Weiße Wäsche durch Enzyme - ein Anwendungsbeispiel

Eine der klassischen Anwendungen Weißer Biotechnologie ist die Verwendung optimierter Biokatalysatoren, sogenannter Enzyme, in Waschmitteln. Enzymhaltige Waschmittel werden seit dem frühen 20. Jahr­hundert eingesetzt. Enzyme verbessern Waschmittel durch die Spaltung verschiedener Schmutzpartikel in lösliche Verbin­dungen. Zunächst wurden die in Waschmitteln verwendeten Enzyme aus den Bauchspeichel­drüsen von Schlachttieren gewonnen. Seit den 60er-Jahren konnten sie durch Enzyme aus biotechnologischer Produktion ersetzt werden. Durch die Verwendung von Enzymen in Waschmitteln konnte nicht nur das Waschergebnis verbessert werden, son­dern vor allem die Kosten und der Energieverbrauch durch Herabsetzen der Waschtemperaturen, Waschdauer, des Wasser- und Waschmittelverbrauchs konnten deutlich reduziert werden. Der Waschprozess wird also effektiver, kostengünstiger und umweltfreundlicher.

Am Beispiel der Proteasen, die in etwa 80% aller Waschmit­tel enthalten sind, wird die Bedeutung dieser Biokatalysatoren deutlich: Proteasen sind Enzyme, die Eiweiße (Proteine) spalten. Eiweißhaltige Verschmutzungen machen einen großen Teil der Wäscheverunreinigungen aus. Enzyme werden bei der Prote­inspaltung nicht verbraucht, es ist daher möglich, sie auch in kleinen Mengen sehr wirkungsvoll einzusetzen. Bei ausreichend langer Einwirkungszeit kann theoretisch eine sehr kleine Menge Proteasen eine unbegrenzte Menge Eiweiß abbauen.

Enzyme haben ein Temperaturoptimum. Sie sind grund­sätzlich nur in einem begrenzten Temperaturbereich wirksam, der meist zwischen 20°C und 65°C liegt. Eine Protease. deren Wirkungsoptimum bei etwa 60°C liegt, hat bei 30°C nur noch 5 bis 10% ihrer optimalen Wirkung. Umgekehrt kann das Enzym bei 95°C schon nach einigen Minuten völlig unwirksam sein. Da Waschprozesse bei unterschiedlichen Temperaturen ablau­fen, müssen Enzyme temperaturahhängig verwendet werden. Sie werden auch industriell aus dementsprechend angepaßten Mikroorganismen hergestellt. Um die Energiekosten möglichst gering zu halten, ist es ein Forschungsziel, Enzyme zu finden, die bei immer geringeren Temperaturen optimal wirken.

Die Alkalität des Waschwassers macht man sich seit Jahrtau­senden zunutze, um Schmutz zu entfernen. Die Haltbarkeit der gewaschenen Fasern ist jedoch bei höherer Alkalität geringer. Um die Fasern zu schonen, aber auch, um die Produkte für den Verbraucher sicherer zu machen, ist eine Herabsetzung der Alkalität also von Vorteil. Damit die Waschleistung auch in we­niger alkalischem Waschwasser gewährleistet bleibt, müssen Enzyme gefunden werden, die in dem entsprechenden Milieu optimal arbeiten. Die Enzymaktivität ist pH-abhängig. Die meisten Waschmittelenzyme haben daher ein pH-Optimum, das dem alkalischen pH-Wert des Waschwassers angepasst ist. Ein Beispiel für Enzyme, die im alkalischen Milieu - also in dem vorherrschenden Milieu von Waschwasser - arbeiten, sind die Subtilisine. Es sind Proteasen bakterieller Herkunft, die ihre Benennung dem Ursprungsorganismus Bacillus subtilis verdanken. Subtilisine spalten eiweißhaltige Verschmutzungen wie Ei, Blut oder Kakao im alkalischen Milieu so stark auf, dass diese ausgespült werden können.

Da Enzyme trotz zum Teil hoher Temperatur- und Alkali­stabilität leicht denaturierbare Proteine sind, reagieren sie empfindlich auf andere Waschmittelbestandteile, beispielswei­se gegenüber oxidierenden Bleichmitteln, aber auch gegen­über Tensiden und Enthärtern. Dies muß bei der Entwicklung von Wasch- und Reinigungsmitteln beachtet werden.

Die Verwendung von Enzymen ist unter dem Gesichts­punkt der Waschmittelwirksamkeit und des Umweltschutzes zu befürworten. Enzyme sind bereits in kleinsten Mengen hoch wirksam, sodass eine größere Menge anderer wasch­aktiver Substanzen eingespart werden kann. Außerdem sind Enzyme biologisch vollständig abbaubar und ungiftig. Die Enzymherstellung erfolgt biotechnologisch, also mit Hilfe von Mikroorganismen in sogenannten Fermentern. In Wasch- und Reinigungsmitteln werden neben Proteasen noch Amylasen , Cellulasen und Lipasen verwendet.

Amylasen bauen Stärke ab, die z. B. in Soßen, Verdickungsmit­teln und prozessierten Lebensmitteln, aber auch in Appretur enthalten ist. Die Stärke wird dabei in lösliche Zweifachzucker (Maltose) gespalten. Cellulasen sind dagegen nicht in erster Linie für den Schmutzabbau zuständig, sondern wirken auf die Gewebe selbst. So entfernen Cellulasen auf Baumwollge­weben die winzigen Knötchen (Pilling), die das Gewebe rauh machen, oder bauen abstehende Mikrofibrillen ab, die den Farbeindruck schwächen. Sie sind auch für die Entfernung von Pigmentflecken verantwortlich. Lipasen spalten Fette in die leichter löslichen Bestandteile Fettsäuren und Glycerin. Fettschmutz wie Lippenstift oder Kragenschmutz können dann auch bei niedrigen Waschtemperaturen entfernt werden.

Der Bereich Wasch- und Reinigungsmittel macht den größten Marktanteil industrieller Enzyme aus (ca. 40% VOI). Nicht nur in Waschmitteln, sondern zum Beispiel auch in Reinigungs­mitteln für Geschirrspülmaschinen oder in der Reinigungs­flüssigkeit von Kontaktlinsen sind Enzyme unverzichtbare Bestandteile. Der riesige Markt macht die ständige Entwicklung neuer bedarfsangepasster, gentechnisch verbesserter Enzyme erforderlich.

Auszug: BMBF-Broschüre //www.biotechnologie.de/bio/generator/Redaktion/PDF/de/Broschueren/weisse-biotechnologie,property=pdf.pdf//"Weiße Biotechnologie"//

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