一般织物上常见的污垢有4种:①血､奶､黏膜分泌的黏液､汗腺分泌物及各种蛋白质食品污垢等蛋白质污垢;②淀粉质的老化物及尚未完全糊化的物质;③衣领､袖口等处的人体分泌的皮脂污垢;④织物经多次洗涤后,被纤维素分子与水形成的凝胶所封闭的浸入棉单纤维结构内部的污垢,这些污垢同时粘附在织物上,若用单一酶制剂无法将上述污垢同时分解去除,而使用复合酶则可全面地去除各种混合污垢,从而大大提高去污效果｡
目前洗涤剂用酶已超过世界酶产量的40%,先进国家大约有60%以上的洗涤剂中加了酶[1]｡开发加酶洗涤剂是当今国际洗涤剂工业发展的一大潮流｡现已商品化的洗涤用酶有碱性蛋白酶､淀粉酶､碱性纤维素酶､脂肪酶,而脂肪酶的去污能力,只有经过多次洗涤才能发挥出来,有时虽经多次循环洗涤,仍不能使顽固的油渍污垢明显清除,这样,不适合我国的洗涤习惯,因此,目前其应用受到限制[2]｡本研究所用复合酶是由碱性蛋白酶､淀粉酶､碱性纤维素酶复配而成｡
本文针对我国的实际洗涤情况,探讨了复合酶的稳定性能,进一步研究了它与洗衣粉中常用的表面活性剂和各种助剂的配伍性能,为复合酶的应用及复合酶洗涤剂的配制提供参考｡
1实验原料和检测方法
1.1 实验原料
1.1.1 酶制剂
基于文献[3]中“酶量与洗涤性能关系”试验,“复合酶配伍性研究”试验及“酶用量确定”试验结果,碱性蛋白酶､碱性纤维素酶､淀粉酶配伍性良好,去污力随酶量增加而提高,但两者不存在线性关系,当酶添加到一定量时,去污力随酶量增加而提高缓慢,从去污力-经济角度考虑,确定最佳酶用量｡从而确定复合酶(酶活力单位1242NU/g)最佳配方(w/%)为:26%碱性蛋白酶(酶活820NU/g);30%碱性纤维素酶(酶活力单位760NU/g);44%淀粉酶(酶活力单位720NU/g),这3种酶均为固体颗粒状,NOVONordisk提供｡
1.1.2 表面活性剂
洗衣粉中常用表面活性剂有:①LAS,工业级,活性物含量36%,南京烷基苯厂产;②AEO9和TX-10,工业级,活性物含量≥99%,进口;③皂片,工业级,脂肪酸含量70%,湖南新衡日用化工总厂产;④AES,工业级,活性物含量70%,湖南丽臣实业公司产｡
1.1.3 洗涤助剂
STPP,Na2SiO3·5H2O,Na2CO3,Na2SO4,CMC,荧光增白剂,香精,均为工业级,采自新衡日用化工总厂｡
1.2 检测方法
1.2.1 酶活力测定方法
吸移1mL酶样品液到20mL试管内,加入5mLNaH2PO4-Na2HPO4(pH7 4,须检验)缓冲液于试管中,充分混合,将试管置于40℃水浴保温10min,每隔30s加入PHADEBAS片剂(NOVONordisk公司提供)到试管中,在旋转混合器内,转动试管15s,再置于水浴内｡正好在加入PHADEBAS片剂的15min后,加入1mL1molNaOH,然后在旋转混合器上转动试管,将溶液过滤到一干净且干燥的试管内,用分光光度计在720nm下(OD720)测量过滤液的吸收率｡(在取样作此测定前,摇动试管,测定工作在过滤后1h内完成)｡
用NOVONodisk公司提供的标准酶成品液得到的结果,绘制标准曲线,用酶活性(NU/mL)为横坐标,OD720为纵坐标,用标准曲线和下列公式将酶样品液的吸收率转换成酶样品活性:
活性(NU/g)=S/D
式中:S—标准曲线的活性读数:NU/mL;D—稀释因子,用于样品到样品溶液,g/mL｡
1.2.2 酶残余活力测定方法
在一定的温度和pH值条件下,将一定浓度的表面活性剂或助剂溶液和酶混合一定时间后,测定混合液的酶活力U;以相同体积的去离子水与酶混合同样处理测定混合液的酶活力U｡酶残余活力R%=[U/U0]×100｡
2 试验结果
2.1复合酶的温度和pH特性
在不同温度,不同pH或不同缓冲体系条件下,测定复合酶的最适反应温度及pH曲线,温度-酶残余活力,pH-酶残余活力关系曲线｡结果见图1~图4｡
由图1~图4可见,复合酶反应的最适温度为40℃,但在20℃时仍有60%的酶活性,说明该酶可适用于常温洗涤要求;反应最适pH为10.0,且酶在较宽的pH范围内(4~12)具有良好的稳定性,表明该复合酶可适用于各种类型的洗涤剂｡
2.2 洗涤剂常用表活剂和助剂对复合酶活性影响
在25℃恒温条件下,将不同浓度梯度的表面活性剂､助剂与复合酶作用30min后测定酶残余活力,结果见图5~图15｡
由图5~图15可知,①随着LAS､AES浓度增加,酶活有所降低,但残余活力仍保持在90%以上;②AEO9､TX-10在很宽的范围内,不但对酶活无影响,且在短时间内对酶活有显著的激活作用;③AES､LAS､AEO9､TX10是洗衣粉中最主要的表面活性剂,洗衣粉的类型､品种､品牌不同,其用量也不相同,但在实际洗涤过程中,它们的浓度一般为0.29g/L~0.5g/L,在此浓度范围内,表面活性剂LAS､TX-10､AEO9和AES对酶活无不良影响,说明复合酶与上述4种表面活性剂具有良好的配伍性;④皂片浓度≥0.1g/L,对酶活略有影响,但在大于0 5g/L的高浓度下,对酶活有很明显的失活作用,而洗衣粉配方中,皂片用量很小(2%~3%),在实际洗涤液中,其浓度一般不会大于0.1g/L,所以在洗衣粉中适当配入皂片,并不会对酶活造成明显影响;⑤表面活性剂对酶活的影响非离子好于阴离子,这与表面活性剂的结构不同有关｡阴离子形成胶团的极性较强,容易与酶分子形成较强的静电､疏水链作用,使酶蛋白解离或链变性,导致酶失活,非离子的胶团不带电,故它对酶活的影响就小得多;⑥STPP和荧光增白剂对复合酶有明显的激活作用,STPP的激活作用随复合酶浓度的增加而增大;荧光增白剂在低浓度时,其激活作用明显,在高浓度下严重丧失;⑦纯碱､芒硝､CMC和香精对酶活无明显影响;⑧Na2SiO3.5H2O在低浓度时(≤0 5g/L)对酶活无明显影响,但在高浓度(≥1g/L)时,开始使酶严重失活,但洗衣粉中,Na2SiO3.5H2O用量一般不很高(<10%),实际洗涤过程中,其浓度远不会达到1g/L的高浓度,由此可认为Na2SiO3.5H2O亦不会对酶活造成明显影响｡
2.3 表面活性剂和助剂的作用时间对酶活的影响
本试验采用分别调配成含单一成分的加酶洗涤剂(复合酶用量3%),在温度40℃条件下,在一个月内每隔10天测定其酶残余活力,结果见表1｡
从表1可看出,皂片,Na2SiO3·5H2O对酶活影响最大,但一个月后仍达70%以上,其他表面活性剂和助剂对酶活的影响基本上不随时间延长而变化,可见该复合酶在实际使用过程中,具有良好的稳定性｡另一方面,在将酶应用于洗涤剂中时,应进行配方的优化与调整,对酶活影响较大的表面活性和助剂在配方中占的比例尽可能小,这样,在一定时间内才能使酶发挥出应有的作用,使加酶洗涤剂具有良好的去污性能｡
2.4 复合酶在洗衣粉中的稳定性
研究复合酶在洗衣粉中的稳定性,从两方面入手｡一方面,研究加酶洗衣粉单独存放时的稳定性,另一方面研究酶在洗衣粉溶液中的稳定性｡
(1)配制含3%复合酶,97%白猫 超浓缩洗衣粉的加酶洗衣粉,密封保存于塑料袋中12个月,自然条件下,每隔30天测一次酶残活力,得贮存时间在 酶残活力关系曲线,结果见图16｡从图16可见,贮存时间越长,酶失活加剧,在洗衣粉中贮存一年,活力仍保持在65%以上,说明复合酶在洗衣粉中稳定性较好｡
(2)配制含3%复合酶,97%白猫 超浓缩洗衣粉的加酶洗衣粉,测定复合酶在洗衣粉溶液的稳定性｡加酶洗衣粉洗涤液浓度为2g/L,溶液温度40℃｡结果见图17｡由图17可看出:①随着时间的延长,复合酶失活加剧,这主要是因为极性水分子作用酶分子一段时间后使酶分子的肽键伸展,改变酶的三维结构,破坏其活性,导致酶失活加剧｡②复合酶在洗衣粉液中作用60min,其酶活没明显降低,这说明复合酶在完成一次织物洗涤过程时间(50min,预泡时间20min~30min,洗涤时间10min~20min)内不会失活｡
3结论
(1)由碱性蛋白酶､碱性纤维素酶和淀粉酶复配而成的复合酶最适反应温度40℃,最适pH10.0,在温度20℃~60℃,pH4~12及在洗涤剂各组分的实际洗涤浓度范围内均具有良好的稳定性｡
(2)该复合酶与洗涤剂中常用表面活性剂和助剂具有良好的配伍性｡
(3)该复合酶可应用于各种类型的洗衣粉中,且在洗衣粉中稳定性好｡
参考文献:
[1]华章熙 合成洗涤剂工业的热点问题酶[J] 日用化学品科学,1998(1):26
[2]华章熙 合成洗涤剂工业的热点问题酶[J] 日用化学品科学,1998(3):22-23
[3]夏良树 复合酶在合成洗衣粉中的应用[J] 中南工学院学报,1998(3):34-36
