纤维素酶及其在纺织上的应用
学院：纺织与材料学院
班级：轻化工程2011级01班
姓名：耿晓珺
学号：[1**********]
纤维素酶及其在纺织上的应用 耿晓珺
摘要：文章阐述了纤维素酶的来源，作用机理，制备方法。并对纤维素酶的实用生产工艺进行介绍，通过对效果的评价，进行纤维素酶发展趋势的拓展。 关键词:纤维素酶 纤维素 纺织 应用
第一部分 纤维素酶的来源介绍
纤维素酶( cellulase)是降解纤维素生成纤维素分子链、纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称。它存在于许多生物中，以微生物为主，细菌、真菌、放线菌、酵母、白蚁及牛、马消化道中的厌氧菌和某些植物中都有纤维素酶存在，纤维素酶系一般有十到十几种组分，不同来源的纤维素酶分子特征和催化活性也不尽相同，通常以真菌产生的纤维素酶系为研究对象。工业生产的纤维素酶主要由真菌产生，如木霉、青霉、曲霉以及腐质霉等。腐质霉是中性纤维素酶的重要生产菌种。细菌和放线菌等也能够产生纤维素酶，它们产生的纤维素酶往往具有耐碱耐热的特点。
第二部分 纤维素酶的作用机理
纤维素酶具有高度的专一性和极高的催化效率。纤维素酶表面具有裂槽、凹坑、孔穴、空洞或孔穴状的活性部位(酶催化作用发生的部位，底物结合于该部位)。反应时，纤维素酶的活性部位首先和底物(即纤维素纤维)发生专一性结合，形成络合物。所以纤维素酶分子应能够非常接近纤维并吸附在纤维素纤维某些部位(通常首先吸附在纤维表面)，再发生配位络合，形成中间络合物.然后酶分子的活性部位发生专一性的催化，促使纤维素分子链的昔键水解，使纤维素分子水解。
纤维素分子是由1,4---β葡萄糖键连接成的直链高分子化合物。纤维素酶对其有特殊的催化作用。纤维素酶既能从一端水解纤维素聚合物，又能将长纤维素聚合物切割成小分子。棉纤维的初生壁和次生壁纤维均可以水解而产生纤维素二糖和葡萄糖而溶解于纤维素酶水解溶液中。纤维素纤维是由晶区和非晶区组成，
水分子易于进入非晶区(无定型区)的纤维素内部而形成H键，使纤维素充分膨化，纤维素容易通过细孔，并吸附于表面产生作用。结晶区的纤维素分子排列整齐，结构紧密，纤维素酶不易进人内部。纤维素酶处理时，仅是织物表面，特别是疏松部位的纤维素分子降解、水解和减量，将纤维素表面外露的微细纤维水解弱化，使之易于从纤维上剥落，使织物变得光滑整洁，纹路清晰。同时使得纤维表面张力下降，抗弯强力减弱，纤维之间的摩擦系数降低，纤维间无定型区增大。结构松弛，从而使织物还具有蓬、柔软、吸湿性提高、抗起毛起球等优点。但是，织物的强力会有所降低。
图一 纤维素酶对纤维素水解的催化作用
第三部分 纤维素酶的制备方法
纤维素酶生产有固体发酵和液体发酵两种方法。固体发酵法以秸杆、麸皮等为主要原料，投资少，工艺简单，产品价格低廉，现在国内纤维素酶市场上，固体发酵法生产的酶制剂已占据相当份额，形成了一定规模。国内液体发酵法生产纤维素酶由于菌种和工艺水平均较低，尚处于初级阶段。
浙江新昌制药厂已经成功地研究出纤维素酶液体发酵生产工艺，菌种为里氏木霉工艺路线如下:
该生产工艺具备的优势有:
(1）菌种产酶水平居国内领先地位，菌种稳定性好，连续传代十多次未发生明显退化；
(2)发酵工艺简单，设备通用性强，控制方便，如温度接种量培养时间等均可在较大范围内波动而对生产影响不大；
(3)水、电汽消耗都明显低于一般发酵；
(4)培养基中不含蛋白质和淀粉类多糖原料，为提取精制创造了有利条件；
(5)成品酶制剂稳定性高，贮存要求低。
第四部分 纤维素酶使用方法
4.1使用方法
1.工艺条件：
使用温度：45-55℃，最佳使用温度50℃；
使用pH：5.5-7.5，最佳使用pH为6.5；
洗涤时间：15-45分钟，视所需效果而定，时间越长，效果越显著；
用量：0.5-1.0%（owf-对织物重，具体用量视加工要求而定；用量越大，效果越显著）；
浴比：1:5-1:15；
2.注意事项：
(1)要达到满意的处理效果，需确定最佳的处理方法；
(2)本品对皮肤无伤害，若不慎沾染皮肤，请及时用清水冲洗；
(3)水洗达到效果后使酶失活以免对织物造成过度处理，损伤衣服。
4.2灭酶方法（任选一种）：
a升温至80℃以上，保持10分钟；
b调pH为8-9，温度60℃以上，保持10分钟；
c进行漂白处理。
第五部分 纤维素酶在纺织上的应用
5.1改善纤维素针织物的外观的性能
染色棉织物经纤维素酶处理后，表面毛羽、棉结明显地被清除，织物结构较清晰，染色织物的色泽也明显地明亮和增深织物的表面粗糙度以及抗挠刚度显著降低，从而有助于织物手感的明显改善。
5.2增强纤维素纤维的柔软度，及至增强黄麻的漂白
已证实，有效地控制棉纤维用纤维素酶的水解程度，可使棉织物变成比较柔软，丰满而且稍许挺爽，且有较好的悬垂性，另外，还证实黄麻经纤维素酶和木聚糖酶的混合物预处理，漂白和柔软作用增强.
5.3提高纺织品附加价值
5.3.1牛仔水洗
鉴于浮石对织物损伤较大，现代生物技术提供了牛仔用酶水洗工艺，具有下列优点:
(1)加工服装的质量优良;
(2)有利于环境保护;
(3)设备磨损少;
(4)无需处理浮石，也无需额外的柔软剂;
(5)地面和污水管易于处理在某些情况下，将纤维素酶和浮石水洗相结念
5.3.2生物抛光
生物抛光是日本最先开发的新颖织物整理，织物经过纤维素酶处理，其表面伸出的小纤维末端被除去，有效地减少织物的起毛和起球，获得持久的柔软度和光滑度，并导致织物光泽和色泽鲜艳度的明显改善生物抛光适用于包括棉、黏胶、麻在内的所有纤维素纤维及其织物。
第六部分 纤维素酶的发展趋势
1）纤维素酶处理具有环保、节能、高效等特点，符合可持续发展的要求，有利于绿色纺织、绿色染整，在纺织中具有广阔的发展前景。
2）纤维素酶的成本比传统工业中使用的化学药品高，生产价廉易得酶是以后发展的一个方向。
3）纤维索酶相比其他糖普水解酶类，比活力至少要低1 -- 2个数量级，如滤纸酶的比活力为1 IU/mg左右，CMC的比活力约为10 IU/mg，从而造成酶的作用效率较低。这是两个限制纤维素酶应用的瓶颈问题，也是纤维素酶研究的热点与难点。
总之，纤维素酶是目前糖苷酶类中惟一尚有大量亟待解决问题的酶，也是有着巨大工业和市场潜力的酶。进一步阐明纤维素酶的结构与功能，研究纤维素酶
的基因表达与调控的关系;针对不同工业需要研制不同组分比例的纤维素酶;提高纤维素酶水解天然纤维素的比活力;开发适应不同温度（低温或高温纤维素酶)的纤维素酶是当前纤维素酶的主要研究趋势。
[1] 杨叶东 韩君 张金龙 纤维素酶的研究生产及其在纺织上的应用[J] 激光生物学报.2000. 9（2）：151-153.
[2]顾方媛 陈朝银 石家骥 钱世钧 纤维素酶的研究进展与发展趋势[J] 微牛物学杂志2008.28(1):83-87.
[3]张海生 张同亮 陈德兆 纤维素酶对纤维素的作用机理及其在纺织上的应用[J] 四川纺织科技 2003. 6:3-5
[4]徐晓飞 林炜铁 杨继国 吴军林 纤维素酶在纺织工业中应用研究的进展[J] 上海纺织科技 2003 31(5):34-36
[5]李昕 吴赞敏 纤维素酶在棉纺织加工上的应用[J] 天津纺织科技 41（3）：8-12
纤维素酶及其在纺织上的应用
学院：纺织与材料学院
班级：轻化工程2011级01班
姓名：耿晓珺
学号：[1**********]
纤维素酶及其在纺织上的应用 耿晓珺
摘要：文章阐述了纤维素酶的来源，作用机理，制备方法。并对纤维素酶的实用生产工艺进行介绍，通过对效果的评价，进行纤维素酶发展趋势的拓展。 关键词:纤维素酶 纤维素 纺织 应用
第一部分 纤维素酶的来源介绍
纤维素酶( cellulase)是降解纤维素生成纤维素分子链、纤维二糖和葡萄糖的一组酶的总称。它存在于许多生物中，以微生物为主，细菌、真菌、放线菌、酵母、白蚁及牛、马消化道中的厌氧菌和某些植物中都有纤维素酶存在，纤维素酶系一般有十到十几种组分，不同来源的纤维素酶分子特征和催化活性也不尽相同，通常以真菌产生的纤维素酶系为研究对象。工业生产的纤维素酶主要由真菌产生，如木霉、青霉、曲霉以及腐质霉等。腐质霉是中性纤维素酶的重要生产菌种。细菌和放线菌等也能够产生纤维素酶，它们产生的纤维素酶往往具有耐碱耐热的特点。
第二部分 纤维素酶的作用机理
纤维素酶具有高度的专一性和极高的催化效率。纤维素酶表面具有裂槽、凹坑、孔穴、空洞或孔穴状的活性部位(酶催化作用发生的部位，底物结合于该部位)。反应时，纤维素酶的活性部位首先和底物(即纤维素纤维)发生专一性结合，形成络合物。所以纤维素酶分子应能够非常接近纤维并吸附在纤维素纤维某些部位(通常首先吸附在纤维表面)，再发生配位络合，形成中间络合物.然后酶分子的活性部位发生专一性的催化，促使纤维素分子链的昔键水解，使纤维素分子水解。
纤维素分子是由1,4---β葡萄糖键连接成的直链高分子化合物。纤维素酶对其有特殊的催化作用。纤维素酶既能从一端水解纤维素聚合物，又能将长纤维素聚合物切割成小分子。棉纤维的初生壁和次生壁纤维均可以水解而产生纤维素二糖和葡萄糖而溶解于纤维素酶水解溶液中。纤维素纤维是由晶区和非晶区组成，
水分子易于进入非晶区(无定型区)的纤维素内部而形成H键，使纤维素充分膨化，纤维素容易通过细孔，并吸附于表面产生作用。结晶区的纤维素分子排列整齐，结构紧密，纤维素酶不易进人内部。纤维素酶处理时，仅是织物表面，特别是疏松部位的纤维素分子降解、水解和减量，将纤维素表面外露的微细纤维水解弱化，使之易于从纤维上剥落，使织物变得光滑整洁，纹路清晰。同时使得纤维表面张力下降，抗弯强力减弱，纤维之间的摩擦系数降低，纤维间无定型区增大。结构松弛，从而使织物还具有蓬、柔软、吸湿性提高、抗起毛起球等优点。但是，织物的强力会有所降低。
图一 纤维素酶对纤维素水解的催化作用
第三部分 纤维素酶的制备方法
纤维素酶生产有固体发酵和液体发酵两种方法。固体发酵法以秸杆、麸皮等为主要原料，投资少，工艺简单，产品价格低廉，现在国内纤维素酶市场上，固体发酵法生产的酶制剂已占据相当份额，形成了一定规模。国内液体发酵法生产纤维素酶由于菌种和工艺水平均较低，尚处于初级阶段。
浙江新昌制药厂已经成功地研究出纤维素酶液体发酵生产工艺，菌种为里氏木霉工艺路线如下:
该生产工艺具备的优势有:
(1）菌种产酶水平居国内领先地位，菌种稳定性好，连续传代十多次未发生明显退化；
(2)发酵工艺简单，设备通用性强，控制方便，如温度接种量培养时间等均可在较大范围内波动而对生产影响不大；
(3)水、电汽消耗都明显低于一般发酵；
(4)培养基中不含蛋白质和淀粉类多糖原料，为提取精制创造了有利条件；
(5)成品酶制剂稳定性高，贮存要求低。
第四部分 纤维素酶使用方法
4.1使用方法
1.工艺条件：
使用温度：45-55℃，最佳使用温度50℃；
使用pH：5.5-7.5，最佳使用pH为6.5；
洗涤时间：15-45分钟，视所需效果而定，时间越长，效果越显著；
用量：0.5-1.0%（owf-对织物重，具体用量视加工要求而定；用量越大，效果越显著）；
浴比：1:5-1:15；
2.注意事项：
(1)要达到满意的处理效果，需确定最佳的处理方法；
(2)本品对皮肤无伤害，若不慎沾染皮肤，请及时用清水冲洗；
(3)水洗达到效果后使酶失活以免对织物造成过度处理，损伤衣服。
4.2灭酶方法（任选一种）：
a升温至80℃以上，保持10分钟；
b调pH为8-9，温度60℃以上，保持10分钟；
c进行漂白处理。
第五部分 纤维素酶在纺织上的应用
5.1改善纤维素针织物的外观的性能
染色棉织物经纤维素酶处理后，表面毛羽、棉结明显地被清除，织物结构较清晰，染色织物的色泽也明显地明亮和增深织物的表面粗糙度以及抗挠刚度显著降低，从而有助于织物手感的明显改善。
5.2增强纤维素纤维的柔软度，及至增强黄麻的漂白
已证实，有效地控制棉纤维用纤维素酶的水解程度，可使棉织物变成比较柔软，丰满而且稍许挺爽，且有较好的悬垂性，另外，还证实黄麻经纤维素酶和木聚糖酶的混合物预处理，漂白和柔软作用增强.
5.3提高纺织品附加价值
5.3.1牛仔水洗
鉴于浮石对织物损伤较大，现代生物技术提供了牛仔用酶水洗工艺，具有下列优点:
(1)加工服装的质量优良;
(2)有利于环境保护;
(3)设备磨损少;
(4)无需处理浮石，也无需额外的柔软剂;
(5)地面和污水管易于处理在某些情况下，将纤维素酶和浮石水洗相结念
5.3.2生物抛光
生物抛光是日本最先开发的新颖织物整理，织物经过纤维素酶处理，其表面伸出的小纤维末端被除去，有效地减少织物的起毛和起球，获得持久的柔软度和光滑度，并导致织物光泽和色泽鲜艳度的明显改善生物抛光适用于包括棉、黏胶、麻在内的所有纤维素纤维及其织物。
第六部分 纤维素酶的发展趋势
1）纤维素酶处理具有环保、节能、高效等特点，符合可持续发展的要求，有利于绿色纺织、绿色染整，在纺织中具有广阔的发展前景。
2）纤维素酶的成本比传统工业中使用的化学药品高，生产价廉易得酶是以后发展的一个方向。
3）纤维索酶相比其他糖普水解酶类，比活力至少要低1 -- 2个数量级，如滤纸酶的比活力为1 IU/mg左右，CMC的比活力约为10 IU/mg，从而造成酶的作用效率较低。这是两个限制纤维素酶应用的瓶颈问题，也是纤维素酶研究的热点与难点。
总之，纤维素酶是目前糖苷酶类中惟一尚有大量亟待解决问题的酶，也是有着巨大工业和市场潜力的酶。进一步阐明纤维素酶的结构与功能，研究纤维素酶
的基因表达与调控的关系;针对不同工业需要研制不同组分比例的纤维素酶;提高纤维素酶水解天然纤维素的比活力;开发适应不同温度（低温或高温纤维素酶)的纤维素酶是当前纤维素酶的主要研究趋势。
[1] 杨叶东 韩君 张金龙 纤维素酶的研究生产及其在纺织上的应用[J] 激光生物学报.2000. 9（2）：151-153.
[2]顾方媛 陈朝银 石家骥 钱世钧 纤维素酶的研究进展与发展趋势[J] 微牛物学杂志2008.28(1):83-87.
[3]张海生 张同亮 陈德兆 纤维素酶对纤维素的作用机理及其在纺织上的应用[J] 四川纺织科技 2003. 6:3-5
[4]徐晓飞 林炜铁 杨继国 吴军林 纤维素酶在纺织工业中应用研究的进展[J] 上海纺织科技 2003 31(5):34-36
[5]李昕 吴赞敏 纤维素酶在棉纺织加工上的应用[J] 天津纺织科技 41（3）：8-12