纖維素酶與表面活性劑的相互作用及其在洗滌劑中的應用

于　躍，張　劍

?

纖維素酶與表面活性劑的相互作用及其在洗滌劑中的應用

于躍，張劍

（山西大學化學化工學院，山西 太原 030006）

摘要：研究了表面活性劑對纖維素酶活力的影響，并通過動態(tài)光散射（DLS）、熒光光譜及傅里葉變換衰減全反射紅外光譜（ATR-FTIR）探討了表面活性劑和纖維素酶的相互作用機理。DLS實驗結(jié)果顯示，陰離子表面活性劑吸附到了纖維素酶表面，使得陰離子表面活性劑-纖維素酶體系中的zeta電位分布在較低的負電荷區(qū)域；而非離子表面活性劑-纖維素酶與蒸餾水-纖維素酶體系中的zeta電位的分布沒有明顯的區(qū)別。熒光和ATR-FTIR實驗說明了陰離子表面活性劑對纖維素酶的二級結(jié)構(gòu)和側(cè)鏈的微環(huán)境都有很大的影響。此外，對比了添加與未添加纖維素酶的洗衣液對國標污布JB-03的去污力，通過光學顯微鏡及掃描電鏡（SEM）觀察國標污布洗滌前后織物表面，發(fā)現(xiàn)將纖維素酶添加到洗衣液能明顯提高洗衣液的去污能力。

關(guān)鍵詞：纖維素酶；表面活性劑；動態(tài)光散射；熒光光譜；ATR-FTIR；去污力

引 言

纖維素酶是將纖維素水解成纖維二糖和葡萄糖的一組復雜酶系的總稱，又可稱纖維素酶系[1]。纖維素酶能通過3種酶的協(xié)同作用[2]，將纖維素有效水解成葡萄糖，這3種酶分別是內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和 β-葡萄糖苷酶[3]。纖維素酶常應用于紡織、動物飼料、污水處理、釀造等行業(yè)[4-5]。

纖維素酶去污機理不同于蛋白酶和淀粉酶的去污機理，纖維素酶用于洗滌時，作用在棉纖維上，能將污垢剝落下來，同時纖維素酶能擴大織物纖維中的空穴和毛細管，賦予織物一系列有價值的服用性能，如輕薄感、手感柔軟、吸水性好、抗起球等[6]。隨著人們對天然制品的重新重視，純棉制品越來越受到消費者的歡迎，而且人們也越來越重視環(huán)境保護，因此，將纖維素酶應用到棉織物的洗滌中得到了越來越多的關(guān)注。

表面活性劑是洗滌劑中主要的成分，素有“工業(yè)味精”之稱，它是指具有固定的親水親油基團，能在溶液表面定向排列并能使溶液表面張力顯著下降的一類物質(zhì)[7]。表面活性劑和纖維素酶都對污垢有清理效用，兩者配合使用能更好地去除污物，并且減少表面活性劑的使用比例，進而減輕環(huán)境污染。目前，國內(nèi)外關(guān)于纖維素酶的去污機理[8-9]及其在洗滌中的應用[10-11]研究較多，也有一些研究[12-13]報道了表面活性劑對纖維素酶水解的影響；對表面活性劑與纖維素酶的作用機理也進行了推測，但是很少有報道用相應的表征手段對該機理給出合理的解釋。本文選擇了8種表面活性劑，對纖維素酶活力的影響進行研究，并采用DLS、熒光光譜及紅外光譜對表面活性劑和纖維素酶之間的作用機理給出可能的解釋，以期為纖維素酶在液體洗滌劑中應用提供參考依據(jù)。

1　實驗材料與方法

1.1 材料

試劑:3,5-二硝基水楊酸，天津市光復精細化工研究所；酒石酸鉀鈉，天津市光復科技發(fā)展有限公司；無水亞硫酸鈉，天津市北辰方正試劑廠；無水葡萄糖，天津市光復精細化工研究所；羧甲基纖維素鈉（CMC），天津市光復精細化工研究所；纖維素酶，山西勇寧記科技有限公司；氫氧化鈉，北京化工廠。以上均用分析純試劑。

表面活性劑:十二烷基苯磺酸鈉（LAS），Sigma公司；十二烷基磺酸鈉（LS），天津市大茂化學試劑廠；脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES），寧波門薩化工有限公司；脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO），益海嘉里有限公司。

國標污布JB-03（皮脂污布），標準配方洗衣液，均為中國日用化學工業(yè)研究院產(chǎn)品。市售洗衣液，購買于沃爾瑪超市。

1.2 儀器

DHG-9140電熱鼓風干燥箱，上海齊欣科學儀器有限公司；84-1A磁力攪拌器，上海司樂儀器有限公司；UV-2602型紫外分光光度計，尤尼柯（上海）儀器有限公司；Zetasizer Nano-ZS激光粒度儀，英國馬爾文儀器有限公司；F-4500型熒光光度計，日本日立公司；Nicolet Nexus FTIR傅里葉紅外光譜儀，美國Nicolet公司；WSD-3C全自動白度儀，北京康光光學儀器有限公司；RHLQⅡ型立式去污機，中國日用化學工業(yè)研究院；XSP-8CA型光學顯微鏡，上海光學儀器廠；日立TM3000臺式電子顯微鏡（SEM），日本株式會社日立制作所。

1.3 測試

1.3.1 酶活力 取4支試管各加入0.5 ml CMC底物，與待測酶液一起在50℃水浴下加熱5 min；在第1～3試管中各加入0.5 ml待測液，并在50℃水浴中反應15 min；反應完畢后在4支試管中各加入DNS試劑1.5 ml，并在第4支試管中補加0.5 ml的待測酶液；取出并搖勻4支試管后在沸水浴中反應5 min；取出迅速冷卻至室溫，用水定容至5.0 ml，以第4支試管試液為對照，在530 nm波長條件下測量第1～3試管的吸光度后計算酶活力。酶活力計算公式如下:

式中，A為吸光度值；n為酶液的稀釋倍數(shù)；V為加入反應的待測酶液量，ml；t為待測液與底物的反應時間，min。

1.3.2 zeta電位 動態(tài)光散射儀器采用Malvern公司的Zetasizer Nano ZS設(shè)備，光源是氦氖氣體激光（λ=633 nm），探測角為90°。用蒸餾水配制質(zhì)量分數(shù)為1%的纖維素酶，測其zeta電位；質(zhì)量分數(shù)均為1%表面活性劑與纖維素酶混合反應1 h后，測纖維素酶的zeta電位分布。取1 ml待測液注入到zeta電位毛細管樣品池，恒定樣品溫度為25℃，每個樣品的zeta電位由該樣品測量3次平均而得。

1.3.3 熒光光譜 分別配制質(zhì)量分數(shù)為 1%的表面活性劑10 ml，再向其中添加0.1 g的纖維素酶，室溫下，置于磁力攪拌器上反應1 h后，利用熒光分光光度計，固定激發(fā)波長280 nm，激發(fā)狹縫10 nm，發(fā)射狹縫10 nm，激發(fā)光譜采用間隔0.2 nm，反射光譜采用間隔1 nm，響應時間0.1 s，室溫下掃描300～420 nm。

1.3.4 傅里葉變換衰減全反射紅外光譜（ATRFTIR） 配制表面活性劑與纖維素酶混合液，其中表面活性劑及纖維素酶質(zhì)量分數(shù)均為 1%。取適量放在表面皿上，40℃干燥成膜，并在干燥器中保存1 d待測。傅里葉變換衰減全反射紅外光譜儀測試參數(shù):掃描次數(shù)64次，分辨率為4 cm-1，波數(shù)范圍900～3500 cm-1。

1.3.5 白度測定 在室溫條件下，采用型號為WSD-3C的全自動白度儀對實驗污布進行白度值測定。測定時，對每塊布的正反面各測1次，取平均值。以三刺激值中的藍值表示白度。在一定條件下，白度值越高，表明去污力越強。

1.3.6 光學顯微鏡 采用 XSP-8CA 型光學顯微鏡觀測國標污布JB-03在洗滌前后的纖維特征，用黃色濾光片，通過連接在顯微鏡上的圖像采集裝置采集，然后放大倍數(shù)設(shè)定標尺，本實驗采用的放大倍數(shù)為10倍。

1.3.7 SEM 測試 在 15 kV電壓下，采用日立TM3000臺式電子顯微鏡測定國標污布JB-03洗滌前后的表觀形貌。

1.4 洗滌實驗

立式去污機轉(zhuǎn)速120 r·min-1，洗滌20 min，洗滌溫度30℃，水的硬度250 mg·kg-1（以CaCO3計，配制方法同GB/T 13174—2008）；洗衣液的質(zhì)量濃度為2 g·L-1，洗滌液體積為1 L。污布種類:國標污布JB-03（皮脂污布）。去污測試時，每塊污布裁成直徑6 cm的圓片，所有被測污布均放入同一缸中測定，每缸4片。比較污布洗滌前后的白度差值，得到洗滌劑的去污效果。

圖1　陰離子表面活性劑對纖維素酶活力的影響Fig.1 Effect of anionic surfactants on cellulase activity

2　結(jié)果與討論

2.1 陰離子表面活性劑對纖維素酶的影響

2.1.1 陰離子表面活性劑對纖維素酶活力的影響分別配制質(zhì)量分數(shù)為1%的陰離子表面活性劑LAS、LS、帶有不同EO鏈的AES（2EO）和AES（3EO）的溶液，研究該濃度的陰離子表面活性劑對質(zhì)量分數(shù)為 1%的纖維素酶活力的影響。將纖維素酶和表面活性劑溶液放在磁力攪拌器上反應，每隔1 h測一次酶活，實驗結(jié)果如圖1所示。

由圖可知，4種陰離子表面活性劑對纖維素酶活力都有很大影響，在反應1 h后，纖維素酶剩余酶活力均不足60%。4種陰離子表面活性劑對纖維素酶失活影響順序是:LAS＞LS＞AES(3EO)＞AES(2EO)。從結(jié)構(gòu)上看，LAS比LS多一個苯環(huán)，卻對纖維素酶有更強的失活作用。這一現(xiàn)象可能是由于芳香環(huán)的磺化，提高了LAS的兩親性[14]，使得LAS表現(xiàn)出優(yōu)于其他表面活性劑的表面活性。

氧原子電負性大于碳和硫原子，氧硫鍵中成鍵電子對偏移向氧原子，因此AES鈉鹽分子中負電基團所帶電荷分布比LAS和LS分子要更加分散，其與金屬離子形成的化學鍵極性較小。所以，AES在水溶液中電離度小于LAS和LS，其對酶活性中心附近電荷影響較小[15]。

而對于不同EO鏈的AES，高EO的AES水合作用更強[16]，故 AES(3EO)在水中有更強的電離程度，所以AES(3EO)對纖維素酶的失活影響更大。2.1.2 陰離子表面活性劑對纖維素酶zeta電位的影響 質(zhì)量分數(shù)均為 1%的陰離子表面活性劑與纖維素酶混合反應1 h后，測纖維素酶的zeta電位分布，如圖2所示。

圖2　纖維素酶在陰離子表面活性劑影響下的zeta電位圖Fig.2 Zeta potential distributions of cellulase in solutions of four anionic surfactants

由圖可知，蒸餾水-纖維素酶體系的zeta電位分布在-10～10 mV之間，而在LAS-纖維素酶、LS-纖維素酶、AES(3EO)-纖維素酶和 AES(2EO)-纖維素酶體系中，zeta電位分別分布在-108～54、-94～-28、-57～8和-49～14 mV。加入陰離子表面活性劑后，纖維素酶的zeta電位分布在較低的負電荷區(qū)域，這是由于陰離子表面活性劑中帶有電離度較大的磺酸基團，使陰離子表面活性劑吸附到了纖維素酶表面[17-18]，從而導致了纖維素酶的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

2.1.3 陰離子表面活性劑對纖維素酶熒光光譜的影響 質(zhì)量分數(shù)均為 1%的纖維素酶及陰離子表面活性劑LAS、LS和AES作用1 h后的纖維素酶的熒光譜圖，如圖3所示。

圖3　陰離子表面活性劑對纖維素酶熒光光譜的影響Fig.3 Fluorescence spectrum of cellulase in solutions of four anionic surfactants1—LAS+cellulase; 2—LS+cellulase; 3—AES(2EO)+cellulase;4—AES(2EO)+cellulase; 5—deionized water +cellulase

圖3是在280 nm的波長下對纖維素酶進行熒光激發(fā)，得到的主要是蛋白質(zhì)內(nèi)部的色氨酸、酪氨酸的光譜圖[19-21]。如圖所示，在不同陰離子表面活性劑的影響下，纖維素酶的熒光強度和最大發(fā)射波長均不同。蒸餾水-纖維素酶體系中纖維素酶的最大發(fā)射波長在338 nm處，而LAS-纖維素酶、LS-纖維素酶、AES(2EO)-纖維素酶和AES(3EO)-纖維素酶體系中，纖維素酶最大發(fā)射波長分別為333、334、336和337 nm，發(fā)生了藍移，且熒光強度有所增強。

在纖維素酶中加入陰離子表面活性劑后，其最大發(fā)射波長發(fā)生了藍移，說明在陰離子表面活性劑的影響下，纖維素酶發(fā)色基團的疏水性增強，非極性的色氨酸更加傾向于分布在纖維素酶的疏水部位，導致了纖維素酶原有的有序結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而影響了纖維素酶的酶活力[22-23]。在陰離子表面活性劑的作用下，纖維素酶的熒光強度增強，這是由于表面活性劑與纖維素酶之間靜電引力的存在，導致纖維素酶分子結(jié)構(gòu)展開[24-26]，使得隱藏在纖維素酶分子內(nèi)的色氨酸、酪氨酸等發(fā)色基團更多地暴露在溶劑中。

熒光實驗表明，陰離子表面活性劑使纖維素酶中色氨酸和酪氨酸所處的微環(huán)境發(fā)生了變化，這些變化導致了纖維素酶結(jié)構(gòu)的變化，從而對纖維素酶的活性產(chǎn)生了影響。其中，纖維素酶在LAS的影響下，其藍移波數(shù)最大，熒光強度增強也最多，這與LAS對纖維素酶酶活力影響最大這一實驗結(jié)果一致。

2.1.4 陰離子表面活性劑對纖維素酶ATR-FTIR光譜的影響 質(zhì)量分數(shù)均為 1%的纖維素酶及陰離子表面活性劑LAS、LS和AES作用1 h后的纖維素酶的紅外譜圖，如圖4所示。

圖4　陰離子表面活性劑對纖維素酶ATR-FTIR光譜的影響Fig.4 ATR-FTIR spectrum of cellulase in solutions of four anionic surfactants1— cellulase; 2—LAS +cellulase; 3—LS +cellulase; 4—AES(2EO) +cellulase; 5—AES(3EO)+cellulase

如圖所示，1409 cm-1處反映的是纖維素酶結(jié)構(gòu)中的CH3基團；1303和1235 cm-1處反映的是酰胺Ⅲ帶的α螺旋和β折疊結(jié)構(gòu)，在陰離子表面活性劑作用后，1409、1303、1235、cm-1處的紅外吸收峰均發(fā)生了變化（表1）。

表1　在陰離子表面活性劑影響下纖維素酶ATR-FTIR光譜的特征峰歸屬[27]Table 1 Characteristic peaks of cellulase influenced by anionic surfactants and its assignments in ATR-FTIR spectrum[27]

經(jīng)LAS和LS作用后，1303和1235 cm-1處峰消失，這些現(xiàn)象說明在LAS和LS的影響下，纖維素酶的主鏈構(gòu)象中的α螺旋、β折疊結(jié)構(gòu)遭到了破壞。在AES的影響下，1409 cm-1處CH3基團振動峰和1303 cm-1的α螺旋峰消失，說明AES引起了纖維素酶二級構(gòu)象的變化。

2.2 非離子表面活性劑對纖維素酶的影響

2.2.1非離子表面活性劑對纖維素酶活力的影響分別配制質(zhì)量分數(shù)為1%的不同EO鏈的非離子表面活性劑AEO2、AEO3、AEO7和AEO9的溶液，研究該濃度的AEO對質(zhì)量分數(shù)為1%的纖維素酶活力的影響。將纖維素酶和表面活性劑溶液放在磁力攪拌器上反應，每隔1 h測一次酶活，實驗結(jié)果如圖5所示。

由圖可知，比起陰離子表面活性劑，AEO對纖維素酶活力的抑制作用并不明顯，纖維素酶活力均保持在90%以上。可能的原因:非離子表面活性劑在水溶液中只有疏水力，不產(chǎn)生靜電斥力，大部分對酶的三維結(jié)構(gòu)不干預，酶的構(gòu)象改變很小，因此對纖維素酶活力影響不大[28]。

從圖還可看出，不同EO鏈的AEO對纖維素酶活性影響稍有不同，這與不同EO鏈的AEO在水中的溶解度有關(guān)，高EO鏈的AEO9在水中的溶解度較大[29]，在水中更易于纖維素酶發(fā)生作用，故AEO9在水中表現(xiàn)為對纖維素酶有更強的作用。

2.2.2 非離子表面活性劑對纖維素酶zeta電位的影響 質(zhì)量分數(shù)均為1%非離子表面活性劑AEO與纖維素酶混合反應1 h后，測纖維素酶的zeta電位分布，如圖6所示。

圖6　纖維素酶在非離子表面活性劑影響下的zeta電位圖Fig.6 Zeta potential distributions of cellulase in solutions of four nonionic surfactants

由圖可知，蒸餾水-纖維素酶體系zeta電位分布在-10～10 mV之間，AEO2-纖維素酶、AEO3-纖維素酶、AEO7-纖維素酶和 AEO9-纖維素酶體系中，zeta電位分別分布在-11～8、-10～8、-13～7和-17～8 mV。由此可知，AEO對纖維素酶的電位分布影響很小，該實驗結(jié)果與文獻[30]中所報道的AEO在水溶液中不以離子形式存在，通過氫鍵與纖維素酶作用，而這種氫鍵作用對纖維素酶影響很小的結(jié)論相符。

圖7　非離子表面活性劑對纖維素酶熒光光譜的影響Fig.7 Fluorescence spectrum of cellulase in solutions of four nonionic surfactants1—AEO2+cellulase; 2—AEO3+cellulase; 3—AEO7+cellulase;4—AEO9+cellulase; 5—deionized water +cellulase

2.2.3 非離子表面活性劑對纖維素酶熒光光譜的影響 如圖7所示，與蒸餾水-纖維素酶體系中纖維素酶的熒光光譜相比，AEO2-纖維素酶和 AEO3-纖維素酶體系中，纖維素酶的熒光峰的位置和強度變化很小，由此可知，AEO2和AEO3對纖維素酶結(jié)構(gòu)的影響較小。在AEO7-纖維素酶和AEO9-纖維素酶體系中，纖維素酶的熒光峰的位置沒有發(fā)生變化，但熒光強度略有增強，這一現(xiàn)象說明AEO7和AEO9使得纖維素酶分子內(nèi)的色氨酸、酪氨酸等發(fā)色基團更多暴露在溶劑中，從而纖維素酶的熒光強度增強。2.2.4 非離子表面活性劑對纖維素酶ATR-FTIR光譜的影響 質(zhì)量分數(shù)均為1%的纖維素酶和AEO作用1 h后的纖維素酶的紅外譜圖，如圖8所示。

圖8　非離子表面活性劑對纖維素酶ATR-FTIR光譜的影響Fig.8 ATR-FTIR spectrum of cellulase in solutions of AEO91—cellulase; 2—AEO2+cellulase; 3—AEO3+cellulase; 4—AEO7+cellulase;5—AEO9+cellulase

由圖可知，AEO作用后的纖維素酶和原纖維素酶的紅外譜圖大致相同，說明 AEO對纖維素酶構(gòu)象沒有產(chǎn)生影響。在1350 cm-1[31]處CH2伸縮振動峰強度明顯增強，這是由AEO結(jié)構(gòu)中的CH2顯現(xiàn)出來的紅外吸收峰所致。

3　纖維素酶在混合表面活性劑體系中的性能測試

3.1 混合表面活性劑對纖維素酶活力的影響

通常洗滌劑中的表面活性劑是由非離子表面活性劑和陰離子表面活性劑組成。由以上實驗可知，本實驗所用的陰離子表面活性劑中AES（2EO）和非離子表面活性劑AEO2對纖維素酶活力的影響較小，筆者進一步考察AES（2EO）/AEO2兩種表面活性劑復配后對纖維素酶活力的影響。國內(nèi)外報道[32-33]其配比為（1:4）～（4:1）。將這兩種表面活性劑按不同的比例混合，控制表面活性劑總濃度為1%，如圖9所示。

由圖可知，添加了非離子表面活性劑AEO2后，能改善AES（2EO）與纖維素酶的兼容性，但AES （2EO）/AEO2低配比時，AES（2EO）與纖維素酶的兼容性還不盡如人意，隨著 AES（2EO）/AEO2配比值升高，情況明顯好轉(zhuǎn)，當AES（2EO）/AEO2為1:4時，反應5 h后，纖維素酶剩余酶活力為76%。由此可知，雖然AES（2EO）對纖維素酶活的影響較大，但與AEO2復配后，纖維素酶活力顯著提高，其原因是陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑復配后，形成了混合膠束，非離子表面活性劑插入到陰離子表面活性劑為主的膠束中，從而降低了相鄰分子間的電荷斥力，因此形成更小的膠束，同時每個膠束的電荷密度下降，對酶活力的影響變小[34]。

圖9　AES（2EO）/AEO2復配后對纖維素酶活力的影響Fig.9 Influence on cellulase activity by AES（2EO）/AEO2mixture

3.2 纖維素酶在洗衣液中的洗滌性能測試

將國標污布JB-03按GB/T 13174—2008規(guī)定進行洗滌，洗滌白度值如圖10所示。

圖10　國標污布在洗衣液中的洗滌效果Fig.10 Washing effect of standard soiled cloth in liquid detergents

由圖可知，在相同的洗滌條件下，國標污布JB-03在標準配方洗衣液、市售洗衣液、添加0.3% 和 1%纖維素酶的市售洗衣液中洗滌后的白度值分別為13.09、15.81、18.43和20.81，由此可知，洗衣液中添加纖維素酶能明顯提高其對國標污布JB-03的去污力。其中，將洗衣液中纖維素酶的質(zhì)量分數(shù)從 0.3%升高至 1%時，該白度值相應增加2.38，即加大洗衣液中纖維素酶的濃度，能明顯提高洗衣液對國標污布JB-03的去污力。

3.3 國標污布洗滌效果圖

將國標污布分別置于標準液、市售洗衣液、添加質(zhì)量分數(shù)分別為0.3%和1%纖維素酶的市售洗衣液中，按GB/T 13174—2008規(guī)定進行洗滌后，用光學顯微鏡和 SEM觀察該國標污布在洗滌前后的污布表面，結(jié)果如圖11所示。

圖11　不同處理污布的光學顯微鏡圖片（a～d）和SEM圖片（e～f）Fig.11 Optical microscope and SEM images

由光學顯微鏡圖 11（a）可以觀察到，未經(jīng)洗滌的國標污布表面看起來發(fā)黑，且污布纖維間的孔隙較小，說明該污布上的污漬鑲嵌在纖維表面及其縫隙，進一步地通過SEM觀察到[圖11（e）]，國標污布表面纖維之間夾雜著污垢，整體看起來纖維排列較雜亂，且單根纖維黏附著較多的污垢，表面粗糙。

將該國標污布在標準液、市售洗衣液、添加質(zhì)量分數(shù)分別為0.3%和1%纖維素酶的市售洗衣液中洗滌后，通過光學顯微鏡圖11（b）～（d）可以明顯看出污布表面明顯變得干凈，纖維之間的縫隙變大，而且纖維顏色較明亮，說明污布表面以及纖維縫隙間的污漬被去除。而這一現(xiàn)象通過 SEM看得更為清楚，由SEM圖11（f）～（h）可以觀察到，經(jīng)洗滌后的國標污布表面纖維間的污垢及單根纖維上附著的污漬被去除，纖維表面變得平滑，尤其經(jīng)添加纖維素酶的洗衣液處理過的國標污布表面纖維整體排列較整齊，單根纖維表面更加干凈平滑。

4　結(jié) 論

（1）陰離子表面活性劑LAS、LS和AES對纖維素酶有很強的失活作用，而非離子表面活性劑AEO對纖維素酶活力影響不大。

（2）DLS、熒光和ATR-FTIR實驗表明，陰離子表面活性劑使纖維素酶失活的原因是陰離子表面活性劑會引起纖維素酶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。而非離子表面活性劑在水溶液中不以離子形式存在，通過氫鍵與纖維素酶作用，該作用不會引起纖維素酶結(jié)構(gòu)的改變。

（3）將纖維素酶添加到洗衣液中，能明顯提高洗衣液對國標污布JB-03的去污力。

References

[1] PEREZ J, MUNOZ-DORADO J, DE LA RUBIA T, et al. Biodegradation and biological treatments of cellulose, hemicelluloses and lignin an overview [J]. Int. Microbiol., 2002, 5: 53-63. DOI: 10.1007/s10123-002-0062-3.

[2] BHAT M K, BHAT S. Cellulose degrading enzymes and their potential industrial applications [J]. Biotechnol. Adv., 1997, 15: 583-620. DOI: 10.1016/S0734-9750(97)00006-2.

[3] 項瑾, 梁毅, 陳楠. 等溫滴定量熱法和熒光滴定法研究十二烷基硫酸鈉與纖維素酶的結(jié)合[J]. 化學學報, 2003, 61(12): 1949-1954.

XIANG J, LIANG Y, CHEN N. Studies on the binding of sodium dodecyl sulfate to cellulase by isothermal titration calorimetry and fluorescence titration [J].Acta Chimica Sinica, 2003, 61(12): 1949-1954.

[4] MANDELS M. Applications of cellulases [J]. Biochem. Soc. Trans., 1985, 13: 414-416.

[5] BEGUIN P, AUBERT J P. The biological degradation of cellulose [J]. FEMS Microbiol., 1994, 13: 25-58. DOI: 10.1016/0168-6445(94)90099-X.

[6] LEE I, EVANS B R, WOODWARD J. The mechanism of cellulase action on cotton fibers: evidence from atomic force microscopy [J]. Ultramicroscopy, 2000, 82: 213-221. DOI: 10.1016/S0304-3991(99)00158-8.

[7] LIANG Y S, YUAN X Z, ZENG G M, et al. Effects of surfactants on enzyme-containing reversed micellar system [J]. Sci. China Chem., 2011, 54: 715-723. DOI: 10.1007/s11426-011-4266-2.

[8] 于躍, 張劍. 纖維素酶降解纖維素機理的研究進展[J]. 化學通報, 2016, 79(2): 118-122.

YU Y, ZHANG J. Research progress in cellulose degradation by cellulase [J]. Chemistry Online, 2016, 79(2): 118-122.

[9] 和田恭尚. 酶在洗滌劑中的應用現(xiàn)狀及展望[J]. 日用化學工業(yè), 2005, 35(1): 30-35.

WADA Y. Status and prospect of application of enzyme in detergent products [J]. China Surfactant Detergent & Cosmetics, 2005, 35(1):30-35.

[10] HOSHINO E, CHIWAKI M, SUZUKI A, et al. Improvement of cotton cloth soil removal by inclusion of alkaline cellulase from Bacillus sp. KSM-635 in detergents [J]. Journal of Surfactant and Detergents, 2000, 3: 317-326.

[11] VASCONCELOS A, CAVACO-PAULO A. Enzymatic removal of cellulose from cotton/polyester fabric blends [J]. Cellulose, 2006, 13: 611-618. DOI: 10.1007/s10570-06-9063-2.

[12] MIZUTANI C, SETHUMASHAVAN K, HOWLEY P, et al. Effect of a nonionic surfactant on Trichoderma cellulase treatments of regenerated cellulose and cotton yarns [J]. Cellulose, 2002, 9: 83-89.

[13] 姚蘭, 趙建, 謝益民, 等.木質(zhì)素結(jié)構(gòu)以及表面活性劑對木質(zhì)素吸附纖維素酶的影響[J]. 化工學報, 2012, 63（8）: 2612-2616.

YAO L, ZHAO J, XIE Y M, et al. Effect of lignin structure and surfactant on cellulase adsorption by lignin [J]. CIESC Journal, 2012, 63(8): 2612-2616.

[14] XIA J, CHEN X, NNANNA I A. Activity and stability of Penicillium cyclopium lipase in surfactant and detergent solutions [J]. J. Am. Chem. Soc., 1996: 115-20. DOI: 10.1007/BF02523457.

[15] 沈兵兵.復合酶在液體洗滌劑中的應用[D]. 上海: 華南理工大學, 2012: 32-33.

SHEN B B. Application of composite enzymes in liquid laundry detergent [D]. Shanghai: South China University of Technology, 2012: 32-33.

[16] COX M F, 吳姣蓮. 烷基鏈長和EO含量對AES性能的影響[J]. 日用化學品科學, 1990, (5): 1-9.

COX M F,WU J L. Effect of alkyl chain length and EO chain on AES [J]. Detergent & Cosmetics, 1990, (5): 1-9.

[17] 史興旺. 新穎表面活性劑對牛血清蛋白（BSA）結(jié)構(gòu)的影響研究[D].濟南: 山東大學, 2008: 49-51.

SHI X W. Studies on the effects of novel surfactants on the structures of bovine serum albumin(BSA) [D]. Jinan: Shandong University, 2008: 49-51.

[18] 葉進富. 蛋白質(zhì)Zeta電位與離子交換層分析的相關(guān)性研究[D]. 杭州: 浙江大學, 2006: 33-35.

YE J F. Zeta potential of protein and its correlation to separation behavior of ion exchange chromatography [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2006: 33-35.

[19] 劉微, 李萌, 任皓威, 等. 熒光、紫外和紅外光譜分析人乳和牛乳β-酪蛋白的功能和構(gòu)象差異[J]. 光譜學與光譜分析, 2014, 34(12): 3283-3287. DOI: 10.3964/j.issn.100-0593(2014)12-3281-07.

LIU W, LI M, RENG H W, et al. Comparison of the function and conformation of human β-casein and bovine β-casein by spectroscopic study [J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2014, 34(12): 3283-3287. DOI: 10.3964/j.issn.100-0593(2014)12-3281-07.

[20] 劉媛, 謝孟峽, 康娟. 三七總皂甙對牛血清白蛋白溶液構(gòu)象的影響[J]. 化學學報, 2003, 61(8): 1305-1310.

LIU Y, XIE M X, KANG J. Influence of total saponins of Panax notoginseng on the conformation of BSA[J]. Acta Chimica Sinica, 2003, 61(8): 1305-1310.

[21] 馬萍, 遲燕華, 莊稼, 等. 骨螺紫及其銅配合物與人血清白蛋白相互作用的光譜學研究[J]. 高等學?；瘜W學報, 2009, (8): 1509-1515.

MA P, CHI Y H, ZHUANG J, et al. Spectroscopic studies on the interaction of murexide and murexide-copper complex with human serum albumin [J].Chemical Journal of Chinese Universities, 2009, (8): 1509-1515.

[22] 馬林, 魏志強, 黃愛民, 等. 丙三醇對水溶液中血紅蛋白構(gòu)象的影響——熒光猝滅和動態(tài)光散射研究[J]. 化學學報, 2009, 67(14): 1566-1572.

MA L, WEI Z Q, HUANG A M, et al. Influence of glycerol on the conformation of hemoglobin in aqueous solutions: a study of fluorescence quenching and dynamic light scattering [J]. Acta Chimica Sinica, 2009, 67(14): 1566-1572.

[23] 魏曉芳, 西明, 劉會洲. pH誘導牛血清白蛋白芳香氨基酸殘基微環(huán)境變化的光譜分析[J]. 光譜學與光譜分析, 2000, 20(4): 556-559. DOI: 10.3321/j.issn:1000-0593.2000.04.028.

WEI X F, XI M, LIU H Z. Spectral study of the microenviroment change of aromatic amino-acid residues in BSA induced by pH [J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2000, 20(4): 556-559. DOI: 10.3321/j.issn:1000-0593.2000.04.028.

[24] NIELSEN A D, ARLETH L, WESTH P. Analysis of proteinsurfactant interactions — a titration calorimetric and fluorescence spectroscopic investigation of interactions between Humicola insolens cutinase and an anionic surfactant [J]. Biochimica et Biophysica Acta, 2005, (1752): 124-132. DOI: 10.1016/j.bbapap.2005.08.001.

[25] BROCKHINKE A, PLESSOW R, DITTRICH P, et al. Analysis of the local conformation of proteins with two-dimensional fluorescence techniques [J]. Appl. Phys., 2000, (71): 755-763. DOI: 10.1007/ s00340000384.

[26] LAKOWICZ J R. Principles of Fluorescence Spectroscopy [M]. 3rd ed. Springer, 2006: 529-575.

[27] VONGSVIVUT J, HERAUD P, ZHANG W, et al. Rapid determination of protein contents in microencapsulated fish oil supplements by ATR-FTIR spectroscopy and partial least square regression (PLSR) analysis [J]. Food and Bioprocess Technology, 2014, 7: 265-277. DOI: 10.1007/s11947-013-1122-8.

[28] 袁久剛, 文藝. 表面活性劑對纖維素酶水洗性能的影響[J]. 紡織學報, 2014, 35(5): 78-82. DOI: 10.13475/j.fzxb.201405007805.

YUAN J G, WEN Y. Effect of surfactant on cellulase bio-washing [J]. Journal of Textile Research, 2014, 35(5): 78-82. DOI: 10.13475/j.fzxb. 201405007805.

[29] 余多慰, 袁生. 綠色木霉纖維素酶分子內(nèi)氫鍵特征的研究[J]. 光譜學與光譜分析, 2005, 25(4): 544-547.

YU D W, YUAN S. Hydrogen-bond state analysis of cellobiohydrolase Ⅱ molecule from Trichoderma viride [J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2005, 25(4): 544-547.

[30] ZHANG J, ZHANG J. Study on the interaction of alkaline protease with main surfactants in detergent [J]. Colloid and Polymer Science, 2015, 9: 1-9. DOI: 10.1007/s00396-015-3777-3.

[31] GUILLEN M D, CABO N. Characterization of edible oils and lard by Fourier transform infrared spectroscopy. Relationships between composition and frequency of concrete bands in the fingerprint region [J]. J. Am. Chem. Soc., 1997, 74: 1281-1286. DOI: 10.1007/ s11746-997-0058-4.

[32] 董榮, 李江華, 陳銀生. 液體洗滌劑組分對青霉脂肪酶活性的影響[J]. 日用化學品科學, 2000, 23(S1): 100-102.

DONG R, LI J H, CHEN Y S. Effects of liquid detergent components on activity of penicillium lipase [J]. Detergent & Cosmetics, 2000, 23(S1): 100-102.

[33] IVANOV I B, KRALCHEVSKY P A. Stability of emulsions under equilibrium and dynamic conditions [J]. Colloids and Surfaces A, 1997: 155.

[34] 梁運姍, 袁興中, 曾光明, 等. 表面活性劑在逆膠束酶反應系統(tǒng)中的作用機制[J]. 中國科學: 化學, 2011, 41(5): 763-775.

LIANG Y S, YUAN X Z, ZENG G M, et al. Effects of the surfactants on enzyme-containing reversed micellar system [J]. Scientia Sinica Chimica, 2011, 41(5): 763-775.

2015-12-30收到初稿，2016-03-14收到修改稿。

聯(lián)系人:張劍。第一作者:于躍（1984—），男，碩士研究生。

Received date: 2015-12-30.

中圖分類號:TQ 028.8

文獻標志碼:A

文章編號:0438—1157（2016）07—3023—09

DOI:10.11949/j.issn.0438-1157.20151989

基金項目:2016年度山西省重點研發(fā)計劃國際合作項目（利用高分子材料自組裝固定化堿性蛋白酶的研究）。

Corresponding author:ZHANG Jian, zhangjian0923@vip.sina.com

Interaction of cellulase with surfactants and their application in detergent

YU Yue, ZHANG Jian
(School of Chemistry and Chemical Engineering, Shanxi University, Taiyuan 030006, Shanxi, China)

Abstract:Effects of surfactants on cellulase activity were studied. The interaction mechanism between surfactants and cellulase was discussed by dynamic light scattering (DLS), fluorescence spectrum and ATR-FTIR. The DLS results showed that anionic surfactants were adsorbed onto cellulase surface, which made cellulase zeta potential distribute in the lower negative charge region. There was no obvious difference of cellulase zeta potential between in nonionic surfactants and deionized water. As shown in spectroscopy, the anionic surfactants had stronger influence on the main chain and side chain of cellulase than nonionic surfactant AEOs. The washing performance data of liquid detergent with and without cellulase indicated that adding cellulase into liquid detergent can enhance detergency of liquid detergent.

Key words:cellulase; surfactant; DLS; fluorescence spectrum; ATR-FTIR; detersive power