Generelt oplæg om forsøg til demonstration af vaskeeffekter af enzymer samt et par konkrete forsøgsvejledninger

Transkript

1 Generelt oplæg om forsøg til demonstration af vaskeeffekter af enzymer samt et par konkrete forsøgsvejledninger Af Ture Damhus og Svend Kaasgaard Detergent Applications II, Novozymes A/S. Barbara Lykke Lind medvirkede som studerende ved mange af de tilgrundliggende laboratorieforsøg og er hovedforfatter til vejledningen til antiredepositionsforsøgene. Oktober 2006 Skriftet er ment som oplæg til især lærere i forbindelse med skoleklassers studier af aspekter af emnet Enzymer til vaskemidler, specielt hvor der er et ønske om eksperimentelle indslag. Det er ikke et blåstemplet undervisningsmateriale til elever. Man er velkommen til at kontakte forfatterne via for en nærmere diskussion af emnet. Den generelle indledning blev først udarbejdet til brug ved kursus på Erhvervsakademi Roskilde august 2004 og figurerede i den version som reference [18] i artikel nr. 8 i artikelserien nævnt nedenfor under Litteratur. Indledning 1. Generelt om enzymatiske vaskeeffekter Vaskemidler (til tøjvask og maskinopvask) udgør en volumenmæssigt meget stor industrielle anvendelse af enzymer. og den største Forsøg med enzymatiske vaskeeffekter giver mulighed for diskussion af ikke bare enzymeffekterne selv, men relateret information som ingredienser i (op)vaskemidler, hårdhed af postevand, energisparemærkning af vaskemaskiner, tekstiltyper, tekstilfarver, besmudsninger på service og tøj (blod, hudfedt, fødemidler, snavs fra omgivelserne mv.), spildevandsbehandling osv. Der er en masse kemi og biologi og teknik involveret her! I dette oplæg forudsættes denne baggrund i det væsentlige introduceret og diskuteret andetsteds. Det er ikke nødvendigvis let at udarbejde reproducérbare og hurtige forsøg, der på overbevisende måde demonstrerer enzymatiske vaskeeffekter. Det hænger sammen med flere forhold: (1) Vaskeprocesser beror i høj grad på et samspil mellem mekanisk bearbejdning og kemiske processer. Forsøg udført i bægerglas eller andre simplificerede laboratorieopstillinger med ringe mekanisk effekt og med lettilgængelige kemikalier afspejler ikke altid betingelserne i en vaskemaskine eller opvaskemaskine særlig godt. (2) Nogle enzymeffekter er under alle omstændigheder små og vil først kunne registreres efter gentagne vaske (fx farveklarende effekt af cellulaser), hvad enten man bruger sine sanser eller kvantitative målemetoder. (I industrien analyserer man ofte sine vaskeforsøg ved brug af avancerede metoder som lysreflektion, billedanalyse, elektronmikroskopi, restprotein-/restfedt-/reststivelses-osv.- bestemmelse ved diverse metoder, analyse af flygtige komponenter ved gaschromatografi, trækstyrkemålinger mv. for at supplere menneskets sanser med kvantitative data.)

2 (3) Andre enzymeffekter er vanskelige overhovedet at måle kvantitativt og meget subjektive, fx når det drejer sig om forhindring af dårlig lugt eller påvirkning af bomuldstekstilers overfladeegenskaber ved brug af cellulaser. I industrien benytter man sig ofte af testpaneler, dvs. grupper af trænede medarbejdere eller forbrugere, der bedømmer effekter af fx vaskemidler. Hvor det normalt vil være umuligt at gennemføre kvantitative undersøgelser som de under pkt. (2) ovenfor nævnte på en skole, kan man principielt godt forestille sig at lade eleverne indgå i testpaneler, fx ved vurdering af udfaldet af forsøg som dem, der skitseres nedenfor. I det følgende gives oplæg til nogle generelle forsøgstyper og skitseres nogle enkelte konkrete forsøg, som forhåbentlig vil kunne give dels umiddelbart registrérbare resultater med en vis sikkerhed, dels anledning til diskussion af noget interessant kemi eller biologi. Først diskuteres, hvorledes egnede materialer og udstyr tilvejebringes. (I den resterende del af dette skrift fokuseres på forsøg, der eksemplificerer enzymatiske effekter under tøjvask.) Med symbolet tilkendegives, at der her er mulighed for at "klippe til" et andet emne og mulighed for at inddrage forsøg, der illustrerer andre kemiske og biologiske problemstillinger. Det er ikke emner, der er behandlet i nærværende skrift! 2. Testmaterialer Vi er alle omgivet af tekstiler, som trænger til at vaskes, og som principielt kunne fungere som testmaterialer for vaskeforsøg. Det kan dog med henblik på reproducérbarhed og repetérbarhed anbefales, at man anvender passende standardiserede materialer. I industrien spenderes store summer på at indkøbe tekstiler med testbesmudsninger fra særlige firmaer, der fremstiller sådanne enten efter egne forskrifter eller på kontrakt efter rekvirenters forskrifter (det drejer sig om bomuld, polyester mv., der er påført blod, læbestift, fødeemner, tekstilfarver, sod, ler osv.). Har man råd til det, kan det være en god idé at købe sådanne materialer, men vi vil her gå ud fra, at det ligger uden for de budgetmæssige muligheder på en skole. Altså må man selv tilvirke sine testmaterialer. Tekstiler. Umiddelbart virker det logisk at underlaget for en testbesmudsning optimalt vælges hvidt, så det er let at se, hvad der sker med besmudsningen, navnlig hvis det, man vil studere, er redeposition af smuds (se forsøgsvejledning B nedenfor). Gode emner er hvide viskestykker eller hvide T-shirts (undertrøjer). Imidlertid kan det være lettere at følge fjernelse af visse besmudsninger, fx spiseolier, fra farvede tekstiler. Problemet er bare, at farvede tekstiler i praksis ikke er standardiserede og i øvrigt ofte indholder overskudsfarve, som kan udgøre en komplikation. En ambitiøs vinkel på dette er at man selv indkøber hvidt tekstil og farver det. tekstilfarver indfarvningsprocesser Tekstiler med besmudsninger. De ovennævnte tekstiler kan påføres en hel række fødevarer; her sætter kun fantasien grænser: færdige saucer, ketchup, kakaomælk, fløde, gelatine, svinefedt, spiseolier, æg (NB: interessant besmudsning, fordi der er proteaseinhibitorer i æg!), stivelse (NB: bør forklistres overvej), læbestift og anden kosmetik (NB: kun angribeligt af lipase, hvis baseret

3 på vegetabilsk fedt!), spinat, græs, blod (hvis det er muligt under overholdelse af sikkerheds- eller hygiejneforskrifter; evt. fås fra slagter). Nogle af disse kræver nok særligt udstyr, fx vil en blender el. lign. være hensigtsmæssig til brug ved findeling af spinat eller græs. Det er ikke nødvendigvis let at lave ensartede besmudsninger! Man skal være opmærksom på, at hvis man finder på at farve en besmudsning for at følge fjernelse af den det gøres i stor stil ved kommercielle testmaterialer af den ovennævnte art, fx kan man købe æg- og blodbesmudninger med tusch så er det en ekstra komplikation både at påføre farve og besmudsning samtidigt og ensartet, og at de måske ikke fjernes fra det besmudsede tekstil i samme takt. Bemærk, at nogle besmudsninger er følsomme over for flere enzymtyper (kakaomælk: proteaser og lipaser, evt. amylaser; fløde: proteaser og lipaser). fødevarekemi, fx kemi af triacylglycerolbaseret fedt hudpleje og kosmetika stivelseskemi blod hvorfor er der protein i græs og spinat (fotosyntesesystemer) 3. Vaskemidler og vaskemiddelingredienser Kommercielle vaskemidler er naturligvis lettilgængelige i detailhandelen. Problemet med et kommercielt vaskemiddel er, at man ikke særlig detaljeret kender sammensætningen, som kan være temmelig kompleks, og desuden, at der typisk er enzymer i det, så det kan være vanskeligt at studere enzymeffekter separat (det ville kræve et referenceprodukt uden enzymer). For pulvervaskemidler er der desuden det problem, at de kan være stærkt inhomogene, så man skal have en god prøveudtagningsteknik. Et godt tip er at uldvaskemidler normalt ikke indeholder enzymer, da proteaser, som er de mest almindelige vaskemiddelenzymer, potentielt kan skade uld og silke (det afhænger godt nok af, hvilke proteaser, der er tale om), og cellulaser, der virker ved at påvirke bomuldsoverflader, i sagens natur er irrelevante. Der er dog ikke noget principielt i vejen for, at der kunne være fx amylaser og lipaser i sådanne vaskemidler. uld- og silkeproteiner, deres biologiske funktion Iblødsætningsmidler og "pletløsnere" af forskellig slags indeholder til gengæld ofte adskillige enzymer og meget af dem og kan være en kilde til enzymer, hvis man ikke har dem fra anden side. (Se videre nedenfor.) Det er under alle omstændigheder en god idé at tage på en indkøbstur og bruge lidt tid på at studere vaskemidlernes indholdsdeklarationer og brugsanvisninger og gerne indkøbe nogle produkter og prøve at fremstille brugsopløsninger af dem. Man kan undersøge ph i disse og evt. underkaste dem mere avancerede undersøgelser som bestemmelse af phosphatindhold, enzymaktivitet osv. Man skal i hvert fald have en forestilling om typiske doseringer og ph-værdier af vaskemiddelopløsninger for at kunne tilrettelægge fornuftige forsøg med egne ingrediensblandinger. [Opløsninger af pulvervaskemidler har typisk ph i området , og flydende vaskemidler giver typisk brugsopløsninger med ph fra ca. 7.5 til 9.]

4 Vil man helst arbejde med vaskemiddelopløsninger af kendt sammensætning, må man nemlig nøjes med at bruge ingredienser, som kan skaffes særskilt, dvs. som kan købes for en rimelig penge i almindelig handel eller hos et kemikaliefirma. Mange vaskemiddelingredienser leveres imidlertid direkte fra råvareproducenterne til vaskemiddelproducenterne og sælges ikke som sådanne på det fri marked. Vi har på Novozymes været på en hurtig indkøbstur og fundet følgende materialer, som alle indgår i et vist omfang i vaskemidler: Matas Superbrugsen Irma Natriumtriphosphat (NB: fejlagtigt etiketteret som 'Trinatriumfosfat'; Matas har lovet at rette det, men det var endnu i 2006 ikke sket!) Natriumcarbonat ('Kalcineret soda'; må formodes at være vandfrit Na 2 CO 3 ) Natriumhydrogencarbonat ('Tvekulsurt natron') Citronsyre (med krystalvand?) Natriumperborat (højst sandsynligt NaBO 3 4H 2 O) Natriumsulfat (der står 'Glaubersalt', så det er muligvis Na 2 SO 4 10 H 2 O) Natriumsilicat ('vandglas' '36-38 BE' betyder, så vidt det har kunnet undersøges, 'grader Baumé' og er et mål for massefylden; er opløsningen fx 37 Bé [sådan skrives det], er massefylden 145/(145 37) = 1.34 kg dm 3 ) Sæbe (Bluecare sæbespåner, blanding af diverse C 12 -C 18 -sæber) Natriumcarbonat (der står 'soda', men deklarationen taler også om vand) Natriumtriphosphat (Minus kalk) Sæbe (Tusindfryd sæbespåner, garanteret det samme produkt som Bluecare ovenfor) Den væsentligste mangel her er, at det eneste tensid (eller overfladeaktive stof skal vi ikke prøve at bekæmpe det omsiggribende "surfaktant"?) er sæbe. Der er ikke lineært alkylbenzensulfonat, alkoholethoxylat eller andre af de syntetiske tensider, som er så vigtige for moderne vaskemidler. Men for simpelheds skyld er de efterfølgende forsøg holdt inden for denne ingrediensliste. uorganisk kemi af de anførte salte hårdt og blødt vand binding af vandhårdheden vha. kompleksdannere som triphosphat og citronsyre overfladeaktive stoffer og ders virkemåde sæbe, forsæbning af fedtstoffer 4. Enzymer Som det er bekendt, hjælper Erhvervsakademi Roskilde med at distribuere gratisprøver af industrielle enzymer, som med fordel kan bruges til mange forsøg. [Link: DK(711)/Akademiuddannelser/For%20gymnasier%20og%20skoler/Enzymer] Andre kilder til enzymer er som nævnt ovenfor vaskemidler, herunder pletløsnere og lignende koncentrerede produkter; og enzymholdige fødevarer som fx ananas, ingefær, kiwi, papaya (proteaser); lever (katalase); spyt (amylase).

5 5. Udstyr Den nemmeste måde at modellere vaskeprocesser på er at omrøre vaskeopløsninger med små testlapper i bægerglas eller kolber. Bedst er det at kunne termostatere, selvfølgelig navnlig hvis man ønsker at studere processernes temperaturafhængighed. Er der en elev eller en lærer, der vil lægge faciliteter til derhjemme, kan man jo evt. følge et forsøg op med et real life-forsøg i vaskemaskine. 6. Variable Der er mange muligheder for praksisrelevante variationer af vaskeforsøg, fx Tekstilernes art og mængde Besmudsningernes art Besmudsningsmængder på testlapperne Tørring/ældning af besmudsninger (se fx vejledning A nedenfor) Hårdt/blødt vand Vaskemiddeldosering eller dosering af enkeltingredienser, fx Sæbekoncentration Natriumsulfatkoncentration ph Temperatur (vil man arbejde ved én bestemt temperatur, er 40 C ofte et godt valg) Omrøringshastighed Vaskens varighed Enzymets art Enzymdosering *) *) Enzymer doseres i kommercielle vaskemidler typisk til et indhold på ca % til 0.01 % rent enzymprotein efter vægt i vaskemidlet. Anderledes udtrykt og her indgår der en beregning, der kan baseres på doseringsanvisningen på vaskemiddelpakningen og en kendt eller antaget vandmængde i vaskemaskinen gode opgaver til elever! vil doseringen af enzym i vaskevæsken typisk ligge i nm-området (mellem 1 og mol dm 3 ). Enzymer tilsættes ved vaskeforsøg ofte via mellemfortynding i betragtning af den lave slutkoncentration.

6 Litteratur Der findes en omfattende faglitteratur om vaskemidler og vaskeprocesser i almindelighed og om enzymer til vaskemidler i særdeleshed, men ikke meget er på dansk. Nedenanførte artikelserie i Dansk Kemi søgte at råde bod på dette. I artikel 2 i serien er der talrige henvisninger til den internationale litteratur på området. [1] T.Damhus: Vaskemidler anno 2005 dagligprodukter hvor stofkemi mødes med overfladevidenskab og bioteknologi. I. Hvordan ser vaskemidler ud rundt om i verden, og hvordan bruges de? Dansk Kemi 86 # 8 (2005), midtersektionen side 1-4. [2] T. Damhus: Vaskemidler anno 2005 dagligprodukter hvor stofkemi mødes med overfladevidenskab og bioteknologi. II. Hvordan udvikles og afprøves vaskemidler, og hvordan ser markedet for fremtidens vaskemidler mon ud? Dansk Kemi 86 # 9 (2005), midtersektionen side 5-8. [3] T. Damhus: Blegesystemer i vaskemidler. Dansk Kemi 86 # 10 (2005), midtersektionen side [4] P. Skagerlind, T. Damhus: Builderne vaskemidlernes basisingredienser. Dansk Kemi 86 # 12 (2005), midtersektionen side [5] T. Callisen, T. Damhus: Frustrerede molekyler i centrum af vaskeprocessen. Dansk Kemi 87 # 1 (2006), midtersektionen side [6] T. Damhus: Øvrige ingredienser er også vigtige for vaskeoplevelsen og vaskeresultatet. Dansk Kemi 87 # 2 (2006), midtersektionen side [7] T. Callisen, T. Damhus, V.S. Nielsen, P. Skagerlind: Enzymer til vaskemidler fra bugspytkirtler til gensplejsede mikroorganismer. I. Tre klassiske enzymgrupper: proteaser, amylaser og lipaser. Dansk Kemi 87 # 3 (2006), midtersektionen side [8] T. Damhus, K.S. Johansen, M. Mikkelsen, J.D. Nielsen, M. Simonsen: Enzymer til vaskemidler. II. De nyeste udviklinger: carbohydraser af mange slags, helt andre enzymtyper, enzymatiske maskinopvaskemidler. og det hele set i forbruger- og miljøperspektiv. Dansk Kemi 87 # 4 (2006), midtersektionen side

7 Vejledninger til konkrete forsøg A. Vaskeforsøg med demonstration af enzymers effekt på kakaomælk- (og evt. ketchup-) pletter A1. Indledende bemærkninger Vi har på Novozymes gode erfaringer med at demonstrere enzymeffekter ved hjælp af hjemmelavede pletter af Cocio kakaomælk. Effekter ses også med de to typer Matilde kakaomælk, vi har testet, men de er mindre udtalte. Vaskemidlet kan fx være det simplest mulige, som vor oldemor brugte det: postevand blødgjort med soda og tilsat sæbespåner, efter at calciumcarbonat er bundfældet. Dosering som anført på produkterne. Natriumsulfat tilsættes eventuelt fremmer ofte vaskevirkningen (diskutér evt. hvorfor!). Et typisk niveau af natriumsulfat kunne være 10 mm. Eventuelt justeres ph ud fra erfaringer med kommercielle vaskemidler eller ph tages, som den nu bliver af sig selv. Se også diskussionen i afsnit 3 ovenfor. Forskellige proteaser har forskellige ph-profiler for deres vaskevirkning. I nærværende forsøg kunne testes de tre kommercielle proteaser Savinase, Alcalase og Neutrase samt evt. proteaser fra diverse frugter. Det sidste har vi dog ingen erfaring med, og doseringen bliver jo helt ubestemt, med mindre der er foretaget en aktivitetsanalyse af den pågældende proteasekilde. Tilgængelige kommercielle amylaser har ret forskellig vaskeeffekt under de her foreslåede betingelser. Ud over Stainzyme anført nedenfor kan fra Erhvervsakademi Roskilde rekvireres vaskemiddelamylasen Termamyl Ultra. Potentielt kan der ved kombination af flere enzymer som foreslået her ses additive eller ligefrem synergistiske effekter. Sådanne finesser er dog som oftest vanskelige at eftervise uden kvantitative evalueringsmetoder. A2. Materialer Cocio kakaomælk Tomatketchup Hvidt bomuldsstof (fx T-shirt eller hvidt viskestykke) Vaskemiddel (se indledende bemærkninger lige ovenfor) Savinase 16 L (protease) Stainzyme 12 L (amylase) Lipex 100 L (lipase) Blue cap-flasker 40 C-vandbad

8 A3. Procedure 1) Lav pletter af samme størrelse på et stykke hvidt bomuldsstof. Pletterne skal være ca. 1-2 cm i diameter, hvilket svarer til 200 µl Cocio per plet. Husk at ryste Cocio-flasken grundigt før den bruges, så kakaomælken er homogen. Det er lidt vanskeligere at påføre tomatketchuppen jævnt. 2) Pletterne tørres i ovn ved ca. 100 C i 1-2 h eller ved brug af en føntørrer eller evt. et strygejern. I mangel af alle disse remedier bør pletterne minimum lufttørres natten over. Dette punkt er vigtigt for at kunne se forskel på referencepletter (pletter behandlet uden enzym) og pletter behandlet med enzym (diskuter evt. hvorfor!). 3) Klip pletterne ud, således at tøjstykket omkring dem er ca. 5 5 cm. 4) Fremstil 1 L vaskevæske. Ved brug af et kommercielt enzymfrit vaskemiddel anbefales 5 g vaskemiddel + 1 L koldt postevand. (Diskutér: hvorfor koldt?). 5) Vaskevæsken fordeles i blue cap-flasker med 100 ml i hver. 6) Læg en magnetomrørerpind og et tøjstykke i hver flaske. Magneter med en trekantsprofil er mest effektive. 7) Flaskerne placeres på 40 C- eller 60 C-vandbad med omrøring. Efter ca. 5 min, hvor indholdet er varmet op til den ønskede temperatur (kontrollér for en sikkerheds skyld!), tilsættes 5 µl enzympræparat fx efter følgende skema: Glas 1: Glas 2: Glas 3: Glas 4: Glas 5: Glas 6: Glas 7: Glas 8: minus enzym (referencen) 5 µl Savinase 16 L 5 µl Stainzyme 12 L 5 µl Lipex 100 L 5 µl Savinase + 5 µl Stainzyme 5 µl Savinase + 5 µl Lipex 5 µl Lipex + 5 µl Stainzyme 5 µl Savinase + 5 µl Lipex + 5 µl Stainzyme 8) Tøjstykkerne vaskes med god omrøring i 10 min, hvorefter de tages op og skylles grundigt under hanen. Efter skylning lægges de til tørre, og resultatet vurderes i forhold til referencen. Der kan også laves forsøg med vask med forskellige Savinasedoseringer (fx 1, 2, 5 og 10 µl Savinase 16 L), samt vask ved forskellige temperaturer (koldt hanevand, stuetemperatur, 40 C og 60 C) og forskellige vasketider. Man kan også vente med at lægge lapperne ned i flaskerne, til indholdet har nået den ønskede temperatur (diskutér, hvad der sker i en europæisk vaskemaskine!).

9 Vaskeopstilling: B. Vaskeforsøg med demonstration af enzymatisk anti-redepositionsvirkning. B1. Indledende bemærkninger Det generelle koncept er her som følger: Lapper (tekstiler, se afsnit 2 ovenfor) besmudses med stivelse, protein eller fedt, vaskes med hhv. en amylase, en protease og en lipase til stede i vaskevæsken og tørres. Derefter vaskes én gang til, nu uden enzym, men med tilsætning af jern(iii)oxid til vaskevæsken. Det man ser, er, at de lapper, der er vasket med enzym, opsamler mindre jern(iii)oxid. Det svarer til, at tøj, der er vasket med enzym og derfor ikke bærer på (normalt usynlige!) spor af stivelse, fedt osv., i efterfølgende vaske er mindre sårbart over for deponering eller deposition (afsætning) af rust fra hanevand eller redeposition (genafsætning) af partikler i al almindelighed, som afgives fra snavset tøj i vasken. Ved vask med jern(iii)oxid har vi på Novozymes i både første og anden vask anvendt en opløsning af natriumcarbonat og natriumsulfat, men ingen overfladeaktive stoffer; dette giver nok tydeligst resultat, men man kan sætte sig for at undersøge indflydelsen af yderligere komponenter, fx sæbe. Jern(III)oxid blev tilsat til et niveau på 0.5 g/l vaskevæske. Hvis man inkluderer sporingslapper (rene lapper af fx bomuld eller polyester) i den første vask, kan man være heldig også at se enzymeffekt på disse i den anden vask, hvilket kan tages som udtryk for, at enzymerne formindsker redeposition af stivelse, hhv. fedt i det første vaskeforsøg. Som i forsøg A kunne man inkludere andre enzymer. Vi har på Novozymes kun testet proceduren med de nedenfor anførte enzympræparater. B2. Materialer Hvidt bomuldsstof, gerne fx viskestykker uden for meget mønster, eller hvide T-shirts. Majsmel (Maizena) eller kartoffelmel Olie eller svinefedt Husblas Termamyl Ultra 300 L (amylase)

10 Lipex 100 L (lipase) Savinase 16 L (protease) natriumcarbonat natriumhydrogencarbonat natriumsulfat sæbespåner jern(iii)oxid B3. Procedurer (i)fremstilling af besmudsede lapper Fedtbesmudsninger Svinefedtet opvarmes under omrøring til 70 C. Olivenolien bruges som den er. Stivelsesbesmudsninger Til kartoffelmel- og majsstivelsesopløsninger afvejes 1.0 g stivelse, som tilsættes til 400 ml lunkent postevand i et 1 L-bæger. Bringes i kog under kraftig omrøring. Koger 2-3 min, så stivelsen gelatiniseres. Afkøles under fortsat omrøring til mellem 30 og 40 C. Gelatinebesmudsning 1 g husblas afvejes og lægges i blød i et lille bæger med milli-q-vand (eller demineraliseret vand) i 5 min. Imens bringes 100 ml milli-q-vand (eller demineraliseret vand) i kog. Husblassen vrides og tilsættes til det kogende vand. Der omrøres kraftigt, til gelatinen er opløst. De 100 ml opløsning tages af varmen, hældes i et større bægerglas og nedkøles til stuetemperatur under kraftig omrøring. Opløsningen tilsættes yderligere 300 ml milli-q-vand (eller demineraliseret vand) og omrøres fortsat. Fremgangsmåde 1. Da besmudsningerne er meget svære at se, når de er tørre, tegnes der først med blyant 3 cm 3 cm på stoffet. 2. Dernæst sættes stoffet fast med klemmer langs kanterne, så det hænger vandret i luften. 3. Der dryppes 200 L fra den ønskede besmudsningsopløsning lige i midten af hver kvadratisk felt. 4. Når stoffet er helt tørt, gemmes det i køleskab. 5. Lapperne klippes ud, så der ikke er blyant på dem (vigtigt ved kvantitativ farvemåling). Ved vores forsøg gik der i hvert fald et døgn fra lapperne blev fremstillet, til de blev vasket. Man kan normalt benytte lapperne til forsøget flere måneder efter, når de opbevares på køl eller frys. (ii) Vaskeprocedurer Vasken udføres (fx) i 150 ml bægerglas, hvori en magnetomrørerpind holder vandet i bevægelse og derved sørger for mekanisk bearbejdning af de besmudsede tekstiler. (Alternativt må arrangeres manuel omrøring v/ eleverne.) Samtidig skal vandet i bægeret holdes på en temperatur på 40 C (bedst i et termostateret vandbad), eller den temperatur, man har besluttet at vaske ved. Når vandet er varmet op, tilsættes først natriumcarbonat og natriumhydrogencarbonat. Derved udfældes kalk i

11 vandet i løbet af de 10 min, der går før vasken påbegyndes. Denne procedure til blødgøring af vaskevandet blev indført i et andet forsøg med et vaskemiddel, der også indeholdt 0,03 g sæbespåner pr 100 ml vaskevand. I nærværende forsøg har vi kun haft sæbespåner med i forsøget med gelatine, men det bør afprøves for de andre besmudningers vedkommende også, da det er mere realistisk at have et overfladeaktivt stof med i vaskemidlet. I hvert bæger vaskes 4 lapper. (Dertil eventuelt også 2 hvide rene lapper, der kan undersøges for hvor meget smuds der overføres fra snavset tøj til rent i løbet af en vask. Se fotoet nedenfor.) Når lapperne er vasket i 15 min, skylles de under rindende koldt vand og lægges til tørre på filtrérpapir. Det sidste bør udføres med handsker på, da enzymer og vaskemiddel kan irritere huden. Det er svært tage mere end to bægre fra på en gang, hvis vasketiden skal være den samme for alle bægrene. Undersøger man derfor mere end én besmudsning, kan man i så fald starte processen i bægrene tidsforskudt. Før og under vasken bør ph måles i vaskevandet, således at man har styr på processen og ved gentagelser kan sikre sig, at lapperne er vasket under ens forhold. Vaskemiddelingrediens Navn Natriumcarbonat (Na 2 CO 3 ) (kalcineret soda) Natriumhydrogencarbonat (NaHCO 3 ) (tvekulsurt natron) Natriumsulfat (Na 2 SO 4 ) (glaubersalt) Koncentration i vaskevand Forslag til koncentration i stamopløsning Dosering fra stamopløsning til vaskevandet 0.95 g/l 9.5 g/100ml 1 ml/100ml g/l g/100ml 2 ml/100ml 2 g/l g/100ml 3 ml/100ml Vaskemidlet er med vilje meget simpelt sammensat. Alle ingredienserne er typiske for kommercielle pulvervaskemidler og udmærker sig ved, at de kan købes hos Matas (under de betegnelser, der står med kursiv ovenfor) og i supermarkeder. Enzymopløsninger Type Produktnavn Foreslået koncentration i vaskevandet Amylase Termamyl Ultra 300 L 1) 1.25 KNU(T)/L Lipase Lipex 100 L 2) 3.0 KLU/L Protease Savinase 16 L 3) 0.15 KNPU(S)/L 1) Har en deklareret aktivitet på 300 KNU(T)/g. 2) Har en deklareret aktivitet på 100 KLU/g. 3) Har en deklareret aktivitet på 16 KNPU(S)/g. Betegnelserne KNU(T), KLU og KNPU(S) står for aktivitetsenheder defineret ved og målt i standardaktivitetsassays, altså analysemetoder, hvori hastigheden af en bestemt reaktion katalyseret af enzymet registreres. Lav først passende fortyndinger af enzympræparaterne i milli-q-vand (eller demineraliseret vand). Herfra kan der overføres små volumener (helst under 1 ml) til hvert vaskebæger. For en ordens skyld bemærkes, at enzymaktiviteterne i de koncentrerede produkter er fx 100 KLU/g for Lipex, mens aktiviteten under selve vasken foreslås at være 3.0 KLU/L, dvs. produktet skal fortyndes gange! Enzymopløsningerne skal holdes på is eller i køleskab, hvis der arbejdes med dem over en halv eller hel dag.

12 Første vask 1. I hvert bæger varmes 100 ml postevand op til 40 C. 2. ph måles. 3. Na 2 CO 3 og NaHCO 3 tilsættes. 4. Efter 5 min måles ph. 5. Efter 10 min tilsættes Na 2 SO 4 (og eventuelt sæbe) til vaskevandet. 6. Dernæst tilsættes enzym til det ene af de to bægre, der indeholder lapper med samme besmudsning. 7. Lapperne tilsættes og vasker 15 min; 4 lapper med den samme besmudsning i hver bæger. 8. Efter 5-10 min vask måles ph. 9. Lapperne skylles kort under vandhanen og lægges til tørre. Anden vask Her benyttes samme fremgangsmåde, blot tilføres ikke enzym til nogen af vaskene, men i stedet 0.05 g jern(iii)oxid pr 100 ml vaskevand. 1. I hvert bæger opvarmes 100 ml postevand til 40 C. 2. ph måles. 3. Na 2 CO 3 og NaHCO 3 tilsættes. 4. Efter 5 min måles ph. 5. Efter 10 min. tilføres Na 2 SO 4 og jern(iii)oxid (og eventuelt sæbe) til vaskevandet. 6. Lapper fra ét bestemt bæger i første vask, eller besmudsede lapper, der ikke har været gennem første vask, tilsættes i hvert bæger og vasker i 15 min. 7. Efter 5-10 min vask måles ph igen. 8. Lapperne skylles kort under vandhanen og lægges til tørre. Enzymeffekten vurderes ud fra i hvor høj grad jern(iii)oxid har farvet stofstykkerne (ved visuel bedømmelse eller farve/lysreflektionsmålinger, hvis man har adgang til det).

13 Et typisk resultat af et forsøg med svinefedt og olivenolie er vist her (lapperne er her cirkulære, fordi vi på Novozymes har adgang til en udstansemaskine, der laver dem sådan): De tre øverste rækker lapper er fra forsøg med svinefedt, de tre nederste fra forsøg med olivenolie. Den nederste række i hver gruppe af tre er oprindeligt uvaskede, men besmudsede lapper (dvs. de har ikke været gennem første vask) efter at de har været gennem anden vask; den næste række har været gennem første vask uden enzym og så anden vask, og den øverste række gennem første vask med enzym og derpå anden vask. De to søjler ude til venstre er i hver gruppe ubesmudsede (oprindeligt hvide) sporingslapper. B4. Diskussion, variationsmuligheder Ud over de generelle variationsmuligheder omtalt i afsnit 6 ovenfor, kan man for at sætte forsøgene i perspektiv eventuelt regne lidt på besmudsningsmængderne. Eksempel: Hvor lang tid tager det Lipex i doseringen ovenfor at omsætte den mængde olie, der i forsøget indgår i hvert bæger, hvis man antager, at olien består udelukkende af tri-o-oleylglycerol, at der skal brydes tre bindinger per triacylglycerolmolekyle, og at en enzymaktivitet på 1 KLU under vasken katalyserer nedbrydningen af 1 mmol bindinger per minut? (Enheden er egentlig LU, som svarer til frigivelse af 1 mol fedtsyre per minut under nogle bestemte analytiske betingelser.) Svarer oliemængden i disse forsøg til en realistisk oliemængde i en husholdningsvask?