1.過氧化氫酶及其發(fā)展

    過氧化氫酶(hydrogen peroxidase) 是1 種酶類清除劑，又稱觸酶(catalase，CAT)，是氧化還原酶體系的標志酶。過氧化氫酶是以鐵卟啉為輔基的結合酶，分子結構中含有鐵卟啉環(huán)（結構式如下），1 分子酶蛋白中含有4 個鐵原子，是一類廣泛存在于動物、植物和微生物體內的末端氧化酶，其主要作用是以過氧化氫為底物，通過催化1 對電子的轉移，促使H2O2 分解為H2O 與O2，使H2O2 不能與O2 在鐵螯合物作用下反應生成有害的—OH，反應式為：2H2O2→O2+2H2O 。

    1811 年，過氧化氫酶被過氧化氫的發(fā)現(xiàn)者泰納爾首次發(fā)現(xiàn)，1937 年，Sumner 和Dounce 首次從牛的肝臟中分離得到過氧化氫酶的結晶，1938 年，詹姆斯·B·薩姆納獲得了該酶的分子質量。自1999 年開始，研究人員通過多種方法獲得了純化的過氧化氫酶，同時，隨著基因工程方法的廣泛應用，過氧化氫酶得到了前所未有的發(fā)展，在各個領域的應用也受到廣泛關注。

    2.過氧化氫酶催化反應機理

    過氧化氫酶作用于過氧化氫的機理實質上是H2O2 的歧化反應，在此過程中必須有2 個H2O2 先后與CAT 相遇且碰撞在活性中心上，才能發(fā)生反應，其催化機理可表示為：

    過氧化氫酶的活力可被氰化合物、苯酚類、疊氮化合物、過氧化氫、尿素及堿等物質抑制。氰化合物、疊氮化合物等主要是破壞分子結構中的鐵離子，使之不能與H2O2 分子反應，這種破壞是不可逆的。而H2O2 對其活性的抑制表現(xiàn)在底物抑制性上，在一定范圍內，隨著過氧化氫濃度的提高，過氧化氫酶對其的分解速度越快，但當過氧化氫濃度過高時，則會抑制過氧化氫酶的活性，這種對過氧化氫酶活力的抑制作用又會隨著過氧化氫濃度的降低而消除。

    3.過氧化氫酶在紡織染整領域的應用

    過氧化氫酶是1 種能夠高效催化分解過氧化氫的酶，幾乎存在于所有好氧生物體內，具有清除自由基、保護細胞免受超氧自由基損害等保護生物機體的作用，在食品、醫(yī)學、環(huán)保等領域有著廣泛的應用。過氧化氫酶在紡織染整中主要用于去除氧漂后殘留的過氧化氫，還可以在羊毛漂白過程中作為催化劑使用。

    3.1　過氧化氫酶用于去除氧漂后殘留的過氧化氫

    過氧化氫是1 種氧化性漂白劑，在紡織加工中可用于纖維素纖維、蛋白質纖維及其與化學纖維混紡織物的漂白，主要用于純棉和滌/ 棉等棉型織物以及棉針織物的漂白，同時兼具精練作用，并且對染料的破壞作用較小。在堿性條件下，過氧化氫能夠破壞棉纖維中天然色素的發(fā)色體系，達到消色目的。另外，過氧化氫在漂白過程中對纖維也有損傷作用，使纖維大分子中的葡萄糖環(huán)開環(huán)和大分子鏈斷裂，降低纖維平均聚合度。

    純棉織物一般用活性染料染色，織物經(jīng)過氧化氫漂白后進入染色階段，若染浴中存在過氧化氫，會造成對氧化劑敏感的活性染料褪色，即使染料分子較小的改變都會導致色澤的變化甚至消失，因此，漂白過程結束后，為保證后續(xù)染色的安全性，必須將氧漂后殘留的過氧化氫去除干凈，避免染色過程發(fā)生問題。在染整加工過程中，傳統(tǒng)的去除過氧化氫的工藝有：（1）織物經(jīng)漂白后用大量熱水、冷水反復清洗( 至少洗3 次) 再進行染色；（2）織物經(jīng)漂白后用還原劑還原，再用水清洗1 遍后染色。這種方法雖然可以快速去除過氧化氫，但還原劑的用量較難控制。無論采用上述何種方法去除織物上殘留的過氧化氫，都將耗費大量的時間和水、電、汽能源，同時產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，不僅增加了前處理成本，也增加了廢水處理負擔。

    過氧化氫酶作用專一、反應條件溫和、作用時間短，在冷水中短時間內即可快速徹底去除漂白后織物上殘留的過氧化氫，避免了殘留的過氧化氫給后續(xù)染色帶來色花、色光變化等問題，且不會與布和染料發(fā)生不良反應，同時無需還原劑或水漂洗，可節(jié)約大量水，且水解產(chǎn)物為水和氧氣，減輕了環(huán)境負荷。該方法既顯著提高了生產(chǎn)效率，又大幅度降低水、電、汽的消耗，節(jié)約了能源。由于CAT 對活性染料沒有作用，因此，酶處理液只要pH 合適，就可以直接加入染料及助劑，滿足染色過程的要求。過氧化氫酶除氧工藝是利用生物技術的綠色高新技術。

    3.1.1　過氧化氫酶生物凈化工藝的特點

    比較傳統(tǒng)除氧工藝與過氧化氫酶除氧工藝，過氧化氫酶生物除氧的優(yōu)點在于：（1）用過氧化氫酶去除過氧化氫，氧漂后不需水洗便可以直接染色，且不需要對過氧化氫酶進行失活處理，相比傳統(tǒng)工藝需要2 道熱水洗，可以節(jié)省大量漂洗用水；（2）CAT具有高效去除過氧化氫的特性，省去了較長的水洗時間；（3）CAT 處理在較低的溫度下進行，即使水洗也不需要高溫，工藝流程短，明顯降低了電力的消耗；（4）與傳統(tǒng)工藝相比，過氧化氫酶除氧的產(chǎn)物為氧氣和水，產(chǎn)物對染料沒有影響，過氧化氫去除干凈，完全避免了織物上殘留過氧化氫對后續(xù)染色的影響，同時，過氧化氫酶不會對活性染料的染色產(chǎn)生不良影響，工藝容易控制；（5）CAT 處理后不會產(chǎn)生硫酸鹽等鹽類物質，處理的產(chǎn)物對環(huán)境基本沒有影響，對環(huán)境的污染小，可以節(jié)省治污費用。利用過氧化氫酶除氧可以明顯提高生產(chǎn)效率，降低加工成本，處理質量穩(wěn)定，同時避免了織物長時間在設備內運轉造成的摩擦損傷，還有明顯的綠色環(huán)保特色。

    3.1.2　過氧化氫酶除氧工藝的影響因素

    3.1.2.1　溫度

    溫度對CAT 的作用具有雙重性，一方面，隨著溫度的升高，活化分子數(shù)增加，有利于催化反應進行；另一方面，由于酶是蛋白質，隨溫度升高，酶蛋白會逐漸變性失活。用過氧化氫酶進行氧漂后除氧時，處理的最適溫度是這2 種作用相互作用的結果。選擇合適的處理溫度，對于提高過氧化氫酶活性，加快除氧速率，縮短處理時間具有重要意義。在過氧化氫酶除氧工藝中，一般30 ℃時過氧化氫酶活性最大，在該溫度下染色織物的色深值也較高。

    3.1.2.2　pH

    酶在不同pH 下具有不同的活性。pH 會影響酶分子活性中心上一些基團的離解，從而影響酶與底物的結合。酶具有兩性性質，pH 的變化會直接改變CAT 氨基酸的離解狀態(tài)，從而影響離子平衡或分子鏈的電荷狀態(tài)，導致蛋白質變性。在適當?shù)膒H 下，通過靜電作用維持酶活性中心的最佳三維構象，促進酶與底物結合。因此，選擇適當?shù)膒H 是促進過氧化氫酶與H2O2 結合，提高除氧速率的重要環(huán)節(jié)。一般當處理液pH 約為7 時，過氧化氫酶具有最好的活力，與底物過氧化氫的結合最好。

    3.1.2.3　過氧化氫酶用量

    隨著酶用量的增加，過氧化氫的去除率逐漸提高，染色織物的得色也逐漸加深，然而酶用量過高會造成資源的浪費，生產(chǎn)成本增加。實踐證明，當過氧化氫酶用量為4 mL/L 時，即可將過氧化氫去除干凈，同時染色織物的得色較好。

    3.2　過氧化氫酶催化羊毛漂白

    羊毛一般在堿性條件下應用過氧化氫漂白，這種工藝雖能破壞羊毛中的色素，但會造成羊毛纖維的損傷。在堿性介質中，如果漂白條件控制不好，羊毛纖維會受到嚴重損傷，強力明顯下降，影響產(chǎn)品質量，也給后續(xù)工序帶來一定影響。在過氧化氫漂白中，如果過氧化氫的分解不被控制會導致過氧化氫的浪費，同時出現(xiàn)白度差，一般需要加入穩(wěn)定劑來保持漂白浴中過氧化氫的穩(wěn)定，使其不會被分解，但是對工藝的要求較高。采用過氧化氫酶在酸性、室溫條件下催化漂白，可以有效地控制過氧化氫的分解，減少過氧化氫的損失，使漂白浴中過氧化氫的有效成分保持一定的濃度，對羊毛纖維的損傷程度低，漂白效果好，纖維強力下降與其他漂白工藝相比要輕微。用過氧化氫酶催化漂白節(jié)約了能源，節(jié)省了時間，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

    3.3　過氧化氫酶處理漂白廢水用于染色

    過氧乙酸是冰醋酸和過氧化氫平衡反應的產(chǎn)物。使用過氧化氫酶和硫代硫酸鈉處理過氧乙酸漂白純棉針織物的廢水，然后用于染色試驗，研究其回用的可行性。結果表明，廢水經(jīng)該雙重處理，再用于活性染料染色，可以獲得較好的K /S 值和染色牢度。江南大學紡織工程學院的厲成宣應用固定化過氧化氫酶處理的氧漂廢水進行染色，染色織物的K /S 值可以達到與新鮮水相當?shù)男Ч?，兩者的色差也很小，且耐摩擦牢度良好?/p>

    4.發(fā)展前景

    過氧化氫酶作為1 種新型酶制劑，在棉織物漂白工藝中發(fā)揮著舉足輕重的作用，是實現(xiàn)紡織工業(yè)節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)的有效方法。目前，商品化過氧化氫酶的價格較高，溫度和pH 耐受范圍較窄，這些都制約著過氧化氫酶在紡織工業(yè)中的大規(guī)模應用。隨著生物技術的發(fā)展和研究人員的努力，過氧化氫酶在紡織工業(yè)中的應用將會越來越廣泛，成為紡織行業(yè)清潔生產(chǎn)的必然方向。

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