|
|
|
碱性淀粉酶在棉机织物冷堆退浆中的应用碱性淀粉酶在棉机织物冷堆退浆中的应用 江南大学纺织科学与工程学院 孙志扬 余圆圆 王强 王平 刘颖 浙江美欣达纺织印染科技有限公司 龙方胜 摘要：采用自制碱性淀粉酶JN20对棉织物进行退浆处理，考察了冷轧堆退浆工艺中碱性淀粉酶用量、堆置时间、酶处理液pH、轧液温度对退浆效果的影响，得到了优化工艺：淀粉酶JN20为lg/L，酶处理液p=9、酶液浸渍温度为60℃，室温堆置12 h的条件下，棉织物的退浆率为98.28%，退浆等级7级，退浆效果优于商品化淀粉酶2200K冷轧堆退浆，而且织物强力保留率高于碱法冷轧堆退浆棉织物。 关键词：退浆；冷轧堆；碱性淀粉酶；棉织物 传统的棉机织物碱退浆前处理加工会对棉纤维造成损伤，而且工艺需要消耗大量的蒸汽、水和烧碱，排放废水污染生态环境[1-2]，因此开发节能环保、对纤维损伤小的棉织物前处理加工技术符合绿色染整的趋势。淀粉酶退浆具有退浆率高、工艺条件温和、能耗低、对织物损伤小等优点[3-4]，已广泛应用于棉机织物前处理加工。淀粉酶通常在弱酸性条件下酶活最高，退浆效果最好[5]，但是，棉织物退浆后的精练和氧漂加工均为碱性条件，不便于工序之间的衔接[6]。另外，棉织物生物酶前处理工艺的发展方向是酶退浆／酶精练一步法工艺，用于棉织物精练的酶制剂主要为碱性果胶酶，弱酸性使用的淀粉酶与碱性果胶酶联合使用时，加工时的pH难以兼顾两种酶。因此，开发碱性淀粉酶退浆技术，对开发棉织物生物酶前处理技术有重要意义。 碱性淀粉酶是指一类在碱性条件下具有高催化活力的淀粉酶[7-8]。1971年,日本学者HORIKOSHI[9]首次报道了产自嗜碱芽胞杆菌A-40-2的碱性a-淀粉酶。 此后关于碱性淀粉酶的研究陆续报道，其中国外研究主要集中在产碱性淀粉酶嗜碱微生物的筛选、培养及酶的分离纯化等方面[7.10-12]；国内的蒲宗耀[13]探究了耐碱耐温淀粉酶的退浆前处理工艺，但该研究中使用的淀粉酶在pH=6～7时活性最强，这与碱性淀粉酶的pH适用范围存在着差异。 本研究采用在碱性环境下保持高活力的碱性淀粉酶JN20，通过冷轧堆工艺对淀粉上浆的纯棉机织物进行退浆，探究了酶浓度、堆置时间、轧酶pH和温度对退浆效果的影响。 1试验部分 1.1织物、试剂与仪器 织物 纯棉斜纹布（203g/m2，纯淀粉浆料上浆，浙江美欣达纺织印染科技有限公司） 试剂 碱性淀粉酶JN20（江南大学自制），商品化淀粉酶2200K（市售），JFC（山东优索科技有限公司），柠檬酸、碘化钾、碘酸钾、碘、可溶性淀粉、无水乙醇（分析纯，上海阿拉丁有限公司），高氯酸、盐酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、酚酞、冰乙酸、氢氧化钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司） 仪器 AL-204型电子天平（瑞士梅特勒公司），101A-1B电热鼓风干燥箱（上海安亭科学仪器有限公司），WSD-Ⅲ型全自动白度计（北京康光仪器有限公司），UV-1800紫外一可见光分光光度计（日本岛津公司），YG( B) -026D-250型电子织物强力仪（温州大荣纺织仪器有限公司），HH-2数显恒温水浴锅（江苏金坛荣华仪器制造有限公司） 1.2退浆工艺 1.2.1碱性淀粉酶JN20冷轧堆退浆工艺 碱性淀粉酶JN20工作液处方 JFC/(g.L-l) 1 碱性淀粉酶JN20/(g.L-1) 0.5～20 pH v 7～10 温度/℃ 30～90 坯布→热水洗2道(90℃，10 s)→浸轧酶液（一浸一轧，轧余率90%～100%）→打卷堆置(30～35℃，6～24 h)→第一道热水洗(90℃，2min)→第二道热水洗(90℃，2min) →冷水洗(2min)→烘干 1.2.2淀粉酶2200K冷轧堆退浆工艺 淀粉酶2200K工作液处方 JFC/(g.L-1) 1 淀粉酶2200K/(g.L-1) 1 pH（最适） 6 温度/℃ 60 坯布→热水洗2道(90℃，10 s) →浸轧酶液（一浸一轧，轧余率90%～100%）→打卷堆置( 30～35℃，12 h) →第一道热水洗(90℃，2min) →第二道热水洗(90℃，2min) →冷水洗(2 min) →烘干 1.2.3碱法冷轧堆退浆工艺 碱工作液处方 JFC/(g.L-1) l NaOH/(g.L-1) 30 温度／℃ 60 坯布→热水洗2道(90℃，10 s)→浸轧碱液（一浸一轧，轧余率90%～100%）→打卷堆置(30～35℃，堆置时间12 h)→第一道热水洗(90℃，2min) →第二道热水洗(90℃，2 min) →冷水洗(2min)→烘干 1.3测试方法 1.3.1淀粉酶活力 参照GB/T 24401-2009《a-淀粉酶制剂》进行测定。 1.3.2织物退浆率 采用高氯酸法测定织物上的淀粉含量和退浆率[14]。取退浆前后的干燥布样各2g，剪成5 mm×5 mm，置于250 mL锥形瓶中，加入30mL 42%高氯酸溶液，在室温下搅拌30 min；加入100 mL蒸馏水及1～2滴酚酞指示剂，加入6moI/L氢氧化钠至溶液呈淡红色，再滴数滴2 mol/L醋酸至淡红色消失；随后进行真空抽滤，将滤液转移至250 mL容量瓶中，定容。吸取滤液5 mL，置于50 mL容量瓶中，加入2 mol/L醋酸25 mL、10%碘化钾0.5 mL、0.01 mol/L碘酸钾2mL，定容、摇匀；待室温下显色稳定后，测定其吸光度，并根据标准曲线进行浓度换算。织物上的含浆量和退浆率按照式(1)和(2)进行计算：
式中：C——织物上淀粉的质量浓度，mg/mL； m——布样质量,g； V—一相应的体积，mL(本试验为5 mL)
式中：m0——退浆前织物含浆量 m1——退浆后织物含浆量 1.3.3退浆效果的评级 参照HG/T 5080-2016《纺织染整助剂退浆剂对淀粉浆料退浆效果的测定》测试方法，取5 cm×5 cm样品，滴加碘～碘化钾指示剂溶液，观察织物的颜色变化。退浆等级分9级，9级最好，l级最差，一般达到7级以上可认为退浆效果良好。 1.3.4白度 使用WSD-Ⅲ型全自动白度计测定织物的蓝光白度，试样的不同部位测试5次，取平均值。 1.3.5断裂强力 参照GB/T 3923.1-2013《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》进行测试。 2结果与讨论 2.1退浆效果的影响因素 2.1.1碱性淀粉酶JN20用量 为避免各因素（如气温、贮存时间、产品批次等）对酶活力的影响，减小试验误差，本试验在使用淀粉酶前，测试其酶活，并将原酶统一稀释至活力1000 U/mL，待用。 酶退浆冷轧堆工艺条件为：JFC l g/L，酶液pH=9， 轧酶液温度60℃，轧余率90%—100%，堆置温度30～35℃，堆置时间6h，考察碱性淀粉酶JN20不同的质量浓度对冷轧堆退浆效果的影响，结果见表l。 由表l可知，随着酶用量的增加，退浆等级提高，当酶质量浓度超过10.0 g/L后，退浆等级稳定在8级。当I质量浓度为0.5 g/L时，退浆率为80.01%，退浆效果较}；当酶质量浓度为5.0 g/L时，退浆率提高至97.11%。为考察其他条件对碱性淀粉酶JN20退浆效果的影响，后续试验选择酶质量浓度为1.0 g/L和5.0 g/L。 表1碱性淀粉酶JN20用量对退浆等级的影响
2.1.2堆置时间 选择酶质量浓度分别为1.0 g/L和5.0 g/L，其他工艺条件同2.1.1节，调节堆置时间在6～24 h，织物的退浆#级和退浆率结果见表2。 表2堆置时间对退浆等级的影响
由表2可知，当堆置时间为6h时，织物的退浆等级bs级(酶1.0 g/L)和6级(酶5.0 g/L)，退浆效果不佳。堆置时间增加到12 h以上，织物的退浆等级达到了7～8 及，退浆效果良好。酶质量浓度为1.0 g/L时，堆置处理6h和12 h时织物的退浆率分别为96.04%和97.94%；酶灵量浓度为5.0 g/L时，堆置处理6h和12 h时织物的退嶷率分别为97.27%和98.95%，说明堆置时间需在12 h 以上才能获得良好的退浆效果。 2.1.3处理液pH 选择酶质量浓度分别为1.0 g/L和5.0 g/L，其他工艺条件同2.1.1节，考察处理液pH对碱性淀粉酶JN20 令轧堆退浆效果的影响，结果见表3和图1。 处理液pH过高或过低都会使酶遭到不可逆的破啄，影响酶的稳定性和活性，导致其催化能力下降。由表3可见，在pH=9时，织物的退浆等级最高，达到了7～8级，退浆效果优良；pH=10时，退浆等级为3级，退浆效果差。图1中当酶的质量浓度为l g/L时，随着pH的增大，织物的退浆率呈先增大后减小的趋势，其中pH=9 时，退浆率最高，为98.11%。根据以上结果，碱性淀粉酶JN20冷轧堆退浆工艺中，选择酶液pH=9。 表3处理液pH对退浆等级的影响
图1处理液pH对退浆率的影响 2.1.4轧酶温度 选择酶质量浓度分别为1.0 g/L和5.0 g/L，其他工艺条件同2.1.1节，考察轧酶温度对碱性淀粉酶JN20冷轧堆退浆效果的影响，结果见表4和图2。 表4轧酶温度对退浆等级的影响
图2轧酶温度对退浆率的影响 由表4可知：轧酶温度为30～50℃时，织物的退浆等级为6～7级；轧酶温度为60～90℃时，织物的退浆等级为7～8级，说明适当提高轧酶温度，可以提升退浆等级1级左右。由图2可知：在酶质量浓度为1.0 g/L时，轧酶温度为30℃，织物的退浆率为97.09%；轧酶温度90℃，织物的退浆率为98.48%。这可能是因为低温时，酶分子和渗透剂的热运动速度慢，不易渗透到织物内部并与淀粉浆充分反应，故不能很好地分解淀粉；而浸轧热酶液，既可以使织物上的浆料溶胀，又有利于淀粉酶的热运动，增加酶与淀粉的接触，所以织物的退浆效果有所提升。当轧酶温度为60℃时，织物的退浆等级达到7级以上，已经满足生产要求。 2.2淀粉酶退浆与碱退浆工艺的比较 采用优化的碱性淀粉酶JN20冷轧堆退浆工艺对织物进行退浆（碱性淀粉酶JN20 1.0 g/L，堆置时间12 h，JFC l g/L，酶液pH=9，轧酶温度60℃，轧余率90%～100%，堆置温度30～35℃），与商品化淀粉酶2200K(活力为1000 U/mL)和氢氧化钠退浆织物进行对比，结果如表5所示。 表5不同工艺退浆织物的退浆效果、白度和断裂强力
由表5可知，碱性淀粉酶JN20冷轧堆处理织物的退浆率可达98.28%，退浆等级为7级，远高于淀粉酶2200K退浆织物的退浆率(94.91%)和退浆等级(4级)， 基本能达到碱冷轧堆退浆效果。碱冷轧堆退浆和酶冷轧堆退浆都能提升织物的白度，其中碱性淀粉酶JN2( 退浆织物的白度最好。与酶退浆织物相比，碱冷轧埔退浆织物的断裂强力损失较多，强力损失率为26.94%，棉纤维损伤较大。 3结论 (1)碱性淀粉酶JN20冷轧堆退浆工艺为：酶质量浓度1g/L，渗透剂JFC l g/L，堆置时间12 h，酶液pH=9，轧余率90%～100%.轧酶温度60℃。 (2)棉织物经碱性淀粉酶JN20退浆后，退浆等纫达到7级，退浆率可达98.28%，稍低于碱退蟓(98.78%)，退浆后织物的强力损伤较小，蓝光白度得丑提升。与市售酸性淀粉酶2200K相比，在相同酶活和用量时，碱性淀粉酶JN20在碱性条件下进行酶退浆，退浆效果优于淀粉酶2200K。 参考文献： [1] 王建庆，毛志平，李戎.印染行业节能减排技术现状及展望[J]印染. 2009,35(1):44-51 [2]林琳，印染行业节能减排现状及重点任务[J].印染，2008,34(2):40- 43. [3] 王平，王强，范雪荣，等.棉织物生物酶前处理润湿性评价[J]，印染， 2002,28(12):28-31. [4] 张洁，王强，范雪荣，等.棉织物的复合酶退浆工艺[J]印染，2016,4: (15):1-5. [5] 钱柿汝.纯棉色织物酶法退浆及其作用机理研究[D]无锡：江南大学，2014. [6] 杨海泉，刘龙，李江华，等.碱性淀粉酶的发酵生产及其应用研究赳展[J].生物工程学报，2012,28(4):432-439. [7] MURAKAMI S, NISHIMOTO H,TOYAMA Y,et al.Purification anc characterization of two alkaline, thennotolerant a-amylases from Bacil lus halodurans 38C-2-1 and expression of the clonedgene in Esche richia coli[Jl. Biosci Biotechnol Biochem,2007,71( 10):2393-2401. [8] HASHIM SO, DELGADO O, HA'ITI_KAUL R, et al. Starch hydrolys ing Bacillus halodurans isolates from a Kenyan soda lake[J]. Biotech nolLett,2004,26(10):823-828. [9] HORIKOSHI K. Production of alkaline enzymes by alkalophilic micro organisms[J]. Agri Biol Chem,1971, 35( 11):1783-1791. [10] SAXENA RK, DU'IT K, AGARWAL L, et al A highly thermostablf and alkaline amylase from a Bacillussp[J]. PN5. Bioresour Technol 2007,98(2):260-265. [11] DASTAGER GS, LI WJ, ACASAR D, et al. Streptomyces gulbargensis sp. nov. isolated from soil in Kamataka, India[J]. Antonie Van Leeu. wenhoek,2007,91(2):99-104. [12] PANCHA I, JAIN D, SHRIVASTAV A, et al.A thermoactive a-amy. lase from a Bacillus sp. isolated from CSMCRI salt farm[J]. Int J Biol Macrom01,2010,47(2):288-291 [13]蒲宗耀，陈松，卢涛，等.耐碱耐温淀粉酶性能及退浆工艺试验研究[J]纺织科技进展，2006,(1):24-26 [14]陈英，屠天民.染整工艺实验教程[Ml.北京：中国纺织出版社，2016： 44- |
