Influência da agitação mecânica e da composição enzimática no tratamento do algodão com celulases

Abstract

O tratamento com celulases tem-se vindo a afirmar, nos últimos anos, como uma forma ecológica de processar o algodão. As duas aplicações mais frequentes são a obtenção do aspecto usado em artigos Denim e a remoção de borbotos e fibras soltas em tecidos de algodão. Estes efeitos de acabamento são geralmente obtidos com misturas celulolíticas brutas e em processos com forte agitação mecânica. No presente trabalho estudou-se a acção de várias celulases sobre o algodão em diferentes níveis de agitação mecânica durante os tratamentos, com o objectivo de investigar a cooperação entre a acção celulolítica e a fricção mecânica durante o processamento do algodão. As propriedades dos tecidos tratados foram avaliadas e relacionadas com a actividade celulolítica e com o nível de agitação mecânica utilizados durante os ensaios enzimáticos. A actividade das várias misturas celulolíticas usadas foi medida no algodão, em celulose Avicel inchada com ácido fosfórico, em carboximetilcelulose e em celobiose. A actividade de duas composições celulolíticas, correntemente usadas no processamento do algodão, foi comparada. A celulase, que é recomendada na remoção de borbotos e fibras soltas, mostrou ter uma actividade superior à que é recomendada para processos de envelhecimento do algodão, tendo esta última composição celulolítica maior actividade relativa em carboximetilcelulose (maior actividade relativa "endo"). Os parâmetros mecânicos dos tecidos tratados com estas celulases que mais se correlacionaram com a perda de peso foram a espessura (flanelas) e os de flexão (flanelas e popelines). A celulase mais activa mostrou diminuir os valores dos parâmetros de flexão, enquanto a celulase com maior actividade relativa "endo" aumentou estes valores. O pré-tratamento de tecidos com uma endoglucanase não influenciou a extensibilidade de tratamentos posteriores com um complexo celulolítico. A endoglucanase usada, apesar de não ter mostrado actividade no algodão, provocou perda de peso nos tecidos, em processos com forte agitação mecânica. Esta perda de peso foi o resultado da remoção de material fibrilar, observando-se à superfície das fibras, pontas de fibrilas soltas, com consequente aumento da fricção interfibras e da histerese à flexão. O posterior tratamento com um complexo celulolítico removeu as pontas soltas, diminuindo a histerese à flexão e melhorando a aparência do tecido. Comparou-se a acção no algodão, da mistura celulolítica bruta originária da Trichoderma reesei com misturas onde se apagou a actividade de EG I e EG II ou de CBH I e CBH II. A falta das EGs ou das CBHs na mistura celulolítica levou ao aumento relativo das actividades em Avicel Inchada e carboximetilcelulose, respectivamente, quando comparadas com a mistura bruta. A perda de resistência é devida à actividade em endoglucanase, pois verificou- -se que a mistura rica em EGs teve sempre a maior razão entre a perda de resistência e a perda de peso. A acção mecânica aumenta a actividade em EGs relativamente à actividade em CBHs, pelo que se verificou que os processos sem qualquer acção mecânica têm a menor razão entre a perda de resistência e a perda de peso. A cooperação entre a acção mecânica, durante os tratamentos, e a actividade celulolítica foi investigada por estudos cinéticos e de adsorção. Os dois níveis de acção mecânica considerados diferem entre si pela presença de discos de aço (usados nos testes de solidez à lavagem) nos copos de tratamento. Nos processos com maior acção mecânica, a adsorção da enzima ao algodão é reduzida por fricção e batimento no tecido, que simultaneamente criam um maior numero de "sítios" livres onde a enzima pode actuar. Isto verifica-se especialmente para a enzima rica em EGs. A acção da EG I, da CBH I (T. reesei) e das suas misturas no algodão, foi também investigada. Verificou-se que a EG I é mais activa que a CBH I e que a composição, na qual o sinergismo é máximo, corresponde a 60-80 % de CBH I e 40-20 % de EG I. Estes ensaios realizados com os componentes purificados e suas misturas confirmaram as observações feitas acerca do efeito das actividades EG e CBH no algodão.

The cellulase treatment is an ecological way of finishing cotton textiles. Applications like the reduction of pilling, softening and ageing (like the fashionable stone washed aspect of denims) are widely used in textile processing. These finishing effects are generally obtained with unoptimazed crude cellulases and with processes with strong mechanical agitation. The aim of this work is to study the cooperation between cellulolytic and mechanical actions during cotton processing. For this, the effect of several cellulases in cotton was investigated in processes with different levels of mechanical agitation. The properties of the treated fabrics were evaluated and related with the process conditions of the treatment. The cellulolytic compositions used in this work were characterized towards cotton, swollen Avicel (with Phosphoric Acid), carboxymethylcellulose and cellobiose. The activity of two commercial cellulases was compared. The cellulase used in pilling reduction processes shows a higher activity than the cellulase used in ageing processes. The ageing cellulase shows, however, a relative higher "endo" activity, due to its higher activity on carboxymethylcellulose. The most important parameters that can be correlated with weight loss are the bending parameters (poplins and flannelettes) and thickness (flannelettes). The most active cellulase usually decreases bending parameters, while the ageing celulase increases it. The pretreatment with endoglucanase did not have a major influence on the course of subsequent treatments by a cellulolytic mixture. The endoglucanase used didn't show any activity as reducing sugars in cotton, but it produced cotton weight loss in a process with high level of mechanical agitation. The weight loss is a result of the removal of fibrillar material, with raising of fibrils at fibre surface, with an increase of inter-fibre friction and bending hysteresis. The subsequent treatment with a cellulolytic mixture will remove the raised fibrils with a decrease of bending hysteresis and improving fabric appearance. The enzymatic hydrolysis of cotton fibres was studied using a total crude cellulase from Trichoderma reesei, and two engineered cellulases from which the activities of either the major endoglucanases (EG I and EG II) or the major cellobiohydrolases (CBH I and CBH II) had been deleted. The deletion of major EGs or major CBHs in the original crude mixture results in an increase of activity towards swollen Avicel or carboxymethylcellulose, respectively. The loss of resistance of fabric is due to endoglucanase activity, as the treatment with EGs rich mixtures led to highest ratio of breaking load loss over weight loss. Mechanical agitation increases EG activity relatively to CBH activity, being verified, that processes without any agitation have the smaller ratio of breaking load loss over weight loss. The cooperation between mechanical agitation and cellulolytic activity was studied by kinetic and adsorption studies. The two levels of mechanical agitation are different because of the steels discs added, that are used in various fastness tests. Increasing mechanical action will decrease enzyme adsorption, increasing the number of free "sites" where enzyme can attack. This is verified with a higher extent for the crude rich on EG activity. A confirmation was made with CBH I and EG I (T. reesei) of major observations done by EG and CBH activities on cotton. It was verified that EG I is the most active enzyme on cotton and that the higher synergism between both enzymes is verified in a composition made of 60-80% of CBH I (40-20 % of EG I).