enzyme trong công nghiệp dệt

Hơn nữa, vì không có tài liệu tham khảo nào có thể tìm thấy trong việc sử dụng enzyme kết hợp với acid tannic để cải thiện độ bền của ba loại enzyme tự nhiên này trên bông vải và vải tơ,

Trường ĐH Công nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh

Khoa CNSH & KTMT

Bộ môn: CÔNG NGHỆ ENZYME

TIỂU LUẬN ENZYME TRONG CÔNG NGHIỆP DỆT

Gv: Th.S Nguyễn Thị Hiền

Nhóm 8

I. TỔNG QUAN

Từ trước đến nay, nhuộm tự nhiên cho vải cotton luôn đặt nhiều thách thức Một số muối kim loại và chất sinh học đã được các nhà nghiên cứu sử dụng Tannin được sử dụng làm chất gắn kết để tăng sự hấp thu của thuốc nhuộm cation lên bông, trong đó bông được xử lý lần đầu với chiết xuất tanin và sau đó với dung dịch muối kim loại trước khi nhuộm, để tạo độ bền giặt và màu sáng cho vải nhuộm Trong số các kim loại khác nhau được sử dụng Fe, Al, Cu, Pb, Sn là một số được sử dụng thường xuyên Tiếp tục phát triển phương pháp tiếp cận này đã dẫn đến nhuộm bông để cải thiện độ bền của nhuộm nhưng đặt ra những hạn chế sinh thái nghiêm trọng Trong bài báo này đã sử dụng các enzyme để nhuộm bông với hai thuốc nhuộm tự nhiên là tectona và catechu [1,2] và nhận thấy những kết quả đáng khích lệ

Enzyme đã được sử dụng đáng kể trong nhiều năm trong ngành công nghiệp dệt [4e8]; Ví dụ, amylases được sử dụng trong quá trình khử màng, cellulase được sử dụng trong việc hoàn thiện denim và đánh bóng sinh học các xenluloza, protease được

sử dụng trong chế biến da, tơ tằm và pectinases-amylase, lipase và diasterase được sử dụng trong chế phẩm sinh học Vải cotton

Bài báo đưa ra dự định sử dụng các enzyme thay cho các muối kim loại chủ yếu với hai mục tiêu, như là các enzyme hoạt động ở các điều kiện nhẹ là chất nền cụ thể và

có khả năng phân huỷ sinh học Hầu hết các enzyme được sử dụng đều có nguồn gốc

từ nấm như Amylase (Aspergillus niger), Protease (Aspergillus oryzae) và Lipase (A niger) [3] Hơn nữa, vì không có tài liệu tham khảo nào có thể tìm thấy trong việc sử dụng enzyme kết hợp với acid tannic để cải thiện độ bền của ba loại enzyme tự nhiên này trên bông vải và vải tơ, tác giả và cộng sự đã lên kế hoạch nghiên cứu sáng tạo cho thấy axit tannic có tương tác tốt với protein (enzyme), tương tác axit tannic theo hai cách:

sử dụng đồng thời thuốc nhuộm, acid tannic cũng như xử lí enzym

(Ii) Xử lý từng bước vải bằng phức hợp acid tannic và enzym , theo sau đó là nhuộm

Đánh dấu sự cải thiện nhu cầu thuốc nhuộm và độ bền rửa của mỗi thuốc nhuộm trong điều kiện thay đổi màu Sau đó mở rộng công việc bằng cách sử dụng sonicator (bồn tắm không nóng) thay cho bồn tắm sưởi thông thường và đã tìm thấy sự cải thiện hơn nữa trong kết quả

II THỰC NGHIỆM

2.1 Nguyên vật liệu

Vải bông và tơ lụa Khadi nguyên chất được mua từ Swaraj Ashram, Kanpur Các loại vải được xay xát và tẩy trắng 160 g/m2 vải bông được xử lý thêm với dung dịch có chứa 5 g/l cacbonat natri và 3 g/l chất tẩy không ion (Labolene) , đun sôi trong 4 giờ, sau đó rửa sạch và để khô tư nhiên ở nhiệt độ phòng Việc xử lý tương tự đã được thực hiện cho vải lụa có GSM 110 Thuốc nhuộm được sử dụng: Terminalia arjuna, Punica granatum và Rheum emodi, đã được mua từ Sir Naturals, Kanpur

Enzym được sử dụng là: Protease-amylase, diasterase và lipase mua từ TFF Specialty Chem.Kanpur Tất cả các hóa chất khác được sử dụng là các thuốc thử phòng thí nghiệm được mua từ Chemical and Instruments, Kanpur

2.2 Nhuộm

Nhuộm được thực hiện theo hai cách:

• CÁCH 1 (Đồng thời): Thuốc nhuộm, tannic acid và các enzyme( sẽ được pha với

tỷ lệ 20 g thuốc nhuộm tự nhiên, 10g axit tannic và 10g enzyme / lít cho 100 g Vải) tất cả đều được đưa vào một bồn nhuộm và vải ẩm được ngâm chìm trong 3 giờ ở nhiệt độ 30-40oC Các loại vải nhuộm được ngâm trong 500 ml dung dịch nhuộm (2g / l) trong 1 giờ và sau đó được rửa kỹ trong nước máy và để khô ở nơi thoáng khí

• CÁCH 2 (từng bước): Axit tannic và các enzyme (trong tỷ lệ 10g tannic acid và 10g enzyme trong 1 l) được cho vào bồn nhuộm và sau đó là vải ẩm (100 g) được ngâm trong nước 3 giờ ở nhiệt độ 30-40C Sau đó tiến hành nhuộm với dung dịch thuốc nhuộm 20 g / l Các loại vải nhuộm được ngâm trong 500 ml dung dịch nhuộm (2 g / l) trong 1 giờ và sau đó được rửa sạch kỹ bằng nước máy

và để khô ở nơi thoáng khí

2.3 Xử lí bằng enzyme

Khả năng phản ứng đối với các enzym được sử dụng đã được đưa ra trong Bảng 1 Tất cả ba thuốc nhuộm tự nhiên này phản ứng enzym cụ thể được đánh giá bằng cả hai quá trình ( CÁCH 1 và CÁCH 2) để kiểm tra sự kết hợp tốt nhất Điều kiện xử lí cho các enzym được sử dụng được đưa ra trong Bảng 2( (CÁCH 1) Bảng 3 cho thấy

xử lý enzyme cho quá trình của CÁCH 2 Sau khi xử lý, tất cả các mẫu sẽ được rửa sạch và vắt

Hình 1: Nhuộm siêu âm với Punica Hình 2:Nhuộm siêu âm với Terminalia

Hình 3 : Nhuộm siêu âm với Rheum

2.4 Đo lường và phân tích

Độ bền màu tương đối của vải nhuộm thể hiện bằng K/S được đo bằng kỹ thuật phản

xạ ánh sáng sử dụng phương trình Kubelka-Munk [9,10] Sự phản xạ của các loại vải nhuộm đã được đo trên một màu sắc Premier

Trong đó R là phần thập phân của phản xạ của vải nhuộm K /S được đo cho quá trình

nhuộm CÁCH 1 cũng như CÁCH 2

Punica không cho thấy sự khác biệt về giá trị K /S với các enzym khác nhau trong CÁCH 1 Tuy nhiên, Rheum và Terminalia cho thấy sự khác biệt rõ rệt về giá trị K /S

với các enzym khác nhau trong cả hai quy trình CÁCH 1 và CÁCH 2 như trong Đồ thị 1-5 (cho bông) và 6-11 (đối với tơ tằm)

K/S = (1-R)2/2R

 Đồ thị 1-5: Sự khác biệt trong giá trị K/S với các enzym khác nhau cả trong quy trình một bước và hai bước của vải bông

 Đồ thị 6-11: Sự khác nhau về giá trị K / S với các enzym khác nhau trong cả hai bước trong quy trình một bước và hai bước của tơ lụa

Để

kiểm tra chất lượng màu một cách có hệ thống, cần phải đo màu Chỉ số màu bắt

nguồn từ các phép đo CIEL * a * b * miêu tả màu sắc Các giá trị CIEL * a * b * được xác định chắc chắn có và không có enzyme cho Punica granatum, Rheum emodi và Terminalia arjuna như trong bảng 6-8 cho vải bông và các bảng 9-11 cho vải lụa

Chroma (C) là một cường độ hoặc độ bão hòa của màu sắc và góc Hue (H) có nguồn gốc từ hai tọa độ a * và b *

Bảng 6 : Ảnh hưởng của các enzym khác nhau đối với dữ liệu màu đo nồng độ

của acid tannic / enzyme / thuốc nhuộm Punica granatum bằng phương pháp một bước cho bông

Bảng 7: Ảnh hưởng của các enzym khác nhau đối với dữ liệu màu đo nồng độ của

acid tannic / enzym / thuốc nhuộm Rheum emodi bằng phương pháp một bước cho bông

Bảng 8: Ảnh hưởng của các enzym khác nhau đối với dữ liệu màu đo nồng độ của

acid tannic / enzyme / thuốc nhuộm Terminalia arjuna bằng phương pháp một bước cho bông

Bảng 9: Ảnh hưởng của các enzym khác nhau đối với dữ liệu màu đo nồng độ

của acid tannic / enzyme / thuốc nhuộm Punica granatum bằng phương pháp một bước cho lụa

Bảng 10 : Ảnh hưởng của các enzym khác nhau đối với dữ liệu màu đo nồng độ

của acid tannic / enzym /thuốc nhuộm Rheum emodi bằng phương pháp một bước cho lụa

Bảng 11 : Ảnh hưởng của các enzym khác nhau đối với dữ liệu màu sắc thu

được cho acid tannic / enzyme / thuốc nhuộm Terminalia arjuna bằng phương pháp một bước cho lụa

Bảng 12 : Tính bền vững của các loại vải lụa nhuộm theo phương pháp sưởi ấm

truyền thống và phương pháp siêu âm của enzyme và thuốc nhuộm Punica

Bảng 13 : Tính bền vững của các loại vải bông nhuộm theo phương pháp sưởi ấm

truyền thống và phương pháp siêu âm của enzyme và thuốc nhuộm Terminalia

Bảng 14: Tính bền vững của các loại vải bông nhuộm theo phương pháp sưởi

truyền thống và phương pháp siêu âm của enzyme và thuốc nhuộm Rheum emodi

Bảng 15: Tính bền vững của các loại vải lụa nhuộm theo phương pháp sưởi ấm

truyền thống và phương pháp siêu âm của enzyme và thuốc nhuộm Punica

Bảng 16: Tính bền vững của các loại vải lụa nhuộm theo phương pháp sưởi ấm

truyền thống và phương pháp siêu âm của enzyme và thuốc nhuộm Terminalia

Bảng 17: Tính bền vững của các loại vải lụa nhuộm theo phương pháp sưởi ấm

truyền thống và phương pháp siêu âm của enzyme và thuốc nhuộm Rheum emodi

III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Các dữ liệu màu thu được cho nhuộm đã được chứng minh bằng việc tiền xử lí axít tannic / enzym đã đánh dấu sự cải thiện độ bền rửa, về sự thay đổi độ bóng mờ của vải nhuộm Nó cũng làm tăng độ bền màu và làm bóng mờ của vải nhuộm Một giai đoạn và giai đoạn hai nhuộm vải bông và lụa có hoặc không có enzym bởi ba loại thuốc nhuộm tự nhiên như Punica granatum, Rheum emodi và Terminalia arjuna cho thấy quá trình bổ sung axit tannic, enzyme và thuốc nhuộm trong cùng một dung dịch nhuộm là thuận lợi cho việc áp dụng trong công nghiệp Hiệu quả của enzym – acid tannic trong việc tăng nhuộm tốt hơn cũng như cải thiện tính bền vững so với enzyme không có enzyme là rất rõ ràng trong quá trình nghiên cứu này Sự thích hợp của các enzym cụ thể đối với một thuốc nhuộm tự nhiên đặc hiệu cũng được đánh giá như thể hiện trong các bảng 1-4 Kết quả cho thấy rằng đối với Punica granatum với diasterase, Rheumemodi với lipase và Terminalia arjuna với enzym protease và amylase cho dữ liệu màu sắc tốt nhất về nhuộm bằng phương pháp một bước Tuy nhiên, dữ liệu màu sắc tốt nhất về nhuộm bằng hai bước phương pháp luận cho Punica granatum là với lipase, Rheum emodi với protease và amylase và Termina-lia arjuna với enzym lipase Điều này cho thấy rằng enzyme đối với khả năng thấm nhuộm được thay đổi khi trình tự bổ sung được thay đổi trong quá trình phân tán như trong sơ đồ Bardiagram I-III

3.1 Tổng giá trị thực tê

Thuốc nhuộm Rheum, Terminalia và Punica với sự có mặt của enzyme trong quá trình siêu âm tương ứng là 45.63%, 54.45% và 57.16% so với phương pháp thông thường

là 27%, 25% và 40% (Bảng 4 và 5)

3.2 Phân tích lợi ích chi phí

Đối với vải nhuộm 1 mét vuông nhuộm với một trong ba loại thuốc nhuộm tự nhiên này, tính chi phí ròng Rs 6-9 Tương tự cho mỗi mét vuông mà không sử dụng

enzyme đã được tìm thấy chi phí Rs 4,00 Mặc dù tăng cường chi phí ròng Rs là 2,00-5,00 Đây là sự gia tăng chi phí nhuộm quá mức mà lợi ích của việc tối ưu hóa thuốc nhuộm tự nhiên hiệu quả Chi phí và mức tiêu thụ trên mỗi mét vuông Rs 2,00 Điều này được thể hiện trong Bảng 18

Việc tăng cường nhu cầu thuốc nhuộm đã tăng 17% với chi phí tăng 2,00 Rs Chất lượng của vải nhuộm được đánh giá bằng các tham số độ bền khác nhau của vải nhuộm Chúng tôi đã quan sát thấy rằng nhuộm tự nhiên kết hợp với việc sử dụng các enzyme có một số hiệu quả, trước hết là sự mất kiềm chế của thuốc nhuộm là thời gian tốt hơn, độ bền để rửa và ánh sáng của vải nhuộm và cuối cùng kết cấu được cải thiện Bảng 18 : Hiển thị giá trị thực tế và chi phí nhuộm (bằng Rs trên mỗi mét vuông vải bông) với / mẫu kiểm soát (không điều trị)

Bảng 19:Hiển thị chi phí nhuộm với enzyme so với chi phí nhuộm thông thường

3.3 Các đặc tính chất thải nhuộm tự nhiên và cách xử lý được thực hiện

Thông thường, dung dịch nhuộm có màu nhuộm tự nhiên không được sử dụng (nằm trong khoảng hấp thụ của 0,050-0.200) ngoài COD là 400-600 mg / L và TSS là

60-170 mg/ L Ngay cả khi vật liệu đông tụ nhanh như sét hoạt tính được sử dụng để xử

lý, chi phí quản lý nước thải sẽ cao hơn 20-25% so với phương pháp do chúng tôi phát triển vì sự cạn kiệt thuốc nhuộm trong phương pháp sonicator Chất thải màu từ quá trình nhuộm phải được đổi màu trước khi cho qua các đơn vị xử lý tiếp theo bằng cách hấp phụ hoặc xử lý sinh học Các hoạt động xử lý hóa học bao gồm hấp phụ, ozon hóa, sinh học và lượng mưa hóa học Giá trị của sự khử màu nước thải từ khoảng 8.00-25.00 cho mỗi 100 lít bằng cách xử lý hóa học Với việc giảm 20-25% hàm lượng chất nhuộm nước thải trong trường hợp sonicator-enzyme, chi phí điều trị sẽ giảm xuống 5.76-18.00 Rs (Bảng 19) Chi phí nhuộm tăng lên bằng cách sử dụng enzyme là 2,00 Rs, trong khi việc giảm thiểu chi phí trong quá trình khử màu nước thải theo quy trình của chúng tôi là 2,24-7,00 Rs Vì vậy, với sự khác biệt chi phí, ngành công nghiệp sẽ được hưởng lợi từ chi phí xử lý nước thải hoặc từ cải tiến chất lượng của sản phẩm cho việc áp dụng tiến trình sáng tạo này

3.4 Nâng cấp công nghệ trong nhuộm bằng sonicator và enzyme

Sự vượt trội của sonicatorso với nhuộm thông thường về năng suất tài nguyên tăng cường và kết quả là giảm chất thải, kỹ thuật tốt nhất trong ngành nhuộm tự nhiên Tỷ

lệ chất nhuộm cho vải nhuộm thông thường thay đổi từ 20: 1 đến 15: 1 và nhuộm sonicator chỉ từ 12: 1 đến 10: 1 Tại Sir Naturals và Jet Hosiery được thay thế (chỉ trong một đơn vị) có quy ước nhuộm thuốc nhuộm với bồn sonicator (Toshiba, model

9 lít) bằng cách giảm lượng nước và tiêu thụ cụ thể tương ứng 30% và 50% Thời gian chu kỳ nhuộm cũng giảm 50% và điều này cho phép các đơn vị xử lý lượng vải trên một đơn vị thời gian và với chất thải thấp hơn Việc sử dụng năng suất được cải thiện

đã dẫn đến tăng năng suất trong nhà máy nhuộm

IV PHẦN KẾT LUẬN

Hiệu quả của việc siêu âm là đẩy nhanh tốc độ nhuộm so với nhiệt độ thông thường đã được kiểm tra đối với tất cả ba loại thuốc nhuộm được sử dụng để cho thấy rằng các máy siêu âm có hiệu quả nhất đối với một hệ thống nhuộm vốn gặp khó khăn trong

việc đạt được nhuộm cao, đặc biệt là trong nhuộm tự nhiên của vải bông Tất cả ba enzyme khi được sử dụng kết hợp với axit tannic đã được tìm thấy để tăng khả năng nhuộm Tăng cường sự hấp thụ thuốc nhuộm trong trường hợp Punica, Rheum và Terminalia bằng siêu âm là khoảng 17%, 18% và 28% trong điều kiện phòng thí nghiệm Người ta đã quan sát thấy rằng khả năng tương thích thuốc nhuộm của enzyme như sau: đối với Punica granatum là enzyme Diasterase, với Rheum emodi là enzyme Lipase vàTerminalia arjuna là enzyme protease và amylase cho dữ liệu màu sắc tốt nhất về nhuộm có thể thấy được trong các bức ảnh quét vải bông nhuộm trong

(Hình 4)

Hình1: Màu sắc và bề mặt vải cotton khi nhuộm ở các điều kiện khác nhau

Sự lựa chọn enzyme với thuốc nhuộm đặc biệt dưới hai điều kiện khác nhau được đưa

ra dưới đây như trong các nghiên cứu của chúng tôi như thể hiện trong Bảng 21

Bảng 21: Khả năng tương thích của thuốc nhuộm enzyme phù hợp nhất

Thuốc nhuộm CÁCH 1

(Một bước) (Hai bước)CÁCH 2 Kết luận Rheum emodi Lipase Lipase Tương tác tương tự với sự

có mặt của thuốc nhuộm Terminalia

arjuna Protease andamylase Lipase Sự tương tác không giốngnhau trong sự có mặt của

thuốc nhuộm Punica

granatum

Diasterase Protease and

amylase

Sự tương tác không giống nhau trong sự có mặt của thuốc nhuộm

Bằng cách sử dụng enzym thay cho dung dịch kim loại và dung dịch thông thường được thay bằng dung dịch sonicator trong nhuộm tự nhiên, chúng tôi đã chứng minh được một ví dụ về sản xuất sạch hơn Để đảm bảo lợi ích lâu dài của từng nhà máy trong việc giảm ô nhiễm nước ngầm, thành tựu tổng thể như sau:

• Thay thế các chất gắn kim loại bằng các enzyme trong nhuộm tự nhiên làm cho quá trình sinh thái thân thiện;

• Thay thế bồn nhuộm thông thường bằng bồn nhuộm sonicator làm cho quá trình nhuộm tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí

• Sử dụng lại bồn nhuộm một cách dễ dàng bằng cách sử dụng cùng một dung dịch nhuộm một lần nữa

V TỔNG KẾT

Các ứng dụng trong tiến bộ công nghệ sinh học nói chung và ngành công nghệ enzyme nói riêng trong xử lí dệt đã mở ra một chân trời rộng lớn cho việc sản xuất các sản phẩm dệt phong phú, đa dạng về màu sắc, chất lượng cao, thân thiện với môi trường Ngày nay, ngành công nghiệp lớn mạnh đang hướng tới các ứng dụng rộng của công nghệ sinh học thân thiệt với môi trường và không gây tổn hại đến mạng lưới lương thực hoặc chu trình sống của các thực thể sống khác Nhận thức như vậy đang dần thay đổi yêu cầu về các xu hướng thời trang Một bước phát triển trong công nghiệp dệt là việc sẵn sàng ứng dụng các hướng công nghệ sinh học này