苏州丝绸工学院 徐秀雯 李明 朱玲 乔海艳

1.前言

用纤维素酶来处理棉麻织物，使织物表面均匀、光洁、富有光泽，织物柔软滑爽，而且不会引起环境污染，不会损伤皮肤，废水容易生物降解，因而越来越受到染整行业的重视。

本论文通过对棉麻纤维的性能分析，运用纤维素酶生物减量整理的原理，讨论其生物减量的因素，并结合染整加工特点，初步比较了浸渍法和机械法对减量效果的影响。

2.原理

据目前研究，纤维素主要包括三类性质不同的酶。

2.1.Ｃ1酶

Ｃ1酶是纤维素酶系中的重要部分，它水解作用于纤维素的结晶部分，主要产物是纤维素二糖。

2.2.Ｃｘ

Ｃｘ酶又分为外切β-1，４－葡聚糖酶和内切β-1－４葡聚糖酶。Ｃｘ酶作用于纤维素的无定形区。

2.3.β－葡萄糖甙酶

β－葡萄糖甙酶水解纤维素二糖和短链生成葡萄糖。

纤维素酶使纤维素转化成葡萄糖过程至今不太清楚，对于酶系的作用方式，许多学者也有不同看法。Ｒｅｅｓｅ［1，２］提出Ｃ1－Ｃｘ假说，认为Ｃ1酶首先作用于结晶纤维素，使其可改变成可被Ｃｘ酶作用的形式；Ｃｘ随机水解非结晶纤维素，可溶性纤维素衍生物，β－葡萄糖甙酶将纤维素二糖、三糖水解成葡萄糖，但是Ｒｅｅｓｅ等提出Ｃ1，Ｃｘ分阶段水解纤维素的假想在以后的实验中并未得以证实。Ｗｏｏｄ和中国科学院微生物研究所纤维素酶组报道［３，４］，若把以上多组份酶系分离开，它们各自就失去活性，若把分离的组分再按比例混合则可恢复活性，所以纤维素酶依靠几个组份相互协同作用，完成对纤维素底物的作用。纤维素酶的多组份在纤维素降解过程中各组份的协同作用，已经得到实验的证实。Ｎｉｓｉｚａｗａ等人认为Ｃｘ先作用于纤维素，产生聚合度较低的碎片，Ｃ1酶以这些碎片末端开始将其水解成可溶性糖。从这个意义而言，认为ＲｅｅｓｅＣ假设的1－Ｃｘ的作用应该颠倒过来。

3.实验内容

3.1.试验材料

纯棉细布(厂方提供，煮炼漂

纯苎麻坯布(厂方提供，原坯).２1ｓ×２1ｓ.５８×５８

棉麻混纺布(厂方提供，煮炼漂白).２1ｓ×２1ｓ.５８×５８

3.2.试验仪器

风格仪（ＫＥＳ－ＦＢ），强力测定仪（ＹＧ０２６）悬垂仪（ＹＧ８11），白云泉洗衣机，７２型分光光度计。

3.3.试验药品

纤维素酶液——纤维素酶Ｌ，结晶醋酸钠(分析纯)，醋酸(分析纯)等。

3.4.实验方法和步骤

3.4.1.纤维素酶活力测定方法和步骤：按滤纸糖纤维素酶活力测定方法进行［５］［６］。

3.4.2.生物整理方法

浸渍法：将配制酶液在烧杯中恒温，放入退浆洗净的坯布均匀浸润，作用一定时间后，取出煮沸终止酶促反应，水洗晾干，备用。

机械法：将酶液置于洗衣机中恒温，放入织物，开启洗衣机，作用一定时间后，取出煮沸终止酶促反应，水洗晾干，备用。

3.5.织物性能测试

3.5.1.减量率测试

将试样放入恒温烘箱，于1０５℃下恒重，干燥器中冷却，称重，计算其减量率。

减量率＝（处理前布重－处理后布重）/处理前布重×1００％

3.5.2.强力测试

在ＹＧ０２６ 强力试验仪上进行。

3.5.3.悬垂性测试

在ＹＧ８11悬垂仪上进行。

3.5.4.压缩率测定

在ＫＥＳ－ＦＢ风格仪上进行

Ｔｏ：表观厚度，即织物受０.５９ｇ／ｃｍ２压力时厚度（ｍｍ）

Ｔｍ：稳定厚度，即织物受５０ｇ／ｃｍ２压力时厚度（ｍｍ）

压缩率ＥＭＣ＝（Ｔｏ－Ｔｍ）/Ｔｏ×1００％

4.实验结果和讨论

4.1.纤维素酶最佳ｐＨ值和最佳作用温度

纤维素酶能否有效地对纤维素β－1，４－甙链的水解起催化作用，关键在于活力，活力大小首先与纤维素酶菌种有直接关系。另外，影响其活力的主要因素有温度、ｐＨ值和某些被称为激活剂和抑制剂的化学物质。

本文所用的纤维素酶为酸性纤维素酶，其最佳ｐ

4.2.纤维素酶用量对生物整理减量率的影响

图1、图2分别表示纤维素酶用量对苎麻织物、纯棉织物的减量率和影响。以机械法为例，当ｏ.ｗ.ｆ从1％增加到５％时，苎麻织物的减量率由1.９％逐渐增加到３.９％，纯棉织物的减量率由1.０％逐渐增加到1.７％，纯棉织物的减量率增加幅度小，相同的用量，苎麻织物的减量率大于纯棉织物。若继续增加用量，苎麻织物的纤维素酶用量与减量率的关系曲线，有继续上升之势，而纯棉织物的相应曲线却十分平坦，随用量的增加，减量率几乎不再提高。由此可见，生物整理剂用量应随织物纤维种类的不同而变化。苎麻织物对纤维素酶的作用较为灵敏，这是因为苎麻纤维的纵向表面有裂纹，横向有开裂和不开裂的横节和麻结，在生物整理时，易受纤维素酶的侵入，因而不仅在纤维表面，而且与纤维的纵横向的裂纹，横节和麻结中，纤维素大分子键的β－1，４－甙链断裂，失重较多。

图1、图2比较了用机械法和浸渍法来生物整理苎麻织物、棉织物的减量率，由图可知，不管是苎麻还是棉，在相同用量时，机械法的减量率大于浸渍法的减量率。

4.3.作用时间对生物减量率的影响

作用时间也是影响纤维素酶生物减量率的因素之一。图3、图4表示苎麻、纯棉织物的作用时间与减量率关系。由图可知，随着时间的增加，苎麻、纯棉织物

4.4.浴比大小对生物整理减量率的影响

表1列举了浴比对苎麻织物减量率的影响。

表1. 浴比对苎麻织物减量率影响

注；试验条件：ｐＨ4.6～４.８，５０℃，ｏｗｆ４％，1ｈｒ。

由表1可知，随着浴比的增大，减量率下降。当纤维素酶用量相同时，浴比小，相当于提高生物整理剂的浓度，织物的减量较多；当浴比增大时，相当于降低了生物整理剂浓度，织物减量相应减小，茸毛不易除尽，布面不够光洁，手感也较差。在酶用量和时间正常的情况下，浴比一般选择(1∶２０～1∶３０）。

4.5.外观和内在质量的评定

4.5.1.外观

经过纤维素酶整理过的苎麻、纯棉和棉麻混纺织物表面光洁而有光泽，布面纹路清晰。织物手感柔软，其柔软和舒适效果是耐久性的，是一般柔软剂所不能及的。由于纤维素酶整理过的织物具有以上特点，所以纤维素酶整理也称为生物抛光。

4.5.2.内在质量

ａ.悬垂性

表2表示在纯棉、棉麻混纺织物的悬垂系数。

表2. 纯棉、棉麻混纺织物悬垂系数值

注；试验条件ｐＨ４.６～４.８，５０℃～５５℃，ｏｗｆ７％，1∶３０，３０‘

从表2纯棉、棉麻、混纺织物悬垂性数值可知，同一试验条件下，生物整理后纯棉、

ｂ.压缩性

表3列举了纯棉、苎麻、棉麻混纺织物的表观厚度、稳定厚度和压缩率数值。

表3. 纯棉、苎麻、棉麻纺织物压缩性数值

注；ｐＨ４.６～４.８，５０℃，1∶３０，５０?，ｏｗｆ（４～５％）

由表3可知，用纤维素酶整理的上述织物表观厚度、稳定厚度数值均比整理前高，压缩率也提高。压缩率越大，说明织物蓬松，膨化好。尽管生物整理具有表面抛光作用，使织物表面的茸毛除去，布面光洁，但是这种多组份酶系不仅使织物表面蓬松，而且使纤维和织物膨化，所以从总的效果看来，纤维素酶整理后压缩率提高了。

ｃ.织物拉伸断裂强度

图７、图８分别表示苎麻、纯棉织物酶用量与强降之间的关系。从图1和图5、6可知，随酶用量的增大，纤维素的水解反应速度越快，苎麻、纯棉织物的失重越多，强降越大。酶用量相同时，苎麻织物的强降大于纯棉织物的强降。这是因为苎麻纤维纵横向有裂纹、麻结和横节容易受到纤维素酶的侵蚀，水解剧烈，形成更多更深缺陷，在外力作用下容易破坏。就苎麻的浸渍法，酶用量增大，减量率增加，而强降陡然上升，几乎与机械法强降相仿，但此时，织物表面茸毛除去有限，表面粗糙，手感较硬。机械法生物整理，随酶用量增加，减量率上升很快，强降比浸渍法大些，但织物外观光洁、光泽好，纹路清晰，织物的悬垂性和蓬松性都较好。由图7、8可知，纤维素酶整理苎麻、纯棉织物强降是不可避免的。当织物减量比较大，整理效果好，但强降明显增加。减量太小，虽然强降不大，但整理效果不够理想。可见，外观质量、内在指标与强降是一对孪生矛盾。考虑到纤维素织物不遭受严重损伤，织物又能具备生物抛光、柔软整理的效果，强降保持适度或可接受范围，应尽量避免纤维素酶的过量过度处理，否则会造成强力损伤的致命伤。

5.结论

本文用酶性纤维酶对棉麻织物进行生物减量。考察了处理方法、酶用量、处理时间、浴比等因素对减量率的影响，并对整理前后织物的外观、悬垂

5.1.分别用浸渍法和机械法处理织物，机械法整理的减量率大于浸渍法。

5.2.纤维素酶对棉、苎麻减量率不同，苎麻对纤维素酶较敏感，减量率较高。

5.3.随酶用量增加，织物减量率增加，当棉织物上纤维素酶用量大于５％时，减量率变化不明显。

5.4.随处理时间的增加，织物减量率增加。超过一小时，棉减量率不明显。

5.5.浴比增加，减量率下降。

5.6.整理后织物的强力下降。苎麻织物的强降尤为明显。

5.7.整理后织物表面光洁，富有光泽，手感柔软，悬垂系数下降，压缩率提高，具备有一般柔软剂整理不能达到的效果。