本文研究了在棉和羊毛织物印花的天然和合成增稠系统中使用酶的可行性，特别是其对色彩和表面结构的作用。研究了不同酶（纤维素酶，蛋白酶和漆酶）的应用效率，即在不同的增稠系统（多聚糖，丙烯酸聚合物及它们的混合物）中的活性和稳定性。确定了印花浆的流变参数（粘性和粘弹性）并且考察了织物表面的色彩和/或结构效应。流变学的研究结果表明,由于增稠剂与酶的不当结合导致浆料的假塑性和弹性降低时，增稠系统的结构会发生降解。 前言：尽管对于为满足客户需求迅速作出反应、小批量生产及生产符合流行趋势的能力而言，传统的滚筒/平网织物印花设备不足够灵活，但它们仍然是大规模生产多色织物最经济的方法。此外，基布的类型与所使用的着色剂是有限的。因此，应该有更多的革新技术与产品发展，以创造更灵活和具有色彩效果的现代图案。然而，纤维素和粘胶纤维仍代表了全世界约60%印花织物基布，滚筒/平网印花则占据了其中的约89%。印花的质量主要依赖于印花浆料的物理化学性质、印花条件、固色工艺以及固色后印花浆料的洗除。因为具有所需的特殊的胶质性质（在水溶液中的吸收和溶胀性能）和赋予印花浆料稳定的流变性能,藻酸钠仍然是被广泛应用的增稠剂。可供选择的，也即羧甲基半乳甘露聚糖、胍尔豆胶和藻酸钠/人造增稠剂的混合物，但结果仍令人不满意。对于印花生产极为经济和专业的方法是研制单一（通用的）种类的染料使其可以应用于所有的纤维。 在纺织工程中酶的使用众所周知，并且一些技术已经较为成熟，如在牛仔布的漂白中。从织物准备到破坏，酶几乎应用于天然纤维湿处理的每一个步骤，并可显著提高织物的外观，手感，性能和耐用性。通常，仅低浓度的自由酶能达到所期望的效果。 为了降低织物表面起毛起球现象，改善棉织物的外观和手感；以及通过酶的水解和机械压力的共同作用，吸附在纤维里的靛蓝染料被非均匀的去除便可生产出

粗斜纹棉布衣物（也就是牛仔裤）的“仿旧”表面效果。目前，纤维素酶已经被应用于生物抛光工艺。多组分的纤维素酶产品在纤维素分子的β-1，4-D-配糖体链接处使其断开，这些组成分可以被优化以取得特殊的整理效果。另外一种取得仿旧效果的方法是用漆酶进行（后）处理，将不溶的靛蓝氧化成可溶的靛红和（邻）氨基苯甲酸。这些年来，在工业和环境领域漆酶催化酚类和非酚类化合物氧化的能力得到了人们相当的关注，特别引起商家兴趣的是这些酶漂白较大范围合成染料的潜在能力。使用漆酶时，通过增加使用低分子量氧化还原介质产生稳定基团，可以进一步扩大被漂白的染料范围。 目前已发展了数种酶处理以提高毛织品的外观和舒适性，并降低其毡缩性。考察了使用蛋白水解酶对蛋白质中某些缩氨酸键水解的催化作用，以对毛纤维表面进行改性，并提供新型独特的整理。 然而，在所有这些酶中，生物催化已经。本文研究的目的是为了对印花浆料中酶的应用进行评估，使染织物具有特殊色彩和结构效果。对不同类型酶的浆料取得的色彩深度和印花织物表面形态进行了评定。除了酶在纺织品基布上的作用，本文还研究了增稠系统和关于酶活性稳定性的处理工艺的影响。通过测定含酶印花浆料的流变性能，其性能被更进一步的评定。 实验部分 ◆ 材料 ◇ 纺织基布 本研究使用了两种平纹棉布（100%）：原棉，275g/m2（CelA）；退浆和漂白后的棉布，102 g/m2（CelB），还用了预染色长羊毛（100%）织物。 增稠剂 媒介粘性藻酸钠（Sigma化学品公司），半乳甘露聚糖衍生的Ragum E8 M（Ranie Chemie）和纤维素衍生的Perilan CMC（Textilchemie Dr. Petry）作为天然多聚糖增稠剂使用。藻酸钠是β-D-甘露糖醛酸与α-L-古罗糖醛酸单元的聚合物，通过(1,4)-β-配糖体

链接，而半乳甘露聚糖由大约36％的D-半乳糖和64％的D-甘露糖组成，分子主链为(1,4)-β-链接的D-甘露吡喃糖单元和每第二个甘露糖分子被(1,6)-α-糖苷键链接的D-吡喃(型)半乳糖。 在合成增稠剂中，采用了具有优化流变行为和对电解质具高度稳定性的低粘度液态增稠剂Alcoprint RT-BC（Ciba有限公司）以及以丙烯酸为基础的共聚物Periprint MIP（Textilchemie Dr. Petry）。 ◇ 酶 本文中使用的从市场上购买的酶如表1所示。在棉和羊毛织物样品中均使用了特殊酶。 ◇ 染料 用于Cel A织物单原色和三原色染色工艺的活性染料包括CI活性黄143，CI活性橙91和CI活性蓝182（Ciba）。Cel B织物用CI直接蓝244（Bauer AC）的偶氮铜络合物染色。 ◆ 实验方法 ◇ 印花浆料的制备和印花工艺 藻酸钠和Alcoprint：在Cel A和羊毛织物上进行的酶印花工艺使用藻酸钠和Alcoprint-RT-BC作为增稠剂。为了保持印花浆料粘度恒定（在γ＝10s-1和25℃时η＝6±0.5Pa a），将规定量的藻酸钠（7％ w/v）和去矿物质水（或所需的缓冲溶液，即pH值为5的0.1M柠檬酸盐缓冲液或pH值为6-8的0.05M磷酸盐缓冲溶液）在搅拌器中搅拌并且在冰箱中冷存一晚达到完全溶胀。单个酶产品（BactCA，D362S，D601S，Sav16L，DL-ⅡS）按要求的量[0，1，3，5和10％owp（按浆料重量计算）]添加进去，同时不停地搅拌均匀。另外，还要制备包含增稠剂藻酸钠和Alcoprint RT-BC混合浆料，其比率为70∶30。平网印花工艺用于在织物表面涂抹浆料。非离子物质润湿剂Nofome BLF（Tanatex,Sybron Chemicals Inc.）（

0.33g/l）用于样本预润湿。 Perilan CMC：Subtilisin在增稠剂中的稳定性测试在Perilan CMC中进行。将Perilan CMC与50mM pH值为8的磷酸钠缓冲液以90∶10比例混合。浆料在60℃搅拌2.5小时并且在冰箱中冷存一晚以达到完全溶胀。酶产品按要求量加入浆料中；进行稳定性测试酶的浓度为0.6owp。 Ragum和Periprint MIP：对于织物Cel B上的酶－印花工艺，采用了未稀释的Periprint MIP以及以90∶10的比例与pH值为8的50mM磷酸钠缓冲液混合的稀释液。Ragum E8浆料的制备是使一定浆料在蒸馏水和pH值为6-8的磷酸钠缓冲液中(具体视使用的酶而定)增溶。浆料在60℃搅拌2.5小时熟化并且在冰箱中冷存一晚以达到完全溶胀。每个酶产品按要求的量加入到浆料中；用于Cel B印花的酶浓度分别为1%owf和 0.4%owp（相对于织物重量）。 在酶印花过程中，样品在50℃、90%湿度的恒温恒湿室内处理24小时，在90℃烘箱内减活化作用20分钟。 染色工序 所有的Cel A棉布样都在下列条件下经过了一个标准的竭染过程：浴比为20∶1、时间90分钟、温度40℃，根据使用的活性染料的类型和浓度（在单原色染色中为1%owf或在三原色染色中，分别为0.11，0.33和0.63%owf的 CI黄143、CI活性橙91和CI活性蓝182）添加一定剂量的盐（50g/l氯化钠，3次加入）和碱（1g/l碳酸钠，1.33g/l氢氧化钠，pH值10.5）。所有的被染样品均在冷水和90℃热水中漂洗5分钟，然后用1g/l的阴离子洗涤剂Sulfokyl DAS（Thor Chemie GmbH）在90℃ 淋洗20分钟以去除未固着的染料。 CelB棉布样按照以下竭染工序用CI直接蓝

244染色：在40℃及浴比为20∶1对样品进行10分钟处理后，用1g/l醋酸钠调节pH至4，加入染料（2%owf）。在100℃（2℃/分钟）染色60分钟。然后被染样品在40℃热水中洗20分钟。所有的工艺均在Ahiba1000染色装置（W Mathis GmbH）中以最大的上染率进行。 ◆先预染再进行酶印花的棉织物（CelA） 含有漆酶DL-ⅡS（5%owp）和藻酸钠增稠剂的浆料在55℃对Cel A织物处理60分钟。这些样品先前已被染色（用单原色或三原色染色配方）和润湿（在水中或pH值为5的缓冲液中）然后被卷入铝箔中以防止水分蒸发且在酶活性最佳温度下在干燥器中进行处理。 ◆ 先酶预印花再染色的棉织物（CelB） 将纤维素酶（BactCA或CellL）和增稠剂（Ragum E8或Periprint MIP）制备的浆料对CelB织物样品进行平网印花。同时，用不含酶的浆料对面料印花，作为显示浆料作用的参照体系。酶印花后，样品在50℃和90%相对湿度下熟化24小时然后在90℃经干燥器处理20分钟将酶减活化。直接染料CI直接蓝244染色前，样品要先经洗涤和干燥。 ◆ 酶印花对于羊毛织物形态的影响 观测了酶印花羊毛织物样品表面结构的改变（毛糙/平滑效果）。将含有蛋白酶Sav16L（10%owp）和pH为7增稠剂（Alg/Alc混合物）的浆料加入到羊毛织物样品中，然后卷入铝箔中在55℃ 干燥器中处理60分钟。 分析 根据参考文献中使用偶氮酪蛋白作为酶底物来测定蛋白水解活性，即在熟化30分钟后在λ=440nm条件下检测偶氮酪蛋白的降解。活性以mg降解偶氮酪蛋白表示，取得三个平行样品的平均值。流变计量的流体分光光度计RFS Ⅱ（Rheometrics），包含一个圆锥体和平盘测量系统（KP25/0.05mm和直径25.0mm）用于流变性（粘性和粘弹性）测量。粘度（η）测量是

在规定剪切速率（γ）下用旋转方法进行，而粘弹性是通过震动参数 tanδ（tanδ=G"/G'）确定，震动参数代表了粘性损耗（G"）与弹性储存（G'）系数之间的关系[19]。所有的实验在25.0±0.5℃下进行。 为了确定酶接触反应在织物表面的漂白/改性效果，印花样品的反射值（D65/10）通过使用OSIRIS计算机软件的Spectraflash SF 600分光光度计（Datacolor GmbH）估计出。测量结果通过色彩深度（K/S）（在λmax下根据Kubelka-Munk等式确定），CIELAB色值，色差（L,a,b,C,h,H）和白度表示。 结果与讨论 酶在不同增稠剂系统中的稳定性 为了取得织物表面色彩和结构的效果，利用了印花工艺。在进行偶氮酪蛋白测试测定残余活性之前先在规定温度下熟化酶5，10，15和20分钟，有及无浆料（也就是CellL在Periprint MIP中，CellL在Ragum E8中，BactCA在Ragum E8中）情况下监测所选择的酶的活性和稳定性。同时，在工艺末端或更高处理温度下确定酶的减活作用。通过比较不同的温度下所选择的天然多聚糖增稠剂中不同蛋白酶活性，从图1和2中可明显看到，高温条件下（≥90℃），木瓜蛋白酶的活性在多聚糖聚合体溶液中的减弱没有枯草杆菌蛋白酶快。多聚糖基质似乎轻微增强了木瓜蛋白酶的温度稳定性。 印花浆料的流变学性能 由于印花浆料的流变行为影响织物表面的印花浆料量，从而最终影响印花基布的品质，因而它在印花工艺中扮演一个重要角色。在印花工艺中，印花浆料受到变形外力作用而改变了聚合物链段在其主要交联结构上的排列，造成粘性降低弹性增加。浆料的流变性质与所用增稠剂的化学结构密切相关，其浓度和与其它浆料组分的物理化学作用决定了印花品质。因此，含

酶印花浆料的品质可以通过测定其粘性和粘弹性推测。 图3显示了添加和不添加酶的藻酸钠（Alg）和Alcoprint RT-BC（Alc）组成的混合浆料流变学测量结果。图中清楚表明弱酸性缓冲液（pH5）对混合浆料（Alg/ Alc）的粘性和粘弹性增加的影响可以忽略不计，主要是因为使用的合成增稠剂对化学电解质的敏感性。 图中也明显表明酶添加物对于测量区域粘性造成的影响很大程度依赖于酶的类型和浓度。以10%owp酶的浆料为例，与纯Alg/ Alc浆料溶液相比，含蛋白酶（Sav16）的浆料在低剪切速率下（在牛顿Newtonian region）粘性比增加多，在高剪切速率下（在结构化粘度区）粘度下降。这表明在酶加入后体系增稠并且对剪切更敏感[假塑性]。这种特征在酶为3%owp的DL-ⅡS的使用条件下更加明显。在所有的测试区域内，含蛋白酶（Sav16L）的浆料粘度高于其它含纤维素酶（D362S和D601S）的中性系统。这可能是由于在蛋白酶的制备中存在不同试剂的结果，如发酵化学品和稳定试剂（乙二醇，硼酸盐）。漆酶（DL-ⅡS）导致浆料明显的剪切敏感性和假塑性，即使在更低浓度（3%owp）下也是如此；在更高的酶浓度（10%owp）下，浆料流动性太强以致无法进行流变性测试。酶产品添加物在聚合物络合结构上产生显著效果，例如可以从含纤维素酶，特别是EG浓缩酶的浆料流变行为中得到特别的和相对高的活性的效果，而这些效果是由酶本身或酶制备中的其它成分（也就是电解液[20]）引起的。 这些浆料的粘弹性行为与粘性测量的结果一致。tanδ值越高表明G"高于G'或者粘性组分占主导地位，并且最初时浆料（不含与含有Sav16L或D362S酶）显现出更高粘性（图3b）。应用在此体系上的压力越强，弹性就会变得越大、粘性更小，因为在所有测量区域内，tanδ值随着振动频率（ω）

的增加而降低。我们将认为酶添加物将造成更具弹性的系统，与所描述的在更高振动频率时取得更低tanδ值一样。由于含10% owp酶的溶液流动曲线不再依赖于振动频率，添加蛋白酶（Sav16L）造成更具弹性的系统。这表明G'与G"模量的比率几乎不变或者说系统几乎是完全弹性的。使用漆酶（DL-ⅡS）观察到了同样但更集中的现象，这里酶添加物导致了更大的弹性系统。相反的，纤维素酶产品（D361S和D601S）导致更加无弹性和更加具粘性，表明增稠剂在此混合体系中不适合与此类型的酶或含有不适合/不匹配的试剂；使用D610S时，由于与增加的酶形成相分散，粘弹性无法测量。 酶印花对织物染色效果的影响 先预染再酶印花的棉织物（CelA） 流变学的测量表明仅仅是特定类型的酶才能加入到浆料中和应用于印花工艺。由此，CelA样品采用了含有漆酶DL-IIS和藻酸钠增稠剂的浆料。样品此前已经被染色（使用单原色或三原色染料配方）和润湿（在水中或者pH为5的缓冲液中）。通过测试得色量（K/S）和CIELAB颜色值/色差来测试印花后织物的耐洗牢度，也就是褪色牢度。从表2可以很清楚地看到，印花前用相应的缓冲溶液润湿过的布样取得最佳的颜色修正效果（既色泽深度降低或酶印花图案的色彩改变）。 此效果与漆酶能降解一定范围的合成染料的能力有关，只有在加入一些介质后，漆酶基材才可能被扩展到包括进一些通常不是漆酶基材的化合物/染料。因此，未处理的三原色染色布样（无介质）很可能会出现仅蓝色染料（CI 活性蓝182）降解/褪色现象，因为颜色从绿色（a*=11.92，b*=14.33）到更黄（a*=-4.86到-6.47，b*=26.32到29.06）色泽依赖于使用的前处理工序。 先酶预印花再染色的棉织物（CelB） 在经单原色染料染色前，使用增稠剂（Ragum E8或Periprint MIP）和纤维素酶（Ba

ctCA或CellL）制备的浆料对CelB织物样品进行平网印花。因为此前已观测到（见表3），在使用增稠剂混合物时，聚合物网络结构会变更，故使用纯的增稠剂（非混合物）。观察表明用含酶的浆料进行的棉织物印花色彩更亮且完全等同于网版的轮廓/图案。同样也被测试了酶印花轮廓/形状的白度影响。一些酶印花、未染色样品的白度W和酶印花、染色样品的CIELAB色差在表3列出；未处理和处理样品的差别也在表3中列出。 从结果中明显看出，酶印花的棉布表面的白度比参照样降低。对于随后被染色的样品，观察到用含纯Periprint MIP（在pH为7）和CellL酶浆料预印花样品的色彩效果最明显。经过酶预印花的样品出现明显的色彩效果，是因为纤维素酶对纤维素表面、结构和物理性质进行了改性。因此，纤维素酶在相应花型中的水解作用中，部分正常情况下吸收染料的纤维素材料被去除，因此导致染色深度降低（△L从-0.02到3.57，△E从0.23到5.03），外观效果也改变了。接着，使用不同增稠剂/纤维素酶组合，显示，用Periprint MIP和CellL测试的布样呈现出最好的色彩效果。 酶印花对羊毛织物形态的影响 在印花浆料中加入酶的另一原因是它可对织物表面改性，从而提供了新的独特的整理方法。在本研究中，研究了酶印花羊毛织物样品的表面结构（粗糙度/平滑性）的改性。在一次性蛋白酶印花后，可以观察到羊毛织物表面的光滑效果和高绒表面的闪光特点，采用这种方法当然也使面料表面得到特别的色彩效果。同样，也通过测量酶印花羊毛织物的K/S值和CIELAB颜色值/色差来观测此效果。结果如表4所示。使用浆料印花后颜色深度（△K/S=0.43至1.86）明显降低，CIELAB色差（升高；△E*=1.72至4.72）；对于仅含Alg增稠剂的浆料效果更加显著。通过缩氨酸键的断裂，暴露在织物表面的纤维被蛋白酶催化作用改性。 结论：通过在特定的

增稠体系中对酶的活性/稳定性的评估，印花浆料的流变学参数(粘性和粘弹性) 的测定以及织物表面色彩和/或结构形态效果的评价，研究了在纤维素和羊毛织物印花所用天然或合成增稠剂中使用酶的可行性。 因为多聚糖增稠剂能够被固定在固体蛋白质基质中, 在高温下使得蛋白水解酶具有更好的稳定性/活性。藻酸盐/丙烯酸体系的印花浆料在弱酸性缓冲液介质中会变稠并使之具有一定的剪切敏感/假塑性，同样加入漆酶后，由于合成增稠剂对电解质的敏感性也会使得增稠剂具有一定的假塑性。相反的,添加含有蛋白水解酶的产品将会增加粘度并会导致更大的弹性，然而添加了纤维素酶后（尤其是EG浓缩产品，D601S）将会明显干扰多聚糖聚合物并会导致其完全丧失弹性, 且纯粘性印花浆料表明藻酸盐多聚糖增稠剂不适用于纤维素产品。然而，研究结果显示，在制备酶的过程中, 不同成分的存在对增稠剂的粘弹性将会产生重要的影响。 在所考察的不同增稠剂系统和酶产品的结合中，能够产生最佳的表面色彩效果的是当：（a）在事先染好的织物样品上用含有漆酶的多聚糖印花浆料印花，或者（b）样品先用含纤维素酶的合成印花浆料印花。此外，由于蛋白酶印花造成的羊毛表面（粗糙度/光滑性）改性导致了织物表面的闪光效果，而无需使用额外的色彩。