酶領生物洗滌未來
——更清潔、更環保、更可持續的商業發展

李 浩 高 楠

（諾維信（中國）投資有限公司，北京，100085）

自2007年十七大報告中首次提出“建設生態文明，基本形成節約能源資源和保護生態環境的產業結構、增長方式、消費模式”以來，綠色生產和消費就成為我國新型工業化和可持續發展的重要內涵。在2016年發布的《中國落實2030年可持續發展議程國別方案》[1]中，更是從可持續消費立法、綠色標準制定、最嚴格資源管理和產品的全生命周期管理等方面對“聯合國可持續發展目標12-采用可持續的消費和生產模式”設定了符合中國國情的具體化措施。

中國洗滌用品工業一直在積極探索綠色發展實踐。2009年，中國輕工業聯合會和中國洗滌用品工業協會聯合發布“濃縮洗衣粉”標識并在之后升級為“濃縮洗滌劑”標識。同時，眾多洗滌劑生產企業和品牌也都積極參加了工信部提出的“生態設計產品-家用洗滌劑”的評價活動并獲證。在2019年中國洗滌用品行業綠色發展峰會上，工信部副部長辛國斌將中國洗滌用品工業的綠色發展濃縮為三點，即綠色產品、綠色品牌和綠色制造，并推動基于產品全生命周期的綠色生產和消費[2]。

與傳統的石化原料相比，生物酶制劑由于其天然的生物屬性，可以在洗滌劑綠色化發展過程中發揮重要作用。生物酶是來自于大自然的生物催化劑，在洗滌過程中可與其他洗滌成分發揮良好的協同作用，提高洗滌劑的去污性能，提升洗滌劑護衣護色和異味去除效能。近年來，隨著“生物洗滌劑”概念的提出，用綠色原料替代石化成分制造生物洗滌劑已經成為了國內外行業關注的焦點。

1 研究目的和方法

1.1 研究對象

本研究中的對象為4個液體洗滌劑產品，參見圖1。

圖1 洗滌劑的成分構成

洗滌劑A采用的是常規表面活性劑，且助洗劑只添加了一種蛋白酶，為目前市售洗滌劑的代表配方。在洗滌劑B中，我們將表面活性劑含量減少了30%，且未額外添加酶。洗滌劑C中，表面活性劑的濃度水平與洗滌劑B中的相同，但添加了由5種酶組成的復合酶混合物。在洗滌劑D中，我們調整了表面活性劑濃度，較洗滌劑A降低了45%，同時添加了效能更強的復合酶。上述變化帶來的質量損失均用水補齊至100%。

1.2 洗滌實驗設計

實驗共進行了12組洗滌，用以證明表面活性劑替代方案的去污作用。每次洗滌的洗滌劑用量為74 g，在自動波輪洗衣機（松下洗衣機，型號XQB75-H7231）中進行，每一種洗滌劑進行了3組外部重復洗滌以控制誤差（25°C，主洗15 min，洗滌用水量37 L，2次漂洗，1.5 kg滌棉混合洗滌填充物，水硬度14°dH）。設置這些洗滌條件的目的是模仿亞太地區眾多家庭的洗滌習慣。

1.3 污漬序列

由于酶和表面活性劑對不同類型污漬的作用不盡相同，因此實驗使用了一整套的污漬序列，以便能充分涵蓋洗滌效能評估的各個方面。這套序列由38種污漬組成，目的在于涵蓋亞太地區消費者最常見的污漬種類。

1.4 去污力評估

洗滌實驗中使用的所有樣品均在洗滌后自然晾干，然后采用Datacolor反射計測量干燥樣品在460 nm處的反射值。

1.5 環境影響評價

遵循ISO14040標準，本研究通過產品生命周期評估模型（Life Cycle Assessment, LCA）對4種洗滌劑在其全生命周期環節對環境的影響進行評估，其中考慮了從原材料開采加工、酶和表面活性劑生產，到洗滌劑產品生產、使用及使用后廢水排放和處理之間的所有重要環節。

環境影響評價包括一個資源要素指標（化學品消耗）和兩個環境要素指標（氣候變化和對水生生物的毒性影響）。

化學品消耗是指由于洗滌劑配方改變所產生的洗滌劑原料用量變化。

氣候變化是指由于能源的使用變化所引起的二氧化碳等溫室氣體的排放，對全球升溫的潛在影響。

水生生物毒性是指洗滌廢水最終流入自然水體后對水生生物的影響。盡管高效的市政廢水處理系統已經遍布城市和鄉村，但消費者使用后的洗滌劑成分最終還是會流入到當地的湖泊和河流。這些物質可能會對水中生物(藻類、水蚤、魚類等)的生活造成不良影響，且生物降解速度緩慢。這種化學制品在環境中的潛在影響被稱為水生生物毒性，其衡量標準是將所考慮的成分溶解至無毒水平所需的水量，即臨界稀釋量（Critical Dilution Volume,CDV，參見圖2）。本研究采用歐洲生態標簽系統[3]的篩選方法，對使用的酶和所節約的表面活性劑的臨界稀釋值進行了估算，將每種物質的數量、活性成分含量以及可降解性和毒性都列為考慮因素。

圖2 洗滌劑對水體和水生生物的影響

2 結果

2.1 洗滌去污結果

下圖3顯示4種洗滌劑方案針對污漬的去除效果，結果用洗滌后38種污漬的反射值總和來表示。反射值高意味著去污力強，反之亦然。

圖3 常規洗滌劑與3種配方調整后的洗滌劑總去污能力對比

結果表明，在不添加任何復合酶的情況下（洗滌劑B），降低洗滌劑中表面活性劑的濃度會導致去污力下降。這一結果在意料之中，也驗證了表面活性劑在洗滌劑中的重要性。

結果還表明，將5種復合酶添加到洗滌劑中，并將表面活性劑減少30%或45%（洗滌劑C和洗滌劑D），可以有效彌補損失的總洗滌效能。這一效果要歸功于多種酶的添加，這些酶將不同類型的污漬分解成碎片，從而使清洗系統能更有效地發揮作用。

2.2 不同污漬組所對應的洗滌結果

我們將去污結果分組，以便能更直觀地呈現不同洗滌劑對各組污漬的實際效果。

如圖4所示，用5種復合酶代替表面活性劑（洗滌劑C和D）后，7個污漬組中有6個組的平均去污效能都得以改善或保持原有水平。

對“富含蛋白質的污漬”“富含淀粉的污漬”“富含甘露聚糖的污漬”以及“混合污漬”所做的觀察結果表明，它們的平均去污效果均有所提升。其原因在于，特定的酶能夠有效地并針對性地去除這些污漬。

圖4 4種不同洗滌劑對7種物資組的平均去污率

在“表面活性劑敏感的污漬”組中，去污效果幾乎相同。這是因為在所有納入考慮的洗滌劑中，都含有足夠濃度的表面活性劑。

與通常的液體洗滌劑一樣，納入考慮的洗滌劑不包含任何具有漂白作用的漂白劑，因此對“漂白劑敏感的污漬”的洗滌效能與洗滌劑本身的選擇無關。

在“富含脂質的污漬”組中，當表面活性劑含量減少30%并添加酶時，酶表現出提升去污效能的能力。但是當表面活性劑含量降低45%時，添加酶并不足以彌補表活減少引起的洗滌效能下降。脂質敏感污漬組中的組分豬油是洗滌效能降低的原因。

2.3 洗滌性能總結

總體上，對于大多數污漬而言，使用富含酶的洗滌劑，在表面活性劑減少30%的情況下，可以改善洗滌性能。即使表面活性劑減少45%，含酶洗滌劑在除“脂質污漬組”以外的所有污漬組中的功效也都明顯勝出。

如表1所示，我們對GB/T 26398-2017 《衣料洗滌劑去污性能、耗水量、節水性能評估指南模擬家庭洗滌試驗法》中一些JBS污漬的洗滌效果做了總結（如圖5），其趨勢與圖3一致。因此，對于該部分國標污漬而言，使用富含酶的洗滌劑，在表面活性劑減少30%或45%的情況下，依然可以改善洗滌效能。

表1 污漬對比

表2列出了用于洗滌效能評估的污漬詳細信息。

圖5 JBS污漬總結

2.4 從成本角度分析表面活性劑的替代方案

降低洗滌劑中表面活性劑的用量可以節約成本。在本研究中，節約的表面活性劑成本用于在洗滌劑中添加酶。例如，在表面活性劑用量減少30%的情況下，與傳統洗滌劑中僅一種酶相比，我們可以添加5種不同的酶（如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、甘露聚糖酶和纖維素酶），而仍可以節約相當于表面活性劑和酶總成本的8%(計算所采用的價格是估計的市場價格而非實時價格)，見下圖6。

圖6 洗滌劑成本動態變化情況

表2 用于洗滌效能評估的污漬詳細信息

2.5 環境影響評價結果

2.5.1 化學品消耗

在洗滌劑產業鏈的上游環節，每年都會有大量的洗滌劑原料被制造出來，并經過運輸和儲存用于洗滌劑產品的生產。用酶替代表面活性劑，可以大量減少洗滌劑的活性成分，因為酶的催化劑性質決定了它出色的洗滌效率。

如圖7所示，當表面活性劑含量降低30%時，酶的用量僅為所減少的表面活性劑用量的1/10。這意味著，如果采用高強度的酶系統，則每次洗滌都可以節約相當用量的洗滌劑成分。洗滌劑生產商因此受益，可以開發出體積更小的產品，以便在線分銷并節省包裝、運輸和倉儲成本。

圖7 不同配方洗滌劑成分的用量和節省量

2.5.2 氣候變化

酶和表面活性劑的生產都會對全球氣候產生影響，因為能源的利用貫穿洗滌劑生產和消費的整條產業鏈，無論在哪個環節，都會排放CO2和其他溫室氣體。

如圖8所示，生產每次洗滌所需用酶的二氧化碳排放量比生產所節約的表面活性劑的二氧化碳排放量低約10倍。原因得益于酶的催化劑特性——持續發揮功效且不會損失。而表面活性劑則是通過形成聚集體起作用，且在洗滌過程中會被消耗掉。少量的酶可以發揮與大量表面活性劑相同的作用。

2.5.3 水體生物毒性

圖8 不同洗滌劑成分所產生的溫室氣體排放量 （CO2e）

無論是否經過廢水處理，洗滌廢水最終都會進入自然水體并自然降解。盡管毒理評估的結果尚不確定，但酶和表面活性劑之間存在明顯差異，而且從對水生生物毒性的角度看，可以大致得出酶對水生生物更有利的觀察結果。

如圖9所示，添加的酶可能需要1.1m3的水來稀釋以消除其生物毒性，而稀釋所節約的表面活性劑的毒性可能需要12.6m3的水。對水生生物而言，添加的酶的潛在生態毒性是所節約的表面活性劑的1/11。原因是酶比表面活性劑用量更少，更易生物降解。

圖9 不同洗滌劑成分的臨界稀釋值

2.6 中國環境展望

中國家庭每年的洗衣總次數約為600億次（計算依據：2018年中國人口[4]約為14億人，戶均規模3.4人，可以計算得出中國家庭數量約14億÷3.4人/戶≈4億戶。中國家庭平均每周洗衣次數約為3次，據此可以得出中國家庭每年總洗滌次數約為4億戶×3次/每周×52周/年≈600億次/年）。

2.6.1 節約化學品

如果50%的中國家庭都使用富含酶且表活用量減少30%的洗滌劑進行衣物洗滌，那么中國每年的化學品消耗量將可以減少10萬噸（每年600億次洗滌×50%×每次洗滌可節省3.6克洗滌劑成分/100萬克/噸≈10萬噸），這相當于大約4000輛卡車的承載量（10萬噸化學品÷ 25噸載重/每輛卡車≈4000輛卡車載重量）。

2.6.2 溫室氣體減排

如果一半的中國家庭都使用富含酶且表活用量減少30%的洗滌劑進行衣物洗滌，那么每年可以減排30萬噸CO2（每年600億次洗滌×50%×可減排10克CO2/每次洗滌÷100萬克/噸≈30萬噸二氧化碳），這相當于約12.5萬輛家用汽車的CO2年排放量（30萬噸CO2÷2.4噸CO2/每車≈12.5萬輛汽車）。

2.6.3 更清潔安全的水環境

如果一半的中國家庭都使用富含酶且表活用量減少30%的洗滌劑進行衣物洗滌，那么每年可節省3500億m3的生態稀釋水（每年600億次洗滌×50%×11.5m3稀釋水/每次洗滌≈3500億m3稀釋水），這差不多相當于一個邊長為7km的潔凈水立方體。

3 結論與建議

從去污性能來看，用生物酶替代部分表面活性劑，可使優化后的液體洗滌劑在洗滌去污表現上均優于未調整的液體洗滌劑。在不同污漬組上，特別是“富含蛋白質的污漬”“富含淀粉的污漬”“富含甘露聚糖的污漬”和“混合污漬”組上，優化后的液體洗滌劑的表現均有明顯的改善和提高。這一結論可以對中國洗滌劑廠商針對特定市場和消費者需求開發特定的洗滌劑產品有參考價值。

不僅如此，本研究中針對洗滌去污表現提升所做的配方優化是在保持洗滌劑原料成本不變、甚至略有降低的前提下所做的調整。這一結論證明生物酶有助于中國洗滌劑廠商在不斷提升產品效能的同時保持產品的價格競爭力。

尤為重要的是，生物酶替代部分表面活性劑還會對環境有積極的影響，如減少化學品消耗、降低溫室氣體排放和對水生生物的影響。生物酶在洗滌劑中的應用將有助于推動中國洗滌用品工業的可持續發展，助力實現“生態文明”和“美麗中國”偉大目標。