纺织工艺—α-淀粉酶在浆料助剂和淀粉预处理中的应用

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1、纺织工艺-淀粉酶在浆料助剂和淀粉预处理中的应用阿里巴巴纺织2012-03-28专题：纺织打印【阿里巴巴纺织阿里巴巴纺织】摘要：介绍了 -淀粉酶的性质及其在浆料助剂和变性淀粉预处理中 的应用现状，分析了 -淀粉酶在应用中存在的问题，提出了其发展建议。关键词：-淀粉酶；浆料助剂；淀粉改性剂；淀粉预处理；应用长期以来，-淀粉酶作为织物退浆剂而被印染行业工作者所熟悉，90年代初期，在 DDF 浆料复合助剂（-淀粉酶主要成分之一）在我国得以大面积推广使用以来，各种包含 -淀粉酶的淀粉改性剂相继问世，使得淀粉在调浆过程中降解和简单变性，故可部分取代 PVA 对纯棉、洗棉等织物上浆，大大降低了上浆成本，减少

2、环境污染，并顺应了我国今后 新型浆料的发展方向：“高质量、多功能、少组分、系列化、少用或不用 PVA。 ”另外，近年 来，-淀粉酶还被用于变性淀粉生产中的淀粉预处理工艺中，实现淀粉在变性前被降解， 提高变性效率，制得了高浓低粘的高质量的变性淀粉浆料。 1 -淀粉酶的性质1，2 淀粉酶属于水解酶的一种，是淀粉水解的生物催化剂。按降解方式分为 -淀粉酶、-淀粉 酶、糖化酶、异淀粉酶和环湖精生成酶。-淀粉酶将淀粉长链分子水解成短链分子时，以 无规则的方式切断淀粉大分子内部 -1，4甙键而使淀粉生成糊精、低聚糖等，因产物的末 端葡萄糖残基中 C1碳原子为 -构形，故称为 -淀粉酶。大多 -淀粉酶（个别

3、品种除外） 不能切断 -1，6甙键，也不能切断分支点附近的 -1，4甙键，目前，-淀粉酶在我国产量 较大，广泛应用于食品、酿造、制药和纺织等领域。用 -淀粉酶水解淀粉时，要注意水解 条件。影响 -淀粉酶活性的主要因素：pH 值、温度和金属离子。1.1pH 值一般 -淀粉酶在 pH 值为5.58.0时活性较稳定，pH 值小于4时，酶易失去活性。但有 些 -淀粉酶是偏酸性或偏碱性的，如黑曲酶产生的 -淀粉酶最适合的 pH 值为2.5、温度为 40时，处理30min 后仍然有一定的活性，但在 pH 值为7、温度为55，处理15min，- 淀粉酶几乎失活。而用米曲酶生产的 -淀粉酶则相反，在 pH 值

4、 为7、温度为55时，处 理15min，酶活性无损失，但在 pH 值为2.5时，酶的活性完全消失。1.2温度目前所用的 -淀粉酶主要有耐中温（6070）和耐高温（9095） 。根据酶反应动 力学分析，温度每升高10，反应速度提高12倍，故耐高温 -淀粉酶具有反应速度快、 效率高、成本低等优势。1.3金属离子 -淀粉酶是一种金属酶，Ca2+使 -淀粉酶保持适当的构象，从而维持其最大的活性和稳定 性。除 Ca2+外，其它二价碱金属离子 Ba2+、Mg2+等也有维持 -淀粉酶活性的作用。耐 中温 -淀粉酶为适应生产工艺的高温条件，有时需添加 Ca2+等稳定剂，但高温 -淀粉酶 在 Ca2+浓度很低时

5、，稳定性就很好，在实际使用时，不需添加 Ca2+等稳定剂。 2 -淀粉酶淀粉酶的应用2.1浆料复合助剂DDF 浆料复合助剂和大多其它淀粉改性剂中均含有 -淀粉酶。淀粉改性剂可用于涤棉 淀粉时，上浆成本基本不变，但浆纱质量大大的提高。用其取代化学混合浆中部分 PVA、变性淀粉、CMC 以及丙烯酸类浆料等，浆纱质量保持稳定，浆料成本却可大大降低。2.1.1DDF 复合浆料助剂3DDF 是青岛开达公司生产的一种复合浆料助剂，适用于容易织造的纯棉、涤棉、涤粘 等织物的上浆。因其可大大降低上浆成本，所以，很快在我国得以面积推广应用。DDF 复 合浆料助剂是聚丙烯腈高温高压处理后形成的聚丙烯腈部分水解物与

6、 -淀粉酶相混合而成 的白色粉末状物质，在调浆时以添加剂的形式使用。调浆时一般加入5%的 DDF，调制的 浆液粘度适当，主要用来取代 CMC 或30%40%的 PVA。原淀粉的粘度太高，需对其降解后才能用于上浆。另外，由于 DDF 中聚丙烯腈进行高 温高压处理后的产物与淀粉反应生成氰乙基淀粉，使得浆液的粘度升高。为此，在 DDF 中 混入 -淀粉酶的目的是催化淀粉水解，将淀粉大分子迅速降解为含有68个葡萄糖残基组 成的小分子，从而降低浆液的粘度。2.1.2其它淀粉改性剂4 目前大多淀粉改性剂中使用 -淀粉酶作为淀粉水解的催化剂。另外，为了改善浆液的上浆 性能，各种淀粉改性剂中加入不同的物质。如

7、 F90淀粉改性剂是 -淀粉酶、铵盐、丙烯腈 水解物及稳定剂等的混和体，KS-71淀粉改性剂是聚丙烯腈部分水解物和 -淀粉酶的混合 物。因各种淀粉改性剂中加入的使淀粉变性的物质不尽相同，故其对淀粉进行变性的方法 各异：引入官能团，疏水性的酯基增强与合成纤维的亲和力，带有正电荷的基团增大与 带有负电荷纤维之间的吸引力，尤其是可以提高与合成纤维的粘附力，羧基提高对棉纤维 的粘附力；轻微的交联，淀粉大分子在水中降解后，淀粉改性剂中少量的交联剂可使降 解后的分子重新交联成较松散的大分子，有利于稳定浆液粘度；少量的接枝，在一定温 度下，由于引发剂作用，淀粉游离基增多，使部分酯化剂和淀粉发生接枝反应，使淀

8、粉浆 具有化学浆的部分性质。2.2 淀粉预处理在制取淀粉衍生物和接枝淀粉等变性淀粉之前，常需用酸、氧化剂或酶对原淀粉进行 降解，以确保产品的粘度符合浆纱工序的要求，这一步骤称为“淀粉预处理”。过去主要使 用酸降解或氧化降解：用酸降解反应过于剧烈，需严格控制反应时间较长。近年来，为克 服这些不足，一些科研工作者用 -淀粉酶进行淀粉预处理。 2.2.1 将配制好的淀粉乳液，在30下保温20min 后调 pH 为6.4，在加入淀粉量0.3%的 - 淀粉酶，在搅拌条件下处理60min.2.2.2将 pH 值调至11缓慢加入醋酸酐并保持 pH 为8，在调高 pH 至11。重复这一过程 直至加完投入淀粉量

9、10%在醋酸酐为止，然后在搅拌的条件下反应160min。分批加入醋酸 酐的目的是为了确保体系处于较适宜的 pH 值范围和较高的反应效率。试验结果表明，经 酶处理的产物与不经酶处理的产物相比，取代度提高约40%，乙酰化剂利用率提高约 30%。另外，-淀粉酶用量未达到与淀粉之比饱和程度时，随着酶用量增加，取代度增大。 因此，若要生产高浓低粘的产品，必须增加 -淀粉酶用量，产物的取代度也将增大。 3 含 -淀粉酶的浆料复合助剂在使用时应注意的一些问题3.1不能将其与常用的变性淀粉混为一谈 淀粉改性剂不同于普通的淀粉分解剂。在调浆桶中，加入适当的淀粉改性剂，能使原淀粉 降解且实现一些简单变性，因而所调

10、制的浆液的浆液具有粘度低且稳定、流动性好、浸透 性好，浆膜柔软等优点，大大降低其上浆成本。而淀粉的分解剂如水玻璃（硅酸钠） 、氢氧 化钠、氯胺 T 等，只能简单实现淀粉降解，没有使淀粉变性的作用，其应用于浆纱调浆工 艺已有多年。但是，在调浆过程中，受反应条件和时间等因素的限制，淀粉改性剂对原淀粉的变性 作用只是初级的，难以脂化、醚化或接枝等深度变性，其品种适应性有限：采用 PVA，实现在上浆成本下降或几乎不增加的前提下，提高上浆质量；采用 PVA 和变性淀粉混合浆上 浆的品种，其可替代变性淀粉，但取代 PVA 的比例应少于变性淀粉，否则上浆质量难以保 证；采用纯 PVA 或 PVA 与 CMC

11、 及丙烯酸类浆料上浆的品种，其可取代一部分 PVA 或 CMC 等。总之，淀粉改性剂是一种浆料复合助剂，对淀粉变性的程度很低，主要是对淀粉进行 降解，不能完全取代变性淀粉，否则，尽管能大大降低上浆成本，但上浆质量会大大降低， 近而出现“得不偿失”的局面。3.2按程序调浆 由于各种 -淀粉酶的适宜水解温度和 pH 值范围不尽相同，为了确保每次调浆时降解程度 相近，稳定浆液的粘度，必须严格按各种淀粉改性剂要求的调浆程序进行调浆，按照要求 控制温度和调节 pH 值。如 KS-71淀粉改性剂使用的是耐高温酶，必须按要求在 pH 值为 6.07.0、温度为95100条件下，保温1h 进行反应。3.3存放

12、时间 常温下，-淀粉酶的活性随保存时间的延长而逐渐下降。因此，不能存放过长时间，应存 放在避光、干燥的场合，以尽量保持其活性。3.4在淀粉改性剂中的分布因为 -淀粉酶在淀粉改性剂中含量很低，故其在淀粉改性剂中分布不均匀。为此，生 产中最好能使用整袋淀粉改性剂，至少使用半袋。一些生产技术人员和科研人员没有注意 到该问题，在实验室做加入酶比例实验时，经常随机地从袋中取出一点做实验，这样测得 的数据就很不可靠了。解决该问题的方法是，用水溶解一袋淀粉改性剂，搅拌均匀后，在 量取指定数量的液体。 4发展建议4.1应对淀粉改性剂中 -淀粉酶进行固化，以减少其存放活性下降率，进而能存放较长 时间。4.2在淀

13、粉改性中，尽量少加为降低成本而添加的原淀粉等填料，否则，既浪费存储淀 粉改性剂的地方，又增加运输成本。4.3在调浆过程中，应研究可实现降解和充分变性的高性能淀粉改性剂，使其能“名副 其实”地真正完全取代变性淀粉，大大降低上浆成本。4.4应重视研究更适合的淀粉预处理用低温 -淀粉酶，使其活性范围小于38，适应生 产变性淀粉时，温度要求小于38这一防止出现淀粉局部糊化的反应条件。另外，最好在 加入某种试剂或调节 pH 值后能使其丧失活性，这样可准确控制酶解时间。 5结论5.1使用淀粉改性剂实现调浆时淀粉降解与变性后，可部分取代 PVA，降低上浆成本， 减少环境污染，有着广阔的发展前景。实践表明 -淀粉酶是首选的淀粉降解剂。5.2为减少淀粉改性存放时 -淀粉酶的活性下降率，应对 -淀粉酶进行固化处理。5.3研制高性能的淀粉改性剂，在调浆过程中使淀粉充分变性，进而完全取代变性淀粉， 具有非常重要的意义。5.4淀粉预处理时采用 -淀粉酶，可简化操作、降低成本，有广阔的推广应用前景。研 制水解适宜温度在38以下，通过加入一定的化学试剂或 pH 值的方法使其丧失活性的 - 淀粉酶，是非常重要的。