酶利用的现状和展望

刘辅庭

（原上海市纺织科学研究院200092）

1 环保的背景［1］

1987年联合国环境和开发委员会提出可持续开发，成为环境对策的根本。尽量少用化学物质构筑循环型社会，提出3R（回用、再用、减少或调换）。

染整使用大量的水、能源、化学物质。近年来德国提出吸附性有机卤化合物的限制。含氯的化学药剂使用后而排放，被水中的浮游生物取入，形成有机卤化合物，转移到鱼类，最后含在食品中，有致癌性。1987年德国规定为0.5mg／L。

2 酶利用的背景

可换用天然由来物质，它有生物降解性，不破坏环境，而且可再生持续。生物加工中有酶加工。

3 酶

酶是由生物细胞产生的高分子量蛋白质构成的有机催化剂。有助于反应，催化剂无变化可反复使用。

酶的产源是细菌、霉或酵母，而产业用酶是土壤中的微生物。最近用转基因技术或置换部分氨基酸，开发合乎目的酶。结果大量生产，制造成本降低，纯度提高，稳定安全及成效率改善，价格可与合成化学物质竞争。1987年报道酶洗剂有安全性。

酶蛋白质有生物降解性，无吸收性有机卤化合物。

4 酶的作用

按作用分水解酶、氧化还原酶、转移酶、脱离酶、异性化酶、合成酶。纤维领域用的是水解酶，也有氧化还原酶。

酶作用的特征是：（1）在温和的反应条件（常温、常压、中性pH），反应加速发挥催化效果。无需高温、强酸性、强碱性，因此耗能少，易排水处理。可用于纤维加工及洗剂。（2）对接受酶作用的物质（基质）有严格的选择性。作用于纤维素纤维的酶不作用于蛋白质纤维。因此可选择达到目的。（3）酶各有适当温度及pH，在最适条件下酶作用最大。一般由低温到高温催化活性增大，最高温度多为40～60℃。在强酸碱性，活性低，在中性附近为极大。

5 酶的催化作用机理

酶有识别接受反应基质的基质结合部位和高催化作用的催化部位（活性部位）。酶和基质之间有离子结合、氢结合、疏水结合、配位结合、电荷移动络合物等力的作用，形成酶基质复合体。不适合酶形成钩孔（酶）的钩（基质）不接受催化作用。这是基质的特异性。进入酶结合部位的袋中的基质由活性部位接受催化作用，成为生成物（P）。酶基质复合体的形成是平衡反应，生成物逐渐排出系统外，反应逐渐进行。反应后酶恢复成原来的酶，作为催化剂用于下次反应，理想上酶不变化不消耗，反复进行反应。

但是酶是蛋白质，由酶热发生变形及分解，特别在高温，催化活性显著降低。在连续酶处理时，为保持一定的酶活性，要不断补充由于变性而失活的酶。

6 酶的利用

（1）酶用于退浆，使棉织物的经纱所附的淀粉，由α-淀粉酶分解除去。高温水使淀粉膨胀后，浸酶液轧后蒸热，用热水洗净。丝的精练用蛋白酶。（2）丝的结构是丝素构成的两根纤维由丝胶固着。生丝的丝胶蛋白质由蛋白酶除去。（3）纤维素织物用纤维素酶进行减量加工而柔软。（4）牛仔布用生物洗，除去毛羽的天丝的桃皮整理，也利用纤维素酶。（5）为除去残留的漂白剂也利用催化酶。（6）棉的生物精练，用碱果胶酶。用液流染色机进行连续生物精练。现在为除去杂质，在强碱中100℃进行。排水处理是问题。用生物精练的优点是中和条件、能成本降低、排水负荷减少、产品柔软。生物精练时，30min的温和条件下，效果如同碱精练，成本也相同。但精练速度为碱精练的约1／10，是重要课题。（7）毛的防缩整理试用蛋白酶，而角蛋白酶更有效。（8）洗剂利用酶提高洗净力，为环保开始无磷化。又研究氧化还原酶以防止再污染。

7 毛防缩整理利用酶［2］

现在广泛用的防缩整理是Cl／Hercosett法。但残留氯与表面活性剂、柔软剂等结合可能生成AOX。又DCCA法也有用氯化合物的问题。干洗用的溶剂主要是四氯乙烯，尚无代替品。

酶防缩整理主要用蛋白酶，但强度降低大。由于酶局部攻击毛表面致使损伤。因此毛表面先经PMS、臭氧、脉冲电晕的亲水化前处理，然后进行蛋白酶处理，可抑制强度降低。用角蛋白酶效果更好，但必须亲水化前处理。

用三种角蛋白酶（粗酶、纯度稍高酶、纯酶）探讨纯度和强度的关系，结果可知用纯酶更可抑制强度降低。酶处理条件和面积收缩率的关系是随酶浓度及酶处理时间的增加，面积收缩率减少。经脉冲电晕前处理时，收缩率显著降低。在相同面积收缩率，含角蛋白多的酶，强度降低小。

脉冲电晕／角蛋白酶处理后的毛表面在湿态经SEM观察时，处理表面的鳞片平滑。这反映防缩性良好。无部分损伤，而抑制强度降低。手感未变。

8 利用酶的洗净

利用氧化还原酶用于洗净。

利用过氧化氢酶及助剂，可减少活性染色时间50%，节能30%。

用氧化还原的过氧化氢酶以防止洗涤时的移染。用过氧化氢酶在室温弱碱条件可使偶氮褪色。过氧化氢酶的褪色行为经分光法调研，褪色速度常数为过碳酸钠的22倍，活性化能为1／6，防止移染效果优。用活性化剂如碘酚，可使难褪色结构的色素褪色。经过氧化氢酶处理后，不影响尼龙的拉伸断裂强度及断裂伸长。

分解染料而脱色的氧化还原酶还有漆酶、葡萄糖氧化酶等。

用漆酶的靛蓝牛仔布的生物洗，探讨代替石洗及化学洗。

作者选22种偶氮及蒽醌水溶性染料，用漆酶的分解脱色行为经分光法调研，求出酶反应的反应速度参数。染料的分解行为分三种，即主峰减少的染料群、主峰减少而短波侧的峰增大的染料群、主峰减少而短波及长波侧的峰增大。金属配位染料的褪色速度显著降低。从主峰的减少求出初期分解速度。表示漆酶的染料分解反应强度的催化效率为102～105，按染料差异约600倍，今后需开发媒剂以提高分解效率。

9 酶用于洗剂

初期使用蛋白酶，其后用淀粉酶、脂酶、纤维素酶等以提高洗净力，而添加于洗剂。

日常生活中使用多量的合成洗剂，排水对环境的影响大。初期开始无磷化，其后为降低环境负荷，从3R向少用石油由来的合成洗剂发展。因此用酶粉提高洗净力的酶配合洗剂普及。添加于洗剂的酶，以蛋白酶为中心有效配合各种酶以提高洗净力（混合酶置换洗剂、酶多混合、酶混合物）。洗涤温度也低温化。

最近粉末洗剂转向易用的液体洗剂、超浓缩型液体洗剂市场。酶配合液体洗剂由于蛋白酶自消化或共存的其他蛋白酶的水解，长期保存稳定性成为问题。因此开发可逆结合蛋白酶的活性部位的稳定剂。保存中稳定剂与酶结合而活性降低，洗涤时稳定剂脱离酶而美活性恢复。对洗剂配合的漂白剂有耐性的蛋白酶也改性开发。对高温高碱有耐性的蛋白酶也已开发，用作清洁洗剂。根据报道，洗剂的增效剂沸石不影响酶活性，这是由于沸石不能捕集酶的Ca离子。

消费者对洗剂的需求趋向于衣服经几次洗涤保持新品的外观及手感。对白衣服保持白度的方法是直接作用于棉的微原纤而除去积蓄的黑污。纤维素的毛羽除去，保持白度，添加纤维素酶是有效的。考虑到酶的最适温度及酶反应时间，约在40℃预浸10分钟，可提高洗净力。

1 0 结语

随生物技术的进步，已开发合乎目的的酶，量产成本降低、纯度提高、稳定性、安全性、催化效率提高成已为可能。酶改质，同时媒剂、活性剂、稳定剂等添加剂也在研发。今后要最大限度发挥酶的特性来开展酶的利用。

［1］ 高岸彻.酶利用的现状和今后的展望［J］.加工技术（日），2014（49）10：1-5.

［2］ 长鸣直子.酶利用的现状和今后的展望［J］.加工技术（日），2014（49）10：14-20.