Ứng dụng của enzyme trong công nghiệp bột giặt, chất tẩy rửa

Ứng dụng của enzyme trong công nghiệp bột giặt, chất tẩy rửa5.2.1 Enzyme trong chất tẩy rửaa gia dụng Sự cần thiết của chất tẩy rửa gia dụng là việc loại bỏ một loạt các vết bẩn phức tạp

BÀI DỊCH NHÓM 6 5.2.1 Enzymes in Household Detergents (trang 154 đến 178)

(Các enzyme trong chất tẩy rửa gia dụng)

Thành viên nhóm và bảng phân công việc

Ứng dụng của enzyme trong công nghiệp bột giặt, chất tẩy rửa

5.2.1 Enzyme trong chất tẩy rửaa gia dụng

Sự cần thiết của chất tẩy rửa gia dụng là việc loại bỏ một loạt các vết bẩn phức tạp trên bềmặt những sợi khác nhau Những vết dơ và thành phần của vết bẩn có độ hòa tan trongnước tốt nên rất dễ dàng loại bỏ vết bẩn trong quá trình làm sạch Hầu như các vết bẩnkhác nhau đươc loại bỏ từ bề mặt/từ hệ thống xây dựng/ hệ thống chất tẩy rửa tẩy trắng,mặc dù kết quả vẫn không như mong muốn do vẫn còn tùy thuộc vào điều kiện giặt.Hầu hết các trường hợp, enzyme tẩy rửa phù hợp với việc hổ trợ để loại bỏ các loại bụi vàvết bẩn.Ngược lại các thành phần chất tẩy rửa hoàn toàn có sự hoạt động của hóa lý.Những enzyme hoạt động bởi việc làm cho vết bẩn ngày càng nhỏ hơn và những mạnhvụn mau hòa tan hơn Tuy nhiên để loại bỏ một vết bẩn hoàn toàn vẫn đòi hỏi có sự phốihợp của các enzyme, bằng hệ thống hoạt động bề mặt, và sự khoaays trộn cơ học

5.2.1.1 Lịch sử phát triển (154)

Các chất tẩy rửa có chứa enzyme đầu tiên đã được giới thiệu trên thị trường đến các hộgia đình từ rất sớm năm 1913 khi ông Ro¨hm &Haas ở Đức đã thêm emzyme trypsinprotease, được chiết xuất từ tụy heo, để tạo ra chất tẩy rửa Burnus cho riêng họ, đang sửdụng bản quyền của ông OTTO RO¨ HM

Bởi vì các hoạt động và tính ổn định của trypsin hiện diện điển hình trong thành phầncủa chất tẩy rửa là ở mức trung bình, nên khái niệm về enzyme tẩy rửa vẫn chưa thực sựđược phổ biến cho đến năm 1963 Khi Novo phát triển và trên thị trường emzymeprotease của vi khuẩn có nhiều tính kiềm và tính chống chịu cao được gọi là Alcalase.Các nhà sản xuất chất tẩy rửa nhỏ ở Thụy Sĩ (BIO-40 from Gebrueder Schnyder) và HàLan (Biotex from Korman and Schulte) đã sử dụng Alcalase vào thị trường, lúc đầu nó

được coi là hữu ích trong việc giặt các vết máu từ những bệnh viện và những cơ sở giếtmổ.

Gist – Brocades một vài năm sau với alkaline Maxatase protease (1965)

Trong vòng 5 năm việc giới thiệu những chất tẩy rửa của họ, có hơn 50% bột giặc sửdụng cho các hộ gia đình ở Châu Âu là có chứa enzyme protease, nó được so sánh với15% ở Mỹ

1970 – 1980: Sự phát triển nhanh chống của các chất tẩy rửa có chứa enzyme đã tạm thời

bị gián đoạn vào đầu những năm 1970 khi có những vấn đề vệ sinh an toàn trong côngnghiệp Cần có cải tiến đáng kể trong kỹ thuật sản xuất chất tẩy rửa.Sự phát triển củanhững hạt bụi nhỏ đã được đóng gói nhờ vào enzyme prills, và có những cải tiến trongcông nghiệp về vấn đề thực hành và vệ sinh Kể từ đó doanh số bán enzyme một lần nữatăng lên đều đặn

Lần đầu tiên enzyme - amylase của chất tẩy rửa (Termamyl, từ Novozymes) đã được pháttriển trong đầu những năm 1970 và đã tăng khả năng chống chịu nhiệt và kiềm

Vào giữa những năm 1970 các chất tẩy rửa lỏng đầu tiên đã được giới thiệu ở Châu Âu

và Hoa kỳ, bằng cách sử dụng đặc biệt chế phẩm enzyme lỏng

1980 – 1990: Những điều kiện tẩy rửa, đặc biệt là ở Châu Âu, dần dần chuyển sang

hướng nhiệt độ thấp, giảm lượng nước, rút ngắn thời gian giăc và có những sự thay đổitrong công thức chính ( đầu tự do photphat của chất tẩy rửa, đã được kích hoạt) Proteasemới đã thích nghi tốt hơn với các điều kiện làm việc và hoạt động của enzyme mới nàytrở nên phổ biến

Chất tẩy rửa đầu tiên cellulose Celluzyme (Novozymes) – một cellulose đa thành phần đãđược phát triển để cải thiện cho việc làm sạch và loại bỏ vết bẩn

Công nghệ và kỹ thuật protein Newgenetic đã được giới thiệu thiết kế các enzyme tối ưuhơn nữa cho các chất tẩy rửa hoặc để được chấp nhận vào sản xuất trên thị trương.Bằng

cách này lần đầu có sự phù hợp của protease và lần đầu tiên các chất tẩy rửa lipase(Lipolase, Novozymes) đã được phát triển.

1990 – 2000:Thị trường của các chất tẩy rửa đã được mở ra ở Ấn Độ, Nam Mĩ, phía,

Đông Châu Âu, Liên Xô cũ và Trung Quốc Vì các điều kiện riêng của những vùng nàychẳng hạn như việc giảm chi phí, giảm nồng độ chất tẩy rửa, giảm thấp nhiệt độ giặt rửa,

sự phát triển của những enzyme mới một lần nữa khẳng định được tính cần thiết trongnhững điều kiện giặt rửa khó khăn

Enzyme proteases, amylases và lipases là chất tẩy rửa thế hệ thứ 2 và được phát triển bởi

sử dụng kỹ thuật protein và kỹ thuật di truyền để cải thiện được hiệu suất trong nhữngđiều kiện giặc rửa khó khăn ( nhiệt độ thấp, ảnh hưởng việc giặc rửa đơn ( làm sạch, loại

bỏ vết bẩn, làm trắng da, làm mềm,…và đã đạt được một thành tựu về chất tẩy rửa) và đãcải thiện được mức độ phù hợp với công nghệ chất tẩy rửa mới ( cải thiện trong việc kíchhoạt thuốc tẩy và ứng dụng rộng hơn ( ví dụ trong rửa bát đĩa tự động, chất tẩy rửa dạnglỏng, viên nén hoặc là miếng gel)

Tính đến năm 1980 các enzyme đã được phát triển chủ yếu và được sử dụng trong việc

hỗ trợ loại bỏ vết bẩn và làm sạch các loại vải Kể từ giữa những năm 1990 các enzymeđặc biệt ảnh hưởng đến vải ( độsáng màu , độ làm mềm vải) đã được xuất hiện trên thịtrường (Carezyme và Cellulase monocomponent Endolase từ Novozymes) là nhữngenzyme mang nhiều lợi ích mới trong việc loại bỏ vết bẩn và làm sạch (Mannaway,Novozymes)

Những sản phẩm enzyme chất tẩy rửa ở bảng 18 cho thấy lần lượt theo loại và nhà sảnxuất

5.5.1.2 Tẩy rửa những vết bẩn

Cần tẩy rửa, cần phải loại bỏ một loạt các vết bẩn phức tạp từ các loại vải khác nhau vàcác loại sợi trong những điều kiện giặt giũ Hầu như các vết bẩn thường ở trên quần áo và

các loại vải bao gồm tất cả các loại vết bẩn của cơ thể lên áo sơ mi, đồ lót, vớ và nhiềuloại vết bẩn từ thức ăn và đồ uống, vết bẩn từ dầu, vết bẩn từ bụi.

Những vết bẩn trên cơ thể là hỗn hợp phức tạp được tiết ra từ tuyến bã nhờn và mồ hôitrong da hoặc có thể xuất phát từ phân nước tiểu hoặc dịch tiết âm đạo Các vết bẩn này

là hỗn hợp của chất béo, protein, glycoprotein, máu và sự thoái hóa các thành phần máu,các mảnh vụn biểu bì da và các vật liệu khác được thu nhận từ môi trường Thành phầncủa các lipit sạch là có chứa các acid béo không bảo hòa (linoleic và linolenic acid) vàcác triglyceride và hydrocarbon không bão hòa (squalene) của chúng, có thể được nhanhchóng autoxited khi tiếp xúc với không khí , nhiệt độ và độ ẩm Các phản ứngautoxidation lipid mang lại các hợp chất có phân tử khối phức tạp với chất béo, protein vàcarbohydrate

Những vết bẩn để lâu rất khó khăn để loại bỏ chúng ra khỏi các loại vải và chúng có xuhướng dính chặt trên vải của quần áo

Những vết bẩn của thức ăn cũng rất phức tạp trong việc giặc giũ Chúng chứa một lượngđáng kể chất béo, dầu động vật, thực vật và protein, ví dụ sản phẩm từ trứng và thịt, cácđường carbohydrate, tinh bột và các carbohydrate phức tạp khác, cặn từ thực vật ví dụ từ

cỏ hoặc rau dền và các hỗn hợp oxi hóa Hóa chất và enzyme hóa nâu của các sản phẩmthức ăn xảy ra trong suốt quá trình lưu giữ và chuẩn bị thức ăn Hầu như sự hình thànhcác sản phẩm phản ứng Maillard màu tối từ carbohydrate và protein tại nhiệt độcao.Thuốc nhuộm trong tự nhiên và các sắc tố hiện diện trong thực phẩm như carotenes

và chlorophyll đã thêm màu vào cho một số vết bẩn trong thực phẩm.Đặc biệt, carotenes

là hòa tan cao trong các loại dầu và chất béo, ví dụ như trong nước xốt cà chua, và điềunày làm cho việc loại bỏ các vết bẩn từ các loại vải trở nên khó khăn hơn.Một số thựcphẩm từ sữa có chứa một lượng đáng kể carbohydrat không phổ biến để ổn định, chẳnghạn như carraneenan, guar, và đây là những chất thường rất khó để loại bỏ ra khỏi vảibằng chất tẩy rửa và thậm chí bởi amylase

Màu vết bẩn từ đồ uống như rượu vang, rau cải, nước trái cây và trà chứa hỗn hợp phứctạp của màu tự nhiên và sắc tố như anthocyanine và các hợp chất màu polyphenolic ,đường và acid hữu cơ.

Các hạt bụi có thể bao gồm cacbonat kim loại không hòa tan, oxit, silicat (đất sét), carbonmàu đen, bụi và mùn thu được từ môi trường ví dụ như bụi than trong không khí trên cổ

áo sơ mi hoặc ở vớ

Các vết bẩn hữu cơ trên các loại vải có nguồn gốc từ quá trình giặt và bảo vệ vải, chẳnghạn như hoạt động bề mặt và xậy dựng lượng dư thừa, chất làm mềm vải, hỗ trợ quần áo

ví dụ như tinh bột Tuy nhiên, tần số và loại vết bẩn trên quần áo là khác nhau, do thóiquen người tiêu dùng khác nhau, Hình 52 minh họa sự khác biệt về tỷ lệ vết bẩn điểnhình ở một số quốc gia phía bắc và phía nam châu Âu

5.2.1.3 Thành phần của chất tẩy rửa ( xà phòng) và quy trình tẩy rửa

5.2.1.3.1 Quy trình tẩy rửa

Bất kỳ một quy trình tẩy rửa nào cũng đều là sự tương tác, tác dụng tương hỗ lẫn nhaugiữa thiết bị rửa được sử dụng với vật liệu được đưa vào quá trình tẩy rửa, tức là cácthành phần của chất tẩy rửa và các chất phụ gia; chất lượng nước; thành phần tải rửa, vàcác thủ tục tẩy rửa tiếp sau, ví dụ như thời gian, nhiệt độ, kích động ( tác động cơ học)

Thiết bị và quy trình rửa cho việc tẩy rửa của ba khu vực địa lý chính được tóm tắt trongbảng 19

Như có thể thấy trong bảng 19: Những điều kiện giặt ủi trung bình giữa các khu vực địa

lý chính ở trong bảng có thể là khác nhau đáng kể

Trong mỗi khu vực, ở các địa phương tồn tại các thói quen giặt, rửa như bổ sung chất tẩyrửa riêng biệt dựa trên chất hypochlorite ở phía nam Châu Âu; kéo dài mở rộng việc tẩyrửa bằng các đun sôi ở Thổ Nhĩ Kỳ; và sử dụng nước rửa đa chu kỳ (tái sử dụng nướcrửa) ở Nhật Bản

Tất cả điều này không tạo điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng có hiệu quả trong loạtcác điều kiện sử dụng chất tẩy rửa Thường thì các chế phẩm của chất tẩy rửa sẽ đượcđiều chỉnh để thích nghi với thói quen rửa địa phương

Hình 52 : Biểu đồ thể hiện mức độ làm bẩn từ một số chất ở Đức và Tây Ban Nha: (tỷ

lệ xếp hạng [596])

Không phải tất cả các thành phần của chất tẩy rửa đều có hiệu quả trong phạm vi nhiệt độ

từ 40C đến nhiệt độ rửa và trên phạm vi của nồng độ chất tẩy rửa Ở đây enzyme có thểtrở thành một cái máy tăng thế đặc biệt quan trọng cho chất tẩy rửa (tức là một tác nhânxúc tác, làm tăng quá trình tẩy rửa của các chất tẩy rửa) trong điều kiện tẩy rửa ở phạm vinhiệt độ thấp và trong điều kiện sử dụng sản phẩm thấp

5.2.1.3.2 Thành phần chất tẩy rửa

Thành phần của tẩy rửa cũng khác nhau tùy theo vị trí địa lý và các quốc gia (từ quốc gianày tới quốc gia khác) Các chất tẩy rửa gia dụng có sẵn cho người tiêu dùng có thể đượcchia tạm thành năm phân đoạn theo đặc tính hóa lý của các chất tẩy rửa từ các giải pháprửa dự trù

• Gần pH trung tính, các chất tẩy rửa mạnh các ion yếu, hầu hết là chất tẩy rửa lỏng( dạng lỏng, dung dịch) pH 7.5-9 Chúng không chứa chất tẩy và chỉ ở nồng độmuối thấp Pha loãng ( các mức độ pha loãng khác nhau) và các chất tẩy rửa đậmđặc dạng lỏng được bán trên thị trường Loại thứ 2 của chất tẩy rửa dạng lỏng chỉchứa một lượng nhỏ nước (<10%)

• pH hơi có tính kiềm, chất tẩy rửa mạnh ion trung bình thường là chất tẩy rửa dạngbột ( tức dạng chất tẩy rửa được cô đặc thành bột để tiện, gọn nhẹ) từ Nhật Bản vàloại bột tẩy rửa bình thường từ Mỹ pH được chọn thích hợp là khoảng 9 và chúngcũng không chứa thuốc tẩy

• pH kiềm, chất tẩy rửa mạnh các ion mạnh, pH tối ưu 9,5-11 với một hệ thống tẩytrắng được kính hoạt, hoạt hóa Ví dụ chất tẩy rửa bình thường dạng bột ở Châu

Âu Chúng chứa một chất là natri sulfat như một chất phụ và các hệ thống xâydựng, ví dụ như natri phosphat hoặc zeolit (là khoáng chất) và natri carbonat.Được sử dụng với liều lượng cao, trong đó cung cấp một lượng dung dịch rửa vớicường độ (nồng độ) ion cao

• pH kiềm, chất tẩy rửa mạnh các ion trung bình với việc tẩy trắng được đại diệnbởi chất tẩy rửa dạng bột nhỏ gọn ở Châu Âu, nó có một thị trường tiêu thụ rộnglớn đầu thập niên 1990, chất tẩy rửa được cô đặc lại thành bột với những hạt nhỏ li

ti, kết quả chúng được loại bỏ hoàn toàn natri sulfat, có pH từ 9,5-11

Các chất tẩy rửa gia dụng thì hầu hết được phân phối, chuyển giao với lượng bột cólượng bụi thấp hoặc được kết tinh tạo thành những hạt nhỏ hoặc như dạng lỏng (dungdịch) với độ nhớt thấp hoặc cao (gels) Thanh (thỏi) xà phòng (xà bông) giặt vẫn phổ biến

ở một số nước ( Nam Châu Âu, Mỹ La Tinh)

Gần đây (năm 2000) chất tẩy rửa ở dạng viên nén hoặc như dạng một chiếc túi (bao) nhỏchứa chất tẩy rửa dạng lỏng trong đó đã được đưa ra với sự thành công ở châu Âu và Bắc

Mỹ của Unilever và P & G [598-600]

Thực tế tất cả các chất tẩy rửa đều chứa enzyme, mặc dù một số thương hiệu độc quyền,đặc biệt thì tùy ý, tự do trong việc sử dụng các loại enzyme khác nhau trong việc sản xuấtchất tẩy rửa, bột giặt Một số chất tẩy rửa đặc biệt kết hợp việc chuyển giao công nghệlàm sạch và chăm sóc vải trong quá trình giặt rửa mà không sử dụng các chất phụ gia (sảnphẩm hai trong một)

Ví dụ về các chế phẩm bột giặt được cho trong bảng 20

Chất có hoạt tính bề mặt: alkyl benzene sulfonates mạch thẳng, alcohol sulfates, alcohol ether sulfate,alcohol ethoxylates, cationic có hoạt tính bề mặt Xây dựng (kết cấu): zeolit , natri cacbonat, natri silicat, natri citrat, natri tripolyphosphate (STTP), natri nitrilotriacetate (NTA), polycarboxylates Chất tẩy trắng: Natri perborate, natri percarbonate, tetraacetylethylenediamine (TAED), nonanoyl sulfonate benzen (Nobs) và những chất phụ khác

Các chất phụ gia (không được liệt kê): chất điều chỉnh bọt, chất ổn định, chất hỗ trợ chế biến, chất làm sáng quang học, tác nhân gây lắng đọng, chất ức chế ăn mòn, nước hoa, chất màu, chất độn như natri sulfat trong bột hoặc nước trong chất tẩy rửa lỏng

5.2.1.4 Enzyme- Aided Detergency (enzyme hỗ trợ tẩy rửa) và loại bỏ đất, chất bẩn

Các thành phần của đất và các vết bẩn với độ tan trong nước tốt có thể dễ dàng được loại

bỏ trong quá trình làm sạch Tất cả các vết bẩn được loại bỏ một phần trong hệ thống cácchất có hoạt tính bề mặt/xây dựng hoặc hệ thống tẩy trắng của chất tẩy rửa, mặc dù kếtquả thường là không đạt yêu cầu, tùy thuộc vào các điều kiện tẩy rửa

Trong hầu hết trường hợp các chất tẩy rửa chứa những loại enzyme thích hợp có thể giúploại bỏ các loại bùn đất và vết bẩn Trái với hoạt động của hệ thống enzyme hoạt động bềmặt là hoạt động vật lý thuần túy để làm giảm lượng bụi bẩn bằng cách làm cho các bụibẩn đó vỡ thành những mảnh nhỏ hơn và hòa tan nhiều hơn trong nước Tuy nhiên, đểloại bỏ một vết bẩn hoàn toàn đòi hỏi những tác động chung của các enzym, hệ thốnghoạt động bề mặt, và rung động cơ học

Protease và amylase là các loại enzyme có thể loại bỏ các vết bẩn có bản chất tương ứngvới chúng, tức là enzyme protease có thể loại bỏ các vết bẩn protein và enzyme amylase

có thể loại bỏ vết bẩn là tinh bột Dầu mỡ và các loại chất béo nói chung là khó tẩy rửa đểloại bỏ các vết bẩn do dầu mỡ dính vào nhất là ở điều kiện nhiệt độ tẩy rửa thấp (<400C)bằng các chất tẩy rửa thông thường Bằng cách sử dụng enzyme lipase, có thể cải thiện

việc loại bỏ các chất béo / các loại dầu mỡ có nguồn gốc động vật, thực vật, ngay cả khi ởnhiệt độ mà tại đó các chất béo ở dạng rắn.

Bụi đất có thể là khó khăn để loại bỏ, đặc biệt là nếu chúng có kích thước hạt nhỏ Việcloại bỏ lớp bụi đất từ vải bông có thể được cải tiến bằng cách sử dụng enzyme cenllase,

đó là enzyme này có thể loại bỏ các vết bụi bẩn từ các sợi cellose trên bề mặt sợi củachúng

Các loại bụi bẩn có thể bám chặt lên bề mặt của các sợi vải, dệt may thông qua một chấtkeo trong proteinaceous, tinh bột, hoặc chất béo Trong những trường hợp của neo bụibẩn, một loại enzyme có thể hỗ trợ trong việc loại bỏ các bụi bẩn mặc dù nó không tácđộng trực tiếp lên bụi bẩn đó Các chất bẩn có thể là sự kết hợp pha trộn giữa các hợpchất khác nhau, ví dụ như các chất bã nhờn, mồ hôi trên cổ áo sơ mi của con người, sữa

ca cao, nước thịt hoặc sô cô la

Thuốc tẩy không phải là nhóm sản phẩm enzyme duy nhất được ứng dụng làm chất tẩyrửa để làm sạch các chất bẩn đã được bán trên thị trường cho đến nay Tuy nhiên, trongcác tài liệu cũng như các ý tưởng được cấp bằng sáng chế, bản quyền đã cho thấy những

nỗ lực đang được thực hiện bởi các nhà cung cấp enzyme chính và các nhà sản xuất chấttẩy rửa để phát triển một hệ thống enzyme tẩy trắng cho chất tẩy rửa

5.2.1.5 Đánh giá hiệu suất của chất tẩy rửa (bột giặt) có chứa enzyme và sàng lọc chúng

Không phải tất cả các enzyme đều có khả năng (tiềm năng) loại bỏ và làm sạch các vếtbẩn một cách triệt để đưa chúng vào các sản phẩm chất tẩy rửa Hiệu suất (sự hoạt động)của enzyme bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như pH của dung dịch chất tẩy rửa, cường độion, nhiệt độ rửa, thời gian giặt, thành phần chất tẩy rửa, và xử lý cơ học Hoạt động bềmặt của chất tẩy rửa, hệ thống chất tẩy rửa, và các enzyme khác có thể ảnh hưởng đếnhiệu suất và sự ổn định

Các enzym phải có một bề mặt đặc hiệu đủ rộng bởi vì trong bình quân lượng quần áobẩn có chứa các enzyme bề mặt ở nhiều dạng, hình thức khác nhau Ví dụ, trong trườnghợp của protease, chất nền protein có thể bị thay đổi sự oxi hóa- khử hoặc sự tạo phức vớicarbohydrate.

Một enzyme tẩy rửa sẽ hoạt động trong khoảng pH tối ưu của chất tẩy rửa là khoảng (từ

7 đến 11) và ở nhiệt độ rửa thích hợp là (4-600C) Một enzyme chất tẩy rửa phải đượchoạt động tại độ pH của các giải pháp chất tẩy rửa (từ 7 đến 11) và ở nhiệt độ rửa có liênquan (4-60 8C) Quan trọng hơn, các enzyme phải phù hợp với các thành phần của chấttẩy rửa như bề mặt, kết cấu, chất tẩy và các enzym khác, không chỉ trong quá trình rửa

mà còn khi lưu trữ các hợp chất trong chất tẩy rửa Đặc biệt là, một loại enzyme như vậyphải chịu được với sự biến tính bề mặt hoạt động và chất tẩy và hướng tới làm suy thoáiprotease trong các điều kiện

Các enzyme có thể được sàng lọc, kiểm tra bằng việc khảo nghiệm các hoạt động củachúng trên các chất nền hòa tan trong các điều kiện khác nhau từ những quá trình tẩy rửatrong thực tế Các enzyme được kiểm tra, sàng lọc thường xuyên bằng các xét nghiệmphân tích quang phổ với chất chất hòa tan chromophoric và các quy trình này đều được tựđộng hóa hoàn toàn để giúp cho việc phân tích nhanh chóng, đạt hiêu suất, thông lượngcao Kết quả khảo nghiệm có thể cho biết hoạt động của enzyme trên chất nền hòa tan đốivới sự thay đổi của pH và nhiệt độ và đối với các enzyme phù hợp với các thành phầnchất tẩy rửa hoặc điều kiện enzyme ức chế, vv Tuy nhiên kết quả các dữ liệu phân tíchthu được với các chất nền hòa tan không nhất thiết phải đại diện cho hoạt động rửa củaenzyme, và thường có mối tương quan thấp với kết quả thu được với các enzyme trongđiều kiện giặt rửa trong thay thực tế (tức kết quả thực nghiệm hoạt động của enzyme giặtrửa trên lý thuyết có mối tương quan thấp với kết quả hoạt động của enzyme trong điềukiện giặt rửa thực tế (hình 53)

Hình 53- Ví dụ về sự sai lệch trong các số liệu phân tích hoạt động của các chất hòa tan

và quá trình giặt ủi trong hiệu suất của các quy mô làm sạch [602] Protease Savinase:

phút; hiệu suất rửa trên các vết bẩn trên cỏ, 30 0 C, 10 phút

Một điều quan trọng phải nhận ra rằng enzyme có tác động đáng kể đến hiệu suất hoạtđộng trên bề mặt chất nền mà dường như không liên quan tới chất nền mục tiêu Ví dụ,như enzyme proteases có thể mang lại nhiều lợi ích đáng kể về hiệu quả loại bỏ các vếtmáu protein và các vết bẩn từ cỏ dính trên vải Việc nghiên cứu thử nghiệm quá trìnhtrình tẩy rửa bằng các sử dụng một loạt các vết bẩn của những người tiêu dùng, nhữngkhác hàng là việc làm cần thiết đánh giá hiệu quả hoạt động tẩy rửa hoàn toàn của cácenzyme tẩy rửa

Để đánh giá hiệu suất tẩy rửa thường sử dụng một miếng thử nghiệm vết bẩn Ví dụ, cácvết bẩn như sữa, máu, các mẩu cỏ dính trên bông hoặc vải tổng hợp thường sử dụngprotease để đánh giá hiệu suất tẩy rửa Các vết bẩn cũng có thể chứa các hạt vật chất ởdạng các hạt bụi, ví dụ như các hạt carbon đen, như là một phần của các vết bẩn Các tàiliệu kiểm tra tiêu chuẩn sẵn có đã được sử dụng trong việc kiểm tra trong các nghiên cứu

và thử nghiệm ở các viện ở châu Âu và Mỹ, ví dụ như Trung tâm Thử nghiệm Vật liệu,Vlaardingen, , Hà Lan; Viện Wascherei Forschungs, Krefeld, Đức [603]; EMPA St

Gallen, Thụy Sĩ [604] (Bảng 21); Instituut voor Reinigingstechnieken TNO, Delft, HàLan [605]; Kiểm tra Vải, Middlesex, New Jersey [606] và SDL dệt Innovators [607].Ngoài ra, các nhà sản xuất enzyme có thể cung cấp quy trình chuẩn bị vết bẩn, hoặc vậtliệu bị bẩn cụ thể hoặc các tài liệu cụ thể về các loại vết bẩn có thể được thực hiện tại nhàvới hàm lượng enzyme cao Cuối cùng, các vết bẩn trên các loại vải tự nhiên và vảinhuộm màu thu được từ các hộ gia đình có thể được sử dụng để đánh giá hoạt động, hiệusuất thực tế hơn.

Bảng 21: Ví dụ về các vật liệu thử nghiệm hiệu suất tiêu chuẩn từ EMPA [604]

Các nghiên cứu, thử nghiệm về quá trình tẩy rửa trong phòng thí ngiệm thường được tiếnhành trong các mô hình quy mô nhỏ của máy giặt Các Terg-o-tometer [608] mô phỏngcác loại máy giặt hàng đầu từ Mỹ của máy giặt, và Launder-o-mét [609] hoặc Linitest[610] mô phỏng các loại tang (thùng) ở châu Âu [611] Các mô hình quy mô nhỏ sử dụng0,2-1 L dung dịch rửa Cả hai đều có hệ thống nhiệt kiểm soát nhiệt độ và một bộ đếmthời gian Các biện pháp trong quá trình tẩy rửa thường sử khuấy trộn bằng cánh khuấytrong thiết bị Terg-o-tometer và luân phiên của một nồi kín trong Launder-o-mét hoặcthiết bị Linitest Việc kiểm tra xác định kích thước các vết bẩn trong dung dịch giặt rửavới nồng độ chất tẩy rửa và pH được kiểm soát và có hoặc không có các enzyme được

thử nghiệm Nồng độ enzyme trong xét nghiệm sàng lọc ban đầu có thể nằm trongkhoảng từ 1-100 mg / L của protein phân hủy enzyme.

Việc đánh giá những tác động của enzyme trên miếng thử nghiệm có thể được thực hiệntrực quan bằng cách phân loại bởi một nhóm chuyên gia trong điều kiện kiểm soát về ánhsáng và các dụng cụ đo lường phản xạ của ánh sáng trong điều kiện quy định Thôngthường, cường độ ánh sáng chuyển R ở 460 nm khi chiếu sáng phần thử nghiệm với mộtnguồn ánh sáng ban ngày chuẩn được thể hiện theo phần trăm, , cường độ củaánh sáng tới có cùng bước sóng Giá trị DR hoặc DE ( ) là một thước đo về hiệuquả (tác động ) của enzyme; nó được định nghĩa là sự khác biệt (sự chênh lệch) về R giữacác loại vải được giặt với các enzyme và không có enzyme Giá trị tương quan R tốt đượcbiết đến là cảm giác ấn tượng về mặt thị giác khi nhìn vào độ tắng sáng của vải Tùythuộc vào loại và mức độ bẩn, sự khác biệt về R hoặc E từ 2-3 đơn vị có thể phát hiệnbằng mắt thường

Hệ thống hình ảnh kỹ thuật số có thể được sử dụng như công cụ cho việc đánh giá hiệuquả tác động trong việc sàng lọc các enzyme thường có hiệu suất lớn hơn việc sử dụngvết bẩn tiêu chuẩn và phương pháp quy mô nhỏ thực hiện kiểm tra trong phòng thínghiệm

Để đánh giá đầy đủ các tác dụng tẩy rửa của một loại enzyme, hai bước có thể được xemxét: (1)'' Tác động giặt sơ cấp'' (hiệu quả làm sạch) đề cập đến việc loại bỏ các vết bẩn vàđất sau khi giặt rửa lần 1 Thử nghiệm được thực hiện như mô tả ở trên bằng cách sửdụng các loại vải nhân tạo làm bẩn chúng rồi thử nghiệm với vết bẩn đó hoặc cho bẩn tựnhiên trên vải để thử nghiệm

(2)'' Hiệu ứng giặt thứ cấp'' (tác dụng sau khi quá trình được rửa lặp đi lặp lại) đềcập đến hiệu quả tiềm năng tẩy rửa đa năng của một số enzyme (ví dụ, với Lipase) hay đểphát hiện các tổn thương chẳng hạn như mất cường độ ăn mòn, phá vết bẩn là những lớp

vỏ, lớp phủ đã lâu ngày khó phá vỡ ( incrustations ) như hresidues, Các đánh giá sauthường được dựa trên 25 hay 50 lần giặt rửa, bao gồm cả kiểm soát một loại vải

Một cách tiện lợi để báo cáo hiệu suất của chất tẩy rửa enzyme là việc sử dụng các đườngcong đáp ứng liều lượng Thông thường, các enzyme liên quan đến hiệu suất tăng đáng kểtrong khoảng nồng độ enzyme thấp hơn, nhưng đạt đến một mức tối đa ở liều lượngenzyme cao hơn

Hình 54 : So sánh hiệu suất protease như một hàm số của liều lượng enzyme Việc thựchiện tại 600C đạt đến sự ổn định ở một liều lượng enzyme khoảng 0,04% khối lượng củaenzyme kết tinh (ở dạng kết thành hạt) trong chất tẩy rửa Ở nồng độ enzym này, vải sạch

và các vết bẩn có thể được loại bỏ hoàn toàn, nghĩa là, giá trị R đo được giống như củamột phần thử nghiệm giặt rửa loại bỏ bẩn trong cùng điều kiện

Hình 54: Ví dụ về đường cong liều lượng đáp ứng cho Savinase 6.0 T protease

(Novozymes) trong một chất tẩy rửa bột, 4 g / L trong một thử nghiệm Launder-o-mét

60 8C trong 40 phút Nguồn: Novozymes.

Phạm vi mà các enzyme có thể loại bỏ vết bẩn và đất từ vải phụ thuộc vào thành phầnchất tẩy rửa, nhiệt độ rửa, pH rửa, thời gian giặt, lượng chất tẩy rửa, vv Hiêu suất tẩy rửacủa enzyme có sự khác nhau, thay đổi giữa chất tẩy rửa ở dạng lỏng và chất tẩy rửa dạng

bột với các thành phần của bẩn Hình 55 cho thấy các thành phần vải cũng ảnh hưởng đếncấu hình của vết bẩn với những vết bẩn có cấu hình tương tự (EMPA 117 trên sợi bôngtổng hợp và EMPA 116 chỉ trên bông).

Hình 55: Hiệu quả xử lý vết bẩn ở nước Mỹ, chất tẩy rửa lỏng (0,4% Savinase 16L) và

bột giặt (dạng bột) (0,8% Savinase 8.0T) của Mỹ về sự khác nhau trong tiêu chuẩn về vết bẩn trong một Terg-o-tometer hoạt động ở 6 0 dH độ cứng của nước, 20 0 C, 10 phút EMPA 117 (sữa, máu, và mực in về polyester / vải cotton); AS 10 (sữa, dầu, và các sắc

tố trên 100% cotton); cỏ (trên 100% cotton); EMPA 116 (sữa, máu, và mực in trên 100% cotton); WFK bẩn máu (trên 100% cotton) Nguồn: Novozymes.

Hơn nữa việc giảm quy mô đánh giá hiệu suất của các enzym chất tẩy rửa đã đạt được, vàmàn hình hiệu suất thông lượng cao cho các enzyme đang được phát triển Đây là loạiđánh giá hiệu suất sử dụng các tấm đa hiệu giá, từng nắm giữ khối lượng ml dung dịch

rửa trong điều kiện kiểm soát nhiệt độ (hình 56) Mức độ khuấy trộn thực tế trong dungdịch được đảm bảo với việc khuấy được thu nhỏ Trong điều kiện thử nghiệm tối ưu hóamột mối tương quan tốt với điều kiện giặt thực tế có thể đạt được Hiệu suất có thể đượcđánh giá trực quan hoặc tốt hơn là sử dụng phương pháp đọc tấm hiệu giá và phần mềmthường được sử dụng trong ngành công nghệ hóa học protein Đánh giá hoạt động thunhỏ như vậy có nhiều lợi thế như lượng tiêu thụ thấp của enzyme, và thứ tự củamicrogram so với mg trong các thử nghiệm quy mô nhỏ khác, và đánh giá tốc độ cao củanhiều điều kiện hoạt động trong một thí nghiệm đa chức năng

Hình 56: Hình thể hiện hiệu suất thông lượng cao của các enzyme tẩy rửa Hiệu suất

tẩy rửa của enzyme trên các vết bẩn từ cỏ được đánh giá ở một mức độ enzyme so với cấu hình độ cứng của các giải pháp rửa (0-10mmol Ca2 +) Trái: các loại vết bẩn từ

cỏ sau khi xử lý; bên phải: đánh giá các dụng cụ dính vết bẩn từ cỏ Nguồn: các số liệu, biểu đổ chưa được công bố của G Bechmann, C Joos, S Cooremans (Procter & Gamble Eurocor).

Kết luận cuối cùng về hoạt động của một enzyme chất tẩy rửa phải được xác nhận trongmột thiết bị giặt thực tế sử dụng với lượng giặt rửa thực tế và với các chương trình rửa ở

nhiệt độ rửa khác nhau và sử dụng chất tẩy rửa so với độ cứng của nước Cuối cùng cácthử nghiệm hiệu suất có thể được lặp đi lặp lại trong mọi điều kiện địa lý rửa hoặc địaphương quan trọng để xác nhận sự vững mạnh của các loại enzyme trong các điều kiệnrửa.

dụ, ca cao, là sự kết hợp có hiệu quả với amylase và lipase có thể quan sát được

Bảng 22: Ví dụ về các chất tẩy rửa protease thương mại có sẵn (Novozymes) [613-617]

Hấu hết chất tẩy rửa protease ngoài thị trường là subtilisins và đã được phân loại trongbảng tóm tắt hóa học.Số enzyme phân loại là EC 3.4.21.62 Tên subtilisin xuất phát từ tên

của một loài vi khuẩn, Bacillus subtilis, mà protease lần đầu tiên được phânlập.Subtilisins là serine endo-peptidase ngoại bào, và bây giờ cũng gồm các proteaseđược phân lập từ các loài vi khuẩn Bacillus

Protease đầu tiên của loại này đã được subtilisin Carlsberg từ licheniformis Bacillus,phân lập vào năm 1947 ( còn gọi là subtilisin A, Alcalase Novo) Sau đó vào năm 1954subtilisin cũng được phân lập từ B amyloliquefaciens và cũng được biết như là subtilisinBPN0, Nagase, Primase, vi khuẩn proteinase Novo, Novo Sub

Chất tẩy rửa ngoài thị trường protease có cấu trúc tương tự và không có sự khác biệt giữachúng, tất cả chúng được đặc trưng bởi tính chất đặc hiệu và chủ yếu khác nhau ở nhiệt

độ tối ưu và pH tối ưu, độ nhạy của thuốc tẩy và nhu cầu về ion Ca Một số có tính kiềmcao, ví dụ như có một hoạt động mạnh nhất trong khoảng pH cao, chẳng hạn nhưMaxacal và Savinase Còn những khác có tính kiềm thấp, ví dụ như Maxatase, Alcalase,

và subtilisin Novo (BPN0) Bảng 22 trình bày ví dụ về protease trên thị trường và phạm

vi ứng dụng.Tất cả đều có một phân tử trọng lượng từ 20 – 30 000,và có một lượng serine

dư thừa trong hoạt động của enzyme Hình 57 và 58 minh họa cho độ pH và nhiệt độ củamột số protein trên thị trường thấp và kiềm cao trong khảo nghiệm phân tích trêndimethylcasein (DMC) bề mặt

Hiệu suât protease có thể ảnh hưởng mạnh mẽ bởi pH và độ bền của ion.Hoạt động bềmặt cũng có ảnh hưởng cả về hiệu suất protease và tính ổn định trong các phương pháprửa Nhìn chung hoạt động bề mặt của anion mạnh hơn nhiều so với bề mặt lưỡng tính vàmạnh hơn nhiều so với bề mặt không ion

Tất cả các chất tẩy rửa protease bị mất ổn định bởi alkylbenzenesulfonate( LAS) vàsunfat alkyl (AS), hầu hết là những loại phổ biến của bề mặt anion trong chất tẩy rửa.Nồng độ LAS và nhiệt độ rửa cao, làm bất hoạt enzyme.Sự có mặt của bề mặt không ionsunfat hoặc alkyl ethoxylat hóa, tuy nhiên mất tác dụng của ở một mức độ tác động tiêucực của LAS.Hầu hết các chất tẩy rửa đều có chứa một số hoạt động bề mặt không ion