堿性淀粉酶在棉機織物冷堆退漿中的應用

江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院 孫志揚 余圓圓 王強 王平 劉穎

浙江美欣達紡織印染科技有限公司 龍方勝

摘要：采用自制堿性淀粉酶JN20對棉織物進(jìn)行退漿處理，考察了冷軋堆退漿工藝中堿性淀粉酶用量、堆置時(shí)間、酶處理液pH、軋液溫度對退漿效果的影響，得到了優(yōu)化工藝：淀粉酶JN20為lg/L，酶處理液p=9、酶液浸漬溫度為60℃，室溫堆置12 h的條件下，棉織物的退漿率為98.28%，退漿等級7級，退漿效果優(yōu)于商品化淀粉酶2200K冷軋堆退漿，而且織物強力保留率高于堿法冷軋堆退漿棉織物。

關(guān)鍵詞：退漿；冷軋堆；堿性淀粉酶；棉織物

傳統的棉機織物堿退漿前處理加工會(huì )對棉纖維造成損傷，而且工藝需要消耗大量的蒸汽、水和燒堿，排放廢水污染生態(tài)環(huán)境^[1-2]，因此開(kāi)發(fā)節能環(huán)保、對纖維損傷小的棉織物前處理加工技術(shù)符合綠色染整的趨勢。淀粉酶退漿具有退漿率高、工藝條件溫和、能耗低、對織物損傷小等優(yōu)點(diǎn)^[3-4]，已廣泛應用于棉機織物前處理加工。淀粉酶通常在弱酸性條件下酶活最高，退漿效果最好^[5]，但是，棉織物退漿后的精練和氧漂加工均為堿性條件，不便于工序之間的銜接^[6]。另外，棉織物生物酶前處理工藝的發(fā)展方向是酶退漿／酶精練一步法工藝，用于棉織物精練的酶制劑主要為堿性果膠酶，弱酸性使用的淀粉酶與堿性果膠酶聯(lián)合使用時(shí)，加工時(shí)的pH難以兼顧兩種酶。因此，開(kāi)發(fā)堿性淀粉酶退漿技術(shù)，對開(kāi)發(fā)棉織物生物酶前處理技術(shù)有重要意義。

堿性淀粉酶是指一類(lèi)在堿性條件下具有高催化活力的淀粉酶^[7-8]。1971年,日本學(xué)者HORIKOSHI^[9]首次報道了產(chǎn)自嗜堿芽胞桿菌A-40-2的堿性a-淀粉酶。 此后關(guān)于堿性淀粉酶的研究陸續報道，其中國外研究主要集中在產(chǎn)堿性淀粉酶嗜堿微生物的篩選、培養及酶的分離純化等方面^[7.10-12]；國內的蒲宗耀^[13]探究了耐堿耐溫淀粉酶的退漿前處理工藝，但該研究中使用的淀粉酶在pH=6～7時(shí)活性最強，這與堿性淀粉酶的pH適用范圍存在著(zhù)差異。

本研究采用在堿性環(huán)境下保持高活力的堿性淀粉酶JN20，通過(guò)冷軋堆工藝對淀粉上漿的純棉機織物進(jìn)行退漿，探究了酶濃度、堆置時(shí)間、軋酶pH和溫度對退漿效果的影響。

1試驗部分

1.1織物、試劑與儀器

織物 純棉斜紋布（203g/m²，純淀粉漿料上漿，浙江美欣達紡織印染科技有限公司）

試劑 堿性淀粉酶JN20（江南大學(xué)自制），商品化淀粉酶2200K（市售），JFC（山東優(yōu)索科技有限公司），檸檬酸、碘化鉀、碘酸鉀、碘、可溶性淀粉、無(wú)水乙醇（分析純，上海阿拉丁有限公司），高氯酸、鹽酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、酚酞、冰乙酸、氫氧化鈉（分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）

儀器 AL-204型電子天平（瑞士梅特勒公司），101A-1B電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海安亭科學(xué)儀器有限公司），WSD-Ⅲ型全自動(dòng)白度計（北京康光儀器有限公司），UV-1800紫外一可見(jiàn)光分光光度計（日本島津公司），YG( B) -026D-250型電子織物強力儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），HH-2數顯恒溫水浴鍋（江蘇金壇榮華儀器制造有限公司）

1.2退漿工藝

1.2.1堿性淀粉酶JN20冷軋堆退漿工藝

堿性淀粉酶JN20工作液處方

JFC/(g.L^-l)                         1

堿性淀粉酶JN20/(g.L^-1)                         0.5～20

pH                                 v    7～10

溫度/℃                                  30～90

坯布→熱水洗2道(90℃，10 s)→浸軋酶液（一浸一軋，軋余率90%～100%）→打卷堆置(30～35℃，6～24 h)→第一道熱水洗(90℃，2min)→第二道熱水洗(90℃，2min) →冷水洗(2min)→烘干

1.2.2淀粉酶2200K冷軋堆退漿工藝

淀粉酶2200K工作液處方

JFC/(g.L^-1)                             1

淀粉酶2200K/(g.L^-1)                        1

pH（最適）                       6

溫度/℃                                60

坯布→熱水洗2道(90℃，10 s) →浸軋酶液（一浸一軋，軋余率90%～100%）→打卷堆置( 30～35℃，12 h) →第一道熱水洗(90℃，2min) →第二道熱水洗(90℃，2min) →冷水洗(2 min) →烘干

1.2.3堿法冷軋堆退漿工藝

堿工作液處方

JFC/(g.L^-1)                       l

NaOH/(g.L^-1)                      30

溫度／℃                               60

坯布→熱水洗2道(90℃，10 s)→浸軋堿液（一浸一軋，軋余率90%～100%）→打卷堆置(30～35℃，堆置時(shí)間12 h)→第一道熱水洗(90℃，2min) →第二道熱水洗(90℃，2 min) →冷水洗(2min)→烘干

1.3測試方法

1.3.1淀粉酶活力

參照GB/T 24401-2009《a-淀粉酶制劑》進(jìn)行測定。

1.3.2織物退漿率

采用高氯酸法測定織物上的淀粉含量和退漿率^[14]。取退漿前后的干燥布樣各2g，剪成5 mm×5 mm，置于250 mL錐形瓶中，加入30mL 42%高氯酸溶液，在室溫下攪拌30 min；加入100 mL蒸餾水及1～2滴酚酞指示劑，加入6moI/L氫氧化鈉至溶液呈淡紅色，再滴數滴2 mol/L醋酸至淡紅色消失；隨后進(jìn)行真空抽濾，將濾液轉移至250 mL容量瓶中，定容。吸取濾液5 mL，置于50 mL容量瓶中，加入2 mol/L醋酸25 mL、10%碘化鉀0.5 mL、0.01 mol/L碘酸鉀2mL，定容、搖勻；待室溫下顯色穩定后，測定其吸光度，并根據標準曲線(xiàn)進(jìn)行濃度換算?？椢锷系暮瑵{量和退漿率按照式(1)和(2)進(jìn)行計算：

式中：C——織物上淀粉的質(zhì)量濃度，mg/mL；

m——布樣質(zhì)量,g；

V—一相應的體積，mL(本試驗為5 mL)

式中：m₀——退漿前織物含漿量

m1——退漿后織物含漿量

1.3.3退漿效果的評級

參照HG/T 5080-2016《紡織染整助劑退漿劑對淀粉漿料退漿效果的測定》測試方法，取5 cm×5 cm樣品，滴加碘～碘化鉀指示劑溶液，觀(guān)察織物的顏色變化。退漿等級分9級，9級最好，l級最差，一般達到7級以上可認為退漿效果良好。

1.3.4白度

使用WSD-Ⅲ型全自動(dòng)白度計測定織物的藍光白度，試樣的不同部位測試5次，取平均值。

1.3.5斷裂強力

參照GB/T 3923.1-2013《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強力和斷裂伸長(cháng)率的測定（條樣法）》進(jìn)行測試。

2結果與討論

2.1退漿效果的影響因素

2.1.1堿性淀粉酶JN20用量

為避免各因素（如氣溫、貯存時(shí)間、產(chǎn)品批次等）對酶活力的影響，減小試驗誤差，本試驗在使用淀粉酶前，測試其酶活，并將原酶統一稀釋至活力1000 U/mL，待用。

酶退漿冷軋堆工藝條件為：JFC l g/L，酶液pH=9， 軋酶液溫度60℃，軋余率90%—100%，堆置溫度30～35℃，堆置時(shí)間6h，考察堿性淀粉酶JN20不同的質(zhì)量濃度對冷軋堆退漿效果的影響，結果見(jiàn)表l。

由表l可知，隨著(zhù)酶用量的增加，退漿等級提高，當酶質(zhì)量濃度超過(guò)10.0 g/L后，退漿等級穩定在8級。當I質(zhì)量濃度為0.5 g/L時(shí)，退漿率為80.01%，退漿效果較}；當酶質(zhì)量濃度為5.0 g/L時(shí)，退漿率提高至97.11%。為考察其他條件對堿性淀粉酶JN20退漿效果的影響，后續試驗選擇酶質(zhì)量濃度為1.0 g/L和5.0 g/L。

表1堿性淀粉酶JN20用量對退漿等級的影響

2.1.2堆置時(shí)間

選擇酶質(zhì)量濃度分別為1.0 g/L和5.0 g/L，其他工藝條件同2.1.1節，調節堆置時(shí)間在6～24 h，織物的退漿#級和退漿率結果見(jiàn)表2。

表2堆置時(shí)間對退漿等級的影響

由表2可知，當堆置時(shí)間為6h時(shí)，織物的退漿等級bs級(酶1.0 g/L)和6級(酶5.0 g/L)，退漿效果不佳。堆置時(shí)間增加到12 h以上，織物的退漿等級達到了7～8 及，退漿效果良好。酶質(zhì)量濃度為1.0 g/L時(shí)，堆置處理6h和12 h時(shí)織物的退漿率分別為96.04%和97.94%；酶靈量濃度為5.0 g/L時(shí)，堆置處理6h和12 h時(shí)織物的退嶷率分別為97.27%和98.95%，說(shuō)明堆置時(shí)間需在12 h 以上才能獲得良好的退漿效果。

2.1.3處理液pH

選擇酶質(zhì)量濃度分別為1.0 g/L和5.0 g/L，其他工藝條件同2.1.1節，考察處理液pH對堿性淀粉酶JN20 令軋堆退漿效果的影響，結果見(jiàn)表3和圖1。

處理液pH過(guò)高或過(guò)低都會(huì )使酶遭到不可逆的破啄，影響酶的穩定性和活性，導致其催化能力下降。由表3可見(jiàn)，在pH=9時(shí)，織物的退漿等級最高，達到了7～8級，退漿效果優(yōu)良；pH=10時(shí)，退漿等級為3級，退漿效果差。圖1中當酶的質(zhì)量濃度為l g/L時(shí)，隨著(zhù)pH的增大，織物的退漿率呈先增大后減小的趨勢，其中pH=9 時(shí)，退漿率最高，為98.11%。根據以上結果，堿性淀粉酶JN20冷軋堆退漿工藝中，選擇酶液pH=9。

表3處理液pH對退漿等級的影響

圖1處理液pH對退漿率的影響

2.1.4軋酶溫度

選擇酶質(zhì)量濃度分別為1.0 g/L和5.0 g/L，其他工藝條件同2.1.1節，考察軋酶溫度對堿性淀粉酶JN20冷軋堆退漿效果的影響，結果見(jiàn)表4和圖2。

表4軋酶溫度對退漿等級的影響

  圖2軋酶溫度對退漿率的影響

由表4可知：軋酶溫度為30～50℃時(shí)，織物的退漿等級為6～7級；軋酶溫度為60～90℃時(shí)，織物的退漿等級為7～8級，說(shuō)明適當提高軋酶溫度，可以提升退漿等級1級左右。由圖2可知：在酶質(zhì)量濃度為1.0 g/L時(shí)，軋酶溫度為30℃，織物的退漿率為97.09%；軋酶溫度90℃，織物的退漿率為98.48%。這可能是因為低溫時(shí)，酶分子和滲透劑的熱運動(dòng)速度慢，不易滲透到織物內部并與淀粉漿充分反應，故不能很好地分解淀粉；而浸軋熱酶液，既可以使織物上的漿料溶脹，又有利于淀粉酶的熱運動(dòng)，增加酶與淀粉的接觸，所以織物的退漿效果有所提升。當軋酶溫度為60℃時(shí)，織物的退漿等級達到7級以上，已經(jīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

2.2淀粉酶退漿與堿退漿工藝的比較

采用優(yōu)化的堿性淀粉酶JN20冷軋堆退漿工藝對織物進(jìn)行退漿（堿性淀粉酶JN20 1.0 g/L，堆置時(shí)間12 h，JFC l g/L，酶液pH=9，軋酶溫度60℃，軋余率90%～100%，堆置溫度30～35℃），與商品化淀粉酶2200K(活力為1000 U/mL)和氫氧化鈉退漿織物進(jìn)行對比，結果如表5所示。

表5不同工藝退漿織物的退漿效果、白度和斷裂強力

由表5可知，堿性淀粉酶JN20冷軋堆處理織物的退漿率可達98.28%，退漿等級為7級，遠高于淀粉酶2200K退漿織物的退漿率(94.91%)和退漿等級(4級)， 基本能達到堿冷軋堆退漿效果。堿冷軋堆退漿和酶冷軋堆退漿都能提升織物的白度，其中堿性淀粉酶JN2( 退漿織物的白度最好。與酶退漿織物相比，堿冷軋埔退漿織物的斷裂強力損失較多，強力損失率為26.94%，棉纖維損傷較大。

3結論

(1)堿性淀粉酶JN20冷軋堆退漿工藝為：酶質(zhì)量濃度1g/L，滲透劑JFC l g/L，堆置時(shí)間12 h，酶液pH=9，軋余率90%～100%.軋酶溫度60℃。

(2)棉織物經(jīng)堿性淀粉酶JN20退漿后，退漿等紉達到7級，退漿率可達98.28%，稍低于堿退蟓(98.78%)，退漿后織物的強力損傷較小，藍光白度得丑提升。與市售酸性淀粉酶2200K相比，在相同酶活和用量時(shí)，堿性淀粉酶JN20在堿性條件下進(jìn)行酶退漿，退漿效果優(yōu)于淀粉酶2200K。

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