伍尤春 廖 宇 龍倩瀅

中山欖菊日化實業(yè)有限公司，廣東中山，528434

洗滌蛋白酶能催化蛋白質和多肽水解，在洗滌過程中將頑固的“蛋白質類大分子”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，因而成為應用最廣泛的酶制劑品種。

近年來隨著空氣絕對過濾、發(fā)酵自動化控制、超濾膜后處理等生產和工藝技術的應用普及，國產洗滌酶制劑也開始嶄露頭角，產品競爭力逐步提升。本研究選擇一款具有代表性的國產洗衣粉用蛋白酶A，與目前在洗衣粉產品中應用最廣泛蛋白酶B進行對比測試，希望找出國產蛋白酶在洗衣粉中的最佳應用條件及后續(xù)改進方向。

1 實驗部分

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）生物技術有限公司；無水氯化鈣（分析純）、六水氯化鎂（MgCl2·6H2O，分析純），天津市大茂化學試劑廠；洗滌劑A（工業(yè)品），欖菊超潔馨香洗衣粉經(jīng)過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150 ℃、4 h的滅活處理；標準污布JB-01（碳黑油污布）、JB-02（蛋白污布）、JB-03（皮脂污布），中國日用化學工業(yè)研究院。

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

1.2 硬水配制

本試驗中使用的硬水，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行測試，就會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。

為了保證結果的準確性，去污試驗時，先稱取1 g蛋白酶于燒杯中，加入2 000 ml試驗用水，利用電動攪拌器攪拌20 min充分溶解，配制成濃度為0.05%的溶液，去污測試時稱取相應的重量加入去污機洗缸中。

1.4 污布測試

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，并分別進行編號，每片污布正反取四個點，用白度計測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 試驗方法

1）單一蛋白酶試驗：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)定的方法進行去污測試。

2）濃度梯度試驗：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的水溶液進行復配，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進行去污測試，洗滌用水為蒸餾水。

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

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

6）不同配方試驗：以洗滌劑A為空白樣品，分別復配蛋白酶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，重復上述操作。

7）穩(wěn)定性試驗：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月，然后取出配制成水溶液與并洗滌劑A復配，再按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法測試其去污力。

1.6 去污力測定

用GB/T 13174—2008方法評價樣品的去污力，污布的去污值（Ri）的計算公式見式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；結果保留到小數(shù)點后兩位。

本次設計的試驗方案主要是針對蛋白酶和洗衣粉的復配效果，在后續(xù)的結果中將忽略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 結果與討論

2.1 單一蛋白酶試驗

本試驗主要考察在沒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，測試結果見表1。

表1 單一蛋白酶去污值

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

2.2 濃度梯度試驗

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

圖1 不同蛋白酶濃度的去污力

從測試的結果可以看出，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，當酶的濃度達到0.20%以上時，增長趨于平緩。以前夏良樹測試的蛋白酶最佳用量在0.60%左右[2]，應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來看，在經(jīng)濟濃度范圍內，蛋白酶B的效果略好于蛋白酶A。

2.3 溫度梯度試驗

以洗滌劑A為空白樣，分別復配濃度為0.20%蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法分別測試其在10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃的去污力，測試結果見圖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，空白樣和復配蛋白酶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，蛋白酶A的去污效果不如蛋白酶B，在20～40 ℃時，蛋白酶A與蛋白酶B的去污效果相當。在30～40 ℃時，空白樣和復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，兩種蛋白酶和標準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

以洗滌劑A為空白樣，分別復配濃度為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的硬水中進行去污測試，其他測試條件按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進行，考察蛋白酶A和蛋白酶B的去污效果，測試結果見圖3。

圖3 不同水質 硬度下的去污力

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

2.5 時間梯度試驗

以洗滌劑A為空白樣，分別復配濃度為0.20%蛋白酶A和蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進行去污測試，洗滌時間選擇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，測試結果見圖4。

圖4 不同洗滌時 間下的去污力

從圖4的測試結果可以看出，蛋白酶A和蛋白酶B的去污效果隨洗滌時間的增加而提高，但都是15～20 min達到了拐點，超過20 min后，去污性能基本不再提高，兩種蛋白酶在洗滌時間上的去污性能沒有太大的差異。

2.6 穩(wěn)定性試驗

因為兩種蛋白酶均為包裹顆粒酶，復配到洗衣粉產品中也是獨立存在，不與洗衣粉中其他材料接觸，不用擔心出現(xiàn)液體酶與其他組分發(fā)生作用的現(xiàn)象，因此在穩(wěn)定性考察時是直接將蛋白酶放到40 ℃的烘箱貯存兩個月。相反如果事先按比例復配到洗衣粉中，最后測試時反而會出現(xiàn)取樣過程中酶顆粒的分布均勻性問題，考察結束后，再取樣配制成濃度0.2%的水溶液，與洗滌劑A分別復配后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進行去污測試，實驗結果見圖5。

圖5中蛋白酶（H）是指經(jīng)過40 ℃，兩個月的熱貯后的樣品。從圖中的測試結果可以看出，經(jīng)過兩個月的熱貯后，蛋白酶B的去污性能沒有出現(xiàn)下降，說明經(jīng)過多年的應用和改進，其性能非常穩(wěn)定。而蛋白酶A的去污性能同樣沒有下降，可以認為其穩(wěn)定性已經(jīng)達到主流洗滌蛋白酶的水準。

圖5 熱貯后的蛋白酶去污力

2.7 不同配方試驗

以洗滌劑A為空白樣，分別復配濃度0.2%的蛋白酶A、蛋白酶B的水溶液，然后按GB/T 13174—2008規(guī)定的方法進行去污測試，測試用水為蒸餾水和250 mg/kg硬水，并同時做空白對照，測試結果見圖6。

圖6 蛋白酶與洗滌劑A復配后在不同水質中的去污力

從圖6中的結果可以看出，蛋白酶A和蛋白酶B與洗滌劑A復配后，其在蒸餾水和硬水中的去污性能與硬度梯度試驗結果基本一致。即在蒸餾水中，兩種蛋白酶的去污性能基本相當，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)定的方法進行去污測試，洗滌用水為蒸餾水和250 mg/kg硬水，并同時做空白對照，測試結果見圖7。

圖7 蛋白酶與洗滌劑B復配后在不同水質中的去污力

從圖7中的結果可以看出，蛋白酶A和蛋白酶B與洗滌劑B復配后，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，就是說與洗滌劑B復配后，兩種蛋白酶效果相當。

通過對比洗滌劑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，結合硬度梯度的試驗結果，初步判斷是基礎配方的螯合能力導致的性能差異，因此重新擬定試驗方案，將洗滌劑A復配洗滌劑B中等量的EDTA，然后重復前面的去污測試測試，結果見圖8。

從圖8的測試結果可以看出，在洗滌劑A中添加EDTA，然后再復配蛋白酶的方案，在硬水中去污表現(xiàn)并沒有得到期望中的改善，可見洗滌劑各組分不僅能發(fā)揮自身作用，還能相互促進提高洗滌效果，反之，如果配方設計不當，各組分的性能也會相互抵消產生不利影響[4]。

圖8 洗滌劑A+EDTA后復配蛋白酶在不同水質中的去污力

通過不同配方的測試結果可以看出，蛋白酶在不同的基粉中，去污性能也有所差異，通過調整基粉的配方，可以使蛋白酶A達到蛋白酶B相同的效果。從目前市場公開的行情看，相比蛋白酶B，蛋白酶A的價格低5～10 元/kg，如果能推廣應用，隨著規(guī)模優(yōu)勢加成，未來產品的性價比會更高。

3 結論

1）在沒有表面活性劑的幫助下，單一的蛋白酶幾乎沒有去污能力。

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

3）在目前的無磷洗衣粉中，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。

6）蛋白酶A與蛋白酶B相比，在低溫和硬水時去污性能有一定差距，但是通過基礎配方調整，可以達到蛋白酶B的去污效果。