一種葡萄糖澱粉酶、葡萄糖氧化酶、果膠酶和cbd-木素過氧化物酶棉織物前處理方法

2023-09-12 17:36:35

專利名稱：一種葡萄糖澱粉酶、葡萄糖氧化酶、果膠酶和cbd-木素過氧化物酶棉織物前處理方法
技術領域：
一種應用葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶、鹼性果膠酶和CBD-木素過氧化物酶三步法進行棉織物前處理的方法，屬於棉織物染整加工前處理技術領域。
背景技術：
棉織物具有優良的服用性能，是一類重要的紡織品。但在棉纖維的生長過程中，有一定量的起保護性作用的物質，以及生物代謝過程中生成的物質與纖維素共生共長，這些纖維素共生物主要有果膠物質、含氮物質、蠟狀物質、天然色素 等，還有在剝取棉纖維時夾帶的棉籽殼。這些雜質稱為棉織物上的天然雜質。另外，棉纖維在紡成紗線織造成織物之前，需要在經紗上上一層以澱粉為主、重量佔紗線重量6% -18%左右的漿料，以提高經紗的強力、耐磨性能，保證有高的織造效率和優良的織物品質。但棉纖維上的共生物和棉織物經紗上所上的漿料會影響棉織物的手感、外觀、白度等服用性能和吸水、染色等染整加工性能，因此，在染整加工的前處理中需要去除，以滿足染整加工與服用的需要。這一過程稱為棉織物的前處理。棉織物的傳統前處理方法是，採用鹼對澱粉類漿料的溶脹、溶解作用或澱粉酶對澱粉漿料的分解作用去除織物上的漿料(退漿)，利用鹼對果膠、棉蠟中脂肪酸酯類物質、 含氮物質(主要為蛋白質類物質)的水解作用和表面活性劑的乳化、分散作用去除棉纖維上除天然色素和棉籽殼外的所有天然雜質，提高棉織物的吸水性能，這一步驟稱為精練。利用精練過程中鹼對棉籽殼的溶脹和棉籽殼中木質素大分子的降解作用以及雙氧水或次氯酸鈉對天然色素和已溶脹的棉籽殼的脫色作用去除天然色素和使棉籽殼表面脫色，達到提高織物白度的目的，這一過程稱為漂白。因此，棉織物傳統的前處理過程一般分為鹼或酶退漿、鹼精練和漂白三步，其典型的工藝流程為鹼或酶退漿一鹼精練一水洗一漂白。棉織物傳統的前處理方法工藝成熟，處理效果好。但也存在著對纖維(織物)損傷大，處理廢水色度深、PH值高，COD值大(一般達到數千至一萬mg/L)、洗滌用水量大等問題，嚴重影響了棉織物的品質，同時排放的廢水也嚴重汙染了環境。針對棉織物傳統前處理方法所存在的問題，自20世紀90年代以來，國內外通過對棉織物的生物酶精練所進行的大量研究，提出了棉織物的生物酶前處理方法，即利用澱粉酶對澱粉漿料的分解作用和鹼性果膠酶對果膠的分解作用的澱粉酶/鹼性果膠酶退漿精練一步法，再利用雙氧水對棉織物進行漂白的酶退漿精練和雙氧水漂白二步法，或者利用澱粉酶對澱粉漿料的分解作用的酶退漿和鹼性果膠酶對果膠分解作用及纖維素酶對棉籽殼碎片與棉織物連結的微小纖維茸毛進行水解，減弱棉籽殼碎片與棉織物結合力的鹼性果膠酶/纖維素酶精練和雙氧水對棉纖維上天然色素的脫色及已與棉織物本體結合力減弱的棉籽殼碎片的破壞作用，或直接利用由澱粉酶、鹼性果膠酶和纖維素酶等組成的複合酶對棉織物的退漿精練和雙氧水的漂白作用達到前處理的目的。其典型的工藝流程為澱粉酶/鹼性果膠酶退漿精練一雙氧水漂白，或澱粉酶退漿一鹼性果膠酶/纖維素酶精練一雙氧水漂白，或澱粉酶/鹼性果膠酶/纖維素酶複合酶退漿精練一雙氧水漂白。上述生物酶前處理的方法雖然對澱粉類漿料、棉纖維上的果膠質等雜質有很好的去除作用，而且具有對棉纖維的損傷小、織物的失重率低(僅為2%左右，傳統的鹼前處理達到8% -10%左右)、排放廢水的COD值僅為傳統鹼前處理的10% -30%左右等優點。但大量的研究表明，這種前處理方法所處理的棉織物存在兩大問題，一是織物的潤溼性差，毛細管效應低。用這種方法處理的織物經100_105°C烘乾後，基本上不能被水潤溼，毛細管效應為0。另一個問題是棉籽殼碎片的去除效果差，織物經漂白後，織物表面還殘留有較多的棉籽殼碎片，嚴重影響織物的外觀和染色的均勻性。造成這一現狀的原因是，棉纖維在生長過程中，會在纖維表面形成一層主要由高碳數(如C16、C18)碳氫化合物組成的表皮層。該表皮層能耐光照，抗雨水侵蝕，從而起到保護纖維本身作用。這一表皮層是疏水性的，不能被常見的澱粉酶、果膠酶、纖維素酶等各種酶所分解。同時，由於這一表皮層的存在，也會影響到前處理的各類酶對棉纖維中各種雜質的可及度和去除效果。所以，棉織物經各種酶前處理後，一方面潤溼性差，毛細管效應低，另一方面果膠的去除率也只有70% -80%，嚴重影響了其前處理效果。而棉織物中的棉籽殼碎片主要由木質素、纖維素、半纖維素和單寧等組成，結構複雜，質地堅硬。由於在上述的生物酶前處理中，缺少了在燒鹼、高溫長時間的作用，木質素難以降解，單靠後續的雙氧水漂白當然就難以去淨了，特別是對於棉花品質低， 棉籽殼碎片較多的織物更是如此。本發明利用葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶、鹼性果膠酶和CBD-木素過氧化物酶三步法進行棉織物前處理。葡萄糖澱粉酶又稱糖化酶，能將澱粉從非還原性末端水解α -1，4葡萄糖苷鍵產生葡萄糖，也能緩慢水解α-1，6葡萄糖苷鍵轉化成葡萄糖。其最適ρΗ範圍為4. 0-4. 5，最適溫度範圍為58-60°C。通過葡萄糖澱粉酶的作用將織物上的澱粉漿料分解，達到退漿的目的，同時，生成葡萄糖。生成的葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下生成過氧化氫(雙氧水)。葡萄糖氧化酶是一種氧化還原酶，可催化葡萄糖與氧反應，生成雙氧水和葡萄糖酸內酯。葡萄糖氧化酶的最適PH值為5. 6，在pH4. 5-6. 5的條件下具有很好的穩定性。具有較寬的溫度穩定範圍 (30-60°C )。這一條件與葡萄糖澱粉酶的最適條件非常接近，兩者有很好的共適條件。生成的雙氧水對棉織物前處理起到兩個作用，一是漂白作用，利用雙氧水對棉纖維上天然色素的破壞作用，提高織物的白度。另一個作用是能破壞棉纖維表面的疏水層，既能提高棉織物的潤溼性，同時又能使棉纖維上的果膠質充分暴露，提高後續鹼性果膠酶對果膠的可及度和去除效率。葡萄糖氧化酶與氧反應生成的葡萄糖酸內酯穩定性較差，易水解生成葡萄糖酸。 葡萄糖酸對金屬離子具有很強的螯合能力，因此這種方法漂白時無需加入雙氧水穩定劑。由於葡萄糖澱粉酶和葡萄糖氧化酶處理時，處理浴的ρΗ值為弱酸性-中性，溫度也較低，一般為60°C左右，這樣的條件下，雙氧水的作用效率低，織物的白度較低。為了使雙氧水發揮作用，提高織物的白度，在葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶處理，獲得需要的雙氧水後，需升溫到95°C處理120min。果膠酶是分解果膠一類的酶，含有分解果膠分子中聚半乳糖醛酸酯中的甲氧基與半乳糖醛酸之間酯鍵，形成聚半乳糖醛酸的果膠酯酶、切斷聚半乳糖醛酸α -1，4苷鍵的聚半乳糖醛酸酶和發生β-消除反應，分裂聚半乳糖醛酸中α-1，4苷鍵，生成不飽和糖的果膠裂解酶等。常用的果膠酶為鹼性果膠酶，其最佳作用溫度55-60°C，最佳ρΗ值8。同時， 由於果膠質位於蠟質與纖維之間，似「膠水」將蠟質粘合於纖維上，將果膠質去除後，蠟質與纖維的結合力會降低，因此，在果膠質去除的同時，也有部分棉蠟被去除。棉籽殼碎片的主要成分是木素、纖維素和半纖維素。木素過氧化物酶是白腐菌 Phanerochaete chrysosporium木素降解酶系統中最主要的組分，能有效的催化木素的降解。CBD-木素過氧化物酶是含有纖維素結合域(cellulose-binding domain，簡稱CBD)的木素過氧化物酶。CBD通常位於木素過氧化物酶蛋白的C-末端或N-末端，一面為親水，一面為疏水的楔形結構，疏水表面暴露有芳香族胺基酸殘基，可以形成氫鍵，具有與纖維素吸附的功能，能將酶分子連接到纖維素上，提高木素過氧化物酶對木素的降解效率。

發明內容
本發明的目的旨在實現棉織物的全生物酶前處理。使用本發明一方面可利用生物技術替代傳統的化學方法對棉織物前處理，減少棉織物因化學處理造成的損傷，提高棉織物的檔次和品質；另一方面可實現棉織物前處理的生態化加工，大幅度減少廢水排放量和排放廢水中的COD值，減輕廢水處理負擔，保護生態環境。本發明的技術方案一種應用葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶、鹼性果膠酶和CBD-木素過氧化物酶三步法進行棉織物前處理的方法，其特徵是棉織物先在由葡萄糖澱粉酶和葡萄糖氧化酶組成的混合酶溶液中處理，去除棉織物上的漿料(退漿)、有色物質(漂白)，破壞棉纖維的疏水性的表面層；再在鹼性果膠酶溶液中處理，分解棉纖維上的果膠質；最後在CBD-木素過氧化物酶溶液中處理，去除棉織物上的棉籽殼。本發明的工藝流程為棉織物一葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶一浴二步法退漿、 漂白處理一水洗一鹼性果膠酶精練處理一水洗一CBD-木素過氧化物酶脫棉籽殼處理。(1)葡萄糖澱粉酶和葡萄糖氧化酶組成的混合酶溶液一浴二步法退漿、漂白處理 全棉織物先在葡萄糖澱粉酶溶液中在一定溫度下處理一定時間，使織物上的澱粉漿料在葡萄糖澱粉酶的作用下生成葡萄糖。然後加入葡萄糖氧化酶，與葡萄糖和氧氣作用生成雙氧水。在處理過程中為了有效生成雙氧水，必須通入空氣或氧氣，若採用開放式設備，處理液能夠和空氣充分接觸則不需要強制供氣。然後調整PH值，再升溫至一定溫度處理一定時間，一方面進行漂白，另一方面雙氧水破壞棉纖維表面的疏水層，提高棉織物的潤溼性。然後水洗。 葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶混合酶溶液處理條件葡萄糖澱粉酶0. 5-10g/ L,葡萄糖氧化酶0. 05-9g/L, pH值4. 0-7. 5，非離子或陰離子表面活性劑0. l_5g/L，浴比 1 10-50。先加入葡萄糖澱粉酶在30-60°C下處理10-60min，然後加入葡萄糖氧化酶在 30-60°C下處理10-60min。處理後調整pH值至9-10. 5，再升溫到80-100°C處理30_240min。(2)鹼性果膠酶溶液精練處理將經過退漿、漂白處理並經水洗的織物放在一定濃度的鹼性果膠酶溶液中處理一定時間，利用果膠酶的作用進行精練，分解織物上的果膠。 然後水洗。
鹼性果膠酶處理條件鹼性果膠酶0. l-5g/L，50-70°C，pH值5. 5-8. 5，非離子或陰離子表面活性劑0. 3-4g/L，浴比1 10-50，處理30-100min。C3)CBD_木素過氧化物酶溶液脫棉籽殼處理將經精練處理的棉織物浸漬在 CBD-木素過氧化物酶溶液中處理一定時間，利用CBD-木素過氧化物酶的作用去除棉織物上的殘留棉籽殼。為了提高棉籽殼的去除效果，可適當加入一些酸性纖維素酶。水洗，烘乾。CBD-木素過氧化物酶溶液處理條件CBD-木素過氧化物酶0. 5_5g/L，酸性纖維素 Bl 0-2. Og/L, 11值3.0-4.5，非離子或陰離子表面活性劑0.2-38/1，浴比1 10-50，處理 40-180min。葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶、鹼性果膠酶和CBD-木素過氧化物酶三步法棉織物前處理適用的棉織物包括精梳織物和普梳織物，平紋織物和斜紋織物，薄織物和厚織物以及燈芯絨織物等。本發明的有益效果本發明述及的棉織物生物酶前處理方法，完全不同於傳統的化學前處理方法，也有別於採用澱粉酶退漿、果膠酶精練或由澱粉酶和果膠酶組成的複合酶退漿精練一步法的方法，而是利用葡萄糖澱粉酶退漿，並將退漿生成的葡萄糖通過葡萄糖氧化酶的作用生成雙氧水去除棉織物上的天然色素起漂白作用，再利用鹼性果膠酶精練，最後利用木素過氧化物酶去除棉織物上的棉籽殼。與傳統的化學前處理方法相比，本方法具有對纖維損傷小， 棉織物的品質高，染色質量好，染料利用率高，前處理廢水的色度低、PH值接近中性，COD值僅為傳統工藝的10% -30%。與果膠酶精練相比，本方法處理後棉織物的潤溼性好，棉籽殼基本無殘留，其前處理質量可與傳統的化學方法相當。
具體實施例方式實施例1織物品種J14.5texXJ14. 5tex 133X72 全棉府綢葡萄糖澱粉酶和葡萄糖氧化酶組成的混合酶溶液處理葡萄糖澱粉酶1. 5g/L，pH 值5.5，非離子表面活性劑28/1，浴比1 40。在40-45°C下處理40min，然後加入葡萄糖氧化酶2. Og/L在40-45°C下處理30min，再升溫到90°C處理90min。鹼性果膠酶溶液處理鹼性果膠酶2. lg/L，70°C，pH值7. 5，非離子表面活性劑 2. 3g/L，浴比 1 45，處理 50min。CBD-木素過氧化物酶溶液處理CBD-木素過氧化物酶2. 5g/L，pH值3. 5，陰離子表面活性劑2. 5g/L，浴比1 40，處理60min。水洗，烘乾。經上述工藝處理後，棉織物上的澱粉去除率(退漿率)為98%，果膠去除率為 92%,白度82，強力降低2. 3%，重量損失率為1. 7%，毛細管效應8. 3cm/30min，布面無棉籽殼，染色均勻性好。實施例2織物品種19. 5texX 19. 5tex 75X72全棉細平布葡萄糖澱粉酶和葡萄糖氧化酶組成的混合酶溶液處理葡萄糖澱粉酶2. 5g/L，pH 值5.5，非離子表面活性劑2.88/1，浴比1 40。在40-45°C下處理60min，然後加入葡萄糖氧化酶3. Og/L在40-45°C下處理50min，再升溫到90°C處理120min。鹼性果膠酶溶液處理鹼性果膠酶3. 6g/L，70°C，pH值7. 5，非離子表面活性劑 3. 5g/L，浴比 1 45，處理 50min。CBD-木素過氧化物酶溶液處理CBD-木素過氧化物酶5. Og/L,酸性纖維素酶 2.(^/1，？!1值4.5，陰離子表面活性劑3.58/1，浴比1 40，處理90min。水洗，烘乾。 經上述工藝處理後，棉織物上的澱粉去除率(退漿率)為93%，果膠去除率為 90%,白度78，強力降低3. 3%，重量損失率為2. 7%，毛細管效應7. 5cm/30min，布面無棉籽殼，染色均勻性好。
權利要求
1.一種應用葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶、鹼性果膠酶和CBD-木素過氧化物酶三步法進行棉織物前處理的方法，其特徵是棉織物先在由葡萄糖澱粉酶和葡萄糖氧化酶組成的混合酶溶液中處理，去除棉織物上的漿料(退漿)、有色物質(漂白)，破壞棉纖維的疏水性的表面層；再在鹼性果膠酶溶液中處理，分解棉纖維上的果膠質；最後在CBD-木素過氧化物酶溶液中處理，去除棉織物上的棉籽殼。葡萄糖澱粉酶和葡萄糖氧化酶組成的混合酶溶液處理葡萄糖澱粉酶0. 5-10g/L, 葡萄糖氧化酶0. 05-9g/L, pH值4. 0-7. 5，非離子或陰離子表面活性劑0. l_5g/L，浴比 1 10-50。先加入葡萄糖澱粉酶在30-60°C下處理10-60min，然後加入葡萄糖氧化酶在 30-60°C下處理 10-60min，再升溫到 80_100°C處理 30_240min。鹼性果膠酶溶液處理鹼性果膠酶0. l-5g/L，50-70°C，pH值5. 5-8. 5，非離子或陰離子表面活性劑0. 3-4g/L，浴比1 10-50，處理30-100min。CBD-木素過氧化物酶溶液處理CBD-木素過氧化物酶0. 5-5g/L，pH3. 0-4. 5，非離子或陰離子表面活性劑0.2-3g/L，浴比1 10-50，處理40-180min。水洗，烘乾。為了提高棉籽殼的去除效果，可適當加入一些酸性纖維素酶，酸性纖維素酶用量一般為0-2. Og/L。
2.根據權利要求1所述的一種應用葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶、鹼性果膠酶和 CBD-木素過氧化物酶三步法進行棉織物前處理的方法，其特徵是採用葡萄糖澱粉酶退漿、 葡萄糖氧化酶將葡萄糖澱粉酶退漿所產生的葡萄糖生成的雙氧水進行漂白、木素過氧化物酶去除棉織物上的棉籽殼。
3.根據權利要求1所述的一種應用葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶、鹼性果膠酶和 CBD-木素過氧化物酶三步法進行棉織物前處理的方法，其特徵是採用CBD-木素過氧化物酶，通過纖維素結合域(CBD)的作用使木素過氧化物酶吸附在棉籽殼上，提高棉籽殼的去除效果。
4.根據權利要求1所述的一種應用葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶、鹼性果膠酶和 CBD-木素過氧化物酶三步法進行棉織物前處理的方法，其特徵是退漿和漂白一浴進行，先退漿、漂白，再精練去除果膠質，最後去除棉籽殼。
5.根據權利要求1所述的一種應用葡萄糖澱粉酶/葡萄糖氧化酶、鹼性果膠酶和 CBD-木素過氧化物酶三步法進行棉織物前處理的方法，其特徵是適用於處理的棉織物包括精梳織物和普梳織物，平紋織物和斜紋織物，薄織物和厚織物以及燈芯絨織物等。
全文摘要
一種葡萄糖澱粉酶、葡萄糖氧化酶、果膠酶和CBD-木素過氧化物酶棉織物前處理方法，屬於棉織物染整前處理技術領域。棉織物先在含葡萄糖澱粉酶和葡萄糖氧化酶的混合酶溶液中處理，通過葡萄糖澱粉酶催化織物上澱粉漿料分解成葡萄糖而將漿料退盡；葡萄糖氧化酶催化葡萄糖與氧氣作用生成雙氧水。所生成的雙氧水既起到漂白作用，又能破壞棉疏水性表層結構，使下層果膠質暴露。然後將棉織物在鹼性果膠酶溶液中處理，分解去除果膠質。最後將棉織物在CBD-木素過氧化物酶溶液中處理，通過分解棉籽殼中木素，最終去除棉籽殼。通過本發明，可代替傳統化學處理實現棉織物的全生物酶前處理，同時可不再採用傳統的雙氧水漂白。
文檔編號D06L1/14GK102154810SQ20111002500
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月15日 優先權日2011年1月15日
發明者餘圓圓, 徐華君, 王平, 王強, 章金芳, 範雪榮 申請人:新天龍集團有限公司, 江南大學