Waschmittelenzym

Bedeutung und Einsatz

Waschmittelenzyme sind Enzyme, die flüssigen und pulverförmigen Waschmitteln zugesetzt werden. Sie bauen Verschmutzungen biologischen Ursprungs ab. Cellulasen können außerdem hellen Flaum von dunkler Baumwollwäsche entfernen. Waschmittelenzyme stellen mit etwa 25–37 % des Umsatzes aller industriell verwendeten Enzyme deren größte Verwendung dar.

Die Bedingungen in Waschmaschine und Geschirrspülmaschine ähneln sich. Deshalb enthalten Maschinengeschirrspülmittel ähnliche Enzyme, die als Geschirrspülenzyme bezeichnet werden.

Welche Flecken welche Enzyme abbauen

Typische biologische Verschmutzungen bestehen aus Proteinen, Stärke und anderen Kohlenhydraten oder Fetten. Je nach Stoff werden Enzyme eingesetzt, die ihn spalten:

• Proteasen spalten Proteine, etwa aus Ei-, Milch-, Fleisch- und Grasflecken.
• Amylasen spalten Stärke, die beispielsweise in Kartoffeln, Nudeln und Reis vorkommt.
• Mannanasen spalten Mannane, etwa aus Schokolade, Eiscreme, Zahnpasta und Verdickungsmitteln.
• Pektatlyasen spalten Pektine aus Obst, Gemüse und Verdickungsmitteln.
• Lipasen spalten Fette aus Speisefetten und Speiseölen.

Cellulasen bauen Cellulose ab. Sie zerlegen aus dem Garn herausragende Cellulosefasern. Bei dunkler Baumwolle wird dadurch weniger Licht vom Flaum reflektiert, sodass das Kleidungsstück dunkler wirkt. Bei heller Baumwolle bleibt weniger Staub am Flaum hängen; die Kleidung vergraut weniger und erscheint heller.

Anforderungen im Waschgang

Vollwaschmittel und Buntwaschmittel enthalten Proteasen. Wollwaschmittel für proteinbasierte Textilien wie Wolle und Seide enthalten keine Proteasen, weil diese die Fasern beschädigen würden.

Waschmittelenzyme sind ähnlich wie Verdauungsenzyme aufgebaut, müssen aber unter anderen Bedingungen arbeiten. Sie werden bei 15 °C bis 90 °C eingesetzt. Da die Enzymaktivität mit der Temperatur steigt, müssen sie bei 15 °C dennoch ausreichend aktiv sein; zugleich sollen sie bei hohen Temperaturen möglichst thermostabil sein und nicht denaturieren, also ihre räumliche Struktur und Aktivität verlieren. Waschmittel sind basisch, damit sich Proteine und Fette besser lösen. Die Enzyme benötigen daher eine maximale Aktivität bei höherem pH-Wert. Sie sollen außerdem durch Tenside nicht denaturiert, durch Bleichmittel nicht chemisch inaktiviert, durch Chelatoren nicht gehemmt werden und lange haltbar sein.

Weil aus Umweltschutzgründen weniger Tenside und Phosphate verwendet werden sollen, helfen mehr Enzyme, die Reinigungswirkung zu erhalten. Enzyme sind generell als Proteine biologisch abbaubar. Mit gleicher Reinigungswirkung kann bei niedrigerer Temperatur und mit kürzeren Umwälzungszyklen gewaschen werden; dies beansprucht Textilien weniger und kann ihre Haltbarkeit verlängern.

Wichtige Enzyme und Entwicklung

Proteasen bilden mit etwa 60 % Umsatzanteil die größte Gruppe industrieller Enzyme. Für Waschmittel eignen sich nur Proteasen aus der Gruppe der Serinproteasen. Die meisten Waschmittelproteasen beruhen auf Subtilisin aus Bacillus und werden überwiegend in Bacillus hergestellt. Handelsnamen sind unter anderem Alcalase, Savinase, Purafect, Everlase, Purafect OxP, Esperase, Kannase und Properase. Purafect und Purafect OxP besitzen eine höhere Enzymaktivität bei pH 9–12; Everlase und Purafect OxP sind bleichmittelstabil. Zusätzlich kommen bakterielle Amylasen, Mannanasen und Lipasen sowie pilzliche und bakterielle Cellulasen zum Einsatz.

1914 setzte Otto Röhm erstmals die tierische Protease Trypsin in Waschmitteln ein; sie wird heute nicht mehr verwendet. Ab 1959 wurden bakterielle Proteasen aus Bacillus vermarktet und von Novonesis, damals Novozymes, in deutlich größeren Mengen produziert, als Trypsin verfügbar war. 1963 wurde Subtilisin aus Bacillus licheniformis als Alcalase vermarktet; es hatte eine höhere Enzymaktivität bei vergleichsweise weniger hohem pH-Wert. Ab 1965 verwendeten große Waschmittelhersteller bakterielle Proteasen.

Später wurden Enzyme durch Protein-Engineering verändert: für Stabilität bei hohen Temperaturen, Basen, Bleichmitteln und Tensiden oder für höhere Aktivität in kaltem Wasser. Nach Berichten über Typ-I-Allergien durch eingeatmete staubförmige Waschmittelpulver in den 1960er und 1970er Jahren wurden Sensibilisierungen durch Mikroverkapselung und angepasste Zusammensetzungen seltener.