中性纖維素酶FE洗絨工藝的應(yīng)用

申保雷，魏玉娟，王 碩

（河北科技大學紡織服裝學院，河北石家莊 050018）

目前，環(huán)境問題越來越受到人們的重視，減少污染，保護環(huán)境，已成為當代人的重要任務(wù)。對于羊絨洗滌行業(yè)，則需進一步優(yōu)化工藝來響應(yīng)保護環(huán)境的號召，研究出高效、環(huán)保的生態(tài)洗絨工藝以降低環(huán)境污染顯得越來越重要。傳統(tǒng)的酸炭化方法是利用酸使植物雜質(zhì)降解，不僅對羊絨纖維造成損傷還會造成環(huán)境污染，因此尋找一種節(jié)能環(huán)保且對羊絨纖維損傷較小的洗絨工藝十分必要。生物酶是一種高效、環(huán)保、可再生、可降解的生物產(chǎn)品，試圖用生物酶取代傳統(tǒng)工藝中有毒、污染環(huán)境、不可再生的化學制劑。伴隨對生物酶的深入研究和使用，發(fā)現(xiàn)它們具有高效、專一、反應(yīng)條件溫和、對人體無害、不會污染環(huán)境等許多優(yōu)良性能［1-2］。

羊絨中的草雜去除不干凈將給后道工序帶來不少麻煩，如紗線條干不均勻、斷頭增加、染色時不吸色造成染疵影響成品外觀質(zhì)量等［3］。傳統(tǒng)炭洗工藝是利用羊絨與草雜對酸穩(wěn)定程度不同將草雜除去的加工方法。草雜本質(zhì)是纖維素等物質(zhì)，吸收酸液后，在高溫作用下，整體結(jié)構(gòu)遭到破壞而脆化，加之機械作用易于粉碎去除［4-5］，但存在環(huán)境污染、對纖維損傷大等缺點。

原絨中植物性雜質(zhì)成分有木質(zhì)素、果膠、纖維素等［6］。生物酶是具有催化功能的蛋白質(zhì)，具有專一性、高效性、反應(yīng)條件溫和、較敏感等特性，能有針對性地去除羊絨中的雜質(zhì)而不損傷纖維［7］。中性纖維素酶FE主要對植物雜質(zhì)起作用，以合適的條件處理羊絨，從而達到去除雜質(zhì)而不損傷羊絨物理化學性能的效果。

1 實驗

1.1 材料

原羊絨，中性纖維素酶FE、98%硫酸（工業(yè)純）。

1.2 儀器

HH-4恒溫水浴鍋（常州國宇儀器制造有限公司），101-3AB 型電熱恒溫鼓風干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司），YG（B）008E 型電子單纖維強力機（溫州市大榮紡織儀器有限公司），WSB-II 白度儀（溫州儀器儀表有限公司）。

1.3 洗絨工藝流程

稱取羊絨→清水洗（去除水溶性雜質(zhì)）→脫水→配制洗絨溶液（浴比1∶30）→水浴加熱→清水洗→烘干（80 ℃）。

1.4 測試

白度：按照GB/T 8424.2—1997《紡織品 相對白度的儀器評定方法》用白度儀測試。

斷裂強力：按照FZ/T 98009—2011《電子單纖維強力儀測定實驗》測試。

失重率：原羊絨在處理前先烘干至恒重，用電子天平稱重m0；經(jīng)中性纖維素酶FE 處理過的羊絨烘干至恒重，用電子天平稱重m1，失重率［8］按下式計算：

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實驗

2.1.1 中性纖維素酶FE用量

由表1可知，隨著中性纖維素酶FE用量的增加，羊絨纖維的斷裂強力逐漸降低，而白度和失重率則逐漸升高最后趨于平穩(wěn)。原因是隨著中性纖維素酶FE 用量的不斷增加，羊絨中纖維素雜質(zhì)分解越來越完全，羊絨纖維白度和失重率逐漸增加。當中性纖維素酶FE 用量到達一定量時，纖維素雜質(zhì)被分解完全，此時繼續(xù)增加中性纖維素酶FE 用量，羊絨纖維白度和失重率基本不發(fā)生變化，但是對羊絨纖維的損傷越來越大，因而中性纖維素酶FE 最適用量為1.5%～2.5%（omf）。

表1 中性纖維素酶FE用量對洗絨效果的影響

2.1.2 洗絨溫度

由表2可知，隨著洗絨溫度的升高，羊絨纖維的斷裂強力不斷降低，而白度和失重率先升高后降低。原因是溫度較低時，隨著洗絨溫度的升高，中性纖維素酶FE 的活性越來越大，對羊絨中纖維素雜質(zhì)的處理程度越來越大，因而羊絨纖維的白度和失重率不斷增加，但溫度太高會使中性纖維素酶FE 的活性降低甚至失活，所以隨著溫度的繼續(xù)升高，羊絨纖維的白度和失重率降低。此外，隨著溫度的不斷升高，羊絨纖維受到的損傷也越來越大，因此中性纖維素酶FE的最適洗絨溫度為45～55 ℃。

表2 洗絨溫度對洗絨效果的影響

2.1.3 洗絨時間

洗絨時間對洗絨效果的影響見表3。

表3 洗絨時間對洗絨效果的影響

由表3可知，隨著時間的延長，羊絨纖維的斷裂強力不斷降低，白度和失重率不斷升高最后趨于穩(wěn)定。原因是隨著時間延長，中性纖維素酶FE 與羊絨中植物性雜質(zhì)的反應(yīng)越充分，去雜效果越好，從而使羊絨纖維白度和失重率不斷增加，但隨著時間的延長，羊絨纖維的損傷越來越大，因而纖維的斷裂強力不斷降低?？傮w來說，洗絨時間為40 min 時，羊絨纖維的斷裂強力較高，其他性能也較好。所以中性纖維素酶FE的最適洗絨時間為35～45 min。

2.1.4 pH

由表4可知，隨著pH的升高，羊絨纖維的斷裂強力逐漸降低，白度和失重率先升高后降低。原因是pH會影響酶的活性，中性纖維素酶FE在適宜的pH下活性較高，處理后羊絨纖維的白度和失重率較高，在不適宜的pH 下中性纖維素酶FE 的活性受到抑制甚至失活，所以羊絨纖維的白度和失重率會降低。此外，羊絨纖維耐酸不耐堿，隨著溶液堿性不斷增強，羊絨纖維受到的損傷越來越大，因此斷裂強力不斷降低。綜合考慮，中性纖維素酶FE的最適pH為5.5～6.5。

表4 pH對洗絨效果的影響

2.2 正交實驗

通過正交實驗進一步探究中性纖維素酶FE 用量、pH、洗絨溫度以及洗絨時間4 個因素的主次并找出最佳洗絨工藝，按照L9（34）正交表進行中性纖維素酶FE的洗絨實驗［9］，結(jié)果如表5。

由表5可知，對纖維斷裂強力來說，中性纖維素酶FE用量、pH、洗絨溫度、洗絨時間的極差R1分別為0.43、1.17、1.50、1.36，所以影響因素主次為：洗絨溫度＞洗絨時間＞pH＞中性纖維素酶FE用量。k值越大越好，所以優(yōu)化方案為A3B2C2D1，即中性纖維素酶FE 用量2.5%（omf），pH 6，洗絨溫度40 ℃，洗絨時間35 min。

對白度來說，中性纖維素酶FE用量、pH、洗絨溫度、洗絨時間的極差R2分別為0.70、2.50、2.70、1.30，所以影響因素主次為：洗絨溫度＞pH＞洗絨時間＞中性纖維素酶FE 用量。優(yōu)化方案為A1B1C1D1，即中性纖維素酶FE 用量1.5%（omf），pH 5.5，洗絨溫度35 ℃，洗絨時間35 min。

對失重率來說，中性纖維素酶FE用量、pH、洗絨溫度、洗絨時間的極差R3分別為1.33、1.47、6.30、2.33，所以影響因素主次為：洗絨溫度＞洗絨時間＞pH＞中性纖維素酶FE 用量，優(yōu)化方案為A1B3C1D2，即中性纖維素酶FE 用量1.5%（omf），pH 6.5，洗絨溫度35 ℃，洗絨時間40 min。

表5 中性纖維素酶FE洗絨工藝正交實驗表

2.3 不同工藝的比較

由表6可知，復(fù)合酶洗絨工藝處理后羊絨纖維失重率較高，中性纖維素酶FE 洗絨后羊絨纖維失重率最低，這是由于羊絨纖維中的雜質(zhì)不僅有纖維素雜質(zhì)還有木質(zhì)素、果膠等雜質(zhì)，復(fù)合酶可以去除羊絨纖維中的多種雜質(zhì)而纖維素酶只能去除羊絨纖維中的纖維素類雜質(zhì)，對其他雜質(zhì)沒有去除作用，但中性纖維素酶FE 處理后羊絨纖維斷裂強力和白度較好。雖然傳統(tǒng)酸炭化工藝處理后羊絨纖維失重率最高，但由于除雜過程劇烈，對羊絨纖維損傷較大，導(dǎo)致處理后羊絨纖維的斷裂強力和白度較低。

與傳統(tǒng)的酸炭化工藝相比較，中性纖維素酶FE洗絨工藝的硫酸用量下降99.9%，處理后羊絨單纖維斷裂強力和白度分別提高70.3%和72.4%，失重率下降61.4%。

表6 不同工藝的比較

3 結(jié)論

（1）中性纖維素酶FE 對植物性雜質(zhì)作用的最優(yōu)工藝：中性纖維素酶FE 用量1.5%～2.5%（omf），pH=5.5～6.5，洗絨溫度45～55 ℃，洗絨時間35～45 min，處理后與傳統(tǒng)的酸炭化工藝相比，單纖維的斷裂強力和白度分別提高70.3%和72.4%，失重率下降61.4%。

（2）與傳統(tǒng)酸炭化工藝相比，中性纖維素酶FE洗絨工藝酸用量減少99.9%，新工藝增加的生物酶制劑可生物降解、可再生，不會造成環(huán)境污染，因而新工藝更環(huán)保、更安全，應(yīng)用前景更廣。