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酸性纖維素酶對涂料染色棉織物的水解作用

來源：印染在線　發布時間：2015年01月15日

郝龍云，蔡玉青

0前言
應用纖維素酶可對纖維素織物或服裝進行生物水洗、生物拋光和柔軟整理等。纖維素酶主要由三種不同性質的酶，即內切葡聚糖酶(EG)，外切葡聚糖酶(CBH)和β-葡萄糖苷酶(BG)組成。對于棉、麻等結晶性纖維素，只有這三種酶協同作用才能起到有效的水解作用。
棉織物在使用各種染料或涂料進行染色的過程中，由于受到不同程度的機械摩擦力的作用，織物表面易產生微小的絨毛狀纖維，嚴重時會影響紡織品的品質。采用纖維素酶對織物進行水解拋光，可將這些絨毛去除。但是，織物上已經上染的染料或涂料會影響酶水解的活性，具體程度隨染料或涂料等結構和數量而變化。EunKyungChoe等人研究了直接染料、單活性基和雙活性基活性染料以及還原染料對酶水解活力的影響。但是，關于涂料染色對酶活力影響的研究迄今仍然很少。
本研究采用酸性纖維素酶對棉織物涂料染色后進行處理，研究織物上涂料對酶蛋白的吸附以及水解性能的影響。

1試驗
1．1材料
經退煮漂加工的純棉斜紋布(260g／m2)，酸性纖維素酶(青島海怡)，涂料紅(青島海怡)，黏合劑KB(煙臺)，其它試劑均為化學純。
1．2涂料染色
染色處方(g／L)
涂料紅5
黏合劑5
將織物在上述處理液中二浸二軋，軋余率80％，然后將織物在60℃烘干，130℃焙烘3min。
1．3酸性纖維素酶對涂料染色棉織物的作用
1．3．1酸性纖維素酶蛋白的吸附性能
將涂料染色后的棉織物裁剪成10cmx10cm試樣，置于1g／L酸性纖維素酶溶液中進行處理，浴比20：1，處理溫度1O℃，溶液pH值5．0。用考馬斯亮藍法分別測定處理10，20，30，40，60min時溶液中殘留的酶蛋白濃度。每次試驗重復三次，取平均值。
1．3．2酸性纖維素酶對織物的水解性能
將上述涂料染色試樣，置于0～14g／L纖維素酶溶液中進行處理，浴比20：1，處理溫度50℃，溶液pH值5．0，處理時問0~120min。處理完畢后，將織物

取出，用自來水沖洗，晾干。
分別測試織物處理前后的失重率、色差(按GB／T8424．3-2001，采用ADCI-60型色差計)、摩擦牢度(按GB／T3920--1997，采用Y571L型摩擦牢度測試儀)和強力損失(按GB／T3923．1—1997，采用YG025型電子織物強力儀)。

2結果與討論
2．1纖維素酶蛋白對涂料染色織物的吸附性能
纖維素酶蛋白在織物上的吸附量和吸附速率都會對處理效果產生影響。纖維素酶蛋白對涂料染色織物及未染色織物的吸附性能見表1。

表1溶液中相對游離酶濃度與處理時間的關系

由表1可以看出，未染色織物和涂料染色織物的酶處理液中，游離酶蛋白的濃度均隨處理時間的延長而逐漸降低，表明纖維素酶正逐漸吸附在織物上；當處理時間達到30min時，溶液中相對游離酶的濃度不再有明顯變化，表明酶蛋白在織物上的吸附基本達到平衡。達到吸附平衡后，酶蛋白在涂料染色織物上的吸附量更高，說明酶蛋白對涂料染色織物的親和力更大。這種差異可從涂料和酶蛋白的分子結構加以解釋。涂料分子中含有苯環等芳香結構，而酶蛋白三維空間結構的表面含有大量的非極性氨基酸殘基，如酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和亮氨酸等，對非極性結構具有較好的親和性，可以認為形成了大量的“涂料結合區”。因此，其對涂料染色織物具有更高的親和力，平衡吸附量也更高。
2．2纖維素酶對涂料染色織物的水解性能
2．2．1纖維素酶濃度的影響
織物未染色及經涂料染色后，分別用不同濃度纖維素酶溶液處理30min，測定其失重率，結果見圖1。

圖1酶濃度與織物失重率的關系
由圖1可知，對于未染色織物和涂料染色織物，其失重率隨纖維素酶濃度增加，均呈明顯上升；酶濃度增加到一定程度后，織物表面區域的酶蛋白逐漸飽和，失重率漸趨穩定。相比之下，涂料染色織物的失重率明顯較低，表明涂料染色對酶的水解活性有不利影響。
涂料染色對酶蛋白水解纖維素的不利影響可從三方面進行解釋。首先，織物上的涂

料會抑制酶的水解。作為大量分子的聚集體，涂料不可能滲入到纖維無定形區內部，只能存在于纖維表面，因此會對酶蛋白與纖維素大分子鏈之間的有效接觸產生一定的阻礙，即降低了酶蛋白對纖維素分子鏈的可及性，導致織物失重率較低。其次，涂料染色中使用的黏合劑也會對酶的水解性能產生不利影響。黏合劑施加到織物上后，在織物表面上成膜，降低了織物的親水性，從而也必然降低酶蛋白向纖維內部滲入的能力。第三，酶蛋白對涂料染色織物的親和力更高，這導致其在織物表面移動較慢，與分子鏈形成有效契合的幾率有可能降低，從而也導致對織物的水解活力下降。
經不同濃度的纖維素酶處理后，涂料染色織物的顏色變化及牢度性能如表2所示。
表2酶處理后織物的顏色及牢度變化

由表2可以看出，隨著酶濃度的增加，涂料染色織物的色差逐漸增大。這是由于酶濃度越高，對纖維內部結構的改變越大，同時對織物的拋光效果也越明顯，使織物對光線的吸收和反射發生一定改變。隨著酶處理程度的提高，織物的色牢度并沒有明顯改變。這是由于涂料染色織物的各項牢度主要決定于涂料自身結構及所使用黏合劑的性能。另外，織物酶處理后的手感有所改善，這對涂料染色比較有利。

2．2．2處理時間的影響
將未染色及經涂料染色后的織物在2g／L酶溶液中處理不同時間，測定其失重率，結果如圖2所示。
由圖2可以看出，在100min處理時間內，未染色織物的失重率更高，失重速度也較快；而涂料染色織物失重較慢。這可能是由于除了上述一些影響酶水解活力的因素外，織物上的涂料等物質還可能導致酶蛋白的變性失活，且這種失活作用會隨二者接觸時間的延長而更加明顯。

圖2處理時間與織物失重率的關系
測定織物在2g／L酶濃度下處理不同時間的強力損失，結果如圖3所示。

圖3處理時間與織物強力損失的關系
由圖3可以看出，織物強力損傷的變化規律與失重率類似。隨著酶水解的進行，纖維素纖維中的無定形區和結晶區都會受到影響，但程度會有所不同，結晶區

分子的降解是織物強力下降的主要原因。當使用含有三種組分的纖維素酶處理織物時，這種強力損傷就不可避免。根據H．B．M．Lenting等人的研究，僅需要一種組分的纖維素酶，就可將無定形區中連接點的微細纖維水解切斷，達到一定的拋光效果，這樣結晶區的分子鏈就能避免或減少斷裂，從而最大程度上減少對織物強力的影響。

3結論
(1)棉織物經涂料染色后，酸性纖維素酶蛋白對其親和力更高。這主要是由于酶蛋白的分子結構中有大量的非極性基團，形成“涂料結合區”所致。但是，由于織物上的涂料會降低酶蛋白對纖維素分子鏈的可及性，也有可能降低酶在織物表面的自由移動，因此會使酶的水解性能下降。
(2)涂料染色織物經不同濃度的酸性纖維酶處理后，其顏色有所改變，色牢度無變化。隨著處理時間的延長，織物的失重率和強力損失都增大。

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