酶工程在轻工业中的应用 ——原料处理
院系：食品与生物工程系
班级：文生095-1 姓名：张晓伟 学号：200990521118 时间：2012-04-04
酶工程在轻工业中的应用——原料处理
张晓伟
摘要：概述了酶在轻工业原料处理中的主要应用这些酶主要为纤维素酶、霉菌蛋白酶、胰酶、糖酶、脂肪酶、淀粉酶、脂肪酶和果胶酶等的应用前景
关键词：酶、轻工业、原料处理、纺织、造纸
迄今为止,酶制剂已被广泛地应用于制革、毛皮、造纸、食品、发酵和纺织等行业中。
首先在纺织业原料处理中，纤维素酶主要用于减量处理、生物抛光处理、水洗和石磨处理及其它处理等。减料处理中纤维织物用纤维素酶处理都伴随着纤维的减量或失重, 并引起许多性能变化。棉织物经过纤维素酶整理后, 手感和外观可以有很大的改善。处理后的织物更光洁、颜色更鲜艳。织物的硬挺度和刚性降低, 光滑度和悬垂性提高, 使织物获得更好的手感。生物抛光处理中天然纤维素的结构复杂, 结晶度高, 在一定酶浓度和时间条件下很难把纤维素完全水解成葡萄糖单体, 仅对织物表面或伸出织物表面的茸毛状短小纤维作用。生物抛光也就是去除从纤维表面伸出的细微纤维, 经纤维素酶处理后稍经机械加工就可以得到表面平滑而茸毛少的织物。生物抛光的主要功效是使服装和面料长久保持光鲜、手感更柔软。水洗和石磨处理中纤维素酶还广泛应用于牛仔裤产品的洗涤加工, 代替石洗加工工艺。纤维素酶用于牛仔服装水洗石磨加工, 加工后的服装雪花点多、立体感强、色光好; 与传统的石磨工艺相比, 酶洗工艺条件温和, 耗能降低, 减少了服装和设备的磨损, 水洗效率高; 与传统的化学助剂整理工艺相比, 酶洗工艺大大减少了污水排放, 有利于环境
保护。除上述处理外, 纤维素酶还与脂肪酶、果胶除上述处理外, 纤维素酶还与脂肪酶、果胶酶共同应用于棉织物的精练加工, 去除棉纤维中的天然杂质, 为后续染色、印花和整理加工创造
条件。酶精练后的织物润湿性、强度保留率与碱精练相同, 失重率较少, 耗水率低。纤维素酶整理也用于黏胶、Lyocell和醋酸纤维织物, 能改善织物的手感、悬垂性, 去除织物表面的绒毛, 减少了黏胶织物的起球倾向和Lyocell织物的原纤化倾向。苎麻织物存在手感粗糙、穿着刺痒感问题, 严重影响了苎麻织物的使用性能, 通过纤维素酶减量整理, 能够使织物获得柔软的手感和光洁的布面, 刺痒感消失或改善。
酶在制革、毛皮工业中的应用最早仅限于酶脱毛和酶软化。主要应用有酶浸水 、脱脂 、酶法局部处理 、酶在浸灰、复灰中的应用 、酶软化及于酶制剂的制革前处理 酶浸水所使用的酶蛋白,能打断生皮在干燥过程中形成的交联键,溶解和除去纤维间质,从而促进生皮的回湿,使之迅速恢复到鲜皮状态。在酶浸水中所使用的酶主要有细菌和/或霉菌蛋白酶、胰酶和糖酶,也有配合使用或者单独使用的脂肪酶。浸水酶的主要成分都是碱性蛋白酶,对非胶原蛋白有很好的去除效果,最佳作用pH值一般在8～10。为了降低成本,也可选用糖酶和水解类蛋白酶,用于浸水。在实际生产中,浸水酶的使用往往是与脱脂并行的。浸水酶的介入,可以破坏原来包裹脂肪细胞的蛋白膜,从而,使得大量的游离脂肪分子被脱脂剂乳化而除去。应当注意的是,在这种情况下,应尽量避免使用对浸水酶具有抑制作用的脱脂剂。关于浸水酶在毛皮制造中的应用,所见报道不多。对淡干绵羊皮的浸水,可以采取多次浸水的工艺方案,在浸水中,一般是通过加入加酶洗粉以加速浸水过程。
酶脱脂是利用脂肪酶对油脂分子的水解作用,达到除去生皮内油脂的目的。
脂肪酶应当满足以下要求:①脂肪酶在pH值8～10的范围内有较高的活性和稳定性;②具有较高的耐热性;③能与表面活性剂相容;④能与其它蛋白酶相容。脂肪酶主要来源于动物、霉菌和某些植物。酶制剂可广泛应用于浸水、浸灰及软化等工序。酶脱脂的主要优点表现在以下几方面:①脱脂均匀,脱脂废液中的油脂更易分离回收;②在浸水、浸灰等工序中使用脂肪酶,裸皮表面更洁净、平整;③可减少表面活性剂的用量,甚至不使用表面活性剂;④能提高成革质量,尤其是可以改善绒面革的质量,有利于制造防水革的低雾化值的汽车座垫革;⑤对于多脂皮的脱脂,可以避免使用溶剂脱脂,从而降低生产成本。
酶制剂在浸灰、复灰中的应用,是作为一种助剂存在的。制革中浸灰、复灰的主要作用是分离和松散胶原纤维。研究表明,生皮中含有质量分数065%～117%的硫酸皮肤素,从糖醛酸端接到蛋白肽链的丝氨酸残基上,构成共价结合的硫酸皮肤素蛋白多糖,其分子质量为3×105,有规律地线性排列在胶原表面形成紧密的网,与胶原牢固结合,表现出极强的黏性。浸灰、复灰过程中,皮胶原纤维的松散程度与硫酸皮肤素的除去程度密切相关。在浸灰过程中加入耐碱的蛋白酶,硫酸皮肤素的除去速度和除去率都明显增加,成革的柔软度、强度亦有明显增加。酶在浸灰、复灰中应用的优点是显而易见的:①可促进皮胶原纤维的分离和松散;②能消除皱纹,清洁粒面;③可减少硫化钠的用量,减轻污染;④改善成革的柔软度、强度,制作绒面革时,有利于起绒;⑤可明显提高得革率。
现代制革上讲的酶软化已与传统酶软化迥然不同。
第一,从工艺设置上讲,传统的酶软化是在脱灰之后设置的专门工序(或称之为常规酶软化),而现代酶软化则不尽然,它可能是一个阶段。现代酶软化可以分为3个阶段,即脱灰后酶软化、浸酸中的酶软化以及蓝坯革复鞣前的酶软化。
第二,从工艺条件上讲,传统的酶软化需要在较高的温度(36～38℃)下作用,而现代酶软化要求在较大用量、较低温度、较长时间的条件下进行作用。
第三,从软化效果上来看,传统酶软化的可控性差,质量不稳定;而现代酶软化的可控性好,可作用于皮的内层,且内外软化均匀,从而显著地提高成革质量。
(1)脱灰后的酶软化通过脱灰后的酶软化,可以进一步除去胶原纤维间质和分散纤维。软化不足,成革板硬、粒面不清晰;而软化过度,则成革柔软,但易产生松面、延伸性大以及粒面强度差等质量问题。适当的酶软化对于提高成革的感观性能至关重要。
(2)浸酸中的酶软化关于在浸酸浴中对裸皮进行酶软化的问题,国内外都有过很多的研究。 酸性条件软化裸皮,其作用缓和、均匀,可以获得与单独使用中性蛋白酶基本相近的软化效果。
(3)蓝湿坯革的酶软化
在已有研究的基础上,运用技术集成的原理与方法,实现基于酶制剂的制革前处理,对于改变制革行业的落后面貌有着重要意义。采用制革工艺板块模式,将猪皮前处理划分为酶脱脂工艺板块、酶-碱结合脱毛工艺板块以及酶软
化等3个工艺板块,并对其逐一进行研究优化,最后将已优化的工艺板块组装、运行,构建出基于酶制剂的猪皮前处理定型工艺,经大生产验证结果表明:成革手感好,质量、得革率也得到大幅度提高。制革综合废水中的有害物质的量大大降低,减轻了猪皮制革的污染。
生物酶在造纸工业上也有重要应用，造纸工业用酶包括纤维素(Cellulase)、半纤维素酶(Hemicellulase)、木素降解(Ligninase)、淀粉酶(Amylase)、脂肪酶(Lipase)、果胶酶(Pectinase)、漆酶（Laccase)，其中应用较多较重要的酶为纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、漆酶。 1、木素的生物降解：的造纸原料有草类、木材、麻类、棉花等，这些原料主要由三部分组成即纤维素、半纤维素和木素。用于木素降解的酶，主要有漆酶、木素酶(木素过氧化物酶，锰过氧化物酶)。漆酶是一类含铜的胞外氧化酶，漆酶可以让木素生物降解。木素降解酶分为木素过氧化物酶和锰过氧化物酶，它们能催化木素的降解。造纸原料，特别是木材经过木素生物降解可以去除原料中的大部分木素。
木素降解酶典型的模式有：①木素过氧化物酶+锰过氧化物酶；②锰过氧化物酶十漆酶型；③木素过氧化物酶+漆酶型及其他酶型。
基本机理为：原料的木素经过酶降解成低分子质量木素，增加木素的溶出和被抽提的能力，从而实现木素与纤维素、半纤维素的分离。但这种降解过程比较费时，需要与化学或机械制浆的过程结合才能满足现代化生产的需求。
2、生物制浆：过木素生物降解的原料，结合化学、机械制浆和其他生物酶再进一步分离出纤维原料的过程叫生物制浆。不同的原料会用到不同的生
物酶。
生物制浆的基本生产工艺：木片——酶或菌处理30天—— 化学或机械制浆。
优点：生物化学制浆和生物机械制浆与传统的制浆比较，能耗低，环境压力小，耗碱量可降低40％ ，制浆得率高，残碱少，强度性能好。 3、纸浆的生物漂白
生物漂白就是利用微生物或其产生的酶与纸浆中的某些成分作用，改善和提高纸浆白度的过程。
纸浆生物漂白用酶主要有两类：半纤维素酶和木素降解酶。半纤维素酶包括聚木糖酶和聚甘露糖酶；木素降解酶主要有木素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶。也有直接用白腐菌(white rot fungus)漂白纸浆的。 生物漂白的主要目的是不用或少用化学漂白剂来改善纸浆的性能，减少漂白的污染。
加深文章理解的文字：（大量的研究结果表明，不管是阔叶木浆还是针叶木浆，是硫酸盐浆还是亚硫酸盐浆，不论是与传统的CED或D／CEDED漂白流程配合，还是与一些含氧漂白剂如臭氧、过氧化氢、过氧酸配合，利用半纤维素酶预处理助漂都能改善纸浆的可漂性，减少后续漂白剂的用量。另外还可以增加漂白纸浆的产量，降低漂白废水中的AOX（可吸收卤化物）的含量。半纤维素酶对纸浆的辅助漂白很成功，但半纤维素酶不能直接降解浆中的残余木素，而微生物(白腐菌)可以直接与浆中的残余木素作用而达到脱木素和漂白纸浆的目的。木素过氧化物酶、锰过氧化物酶、漆酶因能直接氧化和降解纸浆中的残余木素，降低纸浆卡伯值，提高白度而用于纸
浆的生物漂白。）
不同的原料有不同的工艺过程：(1)松木生物硫酸盐制浆：松木 酶处理(聚甘露糖酶和聚木糖酶1o0～5o0nkat／g) DOED 漂白或QPPP漂白；桉木生物亚硫酸盐制浆：桉木 聚木糖酶处理OD1EOD2P漂白。(2)草类纸浆的半纤维素酶漂白：麦草 酶处理(聚木糖酶3-6 IU／g浆，pH值4．5-5．5，50oC，100 min，浆质量份数为8％)__ 次氯酸盐漂白；芦苇 酶处理(聚木精酶0．2mL／kg浆，pH值6-7，浆质量份数为10％，50~C，90min)XAPDTNPA 漂白。 4、 废纸的生物脱墨化学方法脱墨制浆的特点是：白度低、滤水性差、适应性差、化学药品使用量大、环境负荷大。而生物脱墨可以解决上述的一系列问题，不同的废纸可选用不同的生物酶，可以有一种酶，也可以有几种酶。
一般的工艺过程为：碎浆——酶脱墨——酶失活——浮选。酶脱墨的工艺参数为：pH值5．0，酶用量1．0 IU／g(绝干浆)，50oCx30min，酶失活100oCx50min，不同的研究人员采用的工艺略有不同。与化学脱墨法相比，废报纸酶脱墨过程中疏解时间短、耗能少，脱墨浆易于漂白、纸浆白度高。化学法脱墨难以达到理想的脱墨效果和成浆质量，并对环境造成较为严重的污染，而用纤维素酶和淀粉酶的混合酶液对形形色色印刷废报纸进行脱墨处理，可以得到理想的脱墨效果。
随着人们对酶和酶技术的研究的不断深入，酶的应用前景也将更加广阔。
参考文献：
《酶在食品工业、轻工业和环境保护上的应用分析》莆田学院学报-第12卷 第2期 2005年4月 林建成
《酶在木材纸浆制造工业中的应用》 南京林业大学 210037 姚光裕 《酶法预处理对花生蛋白提取效果的影响》 农业工程学报-第25卷 第3期 2009年3月 王章存、王雷、董吉林、李昌文、张培旗
《酶制剂工业概况及其应用进展》工业微生物-第33卷 第4期 2003年12月胡学智
《芦丁一Q一鼠李糖苷酶分离提纯及其酶性质》大连轻工业学院学报-第23卷 第1期 2004年3月 王 侃、鱼红闪、金凤燮
