用較小等。不少紡織品酶法前處理加工仍停留在實驗室階段，與實際工業化生產之間仍有一定距離。

4.2解決辦法

（1）不斷研究新產品，進一步開發新型高效復合酶制劑。復合酶制劑在生產和應用中尚存在一些問題要進一步解決，減小與實際工業化生產之間的距離。目前所開發和應用于印染領域的酶，僅僅是生物酶中的一部分，隨著生物工藝學的不斷進步，要開發出更多適合于印染加工的酶，對印染工藝進行改造和革新。酶在印染工業上的應用具有較大的發展潛力。

（2）加強與生化部門的合作，降低生產成本。生物酶的生產制備要求較高，菌種的來源、培養、工藝條件和純化方法等對其成分和性能影響比較大，要尋找或選用一種效果明顯且能適用于印染特定某一用途的品種要花一定力量；要連續批量或大量生產效果好、性能穩定的酶產品，也必須設計合理的設備和嚴格控制生產條件。這些工作，以后還必須加強依靠與生化部門的合作，以促進生物酶的普遍推廣和應用。

（3）加強生物酶處理工藝的研究。印染工作者可研究不同類型酶處理工藝，生產出高質量的紡織產品。酶處理的工藝條件對其作用效果影響較大，通過改善工藝可以大大提高產品的質量，減少對織物的損傷。

綜上所述，生物酶技術在紡織印染工業中具有廣泛的應用前景。我們應當不失時機地抓緊對各種生物酶制劑的研制，解決紡織印染中的一些難題，盡可能減少纖維強力下降，酶制劑的效率不高的問題，開發耐高溫的酶種，擴大蛋白酶應用的范圍，加速我國紡織印染工業的技術改造，使我國的紡織印染加工技術盡快趕上世界先進水平。

5·結語

生物酶在印染工業中的應用發展較快，很多工藝已經成熟。用生物酶對織物進行染整加工，既符合環保要求，又能明顯改善織物性能。結合傳統染整工藝，協同生物酶技術可以明顯地減少織物表面絨毛、改善光澤、賦予織物柔軟滑爽的手感、改善織物風格、提高織物的懸垂性。產品在繼續擴大，有些已成為量大面廣的品種，如牛仔布或成衣酶處理代替石磨洗；前處理采用酶退漿煮練，后整理用以改善外觀和柔軟度等都已廣泛應用。國內對酶處理的應用也在不斷擴大,有些已在向全國普及，為繼續發展創造了條件。

生物酶無毒性，對人類安全，對生態環境無影響，在當今全球重視生態環保的要求下，可代替部分化學品，減少污染，節能節水，更具有突出的現實意義，近年來備受到紡織印染和生物工程界的關注，具有良好的發展前景。