杜 斌，劉 營(yíng)，王 冠，刁洋洲，劉國(guó)紅，陳云峰，蘇 丹

（1.武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢 430073；2.武漢新華揚(yáng)生物股份有限公司，湖北武漢 430074）

生物拋光是一種利用纖維素酶處理織物表面的染整、濕加工工藝［1］。處理后的織物抗起毛起球更持久，表面光潔度增加，服用等性能改善。原理是在應(yīng)用過(guò)程中，纖維素酶弱化微纖基端，達(dá)到除毛效果［2］。表面活性劑是紡織行業(yè)的常用助劑［3］，根據(jù)離子性分為陽(yáng)離子、陰離子、非離子和兩性離子表面活性劑。纖維素酶處理織物時(shí)，合適的表面活性劑與酶產(chǎn)生協(xié)同作用，可以提高纖維素酶的應(yīng)用性能，因而找到合適的中性纖維素酶/表面活性劑復(fù)配體系對(duì)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義［4］。本實(shí)驗(yàn)分析中性纖維素酶的應(yīng)用性能，選取幾種不同類(lèi)型的表面活性劑與中性纖維素酶進(jìn)行復(fù)配，研究復(fù)配酶液的生物拋光效果與穩(wěn)定性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

織物：純棉半漂針織布（32 tex，180 g/m2）。試劑：3,5-二硝基水楊酸（DNS 試劑）、羧甲基纖維素鈉（CMC）、葡萄糖、磷酸二氫鈉、檸檬酸（均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），十二烷基芐基氯化銨（BZK，南通潤(rùn)豐石油化工有限公司），聚季銨鹽-47（M2001）、烷基糖苷（APG）、椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB-35）（廣州花之王化工有限公司），異構(gòu)十三醇醚磷酸酯（E-1310P，江蘇省海安石油化工廠），月桂醇聚醚-7 硫酸酯鈉（AES，淄博海杰化工有限公司），天然植物醇醚改性聚氧乙烯醚（NSF-7，蘇州源泰潤(rùn)化工有限公司），月桂亞氨基二丙酸二鈉（DIC）（工業(yè)品，上海紫一試劑廠），中性纖維素酶（武漢新華揚(yáng)生物股份有限公司）。

儀器：FA1004 電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司），HH-4 數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州國(guó)華電器有限公司），UV759S 紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司），DHG-9075A 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科技有限公司），YG（B）401E 馬丁代爾耐磨儀器、SW-24AⅡ耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（溫州大榮紡織儀器有限公司）。

1.2 復(fù)配酶液的制備

在纖維素酶液中加入1%～5%（對(duì)復(fù)配液總質(zhì)量）的表面活性劑，搖勻，調(diào)節(jié)pH 為6.5。

1.3 生物拋光

在拋光整理液中加入一定量復(fù)配酶液，投入織物（浴比1∶10）進(jìn)行酶處理，煮沸10 min 進(jìn)行酶滅活，冷水洗滌兩次，在85 ℃下烘干后稱重。失重率=（1-m2/m1）×100%，其中m1為處理前織物質(zhì)量；m2為處理后織物質(zhì)量。

1.4 測(cè)試

相對(duì)拋光效果：將復(fù)配液生物拋光處理烘干的織物與原液生物拋光處理烘干的織物進(jìn)行抗起球摩擦實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)織物表面起毛起球現(xiàn)象。

酶液穩(wěn)定性：將復(fù)配酶液置于45 ℃烘箱，觀察是否出現(xiàn)渾濁或沉淀。

酶活：采用CMC-DNS 法測(cè)試［50 ℃、pH 6 條件下水解羧甲基纖維素鈉底物1 h，產(chǎn)生相當(dāng)于1 mg 葡萄糖的還原糖量，為1 個(gè)酶活單位（U/mL）。取1.8 mL 羧甲基纖維素鈉溶液，50 ℃預(yù)熱5 min，加入0.2 mL 酶液稀釋液，混勻，50 ℃保溫10 min，再加入5 mL DNS試劑，混勻煮沸5 min，冷卻至室溫，以空白樣為零點(diǎn)，在540 nm 下測(cè)定吸光度A］。計(jì)算式如下：

式中，K為標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率；C0為標(biāo)準(zhǔn)曲線截距；V為待測(cè)樣體積，mL；M為葡萄糖的摩爾質(zhì)量；t為酶解反應(yīng)時(shí)間；n為待測(cè)樣稀釋倍數(shù)。

相對(duì)酶活保留率：復(fù)配酶液置于45 ℃烘箱后出現(xiàn)渾濁或沉淀的酶活與剛配制好時(shí)酶活的百分比。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維素酶的拋光工藝優(yōu)化

2.1.1 溫度

由圖1 可知，溫度對(duì)纖維素酶拋光效果的影響呈拋物線狀，失重率先增大后減小。低于55 ℃時(shí)，失重率隨溫度升高逐漸增大，拋光效果提高，因?yàn)闇囟壬邥?huì)降低反應(yīng)活化能，加快催化反應(yīng)速度；55 ℃時(shí)，失重率最高達(dá)1.88%，此時(shí)拋光效果最好；高于55 ℃時(shí)，失重率隨溫度升高逐漸減小，因?yàn)椴糠掷w維素酶變性失去催化活性，拋光效果下降。

圖1 溫度對(duì)拋光效果的影響

2.1.2 pH

由圖2 可知，pH 對(duì)纖維素酶拋光效果的影響呈拋物線狀，失重率先增大后減小。pH 小于6.5 時(shí)，失重率隨pH 升高逐漸增大，拋光效果增強(qiáng)；pH 為6.5 時(shí)，失重率最高達(dá)1.88%，此時(shí)拋光效果最好；pH 大于6.5 時(shí)，失重率隨pH 增大逐漸減小。因?yàn)槔w維素酶在最適pH 范圍內(nèi)表現(xiàn)出最高活性，當(dāng)超出這個(gè)范圍時(shí)，酶活均會(huì)降低。

圖2 pH 對(duì)拋光效果的影響

2.1.3 纖維素酶用量

由圖3 可知，纖維素酶用量對(duì)拋光效果的影響接近線性關(guān)系，失重率隨酶用量增加逐漸增大。用量小于0.1%(omf)時(shí)，酶濃度較低，織物質(zhì)量相對(duì)較大，失重率增大較明顯；用量大于0.10%(omf)時(shí)，失重率變化較平緩，此時(shí)不僅酶用量影響生物拋光效果，溫度、時(shí)間等也會(huì)影響。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用效果，酶用量選擇0.1%(omf)，此時(shí)失重率為1.88%。

圖3 纖維素酶用量對(duì)拋光效果的影響

2.1.4 處理時(shí)間

由圖4 可知，處理時(shí)間對(duì)拋光效果的影響接近線性關(guān)系，失重率隨酶處理時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增大。

圖4 處理時(shí)間對(duì)拋光效果的影響

小于90 min 時(shí)，失重率隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈線性增加，此時(shí)纖維素酶主要作用于織物表面的絨毛。90 min 時(shí)失重率為2.36%。烘干的織物經(jīng)過(guò)2 000 次摩擦，表面幾乎沒(méi)有起毛起球，說(shuō)明此時(shí)織物表面的絨毛已經(jīng)基本除凈。大于90 min 時(shí)，失重率增幅變??；進(jìn)行抗起毛起球?qū)嶒?yàn)時(shí)，織物表面光滑，沒(méi)有起毛起球。因?yàn)橹行岳w維素酶與內(nèi)部纖維發(fā)生水解反應(yīng)，失重率隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)增幅降低。

2.2 表面活性劑種類(lèi)對(duì)纖維素酶拋光效果的影響

2.2.1 陽(yáng)離子表面活性劑

由圖5 可知，陽(yáng)離子表面活性劑BZK、M2001 與纖維素酶復(fù)配后，在最佳反應(yīng)條件下的拋光效果均隨著用量的增加先升高后降低。BZK 用量為3%～4%、M2001 用量為4%～5%時(shí)，相對(duì)原酶具有協(xié)同提升作用，最高相對(duì)拋光效果分別為103.3%、102.5%。陽(yáng)離子表面活性劑會(huì)降低纖維素酶與纖維間的復(fù)合能力，添加少量陽(yáng)離子表面活性劑時(shí)拋光效果變差；增加用量后，陽(yáng)離子表面活性劑可以與纖維素酶之間形成協(xié)同作用，增強(qiáng)拋光效果［5］。

圖5 BZK 與M2001 對(duì)拋光效果的影響

2.2.2 陰離子表面活性劑

由圖6 可看出，陰離子表面活性劑E-1310P、AES與纖維素酶復(fù)配后明顯抑制拋光效果。因?yàn)殛庪x子表面活性劑與纖維結(jié)合能夠增加其陰離子化程度，電位差增大，降低酶與織物的可及度；而且陰離子表面活性劑會(huì)與纖維素酶蛋白發(fā)生靜電結(jié)合，影響其活性，減弱其拋光效果［6］。E-1310P與AES用量為1%～5%時(shí)，相對(duì)原酶都具有抑制作用，拋光效果均下降。

圖6 E-1310P 與AES 對(duì)拋光效果的影響

2.2.3 非離子表面活性劑

由圖7 可以看出，非離子表面活性劑APG、NSF-7 與纖維素酶復(fù)配后，在最佳反應(yīng)條件下的拋光效果均隨著用量的增加先升高后降低。APG 用量為3%、NSF-7 用量為2%～4%時(shí)，相對(duì)原酶具有協(xié)同提升作用，最高相對(duì)拋光效果分別為102.6%、104.5%。因?yàn)榉请x子表面活性劑不帶電荷，不存在電性斥力，不會(huì)影響酶與織物的結(jié)合，所以其用量在一定范圍內(nèi)對(duì)纖維素酶活沒(méi)有影響［7］。此外，非離子表面活性劑對(duì)纖維具有更好的潤(rùn)濕、滲透功能，與纖維素酶具有很好的協(xié)同作用。

圖7 APG 與NSF-7 對(duì)拋光效果的影響

2.2.4 兩性離子表面活性劑

由圖8 可知，兩性離子表面活性劑CAB-35、DIC與纖維素酶復(fù)配后，在最佳反應(yīng)條件下的拋光效果均隨著用量的增加先增加后降低。CAB-35 用量為1%～3%、DIC 用量為2%～4%時(shí)，相對(duì)原酶具有協(xié)同提升作用，最高相對(duì)拋光效果分別為115.5%、109.8%。纖維素酶作為一種蛋白質(zhì)，含有氨基與羧基，具有兩性表面活性劑的性質(zhì)；兩性表面活性劑的離子性還會(huì)隨著pH 變化而變化。pH 6.5 為兩性離子表面活性劑提供了良好的近中性環(huán)境，與纖維素酶復(fù)配具有良好的協(xié)同作用，能提高其拋光效果［6］。

圖8 CAB-35 與DIC 對(duì)拋光效果的影響

2.3 酶液穩(wěn)定性

由表1可以看出，酶液穩(wěn)定性的強(qiáng)弱依次是：CAB-35、DIC、APG、NSF-7/酶原液、M2001、BZK、E-1310P、AES。陽(yáng)離子和陰離子表面活性劑分別具有正電荷與負(fù)電荷，更容易使酶蛋白分子變性，沉淀析出；非離子表面活性劑不帶電荷，能夠更好地和酶蛋白分子共存，對(duì)穩(wěn)定性幾乎沒(méi)有影響；兩性表面活性劑中的陰陽(yáng)離子可以更好地與酶蛋白中的氨基與羧基共存，穩(wěn)定性最好。另外，酶活主要與酶液的渾濁程度有關(guān)，有沉淀的酶液酶活大幅降低，僅渾濁的酶液酶活變化不大。

表1 酶液穩(wěn)定性及相對(duì)酶活保留率

3 結(jié)論

（1）纖維素酶拋光的最佳工藝條件：55 ℃、pH 6.5、0.1%(omf)、60 min、浴比1∶10，拋光后的失重率為1.88%，滿足后續(xù)工藝要求。

（2）不同類(lèi)型的表面活性劑對(duì)拋光效果影響從大到小為：CAB-35、DIC、NSF-7、BZK、APG/M2001、酶原液、AES、E-1310P；CAB-35 1%與DIC 3%的相對(duì)拋光效果分別提升15.5、9.8 個(gè)百分點(diǎn)；E-1310P 與AES 對(duì)纖維素酶具有抑制作用，E-1310P 與AES 的相對(duì)拋光效果分別降低6.5、5.4 個(gè)百分點(diǎn)；BZK、M2001與NSF-7、APG 對(duì)拋光效果幾乎沒(méi)有影響。

（3）表面活性劑復(fù)配酶液的穩(wěn)定性從強(qiáng)到弱為：CAB-35、DIC、APG、NSF-7/酶原液、M2001、BZK、E-1310P、AES。

致謝：感謝陳云峰教授的耐心指導(dǎo)，在我做實(shí)驗(yàn)與寫(xiě)文章的過(guò)程中投入了大量時(shí)間和心血，也很感謝武漢工程大學(xué)研究生教育創(chuàng)新基金項(xiàng)目給予的經(jīng)濟(jì)支持以及武漢新華揚(yáng)生物股份有限公司提供的技術(shù)指導(dǎo)。