کاربرد آنزیم ها در صنعت شوینده ها

کاربرد آنزیم ها در صنعت شوینده ها

مقدمه

شوینده ها باید بتوانند گستره متنوعی از خاک ها و آلودگی ها را از فیبر های مختلف بردارند. لکه های محلول در آب به سادگی حذف می شوند. اغلب دیگر لکه ها توسط سورفکتانت های شوینده ها تا حدودی حذف می شوند، هرچند نتیجه اغلب راضی کننده نیست. آنزیم ها مواد آلودگی را به قطعات کوچکتر و قابل حل تر در آب تجزیه می کنند. برای پاک کنندگی حداکثری، همکاری آنزیم ها، سورفکتانت ها و شستشوی مکانیکی لازم است.

در 1913 کمپانی Rohm آلمان پروتئاز تریپسین را به شوینده افزود. به دلیل ناپایداری و فعالیت کم این پروتئاز، استفاده از آنزیم در شوینده ها تا 1963 مورد توجه قرار نگرفت. در این سال نووزایم پروتئاز باکتریایی قلیایی با نام آلکالاز را تجاری کرد. دو شرکت کوچک شوینده سازی در سوئیس و هلند پیشتاز استفاده از آنزیم شدند. آلکالاز بیشتر برای رفع لکه های خون از ملافه های بیمارستانی و کشتارگاه ها مناسب بود. در دهه 70 به دلیل آشکار شدن برخی اثرات زیانبار پروتئازها، استفاده از آنزیم در شوینده ها بسیار کاهش یافت. ولی در همین دهه تولید کنندگان روش هایی برای رفع مشکل یافتند و روند استفاده از آنزیم دوباره افزایش یافت. در همین دهه نخستین آمیلاز شوینده توسط نووزایم معرفی شد. این آنزیم در دما و شرایط قلیایی شوینده مقاوم بود.

در دهه 80، به ویژه در اروپا شرایط شستشو از دمای بالا به دمای پایین (60 به 40 د.س)، کاهش استفاده از آب و کاهش زمان شستشو تغییر کرد. به همین دلیل تغییرات اساسی در فرمولاسیون شوینده ها انجام شد. پروتئازهای جدید با این شرایط بهتر سازگار بودند و در این شرایط فعالیت بیشتری نشان دادند. در این دهه نووزایم نخستین با سلولازی با نام تجاری سلوزایم برای شوینده ها معرفی کرد. به کمک مهندسی ژنتیک تولید و فعالیت آنزیم های شوینده ها افزایش یافت.  همچنین در این دهه نخستین پروتئاز سازگار با سفید کننده ها و نخستین لیپاز شوینده توسط نوزایم معرفی شدند.

در دهه 90 بازار آنزیم های شوینه در هند، آمریکای جنوبی، اروپای شرقی، شوروی و چین گشوده شد. به دلایلی همچون شرایط دمایی و غلظت شوینده های متفاوت در این منطقه ها، فرمولاسیون های جدیدی متناسب با شرایط آنها سازگار شدند. همچنین در این دهه نسل دوم پروتئازها، آمیلازها و لیپازهای مخصوص شوینده ها توسعه یافتند که از طریق مهندسی ژنتیک تهیه شده بودند و می توانستند تحت شرایط دشوار همچون دمای پایین، به شکل تک شویی در پاک کردن، لکه بری، سفید کردن و نرم کردن پارچه نقش داشته باشند. همچنین شوینده های آنزیمی مناسب برای ماشین های ظرف شوی، قرص ها، ژل پد ها و… توسعه یافتند.

تا دهه 1980 آنزیم ها برای کمک به لکه بری و پاک کردن پارچه استفاده می شدند. از دهه 1990 آنزیم هایی برای روشن کردن و نرم کردن پارچه نیز استفاده شدند. در این زمینه نووزایم سلولازهای Carezyme و Endolase را معرفی کرد. همچنین Mannaway برای حذف لکه با قابلیت بهتر ارائه شد. جدول 1 محصولات آنزیمی شوینده ها را همراه با تولیدکنندگان ارائه می کند.

محصولات آنزیمی برای شوینده ها و تولیدکنندگانشان
محصولات آنزیمی برای شوینده ها و تولیدکنندگانشان
روند کلی تولید شوینده ها
روند کلی تولید شوینده ها
بررسی سهم آنزیم شوینده در انرژی
بررسی سهم آنزیم شوینده در انرژی. درصد انرژی مصرفی برای آنزیم شوینده مورد نیاز برای یک شستشو نسبت به کل انرژی مصرفی در یک شستشو ارائه شده است. اعداد مربوط به فناوری ها و دستگاه های اواخر دهه 1980 اروپا هستند.

آلودگی ها در لباس

شوینده باید بتواند انواع آلودگی ها از جمله چرک های ناشی از عرق و بدن و نیز لکه های مختلف نوشیدنی ها، روغن ها، و… را حذف کند. چرک بدن ترکیبی از چربی، پروتئین، گلیکولیپید، خون، اپیدرم پوست، نمک، و مواد جذب شده از محیط روی پوست است. چربی ها تحت هوا اکسید شده و به ترکیباتی مقاوم و چسبنده تبدیل می شوند که با گذشت زمان حذفشان دشوارتر می شود. لکه های غذاها بسیار متنوعتر هستند و شامل ترکیبات مختلف از روغن و چربی و رنگدانه های مختلف، افزودنی ها و مواد نگهدارنده و… می شوند.

فرایند شستشو

آب، نوع شوینده، حجم منسوجات و نوع آنها، نوع لکه ها، نوع و دمای آب و نوع سابیدن و شستن بر فرایند شستشو اثر دارند. در  جدول 3 ابزار و روش های شستشو در سه ناحیه جغرافیایی خلاصه شده است.

ابزارها و روش های شستشو
ابزارها و روش های شستشو

دمای مختلف و حتی عاداتی همچون مقدار استفاده از سفید کننده ها و نرم کننده ها در مناطق گوناگون متفاوت است. لذا نمی توان فرمولاسیون واحدی برای شوینده ها ارائه کرد. شوینده ها به انواع پودر، مایع (با ویسکوزیته های مختلف) و نیز به شکل قرص و قالب های صابون وجود دارند. شوینده های خانگی بر اساس pH، قدرت یونی، وجود سفید کننده و ترکیب آنها به چند دسته مختلف تقسیم می شوند. تقریبا همه شوینده های مطرح کنونی از آنزیم استفاده می کنند. جدول 4 ترکیب برخی شوینده ها را نشان می دهد.

شوینده های آنزیم دار

چنانکه گفته شد، آنزیم باعث شکستن مواد چرک و آلودگی به قطعات کوچکتر می شود که بیشتر در آب حل می شوند. بااینحال حذف آن قطعات کوچک به سورفکتانت و شستشوی مکانیکی نیاز دارد.

پروتئازها لکه های پروتئینی و آمیلازها لکه های نشاسته ای را حذف می کنند. حذف چربی در دمای شستشوی پایین با استفاده از شوینده های معمول دشوار است (کمتر از 40 د.س). لیپاز ها چربی را حتی در دمای انجمادشان حذف می کنند. آلودگی های بسیار کوچک و ذره ای توسط سلولاز حذف می شود. سلولاز فیبرهای پارچه را به طور جزئی حذف می کند.

هر آنزیمی با قابلیت تجزیه لکه ها برای شوینده مناسب نیست. عملکرد آنزیم به فاکتورهایی همچون pH، قدرت یونی، دما و زمان شستشو، ترکیب شوینده و مکانیک شستشو بستگی دارد و همه این عوامل بر پایداری و عملکرد آنزیم اثر می کنند.

نمونه هایی از شوینده ها و ترکیبات شان (به درصد وزنی)
نمونه هایی از شوینده ها و ترکیبات شان (به درصد وزنی)

آنزیم های شوینده باید پذیرنده گستره وسیعی از سوبسترا ها باشند. مثلا بهتر است پروتئیناز شوینده بتواند انواع پروتئین ها را تجزیه کند. آنزیم شوینده باید بتواند در دمای شستشو (4 تا 60 د.س) و pH شوینده (7 تا 11) فعال باشد. نیز آنزیم ها باید با دیگر ترکیبات شوینده ها و دیگر آنزیم های شوینده سازگار باشند، چه هنگام شستشو و چه در بسته بندی ها. آنزیم های شوینده در درجه نخست در محیط آزمایشگاهی و سپس در شرایط طبیعی محیط شستشو آزموده می شوند. داده هایی همچون شکل 2 نشان می دهد که نتیجه چقدر متفاوت است.

مقایسه فعالیت یک پروتئاز در شرایط آنالیتیکی برای حذف هموگلوبین و شرایط واقعی برای حذف لکه چمن
مقایسه فعالیت یک پروتئاز در شرایط آنالیتیکی برای حذف هموگلوبین و شرایط واقعی برای حذف لکه چمن. دو آزمایش در دمای حدودا یکسان (25 و 30د.س) و زمان 10 دقیقه انجام شده اند.

تعیین میزان پاک کنندگی شوینده ها و فرمولاسیون های آنزیمی آنها از طریق استانداردهایی است که تا حد ممکن به دقت تهیه شده اند و سفیدی و روشنی پارچه و دیگر خواص آن را بعد از شستشو بررسی می کنند. برای ارزیابی کامل اثر شویندگی یک آنزیم، دو مرحله بررسی نیاز است. مرحله اول به اثر پاک کنندگی پرداخته می شود. این آزمون با استفاده از آلودگی های مصنوعی یا طبیعی انجام می شود. مرحله دوم اثر شستشوی متوالی با استفاده از شوینده حاوی آنزیم و بررسی اثرات مخرب آن بر بافت پارچه است. کاهش استحکام، تغییر رنگ و فاکتورهایی از این قبیل در این مرحله بررسی می شوند. عموما این آزمون برای 25 تا 50 شستشو انجام می شود.

یک روش مناسب برای بررسی عملکرد آنزیم، تهیه نمودار دوز-پاسخ است. شکل 3 عملکرد پروتئاز را به عنوان تابع دوز آنزیم نشان می دهد. عملکرد در 60 د.س و در دوز حدود 04/0% وزنی از آنزیم به حالت ثابت می رسد. در این غلظت پارچه پاک و لکه حذف می شود.

نمودار دوز-پاسخ برای پروتئازی به نام ساویناز 6T متعلق به نووزایم در غلظت 4 گرم در لیتر در لباسشوی، و در دمای 60 د.س به مدت 40 دقیقه.
نمودار دوز-پاسخ برای پروتئازی به نام ساویناز 6T متعلق به نووزایم در غلظت 4 گرم در لیتر در لباسشوی، و در دمای 60 د.س به مدت 40 دقیقه.

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.