酶利用的現(xiàn)狀和展望

劉輔庭

（原上海市紡織科學(xué)研究院200092）

1 環(huán)保的背景［1］

1987年聯(lián)合國(guó)環(huán)境和開(kāi)發(fā)委員會(huì)提出可持續(xù)開(kāi)發(fā)，成為環(huán)境對(duì)策的根本。盡量少用化學(xué)物質(zhì)構(gòu)筑循環(huán)型社會(huì)，提出3R（回用、再用、減少或調(diào)換）。

染整使用大量的水、能源、化學(xué)物質(zhì)。近年來(lái)德國(guó)提出吸附性有機(jī)鹵化合物的限制。含氯的化學(xué)藥劑使用后而排放，被水中的浮游生物取入，形成有機(jī)鹵化合物，轉(zhuǎn)移到魚(yú)類(lèi)，最后含在食品中，有致癌性。1987年德國(guó)規(guī)定為0.5mg／L。

2 酶利用的背景

可換用天然由來(lái)物質(zhì)，它有生物降解性，不破壞環(huán)境，而且可再生持續(xù)。生物加工中有酶加工。

3 酶

酶是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的高分子量蛋白質(zhì)構(gòu)成的有機(jī)催化劑。有助于反應(yīng)，催化劑無(wú)變化可反復(fù)使用。

酶的產(chǎn)源是細(xì)菌、霉或酵母，而產(chǎn)業(yè)用酶是土壤中的微生物。最近用轉(zhuǎn)基因技術(shù)或置換部分氨基酸，開(kāi)發(fā)合乎目的酶。結(jié)果大量生產(chǎn)，制造成本降低，純度提高，穩(wěn)定安全及成效率改善，價(jià)格可與合成化學(xué)物質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)。1987年報(bào)道酶洗劑有安全性。

酶蛋白質(zhì)有生物降解性，無(wú)吸收性有機(jī)鹵化合物。

4 酶的作用

按作用分水解酶、氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、脫離酶、異性化酶、合成酶。纖維領(lǐng)域用的是水解酶，也有氧化還原酶。

酶作用的特征是：（1）在溫和的反應(yīng)條件（常溫、常壓、中性pH），反應(yīng)加速發(fā)揮催化效果。無(wú)需高溫、強(qiáng)酸性、強(qiáng)堿性，因此耗能少，易排水處理?？捎糜诶w維加工及洗劑。（2）對(duì)接受酶作用的物質(zhì)（基質(zhì)）有嚴(yán)格的選擇性。作用于纖維素纖維的酶不作用于蛋白質(zhì)纖維。因此可選擇達(dá)到目的。（3）酶各有適當(dāng)溫度及pH，在最適條件下酶作用最大。一般由低溫到高溫催化活性增大，最高溫度多為40～60℃。在強(qiáng)酸堿性，活性低，在中性附近為極大。

5 酶的催化作用機(jī)理

酶有識(shí)別接受反應(yīng)基質(zhì)的基質(zhì)結(jié)合部位和高催化作用的催化部位（活性部位）。酶和基質(zhì)之間有離子結(jié)合、氫結(jié)合、疏水結(jié)合、配位結(jié)合、電荷移動(dòng)絡(luò)合物等力的作用，形成酶基質(zhì)復(fù)合體。不適合酶形成鉤孔（酶）的鉤（基質(zhì)）不接受催化作用。這是基質(zhì)的特異性。進(jìn)入酶結(jié)合部位的袋中的基質(zhì)由活性部位接受催化作用，成為生成物（P）。酶基質(zhì)復(fù)合體的形成是平衡反應(yīng)，生成物逐漸排出系統(tǒng)外，反應(yīng)逐漸進(jìn)行。反應(yīng)后酶恢復(fù)成原來(lái)的酶，作為催化劑用于下次反應(yīng)，理想上酶不變化不消耗，反復(fù)進(jìn)行反應(yīng)。

但是酶是蛋白質(zhì)，由酶熱發(fā)生變形及分解，特別在高溫，催化活性顯著降低。在連續(xù)酶處理時(shí)，為保持一定的酶活性，要不斷補(bǔ)充由于變性而失活的酶。

6 酶的利用

（1）酶用于退漿，使棉織物的經(jīng)紗所附的淀粉，由α-淀粉酶分解除去。高溫水使淀粉膨脹后，浸酶液軋后蒸熱，用熱水洗凈。絲的精練用蛋白酶。（2）絲的結(jié)構(gòu)是絲素構(gòu)成的兩根纖維由絲膠固著。生絲的絲膠蛋白質(zhì)由蛋白酶除去。（3）纖維素織物用纖維素酶進(jìn)行減量加工而柔軟。（4）牛仔布用生物洗，除去毛羽的天絲的桃皮整理，也利用纖維素酶。（5）為除去殘留的漂白劑也利用催化酶。（6）棉的生物精練，用堿果膠酶。用液流染色機(jī)進(jìn)行連續(xù)生物精練?，F(xiàn)在為除去雜質(zhì)，在強(qiáng)堿中100℃進(jìn)行。排水處理是問(wèn)題。用生物精練的優(yōu)點(diǎn)是中和條件、能成本降低、排水負(fù)荷減少、產(chǎn)品柔軟。生物精練時(shí)，30min的溫和條件下，效果如同堿精練，成本也相同。但精練速度為堿精練的約1／10，是重要課題。（7）毛的防縮整理試用蛋白酶，而角蛋白酶更有效。（8）洗劑利用酶提高洗凈力，為環(huán)保開(kāi)始無(wú)磷化。又研究氧化還原酶以防止再污染。

7 毛防縮整理利用酶［2］

現(xiàn)在廣泛用的防縮整理是Cl／Hercosett法。但殘留氯與表面活性劑、柔軟劑等結(jié)合可能生成AOX。又DCCA法也有用氯化合物的問(wèn)題。干洗用的溶劑主要是四氯乙烯，尚無(wú)代替品。

酶防縮整理主要用蛋白酶，但強(qiáng)度降低大。由于酶局部攻擊毛表面致使損傷。因此毛表面先經(jīng)PMS、臭氧、脈沖電暈的親水化前處理，然后進(jìn)行蛋白酶處理，可抑制強(qiáng)度降低。用角蛋白酶效果更好，但必須親水化前處理。

用三種角蛋白酶（粗酶、純度稍高酶、純酶）探討純度和強(qiáng)度的關(guān)系，結(jié)果可知用純酶更可抑制強(qiáng)度降低。酶處理?xiàng)l件和面積收縮率的關(guān)系是隨酶濃度及酶處理時(shí)間的增加，面積收縮率減少。經(jīng)脈沖電暈前處理時(shí)，收縮率顯著降低。在相同面積收縮率，含角蛋白多的酶，強(qiáng)度降低小。

脈沖電暈／角蛋白酶處理后的毛表面在濕態(tài)經(jīng)SEM觀察時(shí)，處理表面的鱗片平滑。這反映防縮性良好。無(wú)部分損傷，而抑制強(qiáng)度降低。手感未變。

8 利用酶的洗凈

利用氧化還原酶用于洗凈。

利用過(guò)氧化氫酶及助劑，可減少活性染色時(shí)間50%，節(jié)能30%。

用氧化還原的過(guò)氧化氫酶以防止洗滌時(shí)的移染。用過(guò)氧化氫酶在室溫弱堿條件可使偶氮褪色。過(guò)氧化氫酶的褪色行為經(jīng)分光法調(diào)研，褪色速度常數(shù)為過(guò)碳酸鈉的22倍，活性化能為1／6，防止移染效果優(yōu)。用活性化劑如碘酚，可使難褪色結(jié)構(gòu)的色素褪色。經(jīng)過(guò)氧化氫酶處理后，不影響尼龍的拉伸斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)。

分解染料而脫色的氧化還原酶還有漆酶、葡萄糖氧化酶等。

用漆酶的靛藍(lán)牛仔布的生物洗，探討代替石洗及化學(xué)洗。

作者選22種偶氮及蒽醌水溶性染料，用漆酶的分解脫色行為經(jīng)分光法調(diào)研，求出酶反應(yīng)的反應(yīng)速度參數(shù)。染料的分解行為分三種，即主峰減少的染料群、主峰減少而短波側(cè)的峰增大的染料群、主峰減少而短波及長(zhǎng)波側(cè)的峰增大。金屬配位染料的褪色速度顯著降低。從主峰的減少求出初期分解速度。表示漆酶的染料分解反應(yīng)強(qiáng)度的催化效率為102～105，按染料差異約600倍，今后需開(kāi)發(fā)媒劑以提高分解效率。

9 酶用于洗劑

初期使用蛋白酶，其后用淀粉酶、脂酶、纖維素酶等以提高洗凈力，而添加于洗劑。

日常生活中使用多量的合成洗劑，排水對(duì)環(huán)境的影響大。初期開(kāi)始無(wú)磷化，其后為降低環(huán)境負(fù)荷，從3R向少用石油由來(lái)的合成洗劑發(fā)展。因此用酶粉提高洗凈力的酶配合洗劑普及。添加于洗劑的酶，以蛋白酶為中心有效配合各種酶以提高洗凈力（混合酶置換洗劑、酶多混合、酶混合物）。洗滌溫度也低溫化。

最近粉末洗劑轉(zhuǎn)向易用的液體洗劑、超濃縮型液體洗劑市場(chǎng)。酶配合液體洗劑由于蛋白酶自消化或共存的其他蛋白酶的水解，長(zhǎng)期保存穩(wěn)定性成為問(wèn)題。因此開(kāi)發(fā)可逆結(jié)合蛋白酶的活性部位的穩(wěn)定劑。保存中穩(wěn)定劑與酶結(jié)合而活性降低，洗滌時(shí)穩(wěn)定劑脫離酶而美活性恢復(fù)。對(duì)洗劑配合的漂白劑有耐性的蛋白酶也改性開(kāi)發(fā)。對(duì)高溫高堿有耐性的蛋白酶也已開(kāi)發(fā)，用作清潔洗劑。根據(jù)報(bào)道，洗劑的增效劑沸石不影響酶活性，這是由于沸石不能捕集酶的Ca離子。

消費(fèi)者對(duì)洗劑的需求趨向于衣服經(jīng)幾次洗滌保持新品的外觀及手感。對(duì)白衣服保持白度的方法是直接作用于棉的微原纖而除去積蓄的黑污。纖維素的毛羽除去，保持白度，添加纖維素酶是有效的?？紤]到酶的最適溫度及酶反應(yīng)時(shí)間，約在40℃預(yù)浸10分鐘，可提高洗凈力。

1 0 結(jié)語(yǔ)

隨生物技術(shù)的進(jìn)步，已開(kāi)發(fā)合乎目的的酶，量產(chǎn)成本降低、純度提高、穩(wěn)定性、安全性、催化效率提高成已為可能。酶改質(zhì)，同時(shí)媒劑、活性劑、穩(wěn)定劑等添加劑也在研發(fā)。今后要最大限度發(fā)揮酶的特性來(lái)開(kāi)展酶的利用。

［1］ 高岸徹.酶利用的現(xiàn)狀和今后的展望［J］.加工技術(shù)（日），2014（49）10：1-5.

［2］ 長(zhǎng)鳴直子.酶利用的現(xiàn)狀和今后的展望［J］.加工技術(shù)（日），2014（49）10：14-20.