纯棉针织物酶练工艺的在线监测

摘要：采用紫外分光光度法测定棉针织物果胶酶精练体系中酶活和果胶裂解产物不饱和半乳糖醛酸的含量，讨论了温度．pH值、助剂和酶浓度对精练浴酶活和酶裂解产物量的影响，研究了酶精练液的重复利用性；并通过监测生物酶精练工艺过程，了解和控制酶精练的效果，建立了快速监测的初步模型。

前言

近些年来，棉织物生物酶精练工艺越来越受到人们的重视。大量研究表明，利用酶的高效性、专一性和反应条件温和性代替传统高温强碱精练工艺是可行的。特别是碱性果胶酶在棉针织物前处理上的优良特性，使之深受关注。

在棉针织物生物酶精练工艺中，如何快速监测酶活力，并掌握酶活力的影响因素，对于及时补加酶液，确保织物处理效果的一致性，以及有效控制产品质量至关重要。此外，了解酶处理后残液中酶解产物生成量的变化，也有助于掌握酶精练的反应程度。因此，开展生物酶精练过程中酶活和酶解产物的在线监测研究非常必要。本试验在果胶酶应用条件的适用范围内，研究了棉针织物精练工艺处理浴中果胶裂解酶的酶活和裂解产物的紫外分光光度法快速检测，以期为棉针织物或纱线酶精练工艺在线监测系统的研制提供参考。

l试验

1．1材料、试剂与仪器

织物：38．5tex纯棉针织物(无锡恒田针织有限公司)试剂Bioprep3000L果胶酶(诺维信公司)，乳化剂TX一10、渗透剂JFC(工业品，宜兴军达化工有限公司)，聚半乳糖醛酸(生化试剂，Sigma公司)，甘氨酸、氢氧化钠、磷酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠等(均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司)仪器uV一2100紫外可见分光光度仪(上海尤尼柯仪器有限公司)，pHS-2C酸度计(上海伟业仪器厂)，HH-4型数显恒温水浴锅(江苏金坛市荣华仪器制造有限公司)，WHYF一2F型水浴恒温振荡器(台湾瑞比染色试机有限公司)

1．2果胶酶精练工艺

工艺流程热水预处理(95℃×2min)一酶精练(果胶酶U／L，浴比1：30)一水洗一室温晾干

1．3测试方法

1．3。l精练体系中果胶裂解酶活力

果胶酶降解底物果胶的最终产物通常为不饱和二或三半乳糖醛酸，在紫外区有一定的吸光值，因而果胶酶酶活与其OD235值(OpticalDensity，在235nm处的吸光度值)成正比，且在此波长下具有最大吸收。因此，用紫外分光光度法测定OD：，值的变化，可以反映精练浴中果胶酶酶活，即精练过程中酶的反应速度。一个标准酶活单位(1u)定义为：每分钟使聚半乳糖醛酸裂解产生1umol不饱和聚半乳糖醛酸的酶量。

取0．1mL稀释的果胶酶液，加至2mL含0．2％聚半乳糖醛酸的甘氨酸一氢氧化钠缓冲液(pH=9．4)中，45℃反应15min，用5mL0．03mol／L的磷酸终止反应，在235nlTl处测定其吸光度值。由于精练过程中酶活测试移取的反应液中还含有果胶裂解产物和未反应的酶液，而其在235nm处均有一定的吸光度值，测试时必须排除它们的影响，故参比液选择0．1mL精练液+2mLpH值为9．4的缓冲液，45℃反应15min，再加入5mL0．03mol／L磷酸液(与酶活测试样反应条件相同)。

1．3．2果胶裂解产物不饱和半乳糖醛酸含量

果胶酶降解底物果胶时采取B位消除机制，最终产物具有不饱和共轭体系和还原性的末端(还原性醛基)，在紫外区(235nln处)具有很明显的特征吸收峰。因此，可采用紫外分光光度法测定果胶酶裂解产物不饱和共轭体系含量的变化。果胶酶精练过程中，随着反应的进行，精练液中裂解产物的含量是逐渐变化的，因此测试裂解产物量可以反映精练的程度及效果。

取1mL精练液，加入5mL0．03mol／L磷酸终止液，在235nm处测其吸光度值。由于果胶酶酶液在235nm处有一定吸光度，测试时必须排除酶液本身的影响，故参比液选择1mL精练液+5mL0．03mol／L磷酸。

2结果与讨论

2．1精练体系中果胶酶酶活的检测

棉针织物生物酶精练浴中的酶活，直接影响其精练效果。因此，应在酶精练过程中随时检测酶活，以便更好地控制反应条件，使精练浴中的酶活保持稳定，从而确保织物处理效果的一致性。由于酶的催化作用只有在适宜的条件范围内才能充分发挥，因此本试验在不同条件下[温度、pH值和酶浓度，以及有否添加助剂(乳化剂TX-10和渗透剂JFC)]进行棉针织物果胶酶精练，监测精练浴中果胶酶活力的变化，结果见图1。

二或三半乳糖醛酸。因此，在棉针织物酶精练过程中，掌握精练浴中酶解产物不饱和半乳糖醛酸量的变化具有重要意义，可以更好地了解反应进程及精练效果。本试验在不同条件下[温度、pH值和酶浓度，以及有否添加助剂(TX一10和JFC)]进行棉针织物果胶酶精练，监测精练浴中果胶酶裂解产物不饱和半乳糖醛酸量的变化，结果见图2。

由图2可知，温度、pH值、酶浓度及助剂对精练体系中果胶酶裂解产物量均有一定的影响。不同条件下，精练浴中的酶解产物量均随反应的进行而逐渐增加，且在反应初期增加速度较快，随着反应的进行增加趋势逐渐减缓。在试验范围内，温度55℃和pH值9时，精练浴中酶解产物不饱和半乳糖醛酸量最多，其它条件下酶解产物量均有所降低。酶浓度的变化对裂解产物量的影响较大，由图2(c)可以看出，当酶浓度为5U／mL和10U／mL时，随着酶浓度的增加，酶解产物量增加明显；而酶浓度为20U／mL时，随着酶浓度的增加，酶解产物量增加较小。这是因为在有足够底物的情况下，酶用量越大，酶与底物形成的中间产物也越多，底物转化率相应提高J，精练后酶解产物量也相应增加。助剂的加入使酶解产物量有所提高，说明助剂对酶裂解果胶有一定的促进作用，且渗透剂JFC的效果略好于乳化剂TX-10。

2．3果胶酶精练液的重复利用性

在呆胶酶适用条件范围内(40～70℃、pH=7—9)对棉针织物进行酶精练，反应40～50min后测得试验所用果胶酶的酶活仍比较稳定(如图1所示)，说明这些果胶酶还可以继续利用。为考察果胶酶精练液的重复利用性，本试验采用同一果胶酶精练浴，先后对三块相同的棉针织物进行精练，测定每次酶精练后，精练浴中果胶酶酶活和酶解产物的变化，结果见图3。

由图3(a)可知，同一果胶酶精练浴依次进行三次酶精练后，酶活力总体上仍较稳定，说明试验体系中的酶可进行重复利用。由图3(b)可知，同一果胶酶精练浴依次进行三次酶精练后，酶解产物在反应初期增加较快，随后增加幅度趋缓，最后趋于平衡。此外，从不同批次精练的酶解产物吸光度差值还可以看出，后一批次的酶解产物较前一批次的少。这可能是由于精练浴中酶解产物的大量累积具有一定的产物抑制作用。通过检测酶精练体系中酶活和裂解产物量，可指导实际生产酶液的重复利用，降低生产成本，并在精练过程中及时补加酶液，以确保织物处理效果的一致性。

2．4酶精练快速检测系统的初步模型

根据上述试验结果，在棉针织物间歇式酶精练设备上开发基于果胶酶酶解作用的酶精练快速检测系统的研究思路是可行的。基于本试验酶活和酶解产物的测试原理与方法，提出了酶精练快速检测系统的初步模型，如图4所示。

3结论

(1)采用紫外分光光度法，在棉针织物间歇式酶精练设备上开发基于果胶酶酶解作用的酶精练快速检测系统的研究思路是可行的。该检测方法简单、快速、准确。

(2)Bioprep3000L果胶酶对棉针织物精练后，残液中的酶活力仍处于稳定状态，可重复利用，从而可有效降低精练成本。