纤维素是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，绝大多数由绿色植物通过光合作用合成。微生物对纤维素的降解、转化是自然界中碳素转化的主要环节。纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的多组分酶的总称。目前，纤维素酶产品广泛应用于纺织、饲料、酿造、制药、造纸等行业，尤其是在纺织行业的应用范围目前正在不断扩大。

　　2 纤维素酶

　　纤维素酶的研究最早是1906年Seilliere在蜗牛的消化液中发现了分解纤维素的纤维素酶。纤维素酶是能水解纤维素β-1，4-葡萄糖苷键，使纤维素变成纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称，它不是单一酶，而是起协同作用的多组分酶系。

　　纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、软体动物、原生动物、细菌、放线菌和真菌等都能产生纤维素酶。主要的有：康氏木霉、里氏木霉、黑曲霉、斜卧青霉、芽孢杆菌等。丝状真菌产生的纤维素酶一般在酸性或中性偏酸性条件下水解纤维素底物，而嗜碱细菌产生的纤维素酶在碱性范围起作用。

　　纤维素酶分子是由球状的催化结构域（CD）通过一个富含脯氨酸或羟基氨基酸的连接桥（Linker）和纤维素结合结构域（CBD）三部分组成。连接桥的作用可能是保持CD和CBD之间的距离。纤维素结合结构域执行着调节酶对可溶和非可溶性底物专一性活力的作用，对酶的催化活力是非常必需的。催化作用域的三维结构极其复杂，对酶的催化活力起决定作用。[1，4]

　　3 纤维素酶对纤维素的作用机理

　　目前，一种理论认为：纤维素酶水解纤维素是β-1，4-内切葡聚糖（纤维二糖水解）酶（EG，Endo-β-Glucanase）,β-1,4-外切葡聚糖（纤维二糖水解）酶（CBH,Cellobiohydrolase）和β-葡萄糖苷酶（BG, β-Glucosidase）协同作用下进行的。首先，EG酶随机水解切断无定型区的纤维素分子链，使结晶纤维素出现更多的纤维素分子基端，为CBH酶水解纤维素创造条件，CBH酶的水解产物纤维二糖则由BG酶水解成葡萄糖，因而纤维素酶水解纤维素的过程可以简单表示为：EG→CBH→BG。

　　目前的研究表明，EG酶实际上至少包括EGⅠ、 EGⅡ、 EGⅢ和 EGⅤ四种，CBH至少包括CBHⅠ和CBHⅡ两种。

　　另外一种理论认为：纤维素酶是由葡聚糖内切酶（Cx酶）、葡聚糖外切酶（C1酶）、β-葡萄糖苷酶三个主要成分所组成的诱导型复合酶系。其中C1酶起水化作用，它作用于不溶性的固体表面，使形成结晶结构的纤维素链开裂，长链分子的末端部分游离，从而使纤维素链易于水化。Cx酶随机水解非结晶纤维素、可溶性纤维素衍生物和葡萄糖的β-1,4-寡聚物，葡萄糖苷酶将纤维二糖和纤维三糖水解成葡萄糖。该假说的基本降解模式如下：

　　结晶纤维素-C1→无定形纤维素-Cx→纤维二糖-β-葡萄糖苷酶→葡萄糖

　　此外，Coughlan认为结晶纤维素的降解是一个多步骤过程，并认为原初反应即无序反映（Amorphogenesis）使纤维素的结晶状态发生改变，便于随后的纤维素水解。还有学者认为纤维素的降解中存在短纤维形成现象，他们认为天然纤维素首先在一种非水解性质的解链因子或解氢键酶作用下，使纤维素链内或链间的氢键打开，从而形成短纤维。[1，2，3，4]

　　4 纤维素酶在纺织上的应用

　　纤维素酶在染整上得到了广泛的应用，特别在棉织物整理上，经过纤维素酶整理后，棉织物的手感和外观获得很大的改善，因为织物表面的绒毛被除去，处理后织物更光洁，颜色更鲜艳。根据处理的目的不同，可进行生化抛光、柔软滑爽、改善光泽以及石磨水洗等加工。

　　4.1 减量处理

　　纤维素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。减量处理主要是改善织物的柔软、弹性和悬垂性。减量加工大多数采用液体染色机和水洗机。若织物被减量过大，纤维的强度会受到损伤。棉织物的失重率一般控制在3%-5%范围为好。

　　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。因为织物表面的绒毛被去除，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。Lee G.Snyder的研究证实，纤维素酶能够象烧毛一样使织物的外观变的光洁。C.L.Chong等人的研究表明在织物的外感和手感被改善的同时，剧烈的机械搅拌和摩擦作用会加剧织物的强力损失。因此在保证处理效果的同时，避免织物强力过度损失就显得非常重要。

　　4.2 生物抛光处理

　　生物抛光是一种用纤维素酶改善棉织物表面的整理工艺，以达到持久的抗起毛起球并增加织物的光洁度和柔软度。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。与传统的加工方法比，生物抛光有如下优点：织物表面更光洁无茸毛;织物表面显得更加均匀;减少起毛起球的趋向;增加悬垂性并具滑爽手感;处理的织物更具有环保意义。经过生物抛光处理的织物还有诸多优点：穿着洗涤不易起球，染色鲜艳，保色保新时间长，尤其对印花织物效果更好。

　　4.3 水洗和石磨处理

　　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。最早应用在靛蓝牛仔服装的洗涤整理上，以获得与石磨相同的染料脱色，洗白等褪色防旧效果。这种加工的原理是，首先将牛仔服装上的浆料充分去除，充分发挥纤维素酶对牛仔服装表面的剥蚀作用;纤维素酶仅对牛仔服装表面部分水解，造成纤维在洗涤时发生脱落，在纤维素酶处理时，牛仔服装在转鼓中不断发生摩擦，加速服装表面纤维的脱落，并使吸附在纤维表面的靛蓝等染料一起去除，产生石磨洗涤的效果，并具有独特的外观和柔软的手感。目前应用的纤维素酶大多为中性或酸性纤维素酶。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。

　　4.4 其它处理

　　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粘胶、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，减少了粘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性差、穿着刺痒感问题，严重影响了苎麻织物的服用性能，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。

　　纤维素酶是多种酶的混合物，酶成分的表征对于了解和控制酶整理的效果是必不可的。从目前研究结果看，EGⅡ酶在减量处理、生物抛光处理、水洗和石磨处理性能均十分优良，是非常重要的纤维素酶组分。同时，温度、PH值、表面活性剂、无机盐、搅拌等因素都会影响纤维素酶处理的效果。因此，对不同的纤维素酶品种，不同的纤维要选择合理的工艺条件，才能使酶处理的效果最佳。 [3-12]

　　5 结束语

　　纤维素酶处理具有环保、节能、高效等特点，符合可持续发展的要求，有利于绿色纺织、绿色染整，在纺织中具有广阔的发展前景。纤维素酶在纤维改性加工中不仅要求高效，而且要求对纤维的损伤小，因此开发纺织专用纤维素酶和降低酶制剂成本成为今后纤维素酶研究和开发的重要方向。随着分子生物学、遗传工程的迅猛发展，国内外均在尝试应用基因工程技术来改造和构建高效纤维素降解菌，这将扩大了纤维素酶的应用范围，使纤维素酶更加广泛的应用在对纤维素纤维织物的改性加工中。

来源: 印染在线

该文章暂时没有评论！