酶制剂的分类、优势及在纺织品处理的应用

2018-04-19 11:28:51     来源: 贤集网

自20世纪初以来,纺织工业中使用的酶的数量和种类显着增加。由于纺织湿加工部门不断寻求可持续解决方案来替代化学品的使用,酶的使用已经渗透到纺织湿加工的许多部门。制造商们不断评估和改进他们的酶制剂,以缩短纺织品湿处理加工时间和节约能源,特别是纺织品的预处理。下面贤集网小编为大家介绍酶制剂的分类、优势及在纺织品处理的应用。


此外,在洗涤配方中使用酶制剂来加速清除污渍,为服装提供了更加可持续的清洗程序,同时,去除染整废水中的颜色也是研究和开发的重点。


酶制剂的分类


酶制剂是具有专一性和选择活性的生物催化剂,可分成6大类:

酶的分类

酶的优势

在纺织品湿处理中,与传统化学处理相比,酶能提供以下潜在优势:


1. 酶能节省水、能量和化学品的使用。


2. 酶处理能减少环境污染。


3. 酶处理能提高生产率。


4. 酶处理条件温和。


5. 酶的作用具有专一性。


6. 酶能提高纺织品的质量。


7. 酶的组成中有害成分少。


8. 酶具有工作效率高和可生物降解的特性。


只有少数几种酶需要进行化学反应。


酶退浆的进展


α淀粉酶-1,4-葡聚糖-4-葡萄糖水解酶主要用于淀粉的水解,采用冷轧堆工艺,45 °C下处理6~12 h。然而,中温型α-淀粉酶不耐高温,这是由于热诱导去折叠或者其他化学基质的热失活作用(如特定氨基酸的脱酰胺基作用),会使其特殊的三维结构发生变异。这个过程会导致α-淀粉酶失去催化活性,因此限制了其在生物技术处理中的应用。耐高温α-淀粉酶目前已被开发出来,其能在相对较高温度下使用,但只能由稀有细菌生产。


在中温型α-淀粉酶中添加化合物,能与残余氨基酸形成氢键,从而防止酶的热失活,但很少有添加剂能在70 ℃以上保持有效。最近的研究主要专注于各种添加剂,如钙离子、乳酸钠、氨基酸和水溶性壳聚糖对中温α-淀粉酶热稳定性和催化活性的影响,以及评价其对淀粉退浆的效果。


α-淀粉酶失活在有无添加剂的情况下都遵循一级动力学。添加醋酸钙、氯化钙、乳酸钙、组氨酸和水溶性壳聚糖能增加α-淀粉酶的热稳定性。其中,水溶性壳聚糖对α-淀粉酶稳定性影响最有效,能在80 ℃以上保持酶的稳定。在缓冲溶液中100 ℃处理10 min,退浆率达到68.42%,相同的处理条件下,添加水溶性壳聚糖能使退浆率超过95%,并且α-淀粉酶的质量分数从1.5%降低到0.5%。这些有益的结果预示着未来会有一个更加可持续的退浆工艺。


羊毛的高分子染料染色


用于羊毛染色的合成酸性、活性和金属络合染料需要较高的能源消耗和废水处理。而高分子染料可以通过控制化学反应合成,如单体聚合和大分子修饰,从而在羊毛等纺织纤维中产生颜色。不过,高分子染料也有许多缺陷,限制了其在商业染色中的应用。


酶促聚合是一种新颖而有效的方法来合成各种具有受控结构的聚合物。酶催化反应能在温和的反应条件下进行,由于酶的专一性,很少产生副产物。漆酶是多铜类氧化还原酶,可以用来催化酚类等各种有机化合物的氧化反应。在氧化的第一阶段形成的醌可能会发生非酶的自由基偶联反应,在酚类单体之间自发形成共价键。因此,多酚可被漆酶氧化形成颜色聚合物对羊毛织物染色。


采用三种工艺方法将漆酶(诺维信,由嗜热毁丝霉生产)与领苯二酚一同应用于羊毛染色,其中最有效的工艺是一步法,即对羊毛织物进行酶促聚合和原位染色。羊毛织物浸渍于液体与材料比为200∶1的反应溶液中,在30 转/min的搅拌条件下,50 ℃反应5 h。


在其他的试验中,研究介体物质发现,ABTS(2,2'-联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)作为介体时,能提高羊毛织物酶促染色的深度。这可能是由于介体的加入增强了漆酶的氧化活性,使羊毛织物获得更均匀的染色效果。


用漆酶/邻苯二酚对羊毛进行酶促染色,是一种新的、持久的染色方法。较温和的染色条件,较低的化学消耗和中性的pH值条件,最终可能成为羊毛和其他蛋白质纤维的一种新的染色方法。


漆酶对偶氮染料的脱色


染色废水中的合成染料一般都不可被生物降解,而且对光和温度都有很高的耐受力。处理染色废水的过程非常昂贵、复杂,并且会产生大量的淤泥。在近期的研究中,纯化后的白腐菌漆酶被用于活性黑5和活性紫5的脱色。试验分别研究了在氧化还原介体(HBT)存在情况下,漆酶对两种染料和分别对每种染料的脱色能力。研究结果表明,氧化还原介体可以增加漆酶的染料降解活性,并提高可被脱色的染料的浓度范围。


系统优化染料、漆酶和HBT的浓度后,活性黑5的最大脱色率可达93%,而活性紫5可完全被脱色。研究表明,加入少量的HBT可使活性紫5的脱色率增加88%、使活性黑5的脱色率增加36%。因此,同时使用漆酶和氧化还原介体可以有效增加对染料的脱色能力。漆酶体系是一个相对低成本的处理方式,不仅对能量需求较低,并且对生态体系的影响较小。后续研究将进一步考察酶处理在印染废水脱色方面的商业潜力。

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