染出更炫的牛仔布

编译  姜联合

日常牛仔布通过石磨机械染色，不仅磨损牛仔布纤维，而且造成污染，破坏环境，酶类也可以用来对牛仔布进行脱浆和褪色，而且产生跟“石磨”一样的效果，其中的科学原理是什么？科学过程又是怎样的？亲手做一做，比一比，再想一想，来了解酶类在纺织业及其他工业中的应用吧！

一、背景知识：

牛仔布是由棉花纤维中的纤维素制作而成的一种坚固的布料。纤维素是棉花细胞的细胞壁成分之一，它是由许多葡萄糖分子交联在一起组成的。

牛仔布是用靛蓝色的染料染过的纤维编织成的，当你看牛仔布织品背面的时候你就可以发现，另外一面没有被染成靛蓝色，这是因为那些染料是被纤维素分子捕获了，如下图所示：

最初，石磨牛仔服是用海浮石来使牛仔布进行清洗，使其手感柔软、颜色柔和。但这是一个具有破坏力的过程，不仅会让牛仔布破损，也让洗衣机的垫圈磨损的更快。并且，用海浮石来洗一个小时会产生大量的污泥，需要浪费更多的时间来处理。

然而现在，酶类可以产生跟“石磨”一样的效果，这就消除了机械磨损垫圈和污泥处理浮石污泥的问题。酶类可以用来对牛仔布进行脱浆和褪色。脱浆即是淀粉酶将淀粉（加入后易于切割）分解成为单糖的过程。褪色则是纤维素酶将棉花纤维中的纤维素进行分解并释放出所捕获的染料的过程。使用纤维素酶对牛仔布进行清洗，不仅可以分解一部分纤维使得布料软化，同时也能退去多余的颜色。

二、实验目的

1、      了解酶类在纺织业中的作用；

2、      证明酶类对于包括纺织业在内的诸多工业是至关重要的。

三、实验材料

l  一片15×25cm大小的深色牛仔布材料（如果是黑色牛仔布，先用水简单的清洗并在使用之前干燥）

l  一把锋利的剪刀

l  面料铅笔

l  测量带/测量尺

l  7个密封袋

l  4个250mL的烧杯

l  淀粉酶溶液（由实验员事先配制，0.8g淀粉酶干粉溶于200mL无菌水，操作过程中需要带上手套和护目镜）

l  纤维素酶溶液（由实验员事先配制，将8mL纤维素酶溶液加入250mL无菌水中，操作过程中需要带上手套和护目镜）

l  1200mL蒸馏水

l  2根玻璃棒

l  平底锅（或者水浴锅）

l  2根温度计

l  钳子

l  pH试纸或pH计

l  4mL洗衣液

l  卫生纸

l  4 个葡萄糖浓度测量试纸

l  订书机

l  手套

l  天枰

l  3张滤纸

l  2个漏斗

l  2个250mL锥形瓶

l  4个250mL瓶子（带盖子）

四、实验步骤

1、      将牛仔布料剪成15片5×5cm大小的方片，将其中3片放在封口袋中，并标记“原始材料”。

淀粉酶处理以及测试

2、      将一个250mL的烧杯标记为“淀粉酶对照组”，并加入200mL的蒸馏水。记录其颜色，并测量记录其pH值。

3、      将一个250mL的烧杯标记为“淀粉酶处理组”，并加入200mL淀粉酶溶液。记录其颜色，并测量记录其pH值。

4、      将上述两个溶液用平底锅或者水浴锅加热到60℃（55~65℃即可）。

5、      向每个烧杯上加入6片牛仔布料，加热15分钟，并用玻璃棒搅拌使受热均匀，确保温度不超过65℃。

6、      将1mL的洗衣液和150mL的蒸馏水分别加入两个可密封的塑料袋，并标记为“淀粉酶对照组”和“淀粉酶处理组”。用钳子将经过上述两种处理的牛仔布料分别放入对应的塑料袋并封口。

7、      将牛仔布料在塑料袋中翻滚进行清洗，然后用自来水进行漂洗，挤出多余的水分并压在卫生纸上，让其干燥过夜。

8、      保存剩下的溶液（如果你没有足够的时间来对测试它们，可以将其置于有盖的瓶中放在冰箱过夜保存）。测量并记录每个溶液的pH值，同时记下溶液的颜色。

9、      在每个溶液中插入一个葡萄糖浓度测量试纸，记录葡萄糖的浓度。

第二天

10、     挠度试验：对每一片牛仔布料（原始材料，淀粉酶对照组，淀粉酶处理组）进行旋转（或折叠），看布料是仍然保持紧紧卷起状还是很快的展开了。

11、     柔软性能测试：感受每一片牛仔布料（原始材料，淀粉酶对照组，淀粉酶处理组）的质地，并记录下柔软度的区别。、

纤维素酶处理与测试

12、     取4片淀粉酶处理过的牛仔布料，润湿并挤出多余的水分。

13、     将每片布料对折并用订书机将边缘订上。

14、     取一个250mL的烧杯，标记为“纤维素酶对照组”，并加入200mL蒸馏水。记录其颜色，并测量记录其pH值。

15、     取一个250mL的烧杯，标记为“纤维素酶处理组”，并加入200mL纤维素酶溶液。记录其颜色，并测量记录其pH值。

16、     将上述两个溶液用平底锅或者水浴锅加热到60℃（55~65℃即可）。

17、     向每个烧杯上加入6片牛仔布料，加热30分钟，并用玻璃棒搅拌使受热均匀，确保温度不超过65℃。

18、     将1mL的洗衣液和150mL的蒸馏水分别加入两个可密封的塑料袋，并标记为“纤维素酶对照组”和“纤维素酶处理组”。用钳子将经过上述两种处理的牛仔布料分别放入对应的塑料袋。

19、     用玻璃棒在塑料袋中搅拌，然后用自来水进行漂洗，挤出多余的水分。

20、     褪色试验：用白色的卫生纸对处理过的牛仔布料进行摩擦，观察并记录卫生纸的变化。

21、     除去订书钉，让牛仔布干燥过夜，然后保存在可密封的塑料袋中，并做好标记。

22、     保存剩下的溶液（如果你没有足够的时间来对测试它们，可以将其置于有盖的瓶中放在冰箱过夜保存）。测量并记录每个溶液的pH值，同时记下溶液的颜色。

23、     在每个溶液中插入一个葡萄糖浓度测量试纸，记录葡萄糖的浓度。

24、     将一张滤纸标记为“纤维素酶对照组”，另外两张标记为“纤维素酶处理组”，称量并记录每张滤纸的重量。

25、     将滤纸置于漏斗然后分别放在两个锥形瓶中（用两张滤纸过滤纤维素酶溶液），过滤上述两种溶液。

26、     将滤纸置于卫生纸上至干燥完全，称量并记录滤纸的重量，以及记录滤纸的变化。

五、思考题

1、      解释酶类如何用于废纸回收或者降解废纸生产乙醇。

可以使用纤维素酶。

2、      实验数据如何证明淀粉酶用以脱浆及纤维素酶可用以褪色的假说？如果纤维柔软性能测序和葡萄糖测试是阳性结果，并且通过纤维素酶处理的牛仔布料滤出的纤维多于对照组，是否能够支持原先的假设？

3、      你的实验中出现过什么样的错误？也许没有保证恒温，测量的失误，酶失活等。

六、现实中纤维素酶的应用

生物燃料：纤维素酶可将甘蔗废弃物或者其他农作物废弃物中的纤维素降解成葡萄糖，并用以生产生物燃料。

七、参考文献

1、Frame, K. (Ed.) 2002. Shoestring Biotechnology. Virginia: National Association Biotechnology Teachers