摘要：本文优选了有代表性的淀粉酶2000L、纤维素酶CR、果胶酶L，研究了它们的生物相容性和协同效应，讨论了多种酶的拼混和复合酶的工艺条件，得到复合酶在退浆、精练处理技术的优化工艺，并将生物酶复配技术结合低温氧漂工艺，实现了退、煮、漂一浴法生产新工艺。

    关键词：生物酶  复配  纯棉织物  低温氧漂  一浴法短流程

    由于生物酶具有专一性、高效性和应用的温和性，用于棉及其混纺织物的前处理加工具独特的优点。生物酶前处理能显著改善棉织物的外观和手感，作用条件温和对织物损伤很小，能够取代高污染的化学药剂减少污染，节能节水。用淀粉酶退浆处理后的织物手感丰满有光泽，果胶酶能够有效去除果胶质以及以果胶质为骨架附着在上面的腊质，提高棉织物吸水性和手感，纤维素酶能有效去除纤维表面绒毛，提高织物表面光洁度和柔软性，增加织物的悬垂性。因此，高档纯棉织物的退浆和煮练可以采用生物酶进行处理，既节能环保，又可以提高产品质量。酶处理已被公认为一种符合环保要求的印染加工方法。

     生物酶技术在棉织物染整加工中的应用发展很快，酶的品种亦很多，但目前用于染整技术的品种还是有限的，加工成本也偏高，某些酶的使用条件如温度、pH值等还比较苛刻，以及棉纤维上杂质的多样性和复杂性等原因，生物酶技术在许多方面还不够成熟，生物酶在印染中的应用还需要做大量基础研究工作，对生物酶前处理工艺的改进以及多种酶的复配技术的研究也正迫切需要。

    本文优选了有代表性的淀粉酶2000L、纤维素酶CR、果胶酶L，研究了它们的生物相容性和协同效应，讨论了多种酶的拼混和复合酶的工艺条件，得到的复合酶在退浆、精练处理的优化工艺，生物酶技术结合低温氧漂工艺实现退、煮、漂一浴法新工艺。

    1 试验

    1.1 试验材料

    织物；纯棉斜纹机织布，24.3tex×24.3tex，密度377.5×251.5，浆料为纯淀粉浆。

    1.2 酶制剂、药品及设备

生物酶：淀粉酶2000L、纤维素酶CR、果胶酶L（诺维信公司提供）。

设备：电热恒温水浴锅（上海跃进医疗器械厂）、ZBW04019毛效测试仪（上海罗众研究所）、HlOK-S双臂万能材料试验机（美国Tinius Olsen公司）、Elmendorf撕裂试验机（美国Thwing-Albet公司）、Color-Eye7000A电子测色配色仪（美国GretagMacbeth公司）。

1.3 测试方法

    退浆率的测试：使用高氯酸-分光光度计法测定织物退浆率；

果胶含量的测试：采用DNS显色分光光度计法测定果胶含量；

白度：用Color-Eye7000A电子测色配色仪测定织物白度（测正面，测四次取平均值；

强力：按照GB/T3923.1-2003标准，使用HlOK-S双臂万能材料试验机测定织物断裂强力；

    毛效：按照FZ/T01071-2008标准，使用毛效测试仪测定织物毛效；

    失重率：将织物于105℃的烘箱中烘干至恒重，置于干燥器中冷却至室温后，取出称重。

    2 生物酶的复配

    2.1 生物酶复配用量的确定

淀粉酶2000L、纤维素酶CR、果胶酶301L是当前主要的酶种，可用于不同的目的。前处理退浆主要使用淀粉酶2000L，但是几种酶联合使用协同协应的基础研究还不多，多种酶的协同作用可以进一步放宽使用条件，提高复合酶的效能，使各种酶在棉织物前处理过程中互补并相互促进。

酶处理工艺（浸渍法）：织物先用80℃热水预处理5min，然后进行酶处理。

工艺条件：温度55℃，pH值7.0，浴比1：20，JFC用量0.5g/L，处理时间60min。

    2.1.1 2000L淀粉酶用量的确定

    2000L淀粉酶的作用主要是降解淀粉浆料，在退浆中起着重要作用。为确定2000L淀

粉酶的合适用量，2000L淀粉酶用量分别为0.0、O.l、0.2、0.5、1.0、1.5、2.Og/L，酶处理后2000L淀粉酶与退浆率的关系见表1

                      表1 2000L淀粉酶与退浆率的关系

 

2001L淀粉酶用量(g/L)	0.0	0.1	0.2	0.5	1.0	1.5	2.0
退浆率%	87.5	91.3	91.5	93.2	93.7	94.3	94.8

 

    由表1可以可看出，在2000L淀粉酶浓度较低时，随着酶用量的增加退浆率显著提高，

用量0.5g/L时已能够达到较为理想的退浆效果，因此，0.5g/L可作为2000L淀粉酶复配的初步用量。

    2.1.2纤维素酶用量的确定

    在淀粉酶处理过程中，纤维素酶可以对织物表面的纤维素纤维进行适当的降解，有利于淀粉酶的进一步渗透和作用，也有利于对棉子壳的去除。纤维素酶CR处理工艺：2000L 淀粉酶0.5g/L，纤维素酶用量分别为0.0、0.2、0.5、0.8、1.0、1.5、2.Og/L，酶处理后由于纤维素酶会对纤维素纤维进行一定程度的降解作用，纤维素酶CR用量对织物断裂强力、退浆率以及毛效的影响见表2。

表2 纤维素酶CR用量对断裂强力、退浆率以及毛效的影响

 

纤维素酶CR用量(g/L)	0.0	0.2	0.5	0.8	1.0	1.5	2.0
断裂强力(N)	778	775	773	766	746	744	732
退浆率%	94.6	93.7	94.6	94.2	94.1	94.3	95.0
毛效(cm/30min)	8.4	8.7	8.7	9.2	9.2	9.4	9.6

 

    从表2可以看出纤维素酶用量大于0.8g/L时对棉织物强力损伤较大，因此纤维素酶CR复配用量应小于或等于0.8g/L。纤维素酶CR的用量对退浆效果没有明显的影响，其用量大于1.5g/L 时退浆率略有升高。纤维素酶CR的用量在0.8-l.Og/L时毛效比较理想，再增加纤维素酶CR的用量毛效提高趋势变缓，考虑到纤维素酶用量对强力的影响，复配用量初步选择0.8g/L。

    2.1.3果胶酶L用量的确定

    在淀粉酶存在的条件下，研究果胶酶L处理对棉织物的果胶含量和退浆率的影响。果胶酶处理L用量分别为O.O、0.2、0.5、0.8、1.0、1.5、2.Og/L，酶处理后果胶酶L用量对织物果胶含量、退浆率的影响分别见表3。

表3 果胶酶L用量对果胶含量、退浆率的影响

 

果胶酶L用量(g/L)	0.0	0.2	0.5	0.8	1.0	1.5	2.0
果胶含量(%)	0.64	0.52	0.31	0.12	0.80	0.70	0.50
退浆率(%)	94.7	94.4	92.4	91.1	91.0	89.7	89.2

由表3可以看出，在果胶酶L用量小于l.Og/L时，棉织物中果胶含量随果胶酶L用量的增加显著降低，果胶酶L用量为l.Og/L时，果胶含量已经很低，继续提高果胶酶L用量，织物上果胶含量的降低趋势变缓。

由表6可以看出，随果胶酶L用量的增加退浆率有明显下降的趋势，这表明果胶酶L与2000L淀粉酶复配使用时对淀粉酶有抑制作用，果胶酶用量在0.8g/L时退浆率略有降低。综合考虑果胶酶L能大大降解棉织物中果胶含量以及淀粉酶L和果胶酶L的相互抑制作用，果胶酶L应适当增加用量，复配用量初步选定为l.Og/L。

    3 生物酶复配的联合应用性能

为进一步研究三种酶的协同作用，在纤维素酶CR和果胶酶L存在下，选定纤维素酶CR和果胶酶L浓度，研究不同浓度的2000L淀粉酶对退浆率的影响。

复配酶处理工艺为：织物先用80℃热水预处理5min，然后进行酶处理：纤维素酶CR 0.8g/L，果胶酶L l.Og/L，温度55℃，pH值7.0，浴比1：20，JFC 0.5g/L，处理时间60 min。2000L淀粉酶对退浆率的影响见表4。

表4 2000L淀粉酶与退浆率的关系

 

12001L淀粉酶用量(g/L)	0.5	0.8	1.0	1.2	1.5	2.0
退浆率%	90.2	91.7	92.3	93.7	95.2	95.7

 

    由表4可以看出，2000L淀粉酶用量在0.5-1.5g/L范围内，随2000L淀粉酶用量的增加退浆率快速显著提高，这表明三种酶在该处理体系中具有明显的协同作用，在该体系中，2OOOL淀粉酶用量在1.5 g/L时，退浆率可以达到95%以上的优良效果。综合考虑以上复配效果，复合酶复配用量为：2000L淀粉酶1.5 g/L，纤维素酶CR 0.8g/L，果胶酶L l.Og/L为宜。    

    4 复合酶工艺生产综合处理效果

    大生产中应用复合酶工艺技术，织物经复合酶处理，复配酶处理工艺为：织物先用80℃热水预处理5min，然后进行酶处理：纤维素酶CR 0.8g/L，果胶酶L l.Og/L，2000L淀粉酶1.5g/L，温度55℃，pH值7.0，浴比1：20，JFC 0.5g/L，处理时间60 min。大生产综合处理效果见表5。

表5 复合酶工艺综合处理效果

退浆率(%)	失重率(%)	断裂强力(N)	白度	毛效(cm/30min)
94.3	8.57	753.3	26.37	9.3

 

    从表5可以看出，大生产中应用复合酶处理，棉织物的退浆率可以达到94.3%，失重率为8.57%，毛效可以达到9.3，完全达到前处理的要求，且强力影响不大，试验表明，复合酶对棉织物具有优良的退浆和精练能力。

    5 复合生物酶前处理与低温漂白一浴工艺

传统双氧水漂白是在高温浓碱大浴比条件下进行，前处理工艺复杂，处理时间长，废水排放量大，对纤维的损伤明显，开发低温高效的漂白技术，可以有效地节约能源，对节能减排具有重要的实际意义。

    为使双氧水能在较低温度下分解，使棉纤维上的色素产生氧化分解，提高双氧水的有效利用率，国外已陆续开发了几代“氧漂活化剂”。目前活化剂的应用已很广泛，活化剂大致可分为两大类，第一类是酰基化合物，第二类是氨基腈类，前者代表产品是乙二胺与醋酐反应的产物四乙酰二胺( TAED)和壬酰基氧苯横酸纳(NOBS)。

    四乙酰基乙二胺（Tetra Acetyl Ethylene Damien，TAED），是第一代商业化的漂白活化剂。TAED无毒性，生物降解性好，合成工艺简单，性价比高。TAED是由乙二胺与乙酰氯反应而得。在较低温度和碱性条件下，TAED遇到过氧化阴离子生成具有更强漂白活性的过氧乙酸阴离子。过氧乙酸的氧化电位很高，仅次于臭氧，高于其它常用漂白剂。由于TAED具有低温漂白作用，促进了纤维素纤维，蛋白质纤维等纺织品的低温氧漂工艺的应用，在低温条件下白度明显高于单独使用双氧水，减少纤维在高温下的损伤程度。目前在欧洲常用TAED作活化剂，同时应该看到，漂白活化剂通常很贵，最便宜的是TAED，其它漂白活化剂更贵，所以严重影响加工成本。TAED国内已在生产，NBOS在还处在试生产阶段，综合以上考虑，我们将TAED漂白活化剂应用于棉织物复合酶处理与低温氧漂一浴法新工艺的研究，以实现退、煮、漂低温一浴法工艺前处理。

    5.1 双氧水用量对纯棉织物复合生物酶低温氧漂一浴法处理效果

    5.1.1不使用TAED的条件下，双氧水对酶退浆率、失重率及白度和毛效的影响

在棉织物复合酶底温氧漂一浴法前处理新工艺中，双氧水用量对前处理白度和酶的活性均有影响，为了研究双氧水对复合生物酶的影响，本文采用在不使用TAED的条件下，双氧水对酶退浆率、失重率及白度和毛效的影响。

复合生物酶低温氧漂一浴法工艺为：复合生物酶仍然采用2000L淀粉酶1.5g/L，纤维素酶CR0.8g/L，果胶酶L l.Og/L。酶处理与低温氧漂一浴工艺为织物首先用80℃热水预处理5 min，然后在温度55 0C，pH值7.0，JFC用量0.5g/L，浴比1：20在不使用TATE的条件下，处理时间60min。双氧水对酶退浆率、失重率及白度和毛效的影响见表6。

 表6 一浴法工艺双氧水用量对前处理效果的影响

 

H202 (30%，g/L)	0	3	5	8	9	10
白度	27.37	28.37	28.34	29.46	30.02	31.27
毛效( cm/30min)	11.2	12.5	12.7	13.0	13.0	12.8
退浆率(%)	91.4	92.2	92.1	91.7	87.5	86.6
失重率(%)	8.24	8.46	8.35	8.53	8.37	8.25

 

由表6可以看出，在不使用TAED条件下，双氧水在低温中性条件下单独使用，从退浆率和失重率上看，H₂0₂用量的提高对酶退浆有一定的抑制作用，表现为退浆率随双氧水用量的提高略有降低，因此一浴法中应适当增加生物酶用量以提高酶处理效果。同时，在低温条件下使用，H₂0₂漂白效果不明显，毛效也没有明显提高，这表明在低温条件下使用H₂0₂漂白，低温漂白活化剂的使用是必要的。

    5.1.2使用TAED的条件下，活化剂用量对前处理效果的影响

    在棉织物复合酶底温氧漂一浴法前处理新工艺中，双氧水用量对前处理白度和酶的活性均有影响，复合生物酶仍然采用2000L淀粉酶1.5g/L、纤维素酶CR0.8g/L、果胶酶L l.Og/L。酶处理与低温氧漂一浴工艺为织物首先用80℃热水预处理5min，然后在温度55 ℃，pH值7.0，JFC用量0.5g/L，浴比l：20，H₂0₂ (30%) lOg/L，处理时间60min。活化剂用量对前处理效果的影响见表7。

                 表7 活化剂用量对复合酶低温氧漂一浴处理效果的影响

 

    由表7可以看出，在双氧水用量lOg/L的条件下，随活化剂TAED用量的增加白度快速提高，这表明TAED具有优良的活化效果，对双氧水低温漂白氧化起着重要催化作用。TAED用量在8g/L后白度提高趋势变缓，棉织物断裂强力和撕破强力略有下降，可以认为活化剂低温漂白对棉织物强力没有明显影响，同时随着活化剂用量的增加毛效也略有提高。

    5.1.3弱碱性条件下TAED不同的加入时间对织物白度的影响

    考虑到TAED的作用原理，在处理条件下双氧水分解成H0₂^-，其与活化剂TAED反应生成了具有实际漂白作用的过醋酸，在漂白过程中会使处理液pH值下降，pH值下降不利于进一步活化。因此可以通过加碳酸钠适当提高处理液的pH值，使处理液在开始时呈现弱碱性，处理一定时间后再加入TAED，这样初始的弱碱性条件有利于双氧水的分解从而有利于生成H0₂^-，加入TAED后使反应pH值降下来，有利于过醋酸的低温漂白和中性条件下的生物酶处理。

    实验仍然采用复合生物酶2000L淀粉酶1.5 g/L，纤维素酶CR0.8g/L，果胶酶L l.Og/L。酶处理与低温氧漂一浴工艺为织物首先用80℃热水预处理5min，然后在温度55℃，JFC 用量0.5 g/L，浴比1：20，H₂0₂ (30%) lOg/L，NaC0₃1.Og/L，处理一定时间后，加入TAED 8g/L，处理时间60min。处理过程中TAED不同的加入时间对织物处理效果见表8。

表8 TAED加入时间对对织物处理效果

 

时间( min)	0	15	20	30	40
白度	69.96	72.76	72.09	69.02	66.85
毛效(cm/30min)	10.2	11.2	9.8	10.5	10．O

 

    由表8可以看出，TAED加入时间为15min时白度最佳，毛效也最好。TAED的加入时间过晚，会影响漂白效果，表现为减少了双氧水漂白的时间。因此，适宜TAED加入时间为试样浸渍处理15min。

    5.1.4复合生物酶与精练酶301L低温氧漂一浴法处理效果对比

    精练酶301L是目前使用较多、效果显著市场反映良好的一种复合酶，它兼有退浆和精练双重效果，使用的pH值范围较宽，是生物酶前处理的重要酶种。将精练酶301L与复合生物酶进行前处理低温氧漂一浴法应用比较，以探寻更佳的一浴法前处理工艺。

    复合酶及精练酶301L低温氧漂一浴法处理工艺为：织物先用80℃热水预处理5min，然后在温度55℃，浴比1：20，JFC 0.5g/L，H₂0₂ (30%)lOg/L，TAED 8g/L，Na₂C0₃ 用量分别为：0、1.0、2.Og/L，处理时间60min，TAED加入时间为布样处理15min。复合酶用量：2000L淀粉酶1.5 g/L，纤维素酶CR 0.8g/L，果胶酶L l.Og/L；精练酶301L 4.Og/L。

三种pH条件下两种酶处理样品的白度、毛效和退浆率的比较分别见表9。

表9 三种pH条件下两种酶处理样品的白度、毛效、退浆率比较

 

酶种	白度			毛效(cm/30min)			退浆率(%)
Na2C03(g/L)	0.0	1.0	2.0	0.0	l. 0	2.0	0.0	1.0	2.0
复合酶	68.50	69.50	72.50	9.5	11.5	12.4	93.5	92.8	90.8
精练酶301L	66.02	66.03	68.50	10.5	12.5	13.0	91.5	89.8	90.4

 

    由表9可以看出，复合酶试样组在Na₂C0₃ 2.Og/L时白度最佳，毛效也最好，但退浆率较低，说明处理时pH值太高，生物酶活性下降，而Na₂C0₃ 1.Og/L的试样组虽然白度略低但退浆率、毛效总体处理都较为理想，可认为是三者中最佳的处理条件。精练酶301L 处理试样的白度和退浆率都不如复合酶试样在Na₂C0₃ 1.Og/L条件下处理的试样。总体来说

白度和退浆率复合酶明显较佳，毛效与301L精练酶处理效果相近。因此，复合酶更适合于前处理低温漂白一浴工艺。

    6 大生产中复合生物酶前处理与低温漂白一浴工艺条件下双氧水用量的再调整

    通过以上复合生物酶前处理与低温漂白一浴工艺的研究，进行大生产工艺再调整。大生产复合生物酶前处理与低温漂白一浴新工艺为：织物先用80℃热水预处理5min，温度55℃，浴比1：20，JFC用量0.5g/L，Na₂C0₃l.Og/L，处理时间60min，TAED 8g/L，TAED 加入时间为布样处理15min。复合酶用量：2000L淀粉酶1.5g/L，纤维素酶CR 0.8g/L，果胶酶L l.Og/L。在新工艺条件下，大生产中继续进一步研究了双氧水浓度对一浴法处理效果的影响，结果见表10。

表10 大生产中双氧水浓度对一浴法处理效果的影响

H202(30%) (g/L)	10	12	14	16	18	20
白度	71.04	72.27	73.72	73.26	73.42	72.48
毛效(cm/30min)	13.8	14.2	14.4	14.4	14.6	14.6
退浆率(%)	95.4	95.8	96.2	95.7	95.1	94.2

 

    由表10可见，H₂0₂14g/L时白度、毛效、退浆率都达到理想效果，再增加用量白度、毛效不明显，退浆率反而略有下降，所以理想的复合生物酶低温漂白一浴法前处理双氧水用量可提高到14g/L。

    综上所述，复合生物酶低温练漂一浴法前处理完全可以达到传统两浴法前处理的效果。复合生物酶低温漂白一浴法新工艺流程短，前处理效率高，整个过程条件温和、耗能低、废水少，提高了棉织物前处理的品质和效率，是一种符合生态环保理念的清洁生产短流程新工艺。

    7 结论

    (1) 2000L淀粉酶，纤维素酶CR，果胶酶L复配和联合使用表现出明显的协同作用。棉织物生物酶前处理合适的复配使用用量为：2000L淀粉酶1.5 g/L，纤维素酶CR 0.8g/L，果胶酶L l.Og/L。

    (2) 复配酶最佳处理工艺为：织物先用80℃热水预处理5 min，然后在温度55℃，pH 值7.0，浴比1：20，JFC 0.5g/L条件下处理时间60 min。

    (3) 复合生物酶前处理与低温漂白一浴新工艺为：织物先用80℃热水预处理5min，然后在2000L淀粉酶1.5g/L，纤维素酶CR 0.8g/L，果胶酶L l.Og/L，温度55℃，浴比1：20，JFC用量0.5g/L，H₂0₂ (30%) 14g/L，Na₂C0₃ l.Og/L，TAED 8g/L，TAED加入时间为布样处理15min的条件下处理时间60min。

    (4) 复合生物酶前处理与低温漂白一浴工艺条件能够达到传统两浴法前处理的效果：退浆率为96.2%，白度达到73.72，毛效((cm/30min)为14.4。复合生物酶低温漂白一浴法新工艺流程短，前处理效率高，整个过程条件温和、耗能低、废水少，提高了棉织物前处理的品质和效率，是一种符合生态环保理念的清洁生产短流程新工艺。

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