آنزیم های ظرفشوی

آنزیم های پروتئاز و آلفا آمیلاز به تازگی در شوینده های ظرف مطرح شده اند. استفاده از آنها کاهش قلیایی بودن، دوز کمتر، و استفاده از سیستم سفید کنندگی مبتنی بر اکسیژن فعال و نیز دمای شستشو را در شوینده های ظرف ممکن کرده است.  آنزیم های مورده استفاده در شوینده های لباس و ظرف اساسا یکی هستند، فقط بسته به نوع کاربرد ممکن است نوع خاصی از آمیلاز یا پروتئاز ترجیح داده شود.

استفاده از آنزیم برای ظرفشویی از 1913 و با استفاده از پروتئاز پانکراسی در آلمان مطرح شد. گرچه پس از آن استفاده از آنزیم ها در شوینده های لباس رونق یافت، ولی عملا به آنزیم ها در ظرفشویی تا دهه 1990 توجه نشد. دلیل این تاخیر تفاوت فرمولاسیون شوینده های لباس و ظرف بود. گرچه استفاده از لیپازها و همی سلولازها نیز در شوینده های ظرف پتنت شده اند، ولی تاکنون به جز آمیلاز و پروتئاز، شوینده حاوی آنزیم دیگری تجاری نشده است. آنزیم های ظرفشوی ها نیز باید بتوانند بر سوبستراهای متنوع غذایی اثر کنند. گونه های باکتریایی، آنزیم هایی با این خصوصیات و نیز توانایی فعالیت در pH قلیایی تولید می کنند. بیان آنها نیز برون سلولی است که کار را اقتصادی تر می کند. سورفکتانت های آنیونی موجود در مایع های ظرفشوی مانع فعالیت آنزیم ها هستند، درحالیکه انواع غیریونی چنین نیستند. نیز آنزیم ها به هیپوکلریت (که پیشتر به فراوانی در ظرفشوی ها استفاده می شد)، پر اکسید هیدروژن، پر اکسیدها و پراکسی اسیدها حساسند. دما نیز عاملی مهم است.

یک آنزیم مناسب برای ظرفشوی ها باید در pH های قلیایی فعال باشد، در دماهای 20 تا 70 د.س فعال باشد، تا 60 د.س پایدار باشد، در مقابل دیگر ترکیبات شوینده سازگار باشد، گستره وسیع سوبسترایی داشته باشد.

پروتئازها

لکه های پروتئینی تازه به سادگی با آب حذف می شوند ولی بر اثر خشک شدن یا گرما دیدن یا گذشت زمان، نفوذ شوینده به آنها و حذفشان دشوار می شود. گروهی از پروتئازها اندوپپتیدازها هستند که پپتیدهای محلول در آب آزاد می کنند و همین ها هستند که در ظرفشوی ها استفاده می شوند. در میان اینها سرین پروتئازها و به ویژه سابتیلازها مورد استفاده هستند. سابتیلیسین همه ویژگی های برشمرده برای پروتئاز مناسب ظرفشوی ها را دارد. سابتیلیسین متعلق به Basillus lentus به دلیل تولید بالا و pH پروفایل مناسب از 9 تا 11 ارجحیت دارد (جدول 1). البته برای پایدار سازی این آنزیم در برابر دیگر ترکیبات شوینده، اصلاحات ژنتیکی چندی بر آن انجام شده است. در کل دستکاری های ژنتیکی فراوانی روی این آنزیم انجام شده است که فرای این نوشتار است.

آمیلازها

نشاسته پلیمر گلوکز است و از دو بخش آمیلوز و آمیلوپکتین ساخته می شود (شکل 1). بسیاری از غذاها همچون برنج و ماکارونی و سیب زمینی و… نشاسته دارند. نشاسته طی پخت آب جذب می کند و ژلاتینی می شود. پس از سرد شدن بخشی از آن دوباره به حالت بلوری در می آید و بخشی به شکل ژلی می ماند. رفتار این دو در برابر آنزیم متفاوت است.

آمیلازها نشاسته و ترکیبات مشابه را از محل پیوندهای آلفا-1و4 یا آلفا-1و6 می شکنند. آنزیم های متنوعی چنین نقشی دارند، از جمله آلفا آمیلازها، بتا آمیلازها، آمیلوگلوکوزیدازها، آلفا گلوکوزیدازها، پلولانازها و ایزوآمیلازها. اختصاصی بودن آنها با هم متفاوت است. آلفا آمیلازها بخش آمیلوزی را هیدرولیز می کنند. بر اثر این فعالیت نخست چند قندی ها و سپس دکسترین ها حاصل می شوند که کوتاه زنجیر و محلول در آب هستند. چنانکه گفته شد از میان همه آنزیم های یادشده تاکنون فقط آلفاآمیلاز برای ظرفشوی ها تجاری شده است.

کشت غوطه ور Basillus subtilis، Basillus lichenoformis، و  Basillus amyloliquefacoens  برای تولید آلفا آمیلاز استفاده می شود. آنزیمی که امروزه در ظرفشوی ها استفاده می شود آلفا آمیلاز مهندسی شده متعلق به B. licheniformis است که با نام های تجاری مختلف در بازر موجود است.

در pH خنثی دمای بهینه فعالیت این آنزیم ها 90 د.س است. مقداری یون کلسیم برای حفظ فعالیت آنها لازم است. کلسیم آنها را در برابر واسرشتگی و حمله پروتئازها حفظ می کند. در دمای 60-40 د.س، pH 5 تا 9 برای فعالیت آنها مناسب است. در pH 9 تا 11 که در ظرفشوی ها معمول است، فعالیت اینها گرچه کم می شود، ولی هنوز کافی و موثر است. به دلیل وجود برخی ترکیبات در شوینده، گاهی کلسیم مورد نیاز آنزیم در دسترسش قرار نمی گیرد، بنابراین امروزه نمونه های آلفاآمیلاز مستقل از کلسیم تولید شده اند.

شوینده های ماشین های ظرفشوی

امروزه بازار ماشین های ظرفشوی یکی از بازارهای بالقوه برای توسعه در کشورهای مختلف دانسته می شود. ضریب نفوذ ماشین ظرفشوی در آمریکا و برخی کشورهای اروپایی (نروژ و سوئیس) حداکثر 60% است و آمار در سایر کشور ها پایینتر است. به همین دلیل توجه به این بازار برای صنعتگران بسیار مهم است.

ماشین های امروزی نسبت به نسل قبل آب بسیار کمتری مصرف می کنند (20 در مقابل 45 لیتر). ماشین های ظرفشوی اروپایی سال 2005 (نوع 12 نفره) برای یک شستشو با ظرفیت کامل 18 لیتر آب، 6/1 کیلووات برق، 30-20 میلی لیتر شوینده، و 30-20 گرم نمک استفاده می کنند. این داده ها مربوط به شستشو در 65 د.س است و برای شستشو در دماهای 55 و 45 د.س مقادیر کمترند. سخت گیری ها و محدودیت هایی که برای مواد شیمیایی شوینده های لباس در دهه های قبل اعمال شد، امروزه برای ظرفشوی ها اعمال می شود و لذا ترکیب شوینده های ظرف در حال تحول بنیادین است. اینجا نیز استفاده از آنزیم ها با دستیابی به انواع پایدار به دما و pH قلیایی رایج شد.

در ترکیب شوینده ها به فراوانی از متاسیلیکات ها استفاده می شود که به طور موثری انواع آلودگی ها را حذف می کند، ولی این ماده در شرایط بسیار قلیایی (pH11.5) فعالیت می کند. استفاده از آلفاآمیلاز و پروتئاز در کنار این ماده، باعث می شود همان پاک کنندگی در pH های پایینتر رخ دهد. حتی در مورد برخی آلودگی ها همچون نشاسته خشک شده عملکرد بهتری دیده خواهد شد. ترکیب شوینده های ظرفشوی اتوماتیک با ظرفشوی های معمول کاملا متفاوت است.

کاربرد آنزیم ها در ظرفشوی های ماشینی

برای ارزیابی عملکرد پروتئازها و آلفا آمیلازها روش فراگیری وجو ندارد. برخی روش ها در جدول زیر ارائه شده اند.

در شکل های زیر عملکرد پروتئازهای تجاری مختلف مقایسه شده اند. در همه این آزمون ها از دوز 4 گرم بر لیتر شوینده در دمای 55 د.س و سایر شرایط برابر استفاده شده است. شکل نهایی زیر نیز تفاوت ها را در دمای شستشوی 45 د.س نشان می دهد.

در مورد آمیلاز در نگاه اول مساله چندان روشن نیست (شکل 6 و شکل 7). ولی با در نظر گرفتن همه نتایج، به نظر می رسد Duramyl و Purastar OxAm عملکرد بهتری دارند. در کل تفاوت شوینده های دارا و فاقد آنزیم چشمگیر است. همچنین آنزیم های مهندسی شده نسبت به انواع طبیعی عملکرد بسیار بهتری دارند.