对于碱性脂肪酶可以选择廉价易得的苯甲酸钠作为防腐剂,用量在0.05% ~ 0.15% 之间时对酶活的稳定性影响没有显著差别[1]。但与山梨酸类防腐剂相比较而言,苯甲酸钠的毒性更大一些。蔡为荣的研究表明,山梨酸钾或者苯甲酸钠作为香蕉泥的防腐剂时,添加柠檬酸、EDTA、抗坏血酸对防腐效果有显著的增效作用[11]。
目前有研究[12-13] 表明,一种新型的生物防腐剂——溶菌酶,作为天然的防腐剂具有广阔的应用前景。溶菌酶是一种无毒、无害、安全性很高的高盐基蛋白质,其发挥防腐作用的机理是其专一地作用于肽聚糖分子的N-乙酰胞壁酸和乙酰葡萄糖氨之间的β-1,4糖苷链断裂,使得细菌细胞壁变得松弛继而失去对细胞的保护,最后导致细菌溶解死亡。对于这类天然防腐剂应用于纺织用酶制剂的抗菌防腐方面尚未见诸报道。
1.3酶制剂复配中的表面活性剂及金属离子影响
在纺织印染加工中往往需要加入大量的表面活性剂,酶制剂的复配中也需要加入合适的表面活性剂来提高酶的催化效率或者增益处理效果。王超等的研究指出,非离子表面活性剂能对酸性纤维素酶的活性起到促进作用。主要原因在于非离子的表面活性剂与酶的结合弱,不会对酶的构象产生很大的影响,由此酶能够容易的解吸附并且移动到其他的结合部位,继而具有很好的活性[14]。文飞等的研究表明,阴离子或者阳离子的表面活性剂易与纤维素酶结合,对酶制剂的性能影响显著,不利于酶制剂的稳定性和活性,在复配中应当尽量避免使用[15]。张增强等的研究也指明在牛仔布生化酶洗过程中离子型表面活性剂对于酶活起负作用,非离子型表面活性剂在低于CMC时对酶活能起促进作用,而高于CMC时则是抑制作用[16]。
与此同时,上述文献资料也涉及了金属离子对于酶制剂的影响。研究表明,Na+、Ca2+、Zn2+、Mg2+、Co2+等离子在一定浓度范围时对纤维素酶具有激活作用,而超过这一浓度时逐渐产生抑制作用;而一些金属离子Ni+、Cu2+、Ag+、Pd2+、Li+、Fe2+、Fe3+、I- 等对纤维素酶活力有明显的抑制作用。对于Mn2+的作用说法则存在相互矛盾的方面。总而言之,一些金属离子可能由于能屏蔽蛋白表面的多余电荷而有利于酶的稳定性 ,另一些离子则可能是由于重金属盐能使得蛋白质变性而导致其失活。金属离子的添加都有一个合适的浓度范围并且以酶的种类以及其它一些条件作用下的实际实验结果为准。
2 纺织用酶制剂的复配
纺织产品印染加工过程中由于天然纤维其成分复杂,在进行染色或者后整理前都要经过一系列前处理工艺,而前处理正是酶制剂实际应用的主要领域。目前在纺织印染行业中广泛使用的酶包括淀粉酶、果胶酶、过氧化氢酶、纤维素酶以及一些蛋白酶等。
酶制剂涉及的工艺主要有淀粉酶对于棉织物淀粉浆料的退浆,果胶酶用于棉织物精练中去除果胶,过氧化氢酶用于去除氧漂后残余的过氧化氢,纤维素酶用于纤维素织物的生物抛光和牛仔布的酶水洗,而蛋白酶则主要用于羊毛的防毡缩整理。
实践证明,单纯的酶制剂并不能满足纺织印染加工的工艺要求,在酶的使用过程中既要加入稳定剂来减缓酶由于使用环境的变化而带来的不稳定,同时还要配合使用纺织助剂来增益处理效果。酶制剂的复配既可以是单种类酶制剂与其他助剂的复配也可以是多种类酶制剂以及其他试剂的配合使用。
2.1单种类酶制剂的复配
事实上,多种种类的酶的复配由于受到适用的pH范围差异过大等因素影响而变得异常困难,所以很多情况下是单种类酶的复配更为常见和有实用价值。以常用的纤维素酶、淀粉酶、果胶酶来介绍单种类酶制剂的复配。
2.1.1 纤维素酶的复配
纤维素酶在棉织物生物抛光或者牛仔布酶水洗方面的应用潜力巨大,但单纯的纤维素酶并不能达到良好的处理效果,纤维素酶与纺织助剂以及酶保护剂的复配能很好的提高纤维素酶的应用效果。Kumar Akhil等在对纤维素纤维用于酶水洗的研究中推测内在的纤维素酶作用机理是内切葡聚酶通过主要进攻起源于纤维素纤维的无定形区来削弱松散表面形态的纤维,而不是主要降解纤维素[17]。可见纤维素酶复配时需要特别关注复配添加物对于内切葡聚酶的影响。江南大学周洪等研究了纤维素酶复配时相关助剂对酶活力的影响表明,对于酸性纤维素酶而言,包括脂肪醇聚氧乙烯醚化合物、PVP系列化合物、聚醇类表面活性剂、金属氯化物都能促进该酶的酶活,而对中性的纤维素酶则无明显的效果[18]。文飞等对复配纤维素酶组分的研究则指出,山梨醇、苯甲酸钠、氯化钠在合适的浓度条件下能促进纤维素酶的酶活[19]。吕景春等的研究表明,纤维素酶APL与山梨醇、氯化钠、脂肪醇聚氧乙烯醚以及苯甲酸钠的复配产品在生物抛光效果上优于单一的纤维素酶APL的作用[20]。
2.1.2 淀粉酶的复配
淀粉酶是纺织中最早使用的工业酶制剂,广泛应用于淀粉浆料的退浆。淀粉酶的复配如前文稳定剂章节中所提到的,主要是加入稳定剂以促成淀粉酶制剂能在较高温度条件下保持较高的酶活。当然随着中温型淀粉酶和高温型淀粉酶的出现,在酶退浆工艺中有了更多的选择。
在我国华北地区经常使用淀粉与PVA浆的混合浆料进行织物上浆,这就给单纯的淀粉酶退浆带来困难,寻求淀粉酶与PVA降解酶的配合使用是当前研究的重点课题之一[1]。
2.1.3 果胶酶的复配
果胶酶是用于棉织物酶精练的重要酶制剂,根据应用条件可以分为酸性果胶酶和碱性果胶酶。除原果胶酶外,酸性果胶酶(聚半乳糖醛酸酶)是酶精练加工研究初期的重点研究的品种,而且由于其在食品工业中已经广泛使用,商品化酶制剂易得,故而被大量用于棉织物的精练处理。但是由于棉织物不耐酸,酸性果胶酶的使用会带来棉织物强力的损伤,取而代之的是更为合适的碱性果胶酶。江南大学陈晟等对于碱性果胶酶的研究表明,在碱性果胶酶使用中添加一定浓度的乙酸钠和MgCl2•2H2O能提高其的应用特性,以及在此基础上添加对羟基苯甲酸异丁酯能起到良好的防腐作用[21-22]。
但由于碱性果胶酶相关基础理论研究的缺失,包括碱性果胶酶对于棉纤维上果胶质的降解模式和酶解动力学、吸附特性等基本规律尚不清楚,对酶精练过程棉胶质、棉腊等疏水性物质的去除机制以及润湿性的影响因素等也没有普遍接受的观点,以及现有碱性果胶酶处理后其对于棉籽壳的去除基本无效果,导致织物的白度不如常规碱丝光,加之该种酶制剂的成本较高使得碱性果胶酶只停留在实验室研究和试生产阶段尚未大规模工业生产与应用。
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