环保型油渍洗涤剂的配方研究 基于从土著嗜极菌绿脓杆菌株中得到的一种脂肪酶外文翻译资料

 2022-09-25 16:53:37

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环保型油渍洗涤剂的配方研究

基于从土著嗜极菌绿脓杆菌株中得到的一种脂肪酶

Sanja Grbavcˇicacute; bull; Darka Markovicacute; bull; Mirjana Rajilicacute;-Stojanovicacute; bull;Mirjana Antov bull; Marina S ˇ cacute;iban bull; Ivanka Karadzˇicacute; bull;Zorica Knezˇevicacute;-Jugovic

摘要

一种从腐臭的金属加工液分离的土著嗜极菌绿脓杆菌获得的脂肪酶可以用作洗涤剂添加剂。所获得的酶作为添加剂在洗涤剂配方中的适用性被它在几个新产品配方中的效果所证明，这些新产品中表面活性剂种类和浓度不同，在除油效率和洗涤废水的组成方面具有良好的性能。不同的含酶洗涤剂配方的除油率在被三油酸甘油酯处理过的棉织物上进行研究并与只含表面活性剂的洗涤剂的出油率进行比较。含有少量表面活性剂的配方中去除脂肪土的最高效率被发现在含Lutensol XP-80（除油率gt;80%）和Triton X-100（除油率gt;60%）的含酶配方中。之后，在一种或两种表面活性剂的基础上运用统计学设计的实验和响应面法（RSM）就优化酶配方的组成做了尝试。考虑到环境方面和所用的洗涤剂，表明相当高的除油效率在含有少量Lutensol XP-80（0.4%）的配方中在所有PH范围可获得。但是，PH似乎有显著地影响，因为在升高PH和增加酶的量时除油率明显增加。具有中度碱性和高酶含量的配方对脂肪土具有较高的清洗能力，即使含有少量表面活性剂。

关键词

酶，绿脓杆菌，洗涤剂，表面活性剂，环保配方

介绍

现在的洗涤剂是复杂的混合物，含有表面活性剂，柔软剂，氧化剂和各种酶等成分。随着环境问题越来越严重和人们对环境越来越多的关注，含酶洗涤剂正在取代不易降解，腐蚀性和有毒的传统的化学产品。目前在欧洲，美国，日本含酶的日用洗涤剂的使用比例已经超过了80%。酶是环境友好的添加剂，是生物可降解的并且能提高清洗效率，能够减少刺激性的，低降解性的表面活性剂在洗涤剂中的使用，而不损害市场需求所需的功能。而且，清洗过程可以在低温下进行。世界领先的酶生产商所做的估算表明可以将洗涤温度从40降到30℃，这将节省每一个洗涤周期30%的能量消耗。以欧洲每年的使用水平这将节省超过40亿千瓦时的电量。在全球变暖和气候变化的背景下，二氧化碳的排放个很重要的问题，这样节约能源将直接减少每个洗涤周期150-450g二氧化碳的排放量，并且欧洲每年将减少二氧化碳排放量达1200万吨。考虑到这些，在洗涤剂中加入酶将改善其对环境的多种影响。

因为表面活性剂占据了洗涤剂生产成本饼状图的最大一部分，所以降低表面活性剂的浓度，节约成本用来添加酶，这样即使在低浓度表面活性剂下效果也很好，这就弥补了用来生产酶的费用。所以洗涤剂总的费用将保持不变甚至降低。

在今天的水平，酶市场超过30%的酶用于洗涤工业，特别是蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶。然而并不是所有的酶都可以用于洗涤剂中。酶用于洗涤剂中要适应其他成分的的存在，其他成分可能会抑制甚至让酶失去活性。此外，他们的生产必须符合成本效益。洗涤剂中对高性能酶的需要，以及以及知识产权和专利权的需要，导致了对新的微生物酶的不断追求，并成为科学利益和工业发展的焦点。

在我们以前的工作中，我们选择了一种土著嗜极微生物菌株，可以多产脂肪酶和蛋白酶。该菌株根据所建立的代谢和分类特征被标记为铜绿假单胞菌。从被研究的菌株中分离出的这种天然酶被认定为是洗涤剂的一种潜在添加剂，因为其在多种表面活性剂，氧化剂，局部可用洗涤剂的存在下仍有很好的性能。就清洗力和洗涤废水方面而言，目前实验的目的是在生产的酶的基础上设计一个高效的洗涤剂配方。为了获得洗涤剂适宜的酶配方，他们的组成用响应面法（RSM）以环保性和去污力为依据进行配方优化。

实验程序

微生物

所研究的微生物是一种以前被标记为铜绿假单胞菌的菌株(铜绿假单胞菌B001380),这是从腐臭的含有大量矿物油和表面活性剂的碱性金属切削液中分离得到的。这种微生物是从三爱石油（东京）获得，并且N. Fujiwara教授（大阪县技术研究所，大阪，日本）给我们提供了大量帮助。这种微生物在琼脂斜面上维持在4℃,琼脂斜面包含蛋白胨Ⅰ(10gl-1),酵母提取物(5gl-1),NaCl(5gl-1)和琼脂(15gl-1)。

在优化条件下制备了粗酶制剂。采用对硝基苯基棕榈酸酯（PNPP）为底物，通过P-NPP分光光度法测定脂肪酶的使用活性，被确定为2.5 IU mL-1。一个单位的酶活性（IU）定义为在测定条件下每分钟分解1umol对硝基苯酚所需的酶的量。

表面活性剂

基于以前的一些在大量表面活性剂存在时酶活性的结果，在实验中选出了对脂肪酶活性没有抑制作用的表面活性剂，即SDS，Tween 20，Triton X-100和Lutensol XP-80。这些材料的使用没有进行任何优化。在研究中用到的所有表面活性剂的化学结构，平均分子质量和供应商列于表1中，还包括一些表面活性剂的物理化学性能，如临界胶束浓度（CMC）和亲水亲油平衡值（HLB）。通过标绘表面张力与表面活性剂浓度的比值得到CMC的数值（数据没有提供）。所用表面活性剂CMC的测定值与文献中获得的相同或相似物质的CMC有很好的一致性。

表面活性剂 类型/结构式 n/R MW(g/mol) HLB CMC

阴离子

SDS 十二烷基硫酸钠 R=12 288.4 40 7.6mM

2.2g/L

Lutensol 非离子

XP-80 乙氧基化脂肪醇 8/10 500 14 1.9mM

0.95g/L

Tween 20 非离子

聚氧乙烯失水山 20 1228 16.7 0.063mM

梨醇单月桂酸酯 77.21g/L

Triton 非离子 9-10 647 13.6 0.22mM

X-100 0.143g/L

表1

脱脂率测试

为了检测好有脂肪酶的不同配方的洗涤剂的清洗效率，用500mu;l苏丹红染色三油酸甘油酯（0.02% w/w）预浸渍的棉布（5cmtimes;5cm）在含有50ml不同组成的洗涤剂的烧杯中，在搅拌速度为150rpm温度为30℃的条件下洗涤30min。在洗涤后，织物用50毫升蒸馏水搅拌30分钟洗涤两次。让这些棉布干燥一夜，从棉布的颜色和亮度变化确定清除油污的百分数。这种变化是由一个反射分光光度计通过与盲样进行比较检测的。用蒸馏水洗涤的织物作为盲样，消除了由混合引起的机械去除污染物的影响。为了确定颜色和亮度的变化，用一个新Datacolor SF 300分光光度计（光源D65）与10°标准观察者来测试。基于测量的CIE色坐标、与盲样之间的颜色差异（E*），处理后的织物根据公式1确定：

（1）

公式中的Delta;L*是所处理的和控制样品之间的亮度差；Delta;a*是红/绿颜色坐标值的差值；Delta;b*是黄/蓝颜色坐标值的差值。

在预定标准曲线的基础上确定了油污的去除率。标准曲线是通过一系列实验构建的，试验中用一些洗涤剂处理过的织物颜色/亮度的

变化与除油量的关系构建了此标准曲线。通过索氏氯仿萃取测定织物上的残余量的三油酸甘油酯。除油率由公式2计算得到：

（2）

公式中mtotal 是浸渍在织物上的所有油污的质量；mi是经过洗涤后织物上剩余的油污质量。

在所有脏的和干净的棉布上的至少三个不同区域进行了反射率的测试。从每一个布样品获得的结果之间的差异在统计学上没有意义的，我们把它解释为一个统一的分布在织物上的土壤和最终从未经处理的和经过处理的样品上土壤去除率的一个指标。

表示颜色的标准曲线是在与除油率的亮度相比较之下绘制的。这些试验确定了颜色/亮度与除油率之间有相当好的线性相关性（每一个因素的R2ge;0.98），在以后的实验中通过标准提取的方法可避免洗涤剂效率的测定。

洗涤剂配方的优化

含酶洗涤剂配方的组成运用析因设计和响应面法进行优化。Lutensol XP-80和Triton 的最初浓度，PH和酶的用量都是考察变量。为了获得最优配方，在不同的洗涤剂溶液（50ml）中清洗织物，这些洗涤剂中含有不同的便面活性剂浓度，不同的PH和不同的酶含量（脂肪分解活性2.5 IU/ml）。实验的洗涤条件范围和所选择的因素按照单因素研究方法列于表2。污渍清洗效率的百分数被作为响应变量（Y%），清洗效率通过分光光度计基于被清洗的棉布前后色彩和亮度的变化来测量，棉布通过苏丹红染色三油酸甘油酯进行预处理，这在前面已经介绍过了。数据采用响应曲面回归过程进行了分析，并拟合出了二阶多项式方程。响应函数的系数及其统计意义，运用Matlab软件最小二乘法评价（Matlab Inc.）。最后的简化模型只考虑了这个重要目标。缺乏适合的测试，以确定构建的模型是否能够描述所获得的数据。运用适合的模型，保持两个独立的变量在一个恒定的值而改变其他两个变量，得到了响应面和等高线图。

分析方法

根据标准方法测定的废水参数包括含干物质、灰分、有机物干物质和总氮含量和化学需氧量（COD）。实验重复进行两次（精度被认为是plusmn;5%），并给出每个测量参数的平均值。

结果与讨论

表面活性剂对基于酶的洗涤剂配方的适用性

在我们以前的工作中，我们成功地用土著微生物菌株，以前标记为铜绿假单胞菌三爱，在液体LB培养基中发酵值得脂肪酶。该菌株鉴定为铜绿假单胞菌并通过16S核糖体RNA编码基因测序证实。这个菌株放置在匈牙利布达佩斯国家农业和工业微生物收集局，作为NCAIM（P）B 001380菌株，16S rRNA基因序列的放置编号为JQ012798。采用ARB软件构建了这种分离的菌株与一些密切相关的假单胞菌株的系统进化树，并且提供了辅助材料（电子辅助材料ESM1）。它的其他分类和代谢特征在前面进行了研究和讨论。

运用RSM确定的培养基组成和工艺参数进一步优化铜绿假单胞菌三爱生产酶，改进酶的生物合成的调控途径，增加选定的脂肪酶产量。铜绿假单胞菌三爱合成的脂肪酶表现出了作为洗涤剂添加剂的潜在适用性的显著特性。特别是，得到的酶的功能优化是在pH 11和70℃。此外，这种酶在各种表面活性剂，氧化剂和商业洗涤剂的存在下被证明是稳定的，并表现出显著的氧化剂的稳定性。加入过氧化氢，次氯酸钠和过氧乙酸，在相当长的一段时间没有对酶的活性造成显著影响。

因此，当前研究的目的是把所研究的酶加入到洗涤剂配方中验证其适用性，为了最终获得清洗效率和环境方面影响最优的生物清洗剂配方，这些洗涤剂配方中表面活性剂的种类和浓度不同。为了实现这一点，评估洗涤剂在参考状态下（微碱性条件下，30 ℃，0.5–1.5 h）的脱脂率是有必要的，而且洗涤废水的质量检测也是有必要的。

最初的研究包括洗涤剂在棉织物上除去油渍的能力。根据先前在大量表面活性剂存在下酶活性的结果，选择了四种表面活性剂。因此，这些配方基本上是基于脂肪酶（100IU）和表面活性剂，这些表面活性剂对酶活性没有抑制作用，它们是SDS，Tween 20，Triton X-100和Lutensol XP-80。

图一显示了洗涤剂配方在不同表面活性剂浓度下，有无酶是的除油污的百分数的变化情况，图中SDS（a），Lutensol XP-80（b），Tween 20（c），Triton X-100（d）。用含有不同表活性剂类型和不同浓度的洗涤剂清洗30min后，可以看出所有的含酶洗涤剂可以有效地去除油腻性污渍，在低表面活性剂浓度下有更好的效果。表面活性剂脱脂力依次增加的顺序是Lutensol ＞XP-80 ＞

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