江南大學(xué)校長陳堅(jiān)教授認(rèn)為，綠色紡織業(yè)應(yīng)走生物催化之路.
作為我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、支柱產(chǎn)業(yè)，在國內(nèi)生產(chǎn)總值和外貿(mào)出口總值中占據(jù)重要比例的紡織工業(yè)，被人稱作中國加入WTO后“惟一保持進(jìn)攻態(tài)勢的行業(yè)”，實(shí)際上同時(shí)也是一直以來的污染大戶。這種情況下，如何改進(jìn)生產(chǎn)工藝，走清潔紡織之路，成為亟待解決的重要課題。江南大學(xué)校長陳堅(jiān)教授認(rèn)為，采用高效生物催化劑的酶法工藝替代傳統(tǒng)的化學(xué)加工工藝，是紡織工業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)未來最重要的發(fā)展方向之一。
污染問題老大難
紡織工業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)中的地位堪稱“舉足輕重”。據(jù)了解，有數(shù)千家印染企業(yè)，其中生產(chǎn)規(guī)模在6000萬米/年以上的大型棉印染廠就有數(shù)十家。2002年，我國紡織工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)10644億元，占國民生產(chǎn)總值10%，實(shí)現(xiàn)利潤337億元。其中，紡織品及服裝出口創(chuàng)匯達(dá)618億美元，占全國的19%。然而陳堅(jiān)介紹，雖然我國紡織工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)作出了突出貢獻(xiàn)，但總體上仍存在產(chǎn)業(yè)集中度不高、工藝技術(shù)裝備落后和資源利用率低等問題。特別是，這一工業(yè)部門產(chǎn)生污染的情況十分嚴(yán)重，尤其在印染加工過程中，傳統(tǒng)工藝耗費(fèi)大量水和化學(xué)品，耗費(fèi)資源的同時(shí)帶來嚴(yán)重的環(huán)境、生態(tài)問題。
陳堅(jiān)表示，傳統(tǒng)的前處理工藝，已不能適應(yīng)國際上綠色紡織品清潔化生產(chǎn)的發(fā)展趨勢，并已嚴(yán)重影響到我國紡織品在國際市場上的競爭力。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，我國每生產(chǎn)萬米織物耗水250～400m3。一個(gè)年產(chǎn)5000萬米的中型印染廠，全年耗水量2百萬m3左右，相當(dāng)一個(gè)數(shù)十萬人口的城市全體居民的生活用水。由于印染生產(chǎn)的耗水量大，很多印染廠自行采水供給。雖然地下水蘊(yùn)藏量比地面水高三倍多，但目前我國大部分地區(qū)均已嚴(yán)重超采。對此國家不得不實(shí)行收費(fèi)限制，這樣生產(chǎn)成本迅速上升。如改用城市自來水，費(fèi)用更為昂貴。
以棉織物前處理為例。在棉織物染整加工中，為使棉纖維獲得優(yōu)良的潤濕性和白度，需要在前處理過程中去除為使織造順利進(jìn)行在經(jīng)紗上施加的以淀粉、聚乙烯醇（PVA）為主體的漿料，以及會嚴(yán)重影響棉織物外觀、服用性能和染整加工的棉蠟、果膠質(zhì)和蛋白質(zhì)等各種伴生物。目前國內(nèi)外一直采用傳統(tǒng)的強(qiáng)堿高溫處理工藝對棉織物進(jìn)行前處理，存在工藝復(fù)雜，流程長，設(shè)備龐大、纖維損傷大，水耗、能耗大等弊病，并且排放大量堿性強(qiáng)、色度深、化學(xué)需氧量（COD）極高的廢水，已成為印染生產(chǎn)中最大的污染源。受處理技術(shù)限制，目前國內(nèi)印染企業(yè)沒有一家的廢水經(jīng)處理后能達(dá)到國家的排放標(biāo)準(zhǔn)，而且處理費(fèi)用很高。
“要從根本上改變紡織工業(yè)高消耗、高污染的傳統(tǒng)粗放型經(jīng)濟(jì)增長方式，必須大力推動和發(fā)展紡織工業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)紡織工業(yè)污染防治由‘末端治理’向‘源頭預(yù)防’的轉(zhuǎn)變�！标悎�(jiān)介紹，相比傳統(tǒng)的化學(xué)處理工藝，用高效生物催化劑參與的酶處理工藝可顯著降低水耗、能耗，顯著減少廢水量、降低其處理難度，提高染料利用率、獲得更佳染色效果，全面改善織物的品質(zhì)，提高操作的安全性和簡便程度，并能有效降低生產(chǎn)的綜合成本。隨著生化工程技術(shù)的發(fā)展及紡織綠色加工要求的提高，環(huán)境友好的酶處理工藝已成為紡織工業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)未來重要的發(fā)展方向之一。
陳堅(jiān)說：“目前，由歐洲倡導(dǎo)的3E系統(tǒng)（效能、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)）、3R生產(chǎn)機(jī)制（一次準(zhǔn)確性、快速反應(yīng)性、重現(xiàn)性）、4R原則（節(jié)省、回收、回用、循環(huán)）已成為世界紡織染整工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流。未來社會對紡織業(yè)的要求，除產(chǎn)品質(zhì)量這個(gè)永恒不變的內(nèi)容外，更強(qiáng)調(diào)生態(tài)平衡和對環(huán)境的親和性。可以預(yù)測，隨著綠色環(huán)保意識與要求的不斷加強(qiáng)，在未來的紡織加工業(yè)中，高效生物催化劑----酶必將有其更廣闊的發(fā)展空間與更積極的發(fā)展前景�！�
提升效益向酶看
“從總體上看，我國現(xiàn)在的紡織酶加工技術(shù)無論在加工理論和加工工藝上，還是在酶制劑的性能上，均和國外先進(jìn)水平存在巨大差距�！标悎�(jiān)介紹，我國3000多年前就已出現(xiàn)以微生物發(fā)酵進(jìn)行麻類纖維生產(chǎn)的漚漬脫膠法（《詩經(jīng)?陳風(fēng)》記載：東門之池，可以漚麻。）；同樣在戰(zhàn)國時(shí)期，也出現(xiàn)了和漚麻類似的真絲“水?法”，起作用的都是微生物產(chǎn)生的酶。我國古代用得最多的酶是胰酶，取自豬的胰臟，主要用于真絲的脫膠。該法早在唐代就已經(jīng)形成了基本固定的工藝，比國外的同類研究（美國Marsh，1931年）至少早1200年。
據(jù)了解，20世紀(jì)90年代以前，酶在紡織上的工業(yè)化應(yīng)用還僅局限在淀粉酶退漿和真絲脫膠等少數(shù)加工，然而之后其在紡織上的應(yīng)用，卻如火如荼地在全球開展起來。很短的時(shí)期內(nèi)，牛仔布的酶洗（或稱返舊整理）取代了傳統(tǒng)的石磨洗，氧漂生物凈化加工替代了傳統(tǒng)的大量漂后水洗處理，真絲織物的酶法砂洗取代了化學(xué)法砂洗，以果膠酶為主體的棉織物酶精練加工開始出現(xiàn)并得到快速發(fā)展，生物拋光整理賦予棉織物傳統(tǒng)化學(xué)加工無法獲得的良好品質(zhì)等等。目前，紡織酶加工工藝已經(jīng)涉及到了幾乎所有的紡織濕加工領(lǐng)域，紡織酶加工理論、酶加工設(shè)備和工藝也都有了很大發(fā)展。
陳堅(jiān)認(rèn)為，生化工程技術(shù)的發(fā)展、紡織綠色加工要求的提高以及對更高的產(chǎn)品品質(zhì)的追求，是這些酶加工技術(shù)發(fā)展的巨大推動力。但與我國紡織業(yè)巨大的規(guī)模不相稱的是，我國的紡織酶制劑市場基本上被這一領(lǐng)域世界領(lǐng)先的丹麥諾維信公司和美國杰能科國際有限公司所壟斷。我國落后的原因何在？陳堅(jiān)認(rèn)為主要有兩點(diǎn)：一是國內(nèi)酶制劑研究、制造單位對紡織加工中可能用到的酶處理技術(shù)并未引起足夠的重視和興趣，紡織行業(yè)無奈只好采用傳統(tǒng)的用于食品等領(lǐng)域的生化制劑，實(shí)際應(yīng)用困難重重；二是目前國外的紡織專用酶制劑普遍價(jià)格較高，與傳統(tǒng)紡織加工所用的化學(xué)用劑相比成本大幅上升，同時(shí)穩(wěn)定性較差且不易儲存，限制了酶加工工藝的廣泛推廣。
專家介紹，目前可以進(jìn)行酶加工并獲得工業(yè)化應(yīng)用的工藝，還只是紡織加工的很小一部分，在纖維原料的品種適用性上也有很大限制。同時(shí)，普遍較低的酶制劑國產(chǎn)化水平使得國內(nèi)企業(yè)難以與國外大公司競爭，極大地制約了我國紡織酶加工技術(shù)的研究與應(yīng)用。因此，開發(fā)價(jià)格較低、穩(wěn)定性好、性能突出的國產(chǎn)紡織專用酶制劑，目前來看仍然勢在必行。陳堅(jiān)說：“這是一個(gè)富有開拓前景的新領(lǐng)域，具有十分顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。”
研究聚集前處理
“雖然從20世紀(jì)80年代末開始，酶在紡織品染整加工中應(yīng)用的研究熱潮就已在國外掀起，到目前為止牛仔服裝的生物酶洗等工藝也已用于工業(yè)生產(chǎn)，但各國對于棉織物生物酶前處理的研究起步都很晚，直到20世紀(jì)90年代才有資料報(bào)道，而且大都處在實(shí)驗(yàn)室的研究階段。國際著名酶制劑生產(chǎn)公司如諾維信等，雖然已能生產(chǎn)堿性果膠酶，但價(jià)格較高且不適合中國的棉織物特點(diǎn)，尚未在國內(nèi)得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。因此深入研究各有關(guān)流程的酶處理工藝，對我國棉織物前處理過程的清潔生產(chǎn)來說任務(wù)相當(dāng)緊迫�！标悎�(jiān)表示，棉織物前處理工藝流程復(fù)雜，而棉纖維中的雜質(zhì)又性質(zhì)各異，因此用單一酶不能滿足前處理去雜的要求。理想的工藝是生產(chǎn)出最關(guān)鍵的幾種酶，進(jìn)行必要的復(fù)配并確定最佳應(yīng)用條件，然后將其應(yīng)用于棉織物前處理的全過程。
為推動我國棉織物前處理工藝的全面“酶化”，陳堅(jiān)帶領(lǐng)江南大學(xué)有關(guān)人員，將研發(fā)重點(diǎn)鎖定在PVA降解酶、角質(zhì)酶、堿性果膠酶和過氧化氫酶這一酶制劑產(chǎn)品群的關(guān)鍵制備技術(shù)上。在國家“863”計(jì)劃的支持下，他們從1999年開始著手選育具有自主知識產(chǎn)權(quán)的微生物，用以生產(chǎn)出四種酶的樣品，研究其基本性質(zhì)和作用機(jī)理，并優(yōu)化它們在棉織物前處理中的應(yīng)用條件；然后從自行篩選得到的微生物中分別克隆四種酶的編碼基因，利用酵母或細(xì)菌的外源基因表達(dá)系統(tǒng)使這些基因過量表達(dá)，顯著提高這四種酶的產(chǎn)率；最后在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，確定以高產(chǎn)率和低成本為綜合目標(biāo)的發(fā)酵及提取工藝，并完成中試，為工業(yè)化奠定基礎(chǔ)。
陳堅(jiān)介紹，關(guān)鍵的四種酶不但在棉織物前處理工藝中有廣闊的用武之地，并且分別擁有一批其它的潛在用戶。例如PVA降解酶，還可用于紡織工業(yè)含PVA廢水的前處理，以及PVA制成的塑料薄膜的生物降解。角質(zhì)酶具有水解環(huán)狀低聚物(聚對苯二甲酸亞乙酯)、牛奶脂肪，降解聚己內(nèi)酯的作用，同時(shí)具有脂肪酶等功能，可用于處理聚酯織物以改善織物外觀，生產(chǎn)清潔劑和洗滌劑，降解毒害性化合物或農(nóng)副產(chǎn)品的深加工等。其它堿性果膠酶和過氧化氫酶，也分別在醫(yī)藥、飲料、食品工業(yè)以及造紙工業(yè)、農(nóng)作物保護(hù)、臨床診斷試劑等方面有巨大潛力。
據(jù)了解，江南大學(xué)承擔(dān)的“863”計(jì)劃項(xiàng)目“用于紡織工業(yè)清潔生產(chǎn)的生物催化劑的研究”中，對堿性果膠酶和過氧化氫酶的研究已分別于今年1月和4月23日通過專家組驗(yàn)收。課題組研究并開發(fā)了兩種酶的生產(chǎn)工藝，并對其進(jìn)行了工業(yè)化應(yīng)用試驗(yàn)。對PVA降解酶和角質(zhì)酶生產(chǎn)與應(yīng)用研究，近期也將陸續(xù)完成。研究證明，應(yīng)用這一酶制劑產(chǎn)品群可以完全替代傳統(tǒng)處理工藝，實(shí)現(xiàn)棉織物的全酶處理。
陳堅(jiān)最后強(qiáng)調(diào)：“中共十六大報(bào)告中，明確提出了綠色工業(yè)、即新型工業(yè)化的概念。我們走可持續(xù)工業(yè)發(fā)展的綠色道路，建立綠色工業(yè)模式，必須尊重生態(tài)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)規(guī)律，使工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行切實(shí)轉(zhuǎn)移到良性的生態(tài)循環(huán)和經(jīng)濟(jì)循環(huán)的軌道上來，實(shí)現(xiàn)最佳生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會三大效益的有機(jī)統(tǒng)一。”
