纖維素酶在紡織品生物加工中應(yīng)用進(jìn)展.doc

學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考纖維素酶在紡織品生物加工中應(yīng)用進(jìn)展專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 完成時(shí)間： 纖維素是地球上最豐富的生物質(zhì)資源，同時(shí)也是天然的可再生資源。據(jù)報(bào)道，在全世界每年的植物體干物質(zhì)生成量中，纖維素和半纖維素二者的總量占一半以上 高蕾蕾,李迎秋. 纖維素酶及其在食品行業(yè)中的應(yīng)用J. 食品工業(yè),2017,(02):271-274.。每年通過(guò)全球陸地生物合成可再生纖維素的總量約為 560 1 200 億 t，占植物界碳含量的50%以上。纖維素是一種復(fù)雜的多糖，由 8 000 10 000 個(gè)葡萄糖殘基通過(guò) -1，4 糖苷鍵連接而成。 韓笑,閆培生,史翠娟,楊樹(shù)燕,李永鵬,鄒雪平. 海洋微生物產(chǎn)纖維素酶及其應(yīng)用研究進(jìn)展J. 生物技術(shù)進(jìn)展,2015,(03):191-195.早在1906年,Seilliere就在蝸牛的消化液中發(fā)現(xiàn)了能分解纖維素的纖維素酶 張海生,張同亮,陳德兆. 纖維素酶對(duì)纖維素的作用機(jī)理及其在紡織上的應(yīng)用J. 四川紡織科技,2003,(06):3-5.。從 20 世紀(jì)中期開(kāi)始，人們逐漸關(guān)注和研究纖維素酶及相關(guān)酶，這主要是由于在木質(zhì)纖維素中添加這些酶類(lèi)后，能將其轉(zhuǎn)化為可溶性糖和葡萄糖。隨著研究的深入和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，纖維素酶及相關(guān)酶已在很多行業(yè)中得到大量應(yīng)用，其需求量也在不斷地?cái)U(kuò)大。 董宇. 纖維素酶及相關(guān)酶在食品生物技術(shù)中的應(yīng)用生物J. 食品安全導(dǎo)刊,2016,(30):121.纖維素酶是一組催化水解纖維素，生成葡萄糖的酶系總稱(chēng) 余圓圓,王強(qiáng),范雪榮. 纖維素酶在纖維素纖維織物整理中的應(yīng)用J. 染整技術(shù),2017,(01):1-5.。纖維素酶的本質(zhì)是主要由三種酶：內(nèi)切型 - 葡聚糖酶、外切型 - 葡聚糖酶和 - 葡萄糖苷酶組成的多組分酶系，三種酶之間協(xié)同作用，內(nèi)切型 - 葡聚糖酶、外切型 - 葡聚糖酶先將纖維素降解為寡糖和纖維二糖，最后 - 葡萄糖苷酶把寡糖和纖維二糖水解為葡萄糖。 李永蓮,林凱城. 纖維素酶生產(chǎn)方法的研究進(jìn)展J. 濟(jì)南職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2016,(02):99-101.它存在于許多生物中,以微生物為主,細(xì)菌、真菌、放線菌、酵母、白蟻及牛、馬消化道中的厭氧菌和某些植物中都有纖維素酶存在,纖維素酶系一般有十到十幾種組分,不同來(lái)源的纖維素酶分子特征和催化活性也不盡相同,通常以真菌產(chǎn)生的纖維素酶系為研究對(duì)象。 楊葉東,韓祎君,張金龍. 纖維素酶的研究、生產(chǎn)及其在紡織上的應(yīng)用J. 激光生物學(xué)報(bào),2000,(02):151-153.我國(guó)酶制劑企業(yè)生產(chǎn)纖維素酶開(kāi)發(fā)該產(chǎn)品應(yīng)用于紡織工業(yè)是從上世紀(jì)90年代開(kāi)始的，至今已有近20年時(shí)間 侯炳炎. 纖維素酶生產(chǎn)和應(yīng)用于紡織工業(yè)的回顧A. 中國(guó)微生物學(xué)會(huì)酶工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、基因工程藥物國(guó)家工程研究中心（暨南大學(xué)）、廣東省生物工程藥物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（暨南大學(xué)）.第八屆中國(guó)酶工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集C.中國(guó)微生物學(xué)會(huì)酶工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、基因工程藥物國(guó)家工程研究中心（暨南大學(xué)）、廣東省生物工程藥物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（暨南大學(xué)）:,2011:3.。以產(chǎn)值計(jì)算，商業(yè)化纖維素酶制劑是全球第三大工業(yè)酶制劑。目前主要用于紡織、造紙、食品、飼料等行業(yè)。 閆玉玲,袁敬緯,李杰,張宏. 纖維素酶的制備工藝及其商業(yè)化現(xiàn)狀研究J. 當(dāng)代化工,2015,(05):988-990+994.傳統(tǒng)的棉紡織印染行業(yè)對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)資源的消耗己經(jīng)成為全球所關(guān)注的問(wèn)題，因此采用對(duì)環(huán)境友好的染整工藝來(lái)替代傳統(tǒng)印染方式己勢(shì)在必行，其中運(yùn)用生物酶整理就是重要的途徑之一。酶作為一種生物催化劑，具有專(zhuān)一性、高效性等特點(diǎn)，而且反應(yīng)條件溫和，副反應(yīng)少，易降解，不會(huì)引入毒害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境友好。酶處理原理是纖維素酶具有催化作用，在一定條件下可水解纖維素纖維中的且1,4糖苷鍵。由于纖維素分子的部分水解使結(jié)晶區(qū)變小，同時(shí)，非結(jié)晶區(qū)的部分水解，擴(kuò)大了結(jié)晶區(qū)之間的空隙，受外力時(shí)，結(jié)晶區(qū)之間較容易產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，削弱它們之間的氫鍵作用，使聚合度降低，從而使纖維本身變得柔順，纖維剛度降低，勾結(jié)強(qiáng)度提高，使得竹原纖維的應(yīng)用范圍得到擴(kuò)展。在控制酶的用量及作用條件的情況下，可以使纖維素纖維酶反應(yīng)，輕度水解，而不至于過(guò)度影響纖維的強(qiáng)力。 陳嬌,王康建,劉才容,李喜,吳楠. 竹原纖維改性研究進(jìn)展J. 紡織科技進(jìn)展,2016,(04):1-3.紡織業(yè)對(duì)于纖維素酶的應(yīng)用主要是從上個(gè)世紀(jì)末開(kāi)始，其是被當(dāng)成生物酶制劑，隨后被廣泛的運(yùn)用。紡織行業(yè)在使用纖維素酶后取得了非常好的效果。纖維素酶自身是一種生物催化劑，確保了沒(méi)有毒害。而且酶自身所需要的反應(yīng)環(huán)境較為溫和，需要的量也極少，并且在完成催化反應(yīng)后，其所有的產(chǎn)物都對(duì)環(huán)境無(wú)傷害，較為綠色節(jié)能。纖維素酶在紡織上的具體應(yīng)用主要是處理亞麻、苧麻、絲綢、燈芯絨以及各種混紡織品，通過(guò)生物處理可以讓紡織物的強(qiáng)力降低，保證期回彈性、柔軟度以及懸垂度。紡織物表面普遍存在毛棉結(jié)和毛羽，通過(guò)纖維素酶對(duì)其處理后可以保證其表面更加鮮亮光澤，且具有清晰的紋理。紡織品中的牛仔服飾對(duì)于纖維素酶的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在磨洗過(guò)程中，可以保證褪色更加均勻，也保證牛仔服飾不會(huì)出現(xiàn)較大程度的損傷，也減少了磨石的使用。 鄭昆. 淺議纖維素酶的研究與應(yīng)用J. 科技展望,2016,(31):68.人類(lèi)最先應(yīng)用于紡織工業(yè)的酶是淀粉酶,然后是蛋白酶、脂肪酶、果膠酶、過(guò)氧化氫酶、半纖維素酶和纖維素酶,并取得了一些成果。酶被應(yīng)用并獲得很大發(fā)展有許多因素,主要有:酶是天然產(chǎn)物,副反應(yīng)少,有利于環(huán)境保護(hù);酶生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn),酶處理效率的提高,應(yīng)用工藝的不斷完善;酶加工賦予纖維產(chǎn)品優(yōu)良的性能和高附加值。酶在紡織品染整加工中的應(yīng)用,尤以纖維素纖維織物的酶處理發(fā)展最快。 徐曉飛,林煒鐵,楊繼國(guó),吳軍林. 纖維素酶在紡織工業(yè)中應(yīng)用研究的進(jìn)展J. 上海紡織科技,2003,(05):34-36.我國(guó)雖然是服裝生產(chǎn)大國(guó),但也存在著產(chǎn)品質(zhì)量低的問(wèn)題,導(dǎo)致了出口服裝的檔次低。服裝檔次低的關(guān)鍵在于后整理。對(duì)紡織品進(jìn)行后整理,比較典型的是利用纖維素酶對(duì)纖維素纖維織物進(jìn)行生物整理。由于纖維素酶“清潔”植物纖維并使其膨脹,所以經(jīng)纖維素酶整理的織物豐滿、滑爽,布面清晰,懸垂性好,吸濕性強(qiáng),并具有一定的“絲光”效果。纖維素酶用量一般在0.5 3%即可達(dá)到滿意的整理效果。在紡織后整理工藝上,利用纖維素酶對(duì)亞麻、苧麻、牛仔服、燈心絨、絲綢及其混紡織品進(jìn)行生物整理,即酶降解整理,可使織物的強(qiáng)力適當(dāng)下降,織物的懸垂度、回彈性及柔軟度獲得改善。 汪多仁. 纖維素酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用J. 四川化工與腐蝕控制,2000,(05):52-53.具體到以苧麻纖維為例，苧麻纖維屬于纖維素纖維，纖維素酶可以切斷纖維素分子中的-1,4糖苷鍵，在酶處理時(shí)，纖維素酶對(duì)結(jié)構(gòu)松散的紗線，凸出在織物表面的毛羽、粗節(jié)很敏感，可使表面毛羽倒伏甚至斷裂脫落，織物重量減輕，結(jié)構(gòu)變得疏松柔軟，刺癢感得到改善，處理后織物表面光潔，光澤度提高，抗皺性有所提高。 胡睿敏,董倩,蒲青霞,盧明. 消除苧麻織物刺癢感的研究進(jìn)展J. 紡織導(dǎo)報(bào),2017,(02):70-73.在棉織物染整工藝方面，應(yīng)用纖維素酶洗，可以在很大程度上改善織物外觀和手感：外觀上能使織物紋路更為清晰，光潔程度完全可可達(dá)到燒毛效果；撫摸則有一種輕薄感、柔軟感，且能永遠(yuǎn)保持；吸水性及保水性有所改良；能有效抑制起毛起球現(xiàn)象；部分地能夠去除織物表面茸毛，從而織物更為滑爽，同時(shí)也具有良好的懸垂性；酶洗后纖維、紗線之間的潤(rùn)滑得到增強(qiáng)，具有特別的超級(jí)柔軟效果。 張健飛,丁正祥,陳署,丁桐,周麗華. 纖維素酶應(yīng)用于棉織物染整工藝的實(shí)踐J. 紡織報(bào)告,2016,(01):32-34+38.纖維素酶在牛仔織物加工過(guò)程中也有應(yīng)用。采用酸性纖維素酶對(duì)彈力牛仔織物進(jìn)行酶解，在酶洗過(guò)程中分別采用不同試劑調(diào)節(jié)p H值，加入碳酸鈉對(duì)酶進(jìn)行滅活處理，織物分別采用室溫晾干和80 烘干。通過(guò)測(cè)定織物的緯向收縮率、急彈回復(fù)角、緯向伸長(zhǎng)回復(fù)率、斷裂強(qiáng)力和顏色深度，研究不同工藝對(duì)牛仔彈力性能和酶洗效果的影響。結(jié)果表明，用氨基乙酸調(diào)節(jié)p H值，以碳酸鈉滅活，80 烘干后，織物的彈力性能和酶洗效果較佳。 馬劍波,姚繼明,劉恩汐,崔舜婷,馮慧娟,王博洋. 纖維素酶洗過(guò)程中牛仔彈力性能的變化J. 印染,2016,(11):30-32+36.。另有魏賽男課題組為了解決機(jī)械摩擦導(dǎo)致的織物表面光潔度和手感差的問(wèn)題，基于纖維素酶與機(jī)械摩擦復(fù)合處理織物的優(yōu)點(diǎn)，采用酸性纖維素酶對(duì)牛仔布進(jìn)行水洗，通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，探索了纖維素酶濃度、浸泡溫度、浸泡時(shí)間、 值對(duì)織物白度、耐磨性、頂破強(qiáng)力和彎曲性 能的影響。結(jié)果表明，溫度及值對(duì)白度的影響顯著，纖維素酶濃度對(duì)織物頂破強(qiáng)力的影響大于其他因素。用纖維素酶處理后，針織牛仔的耐磨性增強(qiáng)，白度增大。因此，纖維素酶可使針織牛仔的使用性能得到有效改善。 魏賽男,胡雅寧. 纖維素酶處理對(duì)針織牛仔性能的影響J. 河北工業(yè)科技,2017,(01):41-44.河北科技大學(xué)課題組研究了纖維素酶對(duì)硫化染料染色棉纖維酶解機(jī)理 河北科技大學(xué)科研成果展示J. 棉紡織技術(shù),2017,(02):6+37.。課題中還選用不同濃度的纖維素酶在不同溫度、時(shí)間條件下，對(duì)經(jīng)過(guò)硫化黑染色的純棉針織物進(jìn)行拋光整理，測(cè)定織物處理后的失重率，通過(guò)對(duì)織物失重率的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出纖維素酶催化水解硫化染料染色織物的米氏常數(shù) Km及最大反應(yīng)速率 Vmax的回歸方程，為硫化染料染色棉針織物的纖維素酶拋光整理提供理論知道和技術(shù)支持。結(jié)果表明硫化染料的存在促進(jìn)了酶在織物上的吸附，但酶的作用效果卻得到較大抑制，對(duì)比染色織物和未染色織物，纖維素酶酶解過(guò)程具有相近的米氏常數(shù)，對(duì)于最大反應(yīng)速率，未染色織物的反應(yīng)速率約為硫化染料染色織物 10 倍。最近幾十年來(lái)，紡織業(yè)利用纖維素酶生物整理技術(shù)對(duì)天然絲織物進(jìn)行處理，改善了天然絲織物的抗皺性和穩(wěn)定性，大大提高了織物柔軟的手感、光潔的外觀等品質(zhì)。酸、堿性纖維素酶在工業(yè)上的應(yīng)用則大不相同，堿性纖維素酶由于能夠改善洗滌效果，利于膠狀污垢的脫落而被廣泛應(yīng)用于家庭洗滌劑，俞東晴等則通過(guò)對(duì)溫度、酶用量、PH等多種因素研究表明酸性纖維素酶能夠在不發(fā)生機(jī)械傷害織物的狀態(tài)下短時(shí)進(jìn)行拋光返舊 黃娟,包振偉. 纖維素酶的應(yīng)用研究進(jìn)展J. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2016,(16):38-39.。 石文奇課題組采用纖維素酶對(duì)32S的木棉/棉混紡紗線進(jìn)行酶洗處理,通過(guò)正交試驗(yàn)討論了p H、纖維素酶質(zhì)量濃度、溫度、時(shí)間對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的影響,并對(duì)酶洗前后紗線的表面形貌(SEM)、紅外光譜圖(FTIR)和X射線粉末衍射(XRD)進(jìn)行分析.正交試驗(yàn)優(yōu)選出的最佳工藝為:纖維素酶質(zhì)量濃度1.0 g/L,p H=6.0,處理溫度35 ,處理時(shí)間30 min.經(jīng)酶洗處理后,木棉纖維表面更加光滑、紗線表面毛羽減少.SEM 表明:酶洗工藝會(huì)對(duì)木棉/棉紗線表面進(jìn)行拋光;FTIR 表明:酶洗后紗線的官能團(tuán)無(wú)變化;XRD 表明:酶洗使紗線結(jié)晶度下降,柔軟性提高,手感變好. 石文奇,陳玉波,曲梅,鄒漢濤,陳程. 木棉/棉紗線的纖維素酶整理研究J. 印染助劑,2015,(12):37-40+44.另外還有有研究者就傳統(tǒng)堿煮練工藝、過(guò)氧化氫漂白工藝，以及采用芳基酯酶利用Gentle Power Bleach系統(tǒng)（亨斯邁公司與杰能科公司聯(lián)合推出的一種溫和漂白系統(tǒng)）生物煮漂工藝進(jìn)行比較。研究表明，Gentle Power Bleaeh 系統(tǒng)的酶漂白工藝更具優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)化學(xué)煮漂工藝中，隨著燒堿用量的增加，織物反射、吸收性增加，白度下降；而隨著過(guò)氧化氫用量增加，其反射、吸收性以及白度均提高。在Gentle Power Bleach系統(tǒng)酶處理工藝中，織物失重較化學(xué)前處理工藝低。隨著酶用量的增加，織物反射率增加，但白度和吸水性有波動(dòng)。與傳統(tǒng)化學(xué)前處理工藝相比，酶煮漂工藝處理的織物手感更加柔軟，失重更低。COD 測(cè)試結(jié)果表明，傳統(tǒng)工藝的COD值幾乎是酶前處理工藝的2倍，所以酶前處理工藝對(duì)環(huán)境更加友好。 棉織物生物酶前處理效率的提高J. 印染,2015,(23):53-54.以上的種種研究成果表明纖維素酶在紡織品的生物加工領(lǐng)域大有可為，但是目前纖維素酶在紡織品生物加工中的生產(chǎn)及應(yīng)用仍然有明顯的局限性和瓶頸。何敏超課題組認(rèn)為，纖維素酶解效率是木質(zhì)纖維素經(jīng)濟(jì)、高效生化轉(zhuǎn)化的限制瓶頸。 何敏超,許敬亮,陳小燕,孔曉英,袁振宏,張宇,余強(qiáng),劉云云,王聞. 用于生物質(zhì)酶解過(guò)程的纖維素酶研究進(jìn)展J. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2016,(S1):290-296.隨著對(duì)纖維素酶研究的深入，其應(yīng)用日益廣泛，但是，由于纖維素的結(jié)晶狀、不溶性的剛性結(jié)構(gòu)，以及對(duì)纖維素酶的結(jié)構(gòu)、功能特別是降解纖維素的作用機(jī)制還缺乏足夠的了解，使得目前纖維素酶對(duì)天然纖維素降解效率較低，從而使纖維素酶降解纖維素的工業(yè)化應(yīng)用無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)模化。 于躍,張劍. 纖維素酶降解纖維素機(jī)理的研究進(jìn)展J. 化學(xué)通報(bào),2016,(02):118-122+128.雖然目前纖維素酶已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在包括紡織在內(nèi)的各個(gè)不同行業(yè)。纖維素酶的生產(chǎn)最大的瓶頸問(wèn)題是菌種的產(chǎn)酶條件優(yōu)化以及工業(yè)生產(chǎn)中酶活不高且耐酸堿性差。采用誘變育種結(jié)合基因工程等手段有望逐步解決此類(lèi)問(wèn)題。而探究多種微生物協(xié)同作用來(lái)降解纖維素，有針對(duì)性的選擇酶種類(lèi)和復(fù)配酶來(lái)提高產(chǎn)品品質(zhì)也是纖維素降解菌劑發(fā)展的趨勢(shì)。 常倫峰,吳菲菲,李化強(qiáng),趙良忠,龍艷珍,巢玲,徐永平. 纖維素酶的研究進(jìn)展及在飲料生產(chǎn)中的應(yīng)用J. 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào),2016,(09):3553-3559.在牛仔服裝的水洗反舊工藝中酶制劑的選擇會(huì)強(qiáng)烈影響返染情況,應(yīng)考慮添加表面活性劑、蛋白酶、改變纖維素酶結(jié)構(gòu)等方法降低返染情況。織物的退漿工藝也會(huì)影響酶剝蝕效果,酶洗對(duì)織物強(qiáng)度的影響也不容忽視,應(yīng)綜合考慮選擇工藝流程 王紫薇,張騰飛. 淺談纖維素酶在紡織行業(yè)的應(yīng)用J. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2011,(31):73.影響纖維素酶反應(yīng)的因素很多。主要包括:酶濃度、pH值、溫度、時(shí)間、浴比、機(jī)械攪拌速度、表面活性劑等.為了使纖維素酶充分發(fā)揮活性，得到最佳應(yīng)用,應(yīng)充分考慮這些因素的影響。 李昕,吳贊敏. 纖維素酶在棉紡織加工上的應(yīng)用J. 天津紡織科技,2003,(03):8-12.文飛課題組采用CMC酶活法和減量法相結(jié)合, 對(duì)金屬離子、有機(jī)物、表面活性劑和溶液體系等進(jìn)行研究,分析其對(duì)酶活性的影響, 結(jié)果表明: Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Co2+、Zn2+等離子能明顯激活纖維素酶, 但超過(guò)有效濃度后會(huì)抑制酶的活性; 含Cu2+、Mn2+、Ag+等離子的重金屬鹽是纖維素酶的抑制劑; 甲醇、乙醇是纖維素酶的抑制劑, 但檸檬酸、甘油、山梨醇等有機(jī)物則對(duì)纖維素酶起活化作用; 離子型表面活性劑易與酶結(jié)合, 降低了酶與纖維素的結(jié)合機(jī)會(huì), 導(dǎo)致減量率下降, 而非離子表面活性劑對(duì)纖維素酶有一定的促進(jìn)作用; 纖維素酶整理的溶液最好選擇緩沖體系, 未經(jīng)處理的自來(lái)水會(huì)影響織物整理效果 文飛,陳德兆. 化學(xué)試劑對(duì)紡織用纖維素酶性能的影響J. 針織工業(yè),2006,(01