酶制剂在麻纺原料加工中的应用

0 引言 　　在麻类作物的韧皮中含有大量的纤维素和一些胶杂质，由于胶杂质使纤维胶结在一起，因而麻纤维不能直接用来纺纱。此外，在麻类作物的生长、收割和剥制过程中韧皮上留下的各种疵点的存在都不利于纺纱工程的进行，因此在纺纱前必须进行脱胶。脱胶是麻纤维初步加工中的一道重要工序，它将韧皮中的胶质去除，使麻纤维相互分离。对于不同的麻纤维，由于物理机械性能不同，用途不同，因此各种麻的脱胶方法也各不相同。现在主要有化学脱胶和生物脱胶两种，由于化学脱胶存在着麻纤维品质差，成本高，污染环境等缺点，因此，随着生物技术的发展，生物酶法脱胶在麻纺原料加工中的应用和研究逐渐受到重视，本文将着重对酶法脱胶进行初步的探讨。 　　1 生物技术在纺织上的应用 　　20世纪40年代后，生物技术在理论和实用方面都获得了迅速的发展，为今后生物技术的应用打下了坚实的基础，现在生物技术已经广泛用于农、林、医及食品、纺织、日化等行业。生物技术在纺织上的应用在我国有着悠久的历史，远在唐宋时期已掌握从动植物体中提取酶的技术，并利用酶进行丝织品的脱胶和精练。欧美、日本等约在1857 年开始应用麦芽糖提取酶除去织物的淀粉浆料，以利于印花。现在生物技术在纺织上已经被广泛应用，利用酶进行麻类纤维的生物脱胶、麻类纤维的柔软处理、丝绸的精练、坯布的退浆，以及利用酶进行纺织后整理的废水处理等等。在织物的后整理中也可以应用酶，如利用纤维素酶可以成功地去除起球起毛等疵点，减少毛羽及改善手感光滑度或达到褪色充旧(石磨水洗)效果，提高了织物的品质，但不损伤织物。这是一种相对年轻的技术，但已得到很广泛的工业应用。生物技术应用于纺织行业，提高了生产效率和产品质量，降低了成本，减小了环境污染，产生了明显的经济效益。 　　2 麻类纤维生物脱胶的研究现状 　　2.1 麻类纤维生物脱胶的研究现状 　　长期以来，麻纺原料的初步加工主要是指以苎麻为主的化学脱胶和以亚麻为主的生物沤麻法脱胶，新技术的研究主要侧重于研制高效、经济的碱煮练助剂以及新型煮锅和带状精干麻生产线。长期以来使用的传统脱胶方法由于其处理时间较长、要耗用大量的水、处理过的污水中含有大量的有害化学成分、回收不易丑环境污染等问题不能得到有效的解决，因此科学工作者开始寻找新的脱胶方法。随着生物技术的发展，生物酶制剂在麻纺原料加工中的应用已经引起人们的注意，纺织工作者正在加强这方面的研究。 　　2.2 酶的有关概念 　　酶是由细胞产生的，具有蛋白质性质的有机催化剂。酶和一般的无机催化剂相比，其特点是催化效率极高，并且具有高度的专一性，酶的催化效率要比简单的无机催化剂的催化效率高1000万～10万亿倍，正是由于酶有这样强的催化效能，所以细胞在温和的条件下就能顺利地进行催化反应。酶的高度专一性表现为，一定的酶只能作用于一定的物质，生成一定的产物，如淀粉酶只能水解淀粉，蛋白酶只能水解蛋白，二者不能互相替代。酶是由蛋白质组成的，具有蛋白质的一切性质，但酶比较脆弱，容易丧失催化活性。凡能破坏蛋白质的结构，使蛋白质变性的因素(如高温、强酸、强碱、重金属等)，也都会使酶丧失活性。 　　2.3 酶法脱胶在麻纺初步加工中的应用 　　纤维植物的纤维均在植物茎杆的韧皮部内，脱胶的目的就在于利用微生物的作用分解韧皮部与木质部之间、韧皮部与皮及薄膜组织之间的果胶类物质，以获得纺织工业的原料纤维。酶法脱胶是将脱胶菌培养到细菌的衰老期后所产生的大量粗酶液，用此粗酶液浸渍麻类韧皮，或将粗酶液提纯，浓缩成液剂，或将粗酶液干燥为粉剂，使用时再将浓溶液或将粉剂溶于水，然后再浸渍麻类韧皮，使高分子的果胶及半纤维素等胶质在酶的作用下分解成低分子量的组分而溶于水中或变成易去除的物质。 　　应用生物酶对原麻进行脱胶，可降低脱胶成本，减少环境污染，提高精干麻的制成率和精梳梳成率，且酶脱胶后的纤维蓬松卷曲，纤维的平均长度增加，麻粒、毛羽明显减少，细纱品质指标显著提高。 　　2.3.1 苎麻脱胶 　　目前苎麻脱胶生产都是采用以烧碱为主的化学脱胶工艺，由于使用强酸和强碱的高温高压或常温常压煮练，会使部分纤维分子链断裂，结晶度提高，因而精干麻刚性大，抱合力差，织物手感粗硬，服用刺痒。另外，由于大量化工原料和能源的消耗，生产成本高，环境污染严重，生物脱胶技术的研究应用为解决这些问题找到了一条出路。 　　但是由于目前研制出的酶制剂活性不高，生物脱胶还不能完全替代化学脱胶。有人曾经试过只用微生物脱胶而不经过任何化学处理，纤维强力损伤虽小，但只能去除41.6％的胶质，含胶量高，用于纺纱还不理想。现在研究最多的是生物酶一化学联合脱胶法。为了有效地利用酶的活力，在酶处理前采用预处理工艺，即将原麻浸在含有表面活性剂的溶液中，在70℃下浸泡15min后取出，冲洗。酶处理时的工艺参数为：果胶酶浓度：5g/l，时间：3h， pH：3.3±0.2，温度：60±1℃。经过酶处理后的纤维如仍不能满足纺织加工中的需要，则需进行后处理，后处理工艺为：三聚磷酸钠溶液： 0.45％，温度：120℃，压力：0.196MPa，时间1.5h，NaOH浓度：0.6％。经过上述工艺处理后取得了如下效果： 　　(1)联合脱胶所取得的麻纤维品质优良，残胶率低，纤维损伤小，未经漂白工序的纤维，其白度与常规化学脱胶的精干麻白度相当。 　　(2)联合脱胶缩短了工序，脱胶麻直接给油后，纤维的各项指标基本满足后加工的需要。 　　(3)碱处理用碱量可减少，这样处理后的污水中含碱量降低，有利于改善环境污染。中国农业科学研究所自1972年开展了生物脱胶技术研究，至1985年苎麻细菌化学联合脱胶技术通过了纺织工业部和农牧渔业部共同委托湖南省科委主持的中试技术鉴定，并获得了国家发明专利，率先将生物技术用于苎麻脱胶生产上。其生产工艺流程为： 　　2002年，印染行业利润总额18.52亿元、同比增长21.68%，人均创利6290元、同比增长18.61%，工业增加值（当年价）163.63亿元、同比增长12.52%，全行业亏损面下降 5.73个百分点，亏损企业亏损总额同比下降5.48%。资产负债率62.27%、同比下降2.78个百分点。全行业经济效益状况呈现良好态势,利润稳步增长，达到近年来最好水平。 　　　　　　　　　　　菌种制育 　　 　　　　　　　　　　　　　↓ 　　生苎麻扎把→装笼→生物脱胶→精练→打纤→漂酸洗→脱水抖麻(或烘干)→给油→脱水抖麻→烘干 　　广东连南精干麻厂应用该技术稳定生产后，经过产品检测，精干麻理化指标能满足现代高档纺织要求，经广东乐昌苎麻厂进一步试产，其27．78tex纯麻纱获得广东省1990年度优质产品。 　　2.3.2 亚麻脱胶 　　亚麻的脱胶方法主要可分为3种：雨露浸法脱胶、水浸渍法脱胶及酶法脱胶。雨露浸法是一种最古老的方法，在国内外农村中普遍采用。它是将麻茎铺放在露天中，利用雨水和露水的自然浸渍和细菌分解条件来达到脱胶的目的，此法操作简单，但纤维质量较差，不稳定，受环境温湿度条件的限制，劳动力消耗大，占地面积大，时间长。水浸渍法有冷水浸渍和温水浸渍两种，冷水浸渍法是将麻茎放人池塘或湖泊中浸渍，利用天然水浸渍和细菌分解来完成脱胶，此法亦很简单，但纤维质量较差。温水浸渍法是将麻茎放人麻池中，在适宜的温度下浸渍一定的时间，由于此法对脱胶条件能很好控制，麻纤维质量较好，国内外的亚麻加工厂基本用此法。　　 　　在我国亚麻原茎脱胶多采用温水浸渍法，俗称"沤麻"，这种方法利用原茎和水源中的微生物自然发酵作用，产生果胶酶等酶类，使果胶类物质部分分解。但是沤麻法仍存在浸渍周期长，工艺条件不易稳定控制，麻纤维质量不稳定，纤维易受细菌的感染，污染水源等问题。近年来，国内外都对酶法脱胶进行了研究，国外有采用沤麻时直接加入生物酶和助剂的方法，可缩短沤麻周期，改善和加速麻的生物过程。目前我国也有这方面的研究，研究的结果表明： 　　(1)适宜的加酶时间为沤麻开始后的8h。 　　(2)加酶量越大，即沤麻液中果胶酶浓度提高，亚麻原茎中胶质的分解速度越快，与不加果胶酶的对照样相比，添加1.5g/ml的样品，缩短沤麻时间66％，适宜的加酶量为5.1×106-6.8×106u/t干茎。 　　(3)半纤维素酶和果胶酶混合使用进一步缩短沤麻时间，两种酶的加入配比为1∶1时，协同分解韧皮中胶质的速度最快，沤麻时间只为34h，是不加果胶酶对照样沤麻时间的26％。 　　(4)在38％下酶法沤麻时间可缩短为31h。在该温度下外加的两种酶与自然微生物产生的酶协同作用分解胶质的速度最快，沤麻时间与对照样相比可缩短75％。 　　通过生物酶的作用，纤维素与木质素，半纤维素分离效果相当好，且酶法脱胶因为无需使用有害化学助剂而对环境污染小。Robin Anson也认为，在密闭环境下，用二氧化硫加催化剂酶可在几小时内达到传统方法5-10天内脱胶处理的效果，处理时间可大大缩短。目前亚麻酶法脱胶多是实验室研究结果，有待进一步做大量研究工作，使之达到实际生产使用水平。 　　2.3.3 大麻脱胶 　　由于大麻纤维过短，一般为12-25mm，只能采用与亚麻相似的半脱胶。另外大麻中木质素、果胶、半纤维素含量较高，木质素含量与苎麻、亚麻相比是最高的，而纤维素的含量相对于其它麻类纤维较低，从而脱胶难度较大。我国目前的大麻纺织企业大多数采用化学脱胶法。根据原麻品质和纺纱工艺的不同要求，分别在高温高压或常温常压下进行，但是根据王德骥的研究结果表明，大麻经浓度为5g/l的预酸处理及二级煮练以后，木质素的含量在1.5％以上，即使经过后工序中的漂白作用也难以达到要求，并且化学脱胶不但耗碱多，耗水多，污染环境严重，而且由于进行全脱胶，纤维成单纤维状态，不能用于纺织，因<