CN105401448B - 一种基于栓菌产粗酶液的棉织物酶精练方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于栓菌产粗酶液的棉织物酶精练方法，属于纺织技术领域。本发明方法采用自然界筛选的栓菌Trametes sp.LEF01并经棉籽壳基生物质诱导发酵生产的粗酶液进行棉织物精练加工，粗酶液含有可协同降解棉籽壳的漆酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等多种酶成分，体系中各酶具有非常好的相容性，克服了单一酶复配所带来的相容性差问题，并且在获得较好润湿性的同时，实现了棉籽壳的降解去除，从根本上解决了棉织物酶精练工业化生产的技术障碍。

Description

一种基于栓菌产粗酶液的棉织物酶精练方法
技术领域
本发明涉及一种基于栓菌产粗酶液的棉织物酶精练方法，属于纺织技术领域。
背景技术
棉织物的前处理，包括原布准备、烧毛、退浆、精练(煮练)、漂白、开幅、轧水、烘干和丝光工序，以去除纤维中的果胶、蜡质、棉籽壳和浆料等杂质，提高织物的外观和内在质量。
棉纤维生长时，有天然杂质(果胶质、蜡状物质、含氮物质等)一起伴生。棉织物经过退浆后，大部分浆料及部分天然杂质已被去除，但棉纤维中的大部分天然杂质，如蜡状物质、果胶物质、含氮物质、棉籽壳及部分油剂和少量浆料等还残留在棉织物上，使棉织物布面较黄、渗透性差，不能适应染色、印花加工的要求。同时，由于有棉籽壳的存在，大大影响了棉布的外观质量。为了使棉织物具有一定的吸水性，有利于印染过程中染料的吸附、扩散，在退浆以后，还要经过精练，以去除棉纤维中大部分残留杂质。
长期以来，棉织物精练一直采用碱处理工艺，利用烧碱和其他煮练助剂与果胶质、蜡状物质、含氮物质、棉籽壳发生化学降解反应或乳化作用、膨化作用等，经水洗后使杂质从织物上退除。该过程耗用大量的水和碱，排放的废水pH值、COD值严重超标，影响了生态环境，并且较强的碱和高温处理还会损伤纤维。随着人们对资源和环境保护意识的增强，迫切需要利用生物技术来改造传统产业。国外从二十世纪八十年代开始掀起了生物酶在纺织品上应用研究的热潮，但重点是生物酶后整理，而对生物酶在棉织物前处理方面的应用直到上世纪未才开始研究。九十年代丹麦诺维信公司和日本大阪大学分别开发出碱性果胶酶和原果胶酶以后，生物酶前处理技术在工业上的应用逐渐得到发展。
国内外有关棉织物生物酶前处理的研究，最初注重于酶种的选择，着重单一酶如果胶酶、脂肪酶等对提高棉纤维润湿性的作用。相同条件下，相比于果胶酶，纤维素酶的使用则可能产生失重和强力损失。近几年来开始转向研究不同酶混合后组成的复合酶对提高棉纤维润湿性的协同作用，其重点为果胶酶和纤维素酶，或添加蛋白酶、脂肪酶，拼用后对棉织物前处理有一定的协同作用，可有效地去除棉纤维上的杂质，但是不同酶酶学性质不一样，往往存在相容性差问题，而且与碱处理相比在润湿性改善和棉籽壳去除方面还存在一定的差距。而且，本世纪初，国内推出了多种商业复合酶制剂，但这些产品大都为生物酶与化学品(尤其是碱的混合物)相拼混的产品，而且使用时必须用高达10g/L～15g/L(100％H2O2)的双氧水进行氧漂处理，其耗碱量高，氧化激烈，易使织物受损。另外，这些“复合酶”尽管品种很多，但由于效果和环保等因素在生产上尚未得到推广应用。
总之，现有的棉织物酶精练技术无论是采用单一酶还是复合酶，在对棉籽壳去除效果上不理想，特别是对布面棉籽壳较高的织物更是如此(即使润湿性取得不错效果)，很多文献或专利报道回避这一点(不提棉籽壳处理效果)。然而，棉籽壳肉眼可见，是工厂实际生产中最直观的棉精练效果之一。这也是酶精练虽有大量报道，但目前仍未实现工业化生产的最主要原因。
发明内容
为了克服目前生物酶精练工艺存在棉籽壳难以去除、成本偏高等问题，特别是生物酶法对于一些品质相对较差的棉织物(布面含有较多棉籽壳)处理效果差的问题，本发明采用自然界筛选的栓菌并经棉籽壳组成成分结构类似物(木质素磺酸钠)诱导发酵生产的粗酶液(含有可协同降解棉籽壳的漆酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等多种酶成分)进行棉织物精练加工，采用了低成本的一菌多酶发酵工艺，体系中各酶具有非常好的相容性，克服了单一酶复配所带来的相容性差问题，并且在获得较好润湿性的同时，实现了棉籽壳的降解去除，从根本上解决了棉织物酶精练工业化生产的技术障碍。
本发明首先筛选获得了一株栓菌Trametes sp.LEF01，已于2015年5月18日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心CGMCC，保藏号为CGMCC No.10489。所述栓菌CGMCC No.10489发酵可获得多酶体系粗酶液，粗酶液中漆酶酶活可达4100.8U/L，纤维素酶酶活可达2310U/L，半纤维素酶酶活可达21271.8U/L，果胶酶酶活可达19800U/L。
本发明的目的是提供一种栓菌产粗酶液的棉织物酶精练方法，是将棉织物先浸轧酶液，然后保温堆置一段时间，最后进行水洗、灭酶。
所述酶液中含有栓菌Trametes sp.LEF01发酵生产的粗酶液；该菌于2015年5月18日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心CGMCC，保藏号为CGMCCNo.10489。
所述栓菌CGMCC No.10489发酵可获得多酶体系粗酶液，该粗酶液含有漆酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等复合酶系。
在本发明的一种实施方式中，所述粗酶液是经木质素磺酸钠诱导发酵生产的粗酶液。
在本发明的一种实施方式中，所述粗酶液的制备方法是：将栓菌CGMCC No.10489活化后接种于马铃薯液体培养基中，在28-30℃、120-180rpm的条件下振荡培养5-7天，离心取上清即得粗酶液。得到的粗酶液中漆酶酶活630.6U/L，纤维素酶酶活1108.9U/L，半纤维素酶酶活3844.9U/L，果胶酶酶活520.7U/L。
在本发明的一种实施方式中，所述马铃薯液体培养基中还添加有木质素磺酸盐。
在本发明的一种实施方式中，所述马铃薯液体培养基的制备方法：每L的配方，取去皮马铃薯200g、切块、煮沸、过滤，然后补足至1L，并加入20.0g葡萄糖。
在本发明的一种实施方式中，所述木质素磺酸盐的添加量为0.8-1g。得到的粗酶液中漆酶酶活3080.8-4100.8U/L，纤维素酶酶活1910-2310U/L，半纤维素酶酶活16271.8-21271.8U/L，果胶酶酶活16800U-19800U/L。
在本发明的一种实施方式中，所述浸轧时粗酶液的用量为1-5g/L，处理温度为30-50℃。
在本发明的一种实施方式中，所述保温堆置是在20-30℃堆置8-24小时。
在本发明的一种实施方式中，所述水洗是于90-95℃水洗，以去除酶降解的杂质，并兼具使酶失活作用。
在本发明的一种实施方式中，所述方法在水洗后还含有漂白步骤，漂白后无棉籽壳残留。
在本发明的一种实施方式中，所述方法具体是：(1)浸轧酶液：采用栓菌CGMCCNo.10489发酵生产的粗酶液，轧酶温度30-50℃，粗酶液用量1-5g/L，渗透剂1-5g/L，轧酶后织物打卷；(2)保温堆置：打卷织物在20-30℃堆置8-24小时，堆置过程中织物缓慢转动；(3)水洗：织物解卷后于90-95℃水洗，以去除酶降解的杂质，并兼具使酶失活作用。
在本发明的一种实施方式中，所述方法浸轧时料液比为1：20-1：50。
在本发明的一种实施方式中，所述棉织物为经烧毛、退浆处理后的纯棉机织物。
在本发明的一种实施方式中，所述纯棉机织物为府绸、纱卡、平布。
本发明的有益效果：
(1)含有可协同降解棉籽壳的漆酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等多种酶成分，各酶具有非常好的相容性，克服了单一酶复配所带来的相容性差问题；精练效果好，润湿性：滴水时间小于1s，白度70％以上，强力损失小于5％，废水COD值为碱精练的10-20％；经后续常规漂白后布面无棉籽壳残留。
(2)全面提升棉织物的酶精练效果
(a)不损伤纤维，织物失重降低，可提高棉织物品质；
(b)织物手感柔软、丰满，布面亮泽、无棉籽壳残留、纹理清晰；
(c)改善染色性能，匀染性提高、得色量上升，染色次品率大幅下降；
(d)对特殊敏感型纤维的精练更具安全性和可靠性，如天然彩棉，棉/毛、棉/丝、棉/麻等。
(3)节能降耗，降低综合成本
(a)能耗、水耗及污水处理费用均显著降低；
(b)显著减少废水的COD值和废水量，达到清洁化生产要求。
(c)作业环境安全，对设备损伤小。
生物材料保藏：
一种栓菌，分类学命名为栓菌Trametes sp.，于2015年5月18日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心CGMCC，保藏号为CGMCC No.10489，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
具体实施方式
(1)漆酶酶活
定义：1min内氧化ABTS生成1μmol ABTS自由基所需酶量为1个酶活单位。
测定方法：以ABTS(2,2'-二氮-双(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)铵盐)为底物测定漆酶酶活，即取2mL 0.5mmol/L ABTS溶液(用pH5.0，浓度为0.05mol/L的醋酸-醋酸钠缓冲液配制)，空白样用等量缓冲溶液替代，37℃预热，加入1mL粗酶液，测定420nm处吸光度变化率。漆酶酶活＝吸光度变化率×反应液体积×1000×稀释倍数/摩尔吸光数。
(2)纤维素酶酶活
定义：1min内产生1μmol葡萄糖所需的酶量为1个酶活单位。
测定方法：利用DNS法(3,5-二硝基水杨酸法)测定纤维素酶酶活，即取0.2mL粗酶液，加入1.8mL质量分数0.625％羧甲基纤维素钠(CMC-Na)溶液(用pH为4.8，0.2mol/L醋酸-醋酸钠缓冲溶液配制)，空白样加入等量醋酸-醋酸钠缓冲溶液，于50℃反应30min后立即加入2mL DNS试剂，沸水浴10min显色，冷却，稀释定容至一定倍数，充分混匀，测定550nm处吸光度。纤维素酶酶活＝葡萄糖浓度×反应液体积×1000×稀释倍数/反应时间。
(3)半纤维素酶酶活
定义：1min内产生1μmol木糖所需的酶量为1个酶活单位。
测定方法：利用DNS法测定半纤维素酶酶活，即取1mL粗酶液，加入2mL质量分数为0.5％的木聚糖悬浮液(用pH4.8，浓度0.05mol/L的醋酸-醋酸钠缓冲溶液配制)，空白样加入等量醋酸-醋酸钠缓冲溶液，在60℃下处理30min后立即加入2mLDNS试剂终止反应，沸水浴10min显色，冷却至室温，稀释定容至适当体积，混合均匀后测定540nm处吸光度。半纤维素酶酶活计算方法为：根据木糖标准曲线得到木糖浓度，半纤维素酶酶活＝木糖浓度×反应液体积×1000×稀释倍数/反应时间。
(4)果胶酶酶活
定义：1min内使聚半乳糖醛酸催化裂解产生1μmol不饱和半乳糖醛酸的酶量。
测定方法：以果胶为底物测定果胶酶酶活，即取1mL粗酶液，加入2mL 0.2％果胶的甘氨酸-氢氧化钠缓冲液(pH9.4)，空白样加入等量pH9.4的甘氨酸-氢氧化钠缓冲液，45℃水浴中反应15min，加入0.03mol/L的磷酸3mL，测定235nm处吸光值。果胶酶酶活计算方法为：果胶酶酶活＝酶活测定值×反应液体积×1000×稀释倍数/反应时间。
(5)润湿性的测定方法：通过测定水滴试验法距布面1cm处滴一滴水(0.02mL)，记录水滴被布面完全吸收的时间，在同一块试样上连续测试10个点，取平均值。
实施例1：栓菌发酵酶液的制备方法
称取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1.0L煮沸30min，4层纱布过滤滤去马铃薯块，将滤液补足至1.0L，加入20.0g葡萄糖，添加0.8g木质素磺酸盐，充分溶解。分装后121℃高压灭菌20min后，冷却，无菌操作，接入在PDA斜面培养基上已培养5～6天的Trametessp.LEF01菌株的菌悬液，在恒温振荡培养箱内28℃条件下振荡培养6天，转速为150rpm。发酵结束，发酵液4000rpm离心30min，取上清液测酶活，漆酶酶活3080.8U/L，纤维素酶酶活1910U/L，半纤维素酶酶活16271.8U/L，果胶酶酶活16800U/L。
实施例2：基于栓菌产粗酶液的棉织物酶精练
棉织物为经烧毛、退浆处理后的府绸、纱卡、平布等纯棉机织物。
通过以下步骤进行精练：
(1)浸轧酶液：采用按照实施例1的方法得到的栓菌CGMCC No.10489粗酶液，轧酶温度30℃，粗酶液用量5g/L，渗透剂1g/L，轧酶后织物打卷；
(2)保温堆置：打卷织物在30℃堆置8小时，堆置过程中织物缓慢转动；
(3)水洗：织物解卷后于95℃水洗，以去除酶降解的杂质，并兼具使酶失活作用。
实施例3：基于栓菌产粗酶液的棉织物酶精练
棉织物为经烧毛、退浆处理后的府绸、纱卡、平布等纯棉机织物。
通过以下步骤进行精练：
(1)浸轧酶液：采用按照实施例1的方法得到的栓菌CGMCC No.10489粗酶液，轧酶温度50℃，粗酶液用量1g/L，渗透剂5g/L，轧酶后织物打卷；
(2)保温堆置：打卷织物在20℃堆置24小时，堆置过程中织物缓慢转动；
(3)水洗：织物解卷后于90℃水洗，以去除酶降解的杂质，并兼具使酶失活作用。
采用实施例2-3的方法，对棉织物的处理效果如表1所示。
表1棉织物精练效果
其中，对照1为传统碱处理，具体方法是碱精练：NaOH 25g/L，Na2SiO31g/L，98℃，1h,浴比1∶20。
对照2为采用单一酶(果胶酶)处理的效果，果胶酶用量0.1g/L，果胶酶酶活170U/L，pH值8.5。其余条件与实施例2一致。
对照3为采用复合酶处理的效果，复合酶为纤维素酶酶活2000U/L，果胶酶酶活182U/L，其余条件与实施例3一致。
总之，由表1可知，采用本发明的方法，精练效果好，润湿性：滴水时间小于1s，白度80％以上，强力损失小于5％，废水COD值为碱精练的10-20％；经后续常规漂白后布面无棉籽壳残留。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种棉织物酶精练方法，其特征在于，所述方法是将棉织物先浸轧酶液，然后保温堆置一段时间，最后进行水洗、灭酶；所述酶液中含有栓菌CGMCC No.10489发酵生产的粗酶液；所述栓菌于2015年5月18日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心CGMCC，保藏号为CGMCC No.10489。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸轧时粗酶液用量为1-5g/L，处理温度为30-50℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗酶液是经棉籽壳组成成分结构类似物诱导发酵生产的粗酶液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗酶液的制备方法是：将栓菌CGMCCNo.10489活化后接种于马铃薯液体培养基中，在28-30℃、120-180rpm的条件下振荡培养5-7天，离心取上清即得粗酶液。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述马铃薯液体培养基中还添加有木质素磺酸盐。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述木质素磺酸盐的添加量为0.8-1g。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体是：(1)浸轧酶液：采用栓菌CGMCC No.10489发酵生产的粗酶液，轧酶温度30-50℃，粗酶液的用量1-5g/L，渗透剂1-5g/L，轧酶后织物打卷；(2)保温堆置：打卷织物在20-30℃堆置8-24小时，堆置过程中织物缓慢转动；(3)水洗：织物解卷后于90-95℃水洗，以去除酶降解的杂质，并兼具使酶失活作用。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法浸轧时料液比为1：20至1：50。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述棉织物为经烧毛、退浆处理后的纯棉机织物。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述纯棉机织物为府绸、纱卡、平布。
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