автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка энергосберегающих технологий подготовки тканей на основе биохимических катализаторв

ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

ГБ ОД

На правах рукописи ЧЕШКОВА Анна Владимировна

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОДГОТОВКИ ТКАНЕЙ НА ОСНОВЕ БИОХИМИЧЕСКИХ КАТАЛИЗАТОРОВ

Специальность 05.19.03 Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 1994

Работа выполнена на кафедре химической технологии волокнистых материалов Ивановской государственной химико-технологической академии.

Научный руководитель —

заслуженный деятель науки и техники РФ, профессор, доктор технических наук Мельников Б. Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Морыганов А. П., кандидат технических наук, ст. н. с. Субботин В. Г.

Ведущая организация'—

АО «Комбинат им. Ф. Н. Самойлова».

в . . . часов на заседании диссертационного совета К 063.11.02 при Ивановской государственной химико-технологической академии по адресу: 153460, г. Иваново, пр. Ф. Эн-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГХТА.

Защита состоится « . »

1994 г.

»

Автореферат разослан « У. . »

1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, профессор

БЛИНИЧЕВА И. Б.

-- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. На современном этапе развития человечества создание ресурсо- и энергосберегающих экологически чистых технологий является наиболее важной народохоэяйственной задачей. В области отделки, текстильных материалов иа природных еолокон решение этой проблемы невозможно без совершенствования наиболее длительного материале- и энергоёмкого процесса их подготовки.

Перспективным направлением создания ресурсосберегающих технологий подготовки хлопкосодержащих тканей является использование биохимических процессов. В настоящее время биопроцессы широко используются в различных отраслях промышленности. Внедрение биотехнологий в текстильное производство одерживается отсутствием теоретически обоснованного выбора биокатализаторов для процессов облагораживания текстильных материалов с учетом их избирательного действия на примеси различной природы. Выбор биопрепаратов произволен , а условия их использования не учитывают специфики совместимости ферментов с другими реагентами , поэтому их каталитическая активность не проявляется или реализуется не полностью.

В этой связи разработка рациональных ресурсосберегающих технологий подготовки хлопчатобумажных тканей на основе биокатализаторов и создание композиционных биопрепаратов .включающих ферменты с различной субстратной активностью , обеспечивающих наиболее полное освобождение еолокнистого материала от примесей и загрязнений при минимальном его повреждении,является зад-чей весьма актуальной . Она может быть решена путем всестороннего изучения полноты удаления и особенностей химических превращений шлихты и примесей .хлопчатобумажных тканей в условиях биообработки , научно обоснованного выбора ферментативных препаратов и их композиций , . а также оптимальных режимов биопроцессов.

Настоящая работа посвящена разработке научных основ создания энерго- и ресурсосберегающих технологических процессов подготовки текстильных материалов на базе использования биохимических катализаторов процесса и направлена на выполнение научно-технических программ : "Перспективные материалы и изделия легкой промышленности" (Лентек-94), межвузовской научной программы "Университеты России" "Создание новых материалов , разработка ресурсосберегающих и экологичных технологий текстильной промышленности на основе фундаментальных исследований по приоритетным направлениям", обще-

- 4 - '

государственной программы "Высокоэффективная технология раавития социальной сферы".

Цель работы состояла в разработке энерго- и ресурсосберегающих технологических режимов подготовки тканей на основе использования биокаталиааторов и создании композиционных биопрепаратов , обеспечивающих максимальное удаление примесей различной природы на стадии биообработки хлопчатобумажных тканей.'

Для решения поставленной задачи были выполнены следующие работы : •

- оценена эффективность использования различных биопрепаратов при подготовке хлопчатобумажных тканей;

- изучены особенности химических превращений сопутствующих веществ хлопка и искусственных загрязнений ткани при ферментативном воздействии.

-. разработан композиционный биопрепарат многоцелевого действия, обеспечивающий высокую степень очистки ткани от шлихты и примесей при высокой сохранности целлюлозы. Методом программного моделирования процесса биообработки рассчитан оптимальный состав композиционного биопрепарата и условия•обработки;

- разработан технологический режим подготовки хлопчатобумажной ткани на осноье использования композиционного биопрепарата, предусматривающий замену энергоёмкой операции щелочной отварки биообработкой;

- разработан одностадийны! режим биорасшлихтовки и перекисного беления тканей из смеси хлопка и химических волокон;

- проведены производственные испытания и осуществлено внедрение разработанной технологии.

„Объекты и методы исследования. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с последующей проверкой получению результатов в производстве. В работе использованы : суровая хлопчатобумажная ткань, миткаль арт. 20 , хлопковая шелуха , выделенный солянокислый лигнин хлопковой шелухи, модельные соединения лигнина ( ванилин, пирокатехин,гваякол), водорастворимый .крахмал,хлопковое масло.

В качестве ферментативных препаратов использованы пять биопродуктов на основе амилолитических ферментов, три биопрепарата на основе' штаммов бааидиальных грибов, синтезирующих окислительно-восстановительные ферменты и два биопрепарата липатического действия. В качестве стабилизаторов ферментов использованы хлорй-

- Б -

ды и сульфаты щелочноземельных металлов. ■

Экспериментальные исследования проводились с применением современных методов физико-химического анализа: электронной и КК-спектроскопии, колориметрии, вискозиметрии, электронной микроскопии. Прочие экспериментальные исследования проводили в соответствии со стандартными методиками и требованиями ГОСТ.

Оптимизация композиционных составов и технологических параметров выполнена методами множественно регрессионного аналиаа с использованием программы КШЬЯее.

Научная новизна. Впервые всесторонне исследована эффективность использования композиций ферментов с различной субстратной активностью в качестве катализаторов непрерывных процессов подготовки хлопчатобумажных тканей.

Показано ,что в сравнительно мягких условиях ферментативной обработки хлопчатобумажной ткани происходит эффективное удаление из ткани шлихты и примесей при высокой сохранности целлюлозы.

Наиболее существенные результаты полученные при выполнении работы сводятся к следующему:

-предложено теоретическое объяснение катализируещего действия ферментов с различной субстратной активностью при их совместном использовании;

-обоснован механизм действия окислительно-восстановительных ферментов на лигнинсодержащиэ примеси хлопкового волокна;

-созданы высокоэффективные композиционные биопрепараты для подготовки тканей;

-установлено стабилизирующее действие сульфатов щелочноземельных металлов на процесс инактивации ферментов в условиях биообработки и хранения. Предложены стабилизаторы для полиферментных систем;

-методом программного моделированмия эксперимента рассчитаны оптимальный состав композиционного биопрепарата и основные технологические параметры процесса биообработки с использованием по-лиферментннх систем.

Принципиальная новизна композиционного биопрепарата подт-верядена авторским свидетельством N 1776707 БИ N 43 1992 г. , заявками Н 53-034075 от 1.07.93 и Н 94-008821 от 16.03.94.

Практическая значимость. На основании анализа полученных якспериментачьннх данных разработан энергосберегающий технологи-

ческий процесс беления хлопчатобумажных тканей, предусматривающий эамену щелочной отварки биообработкой с использованием композиции ферментов , а также одностадийный процесс беления и биообработки тканей иа смеси волокон. Новые технологии дают возможность сни-вить расход пара , воды , химматериалов , улучшить экологию производства, условия труда работающих, и характеисгики сточных вод.

Проведена производственная проверка одностадийного технологического режима биообр.аботки и беления вискозных тканей и тканей иа смеси хлопка и химических волокон в условиях отделочной фабрики комбината им. Ф. Н. Самойлова (г. Иваново).

Технологический процесс беления хлопчатобумажных тканей с включением биообработки испытан и внедрён на АО НИМ (г.Иваново). Расчётный экономический эффект новой технологии составляет 24Б тис. руб. на 1 млн. метров ткани. Реальный экономический эффект ва период испольвования в 1993 г. составил 4,4 млн. рублей.

Автор защищает:

1. Теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности испольвования биообработки композициями- ферментов с различной субстратной активностью при подготовке хлопчатобумажных тканей.

2. Выявленные особенности деструкции примесей целлюлозы под воздействием сложных биокаталитических систем.

3. Новые композиционные биопрепараты и разработанные на их основе энергосберегающие технологические режимы подготовки хлопчатобумажных тканей.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на I Всесоюзной конференции "Жидкофазные материалы" г. Иваново 1990 г., на XIV. Менделеевском съезде по общей и прикладной химии г.Ташкент 1989 г. , на V Всесоюзном совещании "Проблемы сольватации и комп-лексообрааоЕания в растворах " г. Иваново 1991 г. , на Международной научно-технической конференции "Проблемы развития текстильной и лёгкой промышленности в совремнных условиях" (Прогресс-02) г. Иваново 1992г., - на Международной конференции "Текстильная химия" г.Иваново 1992 г., на XV.Менделеевском съезде по общзй и прикладной химии, г.Минск 1993 г., на III Российской конференции "Химия и применение неводных растворов" г.Иваново 1993 г., на Международной конференции "Прогресс 93" г.Иваново 1993 г., на научно-технических конференциях ИХТИ 1992,1993 гг., на Российском конгрессе колористов, Москва, 1994 г.

Структура и объем диссертационной работы

Работа состоит иа введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части с обсуждением результатов, общих выводов, списка использованной литературы (14Б источников).

Основная часть работы изложена на 166 страницах, включает 26 рисунков и 1" таблиц. Приложение к диссертации выполнено на 16 страницах.

Содержание работы. Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, приведены описания элементов научной новизны и практической значимости работы.

В литературном обзоре рассмотрены современные научные представления об особенностях строения и свойствах ферментов и хлопковой целлюлозы. Приведено описание процессов и химических превращений сопутствующих веществ целлюлозы при биовоэдействии. Обобщены сведения о современном состоянии и перспективах использования биопроцессов в текстильной промышленности.

В методической части приведена характеристика объектов и методов исследования .

Экспериментальная часть и обсуждение результатов состоят из 7 глав:

3.1. Исследование влияния ферментов с различной субстратной активностью на процесс освобождения хлопчатобумажной ткани от шлихты и сопутствующих примесей целлюлозы в условиях биообработки.

В первой главе экспериментальной части на основании определения скорости и полноты извлечения шлихты , сопутствующих веществ и примесей , а также качественных показателей расшлихтованных и отбелённых тканей осуществлён целенаправленный выбор ферментов и их композиций , позволяющий в условиях биообработки обеспечить максимальную очистку ткани от примесей и загрязнений при минимальном повреждении целлюлозы.

Исследована эффективность воздействия на примеси хлопчатобумажной ткани двух классов ферментов: гидролитические (амилаза, липаза, пектиназа ) и окислительно-восстановительные (оксидоре-дуктаза, пероксидава, полк^нолоксидаза).

Выявлена высокая субстратная специфичность исследованных

Активность,отн.ед.

■я. (р

к* р:

н с

о о

К и

И О

о> ' ~ к

45 «9

<» а н

Ч о

•8 2

о н

■—' 43 . I»

и

Я № О о

• в*

ГО

чу со

• К

м к ы

и о о и

Активность ,ОТН.ОД.

>е

а

•й к а и м о ы •

в

о •о

о

Й

•о в о

ферментов по отношению к примесям хлопчатобумажных тканей. Найдено, что при обработке амилолитическими ферментами амилосубтилином ГЗХ, амилориэином П10Х и глюковоморином ГХ ткань на 75-85% освобождается от шлихты. Высокая лигнолитическая активность отмечена для окислительно-восстановительных ферментов пероксидаэы и поли-фенолоксидазы. При их совместном действии с ткани удаляется до 60Х лигнинсодержадах примесей хлопка - "галочки". Липазы, удаляя из ткани до 70£ воскообразных веществ, способствуют получению высоких капиллярных свойств ткани.

На основании определения ферментной и субстратной активности биопрепаратов в широком диапазоне рН и температур установлены условия их совместного использования в процессе биообработки.

На рис. 1 показано изменение субстратной активности ферментов по отношению к определенным примесям: амилазы.к крахмалу (кривые 1,4), липазы к воскообразным веществам (кривая 3), пероксидаэы (кривая ?.) и полифенолоксидааы (кривая Б) к лигнинсодержащим примесям от рН среды. Полученные экспериментальные данные показывают, что для большинства исследованных ферментов оптимальным диапазоном рН для проявления их максимальной активности к соответствующему субстрату является Б,Б-7, Б.

Определение изменения относительной активности ферментов при различных температурах показало, что исследованные ферменты проявляют наибольшую активность в области температур 35-56^С. Изменение температуры вне этих пределов снижает активность фермента на 30-50*.

Проведённые исследования выявили преимущества использования полифермекткых систем, обеспечивающих в процессе биообработки одновременное удаление шлихты и сопутствующих веществ целлюлозы, что позволяет при последующем перекисном белении получить полностью отбеленные ткани с белизной 80-81% и капиллярностью 100-160 мм. После всего цикла беления удельная вязкость медно-аммиачных растворов целлюлозы сохраняется на высоком уровне и составляет 1,66-1,85.

3. ?.. Изучение взаимосвязи между физико-химическими свойствами растворов ферментов и их субстратной активностью.

Оценена взаимосвязь между окислительно-восстановительными свойствами сжоидоредуктаз и их ферментной активностью и лигнино-

разрушающим действием. Установлено, что растворы оксидоредуктаз характеризуются окислительными свойствами. Окислительный потенциал 0,1% растворов оксидоредуктавы при 30сС равен 0,25 Е При повышении температуры окислительная способность ферментов увеличивается, достигая максимального значения при 30-4Б°С. Как видно на рис.3, в этом интервале температур оксидоредуктазы обладают наибольшей ферментативной и лигнолитической активностью. Инактивация ■

о

фермента при повышении .температуры от 50 до 60 С приводит к резкому снижению ОВД системы и её деотруктирующего воздействия на лигнин.

Рис. 3. Влияние температуры на ОВП, ферментную и ■ лигнолитическую активность оксидоредуктавы.

«

ю

а н

Д

ы о

о ¡с'

Ь

м

«с

Температура, "С

"5 - ОВП, I, - активность фермента, 2 - степень деструкции лигнина

3.3. Изучение химических превращений шлихты и примесей хлопчатобумажной ткани при ферментативном воздействии.

Методами УФ и ИК спектроскопии и анализа спектров видимой области изучены особенности химических превращений крахмала шлихты, лигнинного компонента примесей, воскообразных веществ хлопка при . воздействии ферментов различной субстратной активности и их композиций.

Показано, что при ферментативном воздействии происходит уси-

ление и углубление процесса гидролиза А- 1,4 глюкозидных связей макромолекулы крахмала в сравнениии с кислотным и щелочным катализом. При этом амилазы действуют не только на амилозу и амило-пектин, но и одновременно интенсивно разрушают низкомолекулярные фракции полисахаридных субстратов, что приводит к быстрому и практически полному гидролизу крахмала до растворимых продуктов.

Установлено, что при действии на нативный лигнин хлопковой шелухи штаммов баэидиомицетов, содержащих оксидоредуктазы, удаляется от 16 до 66%. лигнина, а остаточный лигнин характеризуется существенным изменением хромофорной и ароматической структуры.

Методом электронной спектроскопии диоксановых . экстрактов лигнина хлопковой шелухи и модельных соединений лигнина (ванилин, пирокатехин,бензидин) выявлены особенности биодеструкции лигнина.

Показано, что при действии оксидоредуктаз на лигнин и ванилин наблюдается резкое снижение интенсивности поглощения максимумов при "80 и 350-370 нм, что свидетельствует о деструкции макромолекулы лигнина и значительных изменениях его хромофорной системы. Данные ЯК спектроскопии позволили получить ценную информацию об изменениях функционального состава лигнина хлопковой шелухи при биовоздействии. На основе полученных результатов можно предположить, что процесс биодеструкции лигнина происходит черед реакции деметилирования, раарыва наименее стабильных ^-эфирных связей,а также возможен катализ разрыва Си-Ср связей пропановой цепи, где фермент выполняет функцию многоступенчатого переноса атомов водорода и (или) электронов от субстрата к акцептору.

Реакция биодеградации структурного звена лигнина происходит через образование промежуточного фермент-субстратного комплекса (II) по схеме:

Установлено, что процессы биодеградации лигнина хлопка наиболее эффективно протекают при использовании полиферментных композиций.

С целью выявления специфических особенностей биохимических превращений воскообразных веществ хлопкового волокна под воздействием ферментов исиользовали методы химического анализа, вискозиметрии, УФ и ЯК спектроскопии.

Для исследования использовали спиртовые экстракты воскооб- . разных веществ хлопчатобумажной тюти и хлопковое масло.

На основе экспериментальных данных о структурных изменениях и свойствах воскообразных веществ хлопка под действием ферментов выявлены возможные пути биодеградации высших жирных кислот и и? эфиров. Дано объяснение эффективности совместного использования липатических и окислительно-восстановительных ферментов.

Показано, что при действии липаз происходит каталитический гидролиз эфирной связи сложных эфиров высших, жирных кислот, входящих в состав воскообразнызх веществ хлопкового волокна. йермент оксидоредуктаза вызывает окисление предельных высших жирных кислот путём ступенчатого отщепления углеродных фрагментов. фективность деструктирующего действия композиции липазы и оксидо-редуктазы на воскообразные вещества и жиры подтверждают" данные химического анализа; повышение кислотного числа, снижение йодного числа, вязкости масла.

Таким образом, теоретически и экспериментально доказано, что использование полиферментных композиций , включающей липазы, позволяет полностью исключить ПАВ из состава для ферментативной обработки текстильных материалов. В главе 3.4 представлены микрофотографии поверхности хлопкового волокна до и после химической (кислотной и щелочной) и биохимической обработок. Полученные изображения морфологических изменений поверхности волокна подт-' верждают высокую избирательность воздействия композиции ферментов ¡:а примеси без заметных деструктивных повреждений- целлюлозы волокна при сохранениии их линейной ориентации в нити.

3. 5. Разработка композиционного биопрепарата для подготовки хлопчатобумажных■тканей л

При составлении полиферментной композиции для биообработки хлопчатобумажной ткани, отшлихгованной крахмальной шлихтой,

использован» ферменты с различной субстратной активностью: амила-' за - крахмалразрушаюший фермент (амилоризин ПОЮ, липаза - фйр-мент, вызывающий ускорение реакции гидролиза сложных эфиров и, таким образом, способный разрушать воскообразные вещества (штамм гриба Мисог риз111оз), окислнтелыю-восстаисвительпый фермент по-лифенолоксидаза, обладающий лнгнинразрушающим действием,

С помощью метода программного моделирования процесса биообработки получен графический материал, позволяющий выявить взаимное влияние компонентов нолиферментной системы на технические результаты биообработки хлопчатобумажной ткани и выбрать оптимальный состав ферментов. Викторами подготовленности ткани считали степень удаления шлихты 170-90%) и примесей (38-40Х), капиллярность' (140-150 мм) ,

Анализ графических зависимостей качественных показателей ткани от концентрационного соотношения ферментов в композиции свидетельствует-о сложности взаимодействия их с компонентами примесей и загрязнений хлопчатобумажного материала. Так, эффективность действия липазы и амилазы на степень расшлихтовки и капиллярность ткани объясняется тем, что липаза аффективно разрушая жиры и воска, содержащиеся в плавко шлихты, облегчает прохождение процессов диффузии, сорбции, и таким образом, ускоряет доставку ферментов к реакционным центрам субстратов. Максимальное значение капиллярности ткани - 154 мм получено в присутствии всех компонентов при минимальной концентрации липазы 0,1 г/л. На процесс удаления примесей значительное влияние оказывает фермент полифе-нолоксидаза. Контурные диаграммы поверхности отклика разрывной нагрузки фиксировали узкий интервал изменений этого показателя качества ткани 335... 370 Н, что свидетельствует о незначительном деструктирующем влиянии ферментативных препаратов на целлюлозное волокно.

На основании полученного банка расчётных и экспериментальных данных выбран оптимальный композиционный состав , удовлетворяющий заданным ограничениям на целевые функции.

#зучена возможность стабилизации оксидоредуктаз и их композиций с амилолитическими и липатическими ферментами в растворах. В качестве стабилизаторов использованы нейтральные соли щелочных й щелочноземельных металлов, серусодержашие' соединения и комп-лексообразующие вещества.

ГЫсазано, что высоким стабилизирующим действием по отношению

к оксидоредуктазам обладает сульфат магния, ацетат кальция. Для амилолитических ферментов - хлориды Ca£,,Na* , сульфат Mg*t

Определены условия стабилизации при хранении и использовании технических биопрепаратов в виде культуральных жидкостей. По стабилизирующему действию на исследованные биопрепараты в условиях длительного хранения используемые добавки можно расположить в следующий ряд: ацетат кальция < двуокись тиомочевины < тиосульфат натрия < хлорид натрия < сульфат магния < хлорид кальция < тиомо-чевина.

В результате оптимизации процесса биообработки предложен состав стабилизированной полиферментной композиции, включающей следующие компоненты: амилолитический фермент 0,8. ..2,2 г/л; окислительно-восстановительный фермент - О, ?.. ..0,8 г/л; липати-ческий фермент - 0,1 ...0,3г/л; стабилизаторы ферментов сульфат магния или ацетат кальция - 0,01... 0,1 г/л.

Состав для ферментативной расшлихтовки целлкмозосодержаших тканей, отшлихтованных крахмальной шлихтой защищен авторским свидетельством СССР N 1776707.

В разделе 3.6 проведена оптимизация процесса биообработки хлопчатобумажной ткани с использованием полиферментной композиции, выполненная с применением специально составленной программы и компьютерных средств (рис.4). '

Рис. 4 Зависимость качественных показателей хлопчатобумажной ткани от условий биообработки

Температура, °С

.. - 15 -

Заштрихованное поле (рис.4) представляет собой область оптимальных рН 6-9,5 и температуры 40-65°С, при которых активность ферментов, входящих в состав стабилизированной композиции, обеспечивает достижение нормативных вначений показателей качества хлопчатобумажных тканей.

3. 7. Разработка и производственные испытания энергосберегающих технологий подготовки хлопчатобумажных и смесовых тканей, включающих биопроцессы

На основании ревультатов исследования разработаны сокращённые энергосберегающие технологии подготовки хлопчатобумажных тканей. Разработанная биотехнология предусматривает замену энергоёмкой операции щелочной отварки тканей на биодбработку с использованием комповиционного биопрепарата.

Согласно новой, технологии ткань пропитывают при 25-300 С раствором, содержащим, г/л : биопрепарат - 1..2, отжимают до 1002 остаточной влажности, выдерживают в запарной камере при 40-55°С в течение 30-60 мин.- После биообработки и промывки ткань подвергают белению.

Биотехнология подготовки хлопчатобумажных тканей прошла успешную производственную проверку на текстильных предприятиях г. Иванова и внедрена в производстве с 1993г. на АО "ГОШ" (г. Иваново). Подготовка ткани осуществлялась на серийном оборудовании непрерывного действия как в жгуте, так и расправленным полотном.

НЬвая технология позволила ваменить энергоёмкую операцию щелочной отварки на биообработку. Это дало возможность сократить затраты на пар в 2-3 раза, снизить удельный расход химматериалов в 2 раза, улучшить санитарногигиенические условия работы.

Экономический аффект от внедрения биотехнологии подготовки хлопчатобумажных тканей составил 4,4 млн. рублей в год на единицу оборудования в расчёте цен марта 1953г.

Разработан совмещённый процесс биорасшлихтовки, и беления тканей из смеси хлопка и химических волокон. Способ . основан на повышении активности перекиси водорода аа счёт введения стабилизированных ферментных композиций в белящие растворы.

Методом программного моделирования эксперимента определены концентрационные параметры одностадийного процесса биорасшлихтовки и беления. Найдено, что лучшие результаты получены при исполь-

вовании биферментной композиции гидролитических ферментов и оксидоредуктаэы. В этом случае амилазы выполняют функцию активного расшлихтовывающего агента, а окислительно-восстановительный фермент являеется эффективным активатором слабощелочных переписных растворов. "

Еиотехнологический режим беления заключается в следующем: пропитка ткани при температуре 30-40"С и 1СШ-ном отюше раствором, содержащем, г/л: пероксид водорода (100%-ный) - 5.. 6 (для хлопкосиблоновых и хлопколавсановых тканей) и 2,6. .3,6 (для вискозных штапельных тканей), биопрепарат - 0,5. .1, метасиликат натрия - 1.. 1,Б,стабилизатор (Ц^50<!) - 0,1; еапаривание хлопко-содержащих тканей при температуре 95-93°С, а вискозных штапельных тканей при 50-60°С в течение 10-30 мин.; промывка горячей и холодной водой, сушка. (Заявка на патент N94 - 008821 от 16. 03.94).

Способ обеспечивает улучшение качества тканей,, содержащих химические волокна, придаёт им мягкий шелковистый гриф, повышает потребительские свойства при сокращении длительности процесса в 1,6-2 рааа, снижении расхода химических материалов, технологической воды и пара.

Биотехнологический способ беления хлопкосиблоновых и вискозных штапельных тканей прошёл испатания в производственных условиях ХЕК им. Ф. Н. Самойлова на действующем оборудовании : линии ЛРБ-140 и ПАЖ-180.

ШВ0ДЫ

1. Изучено влияние ферментов с различной субстратной активностью на полноту удаления примесей хлопчатобумажной ткани в процессе биоообработки и последующего перекисного беления. Выбраны ферменты и их композиции, обеспечивающие максимальную очистку тканей от примесей и загрязнений. Показано, что в результате ферм ггативной обработки удаляется до 85-90% шлихты, до 69,7% лиг-нинсодержапмх примесей. Суммарная степень очистки ткани от сопутствующих примесей достигает 68%.

2. Теоретически и экспериментально обоснована целесообразность использования полиферментной системы для подготовки хлопчатобумажных тканей.

Н?.'основании дифференциального определения степени удаления шлихты и примесей различной природы при биообработке выявлена

субстратная активность ферментов по отношению к примесям хлопчатобумажной ткани: амилолитических ферментов (амилосубтилин ГЗХ, амилориаин ШОХ, глюковоморин ГХ) к крахмалу шлихты, липазы - к воскообразным веществам хлопка, оксидоредуктааы, пероксидазы и полифенолоксидаэы к лигнинсодержащим примесям хлопка. Определены условия совместного использования фгрментов различных классов. Показано, что основным фактором, определяющим каталитическую активность исследуемых ферментов является изменение температуры и рН среды.

3. Проведено комплексное изучение активности амилолитических ферментов по отношению к крахмальной шлихте и выявлена специфика биодеструкции крахмала полиферментной композицией. Установлено , что рост степени деструкции амилопектина и амилозы крахмала является следствием совокупности действия всех ферментов, входящих в состав полиферментной композиции.

4. Методами ИК и УФ спектроскопии исследованы процессы ферментативной деструкции лигнина хлопковой шелухи. Показано, что штаммы базидиомицетов Сог1о1из Ыгзииз и Сегтепа ггахагга, содержащее оксидоредуктазы вызывают биодеградацию лигнина путём деме-тилирования, разрыва )>эфирной связи и С^-С^ связи пропановой цепи. Выявлена взаимосвязь ферментативной и субстратной активности окислительно-восстановительных ферментов с ОВП их водных растворов в широком диапазоне рН и температуры. Предложен механизм биодеструкции лигнина хлопка.

.' Б. С позиций специфики действия липатических ферментов выявлены возможные пути биодеградации высших жирных кислот и их эфи-ров и предложен механизм гидролива эфирных связей. Дано объяснение 'эффективности совместного иепользйвания липатических и . окислительно-восстановительных ферментов с целью повышения степени деструкции воскообразных веществ хлопкового волокна. Показано, что использование в полиферментной композиции липатических ферментов позволяет полностью исключить ПАВ из состава для обработки текстильного материала.

<5- Установлена возможность стабилизации и активирования ферментов в условиях хранения и биообработки при повышенных температурах. Выбраны наиболее эффективные стабилизирующие добавки для амилолитических, окислительно-восстановительных ферментов и полиферментной системы.

7. Методом программного моделирования эксперимента по опти-

мивации состава полиферментной композиции и основных технологических параметров процесса биообработки предложен состав полиферментной композиции, включающий следующие компоненты: полифенолок-сидаза - 0,2-0,6 г/л, амилаза - 0,8-2,2 г/л, липаза -0,1-0,3 г/л. Выбраны оптимальные' условия биообработки с использованием предложенной композиции: температура 35-65°С; рН раствора 6-9,5; длительность процесса 50-60 минут.

Состав для ферментативной расшлихтовки тканей еащипцэн авторским свидетельством СССР N 1776707 БИ N 43 1992г.

8. Разработан непрерывный энергосберегающий технологический режим подготовки хлопчатобумажных тканей, основанный на полной замене энергоёмкой операции щелочной отварки на биообработку с использованием композиционного биопрепарата. Технология внедрена в 1993 году на АО "НИМ". Экономический эффект от внедрения биотехнологии составил (по ценам 1993 года) 4,4 млн. руб. на единицу

оборудования в год. На способ ферментативной расшлихтовки имеется заявка N 93-034075 от 1.07.93.

9. Экспериментально показана возможность совмещения процессов биорасшлихтовки и перекисного беления тканей из смеси хлопка и химических волокон.

В результате оптимизации основных технологических параметров беления с одновременной биорасшлихтовкой предложен состав раствора для беления хлопкосиблоновых и хлопкополиэфирных тканей : перекись водорода, оксидоредуктага и амилоризин, метасиликат натрия, сульфат магния, смачиватель (сульфосид 31).

10. Разработан и проыёл производственную проверку на АО ХЕК им. Ф. Н. Самойлова одностадийный технологический режим расшлихтовки и беления. По результатам призводственных испытаний все основные качественные показатели тканей соответствовали ТУ.

Биотехнология позволяет сократить стадийность технологического процесса беления тканей в 2-3 раза, в сравнении с существ; щей технологией, вдвое сократить расход технологического пара и воды.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Использование фермента пероксидазы при подготовке текстильных "материалов /Лебедева В. И. , Шибашоьа С. Ю. ,М;ль-,|НИК0В Б. Н. ,Чешкова А. Е// Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -Иваново, 1989. -Н5. -С. 65-69.

-.19 -

2. Чешкова Л. а .Лебедева В. И. .Мельников Б. Е Использование оксидоредуктаз при подготовке текстильных материалов //СО. тр. XIV Менделеевского съезда. Ташкент, 1990. - т. 2. -С. 217.

3. Лебедева Е И. .Чешкова А. а , Мельников Б. Н. //Использование культуралышх фильтратов базидиомицетов в текстильной технологии// Сб. тр. Всес. конф. "Жидкофазные материалы". -Иваново, 1990. -С. 211.

4. Чешкова А. 11 , Лебедева В. И.

Использование биотехнологии в текстильной промышленности // Прогресс-90: Тез. докл. Всес. конф. - Иваново, 1990.-С. 90

5. Лебедева В. И. .Чешкова А. В. , Свердлова Н. И.

Влияние электролитов и комплексонов на активность окисли-гелыю-воссгщювителышх ферментов / Сб. тр. . Всес. сов. "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах". -Иваново, 1991. -с. 230.

6. Исследование влияния оксидоредуктаз на шлихту и примеси хлопчатобумажной ткани /Чешкова А. Е .Лебедева Е И. .Свердлова II И. , Гаврилова В. П. // Меж. вуз. сб. "Новые ресурсосберегающие технологии отделочного производства".-С.-Е ,-С. 95.

7. Чешкова А. Е .Лебедева Е И. .Мельников Б. Е Биодеградация лигнинсодержащих примесей хлопка и льна //

■ Тез. док. Межд. конф. "Текстильная химия". -Иваново, 1992. -С. 34

8. Оптимизация процесса биообработки хлопчатобумажных тканей / Чешкова А. Е , Лебедева В. И., Мельников Б. Е // Изв. вузов. Химия и химическая технология. - Иваново, 1993. -т. 36, выи. 5.-С. 112.

9. А. С. 1776707 СССР,. 006 Ь 1/14. Состав для ферментативной расшлихтовки / Лебедева Е И. , Мельни. .ов Б. Е , Чешкова А. Е .Гаврилова В. П., Свердлова ЕЙ.. - N 4890418/05 заявл. 13.12.90, опубл. 23.11.92.', Б. И. N 43.

10. Ферментативная подготовка тканей / Чешкова А. Е , Лебедева 'Е И.,Мельников ЕЕ// Изв. вузов. Технология текстильной иром-ти. - Иваново, 1992.-N2.-С. 51-56.

И. Заявка N 93-03 4075. Способ ферментативной расшлихтовки/ Чешкова А. В. , Лебедева В. И., Мельников Е. Е,- заявл. 01.07. 93.

12. Применение биокомпозиционного препарата / .Чешкова А. Е ,

- го -

Лебедева В. И. , Мельников Б. II, Кундий С. Г. // Изв. вузов. Технология текстильной пром-ти. - Иваново, 1993. -N3. -С. 49-54.

13. Чешкова А. В., Лебедева В. И. .Мельников Б..Н. Биопроцессы -' основа малоотходной технологии // Сб. тр. XV Менделеевского съезда. Минск. 1993,- т. 2.- С. 324.

14. Чешкова А. В.. Лебедева В. И. . Мельников В. Е

Разработка и внедрение энергосберегающих технологий иод-готовки текстильных материалов // Прогресс - 93: Тез. докл. Всес. Конф. - Иваново, 1993.-С. 95.

15. Чешкова А. В., Лебедева В. И. .Мельников В. IL Исследование стабилизации культуралышх. Фильтратов в растворах. •// Сб. тр. III Российской конф. A. Н. - Иваново,

1993.-С. 61.

16. Чешкова А. В. .Лебедева В. И. .Мельников Б. Н.

Деструкция лигнина хлопка и льна ферментами // "Текст, химия" РАН. - Иваново. - 1993,- N 1(3). - С. 70-75.

17. Исследование физико-химических свойств растворов окислительно-восстановительных ферментов / Чешкова А. В. , Лебедева R И., Мельников Е Н., Гаврилова Е И. // "Текст. . химия". РАН. -Иваново. - 1993. - М 4.-С. 69-74.

18. Биотехнология подготовки тканей' / Сост. А. Е ЧешкоЕа. В. И. Лебедева. // Информационный листок Ивановского ЦНТИ. -

1994. - N 40-94.