纤维素酶活力检测与织物处理若干问题探讨

【摘要】
ＣＭＣ粘度法是纤维素酶活力检测的方法之一，作者用它测定了一批市售纤维素酶的活力，又分别用SBDI-A和Cellusoft L酶进行了多项工艺测试，在此基础上提出；在织物处理过程中酶对纤维素纤维有较多的吸着，随着处理时间的延长，酶的作用力逐渐减弱直至完全衰竭，并认为ＣＭＣ粘度法是一个简易可靠值得推荐的活力定量检测方法，它可以用来评价酶的力份，测定酶的储存稳性定，用以筛选酶的增效剂和抑制剂，可以用来测定酶处理反应，为制订工艺配方提供科学依据。
关键词 纤维素酶 织物酶处理 分析测试方法
１．织物处理用纤维素酶及其活力测试研究
１．１ 酶的活力测试方法现状：
纤维素酶是由霉菌等培养得到的一个自然的多组份混合物，它的生物催化作用可以使纤维素纤维发生水解，有效地控制水解速度和水解率可以得到纤维素纤维
织物的不同处理要求，纤维素酶对纤维素纤维的作用分四个程序；渗入，内切，外切，糖化。
渗入决定于酶的分子量大小和纤维的内表面可及度，内切(在任意部位把纤维素苷键切断)主要决定于组份中Ｃｘ酶的活力，外切(在纤维素的一端顺序切下一个个双糖)主要决定于Ｃ１酶的活力，糖化决定于把多糖转化为单糖的葡萄糖酶Ｃｏ的活力。多种组分的各自活力和协调构成了单位时间内纤维素纤维的降解糖化量，酶的活力测定对织物酶处理工艺设计有重要意义。 酶的活力测定，有称作催化活力测定，测定方法有；滤纸崩溃法，总糖比色法，粘度法……等。滤纸崩溃法属于定性检测，总糖比色法重点反映Ｃ１与Ｃｏ的协调作用，粘度法重点反映Ｃｘ与Ｃ１的协调作用，两者都可以用作定量测定。至今活力测定尚未有统一的方法，表示活力大小的计量单位更是多种多样，丹麦ＮＯＶＯＤＩＳＫ(诺和诺得公司)早期采用总糖比色法（ＡＦ１８７．２／１－ＧＢ　８２－０８－１０）一分钟水解产生１μｍｏｌ葡萄糖称为一个ＮＣＵ活力单位（ＮＣＵ＝NOVO Cellulase Unit）。后来又采用粘度法（ＡＦ２７５／１－ＧＢ　１９８９－０２－０３）用一种活力为８８０ＥＧＵ的内切葡聚糖酶，以其作用于ＣＭＣ的粘度曲线为对比标准，测得的对应值以ＥＧＵ／克
作为一个内切酶活力单位（ＥＧＵ＝Endo Glucase Unit）。
纺织染整行业应用酶处理技术已有多年，但还没有建立起酶的活力测定方法，无法检出酶商品的好坏，不能检查酶的储存稳定性，失去了制订酶处理工艺配方的科学依据。对于使用厂来说，迫切需要有一个简便的，统一的，实用的工艺检测方法。有鉴于此，二年多来我们在测试方面做了一些探索，现在可以认为；采用一般的ＣＭＣ粘度测试法，以ＣＭＣ的浓度—
粘度关系曲线作为对应，定出酶的活力计算单位。可以用作对酶商品的考核，现将具体内容介绍如下：

１．２ ＣＭＣ粘度法的检测方法以及有关活力的概念
１．２．１ 测试仪器与方法
使用仪器：ＮＤＪ－１　Rotational Viscometer 上海天平仪器厂
计算公式：（１／Ｖ１－１／Ｖｏ）×１０００／１０（分钟）
相对活力含义：在30℃水溶液中，一克酶作用于20克ＣＭＣ，反应十分钟，相当于有10克ＣＭＣ水解时，其相对活力为100。
1.2.2 具体操作
取醚化度为85%的ＣＭＣ，加水制糊配成1%的溶液，取纤维素酶加水配成1克／升的溶液，ＨＡＣ 0.2M三者按２∶１∶１混合(即１５ｍｌ∶７．５ｍｌ∶７．５ｍｌ。中性酶则不加醋酸液，以水代之)，在３０℃条件下反应十分钟，在回转式粘度计上，用＃０转子，转速６ＲＰＭ，注入混合液２０ｍｌ。
酶活＝（１／Ｖ１－１／Ｖｏ）×１００００/１０（反应时间“分”）
Ｖｏ＝不加酶的ＣＭＣ混合液粘度
Ｖ１＝加酶后的ＣＭＣ混合液粘度
1.2.3 ＣＭＣ的浓度－粘度相关曲线(值)
ＣＭＣ浓度(%) ０.５ ０.４ ０.３３ ０.２５ ０.２ ０
粘度（mPa.s） ３０ １５ ９ ７.５ ５.５ ０.２

计算：
粘度７．５时，活力＝（１／７．５－１／３０）×１００００／１０＝１００
当样品混合液的粘度与ＣＭＣ浓度减半时的数值相同时，活力指标即为１００。
1.3测试数据(随机采样)：
１９９６．１．４测定
品名 厂标活力 本法测定 生产或代理处、单价、其它
Dextase biont250（中性） ３９．８ 日本生物公学工业株式会社，青岛兆龙酵素有限公司.销售．２８０元／公斤
Dextase bio-30（酸性） ２４８．６ 青岛兆龙酵素有限公司。销售．１００元／公斤
Cellusoft L (酸性) １５００ＮＣＵ ６２９．６ NOVO DISK产品捷成洋行代理。１４４元／公斤（１９９５年年底，购自天津库）
X-R（酸性） ３７ 西安(已存放二年另三个月)
SBDI-A（酸性） １００ ８０ 上海（已存放一年多）

１９９５．９．２９测定
品名 厂标活力 本法测定 生产或代理处、单价、其它
SBDI-A １００ １６４ 上海印染所，７５元／公斤
Cellusoft L １５００ＮＣＵ ６３０ 丹麦诺和诺得公司捷成洋行代理，由广州库采样，织物处理效果好。144元／公斤
Natolase NT 　２５０ ５４．９６ 日本三都化学 北京元宏酵素公司(台，日合资)。销售，140元／公斤

１９９５．６．２８测定
品名 厂标活力 本法测定 生产或代理处、单价、其它
Rotta-1530（酸性酶） ３８２．９ 青岛龙塔公司(德资)。１４５元／公斤
Rotta-1533（中性酶） ２０５．１ 青岛龙塔公司（德资）。１３５元／公斤
Cellusoft L（酸性酶） １５００　ＮＣＵ ３１．６ ＮＯＶＯＤＩＳＫ，捷成代理，天津采样，本料存放已久，做织物处理效果不好
Denimax acid SBX　 ２５０　ＥＧＵ ２３２．９ ＮＯＶＯＤＩＳＫ捷成代理。９５元／公斤

１９９５．３．１测定
品名 厂标活力 本法测定 生产或代理处、单价、其它
原装丹麦酸性酶 ３０．９
组装酸性酶 ２５．４ 南宅－(进口ＮＯＶＯ原料，组装复配)
组装中性酶 ５７．５ 南宅－(进口ＮＯＶＯ原料，组装复配)

1９９３．１０测定
品名 厂标活力 本法测定 生产或代理处、单价、其它
Biosolamine P ２３．３３
Denimax TM ３１．８４ ２２美元／公斤
Denimax acid SB Jｅｂｓｅｎｄ　ＣＯ．Ｌｔｄ．ＨＯＮ　ＫＯＮ捷成洋行２２美元 ／公斤
SBDI-A １００ ８１．８２ ７２元人民币／公斤
西安X-R ５９ ２１元人民币／公斤
锦州酶 ６３．３３ ６０元人民币／公斤
山东大学酶样A-10 ４２．３ 实验室样品
注：测定日期代表取样时的产品质量，和当时价格。
1.4活力的促进与抑制
１９９５．９．２９测定
1.4.1 促进
酶 促进剂 活力测定
SBDI-A 无 １６４
SBDI-A ＳＢＤＩ-Ｂ（酶量的50%） ２１４
SBDI-A Ｃａ３（Ｐ０４）２（酶量的50%） ３６４
Cellusoft L ＳＢＤＩＢ（酶量的50%） ６３０
Cellusoft L 磷酸钙(用酶量的50%) ６３０
注：磷酸钙溶液配制：磷酸(85%)5份，无水氯化钙5份，醋酸钠4份，加水至25份。
1.4.2 部分染化药剂对活力的影响
下表高锰酸钾为０．１ｇ／Ｌ其他药剂用量为０．５ｇ／Ｌ
SBDI-A Natolase NT250
空白 １６１．８ ５４．９６
ＴＸ１０ １０２ ５１
洗衣粉 １１８．９ －
ＪＦＣ １０８．２ ５８
净洗剂 ８８．７ ４２．８
平平加 １０５ ５０
高锰酸钾 ６１．９ ３６
次氯酸钠 ２３．８ －

２.有关织物酶处理反应机理的几个问题
2.1 问题的提出和印证
有人认为：酶是催化剂，本身不加入反应，基本上没有消耗，换言之，活力低的纤维素酶在实际应用中，可以用延长处理时间的办法，来达到与活力高的酶一样的处理效果，夸张一点的说法是；只要时间充分，酶几乎是可以周而复始反应不绝的。这一观点有必要进行检验，粘度测试方法中有二个约定值，一是酶液浓度为1克／升，二是反应时间为10分钟，如若在测试中变动这二个因素，并将测定值用下式进行修正；
修正值＝测定值×约定／实际
只要酶在织物处理过程，活力始终不变，测出来的酶的活力数据应该是统一的。
现印证如下：
2.1.1 任意延长反应时间，测得的活力
酶 反应时间(分) 活力计算 时间修正后的活力
Dextase Biont 250 １０ ３９.８ ３９.８
Dextase Biont 250 ４６ １８４.９２ ４０.２
Dextase Bio-30 １０ ２４８.６ ２４８.６
Dextase Bio-30 ３６ ９６２.６４ ２６７.４
Cellusoft L １０ ６２９.６ ６２９.６
Cellusoft L ４３ ２３９２.９５ ５５６.５
X-R １０ ３７ ３７
X-R ３１ １３０ ４１.９３
SBDI-A １０ ８６ ８６
SBDI-A ２６ ２４２.１４ ９３.１３
这组数据反映出；在酶的作用下，ＣＭＣ的粘度随着时间的延长而不断下降，如此算出的活力当然是要大许多，但是经过时间修正(活力×给定／实际)，与标准条件下检出的活力数据上下差不过10%左右。它说明二个问题；在一定时间内，酶对ＣＭＣ的作用是；时间越长水解越多。②经过修正，不同时间测得的酶的活力，数据维持在同一个水平线上(注：ＣＭＣ水解率太高时，粘度很小，粘度计测度误差加大)。
2.不同浓度(酶)测得的活力数据
纤维素酶 试验浓度ｇ／Ｌ 活力计算 浓度修正后的活力
Cellusoft L １.７０８ １２２２.２３ ７１５.５９
Cellusoft L ０.８５４ ５６０.４６ ６５６.２８
Cellusoft L ０.４２７ ２５７.９４ ６０４.０７
Cellusoft L ０.２１３５ １３８.９ ６５０.５９
SBDI-A ２.７５７６ ４７２.２３ １７１.２５
SBDI-A １.３７８８ ２２２.２３ １６１.１８
SBDI-A ０.６８９４ １１５.０９ １６６.９４
SBDI-A ０.３４４７ ４９.１５ １４２.５８
从表中数据看出，ＣＭＣ的水解率与酶的活力成正比，与酶的用量成正比。
这组测试数据说明二个问题：
①酶的活力高或者用量多，同样能使羧甲基纤维素高度水解。
②浓度修正后，酶的活力数据基本不变(个别数据稍有出入)。可以设想，织物处理用酶量可以用活力作为计算根据，活力高的少用，活力低的多用。
２．２ 织物处理液中，酶的作用力的检测
有人这样描绘织物酶处理的反应过程：酶吸附纤维，催化水解时酶随之溶入水中，再吸附再水解，周而复始很少消亡。另外；上面有试验证实，延长时间确实可以增加水解量，这一点似乎也可为上述观点提供佐证。
但是，从这一组工作液的测试结果中，却反映出；在工作液中，酶作用力随着时间的延长而逐渐衰减，现将试验条件与测试结果介绍如下；
2.2.1 测试方法
将织物轻松地卷成园柱状，恰好置于直径相当的烧杯内，倒入已经调好ＰＨ酶处理液，液面稍高于织物园柱，浴比为1∶5。在水浴锅中保温，到一定时间时倾出处理液取样，用ＣＭＣ粘度法测定活力，与起始液对比，求出不同时间的衰减百分率。空白试验，不加织物，其余操作相同。
2.2.2 试验条件
(1)温度
分二挡；①５５℃。②室温。室温为自然温度，如实记录。
(2)ｐＨ：有ｐＨ４．５　ｐＨ２．５中性三种条件
2.2.3 分析测试方法
(1)酶的活力测试用ＣＭＣ粘度法
(2)将酶处理过的织物，用Ｓａｐａｍｉｎｅ　ＯＣ再进行柔软处理，并对比处理前后的织物柔软度，柔软度测试用斜面法硬挺度仪。
2.2.4 试验结果与讨论：
2.2.4.1 空白活力检测：
在工作液存放过程中，酶作用力的衰减率检测结果：

存放条件 SBDI-A Cellusoft L
存放前 存放后 衰减% 存放前 存放后 衰减%
PH 4.5
１５℃／７.５ｈ １６８ １４８.５ １１.６ ６２４.３ ５９２ ５.２
５５℃／１５分 １６８ １６０ ５ ６２４.３ ５５６ １１
／３７分 １６８ １５０ １０.８ ６２４.３ ５２３ １６.３
／６５分 １６８ １２２ ２７.４ ６２４.３ ４６８ ２５.１
／９０分 １６８ １０１ ４０ ６２４.３ ４０３ ３５.５
PH 7
５５℃／９０分 １６８ ９ ９５ ６２４.３ １９９ ６８.２

空白试验数据显示，在酸性条件下室温存放，酶工作液的稳定性较好，７.５小时，活力衰减不过10%以上。在５５℃条件下，工作液的稳定性较差，一小时衰减25%左右，90分钟衰减35%以上。在中性５５℃条件下，酸性酶的水溶液稳定性特别不好。
2.2.4.2 织物酶处理过程，工作液中酶的衰减百分率检测
① ① ５５℃工作液中酶的衰减百分率(％)
３０分 ６０分 ８０分 １２０分 ２２５分
SDBI-A （pH 4.5） 75.63 81.5 － 91.4 －
Cellusoft L（pH 4.5） 62.5 84.6 92
在浴比为1∶5温度为55℃的条件下，织物处理与空白试验中酶的衰减百分率，大致上增加50%，这是酶对纤维素纤维有明显吸附作用的缘故。
② ② １４℃织物处理工作液中酶的衰减百分率
１５分 ４５分 ７０分 １６小时
SDBI-A （pH 4.5） － ４３ ５５ －
Cellusoft L（pH 4.5） ３１.５ － － ６９.５

室温空白试验１５℃／７.５小时工作液中酶的作用力衰减10%左右，与同条件下，浸有织物的工作液衰减百分率相比，大致也增加50%左右，这个百分数可以设定；在浴比1∶5条件下，它接近酶对纤维素纤维的吸附平衡值。
2.3酶处理实验中织物的失重与柔软度
试验用布：大麻／棉５５／４５　１６ｓ×１６ｓ　６０×６０
试验工艺：见第４－２－１

名称 工作液浓度（g/L） 处理时间（分） 工作液酶活衰减率 (%) 织物失重(%) 织物柔软度 上ＯＣ后柔软度
SBDI-A ３ ３０ ７５．６ ０．８４ ４．５ ４
SBDI-A ３ ６０ ８３．５ ０．９９ ４．３ ３．８
SBDI-A ３ １２０ ９１．４ １．９９ ４．２ ３．７
Cellusoft L ２ ３０ ６２．５ １．７ ４．７ ３．７
Cellusoft L ２ ８０ ８４．６ １．７６ ４．７ ３．４
Cellusoft L ２ ２２５ ９２ １．８８ ４．６ ３．１
坯布 － － － ０ ５．２ ４．２
这里ＳＢＤＩ－Ａ处理液的ｐＨ是４５，Cellusoft L处理液的ＰＨ是4.5表中数据可以看出，后者，工作液中酶的衰减速度小于前者，另外二个处理液的浓度前者大于后者，但是从最终的处理效果来看(柔软剂处理后的织物)ＳＢＤＩ－Ａ的１２０分钟与Cellusoft L的３０分钟大致相当。
如果把酶的作用因素综合考虑在内，即：
酶处理液的作用能＝酶的活力×（１－衰减率/２×浓度（ｇ／Ｌ）/１×时间(分)/１０
式中“衰减率”是指与时间相对应的实际测定值(参照空白试验，式中衰减率在小于９０分钟时，比较准确)，还可以包括增效或抑止剂的实际影响。
用上述经验公式，粗略计算ＳＢＤＩ－Ａ１２０分钟与Cellusoft L ３０分钟，
在相应条件下的作用能：
ＳＢＤＩ－Ａ;
１６４×（１－９１．４％／２）×３×１２＝３０２５
Ｃｅｌｌｕｓｏｆｔ　Ｌ
６３０×（１６２．５％／２）×２×３＝２５９８
两者粗略近似。
3.结论
1.ＣＭＣ粘度法重视性好，可以定量测定纤维素酶的活力，也适用于检测化学药品对纤维素酶(促进或降低)活力的影响，也适用于工艺监测。
2.进行活力测定，有利于鉴别商品质量，合理工艺配方。
3.从织物处理液取样测定中发现：
①织物处理过程，工作液中酶的作用力不断减弱，直至衰竭。
②织物处理；活力高的酶可以少用，活力低的酶需要多用。
③酶的活力，加上时间，浓度，衰减率(工作液稳定性)等因素可以估算酶的水解(生物催化)作用能。它对制订工艺配方有一定的参考价值。
这项工作承山东省纺织研究院协助，特别是刘丛静同志做了大量工作，特此致谢!
４.参考文献
１.应用微生物展览会技术资料选编 中国工业出版社 1971
2. 酶制剂工业(下册) 张树政主编 科学出版社 1984
3. 制革手册 轻工业出版 1981
4. 酶的测定方法［德］B.施特尔马赫著 钱嘉渊译 轻工出版社 1992