#?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，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)用進行全面分析，為其進一步發(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物，占植物界碳含量的50%以上，是植物細胞壁的主要成分。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溶劑。

? ? ?纖維素酶結(jié)構(gòu)復雜，能水解天然纖維素的纖維素酶通常是復雜的多酶體系，由多個組分組成。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)域負責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、細菌等都能產(chǎn)生纖維素酶。細菌（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、活性強等特點，且易于進行基因工程改造，可以按照設(shè)定的方向進化，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切除葡萄糖單元，從而進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一步水解為葡萄糖^[16-17]。

? ? ?一個纖維素酶制劑產(chǎn)品中通常同時含有內(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

? ? ? 實驗主要儀器和材料：RHLQ-III立式去污機，中國日化研究院；全自動白度計WSD-3C，北京康光光學儀器有限公司；炭黑污布（JB-01）、蛋白污布（JB-02）、皮脂污布（JB-03），國家標準污布，中輕檢驗認證（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]的實驗研究顯示，添加纖維素酶的洗滌劑對國標炭黑污布JB-01的去污值也是有提升的。從微觀結(jié)構(gòu)分析驗證，于躍等^[20]光學顯微鏡觀察顯示，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無定形區(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，使織物表面恢復光滑，減少污漬附著位點^[21-24]。同時，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，實現(xiàn)高效去污。

2.2 纖維素酶改善織物的感官性能

? ? ?實驗主要儀器和材料：小天鵝滾筒洗衣機TG100V196WIDY；小天鵝烘干機TH100-H32Y；全自動白度計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。

洗滌烘干后進行目測和色差評估，共10人進行目測，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為織物表面因摩擦、洗滌或穿著等外力作用，導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。當面對已經(jīng)起球的織物，大多數(shù)消費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)部的化學鍵，外切酶進一步降解斷裂的短鏈，最終使毛球在機械力（如洗滌時的水流摩擦）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，每次洗滌衣物時洗滌水中的污垢顆粒會重新沉積在原本干凈的衣服上，導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)。