探索商业化纤维素酶制剂在聚酯/棉混纺循环分离中的应用：通过靶向棉纤维解聚实现可持续纺织回收

本综述系统评估了35种商业化纤维素酶制剂在聚酯/棉混纺织物分离中的应用潜力。研究通过生化检测（蛋白定量、还原糖含量、SDS-PAGE和酶活性测定）全面表征了不同制剂特性，并创新性地引入蛋白效率作为关键评价指标。研究发现内切葡聚糖酶（EG）主导的制剂在棉纤维去除效率和经济效益方面表现最优，为纺织废料的循环经济提供了酶法分离新策略。

　　

引言：纺织工业的快速发展导致纺织废料急剧增加，特别是聚酯（PET）和棉纤维混纺织物。高效回收混纺织物需要有效的纤维分离方法，而当前策略存在显著局限性。本研究旨在探索商业化纤维素酶制剂在棉纤维酶法解聚中的性能，并为新型反应器系统提供优化活性模式。

材料与方法：研究收集了35种用于生物抛光、石洗或生物质降解的纤维素酶制剂，通过生化检测进行系统表征。采用布拉德福德法测定蛋白含量，邻铜试剂法测定还原糖含量，SDS-PAGE分析蛋白组成。通过滤纸 assay（总纤维素酶活性）、KCellG5 assay（内切葡聚糖酶活性）、Avicel assay（纤维二糖水解酶活性）和PNP assay（β-葡萄糖苷酶活性）评估酶活性特性。选取10种制剂在可控反应器系统中进行实际评估，基于棉纤维重量损失测定分离效果。

结果：蛋白含量分析显示活性制剂的蛋白浓度范围为3.47–190 mg/mL，固态制剂平均含量（101.4 mg/g）显著高于液态制剂（34.5 mg/mL）。还原糖含量在4.23-256 mg/mL范围内波动，总粗制剂（TC）和固态制剂显示更高含量。SDS-PAGE分析揭示TC制剂在19-45 kDa和58-75 kDa区域呈现高强度条带，而内切富集制剂（EG）在22-31 kDa区域达到最大条带强度。

酶活性测定显示TC制剂在所有assay中均表现更高活性，酸性制剂比中性制剂具有更高V_max^app，温敏制剂优于冷敏制剂。滤纸和Avicel assay中观察到两种动力学曲线类型：TC制剂呈现典型双曲线，而EG制剂显示线性关系，表明其纤维二糖水解酶（CBH）活性较低。

反应器实验结果表明，棉纤维去除率在11%-35%之间，但与常规酶活性测定结果缺乏直接相关性。中性制剂在反应器中表现优于酸性制剂，蛋白效率成为评估酶制剂效果和经济可行性的关键指标。Cel 33（TC Deg）在重量损失和蛋白效率方面表现最为均衡，其成功归因于高水平内切葡聚糖酶活性、适度纤维二糖水解酶活性和微量β-葡萄糖苷酶活性的协同作用。

讨论：研究发现在反应器性能与常规酶活性测定之间缺乏强相关性，表明传统纤维素酶assay可能无法充分预测实际分离效率。超出保质期的制剂显示活性蛋白含量最低，特别是固态制剂。内切葡聚糖酶被确定为棉纤维分离的关键酶类，而纤维二糖水解酶的协同作用和β-葡萄糖苷酶对抑制效应的缓解也不可忽视。

SDS-PAGE深入分析表明，高分子量区域（29、37、45-49和62 kDa）的条带与高效重量损失性能密切相关，可能对应内切葡聚糖酶V（EGV）、内切葡聚糖酶（EG）、内切葡聚糖酶II（EGII）和纤维二糖水解酶II（CBHII）。22和27 kDa条带与高蛋白效率相关，提示这些内切葡聚糖酶同工型在分离过程中具有特殊重要性。

结论：本研究强调需要针对纤维分离应用 specially tailored 酶制剂设计。基于常规活性assay的酶制剂选择方法需要结合反应器性能和蛋白效率指标进行补充。对于这种新型应用，优化制剂应包含高比例内切葡聚糖酶、适度纤维二糖水解酶活性和少量β-葡萄糖苷酶，这与当前生物抛光、降解和石洗制剂有明显区别。这些发现为纺织废料的酶法回收提供了重要理论基础和实践指导，对推动纺织行业循环经济发展具有重要意义。