آنزیم های شوینده

پروتئازها

لکه های پروتئین در لباس یا روی ظروف (در ظرف شوی ها) توسط پروتئازها حذف می شوند. عملکرد پروتئاز در شوینده ها نسبت به قیمتش کاملا اقتصادی است. در مواردی همچون لکه کاکائو یا برخی غذاها، عملکرد مشترک پروتئاز و آمیلاز و لیپاز نیاز است.

اکثر پروتئازهای شوینده سوبتیلیسین هستند (E.C. 3.4.21.62). این نام از باکتری Basillus subtilis گرفته شده است. سابتیلیسین ها سرین اندو پپتیداز هستند. برخی پروتئازهای شوینده ها بسیار قلیایی اند (مثل Maxacal و Savinase)، برخی کم قلیایی اند (مثل Maxatase، Alcalase و Subtilisin Novo. جدول 22 برخی پروتئازهای تجاری مخصوص شوینده ها را معرفی می کند. همه آنها وزن 20 تا 30 هزار دارند و در کنشگاه شان سرین دارند. شکل 1 و شکل 2 پروفایل pH و دمای برخی پروتئازهای قلیابالا و قلیاپایین را نشان می دهند.

مثال هایی از پروتئازهای تجاری شوینده ها
مثال هایی از پروتئازهای تجاری شوینده ها
پروفایل pH انواع پروتئازهای شوینده در دمای 25 د.س و زمان واکنش 10 دقیقه با سوبسترای DMC
پروفایل pH انواع پروتئازهای شوینده در دمای 25 د.س و زمان واکنش 10 دقیقه با سوبسترای DMC
پروفایل دمایی پروتئاز های شوینده در pH8.5 برای آلکالاز و pH10.1 برای ساویناز و اسفراز. زمان واکنش 10 دقیقه و سوبسترا DMC است.
پروفایل دمایی پروتئاز های شوینده در pH8.5 برای آلکالاز و pH10.1 برای ساویناز و اسفراز. زمان واکنش 10 دقیقه و سوبسترا DMC است.

عملکرد پروتئاز به شدت تحت تاثیر pH و قدرت یونی شوینده است. برای پروتئاز سورفکتانت های آنیونی مخرب ترین نوع هستند، سپس سورفکتانت های آمفوتریک و سپس سورفکتانت های غیریونی که بهتر از دیگران اند. آلکیل بنزین سولفونات و آلکیل سولفات ها رایج ترین ناپایدارکننده های پروتئازها در شوینده ها هستند. سورفکتانت های غیر یونی و آلکیل سولفات های اتوکسیله که در اکثر شوینده ها هستند، مانع اختلال جدی در عملکرد پروتئاز توسط عوامل یاد شده می شوند. پروتئازها برای پایداری به اندکی کلسیم نیاز دارند.

سفید کننده های شوینده با اکسید کردن لکه های پروتئینی حذفشان را دشوارتر می کنند، ولی بر پایداری و فعالیت پروتئاز چندان اثر ندارند. مشکل بزرگتر پروتئاز با سفیدکننده در شرایط ذخیره و بسته بندی است. در این حالت متیونین پروتئاز توسط سفید کننده اکسید شده و  بنابراین پروتئاز نافعال می شود. با دستکاری ژنتیکی آنزیم و تغییر متیونینی که نزدیک به کنشگاه است، مشکل ذخیره سازی تا حد زیادی حل شده است.

پروتئاز غلظت بیشتر از ppm200 از هیپوکلریت را تحمل نمی کند، ولی در برابر غلظت های کمتر مقاوم است.

پایداری ذخیره ای پروتئاز پایدار به سفید کننده (Evarlase نووزایم) در مقایسه با نوع معمولی
پایداری ذخیره ای پروتئاز پایدار به سفید کننده (Evarlase نووزایم) در مقایسه با نوع معمولی
عملکرد پروتئاز پایدار به سفید کننده و پروتئاز معمولی در مقابل سفید کننده کلرین
عملکرد پروتئاز پایدار به سفید کننده و پروتئاز معمولی در مقابل سفید کننده کلرین

آمیلازها

آمیلازهای تجاری استفاده شده در شوینده ها شامل آلفاآمیلاز متعلق به Basillus amyloliquefaciens و آلفا آمیلاز دماپایدار متعلق به Basillus licheniformis و گونه های آسپرژیلوس هستند. آلفا آمیلاز (E.C. 3.2.2.1) اندوهیدرولیز پیوندهای آلفا گلیکوزیدی را در چندقندی های دارای بیشتر از سه واحد گلوکز انجام می دهد. این آنزیم بر نشاسته، گلیکوژن و اولیگوساکاریدها اثر می کند و گروه های احیاکننده آزاد می کند. آلفا آمیلازها در فرمولاسیون های شوینده های پودری و مایع استفاده می شوند و باعث کاهش دمای شستشو و ملایم تر شدن ترکیب شیمیایی شوینده می شوند. بتاآمیلازها و پلولانازها نیز نشاسته را تجزیه می کنند ولی تجاری نشده اند. جدول 2 برخی شرایط کاربرد آلفا آمیلازها در شوینده ها را ارائه می کند.

آمیلازهای تجاری (نووزایم(
آمیلازهای تجاری (نووزایم(

گرچه آلفاآمیلاز نشاسته را تجزیه و از پارچه جدا می کند، ولی تجزیه نشاسته به طور طبیعی کُند است. برای تسریع عمل آنزیم، نشاسته باید ژلاتینه و متورم شود. البته در اغلب غذاها همچون ماکارونی، سیب زمینی و غذای کودک، نشاسته ژلاتینه می شود. نشاسته در ترکیب با برخی آلودگی های دیگر ترکیب پایدارتری را می سازد که حذفش دشوار است. به همین دلیل است که پارچه های سفید پس از چندین شستشو رنگ کدر خواهند یافت.  آمیلازها تا حد چشگیری از این پدیده ممانعت می کنند.

آلفاآمیلازهای باکتریایی مورد استفاده در شوینده ها به خوبی با پروتئازها سازگارند. برخی آلفا آمیلازها به اندکی نمک کلسیم برای افزایش فعالیت نیاز دارند که در فرمولاسیون شوینده در نظر گرفته می شود. به کمک مهندسی پروتئین سازگاری آلفا آمیلاز با سفیدکننده ها نیز افزایش یافته است.

فعالیت باقی مانده آلفا آمیلاز پایدار به سفید کننده
فعالیت باقی مانده آلفا آمیلاز پایدار به سفید کننده (Duramyl) نسبت به آمیلاز استاندارد (Termamyl) در حضور 100 میلی مولار پراکسید هیدروژن، دمای 40 د.س، pH9، و 1 میلی مولار یون کلسیم.

از مهندسی پروتئین برای کاهش دمای بهینه فعالیت آمیلاز نیز استفاده شده است تا بتواند در شستشو در دمای کمتر نیز استفاده شود. شکل 6 کاهش دما بهینه فعالیت را برای آمیلاز نووزایم نشان می دهد. دمای بهینه فعالیت این آنزیم 25 د.س است.

دمای بهینه آمیلاز کم دما (Natalase) نسبت به آمیلاز استاندارد (Termamyl).
دمای بهینه آمیلاز کم دما (Natalase) نسبت به آمیلاز استاندارد (Termamyl).

لیپازها

لیپازها (E.C. 3.1.1.3) سوبستراهای تری گلیسریدی را هیدرولیز می کنند. چربی ها و روغن ها به دلیل آبگریزی شان در دمای پایین شسته نمی شوند. تری گلیسیرید شامل سه اسید چرب است که با پیوند استری به گلیسرول وصل شده اند. لیپازها آنها را به مونو و دی گلیسرول همراه با اسید چرب های آزاد هیدرولیز می کنند که همگی آبدوست تر هستند و در شرایط قلیایی بهتر در آب حل می شوند.

لیپولاز نختین لیپاز تجاری برای شوینده ها بود که تولید آن با دستکاری ژنتیکی افزایش یافته و اقتصادی شده بود. سرعت تخمیر و تولید لیپاز پایین است و یافتن لیپازهای مناسب برای شوینده دشوار. پس مهندسی ژنتیک تنها راه اقتصادی کردن تولید لیپاز برای شوینده است. لیپولاز در اصل متعلق به Termomyces lanuginosus است که بیان لیپازش پایین است. لیپولاز اولترا (نووزایم) نسل بعد لیپازهای شوینده بود که عملکرد بهینه اش در زیر 20 د.س بود.

سورفکتانت ها و اسیدچرب ها/صابونها به شدت لیپازها را مهار می کنند. لیپازها در بالای pH8 بهترین فعالیت را دارند و عملکردشان با حضور اندکی کلسیم بهتر نیز می شود. با این حال برداشتن کامل لکه چربی با استفاده از لیپازهای معمولی فقط پس از چند سیکل شستشو ممکن است.

شستشوی چندسیکلی با شوینده حاوی لیپاز. حذف لکه به عنوان تابع تعداد سیکل شستشو بررسی شده است
شستشوی چندسیکلی با شوینده حاوی لیپاز. حذف لکه به عنوان تابع تعداد سیکل شستشو بررسی شده است

جالب اینکه فعالیت لیپاز پس از شستشو نیز ادامه دارد، حتی وقتی پارچه در حال خشک شدن است. بیشترین فعالیت لیپولاز در رطوبت 30-20% پارچه است. البته این بخش از عملکرد لیپاز برای شستشوی دفعه بعد مفید است که لکه ها موثرتر برداشته خواهند شد. شکل 8 فعالیت لیپاز را طی مراحل خشک شدن نشان می دهد. به همین دلیل است که برای رفع چربی زیاد ابتدا لیپاز روی آلودگی ها اسپری می شود. لیپاز همچنین بوی بد لباس های ورزشی و … که اغلب ناشی از فلور میکروبی آنهاست را رفع می کند.

عملکرد لیپاز طی خشک شدن پارچه
عملکرد لیپاز طی خشک شدن پارچه

سلولاز

سلولازها پیوندهای بتاگلوکوزیدی 1و4 را در سلولز هیدرولیز می کنند و لذا مستقیما فیبر پارچه را هدف قرار می دهند. سلولازها به اندوسلولاز (اندوگلوکاناز) و اگزوسلولاز (سلوبیوهیدرولاز) تقسیم می شوند. اندگلوکاناز به طور تصادفی پیوندهای گلوکانی سلولز را می شکند. اگزوسلولاز نیز با شکستن این پیوندها سلوبیوز تولید می کند. سلولازها انواع مختلفی با فعالیت ها و شرایط فعالیت متفاوت دارند. سلولاز ساختاری سه بخشی شامل بخش کاتالیز کننده، بخش متصل شونده به سوبسترا و بخش رابط دارد.

بخش های سلولاز
بخش های سلولاز

جدول زیر برخی شرایط استفاده و چند ویژگی برخی سلولازهای تجاری نووزایم را به طور مقایسه ای ارائه می کند.

برخی سلولازهای تجاری نووزایم و شرایط استفاده از آنها
برخی سلولازهای تجاری نووزایم و شرایط استفاده از آنها

در شکل های زیر نیز پروفایل های دما و pH مربوط به Carezyme آورده شده اند.

نمودار دمایی سلولاز Carezyme
نمودار دمایی سلولاز Carezyme
نمودار pH مربوط به Carezyme
نمودار pH مربوط به Carezyme

حذف ذرات آلودگی، نرم کردن و روشن و براق کردن رنگ پارچه بر عهده سلولاز است و سلولاز ها تنها آنزیم های شوینده اند که چنین عملکردی دارند. پارچه با گذشت زمان فرسوده و پرزدار می شود که همین پرزها که چند میکرون تا چند میلی متر هستند، با پراکنش نور از شفافیت پارچه می کاهند. ذرات غبار نیز به این کرک ها می چسبند و کدورت پارچه را بیشتر می کنند. فیرهای آسیب دیده از نرمی پارچه نیز می کاهند. سلولاز با تجزیه و جدا کرن این پرزها بر نرمی و شفافیت پارچه می افزاید. البته غلظت بیش از حد سلولاز موجب آسیب به بافت اصلی پارچه می شود و لذا مقدارش به دقت انتخاب می شود.

ماناناز

ماناناز مورد استفاده در شوینده ها مانان اندو مانوزیداز است که پیوند های بتا-1و4 مانوزِ گالاکتومانان ها را هیدرولیز می کند. چنین ترکیبی در صمغ گوار (guar gum) وجود دارد. چنین موادی در غذاها به عنوان پایدار کننده، و نیز در لوازم آرایش و… استفاده می شوند. این صمغ ها با چسبیدن به پارچه آلودگی های دیگر را نیز جذب می کنند و نمایان تر می شوند. Mannaway آنزیم تجاری ساخت نووزایم است. دمای بهینه این آنزیم در pH10 برابر با 50 د.س است. در همین سیستم، pH بهینه 6 تا 8 است.

پروفایل دمایی Mannaway در pH10 تعیین شده در 600 نانومتر با سوبسترای AZCL گالاکتورمانان در 1/0 مولاز گلایسین
پروفایل دمایی Mannaway در pH10 تعیین شده در 600 نانومتر با سوبسترای AZCL گالاکتورمانان در 1/0 مولاز گلایسین
پروفایل pH مربوط به Mannaway در 40 د.س با شرایط قبل
پروفایل pH مربوط به Mannaway در 40 د.س با شرایط قبل

در صورت اشاره به نام منبع،  کپی برداری از مطالب فوق بلا مانع می باشد.  

به این مطلب چه امتیازی می دهید ؟
این مطلب را به اشتراک بگذارید

Comments are closed.