Файл: Петерс, Р. Х. Текстильная химия. Очистка текстильных материалов от загрязнений.pdf

или водой медное число снижается до 0,3—0,5, по-видимому, из-за извлечения гемицеллюлозы и остатков Сахаров, но предпо­

лагают, что при этом содержание воска не изменяется.

По изменениям текучести и медного числа установлено, что кислотная обработка безвредна при температуре, не превышающей 50°С, и при концентрации кислоты не выше 1%. Однако последние исследования показали, что при обработке хлопка серной кислотой при комнатной температуре обнаруживается незначительная де­ струкция, о чем свидетельствовало увеличение текучести растворов целлюлозы в пределах 4—5,8 ре*. Обработку кислотой вели в те­ чение 4 ч, при этом было извлечено 70% крахмала. Необходимо отметить, что небольшое увеличение текучести получают для ве­ ществ, содержащих крахмал или другие примеси, поэтому вели­ чина ее большая, чем рекомендуемый максимум (5 ре), вполне объ­ яснима [4]. Интересные сведения были получены при определении текучести растворов хлопка после обработки его водой, кислотой и кислотой с последующим отбеливанием перекисью (табл. 7). Приведенные данные получены для хлопка, не подвергавшегося дальнейшей очистке, поэтому в некоторых случаях они высокие из-за присутствия в волокне остатков крахмала.

Полученные данные показывают отсутствие деструкции целлю­ лозы у образцов, обработанных перекисью. Интересно отметить, что эффективность расшлихтовки в воде довольно высока (до 56%), но возможно, что потеря в весе происходит за счет удаления не­ целлюлозных примесей.

Расшлихтовка путем замачивания в воде

При расшлихтовке путем замачивания в воде влажную ткань помещают в специальные ящики, где выдерживают в течение 24 ч. При таком длительном вылеживании при температуре 24—40° С

* Текучесть — величина, обратная вязкости, единица измерения ре.

24

происходит извлечение крахмала и некоторых водорастворимых примесей. Присутствующие в воде бактерии в этих условиях раз­ множаются и образуют энзимы, способствующие расщеплению крахмала. Продукты разложения крахмала удаляются при после­ дующей промывке.

При расшлихтовке путем замачивания ферментация не контро­ лируется, поэтому могут возникать побочные эффекты, такие как плесень и образование энзимов, усиливающих деструкцию цел­ люлозы.

Расшлихтовка энзимами

Наиболее эффективным способом извлечения крахмала из тка­ ней является использование экстрактов, содержащих соответствую­ щие энзимы. Энзимы представляют собой биологические катализа­ торы, отличающиеся от обычных химических катализаторов своим ярко выраженным направленным действием: они чувствительны к высоким температурам, обладают относительно низкой энергией активации и обычно активны лишь в очень узком интервале зна­ чений pH. Они классифицируются по названию разлагаемых ими веществ; например, амилазы разлагают амилозу, протеазы — про­ теины, целлюлазы — целлюлозу. С химической точки зрения энзимы представляют собой протеины с высоким молекулярным ве­ сом; например, молекулярный вес энзима амилазы (В. subtilis) со­ ставляет приблизительно 100 000.

Если соответствующие энзимы поместить в желатинизированные пасты крахмала, они претерпевают следующие изменения:

1)разжижаются;

2)крахмал переходит в декстрины;

3)образуются мальтозы.

Обычно энзиматические агенты расшлихтовки могут быть раз­ делены на два основных типа:

1)декстриногенные, или сс-амилазы и

2)сахарогенные, или ß-амилазы.

Общим для а- и ß-амилаз является то, что они гидролнзуют глюкозные связи в молекулах крахмала, но температура, при кото­ рой начинается реакция, у них различна.

Место атаки а-амилазы на цепь крахмала неопределенное, т. е. ее действие беспорядочное, поэтому степень полимеризации крах­ мала быстро снижается.

а-Амилазы считаются.декстриногенными и разжижающими, так как образование декстринов сопровождается быстрым уменьше­ нием вязкости крахмальных паст. Декстрины являются водораство­ римыми веществами и поэтому легко удаляются с ткани.

ß-Амилаза последовательно отщепляет концевые звенья маль­ тозы с конца цепи, способного восстанавливаться, таким образом цепь полимера постепенно укорачивается: наличие звеньев маль­ тозы в макромолекулах значительно снижает среднее значение сте­ пени полимеризации, незначительно изменяя среднее весовое моле­ кулярное распределение, которое определяется оставшимися

25

молекулами полимера большого размера. Во фракции аминопектина действие ß-амилазы прекращается в точках разветвления цепи, таким образом, остается не затронутым значительное количество исходного полимера. Реакция может возобновиться лишь при усло­ вии образования новых концевых групп мальтозы под действием других факторов, возникающих, например, при беспорядочном гид­ ролитическом действии перегретой воды или при добавлении сх-амн- лазы. Декстрины, получаемые в результате воздействия ß-амилаз, имеют относительно высокие молекулярные веса и практически не восстанавливаются.

Многие энзимы кристаллизуются, однако выделение их идет

в конце сжижения и в конце стадии декстрииизации. Из рисунка видно, что в экстракте мальты ß-амилаза содержится в большом количестве по сравнению с панкреатическими или бактериологи­ ческими составами.

В текстильном производстве энзимы впервые стали применять около 1857 г. по способу вымачивания ткани в течение нескольких часов в теплой воде, содержащей ячмень. Однако этот способ был довольно трудоемким; в 1900 г. эффективность его была повышена за счет введения экстракта мальты.

После 1912 г. появились первые технические энзиматические препараты животного и бактериологического происхождения. Энзимы мальты получали путем экстрагирования свежепроросшего ячменя, а энзимы животного происхождения получали из поджелу­ дочной железы крупного рогатого скота. Энзимы обоих типов активны при относительно низких температурах и требуют значи­ тельного времени для полной конверсии. Так как они получены из природных веществ, то их состав ие так строго контролировался, как состав энзимов, полученных из определенных культур бак­ терий.

26

Для этого метода бактерии (например В. subtilis) культиви­ руют на соответствующей среде при контролируемых условиях в течение недели (до тех пор, пока дальнейшего увеличения содер­ жания энзимов в среде не происходило). Бактерии отделяют цен­ трифугированием, а из жидкости получают энзимы [14]. Содержа­ ние энзимов зависит от pH среды, температуры и т. д.

Большинство энзимов хорошо функционирует при температурах 40—60° С. Выше этих температур активность энзимов снижается или даже совсем прекращается. Исключение составляет а-амилаза из бактерий, которая при некоторых обстоятельствах может быть использована при температурах выше указанных. Различные ме­ тоды применения энзимов приведены в табл. 8.

В лабораторных условиях эффективность амилазы можно опре­ делить: 1) по скорости уменьшения вязкости крахмальной пасты на стадии сжижения [6, 7]; 2) по увеличению количества восстанови­ тельных групп (сахарификацня) или по скорости исчезновения си­ него цвета йодкрахмальных комплексов [7]. Необходимо отметить, что изменение содержания крахмальной пасты отражается на из­ менении окраски под действием йода (от синего цвета до краснофиолетового в конце фазы сжижения; на стадии декстринизации синий цвет изменяется до фиолетово-красного, до желтого).

Необходимо отметить, что процесс деструкции зависит от типа крахмала.

Другой возможностью оценки эффективности энзима является время, в течение которого крахмальная паста теряет синюю окраску, получаемую от воздействия йода. Конечная точка в дан­ ном опыте достигалась быстрее при использовании ß-амилазы. Этот результат может быть ошибочным, так как добавка ß-амилазы к а-амилазе не увеличивала эффективности расшлихтовки и добав­ ление ß-амилазы только ускоряло образование мальтозы.

Поскольку данные методы оценки эффективности энзимов за­ висят от условий процесса деструкции крахмала, то существует не­ которая путаница в выборе подходящего метода оценки энзимов. Тем не менее их можно оценить путем сравнения образцов энзи­ мов одного и того же метода получения.

Адсорбция энзимов волокном [2] изменяет эффективность их действия на крахмал. Поэтому оценку эффективности энзимов

27

лучше всего проводить на шлихтованной пряже или на ткани. На практике на легкость извлечения крахмала влияют другие фак­ торы, например скорость набухания и растворения крахмальной пленки.,

Активность энзима увеличивается при повышении температуры, а стабильность его уменьшается. Следовательно, максимальная активность будет наблюдаться при определенной температуре, за­ висящей от длительности проведения эксперимента. Истинная активность энзима может быть определена путем экспериментов,

проводимых в течение коротких периодов времени, достаточных для деструктирования незначительного количества энзима [9].

Эксперименты показывают, что активность энзима увеличи­ вается с повышением температуры (рис. 4), но уменьшается в за­ висимости от длительности хранения (рис. 5) [10].

Изменения величины pH влекут за собой значительные измене­

ности зависит от времени, затраченного на проведение экспери­ мента, и, следовательно, в любом частном эксперименте может от­ личаться от максимума, показанного на рисунках. При работе с этими веществами существует правило, что стабильность их из­ меняется незначительно: у панкреатических амилаз — при измене­ нии pH в пределах 5—8 и у бактериальных амилаз — 6—9.

Наличие в растворе некоторых солей может иметь очень боль­ шое значение, а отсутствие их может сделать панкреатическую

28