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　　纖維素是世界上蘊(yùn)藏量最豐富的天然高分子化合物，絕大多數(shù)由綠色植物通過(guò)光合作用合成。微生物對(duì)纖維素的降解、轉(zhuǎn)化是自然界中碳素轉(zhuǎn)化的主要環(huán)節(jié)。纖維素酶是降解纖維素生成葡萄糖的多組分酶的總稱(chēng)。目前，纖維素酶產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于紡織、飼料、釀造、制藥、造紙等行業(yè)，尤其是在紡織行業(yè)的應(yīng)用范圍目前正在不斷擴(kuò)大。

　　2 纖維素酶

　　纖維素酶的研究最早是1906年Seilliere在蝸牛的消化液中發(fā)現(xiàn)了分解纖維素的纖維素酶。纖維素酶是能水解纖維素β-1，4-葡萄糖苷鍵，使纖維素變成纖維二糖和葡萄糖的一組酶的總稱(chēng)，它不是單一酶，而是起協(xié)同作用的多組分酶系。

　　纖維素酶的來(lái)源非常廣泛，昆蟲(chóng)、軟體動(dòng)物、原生動(dòng)物、細(xì)菌、放線(xiàn)菌和真菌等都能產(chǎn)生纖維素酶。主要的有：康氏木霉、里氏木霉、黑曲霉、斜臥青霉、芽孢桿菌等。絲狀真菌產(chǎn)生的纖維素酶一般在酸性或中性偏酸性條件下水解纖維素底物，而嗜堿細(xì)菌產(chǎn)生的纖維素酶在堿性范圍起作用。

　　纖維素酶分子是由球狀的催化結(jié)構(gòu)域（CD）通過(guò)一個(gè)富含脯氨酸或羥基氨基酸的連接橋（Linker）和纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域（CBD）三部分組成。連接橋的作用可能是保持CD和CBD之間的距離。纖維素結(jié)合結(jié)構(gòu)域執(zhí)行著調(diào)節(jié)酶對(duì)可溶和非可溶性底物專(zhuān)一性活力的作用，對(duì)酶的催化活力是非常必需的。催化作用域的三維結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，對(duì)酶的催化活力起決定作用。[1，4]

　　3 纖維素酶對(duì)纖維素的作用機(jī)理

　　目前，一種理論認(rèn)為：纖維素酶水解纖維素是β-1，4-內(nèi)切葡聚糖（纖維二糖水解）酶（EG，Endo-β-Glucanase）,β-1,4-外切葡聚糖（纖維二糖水解）酶（CBH,Cellobiohydrolase）和β-葡萄糖苷酶（BG, β-Glucosidase）協(xié)同作用下進(jìn)行的。首先，EG酶隨機(jī)水解切斷無(wú)定型區(qū)的纖維素分子鏈，使結(jié)晶纖維素出現(xiàn)更多的纖維素分子基端，為CBH酶水解纖維素創(chuàng)造條件，CBH酶的水解產(chǎn)物纖維二糖則由BG酶水解成葡萄糖，因而纖維素酶水解纖維素的過(guò)程可以簡(jiǎn)單表示為：EG→CBH→BG。

　　目前的研究表明，EG酶實(shí)際上至少包括EGⅠ、 EGⅡ、 EGⅢ和 EGⅤ四種，CBH至少包括CBHⅠ和CBHⅡ兩種。

　　另外一種理論認(rèn)為：纖維素酶是由葡聚糖內(nèi)切酶（Cx酶）、葡聚糖外切酶（C1酶）、β-葡萄糖苷酶三個(gè)主要成分所組成的誘導(dǎo)型復(fù)合酶系。其中C1酶起水化作用，它作用于不溶性的固體表面，使形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)的纖維素鏈開(kāi)裂，長(zhǎng)鏈分子的末端部分游離，從而使纖維素鏈易于水化。Cx酶隨機(jī)水解非結(jié)晶纖維素、可溶性纖維素衍生物和葡萄糖的β-1,4-寡聚物，葡萄糖苷酶將纖維二糖和纖維三糖水解成葡萄糖。該假說(shuō)的基本降解模式如下：

　　結(jié)晶纖維素-C1→無(wú)定形纖維素-Cx→纖維二糖-β-葡萄糖苷酶→葡萄糖

　　此外，Coughlan認(rèn)為結(jié)晶纖維素的降解是一個(gè)多步驟過(guò)程，并認(rèn)為原初反應(yīng)即無(wú)序反映（Amorphogenesis）使纖維素的結(jié)晶狀態(tài)發(fā)生改變，便于隨后的纖維素水解。還有學(xué)者認(rèn)為纖維素的降解中存在短纖維形成現(xiàn)象，他們認(rèn)為天然纖維素首先在一種非水解性質(zhì)的解鏈因子或解氫鍵酶作用下，使纖維素鏈內(nèi)或鏈間的氫鍵打開(kāi)，從而形成短纖維。[1，2，3，4]

　　4 纖維素酶在紡織上的應(yīng)用

　　纖維素酶在染整上得到了廣泛的應(yīng)用，特別在棉織物整理上，經(jīng)過(guò)纖維素酶整理后，棉織物的手感和外觀獲得很大的改善，因?yàn)榭椢锉砻娴慕q毛被除去，處理后織物更光潔，顏色更鮮艷。根據(jù)處理的目的不同，可進(jìn)行生化拋光、柔軟滑爽、改善光澤以及石磨水洗等加工。

　　4.1 減量處理

　　纖維素纖維織物用纖維素酶處理都伴隨著纖維的減量或失重，并引起許多性能變化。減量處理主要是改善織物的柔軟、彈性和懸垂性。減量加工大多數(shù)采用液體染色機(jī)和水洗機(jī)。若織物被減量過(guò)大，纖維的強(qiáng)度會(huì)受到損傷。棉織物的失重率一般控制在3%-5%范圍為好。

　　棉織物經(jīng)過(guò)纖維素酶整理后，手感和外觀可以有很大的改善。因?yàn)榭椢锉砻娴慕q毛被去除，處理后的織物更光潔、顏色更鮮艷�？椢锏挠餐Χ群蛣傂越档停�光滑度和懸垂性提高，使織物獲得更好的手感。Lee G.Snyder的研究證實(shí)，纖維素酶能夠象燒毛一樣使織物的外觀變的光潔。C.L.Chong等人的研究表明在織物的外感和手感被改善的同時(shí)，劇烈的機(jī)械攪拌和摩擦作用會(huì)加劇織物的強(qiáng)力損失。因此在保證處理效果的同時(shí)，避免織物強(qiáng)力過(guò)度損失就顯得非常重要。

　　4.2 生物拋光處理

　　生物拋光是一種用纖維素酶改善棉織物表面的整理工藝，以達(dá)到持久的抗起毛起球并增加織物的光潔度和柔軟度。天然纖維素的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)晶度高，在一定酶濃度和時(shí)間條件下很難把纖維素完全水解成葡萄糖單體，僅對(duì)織物表面或伸出織物表面的茸毛狀短小纖維作用。生物拋光也就是去除從纖維表面伸出的細(xì)微纖維，經(jīng)纖維素酶處理后稍經(jīng)機(jī)械加工就可以得到表面平滑而茸毛少的織物。生物拋光的主要功效是使服裝和面料長(zhǎng)久保持光鮮、手感更柔軟。與傳統(tǒng)的加工方法比，生物拋光有如下優(yōu)點(diǎn)：織物表面更光潔無(wú)茸毛;織物表面顯得更加均勻;減少起毛起球的趨向;增加懸垂性并具滑爽手感;處理的織物更具有環(huán)保意義。經(jīng)過(guò)生物拋光處理的織物還有諸多優(yōu)點(diǎn)：穿著洗滌不易起球，染色鮮艷，保色保新時(shí)間長(zhǎng)，尤其對(duì)印花織物效果更好。

　　4.3 水洗和石磨處理

　　纖維素酶還廣泛應(yīng)用于牛仔褲產(chǎn)品的洗滌加工，代替石洗加工工藝。最早應(yīng)用在靛藍(lán)牛仔服裝的洗滌整理上，以獲得與石磨相同的染料脫色，洗白等褪色防舊效果。這種加工的原理是，首先將牛仔服裝上的漿料充分去除，充分發(fā)揮纖維素酶對(duì)牛仔服裝表面的剝蝕作用;纖維素酶僅對(duì)牛仔服裝表面部分水解，造成纖維在洗滌時(shí)發(fā)生脫落，在纖維素酶處理時(shí)，牛仔服裝在轉(zhuǎn)鼓中不斷發(fā)生摩擦，加速服裝表面纖維的脫落，并使吸附在纖維表面的靛藍(lán)等染料一起去除，產(chǎn)生石磨洗滌的效果，并具有獨(dú)特的外觀和柔軟的手感。目前應(yīng)用的纖維素酶大多為中性或酸性纖維素酶。纖維素酶用于牛仔服裝水洗石磨加工，加工后的服裝雪花點(diǎn)多、立體感強(qiáng)、色光好;與傳統(tǒng)的石磨工藝相比，酶洗工藝條件溫和，耗能降低，減少了服裝和設(shè)備的磨損，水洗效率高;與傳統(tǒng)的化學(xué)助劑整理工藝相比，酶洗工藝大大減少了污水排放，有利于環(huán)境保護(hù)。

　　4.4 其它處理

　　除上述處理外，纖維素酶還與脂肪酶、果膠酶共同應(yīng)用于棉織物的精練加工，去除棉纖維中的天然雜質(zhì)，為后續(xù)染色、印花和整理加工創(chuàng)造條件。酶精練后的織物潤(rùn)濕性、強(qiáng)度保留率與堿精練相同，失重率較少，耗水率低。纖維素酶整理也用于粘膠、Lyocell和醋酸纖維織物，能改善織物的手感、懸垂性，去除織物表面的絨毛，減少了粘膠織物的起球傾向和Lyocell織物的原纖化傾向。苧麻織物存在手感粗糙性差、穿著刺癢感問(wèn)題，嚴(yán)重影響了苧麻織物的服用性能，通過(guò)纖維素酶減量整理，能夠使織物獲得柔軟的手感和光潔的布面，刺癢感消失或改善。

　　纖維素酶是多種酶的混合物，酶成分的表征對(duì)于了解和控制酶整理的效果是必不可的。從目前研究結(jié)果看，EGⅡ酶在減量處理、生物拋光處理、水洗和石磨處理性能均十分優(yōu)良，是非常重要的纖維素酶組分。同時(shí)，溫度、PH值、表面活性劑、無(wú)機(jī)鹽、攪拌等因素都會(huì)影響纖維素酶處理的效果。因此，對(duì)不同的纖維素酶品種，不同的纖維要選擇合理的工藝條件，才能使酶處理的效果最佳。 [3-12]

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　纖維素酶處理具有環(huán)保、節(jié)能、高效等特點(diǎn)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，有利于綠色紡織、綠色染整，在紡織中具有廣闊的發(fā)展前景。纖維素酶在纖維改性加工中不僅要求高效，而且要求對(duì)纖維的損傷小，因此開(kāi)發(fā)紡織專(zhuān)用纖維素酶和降低酶制劑成本成為今后纖維素酶研究和開(kāi)發(fā)的重要方向。隨著分子生物學(xué)、遺傳工程的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)外均在嘗試應(yīng)用基因工程技術(shù)來(lái)改造和構(gòu)建高效纖維素降解菌，這將擴(kuò)大了纖維素酶的應(yīng)用范圍，使纖維素酶更加廣泛的應(yīng)用在對(duì)纖維素纖維織物的改性加工中。

來(lái)源: 印染在線(xiàn)