中性纤维素酶FE洗绒工艺的应用

申保雷，魏玉娟，王 硕

（河北科技大学纺织服装学院，河北石家庄 050018）

目前，环境问题越来越受到人们的重视，减少污染，保护环境，已成为当代人的重要任务。对于羊绒洗涤行业，则需进一步优化工艺来响应保护环境的号召，研究出高效、环保的生态洗绒工艺以降低环境污染显得越来越重要。传统的酸炭化方法是利用酸使植物杂质降解，不仅对羊绒纤维造成损伤还会造成环境污染，因此寻找一种节能环保且对羊绒纤维损伤较小的洗绒工艺十分必要。生物酶是一种高效、环保、可再生、可降解的生物产品，试图用生物酶取代传统工艺中有毒、污染环境、不可再生的化学制剂。伴随对生物酶的深入研究和使用，发现它们具有高效、专一、反应条件温和、对人体无害、不会污染环境等许多优良性能［1-2］。

羊绒中的草杂去除不干净将给后道工序带来不少麻烦，如纱线条干不均匀、断头增加、染色时不吸色造成染疵影响成品外观质量等［3］。传统炭洗工艺是利用羊绒与草杂对酸稳定程度不同将草杂除去的加工方法。草杂本质是纤维素等物质，吸收酸液后，在高温作用下，整体结构遭到破坏而脆化，加之机械作用易于粉碎去除［4-5］，但存在环境污染、对纤维损伤大等缺点。

原绒中植物性杂质成分有木质素、果胶、纤维素等［6］。生物酶是具有催化功能的蛋白质，具有专一性、高效性、反应条件温和、较敏感等特性，能有针对性地去除羊绒中的杂质而不损伤纤维［7］。中性纤维素酶FE主要对植物杂质起作用，以合适的条件处理羊绒，从而达到去除杂质而不损伤羊绒物理化学性能的效果。

1 实验

1.1 材料

原羊绒，中性纤维素酶FE、98%硫酸（工业纯）。

1.2 仪器

HH-4恒温水浴锅（常州国宇仪器制造有限公司），101-3AB 型电热恒温鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司），YG（B）008E 型电子单纤维强力机（温州市大荣纺织仪器有限公司），WSB-II 白度仪（温州仪器仪表有限公司）。

1.3 洗绒工艺流程

称取羊绒→清水洗（去除水溶性杂质）→脱水→配制洗绒溶液（浴比1∶30）→水浴加热→清水洗→烘干（80 ℃）。

1.4 测试

白度：按照GB/T 8424.2—1997《纺织品 相对白度的仪器评定方法》用白度仪测试。

断裂强力：按照FZ/T 98009—2011《电子单纤维强力仪测定实验》测试。

失重率：原羊绒在处理前先烘干至恒重，用电子天平称重m0；经中性纤维素酶FE 处理过的羊绒烘干至恒重，用电子天平称重m1，失重率［8］按下式计算：

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 中性纤维素酶FE用量

由表1可知，随着中性纤维素酶FE用量的增加，羊绒纤维的断裂强力逐渐降低，而白度和失重率则逐渐升高最后趋于平稳。原因是随着中性纤维素酶FE 用量的不断增加，羊绒中纤维素杂质分解越来越完全，羊绒纤维白度和失重率逐渐增加。当中性纤维素酶FE 用量到达一定量时，纤维素杂质被分解完全，此时继续增加中性纤维素酶FE 用量，羊绒纤维白度和失重率基本不发生变化，但是对羊绒纤维的损伤越来越大，因而中性纤维素酶FE 最适用量为1.5%～2.5%（omf）。

表1 中性纤维素酶FE用量对洗绒效果的影响

2.1.2 洗绒温度

由表2可知，随着洗绒温度的升高，羊绒纤维的断裂强力不断降低，而白度和失重率先升高后降低。原因是温度较低时，随着洗绒温度的升高，中性纤维素酶FE 的活性越来越大，对羊绒中纤维素杂质的处理程度越来越大，因而羊绒纤维的白度和失重率不断增加，但温度太高会使中性纤维素酶FE 的活性降低甚至失活，所以随着温度的继续升高，羊绒纤维的白度和失重率降低。此外，随着温度的不断升高，羊绒纤维受到的损伤也越来越大，因此中性纤维素酶FE的最适洗绒温度为45～55 ℃。

表2 洗绒温度对洗绒效果的影响

2.1.3 洗绒时间

洗绒时间对洗绒效果的影响见表3。

表3 洗绒时间对洗绒效果的影响

由表3可知，随着时间的延长，羊绒纤维的断裂强力不断降低，白度和失重率不断升高最后趋于稳定。原因是随着时间延长，中性纤维素酶FE 与羊绒中植物性杂质的反应越充分，去杂效果越好，从而使羊绒纤维白度和失重率不断增加，但随着时间的延长，羊绒纤维的损伤越来越大，因而纤维的断裂强力不断降低。总体来说，洗绒时间为40 min 时，羊绒纤维的断裂强力较高，其他性能也较好。所以中性纤维素酶FE的最适洗绒时间为35～45 min。

2.1.4 pH

由表4可知，随着pH的升高，羊绒纤维的断裂强力逐渐降低，白度和失重率先升高后降低。原因是pH会影响酶的活性，中性纤维素酶FE在适宜的pH下活性较高，处理后羊绒纤维的白度和失重率较高，在不适宜的pH 下中性纤维素酶FE 的活性受到抑制甚至失活，所以羊绒纤维的白度和失重率会降低。此外，羊绒纤维耐酸不耐碱，随着溶液碱性不断增强，羊绒纤维受到的损伤越来越大，因此断裂强力不断降低。综合考虑，中性纤维素酶FE的最适pH为5.5～6.5。

表4 pH对洗绒效果的影响

2.2 正交实验

通过正交实验进一步探究中性纤维素酶FE 用量、pH、洗绒温度以及洗绒时间4 个因素的主次并找出最佳洗绒工艺，按照L9（34）正交表进行中性纤维素酶FE的洗绒实验［9］，结果如表5。

由表5可知，对纤维断裂强力来说，中性纤维素酶FE用量、pH、洗绒温度、洗绒时间的极差R1分别为0.43、1.17、1.50、1.36，所以影响因素主次为：洗绒温度＞洗绒时间＞pH＞中性纤维素酶FE用量。k值越大越好，所以优化方案为A3B2C2D1，即中性纤维素酶FE 用量2.5%（omf），pH 6，洗绒温度40 ℃，洗绒时间35 min。

对白度来说，中性纤维素酶FE用量、pH、洗绒温度、洗绒时间的极差R2分别为0.70、2.50、2.70、1.30，所以影响因素主次为：洗绒温度＞pH＞洗绒时间＞中性纤维素酶FE 用量。优化方案为A1B1C1D1，即中性纤维素酶FE 用量1.5%（omf），pH 5.5，洗绒温度35 ℃，洗绒时间35 min。

对失重率来说，中性纤维素酶FE用量、pH、洗绒温度、洗绒时间的极差R3分别为1.33、1.47、6.30、2.33，所以影响因素主次为：洗绒温度＞洗绒时间＞pH＞中性纤维素酶FE 用量，优化方案为A1B3C1D2，即中性纤维素酶FE 用量1.5%（omf），pH 6.5，洗绒温度35 ℃，洗绒时间40 min。

表5 中性纤维素酶FE洗绒工艺正交实验表

2.3 不同工艺的比较

由表6可知，复合酶洗绒工艺处理后羊绒纤维失重率较高，中性纤维素酶FE 洗绒后羊绒纤维失重率最低，这是由于羊绒纤维中的杂质不仅有纤维素杂质还有木质素、果胶等杂质，复合酶可以去除羊绒纤维中的多种杂质而纤维素酶只能去除羊绒纤维中的纤维素类杂质，对其他杂质没有去除作用，但中性纤维素酶FE 处理后羊绒纤维断裂强力和白度较好。虽然传统酸炭化工艺处理后羊绒纤维失重率最高，但由于除杂过程剧烈，对羊绒纤维损伤较大，导致处理后羊绒纤维的断裂强力和白度较低。

与传统的酸炭化工艺相比较，中性纤维素酶FE洗绒工艺的硫酸用量下降99.9%，处理后羊绒单纤维断裂强力和白度分别提高70.3%和72.4%，失重率下降61.4%。

表6 不同工艺的比较

3 结论

（1）中性纤维素酶FE 对植物性杂质作用的最优工艺：中性纤维素酶FE 用量1.5%～2.5%（omf），pH=5.5～6.5，洗绒温度45～55 ℃，洗绒时间35～45 min，处理后与传统的酸炭化工艺相比，单纤维的断裂强力和白度分别提高70.3%和72.4%，失重率下降61.4%。

（2）与传统酸炭化工艺相比，中性纤维素酶FE洗绒工艺酸用量减少99.9%，新工艺增加的生物酶制剂可生物降解、可再生，不会造成环境污染，因而新工艺更环保、更安全，应用前景更广。