2006-08-31 00:00:00 來源：全球紡織網
摘要：介紹了α-澱粉酶的性質及其在漿料助劑和變性澱粉預處理中的應用現狀，分析了α-澱粉酶在應用中存在的問題，提出了其發展建議。
關鍵詞：α-澱粉酶；漿料助劑；澱粉改性劑；澱粉預處理；應用
長期以來，α-澱粉酶作為織物退漿劑而被印染行業工作者所熟悉，90年代初期，在DDF漿料複合助劑（α-澱粉酶主要成分之一）在我國得以大面積推廣使用以來，各種包含α-澱粉酶的澱粉改性劑相繼問世，使得澱粉在調漿過程中降解和簡單變性，故可部分取代PVA對純棉、洗棉等織物上漿，大大降低了上漿成本，減少環境汙染，並順應了我國今後新型漿料的發展方向：「高質量、多功能、少組分、系列化、少用或不用PVA。」另外，近年來，α-澱粉酶還被用於變性澱粉生產中的澱粉預處理工藝中，實現澱粉在變性前被降解，提高變性效率，製得了高濃低粘的高質量的變性澱粉漿料。
1 α-澱粉酶的性質［1，2］
澱粉酶屬於水解酶的一種，是澱粉水解的生物催化劑。按降解方式分為α-澱粉酶、β-澱粉酶、糖化酶、異澱粉酶和環湖精生成酶。α-澱粉酶將澱粉長鏈分子水解成短鏈分子時，以無規則的方式切斷澱粉大分子內部α-1，4甙鍵而使澱粉生成糊精、低聚糖等，因產物的末端葡萄糖殘基中C1碳原子為α-構形，故稱為α-澱粉酶。大多α-澱粉酶（個別品種除外）不能切斷α-1，6甙鍵，也不能切斷分支點附近的α-1，4甙鍵，目前，α-澱粉酶在我國產量較大，廣泛應用於食品、釀造、製藥和紡織等領域。用α-澱粉酶水解澱粉時，要注意水解條件。影響α-澱粉酶活性的主要因素：pH值、溫度和金屬離子。
1.1pH值
一般α-澱粉酶在pH值為5.5~8.0時活性較穩定，pH值小於4時，酶易失去活性。但有些α-澱粉酶是偏酸性或偏鹼性的，如黑曲酶產生的α-澱粉酶最適合的pH值為2.5、溫度為40℃時，處理30min後仍然有一定的活性，但在pH值為7、溫度為55℃，處理15min，α-澱粉酶幾乎失活。而用米曲酶生產的α-澱粉酶則相反，在pH值 為7、溫度為55℃時，處理15min，酶活性無損失，但在pH值為2.5時，酶的活性完全消失。
1.2溫度
目前所用的α-澱粉酶主要有耐中溫（60~70℃）和耐高溫（90~95℃）。根據酶反應動力學分析，溫度每升高10℃，反應速度提高1~2倍，故耐高溫α-澱粉酶具有反應速度快、效率高、成本低等優勢。
1.3金屬離子
α-澱粉酶是一種金屬酶，Ca2+使α-澱粉酶保持適當的構象，從而維持其最大的活性和穩定性。除Ca2+外，其它二價鹼金屬離子Ba2+、Mg2+等也有維持α-澱粉酶活性的作用。耐中溫α-澱粉酶為適應生產工藝的高溫條件，有時需添加Ca2+等穩定劑，但高溫α-澱粉酶在Ca2+濃度很低時，穩定性就很好，在實際使用時，不需添加Ca2+等穩定劑。
2 α-澱粉酶澱粉酶的應用
2.1漿料複合助劑
DDF漿料複合助劑和大多其它澱粉改性劑中均含有α-澱粉酶。澱粉改性劑可用於滌棉澱粉時，上漿成本基本不變，但漿紗質量大大的提高。用其取代化學混合漿中部分PVA、變性澱粉、CMC以及丙烯酸類漿料等，漿紗質量保持穩定，漿料成本卻可大大降低。
2.1.1DDF複合漿料助劑[3]
DDF是青島開達公司生產的一種複合漿料助劑，適用於容易織造的純棉、滌棉、滌粘等織物的上漿。因其可大大降低上漿成本，所以，很快在我國得以面積推廣應用。DDF複合漿料助劑是聚丙烯腈高溫高壓處理後形成的聚丙烯腈部分水解物與α-澱粉酶相混合而成的白色粉末狀物質，在調漿時以添加劑的形式使用。調漿時一般加入5%的DDF，調製的漿液粘度適當，主要用來取代CMC或30%~40%的PVA。
原澱粉的粘度太高，需對其降解後才能用於上漿。另外，由於DDF中聚丙烯腈進行高溫高壓處理後的產物與澱粉反應生成氰乙基澱粉，使得漿液的粘度升高。為此，在DDF中混入α-澱粉酶的目的是催化澱粉水解，將澱粉大分子迅速降解為含有6~8個葡萄糖殘基組成的小分子，從而降低漿液的粘度。
2.1.2其它澱粉改性劑[4]
目前大多澱粉改性劑中使用α-澱粉酶作為澱粉水解的催化劑。另外，為了改善漿液的上漿性能，各種澱粉改性劑中加入不同的物質。如F90澱粉改性劑是α-澱粉酶、銨鹽、丙烯腈水解物及穩定劑等的混和體，KS-71澱粉改性劑是聚丙烯腈部分水解物和α-澱粉酶的混合物。因各種澱粉改性劑中加入的使澱粉變性的物質不盡相同，故其對澱粉進行變性的方法各異：⑴引入官能團，疏水性的酯基增強與合成纖維的親和力，帶有正電荷的基團增大與帶有負電荷纖維之間的吸引力，尤其是可以提高與合成纖維的粘附力，羧基提高對棉纖維的粘附力；⑵輕微的交聯，澱粉大分子在水中降解後，澱粉改性劑中少量的交聯劑可使降解後的分子重新交聯成較鬆散的大分子，有利於穩定漿液粘度；⑶少量的接枝，在一定溫度下，由於引發劑作用，澱粉游離基增多，使部分酯化劑和澱粉發生接枝反應，使澱粉漿具有化學漿的部分性質。
2.2 澱粉預處理
在製取澱粉衍生物和接枝澱粉等變性澱粉之前，常需用酸、氧化劑或酶對原澱粉進行降解，以確保產品的粘度符合漿紗工序的要求，這一步驟稱為「澱粉預處理」。過去主要使用酸降解或氧化降解：用酸降解反應過於劇烈，需嚴格控制反應時間較長。近年來，為克服這些不足，一些科研工作者用α-澱粉酶進行澱粉預處理。
2.2.1 將配製好的澱粉乳液，在30℃下保溫20min後調pH為6.4，在加入澱粉量0.3%的α-澱粉酶，在攪拌條件下處理60min.
2.2.2將pH值調至11緩慢加入醋酸酐並保持pH為8，在調高pH至11。重複這一過程直至加完投入澱粉量10%在醋酸酐為止，然後在攪拌的條件下反應160min。分批加入醋酸酐的目的是為了確保體系處於較適宜的pH值範圍和較高的反應效率。試驗結果表明，經酶處理的產物與不經酶處理的產物相比，取代度提高約40%，乙醯化劑利用率提高約30%。另外，α-澱粉酶用量未達到與澱粉之比飽和程度時，隨著酶用量增加，取代度增大。因此，若要生產高濃低粘的產品，必須增加α-澱粉酶用量，產物的取代度也將增大。
3 含α-澱粉酶的漿料複合助劑在使用時應注意的一些問題
3.1不能將其與常用的變性澱粉混為一談
澱粉改性劑不同於普通的澱粉分解劑。在調漿桶中，加入適當的澱粉改性劑，能使原澱粉降解且實現一些簡單變性，因而所調製的漿液的漿液具有粘度低且穩定、流動性好、浸透性好，漿膜柔軟等優點，大大降低其上漿成本。而澱粉的分解劑如水玻璃（矽酸鈉）、氫氧化鈉、氯胺T等，只能簡單實現澱粉降解，沒有使澱粉變性的作用，其應用於漿紗調漿工藝已有多年。
但是，在調漿過程中，受反應條件和時間等因素的限制，澱粉改性劑對原澱粉的變性作用只是初級的，難以脂化、醚化或接枝等深度變性，其品種適應性有限：採用PVA，實現在上漿成本下降或幾乎不增加的前提下，提高上漿質量；採用PVA和變性澱粉混合漿上漿的品種，其可替代變性澱粉，但取代PVA的比例應少於變性澱粉，否則上漿質量難以保證；採用純PVA或PVA與CMC及丙烯酸類漿料上漿的品種，其可取代一部分PVA或CMC等。總之，澱粉改性劑是一種漿料複合助劑，對澱粉變性的程度很低，主要是對澱粉進行降解，不能完全取代變性澱粉，否則，儘管能大大降低上漿成本，但上漿質量會大大降低，近而出現「得不償失」的局面。
3.2按程序調漿
由於各種α-澱粉酶的適宜水解溫度和pH值範圍不盡相同，為了確保每次調漿時降解程度相近，穩定漿液的粘度，必須嚴格按各種澱粉改性劑要求的調漿程序進行調漿，按照要求控制溫度和調節pH值。如KS-71澱粉改性劑使用的是耐高溫酶，必須按要求在pH值為6.0~7.0、溫度為95~100℃條件下，保溫1h進行反應。
3.3存放時間
常溫下，α-澱粉酶的活性隨保存時間的延長而逐漸下降。因此，不能存放過長時間，應存放在避光、乾燥的場合，以儘量保持其活性。
3.4在澱粉改性劑中的分布
因為α-澱粉酶在澱粉改性劑中含量很低，故其在澱粉改性劑中分布不均勻。為此，生產中最好能使用整袋澱粉改性劑，至少使用半袋。一些生產技術人員和科研人員沒有注意到該問題，在實驗室做加入酶比例實驗時，經常隨機地從袋中取出一點做實驗，這樣測得的數據就很不可靠了。解決該問題的方法是，用水溶解一袋澱粉改性劑，攪拌均勻後，在量取指定數量的液體。
4發展建議
4.1應對澱粉改性劑中α-澱粉酶進行固化，以減少其存放活性下降率，進而能存放較長時間。
4.2在澱粉改性中，儘量少加為降低成本而添加的原澱粉等填料，否則，既浪費存儲澱粉改性劑的地方，又增加運輸成本。
4.3在調漿過程中，應研究可實現降解和充分變性的高性能澱粉改性劑，使其能「名副其實」地真正完全取代變性澱粉，大大降低上漿成本。
4.4應重視研究更適合的澱粉預處理用低溫α-澱粉酶，使其活性範圍小於38℃，適應生產變性澱粉時，溫度要求小於38℃這一防止出現澱粉局部糊化的反應條件。另外，最好在加入某種試劑或調節pH值後能使其喪失活性，這樣可準確控制酶解時間。
5結論
5.1使用澱粉改性劑實現調漿時澱粉降解與變性後，可部分取代PVA，降低上漿成本，減少環境汙染，有著廣闊的發展前景。實踐表明α-澱粉酶是首選的澱粉降解劑。
5.2為減少澱粉改性存放時α-澱粉酶的活性下降率，應對α-澱粉酶進行固化處理。
5.3研製高性能的澱粉改性劑，在調漿過程中使澱粉充分變性，進而完全取代變性澱粉，具有非常重要的意義。
5.4澱粉預處理時採用α-澱粉酶，可簡化操作、降低成本，有廣闊的推廣應用前景。研製水解適宜溫度在38℃以下，通過加入一定的化學試劑或pH值的方法使其喪失活性的α-澱粉酶，是非常重要的。