【集萃網(wǎng)觀察】一 簡(jiǎn) 介 酶是生物催化劑,具有在化學(xué)反應(yīng)中用量少,且不被消耗的優(yōu)點(diǎn)。在化學(xué)反應(yīng)中能加速或減緩化學(xué)反應(yīng)的速率。當(dāng)一次化學(xué)反應(yīng)結(jié)束后,酶會(huì)被釋放出來(lái),進(jìn)行下一次化學(xué)反應(yīng)。在理論上催化劑可以被無(wú)限次的使用,但在實(shí)際應(yīng)用中,大多數(shù)催化劑受到穩(wěn)定性的限制,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用,它們會(huì)失去活性。通常,大多數(shù)酶在被用過(guò)一次之后就完成了使命,不能再用。 與無(wú)機(jī)催化劑如酸、堿、金屬和金屬氧化物相比,酶具有其特殊性,它能分解一些特定化合物。在某些情況下,它的活性受到與之反應(yīng)的化合物的一些基團(tuán)限制。與酶發(fā)生反應(yīng)的分子被稱(chēng)作酶作用物,酶與之發(fā)生反應(yīng)之后,酶作用物轉(zhuǎn)化成一種或者多種產(chǎn)物。大型酶分子的一部分與酶作用物發(fā)生可逆的結(jié)合,結(jié)合物具有另一種特殊的結(jié)構(gòu),然后酶分子中的另一特殊部分會(huì)對(duì)結(jié)合部分進(jìn)行催化,使之轉(zhuǎn)化成為另一種化合物。酶分子中不同部分發(fā)生的反應(yīng)大體可以分為6大類(lèi):水解,氧化,降解,合成,轉(zhuǎn)移,以及分子異構(gòu)。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,由于與酶發(fā)生反應(yīng)的化合物范圍很廣,所以不可避免會(huì)有少量副產(chǎn)物生成。 酶在常壓,合適的溫度及酸性(pH值)條件下發(fā)生反應(yīng)。大多數(shù)酶發(fā)生反應(yīng)的溫度是30℃-70℃,pH值接近中性(pH=7)。目前,人們也開(kāi)發(fā)了一些特殊的酶,用于特殊高溫條件下使用。酶的使用節(jié)約了能源,也節(jié)省了對(duì)抗高溫、高壓、腐蝕等特殊設(shè)備的投資。由于酶具有反應(yīng)效率高,可發(fā)生特定反應(yīng)、條件溫和以及降解率高等優(yōu)點(diǎn),它在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用廣泛。 酶存在于所有生物體中。它們來(lái)自于自然界,當(dāng)它們降解為氨基酸后又能被自然界快速吸收。酶只與再生原材料發(fā)生反應(yīng),水果,谷物,牛奶,脂肪,肉,棉花,皮革,木材等都是生成酶的典型原料。多數(shù)酶化作用產(chǎn)生的可用產(chǎn)品或副產(chǎn)品都是無(wú)毒的并可很快降解。工業(yè)生產(chǎn)用的酶可以以污泥作為原料通過(guò)生態(tài)循環(huán)方式生產(chǎn)。 酶能加速化學(xué)反應(yīng),它與特定的基質(zhì)在溫和條件下發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)安全且易于控制,而且它能代替刺激的化學(xué)藥品,容易生物降解,因此被廣泛應(yīng)用于紡織業(yè)中。
二 酶在紡織前處理過(guò)程中的應(yīng)用概述 1、退漿 棉纖維和棉混紡纖維在織造的時(shí)候,為增加強(qiáng)力,在它們表面涂上一層漿料(淀粉或者淀粉衍生物),這樣避免纖維在織造過(guò)程中斷裂。在織造的過(guò)程中經(jīng)線承受機(jī)械加工力,因此通常給經(jīng)線上漿。上漿的材料通常是淀粉或者淀粉衍生物,它的應(yīng)用非常廣泛(約有75%的紡織工來(lái)使用淀粉),淀粉通常是從土豆、玉米和水稻中制得。 由于漿料的存在會(huì)影響濕處理的均勻性,因此,織物在漂白和染色之前,需要進(jìn)行退漿,可供選擇的退漿方式有很多。如果纖維表面的漿料是水溶性的,則在退漿過(guò)程會(huì)用到堿、表面活性劑、氧化性化學(xué)物質(zhì),如過(guò)硫酸鹽或者堿,也可能用到溴化物,(或者漂白過(guò)程也會(huì)用到)。 在紡織工業(yè)中,淀粉酶用于去除淀粉漿料,以改善濕處理的均勻性。淀粉酶是水解酶,它能促進(jìn)淀粉的分解,降低其中食糖、糊精、麥芽糖的含量。這種酶的優(yōu)點(diǎn)是只對(duì)淀粉起作用,并且對(duì)所附纖維(棉纖維和棉混紡纖維)本身沒(méi)有損傷。淀粉酶能在低溫下退漿,最合適的溫度是30-60℃,最合適的pH是5.5-6.5。 2、煮煉 煮煉是去除織物上天然的或者后加工產(chǎn)生的雜物的過(guò)程,這些雜質(zhì)包括脂肪、蠟、沙、塵土、油等。通常煮煉是把織物浸入含有燒堿的溶液中,在70-90℃的溫度下進(jìn)行的。傳統(tǒng)使用強(qiáng)堿的煮煉過(guò)程會(huì)對(duì)纖維重量造成損失,且污染環(huán)境。使用酶化的方法煮煉則對(duì)纖維本身和環(huán)境都沒(méi)有負(fù)面影響。由于操作者不再接觸強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)藥品,因此這對(duì)其健康的影響也降到了最低。 果膠酶對(duì)煮煉效果有效并對(duì)環(huán)境無(wú)污染。果膠酶能降解棉中的果膠,它能去除其中的蠟、油和其他雜質(zhì)。諾維信為煮煉提供了一種作用溫和的堿性果膠酶,它能徹底去除棉纖維的果膠和其他雜質(zhì),并能在紡織業(yè)的機(jī)械化濕處理中行以廣泛應(yīng)用。這種酶最合適的煮煉溫度是50-60℃,pH值在7.5-9之間。 3、漂白 通常情況下,漂白過(guò)程使用雙氧水,最合適的pH值是10.5-11,溫度為80-100℃,作用時(shí)間在45分鐘到5、6個(gè)小時(shí)之間。漂白完成后,漂白液排掉(因?yàn)槠缀蟮目椢镆M(jìn)行印染,這樣可以防止漂白與染色過(guò)程中的化學(xué)物質(zhì)相互反應(yīng)),此時(shí)織物上還有殘存的H202,去除的方法有兩種。一種是把織物洗滌數(shù)次,或者使用弱的還原劑中和纖維上的H202。在洗滌過(guò)程中,消耗大量的水(約40L/Kg織物),這也會(huì)導(dǎo)致大量廢水的生成。 酶在漂白過(guò)程中能代替些化學(xué)藥品(如硫代硫酸鹽),從而節(jié)約水和能源的消耗量。印度的科學(xué)家研制出一種過(guò)氧化氫酶,與傳統(tǒng)去除織物上的過(guò)氧化氫方法相比,它在常溫條件下就可以直接把織物上殘留的H202分解成水和非反應(yīng)性的氧氣。 3.1 過(guò)氧化氫酶在漂白后織物水洗過(guò)程中的應(yīng)用 2H202→02+2H20 這個(gè)酶化過(guò)程可以減少水和能源的浪費(fèi)。在漂白過(guò)后可以直接使用這種酶。下面這個(gè)流程圖是以溢流染紗為例設(shè)計(jì)的過(guò)程: 使用過(guò)氧化氫酶就可以省略漂白后洗滌織物的步驟,因?yàn)榭椢锷系钠讋┛梢员蝗驹≈械拿阜纸,且殘余的酶?duì)織物和染料沒(méi)有影響。 過(guò)氧化氫酶被應(yīng)用在紡織工業(yè)的漂白清洗,它能完全清除掉織物上殘存的H202,因而不用任何額外水洗。這種酶適用的工藝條件是溫度小于50℃,pH值在4.0-10.0之間。 3.2 過(guò)氧化氫酶在活性染料染色后洗滌過(guò)程中的應(yīng)用 過(guò)氧化氫酶不僅可以應(yīng)用在漂白過(guò)后的洗滌中,還可以應(yīng)用在活性染料染色后的洗滌過(guò)程中,盡管過(guò)氧化氫已經(jīng)被過(guò)氧化氫酶完全分解,染浴中由于含有了酶會(huì)使得染色織物變色,但是這種變色程度可以通過(guò)改變?nèi)旧^(guò)程中的參數(shù)來(lái)降低,如鹽、堿、酶的濃度以及染色溫度,然而所有對(duì)顏色的影響參數(shù)是非常復(fù)雜的。因此選擇一個(gè)各參數(shù)間的理想的比例是染色成功的關(guān)鍵所在。 4、退煮漂同浴 有兩種酶,淀粉葡糖甘酶和葡糖氧化酶,可用于煮煉和漂白同浴兩步法。 第一步,淀粉葡糖苷酶也叫做葡萄糖淀粉酶,它也是一種酵素酶,可水解。它可以逐步的使淀粉聚合物轉(zhuǎn)化為葡萄糖后再去除。它可以使葡萄糖a-1,4 a-1,6鍵水解,盡管a-1,6水解的速度很慢,但是淀粉葡糖甘酶還是可以明顯降低葡萄糖殘留物麥芽糖和異麥芽糖的濃度降低。葡萄糖淀粉酶對(duì)溫度很敏(下轉(zhuǎn)第52頁(yè))(上接第41頁(yè))感,當(dāng)溫度高于60℃它就會(huì)失去反應(yīng)活性,它的使用最合理的pH值是4.0-4.5,商業(yè)用葡萄糖淀粉酶可以用曲霉菌制得。 第二步,使用葡糖氧化酶的漂白 在煮煉浴中必須加入葡糖氧化酶。由于氧分子的存在,葡萄糖被葡萄糖氧化酶氧化成葡萄糖酸和雙氧水: D-葡萄糖酸在漂白過(guò)程中是不起作用的,為了制得漂白過(guò)程中需要的足量過(guò)氧化氫,在煮煉浴中必須加入足量的淀粉葡萄糖酶,這樣溶液中葡萄糖酸的濃度至少也要達(dá)到250mg/L。 結(jié) 論 隨著人們對(duì)環(huán)境的日益重視,科學(xué)家和技術(shù)人員對(duì)紡織加工有了新的想法。生物技術(shù)已經(jīng)不是新名詞,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),包括面包,啤酒,奶酪,白酒,以及酸乳酪,都應(yīng)用酶技術(shù)。但是在紡織領(lǐng)域人們的意識(shí)還比較淡薄,因此,應(yīng)該給紡織行業(yè)提供更多應(yīng)用生物技術(shù)的機(jī)會(huì)。在紡織品前處理如退漿,煮煉,漂白過(guò)程中,酶的應(yīng)用已經(jīng)取得較大成功。酶處理與傳統(tǒng)的處理方法取得的結(jié)果是相同的,但是酶處理可以降低水,能源的消耗量,可以節(jié)約時(shí)間,減少污染,并且可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。因此在現(xiàn)代紡織工業(yè)中,應(yīng)該加大推廣力度。
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