酶在纺织中的应用

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1、酶在纺织工业中的应用植物、动物以及微生物中都有酶，它们对细胞的功能具有重要的作用。酶已在啤酒、葡萄酒酿造业及食品加工业中应用了很多年。在这些行业中，它们被用来加工奶酪、改良人类消费所需的豆类及谷物、清洁柑橘类水果、制造稳定的浓缩果汁等。在纺织工业中，较为著名的是酶在传统的退浆工艺中的应用，而随着生物技术的发展，在纺织生产中酶的应用越来越多，从对纤维的改性到织物的漂白都有相应的酶制剂的使用。1酶的认识1．1酶的特性催化剂是一类能改变反应速度，但不改变反应性质、反应方向和反应平衡点,而且反应完成后其本身不发

2、生变化的物质。酶是一种特殊的催化剂，作为催化剂它有一定的特点。（1）高催化效率：在与无机或有机催化剂相比的情况下，酶的催化效率高达107~1012倍，某些酶甚至可加快反应速率高达1014倍。酶的这种高催化效率是因为酶能够显著降低反应过渡态能量。（2）高度的专一性：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。催化反应的专一性是酶最重要的特性之一,是酶与其它非酶催化剂最主要的不同之处，这种原理通过图1所示的锁-钥匙原理可以形象的表达。图1锁-玥匙原理（3）反应条件温和：酶来自

3、生物体，因而一般酶催化反应均可在常温常压条件下进行，有利于生产控制，并可节约能源，降低设备成本。另外，酶催化反应都在弱酸、弱碱或中性条件下进行，对环境污染小，对设备的腐蚀小，生产安全性高。1.2酶的作用机理和过程酶和底物的作用机理和过程如下表示：酶与底物作用→形成酶和底物的复合物→生化作用→形成酶与底物过度态络合物→酶和生成物分离而释放反应生成物和原来的酶。这样可使整个反应的活化能降低,从而加快了反应速度。生化反应完成后,酶和生成物分离,酶又可重新催化反应。1.3影响酶活性的因素酶催化反应的效率取决于以

4、下因素：酶的浓度、反应物浓度、保温或反应时间、反应温度、系统的PH值、所存在的活化剂及阻化剂。在最佳的温度和PH值下，酶的催化水解反应总的反应速度取决于形成酶反应复合物的时间和生成产物的时间。要使复合物易于形成,酶的浓度应足够高。且在酶附近的反应物浓度也应较高。反应物的浓度太高,反而不利于反应进行。这是因为过多的反应集中于酶的连接点或反应点上,形成瓶颈其中的一种或两种情况发生都会降低反应速率。若反应时间较长,酶的用量应低一些，较高用量的酶可降低总的反应时间,但也不能过高。2.酶在纺织生产中的应用酶在纺织

5、湿加工中的应用最先是用于淀粉退浆。进人90年代后,酶在织物湿加工中的应用非常广泛,从退、煮、漂、染、后整理到废物处理；应用的织物从天然纤维到Tencel等再生纤维素纤维及涤纶等合成纤维。2.1酶退浆传统的退浆剂为酸、碱及氧化剂等,若是操作不当,易使织物受到损失,而且碱、酸和氧化剂对环境有污染。利用生物酶退浆,既可减轻对环境的污染,又不对纤维造成损伤。而用于退浆使用的酶是淀粉酶，淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶类总称,它也是纺织工业中最早进行工业化应用的酶制剂之一。淀粉酶的种类很多（图2），比较重要的是α-淀粉

6、酶和β-淀粉酶。酶退浆是应用淀粉酶(主要是α-淀粉酶)对淀粉的分解作用,迅速降低分子质量和溶液黏度使浆料迅速洗脱的工艺。酶退浆的退浆率可以达到90%～95%,浆料的去除不需要剧烈的机械作用,用水量少,可以在低温条件下达到退浆效果。织物用酶进行退浆,不仅作用的化学条件(温度、pH值)缓和,而且机械作用和常规退浆工艺相比也缓和得多,这都非常有利于高湿膨胀、高原纤化原料的退浆处理。此外,淀粉酶退浆对织物的损伤小、手感柔软、丰满,光泽好,且染色鲜艳。图2各种淀粉酶及其作用形式根据浆料组成的不同,酶退浆除使用淀粉

7、酶外,其它酶制剂也可应用。如用蛋白酶实现蛋白(皮胶、骨胶和明胶等)浆料的退浆,纤维素酶进行CMC浆料的退浆等,对多元混合浆料还可以用复合酶进行退浆。2.2精练果胶物质主要是由D-半乳糖醛酸及D-半乳糖醛酸甲酯通过α-1,4-糖苷键连接形成的直线状高聚物,在植物中呈胶态分布。在纺织纤维中,棉纤维中含有一定的果胶物质,需要通过精练去除;麻纤维中果胶含量较高,生麻果胶含量更高,沤麻的主要化学作用即是去除果胶。果胶酶根据作用方式可以分为解聚酶(理论上应包括聚半乳糖醛酸甲酯酶PMG和聚半乳糖醛酸甲酯裂解酶PMGL

8、、聚半乳糖醛酸酶PG和聚半乳糖醛酸裂解酶PGL)和果胶酯酶PE两大类。PG和PGL是最常见的微生物果胶酶,它们的内切酶和外切酶均已得到成功分离。果胶酶在纺织工业中主要用于替代棉的碱精练。由于果胶质位于蜡质与纤维之间,因此果胶质去除后,蜡质与纤维的结合力降低,可在随后的高温浴中经乳化去除。NovoNordisk的科学家分离出一种碱性果胶酶,能快速催化初生胞壁基质中聚半乳糖醛酸盐的水解,既溶解掉果胶质,又使蜡质充分乳化而除去,不会重新沾污。而且