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纤维素酶对纤维素纤维的作用

吕家华  
【摘要】: 虽然纤维素酶在纺织品湿加工中的应用已为人们所熟悉,但有许多与酶应用相关的问题至今仍不十分清楚,例如哪一种纤维素酶活力测定方法最适合水洗厂和印染厂使用,纤维素酶活力与处理效果之间的关系,棉纤维在酶处理前后超分子结构和染色性能的变化,为什么酶处理在染色后进行效率会显著降低等。本文对这些问题作了研究。 采用滤纸糖化法,滤纸崩溃法,CMC糖化法和棉花糖化法分别测定了五个纤维素酶的总活力,内切酶活力和外切酶活力。用已知活力的纤维素酶处理棉织物,观察酶活力与处理效果的关系。试验表明,在相同的失重率下,内切酶活力相对较高的纤维素酶对织物断裂强力的损伤较小,处理织物的表面厚度较小,显示内切酶组分更趋向于起“抛光”作用;而外切酶活力相对较高的纤维素酶会引起织物断裂强力的较大损伤,处理织物的弯曲刚度较小,显示酶处理织物所获得的柔软手感主要来自于外切酶组分的贡献。外切酶的相对活力高,处理织物的压缩率大(但仍小于未处理织物的压缩率),织物越蓬松。 本文对滤纸崩溃法表征纤维素酶的总活力作了较系统的研究,制定了滤纸崩溃法的酶活计算公式。由此公式得到的FPBT活力,在纤维素酶的各项活力中,与织物失重率存在最紧密的一致性,最能反映纤维素酶在水解棉纤维中的实际降解能力。滤纸崩溃法可以测定某些滤纸糖化法无法测定的中性酶和弱碱性酶的总活力,也可用来研究纤维二糖对纤维素酶活力的影响,以及染料溶液对纤维素酶活力的抑制等。滤纸崩溃法操作简便易行,所需时间短,重现性好,非常适合水洗厂和印染厂测定和比较纤维素酶的活力。 用内、外切酶活力已知的五个纤维素酶处理棉织物,观察失重率与酶处理时间和酶浓度之间的关系,在分析其结果的基础上提出如下观点:在长时间水解棉纤维的开始阶段,内切酶所起的作用较大,对底物降解的贡献占据主导地位;随着水解时间的延长,外切酶所起的作用逐渐增大,直至后来起关键作用。在酶浓度较低且处理时间不长的情况下,内切酶在水解中的贡献较外切酶显著;随着酶浓度的增加,外切酶的作用逐渐显露出来,并逐渐将内切酶的主导地位“掩盖”起来。该观点可以解释织物断裂强力与酶处理时间,织物断裂强力与酶浓度的关系等试验现象。 本文对Cellusoft L处理前后的棉纤维用X—射线衍射法和扫描电镜法分别测 定和观察它们的超分子结构和表面形态结构的变化,并对处理前后的棉织物的染 色性能进行研究。试验结果表明,棉纤维的结晶度和晶粒尺寸在不同的失重率下 发生了不同程度的变化,支持文中所提出的观点,即棉纤维的超分子结构在纤维 素酶水解的不同阶段呈现不同的变化。酶处理后棉纤维的上染吸附机理不变,仍 然属于弗莱因德利骨类型,上染速率稍有提高,但染色热和染色亲和力保持不变。 纤维的吸附体积发生了改变,改变规律与结晶度和晶粒尺寸的变化规律以及扫描 电镜观察结果相符,都支持文中提出的观点。 本文对己染色织物上染料影响纤维素酶水解棉纤维的机理作了探讨。首先在 总结前人研究结果的基础上,将抑制机理归纳为四种,“络合物机理”,“共价键 结合机理”,“静电作用机理”和“遮蔽机理”。然后选择结构、性能不同的染料, 比较它们分别在织物上和处理浴中对纤维素酶水解的抑制作用。观察酶剂加入前 后染料溶液吸收光谱的变化情况和染料加入前后酶活力的变化情况,来寻找和推 断染料抑制纤维素酶水解作用的规律和机理。试验表明,“络合物机理”,“静 电作用机理”和“共价键结合机理”都不是影响染色织物失重率降低的主要因素。 染料的直接性越高,对应染色织物的酶处理失重率越小。在此基础上,本文提出 了基于“遮蔽机理”的新的染料抑制机理。该机理不仅可解释文中的试验现象, 而且为酶处理在实际生产中的工序安排提供了理论依据。


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