染出更炫的牛仔布

姜聯合 編譯

（中國科學院植物研究所 北京 100093）

日常牛仔布通過石磨機械染色，不僅磨損牛仔布纖維，而且造成污染，破壞環境。酶類也可以用于對牛仔布進行脫漿和褪色，而且產生與“石磨”一樣的效果，其中的科學原理是什么？科學過程又是怎樣的？ 親手做一做，比一比，再想一想，了解酶類在紡織業及其他工業中的應用。

1 背景知識

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

牛仔布是用靛藍色的染料染過的纖維編織成的，觀察牛仔布織品背面的時候即可發現，另外一面沒有被染成靛藍色，這是因為那些染料是被纖維素分子捕獲了，如圖1所示。

最初，石磨牛仔服是用海浮石對牛仔布進行清洗，使其手感柔軟、顏色柔和。但這是一個具有破壞力的過程，不僅會讓牛仔布破損，也讓洗衣機的墊圈磨損更快，并且，用海浮石洗1 h 會產生大量的污泥，需要浪費更多的時間處理。

然而現在，酶類可以產生與“石磨”一樣的效果，這就消除了機械磨損墊圈和污泥處理浮石污泥的問題。酶類可用于對牛仔布進行脫漿和褪色。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行分解并釋放出所捕獲的染料的過程。使用纖維素酶對牛仔布進行清洗，不僅可以分解一部分纖維使得布料軟化，同時也能褪去多余的顏色。

2 實驗目的

1）了解酶類在紡織業中的作用；

2）證明酶類對于包括紡織業在內的諸多工業是至關重要的。

3 實驗材料

1 片15 cm×25 cm 大小的深色牛仔布材料（如果是黑色牛仔布，先用水簡單的清洗并在使用之前干燥）；1 把鋒利的剪刀；面料鉛筆；測量帶/測量尺；7 個密封袋；4 個250 mL 的燒杯；淀粉酶溶液（由實驗員事先配制，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目鏡）；纖維素酶溶液（由實驗員事先配制，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；鉗子；pH 試紙或pH 計；4 mL 洗衣液；衛生紙；4 個葡萄糖濃度測量試紙；訂書機；手套；天枰；3 張濾紙；2 個漏斗；2 個250 mL 錐形瓶；4 個250 mL 瓶子（帶蓋）。

4 實驗步驟

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，并標記“原始材料”。

淀粉酶處理及測試：

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

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

4）將上述2 個溶液用平底鍋或者水浴鍋加熱至60℃（55～65℃即可）。

5）向每個燒杯中加入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 個可密封的塑料袋，并標記為“淀粉酶對照組”和“淀粉酶處理組”。用鉗子將經過上述2 種處理的牛仔布料分別放入對應的塑料袋并封口。

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

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

9）在每個溶液中插入一個葡萄糖濃度測量試紙，記錄葡萄糖的濃度。

第2 天:

10）撓度實驗：對每一片牛仔布料（原始材料，淀粉酶對照組，淀粉酶處理組）進行旋轉（或折疊），看布料是仍然保持緊緊卷起狀還是很快舒展了。

11）柔軟性能測試：感受每一片牛仔布料（原始材料，淀粉酶對照組，淀粉酶處理組）的質地，并記錄柔軟度的區別。

纖維素酶處理與測試:

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）將每片布料對折并用訂書機將邊緣訂上。

14）取1 個250 mL 的燒杯，標記為“纖維素酶對照組”，并加入200 mL 蒸餾水。記錄其顏色，并測量記錄其pH 值。

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

16）將上述2 個溶液用平底鍋或者水浴鍋加熱至60℃（55～65℃即可）。

17）向每個燒杯中加入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 個可密封的塑料袋，并標記為“纖維素酶對照組”和“纖維素酶處理組”。用鉗子將經過上述2 種處理的牛仔布料分別放入對應的塑料袋。

19）用玻璃棒在塑料袋中攪拌，然后用自來水進行漂洗，擠出多余的水分。

20）褪色實驗：用白色的衛生紙對處理過的牛仔布料進行摩擦，觀察并記錄衛生紙的變化。

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，并做好標記。

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

23）在每個溶液中插入一個葡萄糖濃度測量試紙，記錄葡萄糖的濃度。

24）將1 張濾紙標記為“纖維素酶對照組”，另外2 張標記為“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乙醇。（可以使用纖維素酶。）

2）實驗數據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序和葡萄糖測試是陽性結果，并且通過纖維素酶處理的牛仔布料濾出的纖維多于對照組，是否能夠支持原先的假設？

3）實驗中出現過什么樣的錯誤？（也許沒有保證恒溫，測量的失誤，酶失活等。）

6 現實中纖維素酶的應用

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