姚繼明，李倩，魏賽男（河北科技大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，石家莊 050018）

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基于復(fù)合酶體系的牛仔服裝低溫一步法生物整理

姚繼明，李倩，魏賽男
（河北科技大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，石家莊 050018）

采用中心復(fù)合實驗法設(shè)計，以淀粉酶、纖維素酶、漆酶及pH值為影響因子，在25℃條件對靛藍牛仔織物進行一步法生物整理，測試織物的顏色、強力、毛細效應(yīng)、漿料去除率及絨毛率指標并進行數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化.實驗結(jié)果表明：對織物褪色、絨毛率和強力影響顯著的因子主要為纖維素酶，漆酶對織物亮度和褪色影響顯著，淀粉酶對淀粉去除率和毛效影響顯著.在優(yōu)化條件下，低溫一步法處理后織物的各項指標與傳統(tǒng)兩步法接近.

復(fù)合酶；牛仔布；低溫一步處理法；漆酶；纖維素酶；淀粉酶

傳統(tǒng)牛仔服裝必須經(jīng)過后續(xù)的水洗加工，去除面料上的漿料，清除織物表面的絨毛，產(chǎn)生“仿舊”的外觀，改善手感和穿著的舒適性和美觀性.水洗過程主要包括退漿、纖維素酶洗、柔軟三道工序，目前退漿和酶洗處理大多分兩步進行，溫度在45～55℃之間，加工時間60～120 min［1］.水洗過程的升溫和保溫靠通入蒸汽來完成，此過程耗費大量的蒸汽，同時造成退漿和酶洗過程中脫落的染料重新沾污到織物表面，必須經(jīng)過多次水洗才能清除干凈，兩步法處理和反復(fù)的清洗消耗大量的水、電、蒸汽，同時產(chǎn)生大量廢水，因此國內(nèi)外對退漿、酶洗一步法整理工藝的研究受到了廣泛的關(guān)注.如Maryan等［2］使用淀粉酶、纖維素酶和漆酶在50～60℃、pH為5～7條件下一浴法對牛仔織物進行處理，發(fā)現(xiàn)處理效果與兩步法相當.陳新琪［3］也采用淀粉酶、纖維素酶和漆酶在80℃、pH為6條件下一浴法對牛仔織物進行處理，取得了預(yù)期的效果.由于目前常見的纖維素酶、淀粉酶和漆酶通常的作用溫度都在50℃左右，實現(xiàn)復(fù)合酶低溫一步法處理還需要在酶的選擇和改性及體系的優(yōu)化組合方面進行研究和實踐，本文使用石家莊美施達生物化工有限公司提供的復(fù)合淀粉酶、低溫纖維素酶和河北省微生物研究所提供的漆酶，采用中心復(fù)合實驗設(shè)計方案，以纖維素酶（A）、漆酶（B）、淀粉酶（C）的用量和pH值（D）為變量因子，通過對處理后織物的顏色、強力、吸水性，織物表面絨毛率以及織物的淀粉漿料去除率的測試與分析，找出影響織物處理效果的顯著性因子，優(yōu)化各組分的用量，并與兩步法的處理效果進行對比，探討低溫一步法實施的可能性.

1　實驗部分

1.1材料及儀器

材料：靛藍牛仔織物，經(jīng)緯向紗線支數(shù)10s×10s，經(jīng)密105根/5 cm，緯密90根/5 cm，布克重450 g/m2，河北新大東紡織有限公司提供；低溫纖維素酶CS，濾紙酶活力（FPU）≥220，復(fù)合淀粉酶DL（2 000 u/mL），石家莊美施達生物化工有限公司提供；漆酶GV（100 u/mL），河北省微生物研究所提供；高氯酸，酚酞，氫氧化鈉，醋酸，碘化鉀，碘酸鉀等為分析純級試劑，市售.

儀器：YG026B型電子織物強力儀，南通三思機電科技有限公司產(chǎn)品；織物毛細效應(yīng)測試儀，山東省紡織科學(xué)研究院儀器研究所產(chǎn)品；高溫染色機，上海一派印染設(shè)備有限公司產(chǎn)品；Color i5-D測色配色儀，美國Datacolor公司產(chǎn)品；JH756紫外可見分光光度計，上海菁華科技有限公司產(chǎn)品；絨毛測試儀，自制；電子天平，容量瓶，燒杯，剪刀等，市售.

1.2試驗方法

根據(jù)實驗方案設(shè)計，控制浴比1∶20，將織物在不同用量的纖維素酶、漆酶、淀粉酶和pH值下，在染色機中25℃處理60 min，加NaOH（2 g/L）進行滅活，清水洗滌2次，晾干.

1.3測試方法

1.3.1顏色指標

利用Color i5測色配色儀，10°視場、D65光源，將處理后織物折疊成4層（不透光）放在測色孔上，測試織物的L*，a*，b*，K/S值，每塊織物測試5個不同的點，取平均值.

1.3.2織物拉伸強力（TS）

參照GB/T 3923.1-2013《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》測定織物拉伸斷裂強力，測量3次，求取平均值.

1.3.3織物毛細效應(yīng)（WB）

參照FZ/T 01071-1999《紡織品毛細效應(yīng)試驗方法》，利用織物毛細效應(yīng)測試儀，測試織物的毛細效應(yīng). 以30 min內(nèi)織物的吸濕高度（cm）作為毛細效應(yīng)的指標，WB值越高，織物的吸濕性能越好.

1.3.4織物淀粉漿料去除率（SR）

取織物2 g（精確至0.1 mg），將棉織物剪成5 mm× 5 mm左右的小塊，加入約30 mL高氯酸溶液（42%），室溫下攪拌30 min，加入100 mL蒸餾水、2滴酚酞指示劑，6 mol/L氫氧化鈉至溶液呈淡粉色，滴加2 mol/L醋酸至淡粉色消失.過濾，將濾液轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶中，用蒸餾水沖洗織物并抽濾2次，將沖洗液轉(zhuǎn)移至容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度.吸取該溶液5 mL，置于50 mL容量瓶中，加入2 mol/L醋酸溶液25 mL、10%碘化鉀溶液0.5 mL、0.05 mol/L碘酸鉀溶液2 mL，再用蒸餾水稀釋至刻度，在避光處放置顯色5 min，以含2 mol/L醋酸溶液25 mL、10%碘化鉀溶液0.5 mL、0.05 mol/L碘酸鉀溶液2 mL的空白處理溶液作參比，在620 nm處測定吸光度.織物上淀粉漿料去除率（SR）按下式計算：

式中：B1、B2分別為織物處理前、后測試液的吸光度［4］.

1.3.5織物表面絨毛率（PR）

在絨毛測試儀上沿橫向和縱向各3個位置獲取織物邊緣圖像，在1 cm×0.1 cm圖像內(nèi)，絨毛所占的圖像面積與整個圖像面積的百分率定義為絨毛率，計算平均值.絨毛率越低，表明織物表面的光潔度越好，織物的生物處理效果越好.

2　結(jié)果與討論

2.1實驗設(shè)計方案及處理后織物性能指標

目前牛仔織物的經(jīng)紗上漿的漿料主要為淀粉或變性淀粉漿料，以α-淀粉酶為主要組分的復(fù)合淀粉酶DL對淀粉漿料具有去除率高，溫度范圍寬的特點［5-7］.纖維素酶是一種多組分的復(fù)合酶，外切酶（C1）首先作用于纖維素的結(jié)晶區(qū)，破壞其結(jié)晶結(jié)構(gòu)，再由內(nèi)切酶（Cx）深入內(nèi)部將纖維長鏈切割成短鏈的低聚糖，最后由β-葡萄糖苷酶將這些中間產(chǎn)物降解為葡萄糖.纖維素酶作用于牛仔織物表面，可以去除織物表面的絨毛，褪色產(chǎn)生仿舊效果.纖維素酶CS是一種低溫酶，在pH=6.0的條件下，活力在20～35℃有一個比較寬泛平穩(wěn)的溫度作用區(qū)間，能夠用于低溫酶洗［8］.漆酶（EC1.10.3.2）是多銅氧化酶中的一種含銅的糖蛋白氧化酶［9］，可催化氧化酚類和芳香胺類化合物，同時將氧分子還原成水；另一方面漆酶催化底物氧化和通過4個銅離子協(xié)同傳遞電子和價態(tài)變化來實現(xiàn)對O2的還原［10］.將漆酶用于靛藍牛仔布的返舊水洗整理，整理后的織物手感厚實，表面光潔，色澤明快淡雅.利用漆酶水洗不但可減少水洗廢水中的靛藍含量、降低環(huán)境污染，有效地減輕靛藍返染程度，且不會對織物強力造成影響，提高服裝的質(zhì)量檔次.從環(huán)保和處理效果方面而言，漆酶的牛仔布水洗具有很好的應(yīng)用前景［11］.

以淀粉酶DL（A）、纖維素酶CS（B）、漆酶GV（C）以及pH值（D）為變量，通過采用響應(yīng)曲面法中的中心復(fù)合實驗法設(shè)計確定體系中各種酶的用量及pH值.響應(yīng)曲面法是一種優(yōu)化工藝條件的有效方法，可以建立連續(xù)變量曲面模型［12-13］，確定體系中各因素及其交互作用對處理過程中指標（響應(yīng)值）的影響，精確地表述因素和響應(yīng)值之間的關(guān)系.此類曲面模型可對影響過程因素及其交互作用進行評價，確定最佳水平范圍［14］.中心復(fù)合實驗設(shè)計方案及織物的各項性能指標結(jié)果如表1所示.

2.2顯著性分析

由于牛仔服裝經(jīng)過生物整理后還需要后續(xù)的漂白，柔軟等加工，衡量牛仔服裝生物整理效果主要通過織物表面褪色程度，絨毛去除程度，退漿率，織物的毛效和強力等指標來評價.表面褪色程度采用測色儀測得數(shù)據(jù)中選取D65光源下所測的色坐標（L*、a*、b*）和最大吸收波長下的K/S值來反映［15］.在光源D65下，L*表示織物明度，數(shù)值越大說明織物顏色越亮，反之越暗；a*表示織物色光偏紅或偏綠，數(shù)值越大色光越紅，相反越綠；b*表示色光偏黃或偏藍，數(shù)值越大色光越黃，相反越藍；K/S代表織物染色深度，數(shù)值越大表示織物顏色越深，褪色效果越差，反之數(shù)值越小，顏色越淺，褪色效果越好.由于經(jīng)紗上的漿料主要是淀粉，本實驗采用淀粉去除率代表退漿率.由于纖維素酶、漆酶和淀粉酶各自的作用，最佳作用條件不盡相同，各因素對織物的各項指標的影響程度也不相同.各因素對織物性能指標作用的顯著性如表2所示.

表1　中心復(fù)合實驗設(shè)計方案及處理后織物的各項性能指標Tab.1　Central composite design and result of fabric after treatment

當p值≤0.05時，表明某一因子對該指標有顯著性影響.由表2可以看出，漆酶、淀粉酶、pH以及纖維素酶與漆酶的相互作用對L*值的影響顯著，這表明織物處理后的明亮程度與淀粉酶和漆酶的作用的發(fā)揮關(guān)系顯著，這是由于漆酶對靛藍染料產(chǎn)生氧化作用，使其部分氧化褪色，對光線的吸收減少，反射增加.淀粉酶的作用主要是由于漿料去除降低了對光線的吸收，這也可以從淀粉去除率的顯著性影響得到證實，漆酶和淀粉酶的活力在pH為6時最強，pH值對L*值的影響與漆酶和淀粉酶的活力相關(guān).對于織物的色光a*，b*值，系統(tǒng)中的各種因素影響均不顯著.漆酶及漆酶與纖維素酶的交互作用對K/S值影響最為顯著，表明漆酶和纖維素酶對織物褪色效果起到?jīng)Q定性的作用.纖維素酶和淀粉酶對織物的毛效作用顯著，說明漿料的去除和部分纖維素的降解提升了織物的吸濕性.對于織物強力，纖維素酶的作用最大，也可以說纖維素酶解，容易造成織物強力的降低，而漆酶和淀粉酶影響很小.纖維素酶對織物的絨毛率影響最大，表明纖維素酶是去除絨毛的主要因素.

表2　各因素對織物性能指標作用的顯著性Tab.2　Significance of various factors on treated fabric properties

2.3回歸方程

剔除影響不顯著因素，對影響顯著的指標和因子進行線性和相互作用回歸，回歸方程如表3所示.

R-Sq代表回歸模型誤差占總誤差的百分比.取值在0%～100%之間，數(shù)值越大，表明回歸模型與數(shù)據(jù)吻合得越好.R-Sq（adj）代表調(diào)整的R-Sq，取值也在0%～100%之間.R-Sq（adj）與R-Sq越接近，表明回歸模型越可靠.R-sq值越大越好，若大于70%，存在相關(guān)性，85%以上，關(guān)系顯著.由表3可以看出，毛細效應(yīng)與纖維素酶及淀粉酶用量回歸方程，淀粉去除率與淀粉酶用量，pH及之間的相互作用回歸方程，絨毛率與纖維素酶用量回歸方程相關(guān)性高，回歸模型可靠.

表3　各響應(yīng)值的回歸方程及回歸模型誤差百分比Tab.3　Response values of regression equation and regression model error percentage

2.4體系優(yōu)化

由于體系中各個因子對處理后織物顏色的a*、b*值影響均不顯著，在織物指標（響應(yīng)）中，只考慮影響顯著的因子和響應(yīng)，通過響應(yīng)曲面法中的優(yōu)化響應(yīng)器進行優(yōu)化，優(yōu)化的因子數(shù)值和預(yù)測的響應(yīng)值如表4所示.

表4　優(yōu)化的因子數(shù)值和預(yù)測的響應(yīng)值Tab.4　Factor numerical of optimization and response value of prediction

采用表4中優(yōu)化后的變量因子處理織物，其預(yù)測的結(jié)果合意度在0.9以上，表明優(yōu)化的結(jié)果有很高的可靠性.

2.5與傳統(tǒng)兩步法對比

采用傳統(tǒng)的兩步法工藝，以淀粉酶0.5 g/L，50℃，浴比1∶20對織物退漿20 min，放掉殘液，然后用纖維素酶0.475 g/L、25℃、pH=6、浴比1∶20處理60 min，與按表4中的優(yōu)化后的因子（25℃，浴比1∶20處理60 min）的低溫一步法進行比較，織物測試結(jié)果如表5所示.

由表5可知，采用優(yōu)化條件下一步法處理，各項指標的預(yù)測值與實際值接近，同傳統(tǒng)的兩步法處理相比，L*和強力略高，褪色效果、毛細效應(yīng)和淀粉去除率稍低，絨毛率接近，表明復(fù)合酶體系低溫一步法生物整理效果接近傳統(tǒng)兩步法的整理效果.

表5　一步法與兩步法處理后的織物性能指標Tab.5　Fabric treated with one-step and two-step performance metrics

3　結(jié)論

采用復(fù)合酶體系對牛仔織物進行低溫一步法生物整理，體系中纖維素酶、漆酶、淀粉酶、pH值對處理后織物的各項性能指標未見顯著的交互作用，對織物的色光影響不大.漆酶、淀粉酶、pH以及纖維素酶與漆酶的相互作用對L值的影響顯著.漆酶及漆酶與纖維素酶的交互作用對K/S值影響最為顯著，纖維素酶和淀粉酶對織物的毛效作用顯著，纖維素酶對織物的絨毛率和強力影響最大.在優(yōu)化條件下對織物進行低溫一步法處理，整理效果接近傳統(tǒng)的兩步法處理.

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Low temperature one-step biotreatment of denim based on composite enzyme system

YAO Ji-ming，LI Qian，WEI Sai-nan
（College of Textile and Garment，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang 050018，China）

The dosage of amylase，cellulase，laccase and pH value were used as impact factor in central composite experiment design for biotreatment of denim at 25℃.The colour strength and shade，tensile strength，capillary effect，size removal percentage and pill extent were measured and were optimised by minitab software.The results show that cellulase gives the significant impact on colourfiding，pill extent and tensile strength，laccase gives significant impact on colourfiding and brightness，and amylase gives significant impact on capillary effect and size removal.Compared with traditional two-step treatment，the similar results of treated fabric are achieved by low temperature one-step treatment.

composite enzyme；jean；low temperature one-step treatment；laccase；cellulase；amylase

TS190.64

A

1671-024X（2016）03-0055-05

10.3969/j.issn.1671-024x.2016.03.011

2015-11-03

河北省科技支撐計劃項目（15272615D）

姚繼明（1965—），男，博士，教授，主要研究方向為紡織清潔生產(chǎn)及功能化先進加工技術(shù).E-mail：yaojiming66@126.com