#?纖維素酶在織物洗滌劑中的應(yīng)用#

摘要：

洗滌劑中經(jīng)常會添加生物酶來提高洗滌和護(hù)理性能，纖維素酶作為生物酶中一種，在洗滌劑中有多種應(yīng)用優(yōu)勢。闡述了纖維素酶的來源、組成及其在洗滌劑中的應(yīng)用機(jī)理與效果。研究表明，纖維素酶通過水解棉纖維表面的微纖維和毛球，協(xié)同表面活性劑顯著提升去污性能，同時(shí)改善織物的光滑度、色澤及抗起球能力。此外，探討了溫度、pH值及離子強(qiáng)度對纖維素酶穩(wěn)定性的影響，并提出通過酶工程改造、固定化技術(shù)等方法優(yōu)化其應(yīng)用性能。盡管纖維素酶在洗滌劑中已取得顯著成效，但仍面臨成本高、酶活力保持困難等挑戰(zhàn)。未來研究需聚焦基因工程、多酶協(xié)同體系及低溫適應(yīng)性改進(jìn)，以推動洗滌劑向高效節(jié)能與環(huán)境友好方向迭代。旨在對纖維素酶在洗滌劑中的應(yīng)用進(jìn)行全面分析，為其進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

? ? ?纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的天然有機(jī)物，占植物界碳含量的50%以上，是植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素是由D-葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵組成的大分子多糖，不溶于水及一般有機(jī)溶劑。

? ? ?纖維素酶結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能水解天然纖維素的纖維素酶通常是復(fù)雜的多酶體系，由多個(gè)組分組成。其主要活性部位具有特定的三維結(jié)構(gòu)，能夠識別并結(jié)合纖維素底物。這些酶分子一般包含催化結(jié)構(gòu)域、結(jié)合結(jié)構(gòu)域和連接肽段^[3-4]。催化結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)催化纖維素的水解反應(yīng)，結(jié)合結(jié)構(gòu)域則有助于酶與纖維素底物的特異性結(jié)合，連接肽段將兩者連接起來^[5]。

1.1 來源

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? ? ?纖維素酶的來源非常廣泛，真菌、細(xì)菌等都能產(chǎn)生纖維素酶。細(xì)菌（如芽孢桿菌屬）來源的纖維素酶通常具有較高的熱穩(wěn)定性和特殊的催化特性^[6]。

? ? ?而真菌是纖維素酶的重要來源，其中對纖維素作用較強(qiáng)的是木霉屬、曲霉屬、青霉屬和枝頂屬的菌株。應(yīng)用于纖維素酶規(guī)?；a(chǎn)的菌株主要是里氏木霉、綠色木霉和黑曲霉^[7-8]。里氏木霉產(chǎn)生的纖維素酶具有產(chǎn)量高、活性強(qiáng)等特點(diǎn)，且易于進(jìn)行基因工程改造，可以按照設(shè)定的方向進(jìn)化，以便獲得更高的催化效率和穩(wěn)定性。

? ? ?某些植物中也存在纖維素酶，但其活性相對較低，且在洗滌劑中的應(yīng)用研究較少^[9]。

1.2 組成

按底物的特異性可將纖維素酶主要分成以下三大組分：

1.內(nèi)切葡聚糖酶

? ? 內(nèi)切葡聚糖酶作用于纖維素鏈內(nèi)部的β-1,4-糖苷鍵，隨機(jī)切割纖維素分子，產(chǎn)生不同長度的纖維素寡糖片段。它的作用可以破壞纖維素的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使纖維素纖維變得松散，從而有利于后續(xù)的水解反應(yīng)^[10-12]。

2.外切葡聚糖酶

? ? 外切葡聚糖酶（CBHs）在纖維素降解過程中起著關(guān)鍵作用，能夠從纖維素鏈的非還原端或還原端逐個(gè)切除葡萄糖單元，從而進(jìn)一步分解纖維素寡糖為纖維二糖等小分子產(chǎn)物。這些酶通常與內(nèi)切聚葡萄糖酶協(xié)同作用：內(nèi)切酶先在鏈內(nèi)部切割產(chǎn)生更多末端，外切酶隨后從暴露的末端進(jìn)行水解^[13-14]。根據(jù)其作用末端的不同，外切葡聚糖酶可分為兩類：從非還原端作用的CBH I和從還原端作用的CBH II。CBH I主要作用于纖維素鏈的非還原端，而CBH II則作用于還原端，兩者共同完成纖維素的徹底水解^[15]。

?3. β-葡萄糖苷酶

? ? ?β-葡萄糖苷酶主要作用是將外切葡聚糖酶產(chǎn)生的纖維二糖等低聚糖進(jìn)一步水解為葡萄糖^[16-17]。

? ? ?一個(gè)纖維素酶制劑產(chǎn)品中通常同時(shí)含有內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶，協(xié)同分解纖維素。根據(jù)最終功能效果的不同，組分中的含量也各有不同。

? ? ?纖維素酶在洗滌劑中常見的應(yīng)用產(chǎn)品有洗衣液、洗衣凝珠、柔順劑和衣物翻新劑等，通常為產(chǎn)品提供協(xié)同去污、抗起球、去毛球、柔軟、亮白等功能宣稱。

2.1?纖維素酶協(xié)助提升去污性能

? ? ??實(shí)驗(yàn)主要儀器和材料：RHLQ-III立式去污機(jī)，中國日化研究院；全自動白度計(jì)WSD-3C，北京康光光學(xué)儀器有限公司；炭黑污布（JB-01）、蛋白污布（JB-02）、皮脂污布（JB-03），國家標(biāo)準(zhǔn)污布，中輕檢驗(yàn)認(rèn)證（太原）有限公司。纖維素酶A，纖維素酶B，市售；洗衣液基體為自配。

? ? ?測試方法：按照GB/T 13174－2021《衣物用洗滌劑去污力及循環(huán)洗滌性能的測定》方法測定。

? ? ?測試結(jié)果見表1，兩款自配洗衣液添加市售纖維素酶后對JB-01的去污力均有提升，其中對洗衣液1的JB-01提升幅度大于20%。楊媛、孫蓮蓮等^[18-19]的實(shí)驗(yàn)研究顯示，添加纖維素酶的洗滌劑對國標(biāo)炭黑污布JB-01的去污值也是有提升的。從微觀結(jié)構(gòu)分析驗(yàn)證，于躍等^[20]光學(xué)顯微鏡觀察顯示，未經(jīng)處理的JB-01污布纖維表面覆蓋致密炭黑顆粒，洗滌后仍殘留于纖維縫隙；而添加纖維素酶后，纖維表面光滑，孔隙透亮，污漬清除率顯著提高。

? ? ??主要機(jī)理為纖維素酶通過分解織物表面的微纖維和絨毛，顯著提升洗滌效果。內(nèi)切葡聚糖酶切割纖維素?zé)o定形區(qū)的β-1,4-糖苷鍵，使纖維結(jié)構(gòu)松散；外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶進(jìn)一步將分解產(chǎn)物降解為可溶性寡糖或單糖，從而去除微纖維，使織物表面恢復(fù)光滑，減少污漬附著位點(diǎn)^[21-24]。同時(shí)，纖維素酶通過改變纖維表面性質(zhì)，削弱污漬與纖維的結(jié)合力，使污漬更容易被洗去。

? ? ??纖維素酶與表面活性劑的協(xié)同作用是其去污能力的關(guān)鍵。纖維素酶使織物表面疏松，為表面活性劑滲透至纖維內(nèi)部和污漬周圍提供便利，增強(qiáng)其吸附和乳化能力。表面活性劑則通過降低水的表面張力，促進(jìn)洗滌液滲透至纖維與污漬界面，為纖維素酶提供穩(wěn)定作用環(huán)境。此外，纖維素酶通過分解纖維素微纖維，使污漬暴露，表面活性劑隨后乳化并分散油污等污漬，顯著提升去污效率^[6]。對于蛋白質(zhì)污漬和色素污漬，纖維素酶通過改變纖維表面結(jié)構(gòu)和改善纖維親水性，使污漬更容易被洗滌劑中的其他成分作用，實(shí)現(xiàn)高效去污。

2.2 纖維素酶改善織物的感官性能

? ? ?實(shí)驗(yàn)主要儀器和材料：小天鵝滾筒洗衣機(jī)TG100V196WIDY；小天鵝烘干機(jī)TH100-H32Y；全自動白度計(jì)WSD-3C；燒杯；舊純棉衣物（對半剪開備用），市售纖維素酶C，洗衣液基體，自配；測試方法：按照洗滌需要選擇洗衣機(jī)洗滌程序，添加定量的洗衣液，循環(huán)洗滌。具體洗滌參數(shù)如表2。

洗滌烘干后進(jìn)行目測和色差評估，共10人進(jìn)行目測，評估加與不加纖維素酶洗滌后織物的差異，其中色差是指加與不加纖維素酶洗衣液洗滌后織物的色差。結(jié)果見表3和表4。測試1和測試2中參與評測的10人均認(rèn)為添加纖維素酶的洗衣液洗滌后的織物看起來毛球更少。色差方面測試1中的紅色純棉衛(wèi)衣色差比較小，從色差上對比無較大差異。而測試2中的淺藍(lán)色純棉T恤色差較大，兩者有明顯的差異，從b*值看添加纖維素酶洗衣液洗滌后T恤更顯藍(lán)色。整體來看，添加纖維素酶的洗衣液洗滌后可以幫助舊的純棉織物改善毛球情況。

? ??衣物表面起毛球是因?yàn)榭椢锉砻嬉蚰Σ痢⑾礈?span style="letter-spacing: 1.8px; box-sizing: border-box;">或穿著等外力作用，導(dǎo)致纖維末端松散并相互纏結(jié)形成小球狀物質(zhì)，這些小球通常由短纖維或者纖維末端卷曲而成，外觀看起來類似絨球或毛球。當(dāng)面對已經(jīng)起球的織物，大多數(shù)消費(fèi)者會直接使用毛球修剪器或膠帶手動去除，而另一種方式則是使用含有纖維素酶的洗滌劑，纖維素酶專門針對受損或松散的纖維進(jìn)行切割或分解，以便從織物上去除，使織物表面看起更光滑，顏色更亮，花紋圖案也更清晰。

? ? ?主要機(jī)理：纖維素酶通過水解微纖維中的β-1,4糖苷鍵，弱化毛球與主纖維的連接。內(nèi)切酶切斷微纖維內(nèi)部的化學(xué)鍵，外切酶進(jìn)一步降解斷裂的短鏈，最終使毛球在機(jī)械力（如洗滌時(shí)的水流摩擦）作用下脫落^[6]，從而改善織物結(jié)構(gòu)。在去除微纖維后，織物表面更光滑，減少光線散射，恢復(fù)原有色澤和柔軟度。纖維素酶通過切除棉織物表面處于非結(jié)晶區(qū)的棉纖維來釋放吸附在織物表面的染料，但不能阻止染料再次粘附在織物上，想要增加防串色效果還需額外添加防串色劑^[25-26]。

? ? ?除了起毛球外，每次洗滌衣物時(shí)洗滌水中的污垢顆粒會重新沉積在原本干凈的衣服上，導(dǎo)致衣物表面看起來變灰、變暗。酶處理后，纖維表面光滑度提高，減少了污垢的二次吸附，使織物保持新鮮的狀態(tài)。