一篇讲清楚纤维素酶在洗涤中的应用知识点，行业小白再也不会力竭了

# 纤维素酶在织物洗涤剂中的应用#

摘要：

洗涤剂中经常会添加生物酶来提高洗涤和护理性能，纤维素酶作为生物酶中一种，在洗涤剂中有多种应用优势。阐述了纤维素酶的来源、组成及其在洗涤剂中的应用机理与效果。研究表明，纤维素酶通过水解棉纤维表面的微纤维和毛球，协同表面活性剂显著提升去污性能，同时改善织物的光滑度、色泽及抗起球能力。此外，探讨了温度、pH值及离子强度对纤维素酶稳定性的影响，并提出通过酶工程改造、固定化技术等方法优化其应用性能。尽管纤维素酶在洗涤剂中已取得显著成效，但仍面临成本高、酶活力保持困难等挑战。未来研究需聚焦基因工程、多酶协同体系及低温适应性改进，以推动洗涤剂向高效节能与环境友好方向迭代。旨在对纤维素酶在洗涤剂中的应用进行全面分析，为其进一步发展提供参考。

     纤维素是自然界中分布最广、含量最多的天然有机物，占植物界碳含量的50%以上，是植物细胞壁的主要成分。纤维素是由D-葡萄糖以β-1,4-糖苷键组成的大分子多糖，不溶于水及一般有机溶剂。

     纤维素酶结构复杂，能水解天然纤维素的纤维素酶通常是复杂的多酶体系，由多个组分组成。其主要活性部位具有特定的三维结构，能够识别并结合纤维素底物。这些酶分子一般包含催化结构域、结合结构域和连接肽段^[3-4]。催化结构域负责催化纤维素的水解反应，结合结构域则有助于酶与纤维素底物的特异性结合，连接肽段将两者连接起来^[5]。

1.1 来源

     纤维素酶的来源非常广泛，真菌、细菌等都能产生纤维素酶。细菌（如芽孢杆菌属）来源的纤维素酶通常具有较高的热稳定性和特殊的催化特性^[6]。

     而真菌是纤维素酶的重要来源，其中对纤维素作用较强的是木霉属、曲霉属、青霉属和枝顶属的菌株。应用于纤维素酶规模化生产的菌株主要是里氏木霉、绿色木霉和黑曲霉^[7-8]。里氏木霉产生的纤维素酶具有产量高、活性强等特点，且易于进行基因工程改造，可以按照设定的方向进化，以便获得更高的催化效率和稳定性。

     某些植物中也存在纤维素酶，但其活性相对较低，且在洗涤剂中的应用研究较少^[9]。

1.2 组成

按底物的特异性可将纤维素酶主要分成以下三大组分：

1.内切葡聚糖酶

    内切葡聚糖酶作用于纤维素链内部的β-1,4-糖苷键，随机切割纤维素分子，产生不同长度的纤维素寡糖片段。它的作用可以破坏纤维素的结晶结构，使纤维素纤维变得松散，从而有利于后续的水解反应^[10-12]。

2.外切葡聚糖酶

    外切葡聚糖酶（CBHs）在纤维素降解过程中起着关键作用，能够从纤维素链的非还原端或还原端逐个切除葡萄糖单元，从而进一步分解纤维素寡糖为纤维二糖等小分子产物。这些酶通常与内切聚葡萄糖酶协同作用：内切酶先在链内部切割产生更多末端，外切酶随后从暴露的末端进行水解^[13-14]。根据其作用末端的不同，外切葡聚糖酶可分为两类：从非还原端作用的CBH I和从还原端作用的CBH II。CBH I主要作用于纤维素链的非还原端，而CBH II则作用于还原端，两者共同完成纤维素的彻底水解^[15]。

 3. β-葡萄糖苷酶

     β-葡萄糖苷酶主要作用是将外切葡聚糖酶产生的纤维二糖等低聚糖进一步水解为葡萄糖^[16-17]。

     一个纤维素酶制剂产品中通常同时含有内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶，协同分解纤维素。根据最终功能效果的不同，组分中的含量也各有不同。

     纤维素酶在洗涤剂中常见的应用产品有洗衣液、洗衣凝珠、柔顺剂和衣物翻新剂等，通常为产品提供协同去污、抗起球、去毛球、柔软、亮白等功能宣称。

2.1 纤维素酶协助提升去污性能

      实验主要仪器和材料：RHLQ-III立式去污机，中国日化研究院；全自动白度计WSD-3C，北京康光光学仪器有限公司；炭黑污布（JB-01）、蛋白污布（JB-02）、皮脂污布（JB-03），国家标准污布，中轻检验认证（太原）有限公司。纤维素酶A，纤维素酶B，市售；洗衣液基体为自配。

     测试方法：按照GB/T 13174－2021《衣物用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定》方法测定。

     测试结果见表1，两款自配洗衣液添加市售纤维素酶后对JB-01的去污力均有提升，其中对洗衣液1的JB-01提升幅度大于20%。杨媛、孙莲莲等^[18-19]的实验研究显示，添加纤维素酶的洗涤剂对国标炭黑污布JB-01的去污值也是有提升的。从微观结构分析验证，于跃等^[20]光学显微镜观察显示，未经处理的JB-01污布纤维表面覆盖致密炭黑颗粒，洗涤后仍残留于纤维缝隙；而添加纤维素酶后，纤维表面光滑，孔隙透亮，污渍清除率显著提高。

      主要机理为纤维素酶通过分解织物表面的微纤维和绒毛，显著提升洗涤效果。内切葡聚糖酶切割纤维素无定形区的β-1,4-糖苷键，使纤维结构松散；外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶进一步将分解产物降解为可溶性寡糖或单糖，从而去除微纤维，使织物表面恢复光滑，减少污渍附着位点^[21-24]。同时，纤维素酶通过改变纤维表面性质，削弱污渍与纤维的结合力，使污渍更容易被洗去。

      纤维素酶与表面活性剂的协同作用是其去污能力的关键。纤维素酶使织物表面疏松，为表面活性剂渗透至纤维内部和污渍周围提供便利，增强其吸附和乳化能力。表面活性剂则通过降低水的表面张力，促进洗涤液渗透至纤维与污渍界面，为纤维素酶提供稳定作用环境。此外，纤维素酶通过分解纤维素微纤维，使污渍暴露，表面活性剂随后乳化并分散油污等污渍，显著提升去污效率^[6]。对于蛋白质污渍和色素污渍，纤维素酶通过改变纤维表面结构和改善纤维亲水性，使污渍更容易被洗涤剂中的其他成分作用，实现高效去污。

2.2 纤维素酶改善织物的感官性能

     实验主要仪器和材料：小天鹅滚筒洗衣机TG100V196WIDY；小天鹅烘干机TH100-H32Y；全自动白度计WSD-3C；烧杯；旧纯棉衣物（对半剪开备用），市售纤维素酶C，洗衣液基体，自配；测试方法：按照洗涤需要选择洗衣机洗涤程序，添加定量的洗衣液，循环洗涤。具体洗涤参数如表2。

洗涤烘干后进行目测和色差评估，共10人进行目测，评估加与不加纤维素酶洗涤后织物的差异，其中色差是指加与不加纤维素酶洗衣液洗涤后织物的色差。结果见表3和表4。测试1和测试2中参与评测的10人均认为添加纤维素酶的洗衣液洗涤后的织物看起来毛球更少。色差方面测试1中的红色纯棉卫衣色差比较小，从色差上对比无较大差异。而测试2中的浅蓝色纯棉T恤色差较大，两者有明显的差异，从b*值看添加纤维素酶洗衣液洗涤后T恤更显蓝色。整体来看，添加纤维素酶的洗衣液洗涤后可以帮助旧的纯棉织物改善毛球情况。

    衣物表面起毛球是因为织物表面因摩擦、洗涤或穿着等外力作用，导致纤维末端松散并相互缠结形成小球状物质，这些小球通常由短纤维或者纤维末端卷曲而成，外观看起来类似绒球或毛球。当面对已经起球的织物，大多数消费者会直接使用毛球修剪器或胶带手动去除，而另一种方式则是使用含有纤维素酶的洗涤剂，纤维素酶专门针对受损或松散的纤维进行切割或分解，以便从织物上去除，使织物表面看起更光滑，颜色更亮，花纹图案也更清晰。

     主要机理：纤维素酶通过水解微纤维中的β-1,4糖苷键，弱化毛球与主纤维的连接。内切酶切断微纤维内部的化学键，外切酶进一步降解断裂的短链，最终使毛球在机械力（如洗涤时的水流摩擦）作用下脱落^[6]，从而改善织物结构。在去除微纤维后，织物表面更光滑，减少光线散射，恢复原有色泽和柔软度。纤维素酶通过切除棉织物表面处于非结晶区的棉纤维来释放吸附在织物表面的染料，但不能阻止染料再次粘附在织物上，想要增加防串色效果还需额外添加防串色剂^[25-26]。

     除了起毛球外，每次洗涤衣物时洗涤水中的污垢颗粒会重新沉积在原本干净的衣服上，导致衣物表面看起来变灰、变暗。酶处理后，纤维表面光滑度提高，减少了污垢的二次吸附，使织物保持新鲜的状态。