新型國(guó)產(chǎn)蛋白酶在洗衣粉中的應(yīng)用研究

伍尤春 廖 宇 龍倩瀅

中山欖菊日化實(shí)業(yè)有限公司，廣東中山，528434

洗滌蛋白酶能催化蛋白質(zhì)和多肽水解，在洗滌過(guò)程中將頑固的“蛋白質(zhì)類大分子”分解成肽類、氨基酸等易于被表面活性劑去除的小分子，對(duì)于難以去除的蛋白污漬可以起到良好的去污效果，因而成為應(yīng)用最廣泛的酶制劑品種。

近年來(lái)隨著空氣絕對(duì)過(guò)濾、發(fā)酵自動(dòng)化控制、超濾膜后處理等生產(chǎn)和工藝技術(shù)的應(yīng)用普及，國(guó)產(chǎn)洗滌酶制劑也開(kāi)始嶄露頭角，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力逐步提升。本研究選擇一款具有代表性的國(guó)產(chǎn)洗衣粉用蛋白酶A，與目前在洗衣粉產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛蛋白酶B進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，希望找出國(guó)產(chǎn)蛋白酶在洗衣粉中的最佳應(yīng)用條件及后續(xù)改進(jìn)方向。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

試劑：蛋白酶A（工業(yè)品），廣東溢多利生物科技股份有限公司；蛋白酶B（工業(yè)品），諾維信（中國(guó)）生物技術(shù)有限公司；無(wú)水氯化鈣（分析純）、六水氯化鎂（MgCl2·6H2O，分析純），天津市大茂化學(xué)試劑廠；洗滌劑A（工業(yè)品），欖菊超潔馨香洗衣粉經(jīng)過(guò)150 ℃、4 h的滅活處理；洗滌劑B（工業(yè)品），欖菊天然洗衣皂粉經(jīng)過(guò)150 ℃、4 h的滅活處理；標(biāo)準(zhǔn)污布JB-01（碳黑油污布）、JB-02（蛋白污布）、JB-03（皮脂污布），中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院。

儀器：全自動(dòng)分光白度計(jì)WSD-3C，北京康光儀器有限公司；立式去污測(cè)定機(jī)RHLQ Ⅲ，中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院；漂洗器，中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究院；PL2002電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；RW20電動(dòng)攪拌器，IKA儀器設(shè)備有限公司；數(shù)顯式電熱恒溫干燥箱101-1A，滬粵科學(xué)儀器廠。

1.2 硬水配制

本試驗(yàn)中使用的硬水，其摩爾比Ca2+∶Mg2+＝6∶4；配制方法參照GB/T 13174—2008《衣料用洗滌劑去污力及循環(huán)洗滌性能的測(cè)定》，稱取16.70 g氯化鈣和20.37 g六水氯化鎂，溶解至10.0 L蒸餾水中，即為2 500 mg/kg硬水。使用時(shí)依次取20 ml、40 ml、60 ml、80 ml、100 ml分別用蒸餾水稀釋沖至1 L，即可得到50 mg/kg、100 mg/kg、150 mg/kg、200 mg/kg、250 mg/kg硬水，蒸餾水的硬度為0 mg/kg。

1.3 蛋白酶溶液配制

洗衣粉為空心顆粒固體，而且粒徑不均勻，待測(cè)的蛋白酶A、B是粒徑更小的顆粒，如果按常規(guī)的方法，將蛋白酶按比例添加到洗衣粉中再進(jìn)行測(cè)試，就會(huì)面臨每次取樣中蛋白酶含量不一致的情況，造成較大的偶然誤差。

為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，去污試驗(yàn)時(shí)，先稱取1 g蛋白酶于燒杯中，加入2 000 ml試驗(yàn)用水，利用電動(dòng)攪拌器攪拌20 min充分溶解，配制成濃度為0.05%的溶液，去污測(cè)試時(shí)稱取相應(yīng)的重量加入去污機(jī)洗缸中。

1.4 污布測(cè)試

選擇JB-01、JB-02、JB-03污布，裁剪成六組直徑為6 cm的圓片，每組4片，并分別進(jìn)行編號(hào)，每片污布正反取四個(gè)點(diǎn)，用白度計(jì)測(cè)量洗滌前后的白度值，取最終平均值，記錄洗前白度F1和洗后白度F2。

1.5 試驗(yàn)方法

1）單一蛋白酶試驗(yàn)：將蛋白酶A、蛋白酶B分別與蒸餾水、250 mg/kg硬水溶液配制成濃度為0.20%的水溶液，同時(shí)以蒸餾水、250 mg/kg硬水為空白樣，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進(jìn)行去污測(cè)試。

2）濃度梯度試驗(yàn)：以洗滌劑A為空白樣品，分別與不同濃度的蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液進(jìn)行復(fù)配，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進(jìn)行去污測(cè)試，洗滌用水為蒸餾水。

3）溫度梯度試驗(yàn)：以洗滌劑A為空白樣品，分別復(fù)配蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法測(cè)試不同溫度下的去污力，洗滌用水為蒸餾水。

4）硬度梯度試驗(yàn)：以洗滌劑A為空白樣品，分別復(fù)配蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進(jìn)行去污測(cè)試，洗滌用水按1.2配制不同濃度的硬水。

5）時(shí)間梯度試驗(yàn)：以洗滌劑A為空白樣品，分別復(fù)配蛋白酶A、蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法測(cè)試不同洗滌時(shí)間的去污力，洗滌用水為蒸餾水。

6）不同配方試驗(yàn)：以洗滌劑A為空白樣品，分別復(fù)配蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法測(cè)試樣品在蒸餾水和250 mg/kg硬水中的去污力；再以洗滌劑B為空白樣品，重復(fù)上述操作。

7）穩(wěn)定性試驗(yàn)：將蛋白酶A和蛋白酶B放置于溫度40 ℃的恒溫干燥箱中貯存兩個(gè)月，然后取出配制成水溶液與并洗滌劑A復(fù)配，再按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法測(cè)試其去污力。

1.6 去污力測(cè)定

用GB/T 13174—2008方法評(píng)價(jià)樣品的去污力，污布的去污值（Ri）的計(jì)算公式見(jiàn)式1。

式中：i--第i種類污布；F2i--第i種類污布洗后白度；F1i--第i種類污布洗前白度；n--每組污布的數(shù)量；結(jié)果保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位。

本次設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案主要是針對(duì)蛋白酶和洗衣粉的復(fù)配效果，在后續(xù)的結(jié)果中將忽略JB-01（碳黑油污布）、JB-03（皮脂污布）的去污數(shù)據(jù)，只展示和討論JB-02（蛋白污布）去污數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一蛋白酶試驗(yàn)

本試驗(yàn)主要考察在沒(méi)有表面活性劑和其他助洗劑的幫助下，蛋白酶的去污力，以及蛋白酶A和蛋白酶B的性能差異，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 單一蛋白酶去污值

從去污值的測(cè)試結(jié)果可以看出，在沒(méi)有表面活性劑的幫助下，單一的蛋白酶基本沒(méi)有去污力，這與蔣惠亮等[1]的測(cè)試結(jié)果大致相同。

2.2 濃度梯度試驗(yàn)

以洗滌劑A作為空白樣，分別復(fù)配蛋白酶A和蛋白酶B，復(fù)配濃度0～0.25%，梯度為0.05%；然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法測(cè)試其去污力，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同蛋白酶濃度的去污力

從測(cè)試的結(jié)果可以看出，不添加蛋白酶的空白樣，其JB-02的去污值只有10.55，添加0.05%的蛋白酶后，其去污力可以達(dá)到24左右，效果提升非常明顯。此后隨著濃度的上升，去污力也不斷提高，當(dāng)酶的濃度達(dá)到0.20%以上時(shí)，增長(zhǎng)趨于平緩。以前夏良樹(shù)測(cè)試的蛋白酶最佳用量在0.60%左右[2]，應(yīng)該是由于蛋白酶自身的更新?lián)Q代，去污效果提升引起的變化?？傮w來(lái)看，在經(jīng)濟(jì)濃度范圍內(nèi)，蛋白酶B的效果略好于蛋白酶A。

2.3 溫度梯度試驗(yàn)

以洗滌劑A為空白樣，分別復(fù)配濃度為0.20%蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法分別測(cè)試其在10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃的去污力，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 不同洗滌 溫度下的去污力

從圖2的去污值可看出洗滌溫度在10～40 ℃時(shí)，空白樣和復(fù)配蛋白酶A、蛋白酶B樣品的去污力都隨著溫度的升高而提高。在10 ℃低溫時(shí)，蛋白酶A的去污效果不如蛋白酶B，在20～40 ℃時(shí)，蛋白酶A與蛋白酶B的去污效果相當(dāng)。在30～40 ℃時(shí)，空白樣和復(fù)配蛋白酶的樣品均表現(xiàn)出最佳的去污效果。溫度高于40 ℃時(shí)，兩種蛋白酶和標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑去污性能均有下降，蛋白酶B的耐熱性能略好。

2.4 硬度梯度試驗(yàn)

以洗滌劑A為空白樣，分別復(fù)配濃度為0.20%蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后依次在蒸餾水和濃度為50 mg/kg、100 mg/kg、150 mg/kg、200 mg/kg、250 mg/kg的硬水中進(jìn)行去污測(cè)試，其他測(cè)試條件按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進(jìn)行，考察蛋白酶A和蛋白酶B的去污效果，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同水質(zhì) 硬度下的去污力

從圖3的測(cè)試結(jié)果可以看出，蛋白酶A和蛋白酶B的去污性能都是隨著水質(zhì)硬度的提高而降低，褚彧也曾得出相似的結(jié)果[3]，當(dāng)水質(zhì)硬度超過(guò)100 mg/kg后，蛋白酶A的去污力下降幅度明顯大于蛋白酶B。當(dāng)水質(zhì)硬度≤100 mg/kg時(shí)，蛋白酶A和蛋白酶B的去污效果相當(dāng)。綜合來(lái)看蛋白酶A的抗硬水能力不如蛋白酶B，去污性能受水質(zhì)硬度影響比較大。

2.5 時(shí)間梯度試驗(yàn)

以洗滌劑A為空白樣，分別復(fù)配濃度為0.20%蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進(jìn)行去污測(cè)試，洗滌時(shí)間選擇5 min、10 min、15 min、20 min、25 min，考察蛋白酶A和蛋白酶B的去污效果，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 不同洗滌時(shí) 間下的去污力

從圖4的測(cè)試結(jié)果可以看出，蛋白酶A和蛋白酶B的去污效果隨洗滌時(shí)間的增加而提高，但都是15～20 min達(dá)到了拐點(diǎn)，超過(guò)20 min后，去污性能基本不再提高，兩種蛋白酶在洗滌時(shí)間上的去污性能沒(méi)有太大的差異。

2.6 穩(wěn)定性試驗(yàn)

因?yàn)閮煞N蛋白酶均為包裹顆粒酶，復(fù)配到洗衣粉產(chǎn)品中也是獨(dú)立存在，不與洗衣粉中其他材料接觸，不用擔(dān)心出現(xiàn)液體酶與其他組分發(fā)生作用的現(xiàn)象，因此在穩(wěn)定性考察時(shí)是直接將蛋白酶放到40 ℃的烘箱貯存兩個(gè)月。相反如果事先按比例復(fù)配到洗衣粉中，最后測(cè)試時(shí)反而會(huì)出現(xiàn)取樣過(guò)程中酶顆粒的分布均勻性問(wèn)題，考察結(jié)束后，再取樣配制成濃度0.2%的水溶液，與洗滌劑A分別復(fù)配后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進(jìn)行去污測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5中蛋白酶（H）是指經(jīng)過(guò)40 ℃，兩個(gè)月的熱貯后的樣品。從圖中的測(cè)試結(jié)果可以看出，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的熱貯后，蛋白酶B的去污性能沒(méi)有出現(xiàn)下降，說(shuō)明經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用和改進(jìn)，其性能非常穩(wěn)定。而蛋白酶A的去污性能同樣沒(méi)有下降，可以認(rèn)為其穩(wěn)定性已經(jīng)達(dá)到主流洗滌蛋白酶的水準(zhǔn)。

圖5 熱貯后的蛋白酶去污力

2.7 不同配方試驗(yàn)

以洗滌劑A為空白樣，分別復(fù)配濃度0.2%的蛋白酶A、蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進(jìn)行去污測(cè)試，測(cè)試用水為蒸餾水和250 mg/kg硬水，并同時(shí)做空白對(duì)照，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 蛋白酶與洗滌劑A復(fù)配后在不同水質(zhì)中的去污力

從圖6中的結(jié)果可以看出，蛋白酶A和蛋白酶B與洗滌劑A復(fù)配后，其在蒸餾水和硬水中的去污性能與硬度梯度試驗(yàn)結(jié)果基本一致。即在蒸餾水中，兩種蛋白酶的去污性能基本相當(dāng)，在250 mg/kg的硬水中蛋白酶B的去污性能雖然也出現(xiàn)下降，但去污值仍保持在26以上，蛋白酶A的去污值只有15.67，下降幅度明顯更大。

以洗滌劑B為空白樣，分別復(fù)配0.2%的蛋白酶A、蛋白酶B，同樣按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進(jìn)行去污測(cè)試，洗滌用水為蒸餾水和250 mg/kg硬水，并同時(shí)做空白對(duì)照，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 蛋白酶與洗滌劑B復(fù)配后在不同水質(zhì)中的去污力

從圖7中的結(jié)果可以看出，蛋白酶A和蛋白酶B與洗滌劑B復(fù)配后，在蒸餾水中兩種蛋白酶的去污性能相差不大。在250 mg/kg的硬水中，兩種蛋白酶的去污性能也都會(huì)出現(xiàn)下降，但下降幅度基本一致，去污值都在25左右，就是說(shuō)與洗滌劑B復(fù)配后，兩種蛋白酶效果相當(dāng)。

通過(guò)對(duì)比洗滌劑A和洗滌劑B的配方，發(fā)現(xiàn)在配方組成方面洗滌劑B中含有一定量的EDTA，結(jié)合硬度梯度的試驗(yàn)結(jié)果，初步判斷是基礎(chǔ)配方的螯合能力導(dǎo)致的性能差異，因此重新擬定試驗(yàn)方案，將洗滌劑A復(fù)配洗滌劑B中等量的EDTA，然后重復(fù)前面的去污測(cè)試測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖8。

從圖8的測(cè)試結(jié)果可以看出，在洗滌劑A中添加EDTA，然后再?gòu)?fù)配蛋白酶的方案，在硬水中去污表現(xiàn)并沒(méi)有得到期望中的改善，可見(jiàn)洗滌劑各組分不僅能發(fā)揮自身作用，還能相互促進(jìn)提高洗滌效果，反之，如果配方設(shè)計(jì)不當(dāng)，各組分的性能也會(huì)相互抵消產(chǎn)生不利影響[4]。

圖8 洗滌劑A+EDTA后復(fù)配蛋白酶在不同水質(zhì)中的去污力

通過(guò)不同配方的測(cè)試結(jié)果可以看出，蛋白酶在不同的基粉中，去污性能也有所差異，通過(guò)調(diào)整基粉的配方，可以使蛋白酶A達(dá)到蛋白酶B相同的效果。從目前市場(chǎng)公開(kāi)的行情看，相比蛋白酶B，蛋白酶A的價(jià)格低5～10 元/kg，如果能推廣應(yīng)用，隨著規(guī)模優(yōu)勢(shì)加成，未來(lái)產(chǎn)品的性價(jià)比會(huì)更高。

3 結(jié)論

1）在沒(méi)有表面活性劑的幫助下，單一的蛋白酶幾乎沒(méi)有去污能力。

2）GB/T 13174—2008規(guī)定的去污測(cè)試方法中，洗滌時(shí)間20 min、洗滌溫度30 ℃是最佳的洗滌條件。

3）在目前的無(wú)磷洗衣粉中，蛋白污布去污力隨著蛋白酶添加量的增加而提高，但不成線性，配方中蛋白酶用量以0.15%～0.20%為佳。

4）含酶洗滌劑去污力會(huì)受到洗滌水硬度的影響。

5）蛋白酶和不同的配方體系之間同樣存在協(xié)同效應(yīng)。

6）蛋白酶A與蛋白酶B相比，在低溫和硬水時(shí)去污性能有一定差距，但是通過(guò)基礎(chǔ)配方調(diào)整，可以達(dá)到蛋白酶B的去污效果。