酶在工业洗涤剂中的应用分析

2023-01-18

酶引入洗涤剂配方中, 这是洗涤剂工业的一大进展。由于酶催化反应进行迅速、高效, 而且在常温甚至低温下均可进行, 并且能有效地解决清洗血渍 (特别是织物上的干血渍) 、皮脂、口红、草汁等多种洗涤上的老大难问题, 使工业与民用上费力的清洗工作变得省时省力轻松多了.因而酶洗涤剂产品一问世就受到社会各界的欢迎。目前, 国际国内在这方面的研究工作正越来越深入, 高质量的酶品种与先进的配方制剂均不断涌现, 预计加酶洗涤剂的研究与生产今后还会有更大发展。我国在这方面起步较晚, 经验也缺乏, 因此还需大力开发。

1 酶促反应的特点

酶是一种生物催化剂, 象其它催化剂一样参加反应的中间过程, 但最后并不消耗.通常这个催化反应过程称为“酶促反应”过程。酶的催化性质特殊, 有着其他催化剂不可比拟的特点, 归纳起来有以下几点。

(1) 用最少而作用效率高。例如一克高纯度的液化淀粉酶在65时, 15分钟内即可将2吨淀粉转化成糊精, 如果改用H2SO4, 催化水解, 反应效率则低得多, 无法比较;再如织物上的脂肪污渍 (例如动物油斑) , 只要用0.3%浓度的脂肪酶梢稍润三分钟后轻轻一洗即可。对于淀粉酶, 蛋白酶等均有类似的效果。酶的这一突出优越性为配制快速、高效而成本又低廉 (酶用量少, 通常在0.5%左右) 的酶洗涤剂提供了前提。

(2) 作用条件温和。酶促反应不需要一般化学反应的苛刻条件。酶的反应温度也不高, 许多酶在室温甚至低于室温均可有效的催化反应, 这正是酶能广泛用于工业尽民用洗涤中的独特性质。

(3) 作用的专一性。所谓专一性, 即指酶参加的催化作用有严格的选择性。一种酶只能催化一种取一类化学反应。例如, 蛋白酶只能催化蛋白质水解 (职裂解) , 而对脂肪无作用;脂肪酶则只能将脂肪水解成脂肪酸和甘油, 对别的反应无作用。同样, α-淀粉酶只对织物上的淀粉污垢有分解能力, 而对其他如纤维素等无效果。因此不可能找到一种酶, 既可以除蛋白污渍, 又可分解脂肪污渍, 还可去除淀粉及纤维素等, 要想达到这个综合目的, 完全在于配方设计者的能力和水平。

(4) 安全性好。酶是蛋白质, 通常情况下无毒性, 在进行反应后.生成物也多数无毒。

上面讲的“酶促反应”这四大特点都特别适合于洗涤剂行业, 这就是为什么酶在洗涤剂工业中的应用越来越多.使用面也越来越广的原因。

2 碱性蛋白酶

(1) 碱性蛋白酶的去污原理。

人体分泌物中所含的蛋白质几乎都不溶于水, 沾在织物上再与尘埃、皮脂等结合在一起成为很难洗去的污垢、如血污、衣领袖口上的汗渍等等, 如果使用少量的碱性蛋白酶制剂处理一下再去洗涤, 就会发现奇迹, 过去很难洗掉的污垢, 可以很轻松地洗净, 这功劳就应归于蛋白酶。

蛋白酶中的活性中心 (通常是丝氨酸上的羟基-OH等等) 催化蛋白质肽链断裂和水解。当酶与蛋白质定向接近以后, 大分子蛋白肽键上的羧基受到蛋白酶上OH基 (酶分子活性中心) 中电子对的亲核攻击, 结果生成一个α-氨基的肽链段和有酶分子加入其中的一个中间产物.此中间产物再进一步水解而生成一个含羧基的多肽分子, 并同时释放出蛋白酶分子.反应过程中酶只起催化剂的作用, 并没有消耗.如此催化过程反复进行多次, 结果将不溶于水的蛋白质大分子裂解和水解成可溶或易被表面活性剂分散洗净的低分子氨基酸或肽, 故酶处理后蛋白质污垢就很易洗净。

(2) 影晌酶活力的诸因素。

将酶加入到洗涤剂中并不是一个简单的混合过程, 特别对于液体洗涤来说更是有一定的难度。因为当酶在一个均一的溶液中, 会经常受到溶液中各组分的影响和攻击, 稍不慎就可能造成酶失活, 还很容易造成浑浊、分层等现象出现。

酶是蛋白质, 它具有一定的生物活性, 这是由它内在的特异构象决定的.当环境改变时分子内一些基团间的作用减弱, 这可能会引起一大部分结构的很快崩演, 从一种有秩序的构象过渡到一种主要是杂乱无罩的构象, 这样一种现象通常称作蛋白质的变性作用。一个酶分子发生了变性作用, 活力将随它完全消失。这是我们不希望的, 是需要特别研究加以防止的。

(3) 究竟哪些因素可引起酸蛋白变性呢?这主要应考虑以下几点。

首先, 温度的改变。当温度升高到足够破坏酶蛋白的一些氢腱或疏水腱时, 就有可能发生突然的结构改变即变性。这种变性称为酶的热变性。热是引起酶失活即酶蛋白变性的最通常的因素。倒如在配制及生产过程中温度过高, 产品贮存过程中温度超过规定等等都是应该特别注意的。

其次, 表面活性剂的影响。配方中除了酶以外虽然还需要加入一些表面活性剂, 以增加洗涤功能, 但加入哪些表面活性剂较为恰当, 这也是需要认真选择的.如果加得不适当也会造成酶失活。

第三, pH值的影响。大部分的酶蛋白仅在一个颇为窄小的PH范围内稳定。即使是碱性蛋白酶, 它适应的范围较宽, 但根据试验, 它也有一个最理想的窄小pH范围, 只有在这个范围中它是最稳定的。

在极端的pH值时, 例如强酸或强碱性溶液中除极个别的几种酶以外, 通常都不稳定。因为在这种条件下, 酶蛋白往往可因带同性电荷的基团间的强烈排斥而发生变性。

第四, 金属离子的存在。有些金属离子是某种酶的稳定剂, 溶液中必须使它达到某种浓度。有些金属离子则是酶失活的促进剂, 具体情况往往因酶的种类不同而变化各异, 除了多注意查阅文献外, 更多的工作还是靠试验数据来说明问题。

最后, 其它影响因素。试验证明, 除了以上几点以外, 还有一些需要特别注意的, 如EDTA的加入以及某些溶剂的加入, 溶液极性的改变, 坐炭、细菌的混入等等均可引起酶活力的改变, 而这些正是洗涤剂行业中所不注意的问题, 有些甚至是洗液配方中常用的成分。

3 未来发展

酶在工业洗涤剂中的应用, 在我国还是近十几年的事, 从理论到实践都还很年青, 原料也不配套, 这给工作带来很大的困难。目前将蛋白酶与脂肪复合起来使用的研究工作显然难度较大, 因为脂肪酶是一种蛋白, 如果有蛋白酶存在就会使脂肪酶被破坏得荡然无存, 故要使这互相对立的两种东西和平共处在一个统一体中, 各自发挥自己的优势, 这当然不是一个简单的问题, 必然要投入较大的精力。

摘要：酶在促成洗涤剂产品中应用是合成洗涤剂工业发展过程中重大技术进步之一。初期使用的是单一的蛋白酶, 以后陆续开发了淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶的应用, 以及两种或两种以上酶的协同应用。酶被引进洗涤剂工业的, 大大地支持和帮助了洗涤用品工业的发展。酶制剂工业是一个新兴的具有发展前景的行业。

关键词：碱性蛋白酶,生物催化剂,工业洗涤剂