新型国产蛋白酶在洗衣粉中的应用研究

2022-01-01伍尤春龙倩滢

中国洗涤用品工业 2022年11期

伍尤春廖宇龙倩滢

中山榄菊日化实业有限公司，广东中山，528434

洗涤蛋白酶能催化蛋白质和多肽水解，在洗涤过程中将顽固的“蛋白质类大分子”分解成肽类、氨基酸等易于被表面活性剂去除的小分子，对于难以去除的蛋白污渍可以起到良好的去污效果，因而成为应用最广泛的酶制剂品种。

近年来随着空气绝对过滤、发酵自动化控制、超滤膜后处理等生产和工艺技术的应用普及，国产洗涤酶制剂也开始崭露头角，产品竞争力逐步提升。本研究选择一款具有代表性的国产洗衣粉用蛋白酶A，与目前在洗衣粉产品中应用最广泛蛋白酶B进行对比测试，希望找出国产蛋白酶在洗衣粉中的最佳应用条件及后续改进方向。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

试剂：蛋白酶A（工业品），广东溢多利生物科技股份有限公司；蛋白酶B（工业品），诺维信（中国）生物技术有限公司；无水氯化钙（分析纯）、六水氯化镁（MgCl2·6H2O，分析纯），天津市大茂化学试剂厂；洗涤剂A（工业品），榄菊超洁馨香洗衣粉经过150 ℃、4 h的灭活处理；洗涤剂B（工业品），榄菊天然洗衣皂粉经过150 ℃、4 h的灭活处理；标准污布JB-01（碳黑油污布）、JB-02（蛋白污布）、JB-03（皮脂污布），中国日用化学工业研究院。

仪器：全自动分光白度计WSD-3C，北京康光仪器有限公司；立式去污测定机RHLQ Ⅲ，中国日用化学工业研究院；漂洗器，中国日用化学工业研究院；PL2002电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；RW20电动搅拌器，IKA仪器设备有限公司；数显式电热恒温干燥箱101-1A，沪粤科学仪器厂。

1.2 硬水配制

本试验中使用的硬水，其摩尔比Ca2+∶Mg2+＝6∶4；配制方法参照GB/T 13174—2008《衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定》，称取16.70 g氯化钙和20.37 g六水氯化镁，溶解至10.0 L蒸馏水中，即为2 500 mg/kg硬水。使用时依次取20 ml、40 ml、60 ml、80 ml、100 ml分别用蒸馏水稀释冲至1 L，即可得到50 mg/kg、100 mg/kg、150 mg/kg、200 mg/kg、250 mg/kg硬水，蒸馏水的硬度为0 mg/kg。

1.3 蛋白酶溶液配制

洗衣粉为空心颗粒固体，而且粒径不均匀，待测的蛋白酶A、B是粒径更小的颗粒，如果按常规的方法，将蛋白酶按比例添加到洗衣粉中再进行测试，就会面临每次取样中蛋白酶含量不一致的情况，造成较大的偶然误差。

为了保证结果的准确性，去污试验时，先称取1 g蛋白酶于烧杯中，加入2 000 ml试验用水，利用电动搅拌器搅拌20 min充分溶解，配制成浓度为0.05%的溶液，去污测试时称取相应的重量加入去污机洗缸中。

1.4 污布测试

选择JB-01、JB-02、JB-03污布，裁剪成六组直径为6 cm的圆片，每组4片，并分别进行编号，每片污布正反取四个点，用白度计测量洗涤前后的白度值，取最终平均值，记录洗前白度F1和洗后白度F2。

1.5 试验方法

1）单一蛋白酶试验：将蛋白酶A、蛋白酶B分别与蒸馏水、250 mg/kg硬水溶液配制成浓度为0.20%的水溶液，同时以蒸馏水、250 mg/kg硬水为空白样，然后按GB/T 13174—2008规定的方法进行去污测试。

2）浓度梯度试验：以洗涤剂A为空白样品，分别与不同浓度的蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液进行复配，然后按GB/T 13174—2008规定的方法进行去污测试，洗涤用水为蒸馏水。

3）温度梯度试验：以洗涤剂A为空白样品，分别复配蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008规定的方法测试不同温度下的去污力，洗涤用水为蒸馏水。

4）硬度梯度试验：以洗涤剂A为空白样品，分别复配蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008规定的方法进行去污测试，洗涤用水按1.2配制不同浓度的硬水。

5）时间梯度试验：以洗涤剂A为空白样品，分别复配蛋白酶A、蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008规定的方法测试不同洗涤时间的去污力，洗涤用水为蒸馏水。

6）不同配方试验：以洗涤剂A为空白样品，分别复配蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008规定的方法测试样品在蒸馏水和250 mg/kg硬水中的去污力；再以洗涤剂B为空白样品，重复上述操作。

7）稳定性试验：将蛋白酶A和蛋白酶B放置于温度40 ℃的恒温干燥箱中贮存两个月，然后取出配制成水溶液与并洗涤剂A复配，再按GB/T 13174—2008规定的方法测试其去污力。

1.6 去污力测定

用GB/T 13174—2008方法评价样品的去污力，污布的去污值（Ri）的计算公式见式1。

式中：i--第i种类污布；F2i--第i种类污布洗后白度；F1i--第i种类污布洗前白度；n--每组污布的数量；结果保留到小数点后两位。

本次设计的试验方案主要是针对蛋白酶和洗衣粉的复配效果，在后续的结果中将忽略JB-01（碳黑油污布）、JB-03（皮脂污布）的去污数据，只展示和讨论JB-02（蛋白污布）去污数据。

2 结果与讨论

2.1 单一蛋白酶试验

本试验主要考察在没有表面活性剂和其他助洗剂的帮助下，蛋白酶的去污力，以及蛋白酶A和蛋白酶B的性能差异，测试结果见表1。

表1 单一蛋白酶去污值

从去污值的测试结果可以看出，在没有表面活性剂的帮助下，单一的蛋白酶基本没有去污力，这与蒋惠亮等[1]的测试结果大致相同。

2.2 浓度梯度试验

以洗涤剂A作为空白样，分别复配蛋白酶A和蛋白酶B，复配浓度0～0.25%，梯度为0.05%；然后按GB/T 13174—2008规定的方法测试其去污力，测试结果见图1。

图1 不同蛋白酶浓度的去污力

从测试的结果可以看出，不添加蛋白酶的空白样，其JB-02的去污值只有10.55，添加0.05%的蛋白酶后，其去污力可以达到24左右，效果提升非常明显。此后随着浓度的上升，去污力也不断提高，当酶的浓度达到0.20%以上时，增长趋于平缓。以前夏良树测试的蛋白酶最佳用量在0.60%左右[2]，应该是由于蛋白酶自身的更新换代，去污效果提升引起的变化。总体来看，在经济浓度范围内，蛋白酶B的效果略好于蛋白酶A。

2.3 温度梯度试验

以洗涤剂A为空白样，分别复配浓度为0.20%蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008规定的方法分别测试其在10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃的去污力，测试结果见图2。

图2 不同洗涤温度下的去污力

从图2的去污值可看出洗涤温度在10～40 ℃时，空白样和复配蛋白酶A、蛋白酶B样品的去污力都随着温度的升高而提高。在10 ℃低温时，蛋白酶A的去污效果不如蛋白酶B，在20～40 ℃时，蛋白酶A与蛋白酶B的去污效果相当。在30～40 ℃时，空白样和复配蛋白酶的样品均表现出最佳的去污效果。温度高于40 ℃时，两种蛋白酶和标准洗涤剂去污性能均有下降，蛋白酶B的耐热性能略好。

2.4 硬度梯度试验

以洗涤剂A为空白样，分别复配浓度为0.20%蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后依次在蒸馏水和浓度为50 mg/kg、100 mg/kg、150 mg/kg、200 mg/kg、250 mg/kg的硬水中进行去污测试，其他测试条件按GB/T 13174—2008规定的方法进行，考察蛋白酶A和蛋白酶B的去污效果，测试结果见图3。

图3 不同水质硬度下的去污力

从图3的测试结果可以看出，蛋白酶A和蛋白酶B的去污性能都是随着水质硬度的提高而降低，褚彧也曾得出相似的结果[3]，当水质硬度超过100 mg/kg后，蛋白酶A的去污力下降幅度明显大于蛋白酶B。当水质硬度≤100 mg/kg时，蛋白酶A和蛋白酶B的去污效果相当。综合来看蛋白酶A的抗硬水能力不如蛋白酶B，去污性能受水质硬度影响比较大。

2.5 时间梯度试验

以洗涤剂A为空白样，分别复配浓度为0.20%蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008规定的方法进行去污测试，洗涤时间选择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，测试结果见图4。

图4 不同洗涤时间下的去污力

从图4的测试结果可以看出，蛋白酶A和蛋白酶B的去污效果随洗涤时间的增加而提高，但都是15～20 min达到了拐点，超过20 min后，去污性能基本不再提高，两种蛋白酶在洗涤时间上的去污性能没有太大的差异。

2.6 稳定性试验

因为两种蛋白酶均为包裹颗粒酶，复配到洗衣粉产品中也是独立存在，不与洗衣粉中其他材料接触，不用担心出现液体酶与其他组分发生作用的现象，因此在稳定性考察时是直接将蛋白酶放到40 ℃的烘箱贮存两个月。相反如果事先按比例复配到洗衣粉中，最后测试时反而会出现取样过程中酶颗粒的分布均匀性问题，考察结束后，再取样配制成浓度0.2%的水溶液，与洗涤剂A分别复配后按GB/T 13174—2008规定的方法进行去污测试，实验结果见图5。

图5中蛋白酶（H）是指经过40 ℃，两个月的热贮后的样品。从图中的测试结果可以看出，经过两个月的热贮后，蛋白酶B的去污性能没有出现下降，说明经过多年的应用和改进，其性能非常稳定。而蛋白酶A的去污性能同样没有下降，可以认为其稳定性已经达到主流洗涤蛋白酶的水准。