【正文】 本科畢業(yè)論文 第 1 頁(yè) 共 25 頁(yè) 纖維素酶和漆酶聯(lián)合處理對(duì)麻織物性能的影響 作者：張學(xué)霖 指導(dǎo) 教師： 張曉麗 （ 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)輕紡工程與藝術(shù)學(xué)院 2021紡織工程 合肥 230036） 摘要： 本試驗(yàn)用漆酶，纖維素酶以及漆酶和纖維素酶聯(lián)合處理對(duì)麻織物進(jìn)行預(yù)處理，研究其對(duì)麻織物的性能的影響，主要涉及失重率，白度，斷裂強(qiáng)力，毛效，硬挺度等。通過(guò)設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)，分析了 pH 值、溫度、處理時(shí)間、酶濃度等因素對(duì)麻織物性能的影響。并確定了酶處理的最佳工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明，單一纖維素酶對(duì)麻織物處理后，最佳工藝條件為： 溫度為 50℃， pH 為 5，酶濃度為 3g／ L，時(shí)間為 90min，在最佳條件 白度降低了 %，硬挺度降低了 %，毛效提高了 %。單一漆酶處理的最佳條件為 溫度為 50℃， pH 為 4，酶濃度為25ml／ 300ml，時(shí)間為 30min，在最佳條件 白度為提高了 %，硬挺度下降了 %，毛效提高了 %。酶聯(lián)合處理的最佳條件為 溫度為 60℃， pH 為 4，酶濃度為 20ml／ 300ml，時(shí)間為 45min，在最佳條件下 白度提高 %，硬挺度降低了 %，毛效提高了 %。 關(guān)鍵詞： 纖維素酶；漆酶；麻織物；硬挺度；毛效 1 引言 隨著人們對(duì)紡織品性能的要求和環(huán)境意識(shí)的提高，綠色紡織品這樣一個(gè)新概念誕生了 [1]。開(kāi)發(fā)和應(yīng)用對(duì)環(huán)境無(wú)污染對(duì)人體無(wú)害的新型紡織原料，運(yùn)用不會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染的生產(chǎn)工藝成為今后紡織新產(chǎn)品研發(fā)的發(fā)展趨勢(shì)。而且作為紡織行業(yè)中組成部分的麻紡織業(yè)，就使其找到了與生物酶技術(shù)的交叉點(diǎn) [2]。 麻織物以其衛(wèi)生性能好、抗靜電、不易沾污、抑菌、抗紫外線、穿著舒適，并且外觀粗獷、色調(diào)柔和大方、面料挺括等一系列優(yōu)良的服用特性。但麻纖維的機(jī)械性能主要表現(xiàn)在其強(qiáng)力高伸長(zhǎng)性能低而且初始模量較大，導(dǎo)致其手感的硬挺，而 且麻織物還表現(xiàn)為易起皺，洗可穿性差，成型能力差導(dǎo)致線條僵硬，無(wú)飄逸感，形成的褶皺少而且有刺癢感 [3]。因此，消除它的刺癢感，提高抗折皺性，成了改善純麻織物服用性能的關(guān)鍵問(wèn)題。所以以生物酶為主角的煮練前處理的工藝對(duì)傳統(tǒng)的工藝提出挑戰(zhàn)。生物酶是一種能生物降解且不會(huì)對(duì)環(huán)境污染，另外還具有對(duì)作用底物的專(zhuān)一性，這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使得它可以在麻紡織行業(yè)中的得以應(yīng)本科畢業(yè)論文 第 2 頁(yè) 共 25 頁(yè) 用。生物酶的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用滿(mǎn)足了綠色生產(chǎn)加工以及可持續(xù)發(fā)展的要求，生物酶作為綠色生物制劑是促進(jìn)今后行業(yè)發(fā)展的重要載體。到目前為止，應(yīng)用于紡織行業(yè)的生物酶主要有漆酶，纖維 素酶，蛋白酶和果膠酶等 [4] 。 本文采用的就是兩種常用的生物酶：纖維素酶和漆酶對(duì)麻織物進(jìn)行處理。纖維素酶 是一種比較重要的酶產(chǎn)品，也是一種復(fù)合酶，主要是由 外切葡聚糖酶 (Cx酶 )，內(nèi)切葡聚糖酶 (C1酶 )，β 葡萄糖苷酶（簡(jiǎn)稱(chēng) C223。）又稱(chēng)纖維二糖水解酶。 C1酶主要作用于不溶性的纖維素表面，使纖維素結(jié)晶鏈裂開(kāi)、纖維素分子長(zhǎng)鏈的末端部分游離，從而使纖維素長(zhǎng)鏈易于水解。 Cx酶主要包括有兩種：內(nèi)切β 1,4葡聚糖酶以及外切β 1,4葡聚糖酶，主要作用于經(jīng) C1酶催化的纖維素鏈，將其分解成β 1， 4糖苷鍵。而前 者是從聚合物高分子內(nèi)部任意位置切開(kāi)β 1,4鍵，作用后主要生成纖維二糖、纖維三糖等，后者主要作用于低分子多糖，從不具有還原性的末端游離出葡萄糖。另外β 葡萄糖苷酶就是進(jìn)一步將纖維二糖、纖維三糖和其它低分子糖分解為葡萄糖 [5]；漆酶是 在漆樹(shù)的樹(shù)液中發(fā)現(xiàn)能使“樹(shù)漆”氧化硬化的酶， 后來(lái) 經(jīng)人們研究 了東南亞產(chǎn)的漆中的酶，命名為漆酶。 漆酶 (Laccases)是一種能夠結(jié)合多個(gè)銅離子的蛋白質(zhì)，屬于銅藍(lán)氧化酶，漆酶可以在空氣中存活，發(fā)生反應(yīng)后的產(chǎn)物只有水，因此漆酶本質(zhì)上是一種環(huán)保型酵素。另外漆酶也是一種氧化還原酶，它能在氧 氣存在的情況下催化酚或羥基形成苯氧自由基和水，從而引發(fā)自由基反應(yīng)。漆酶具有獨(dú)特的催化特性使其在生物檢測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用。主要用來(lái)對(duì)織物進(jìn)行染色和漂白方面的應(yīng)用 [6]。 純麻織物的酶處理是一種綠色整理的過(guò)程，這成為了二十一世紀(jì)生態(tài)紡織品的開(kāi)發(fā)的重要方向，其必將為麻紡織業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展契機(jī) [7]。 2 試驗(yàn)部分 試驗(yàn)材料 織物：麻織物 438g/m2 藥品：纖維素酶（ BR，活力 1： 1000）、漆酶（液體，活力 1:10000）、氫氧化鈉（分析純）、磷酸三鈉（分析純）、亞硫酸鈉（分析純）、硅酸鈉（分析純）、30%雙氧水（分析純）、磷酸氫二鈉（分析純）、檸檬酸（分析純）、乙酸（分析純）、本科畢業(yè)論文 第 3 頁(yè) 共 25 頁(yè) 三水乙酸鈉（分析純）、高錳酸鉀（分析純）、火棉膠、精密 pH試紙等 試驗(yàn)儀器 表 1 試驗(yàn)儀器 儀器 型號(hào) 生產(chǎn)廠家 電子織物強(qiáng)力機(jī) YG(B)026D259 溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠 自動(dòng)織物硬挺度試驗(yàn)儀 YG(B)022D 數(shù)顯白度儀 SBDY1 上海悅豐儀器儀表有限公司 織物折皺彈性?xún)x YG541B 寧波紡織儀器廠 纖維細(xì)度儀 BEIONF6 （ BEION 系統(tǒng)軟件） 上海北昂科學(xué)儀器有限公司 電熱鼓風(fēng) 干燥箱 1013 型 電子天平 JY2021 恒溫水浴鍋 HHS 顯微鏡 XSP15 型 試驗(yàn)方法 麻織物的煮練 將買(mǎi)來(lái)的麻織物進(jìn)行退漿煮練，主要運(yùn)用堿退漿煮練一浴法。 配置練液（ 氫氧化鈉（分析純） — 25g/L、 磷酸三鈉（分析純） — 3g/L、亞硫酸鈉（分析純） — 2g/L）→將麻織物在 50— 60℃水中潤(rùn)濕 →將織物投入 90—95℃練液中處理一小時(shí) →取出并用熱水（ 60℃ ）洗 5 分鐘（ 2— 3 次）→再用冷水充分沖洗→放在 DHG9240 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘干（注意烘箱的溫度不能太高 ）。 麻織物的漂白處理 對(duì)煮練過(guò)的麻織物進(jìn)行漂白處理，主要是運(yùn)用雙氧水漂白工藝。 按處方要求配置漂液（ 30%雙氧水（分析純） — 10mL、 35%硅酸鈉（分析純）— 、氫氧化鈉（分析純） — 調(diào)節(jié) PH=，用氫氧化鈉調(diào)節(jié) pH值到規(guī)定范圍）→取退漿漂練的麻織物浸泡在 85— 95℃的漂液中 45 分鐘→烘干備用。 麻 織物的裁剪和稱(chēng)重 本科畢業(yè)論文 第 4 頁(yè) 共 25 頁(yè) 將麻 織物裁剪成 25cm 20cm 稱(chēng)重并記錄數(shù)據(jù)后供后續(xù)試驗(yàn)使用。 麻織物的漆酶和纖維素酶單獨(dú)預(yù)處理 漆酶預(yù) 處理 取麻織物放在緩沖溶液處理，由 磷酸氫二鈉（分析純） — 5g/L、檸檬酸（分析純） — 6g/L 配置，根據(jù)浴比計(jì)算出緩沖溶液的體積（浴比為 1： 20），再用磷酸氫二鈉和檸檬酸調(diào)節(jié) pH值在 — ，處理時(shí)間 45min，處理溫度為 55℃，而漆酶用量為 25ml/300ml。處理后將溫度加到 100℃保持 5min 將酶進(jìn)行滅活處理，充分清洗并烘干，空氣中平衡后稱(chēng)重。對(duì)比麻織物白度和失重率。 麻織物的纖維素酶預(yù)處理 取麻織物放在緩沖溶液處理，由 乙酸（分析純） — 、三水乙酸鈉（分析純） — 配置 ，根據(jù)浴比計(jì)算緩沖溶液的體積（浴比為 1： 20），再用乙酸和三水乙酸鈉調(diào)節(jié) pH 值在 左右，處理時(shí)間 60min，處理溫度為 50℃，纖維素酶用量為 3g/L。處理后將溫度加到 100℃保持 5min 為了將酶進(jìn)行滅活處理，充分清洗并烘干，空氣中平衡后稱(chēng)重。對(duì)比麻織物白度和失重率。 正交試驗(yàn)以及聯(lián)合處理 纖維素酶的正交試驗(yàn) 通過(guò)預(yù)試驗(yàn)測(cè)出的數(shù)據(jù)運(yùn)用正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，試驗(yàn)因素為纖維素酶處理的溫度、酶的濃度、 pH 值、處理時(shí)間每個(gè)因素取三水平，如表 表 3所示，浴比為 1:20。 表 2 纖維素酶處 理因素水平表 水平 溫度 （℃） pH 值 酶濃度 （ g/L） 處理時(shí)間 (min) 1 40 3 2 30 2 50 4 3 60 3 60 5 4 90 表 3 纖維素酶處理正交試驗(yàn)表 試驗(yàn)號(hào) 溫度 （℃） pH 值 酶濃度 （ g/L） 處理時(shí)間 （ min） 1 40 3 2 30 2 40 4 3 60 3 40 5 4 90 4 50 4 4 30 5 50 5 2 60 6 50 3 3 90 本科畢業(yè)論文 第 5 頁(yè) 共 25 頁(yè) 7 60 5 3 30 8 60 3 4 60 9 60 4 2 90 處理過(guò)后對(duì)織物進(jìn)行稱(chēng)重并記錄。 漆酶的正交試驗(yàn) 在預(yù)備試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)麻織物的漆酶處理正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，影響因素有酶處理的溫度、酶的濃度、 pH 值、處理時(shí)間等，每個(gè)因素取三水平，構(gòu)成 四因素三水平 試驗(yàn)，如表 表 5所示，浴比為 1:20。 表 4 漆酶處理因素水平表 水平 溫度 （℃） pH 值 酶濃度（ ml/300ml） 處理時(shí)間 (min) 1 40 3 20 30 2 50 4 25 45 3 60 5 30 60 根據(jù)四因素三水平表可以得出正交試驗(yàn)表，如下： 表 5 漆酶處理正交試驗(yàn)表 試驗(yàn)號(hào) 溫度 （℃） pH 值 酶濃度（ ml/300ml） 處理時(shí)間 （ min） 1 40 3 20 30 2 40 4 25 45 3 40 5 30 60 4 50 4 30 60 5 50 5 20 30 6 50 3 25 45 7 60 5 25 45 8 60 3 30 60 9 60 4 20 30 注意：計(jì)算酶用量的時(shí)候要注意浴比。 纖維素酶和漆酶聯(lián)合處理 在聯(lián)合處理時(shí)先做用漆酶的正交試驗(yàn)處理織物，做好后取出大約 25cm30cm 的一部分來(lái)進(jìn)行硬挺度 ，毛效，褶皺回復(fù)角測(cè)試，斷裂強(qiáng)力的測(cè)試就可以了（其中的一部分做完硬挺度還可以做毛效，只要能夠滿(mǎn)足斷裂強(qiáng)力和褶皺回復(fù)角測(cè)試就可以）。剩余的部分再用纖維素酶也運(yùn)用正交試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合處理，將經(jīng)過(guò)聯(lián)合處理過(guò)的麻織物進(jìn)行白度，毛效，硬挺度，失重率，折皺回復(fù)性等項(xiàng)目的測(cè)試。 酶處理后 麻 織物失重率測(cè)定 本科畢業(yè)論文 第 6 頁(yè) 共 25 頁(yè) 麻織物經(jīng)過(guò)退漿煮練及酶處理的正交試驗(yàn)后，測(cè)試漆酶和纖維素酶預(yù)處理過(guò)后織物，主要測(cè)試的是纖維素酶的失重。試驗(yàn)儀器為 JY2021 電子天平。注意記錄處理前后的重量數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算。 酶處理后 麻 織物白度測(cè)定 試驗(yàn)材料是未處理和酶處理的麻織物。 參照 GB/T93382021，在 SBDY1 數(shù)顯白度儀上測(cè)定 。將漆酶預(yù)處理過(guò)后漂白和未經(jīng)其預(yù)處理漂白的織物放在測(cè)試儀器上進(jìn)行測(cè)定，讀取白度值，并記錄數(shù)據(jù)。 酶處理后織 麻 物斷裂強(qiáng)力 測(cè)定 在本試驗(yàn)中測(cè)定織物斷裂強(qiáng)力使用的方法為拆紗條樣法 ，參照 GB/T 標(biāo)準(zhǔn)方法，每種樣品經(jīng)向測(cè) 3次并取平均值，在 YG(B)026D259型電子織物強(qiáng)力機(jī)（溫州大 榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠）上測(cè)試。 將儀器上夾持的長(zhǎng)度改為10cm，將式樣夾持在上下夾頭處，注意斷裂的 位置，測(cè)試經(jīng)過(guò) 退漿煮練及酶 處理的麻織物，并記錄數(shù)據(jù)。 酶處理后 麻 織物毛效的測(cè)定 試驗(yàn)材料是經(jīng)過(guò)退漿煮練的麻織物，和經(jīng)過(guò)酶處理過(guò)后織物。用 %的高錳酸鉀溶液測(cè)試。 將織物剪成 25 200mm 的條狀，在一端畫(huà)一條水平線，將布條劃線的部分浸在盛有 %的高錳酸鉀的溶液中，上端懸掛起來(lái)，注意不能貼近燒杯壁，處理 30min，取出，用尺子量取高錳酸鉀溶液在織物內(nèi)上升的高度，并記錄。 酶處理后 麻 織物折皺回復(fù)角 測(cè)定 試驗(yàn)材料是經(jīng)過(guò)退漿煮練及酶處理過(guò)后織物， 按照 GB38191997 標(biāo)準(zhǔn) 在YG541B 型織物折 皺彈性?xún)x上測(cè)試， 每種樣品測(cè) 5經(jīng) 5緯并取平均值，折皺回復(fù)角 (WRA)為織物經(jīng)向和緯向的折皺回復(fù)角之和 。校對(duì)機(jī)器中的顯示數(shù)據(jù)，使儀器能正常工作。然后將剪成凸形（ 40 40mm）的織物放在夾持器上，放下重錘時(shí)間定為 3min，取下過(guò) 15s 用儀器上的量角器測(cè)量急彈性回復(fù)角，過(guò) 3min 后測(cè)量緩彈性回復(fù)角，并記錄數(shù)據(jù)。 酶處理后 麻 織物硬挺度測(cè)定 試驗(yàn)材料是經(jīng)過(guò)退漿煮練漂白的麻織物以及經(jīng)過(guò)酶處理過(guò)后織物。 參照GB/T 。 YG(B)022D 型自動(dòng)織物硬挺度試驗(yàn)儀上測(cè)試， 計(jì)算出測(cè)試織本科畢業(yè)論文