徐碧初，孟慶華（通訊作者）

（1上海家化聯(lián)合股份有限公司 上海 201702）

（2上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 上海 200240）

1 引言

衣物沾染污漬的途徑很多，大致可分為直接接觸式、非接觸式和靜電吸附式三類。直接接觸式主要是指由固體或液體直接與服裝接觸所產(chǎn)生；非接觸式是指由于氣流的流動(dòng)帶動(dòng)各種塵埃落壓在服裝上所產(chǎn)生；靜電吸附式是指因服裝穿著過(guò)程中摩擦產(chǎn)生靜電荷，由靜電對(duì)污漬產(chǎn)生吸附導(dǎo)致。服裝沾染的污漬也主要以炭黑污漬、蛋白污漬及皮脂污漬為主。目前，傳統(tǒng)的液體洗滌劑大都以表面活性劑為主要成分，表面活性劑獨(dú)特的親疏水結(jié)構(gòu)賦予其一定的去污洗滌作用，同時(shí)含有少量的有機(jī)或無(wú)機(jī)助劑，具有低成本的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于一些頑固的大分子污漬，如血液、奶漬、皮脂等卻很難清除干凈。而在嬰幼兒洗衣液中，皮膚刺激問(wèn)題也尤為尖銳。嬰兒的皮膚厚度只有成人的十分之一，嬰兒抵御外界刺激的能力要大大弱于成人，若接觸同樣量的刺激物和毒性物，嬰兒的反應(yīng)要比成人強(qiáng)烈得多。同時(shí)，嬰兒因免疫系統(tǒng)尚未完善，身體抵抗力弱，較容易出現(xiàn)皮膚過(guò)敏如紅斑、丘疹等。而大量的陰離子表面活性劑，例如十二烷基苯磺酸鈉（LAS）抗硬水能力較差，導(dǎo)致在洗滌中產(chǎn)生沉降[1]，是引起刺激的源頭之一。綜上所述，為了呵護(hù)嬰幼兒嬌弱肌膚，同時(shí)滿足針對(duì)其特殊污漬的去除能力，找到一種能夠兼顧兩種需求的替代組分迫在眉睫。

蛋白水解酶是最重要的一種酶制劑，能催化蛋白質(zhì)和多肽水解。它是從生物體細(xì)胞或組織中產(chǎn)生并提取出來(lái)的、經(jīng)加工后仍制成具有催化活性的生物化學(xué)品，擁有較高的催化效率和底物特異性。底物分子與酶分子相碰時(shí)酶和底物能夠配合起來(lái)，就像鑰匙和鎖一樣；每一種酶都有一個(gè)特定的表面，以便和一種特殊的構(gòu)型相結(jié)合，使酶具有高度的專一性（如圖1）。蛋白水解酶已廣泛應(yīng)用于液體洗衣液[2]、純化菜籽油[3]、制備氨基酸營(yíng)養(yǎng)液[4]、制備活性多肽[5]、水產(chǎn)加工[6]和環(huán)保[7]等領(lǐng)域。

圖1 酶與底物的結(jié)合與分解示意圖Fig.1 The scheme of the combination and decomposition between the protease and the substrate

蛋白污漬是嬰幼兒織物清潔中最常見(jiàn)的特殊污漬?；谶@一特性，蛋白水解酶J可以有效地將以蛋白為主的各種有機(jī)污垢（尤其是于嬰幼兒衣物污漬）分解為小分子化合物，然后再通過(guò)表面活性劑將其去除。相比傳統(tǒng)液體清洗劑，添加酶制劑不僅可以有效提高去污效率，還可以降低洗滌溫度、縮短洗滌時(shí)間，且在不影響去污力的前提下減少表面活性劑和磷酸鹽的使用量，減輕對(duì)自然界的污染。本文主要針對(duì)去污力以及漂洗難易兩點(diǎn)，針對(duì)蛋白水解酶洗衣液這款產(chǎn)品，進(jìn)行不同溫度、濃度及存放時(shí)間下的洗滌實(shí)驗(yàn)及泡沫測(cè)試，以此研究蛋白水解酶的添加對(duì)于嬰幼兒洗衣液功效及使用感的幫助和影響，同時(shí)建立一套洗衣液開(kāi)發(fā)測(cè)試機(jī)制。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑與儀器

試劑：所用試劑均為分析純或化學(xué)純。蛋白水解酶J按照文獻(xiàn)方法制備[8]。

儀器：立式去污測(cè)試機(jī)RHLQ-1型，分光測(cè)色計(jì)CM-700d，超級(jí)恒溫水浴501型、羅氏泡沫儀

2.2 標(biāo)準(zhǔn)洗衣液和測(cè)試洗衣液的制備

按中華人民共和國(guó)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T1224規(guī)定進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)洗衣液（表1）和測(cè)試洗衣液（表2）的制備。配制應(yīng)將各種成分依次加入一定量的水中，同時(shí)攪拌溶解（必要時(shí)加熱），并用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液的pH值為8.5～9.0，補(bǔ)足水量即可。標(biāo)準(zhǔn)洗衣液配方編號(hào)為1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)洗衣液的配方Table.1 The formula of the typical laundry detergent

在針對(duì)嬰幼兒洗衣液的研究中，我們更傾向于采用非離子或低刺激的、對(duì)酶制劑影響較小的表面活性劑[9]作為配方主原料，所以此次實(shí)驗(yàn)也是遵循上述原則對(duì)現(xiàn)有基質(zhì)配方進(jìn)行篩選，從而確認(rèn)的Base（見(jiàn)表2）。并在此Base基礎(chǔ)上，添加不同濃度梯度的蛋白水解酶J制劑，以對(duì)比考察其去污力表現(xiàn)（見(jiàn)表3）。

表2 測(cè)試洗衣液Base的配方Table.2 The formula of the base laundry detergent

表3 測(cè)試洗衣液的配方Table.3 The formula of the test laundry detergents

2.3 去污性能測(cè)定

按中華人民共和國(guó)輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T1224中針對(duì)衣料用液體洗滌劑的測(cè)試規(guī)則進(jìn)行蛋白污布的去污力測(cè)定，以其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)洗衣液的白度比值作為去污力數(shù)值。測(cè)量白度時(shí)光譜儀選擇波長(zhǎng)為460nm。

2.4 起泡性能測(cè)定

按中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7462對(duì)測(cè)試洗衣液配方進(jìn)行發(fā)泡力測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 濃度對(duì)蛋白水解酶去污力的影響

在30℃下對(duì)0～0.7%梯度的蛋白水解酶J添加量的配方進(jìn)行去污力考察，發(fā)現(xiàn)其相對(duì)去污能力將隨著蛋白水解酶J濃度的升高而有階梯式增漲，但最終趨于一個(gè)平衡值（見(jiàn)圖2）。這意義在于，在蛋白水解酶J洗衣液的配方開(kāi)發(fā)中，除了成本因素、配伍性及穩(wěn)定性以外，同時(shí)需要考慮到蛋白水解酶J在洗衣液中的投料效益。不難看出，事實(shí)上0.1%的蛋白水解酶J添加量下（3號(hào)測(cè)試洗衣液），洗衣液的去污率就已經(jīng)得到了2.6倍的提升。

圖2 不同含量對(duì)蛋白水解酶的洗衣液去污力的影響Fig.2 The effect of concentrations on the detergency of the protease

3.2 蛋白水解酶受溫度的及與表面活性劑的競(jìng)爭(zhēng)

作為蛋白水解酶本身的培養(yǎng)與篩選，均將人體溫度附近溫度作為去污活性最強(qiáng)的溫度值，即：蛋白水解酶J活性隨著溫度的升高而增強(qiáng)，37℃附近時(shí)活性為最強(qiáng)點(diǎn)，而從此點(diǎn)繼續(xù)升溫后，酶的活性則會(huì)逐漸降低，到達(dá)55℃時(shí)蛋白水解酶J可能完全沉淀、失活。我們?cè)?0℃、30℃、37℃及50℃三個(gè)溫度下，對(duì)不同蛋白水解酶J濃度對(duì)去污力影響進(jìn)行考察（圖3）。發(fā)現(xiàn)10℃與50℃下各蛋白水解酶J的去污活性確實(shí)較差，而去污活性最強(qiáng)的溫度點(diǎn)則出現(xiàn)在30℃，而非文獻(xiàn)所指37℃[10]。

圖3 不同溫度下不同含量蛋白水解酶J的洗衣液去污力Fig.3 The effect of temperatures on the detergency of the protease

對(duì)于最佳洗滌溫度偏離蛋白水解酶J的最佳活性溫度的這種差異性，我們認(rèn)為這是蛋白水解酶J與洗衣液配方中含有的表面活性劑的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系造成的，即：蛋白水解酶J與表面活性劑均由結(jié)合蛋白質(zhì)底物（污物）的能力，但表面活性劑活性隨溫度的提升遠(yuǎn)快于蛋白水解酶J，則會(huì)導(dǎo)致在蛋白水解酶J還未與底物結(jié)合之前，就已經(jīng)被表面活性劑帶離了（圖4）。而表面活性劑并沒(méi)有對(duì)底物的分解能力，為可逆結(jié)合，可能又會(huì)將底物釋放出來(lái)而導(dǎo)致去污不徹底。當(dāng)然，也有文獻(xiàn)報(bào)道蛋白水解酶與表面活性劑具有協(xié)同去污作用[11]。這一重要問(wèn)題的提出表明，在蛋白水解酶洗衣液產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)工作中，針對(duì)不同基質(zhì)配方，對(duì)最佳洗滌溫度和表面活性劑的多組分作用進(jìn)行深入研究，是有其必要與實(shí)用意義的。

圖4 洗衣液中蛋白水解酶與表面活性劑對(duì)底物結(jié)合的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系Fig 4 The competitiveness between the protease and surfactant in the he laundry detergent

3.3 使用周期對(duì)蛋白水解酶在洗衣液去污力中的影響

蛋白水解酶的穩(wěn)定性對(duì)于洗衣液的有效使用周期是個(gè)很重要的制約因素[12]。消費(fèi)者用完一瓶正常體量的洗衣液，需要兩個(gè)月左右的時(shí)間，故此次實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的37℃恒溫下進(jìn)行穩(wěn)定性考察八周，以模仿消費(fèi)者在即將用盡該產(chǎn)品時(shí)洗衣液中蛋白水解酶J的活性情況。從結(jié)果中我們不難發(fā)現(xiàn)，各濃度點(diǎn)下蛋白水解酶J的失活程度不大且基本一致（見(jiàn)圖5）。

圖5 使用周期對(duì)蛋白水解酶在洗衣液去污力中的影響Fig.5 The effect of use cycles on the detergency of the protease

3.4 蛋白水解酶濃度對(duì)洗衣液的起泡能力的影響

起泡能力亦為洗衣液的重要洗滌性能。通過(guò)測(cè)定結(jié)果可以看到（圖6），添加不同量的蛋白水解酶J測(cè)試配方的起消泡能力影響并不很大。換而言之，除了能提供卓越的清潔力以及自身安全天然的品質(zhì)之外，蛋白水解酶J并不會(huì)改變產(chǎn)品的漂洗性能。

圖6 不同含量蛋白水解酶的洗衣液起泡能力Fig.6 The effect of protease concentrations on the foamingproperties of the laundry detergent

4 結(jié)語(yǔ)

本文從洗滌溫度和蛋白水解酶J濃度兩個(gè)維度出發(fā)，對(duì)所開(kāi)發(fā)的嬰兒洗衣液配方進(jìn)行配方安全性、蛋白污漬去除力以及易漂洗性進(jìn)行測(cè)試評(píng)估。蛋白水解酶J來(lái)源天然環(huán)保，無(wú)刺激易降解，對(duì)于嬰幼兒產(chǎn)品是理想選擇，同時(shí)，蛋白水解酶J洗衣液在正常溫度下即可發(fā)揮最佳去污能力，無(wú)需高溫或長(zhǎng)時(shí)間洗滌，是優(yōu)秀的節(jié)能方案之一；蛋白水解酶J在在嬰幼兒織物清潔產(chǎn)品的卓越表現(xiàn)，使其成為洗衣液的藍(lán)海市場(chǎng)，因此，如何優(yōu)化或量化蛋白水解酶J的提取技術(shù)，降低蛋白水解酶J的使用成本，也將成為配方開(kāi)發(fā)中十分重要的一個(gè)關(guān)注方向。

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