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酶在洗涤剂行业的应用


发布时间:

2023-10-12

现在,加酶洗涤剂已相当普及,西欧、美国、日本的加酶洗涤剂分别达到85%、90%和近100%。由于少量酶即可产生优良的去污作用,因而对洗涤环境和洗涤技术的开发具有重要作用。洗涤剂的无磷化、浓缩化、洗涤时间的缩短和低温洗涤均是有利于酶应用的因素;运用最新生物工程技术对洗涤剂酶改性、新机能酶的开发和洗涤剂配用酶技术的进展均成为酶发展的源动力。

加酶洗涤剂:

1963年,欧洲的洗涤剂开始加酶,这种源于微生物的蛋白酶呈粉末状.是最早的洗涤剂酶品种。1969年,由于发现酶粉尘对人对人体有害,日本、美国停止加酶洗涤剂的生产,洗涤剂酶的发展受到重挫。1970年,日本开发了酶颗粒化技术,但直到1976年,酶的安全性再度得到确认。加酶洗涤剂才又恢复上升的趋势。1987年,配用碱性纤维素酶的浓缩粉在日本问世,但洗涤剂中应用最多的还是蛋白酶,其次是脂肪酶、淀粉酶,甘露聚多糖酶 亦有所使用。

现在,发达国家的主流洗涤剂中,一般将蛋白酶与其他酶配合使用。据有关资料显示,洗涤酶的销售额正呈逐年上升的势头, 1999年,全球洗涤剂酶销售额达5.84亿美元,是1974年销售额的10倍,其中1989—1994的五年间, 从约2.50亿美元增长至约5.00亿 美元,是增幅最大的五年。1999年,洗涤剂酶销售额占全球酶销售额的35%,在酶制剂市场中,所占份额最大。

洗涤剂酶的种类:

蛋白酶:它是洗涤剂消耗量最大的酶品种,主要用于衣料洗涤剂和洗碗机专用洗涤剂中。蛋白酶对衣领和袜子附着的皮肤角质层污渍、血渍、 人体分泌物和含蛋白质的食物渍的去除有促进作用,而且衣物上蛋白质粘附的其他污垢,在蛋白污垢被分解的同时也随之脱落。蛋白酶分解的产物有很强的疏水性,这也可减轻蛋白污垢的再沉积,蛋白酶与洗涤剂的其他成份一起可除去衣物附着的细菌。现在洗涤剂中使用的蛋白酶。是由枯草杆菌发酵而来的丝氨酸型的蛋白酶,并对蛋白质内部的肽链起作用,KSM—K16即是一种由嗜碱性的杆菌发酵而来的蛋白 酶其分子量为26—28Kda,最适PH 在12左右。 最近,随着洗涤剂和洗涤环境的变化,高碱性酶经改性生产出许多已商品化的新酶,例如,能与洗涤剂中高PC含量配用的蛋白酶;在低温具有高活性的蛋白酶等品种。

纤维素酶:花王公司开发的源于KSM一 635菌珠的碱性纤维素酶(KAC). 是一种链末端具有6—1,4葡聚糖酶结构的高结晶性纤维素酶,它可除去棉纤维内部的皮脂污垢, 并有防止织物白度下降之功效。实验表明,棉纤维沾附的污垢主要集聚在其非结晶区域,在水的作用下,KAC将非晶态纤维素分解,释放出污垢并有防止无机盐形成钙皂沉积的作用。洗涤棉衬衫时,与含蛋白酶的洗涤剂相比, 洗涤4次后,用含KAC洗涤剂洗涤的白度明显高于只含蛋白酶的 洗涤剂,残留皮脂的量则低于后者,洗涤10次后差距进一步拉大。用丝状茵Humicola insoens生 产的复合纤维素酶,不仅可柔软棉布,便于去除粒子污垢,还可使衣物色彩鲜艳。这是因为,棉纤维经洗涤干燥后,表面会形成微细纤维,这种微细纤维极易吸附污 垢并缠绕在一起,使织物板结。纤维素酶可除去微细纤维,但会损伤织物纤维,现在已生产出对织物损伤较小的纤维素酶。研究显示,纤维素酶还具有抗再沉积作用。尽管CMC, 聚丙烯酸盐是洗涤剂常用的抗再沉积剂,但纤维素酶的使用浓度低而可达到相同功效。随着人们节水意识的增强、洗涤的低浴比化,纤维素酶的抗再沉积作用有望得到进一步的应用。

淀粉酶:淀粉酶可除去沾附在餐具和衣物上的淀粉污垢,还能把淀粉污垢分解成小分子,防止淀粉再沉积到织物上,对水中的铁离子 和混杂在淀粉污垢中的其他污垢也有抗再沉积作用。现在使用的淀粉酶,水解淀粉的1,4一葡萄苷键,其使用最佳的 PH6—7,最适温度75—85摄氏度,耐热性能优良,特别适用于自动洗碗机用洗涤剂。另外,加有淀粉酶的自动洗碗机用洗涤剂已上市。近年来,淀粉酶在欧美衣料洗涤剂的应用很活跃.尤其在欧洲,增长速度仅次于蛋白酶,位居第二。淀粉酶在液体洗涤剂中作前处理剂除去淀粉污垢,在粉状洗涤剂中与漂白剂共同发挥作用。 对亚洲的洗涤条件(低温、短时间) 而言,淀粉酶不太适用。今后,应当开发适于在低温、碱性环境中应用的淀粉酶。

脂肪酶:衣领、袖口的皮脂污垢、食物渍中的脂质污垢均可用脂纺酶分解除去。分解产物是单甘酯和脂肪酸,再加上洗涤剂中SAA对甘油酯的乳化作用,使油脂的去除更加容易。奥村和Varanasi证实, 脂肪酶不仅可除去棉纤维表面的 脂质污垢,对侵入纤维内部的脂质污垢也可清除,Ryom还称,脂肪酶还可防止甘油脂在疏水性纤维上的再沉积。现在洗涤剂使用的脂肪酶最适宜在40℃左右、PHl0以上使用。但只有在第二次洗涤才能显示出酶的作用,这一点不论是对民用洗涤,还是工业洗涤(例宾馆洗衣房的洗涤)都是不适当的。据称,研究人员将酶活性基团附近的亲水性氨基酸用疏水性氨基酸代替, 开发出有实用价值的脂肪酶,该脂肪酶对油污的吸附性提高,即使在水分高的条件下,也可发挥作用.这使得脂肪酶在初次洗涤 即可得到明显效果。

甘露聚糖酶:实际上这是一种半纤维素酶,主要用来去除食品、化妆品中因甘露聚多糖产生的污渍。食品和化妆品常使用愈疮胶提高体系粘度,达到保持体系水分的目的。愈疮胶是线性&一1,4甘露聚多糖,甘露聚糖酶在水中可分解愈疮胶,而且对去除冰激凌等乳制 品产生的污渍也有明显效果,并可有效防止衣物变黄、变黑,2000 年市场上出现一则添加甘露聚糖酶的衣料洗涤剂。

酶的稳定性:粉状洗涤剂添加酶制剂(颗粒酶)较为容易,液体洗涤剂中添加酶制剂(液体酶)则存在一定难度。例如,液体洗涤剂中配入蛋白酶时,蛋白酶会对自身产生分解作 用(自我消化),造成酶活力的下降。过去,通常添加硼酸和丙二醇防止酶自身分解,后来开发出新的酶稳定剂(4一甲酰苯硼酸),添加量只有1%,大大降低了酶的稳定化费用,加有这种酶稳定剂的蛋白酶产品已面市。

酶的改性:近些年生物技术的进步,极大地方便了酶性能的改进,通过遗传基因重组技术,采用育种方法制造酶,使酶的大量生产成为可能,这种新的酶制作技术,有可能成为生产高性能酶的首选工艺, 同时新的生物技术还可提高酶对氧化剂的耐受性和在低温条件的酶活力。Minshull对26种枯草菌素的 遗传因子用DNA技术排序,把耐碱性、耐热性、耐氧化性的遗传基因与天然酶进行嫁接,取得了成功。例如,低温蛋白酶和第一次洗 涤即有明显效果的脂肪酶就是改性成功的品种。

新酶的开发:过氧化酶和虫漆酶可防止洗涤时产生的染色现象,研究表明.这两种酶,还有防止细菌在织物上繁殖,消除不愉快气味的作用。这些酶的氧化作用,实际是氧化洗涤液中的游离色素,并杀死产生异昧的细菌。此外,用于除去果汁渍的果胶酶,木聚糖酶等新品种酶也在研究中。

酶的应用展望:自从1987年开发出碱性纤维素酶以来,洗涤剂酶工业进入飞速发展阶段。1992年通过遗传基因组合生产出脂肪酶,1998年利用新生物技术研制出低温使用的蛋白酶,都对洗涤剂配制技术产生了巨大影响。但是,洗涤剂的功能助剂特别是酶聚合物和香料的制造商往往具有很强的专一性,原料的差异使洗涤剂配方差别很大, 因此,在开发新洗涤剂时,如何使酶等功能性助剂最大限度地发挥效率是配方师首要关注的问题。

今后,强化酶的性能,如何使织物增白和保护并重,增强杀菌功能酶的开发是酶研究的热点。21世纪,浓缩、节省能源、绿色环保且可完全生物降解的酶是理想的酶品种。从欧美市场看,近年洗涤技术呈现出低温、短时间、 低浴比的发展趋势,这就要求酶低温高活性、短时间发挥高效率, 对衣物的吸附率要高,而且未来高性能的洗涤剂需要高浓度酶的配合。由多种不同类型酶组合的复合酶具有去除多种污垢的能力, 可更好地提高洗涤剂的洗净力。与30年前比,洗涤剂酶的纯化、遗传基因的重组和发酵工艺产生了翻天覆地的变化,使酶的安全性和价格有了很大的竞争力。

现在到未来,洗涤剂加酶必将成为洗涤技术发展的重点方向。

 

 

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