姜聯(lián)合 編譯

（中國科學(xué)院植物研究所 北京 100093）

日常牛仔布通過石磨機(jī)械染色，不僅磨損牛仔布纖維，而且造成污染，破壞環(huán)境。酶類也可以用于對(duì)牛仔布進(jìn)行脫漿和褪色，而且產(chǎn)生與“石磨”一樣的效果，其中的科學(xué)原理是什么？科學(xué)過程又是怎樣的？ 親手做一做，比一比，再想一想，了解酶類在紡織業(yè)及其他工業(yè)中的應(yīng)用。

1 背景知識(shí)

牛仔布是由棉花纖維中的纖維素制作而成的一種堅(jiān)固的布料。纖維素是棉花細(xì)胞的細(xì)胞壁成分之一，它是由許多葡萄糖分子交聯(lián)在一起組成的。

牛仔布是用靛藍(lán)色的染料染過的纖維編織成的，觀察牛仔布織品背面的時(shí)候即可發(fā)現(xiàn)，另外一面沒有被染成靛藍(lán)色，這是因?yàn)槟切┤玖鲜潜焕w維素分子捕獲了，如圖1所示。

最初，石磨牛仔服是用海浮石對(duì)牛仔布進(jìn)行清洗，使其手感柔軟、顏色柔和。但這是一個(gè)具有破壞力的過程，不僅會(huì)讓牛仔布破損，也讓洗衣機(jī)的墊圈磨損更快，并且，用海浮石洗1 h 會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，需要浪費(fèi)更多的時(shí)間處理。

然而現(xiàn)在，酶類可以產(chǎn)生與“石磨”一樣的效果，這就消除了機(jī)械磨損墊圈和污泥處理浮石污泥的問題。酶類可用于對(duì)牛仔布進(jìn)行脫漿和褪色。脫漿即是淀粉酶將淀粉（加入后易于切割）分解成為單糖的過程。褪色則是纖維素酶將棉花纖維中的纖維素進(jìn)行分解并釋放出所捕獲的染料的過程。使用纖維素酶對(duì)牛仔布進(jìn)行清洗，不僅可以分解一部分纖維使得布料軟化，同時(shí)也能褪去多余的顏色。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

1）了解酶類在紡織業(yè)中的作用；

2）證明酶類對(duì)于包括紡織業(yè)在內(nèi)的諸多工業(yè)是至關(guān)重要的。

3 實(shí)驗(yàn)材料

1 片15 cm×25 cm 大小的深色牛仔布材料（如果是黑色牛仔布，先用水簡(jiǎn)單的清洗并在使用之前干燥）；1 把鋒利的剪刀；面料鉛筆；測(cè)量帶/測(cè)量尺；7 個(gè)密封袋；4 個(gè)250 mL 的燒杯；淀粉酶溶液（由實(shí)驗(yàn)員事先配制，0.8 g 淀粉酶干粉溶于200 mL 無菌水，操作過程中需要帶上手套和護(hù)目鏡）；纖維素酶溶液（由實(shí)驗(yàn)員事先配制，將8 mL纖維素酶溶液加入250 mL 無菌水中，操作過程中需要帶上手套和護(hù)目鏡）；1 200 mL 蒸餾水；2根玻璃棒；平底鍋（或者水浴鍋）；2 根溫度計(jì)；鉗子；pH 試紙或pH 計(jì)；4 mL 洗衣液；衛(wèi)生紙；4 個(gè)葡萄糖濃度測(cè)量試紙；訂書機(jī)；手套；天枰；3 張濾紙；2 個(gè)漏斗；2 個(gè)250 mL 錐形瓶；4 個(gè)250 mL 瓶子（帶蓋）。

4 實(shí)驗(yàn)步驟

1）將牛仔布料剪成15 片5 cm×5 cm 大小的方片，將其中3 片放在封口袋中，并標(biāo)記“原始材料”。

淀粉酶處理及測(cè)試：

2）將1 個(gè)250 mL 的燒杯標(biāo)記為“淀粉酶對(duì)照組”，并加入200 mL 的蒸餾水。記錄其顏色，并測(cè)量記錄其pH 值。

3）將1 個(gè)250mL 的燒杯標(biāo)記為“淀粉酶處理組”，并加入200 mL 淀粉酶溶液。記錄其顏色，并測(cè)量記錄其pH 值。

4）將上述2 個(gè)溶液用平底鍋或者水浴鍋加熱至60℃（55～65℃即可）。

5）向每個(gè)燒杯中加入6 片牛仔布料，加熱15 min，并用玻璃棒攪拌使受熱均勻，確保溫度不超過65℃。

6）將1 mL 的洗衣液和150 mL 的蒸餾水分別加入2 個(gè)可密封的塑料袋，并標(biāo)記為“淀粉酶對(duì)照組”和“淀粉酶處理組”。用鉗子將經(jīng)過上述2 種處理的牛仔布料分別放入對(duì)應(yīng)的塑料袋并封口。

7）將牛仔布料在塑料袋中翻滾進(jìn)行清洗，然后用自來水進(jìn)行漂洗，擠出多余的水分并壓在衛(wèi)生紙上，讓其干燥過夜。

8）保存剩下的溶液（如果沒有足夠的時(shí)間測(cè)試它們，可以將其置于有蓋的瓶中放在冰箱中過夜保存）。測(cè)量并記錄每個(gè)溶液的pH 值，同時(shí)記錄溶液的顏色。

9）在每個(gè)溶液中插入一個(gè)葡萄糖濃度測(cè)量試紙，記錄葡萄糖的濃度。

第2 天:

10）撓度實(shí)驗(yàn)：對(duì)每一片牛仔布料（原始材料，淀粉酶對(duì)照組，淀粉酶處理組）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)（或折疊），看布料是仍然保持緊緊卷起狀還是很快舒展了。

11）柔軟性能測(cè)試：感受每一片牛仔布料（原始材料，淀粉酶對(duì)照組，淀粉酶處理組）的質(zhì)地，并記錄柔軟度的區(qū)別。

纖維素酶處理與測(cè)試:

12）取4 片淀粉酶處理過的牛仔布料，潤濕并擠出多余的水分。

13）將每片布料對(duì)折并用訂書機(jī)將邊緣訂上。

14）取1 個(gè)250 mL 的燒杯，標(biāo)記為“纖維素酶對(duì)照組”，并加入200 mL 蒸餾水。記錄其顏色，并測(cè)量記錄其pH 值。

15）取1 個(gè)250 mL 的燒杯，標(biāo)記為“纖維素酶處理組”，并加入200 mL 纖維素酶溶液。記錄其顏色，并測(cè)量記錄其pH 值。

16）將上述2 個(gè)溶液用平底鍋或者水浴鍋加熱至60℃（55～65℃即可）。

17）向每個(gè)燒杯中加入6 片牛仔布料，加熱30 min，并用玻璃棒攪拌使其受熱均勻，確保溫度不超過65℃。

18）將1 mL 的洗衣液和150 mL 的蒸餾水分別加入2 個(gè)可密封的塑料袋，并標(biāo)記為“纖維素酶對(duì)照組”和“纖維素酶處理組”。用鉗子將經(jīng)過上述2 種處理的牛仔布料分別放入對(duì)應(yīng)的塑料袋。

19）用玻璃棒在塑料袋中攪拌，然后用自來水進(jìn)行漂洗，擠出多余的水分。

20）褪色實(shí)驗(yàn)：用白色的衛(wèi)生紙對(duì)處理過的牛仔布料進(jìn)行摩擦，觀察并記錄衛(wèi)生紙的變化。

21）除去訂書釘，將牛仔布干燥過夜，然后保存在可密封的塑料袋中，并做好標(biāo)記。

22）保存剩下的溶液（如果沒有足夠的時(shí)間測(cè)試它們，可以將其置于有蓋的瓶中放在冰箱中過夜保存）。測(cè)量并記錄每個(gè)溶液的pH 值，同時(shí)記錄溶液的顏色。

23）在每個(gè)溶液中插入一個(gè)葡萄糖濃度測(cè)量試紙，記錄葡萄糖的濃度。

24）將1 張濾紙標(biāo)記為“纖維素酶對(duì)照組”，另外2 張標(biāo)記為“纖維素酶處理組”，稱量并記錄每張濾紙的重量。

25）將濾紙置于漏斗，然后分別放在2 個(gè)錐形瓶中（用2 張濾紙過濾纖維素酶溶液），過濾上述2 種溶液。

26）將濾紙置于衛(wèi)生紙上至干燥完全，稱量并記錄濾紙的重量，以及記錄濾紙的變化。

5 思考題

1）解釋酶類如何被用于廢紙回收或者降解廢紙生產(chǎn)乙醇。（可以使用纖維素酶。）

2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何證明淀粉酶用以脫漿及纖維素酶可用以褪色的假說？ 如果纖維柔軟性能測(cè)序和葡萄糖測(cè)試是陽性結(jié)果，并且通過纖維素酶處理的牛仔布料濾出的纖維多于對(duì)照組，是否能夠支持原先的假設(shè)？

3）實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)過什么樣的錯(cuò)誤？（也許沒有保證恒溫，測(cè)量的失誤，酶失活等。）

6 現(xiàn)實(shí)中纖維素酶的應(yīng)用

生物燃料： 纖維素酶可將甘蔗廢棄物或者其他農(nóng)作物廢棄物中的纖維素降解成葡萄糖，并用以生產(chǎn)生物燃料。