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生物酶在纺织工业中的应用 ( 十三 )
物退浆 , 一般需要 2 h 才能达到退浆 目的 , 因而 , 目前的 PVA 分 解酶的活力还太低。
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上。虽然部分分解可以降低废液的 色度 , 但由于 染料结 构没有 被完全降解 , 因而 分解产 物的 毒性 可能更 大。如一 种 Cora llina IAM 1212( 细菌 ) 对结晶紫 的分解 产物 是一种 致突 变性和 致癌 的物质 ( 图 8) 。图 9 为上流式 厌氧污 泥床 ( UA SB ) 对一 种偶氮 染料的处理结果 [ 7] 。
图 7 微生物降解偶氮染料可能机理
生物的生化 降解。 但经 过 菌种 驯 化 , 完 全可 能 获得 能 对 某些 ( 类 ) 阳离子表面活性剂进行生化降解的菌种。
通常情况下 , 厌氧菌对大部分合 成色素 均停留 在部分分 解
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染 ( 2011 N o . 7) 非离子表活剂 的生化 降解 速度 一般 和聚 氧乙 烯链 的长 度 参考文献 :
图 6
PVA 由图 6 可知 , PVA 分解酶实际上是仲醇 氧化酶 或脱氢酶 和 水解酶的混合物 , 可能还有其它的酶制剂成分。在分解 PVA 过 程中各种酶同样需要 一定的协同作用。 目前的关键是进 行 高产 率、 高催 化效 率的 菌株 培养 , 降 低 酶制剂的生产成本。 这是决定 PVA 分 解酶是否 能够 得到工 业 化应用的关键。 10. 7 印染废水生化处理中的氧化还原酶 10. 7. 1 对染料的降解 染料的特性决定了其较难 生化降解 , 这 不仅是 因为目前 的 染料大多为合成有机 物 , 更是因为染 料在合 成时要 求具有特 别 的稳定性 , 如耐光、 耐酸碱、 耐热等。 染料的 生化降 解形式包 括 完全分解和部分分解 两类。 完全分解是微生物将色素 作为唯一 的碳源 和能源 , 最终 转 化为 CO2 和 H 2 O 的降解称为完全降解。从目前的研究看 , 仅在 偶氮类和蒽醌类染料 中发现个别染料可 以被微 生物完 全降解。 总的来看 , 采用细菌 对合成 色素 进行 完全 分解 较困 难 , 而且 天 然菌种即使能够 对某种 色素 进行 完全 分解 , 其 效率 也不 高 , 需 要进行基因改性 , 有的可能需要多种菌种的协同作用。 从目前的研究现状看 , 酶法对天 然染料 或废水 中有机物 的 降解主要依靠微生物 所释放的酶进 行。由于废 水成分 复杂、 结 构多样 , 完全采用酶制剂进行废水处 理存在 成本和 处理效率 的 问题。而通过菌种 的驯 化可以 获得 具有 某类 废水 专一 性的 菌 种 , 有可能实现不同废水的生化降 解 , 因 而有很 高的实 用价值。 细菌对染料的降解是 一个复杂过程 , 有厌氧 和好氧 两种处理 形 式。图 7 给出的是 偶氮染 料通 过厌 氧菌 产生 氧化 还原 酶可 能 的降解途径。
图 5 葡萄糖质量浓度和过氧化氢产生量 N agase 生化工业公司生产的青霉 葡萄糖 氧化酶 0. 1 g /L, pH 值 5, 50 , 空气量 3 L /m in 。
文献标识码 : A
文章编号 : 1000- 4017( 2011) 07- 0042- 03
11. 1 . 13), 或至少含有其中的一 种。 M nP 通过 形成 M n2+ /M n3+ 氧化还原对 攻击酚类 底物进行氧 化还原反应 , 而 L iP 则通过形 成的自由基达到氧 化反应 目的 , L iP 对 没有甲 氧基 取代酚 的木 质素单元的氧化 还原能 力较 强。因而 白腐 菌分 泌的 木质 素酶 也是一种多酶 复 合体 , 其 中 氧化 还原 酶 是木 质 素分 解 酶 的主 体 [ 4-6] 。由于木质素结构 的复 杂性 , 对 木质 素酶 降解 木质 素的 具体历程和机理尚不清楚 , 有待进一步的研究。 10. 6 PVA 分解酶 为了实现生化 退浆 , 获 得 PVA 分 解酶 具 有极 大的 实 用意 义。同时 , PVA 分解酶还可用于纺 织污水处 理。日本工 业技术 科学院为此进行了全国性的 PVA 分解菌的筛选工作 , 在革兰氏 阴性细菌中成功 获得 了几 种 PVA 分 解菌 , 筛选 出 N o . SK - 95 和 No . R S701 两种从未发现的新菌株。前者可以 快速降低 PVA 的黏度 , 是能够产生 PVA 内切分解酶的菌株 , 可用 作 PVA 的退 浆处理 ; 后者 能够 快速 利用 PVA 并繁 殖 , 可 用作 PVA 污 水处 理 , 是一种产生高效外 切分解酶的菌株。 目前对 PVA 分解酶的催化反应机理尚不清楚 , 但分析可能 是如图 6 所示的反应 过程 , 是 多种 酶参 与的 反应 , 其 过程 可分 为氧化和水解二步 ( 图 6) 。通常 PVA 的醇 解度越高 , 反应速度 越快 , 但差异并不大。目前将淀 粉酶和 PVA 分解酶混合用于织
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图 9 U A SB 厌氧处理对一种偶氮染料的处理效果
从图 9 可以 看出 , 处理 后 废 液在 可 见光 区 已经 没 有 吸收 峰 , 说明染料的色 度已 经完全 被脱 除 , 但在 紫外 区仍 然有 很强 的吸收峰。由此可见 , UA SB 处理仅将 染料转变 为无色结 构 , 而 不能实现完全降解。所以 , 染料 在生化处 理中达 到脱色 效果并 不难 , 但对染料的彻底 降解则较困难。 由于染料的非完全降解特性 , 废液中 的染料 经过生 化处理 后必须作进一步的处理 , 否则排入水体后 这些难 降解物 质会进 入食物链 , 危险性很大 。好氧菌 处理是降 解厌氧 处理产 物的有 效方法。因而建议 采用 厌氧 /好氧 结合 的处 理方 法 , 进行 印染 废水较彻底的降解。 染料结构和生化 降解 有很 大的 关系。 活性 污泥 法对 直接 染料和酸性染料有较高的脱色效果 , 但对 活性染 料的脱 色效果 相对较差。研究还发现 , 生化脱 色效果还 与染料 中某一 类结构 有关 [ 8] 。 10. 7 . 2 对表面活性剂的生化降 解性能 表面活性剂由于 无色 无味 , 不 存在 染料 那样 的脱 色问 题 , 因而表面活性剂的生化降解更着眼 于彻底 的降解 , 即将 表面活 性剂转化为二氧化碳、 水等无机产物。表 面活性 剂的生 化降解 性会随着离子性的不同而有差异。 在阴离子表面活 性剂 中 , 带支 链结 构的 生化 降解 性较 差 , 不带支链结构的生化降解性相 对较好。就 具体产 品看 , 脂肪醇 硫酸酯 AES 和烯基磺酸钠 AO S 生化 降解性 较好。近年 来研制 开发的烷基葡萄糖苷 ( A. P . G ) 和 多肽 基表面 活性 剂也属 于可 生化降解的产品。另外 , 亲水基 团是羧基 的阴离 子表面 活性剂 一般比较容易生化降解。 阳离子表面活性剂由于生化毒 性相对 较大 , 一般不 利于微
从目前的处理效果看 , 葡萄糖氧 化酶漂 白处理 织物的黄 度 略高 , 但白度和常规的双氧水氧化 非常接 近。酶漂 白处理在 中 性条件下进行 , 处理后织物手感柔 软丰满。 织物采 用活性染 料 染色 , 其染色深度较常规漂白稍低 , 但染 色牢度 接近 , 因而酶 漂 白在实际应用中是可 行的。 目前该工艺的主要问题是 成本较高 , 还 不能进 行产业化 应 用。 10. 5 木质素酶 麻类纤维中含有 木质素 , 使纤 维具有 刚硬的 手感。木质 素 是植物中仅次于纤维 素的最丰富和最重 要的有 机高聚 物 , 由 一 系列苯丙烷单元通过 醚键和碳碳键联接 的复杂 无定形 高聚物。 木质素的化学结构复 杂 , 许多植物的 木质素 结构现 仍未完全 清 楚 , 仅有一些结构模 型。木 质素 的先 体具 有酚 基结 构 , 因而 木 质素可以通过氧化还 原酶 ( 如漆酶 ) 催化 形成苯氧自 由基 , 通过 自由基反应完成木质 素生化聚合或降解 [ 1-3] 。 木质素的先体结 构 :
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讲
座
生物酶在纺织工业中的应用 ( 十三 )
周文龙
( 浙江理 工大学材料与纺织学院 , 浙江 杭州 310018)
关键词 : 染整工业 ; 酶 ; 应用 中图分类号 : TS190 2 10. 4. 2 纺织应用 由图 5 可见 , 葡 萄糖 氧 化酶 处 理对 双 氧 水的 产 生非 常 有 效。由于产物中含 有对 铁等金 属离 子螯 合能 力很 强的 葡萄 糖 酸 ( 由葡萄糖内酯水解得到 ), 处理时一般无需添 加双氧水 稳定 剂。葡萄糖可以从淀粉退浆产 物中得到 , 但 退浆过 程中的水 洗 会去除一半以上的葡 萄糖 , 而且溶液 中还含 有相对 分子质量 较 高的低聚糖。目前的研究一般 不采用处 理液中 的葡萄 糖 , 而 是 将处理液全部 排放。主 要是因 为退 浆和 精练 后处 理液 中的 有 机物含量过高 , 影响 处理 效果。 因而 , 漂 白处 理时 需在 处理 液 中加入新的淀粉和葡 萄糖淀粉酶 , 或直接 加入葡 萄糖。在处 理 过程中 , 为了顺利产 生过 氧化 氢 , 必须 通入 氧气 或空 气。若 采 用开放式设备 , 处理液和空气能够充分接触 , 则无需强制供气。 木质素的功能之一是保护植物 细胞不 被外界 微生物 侵蚀 , 这种特性决定了 木质素 不能 被大多 数微 生 物所 分解。因 此可 生产木质素酶 的 菌种 较少 , 这为 木质 素 酶的 生 产带 来 很 大难 度 , 生产成本高。 在已知的木质素降解微生物 中 , 研究较 多的是 白腐菌。根 据白腐菌降解木质素所得木质素碎 片及其 低分子 产物的 研究 , 证明白腐菌可以使木质素的 C - C 键氧化断 裂、 C - C 键断 裂、 芳醚键断裂、 芳香 环氧 化开裂、C3 和 C 5 的脱 甲氧基 以及 C 4 上甲基化等反应 , 并使 木质素 降解。由 此可 见 , 白腐菌 对木 质素的降解形式是多种多样的。根 据目前 的研究 , 白腐 菌能分 泌漆酶、 木质素酶 L iP( 二芳基 丙烷 氧 氧 化还原酶 EC1 . 11. 1. 14) 和锰过氧 化物 酶 M nP ( 锰 II 过氧 化氢 氧化 还原 酶 EC1.