1.过氧化氢酶及其发展

    过氧化氢酶(hydrogen peroxidase) 是1 种酶类清除剂，又称触酶(catalase，CAT)，是氧化还原酶体系的标志酶。过氧化氢酶是以铁卟啉为辅基的结合酶，分子结构中含有铁卟啉环（结构式如下），1 分子酶蛋白中含有4 个铁原子，是一类广泛存在于动物、植物和微生物体内的末端氧化酶，其主要作用是以过氧化氢为底物，通过催化1 对电子的转移，促使H2O2 分解为H2O 与O2，使H2O2 不能与O2 在铁螯合物作用下反应生成有害的—OH，反应式为：2H2O2→O2+2H2O 。

    1811 年，过氧化氢酶被过氧化氢的发现者泰纳尔首次发现，1937 年，Sumner 和Dounce 首次从牛的肝脏中分离得到过氧化氢酶的结晶，1938 年，詹姆斯·B·萨姆纳获得了该酶的分子质量。自1999 年开始，研究人员通过多种方法获得了纯化的过氧化氢酶，同时，随着基因工程方法的广泛应用，过氧化氢酶得到了前所未有的发展，在各个领域的应用也受到广泛关注。

    2.过氧化氢酶催化反应机理

    过氧化氢酶作用于过氧化氢的机理实质上是H2O2 的歧化反应，在此过程中必须有2 个H2O2 先后与CAT 相遇且碰撞在活性中心上，才能发生反应，其催化机理可表示为：

    过氧化氢酶的活力可被氰化合物、苯酚类、叠氮化合物、过氧化氢、尿素及碱等物质抑制。氰化合物、叠氮化合物等主要是破坏分子结构中的铁离子，使之不能与H2O2 分子反应，这种破坏是不可逆的。而H2O2 对其活性的抑制表现在底物抑制性上，在一定范围内，随着过氧化氢浓度的提高，过氧化氢酶对其的分解速度越快，但当过氧化氢浓度过高时，则会抑制过氧化氢酶的活性，这种对过氧化氢酶活力的抑制作用又会随着过氧化氢浓度的降低而消除。

    3.过氧化氢酶在纺织染整领域的应用

    过氧化氢酶是1 种能够高效催化分解过氧化氢的酶，几乎存在于所有好氧生物体内，具有清除自由基、保护细胞免受超氧自由基损害等保护生物机体的作用，在食品、医学、环保等领域有着广泛的应用。过氧化氢酶在纺织染整中主要用于去除氧漂后残留的过氧化氢，还可以在羊毛漂白过程中作为催化剂使用。

    3.1　过氧化氢酶用于去除氧漂后残留的过氧化氢

    过氧化氢是1 种氧化性漂白剂，在纺织加工中可用于纤维素纤维、蛋白质纤维及其与化学纤维混纺织物的漂白，主要用于纯棉和涤/ 棉等棉型织物以及棉针织物的漂白，同时兼具精练作用，并且对染料的破坏作用较小。在碱性条件下，过氧化氢能够破坏棉纤维中天然色素的发色体系，达到消色目的。另外，过氧化氢在漂白过程中对纤维也有损伤作用，使纤维大分子中的葡萄糖环开环和大分子链断裂，降低纤维平均聚合度。

    纯棉织物一般用活性染料染色，织物经过氧化氢漂白后进入染色阶段，若染浴中存在过氧化氢，会造成对氧化剂敏感的活性染料褪色，即使染料分子较小的改变都会导致色泽的变化甚至消失，因此，漂白过程结束后，为保证后续染色的安全性，必须将氧漂后残留的过氧化氢去除干净，避免染色过程发生问题。在染整加工过程中，传统的去除过氧化氢的工艺有：（1）织物经漂白后用大量热水、冷水反复清洗( 至少洗3 次) 再进行染色；（2）织物经漂白后用还原剂还原，再用水清洗1 遍后染色。这种方法虽然可以快速去除过氧化氢，但还原剂的用量较难控制。无论采用上述何种方法去除织物上残留的过氧化氢，都将耗费大量的时间和水、电、汽能源，同时产生大量的工业废水，不仅增加了前处理成本，也增加了废水处理负担。

    过氧化氢酶作用专一、反应条件温和、作用时间短，在冷水中短时间内即可快速彻底去除漂白后织物上残留的过氧化氢，避免了残留的过氧化氢给后续染色带来色花、色光变化等问题，且不会与布和染料发生不良反应，同时无需还原剂或水漂洗，可节约大量水，且水解产物为水和氧气，减轻了环境负荷。该方法既显著提高了生产效率，又大幅度降低水、电、汽的消耗，节约了能源。由于CAT 对活性染料没有作用，因此，酶处理液只要pH 合适，就可以直接加入染料及助剂，满足染色过程的要求。过氧化氢酶除氧工艺是利用生物技术的绿色高新技术。

    3.1.1　过氧化氢酶生物净化工艺的特点

    比较传统除氧工艺与过氧化氢酶除氧工艺，过氧化氢酶生物除氧的优点在于：（1）用过氧化氢酶去除过氧化氢，氧漂后不需水洗便可以直接染色，且不需要对过氧化氢酶进行失活处理，相比传统工艺需要2 道热水洗，可以节省大量漂洗用水；（2）CAT具有高效去除过氧化氢的特性，省去了较长的水洗时间；（3）CAT 处理在较低的温度下进行，即使水洗也不需要高温，工艺流程短，明显降低了电力的消耗；（4）与传统工艺相比，过氧化氢酶除氧的产物为氧气和水，产物对染料没有影响，过氧化氢去除干净，完全避免了织物上残留过氧化氢对后续染色的影响，同时，过氧化氢酶不会对活性染料的染色产生不良影响，工艺容易控制；（5）CAT 处理后不会产生硫酸盐等盐类物质，处理的产物对环境基本没有影响，对环境的污染小，可以节省治污费用。利用过氧化氢酶除氧可以明显提高生产效率，降低加工成本，处理质量稳定，同时避免了织物长时间在设备内运转造成的摩擦损伤，还有明显的绿色环保特色。

    3.1.2　过氧化氢酶除氧工艺的影响因素

    3.1.2.1　温度

    温度对CAT 的作用具有双重性，一方面，随着温度的升高，活化分子数增加，有利于催化反应进行；另一方面，由于酶是蛋白质，随温度升高，酶蛋白会逐渐变性失活。用过氧化氢酶进行氧漂后除氧时，处理的最适温度是这2 种作用相互作用的结果。选择合适的处理温度，对于提高过氧化氢酶活性，加快除氧速率，缩短处理时间具有重要意义。在过氧化氢酶除氧工艺中，一般30 ℃时过氧化氢酶活性最大，在该温度下染色织物的色深值也较高。

    3.1.2.2　pH

    酶在不同pH 下具有不同的活性。pH 会影响酶分子活性中心上一些基团的离解，从而影响酶与底物的结合。酶具有两性性质，pH 的变化会直接改变CAT 氨基酸的离解状态，从而影响离子平衡或分子链的电荷状态，导致蛋白质变性。在适当的pH 下，通过静电作用维持酶活性中心的最佳三维构象，促进酶与底物结合。因此，选择适当的pH 是促进过氧化氢酶与H2O2 结合，提高除氧速率的重要环节。一般当处理液pH 约为7 时，过氧化氢酶具有最好的活力，与底物过氧化氢的结合最好。

    3.1.2.3　过氧化氢酶用量

    随着酶用量的增加，过氧化氢的去除率逐渐提高，染色织物的得色也逐渐加深，然而酶用量过高会造成资源的浪费，生产成本增加。实践证明，当过氧化氢酶用量为4 mL/L 时，即可将过氧化氢去除干净，同时染色织物的得色较好。

    3.2　过氧化氢酶催化羊毛漂白

    羊毛一般在碱性条件下应用过氧化氢漂白，这种工艺虽能破坏羊毛中的色素，但会造成羊毛纤维的损伤。在碱性介质中，如果漂白条件控制不好，羊毛纤维会受到严重损伤，强力明显下降，影响产品质量，也给后续工序带来一定影响。在过氧化氢漂白中，如果过氧化氢的分解不被控制会导致过氧化氢的浪费，同时出现白度差，一般需要加入稳定剂来保持漂白浴中过氧化氢的稳定，使其不会被分解，但是对工艺的要求较高。采用过氧化氢酶在酸性、室温条件下催化漂白，可以有效地控制过氧化氢的分解，减少过氧化氢的损失，使漂白浴中过氧化氢的有效成分保持一定的浓度，对羊毛纤维的损伤程度低，漂白效果好，纤维强力下降与其他漂白工艺相比要轻微。用过氧化氢酶催化漂白节约了能源，节省了时间，提高了生产效率，降低了生产成本。

    3.3　过氧化氢酶处理漂白废水用于染色

    过氧乙酸是冰醋酸和过氧化氢平衡反应的产物。使用过氧化氢酶和硫代硫酸钠处理过氧乙酸漂白纯棉针织物的废水，然后用于染色试验，研究其回用的可行性。结果表明，废水经该双重处理，再用于活性染料染色，可以获得较好的K /S 值和染色牢度。江南大学纺织工程学院的厉成宣应用固定化过氧化氢酶处理的氧漂废水进行染色，染色织物的K /S 值可以达到与新鲜水相当的效果，两者的色差也很小，且耐摩擦牢度良好。

    4.发展前景

    过氧化氢酶作为1 种新型酶制剂，在棉织物漂白工艺中发挥着举足轻重的作用，是实现纺织工业节能减排和清洁生产的有效方法。目前，商品化过氧化氢酶的价格较高，温度和pH 耐受范围较窄，这些都制约着过氧化氢酶在纺织工业中的大规模应用。随着生物技术的发展和研究人员的努力，过氧化氢酶在纺织工业中的应用将会越来越广泛，成为纺织行业清洁生产的必然方向。

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