Aanhechting enzymen in de wasmachine door elektrostatica

De adsorptie van enzymen door vlekken in de vuile was is een kwestie van elektrostatische attractie. Dat is de belangrijkste conclusie van het proefschrift waarop chemicus drs. Susan Duinhoven op 28 oktober promoveert aan de Landbouwuniversiteit Wageningen.

In de meeste wasmiddelen zitten twee soorten enzymen. Proteases worden ingezet voor de afbraak van eiwitvlekken en lipases voor de ontleding van vetplekken. De enzymen werken als biokatalysatoren die het vuil op textiel hydroliseren, dat wil zeggen grote eiwit- of vetmolekulen in korte stukkies knippen die makkelijker uitwasbaar zijn. Hiertoe hecht het enzym zich op het oppervlak en knipt de vuilvlek in stukjes. Hierna worden de ontstane brokstukken verwijderd van het oppervlak naar de oplossing. Mevrouw Duinhoven heeft de eerste stap van het wasproces bestudeerd; de adsorptie van het enzym door een lapje stof. Zij onderzocht dat voor het eiwitafbrekende enzym Savinase en voor het vetoplossende enzym lipolase.

De mate van aanhechting van het reinigende enzym op het oppervlak blijkt vooral afhankelijk van zijn lading. Het totale enzymmolekuul bezit een nettolading die sterk samen hangt met de zuurgraad van de wateroplossing. In een sterk zuur milieu is het enzym positief geladen en in een basische omgeving is de lading negatief. Bij het zogenoemd iso-elektrisch punt is er geen enkele elektrostatische aantrekking. Deze omslagpunten verschillen echter sterk per enzym. Voor Savinase ligt die rond pH 10 en voor Lipolase bij pH 4 à 5. Net onder de zuurgraad pH 10 is Savinase dus positief en Lipolas negatief geladen; de een adsorbeert wel en de ander niet aan een negatief oppervlak.

Zowel voor Savinase als Lipolase geldt dat de adsorptie van een negatief oppervlak toeneemt bij toevoeging van calcium-ionen (die in kalkrijk, hard water zitten) aan de oplossing. Door de specifieke binding van calcium aan het enzym wordt de positieve lading namelijk vergroot.

Bij adsorptie van de onderzochte enzymen speelt het ontvouwingsmechanisme van eiwitten, waardoor meer aangrijpingspunten ontstaan, geen enkele rol. Dit in tegenstelling tot bijvoorbeeld de adsorptie van bloedeiwitten in het lichaam. De wasenzymen grijpen als vrijwel intacte molekulen aan op het textielweefsel.

De onderzoekster geeft verder een verklaring voor het moeilijk reinigen van katoen. Katoen is sterk poreus, waardoor het vuil tot diep in de vezels kruipt. Bij polyestervezels hoopt het vuil zich slechts op aan de buitenkant en is daarom beter bereikbaar. Dit verschil verklaart de hardnekkige vlekken op katoen.

Een wasmiddel zonder enzymen krijgt dergelijke slecht bereikbare vuilplekken niet schoon, omdat die niet doordringt tot in de vezelporiën. Maar enzymen maken bij katoen nuttig gebruik van het groter oppervlak waarop zij kunnen hechten en zijn daardoor in staat het vuil af te breken. Het resultaat is een schonere was.