Quali enzimi per i sa-poni detergenti sono più efficaci? Teach article

Tradotto da Rocco G. Maltese. Analizza in che modo gli enzimi nel detersivo per bucato eliminano le macchie e quali sono i più importanti per mantenere puliti i vestiti.

Gli scaffali dei supermercati sono forniti di una grande varietà di detersivi per il bucato, con molte promozioni d’acquisto che pubblicizzano la ‘potenza’ di lavaggio per gli enzimi ‘superiori’ per la rimozione dello sporco. Ma al di là di quello che è fatto per intercettare l’attenzione dell’acquirente, quanto in realtà, un detersivo si differenzia da un altro? Vi è un vantaggio nell’usare quelli che contengono enzimi?

La composizione dei detersivi per il bucato

I detergenti sono composti da una miscela di sostanze, principalmente prodotti chimici chiamati tensioattivi che hanno il compito di rompere le molecole dello sporco per poterlo rimuovono. I tensioattivi – presenti anche nei comuni saponi per le mani – si dice che sono e anfifilici, una molecola è detta anfifilica (anche amfifilica o anfipatica) quando contiene, sia un gruppo idrofilo, che attrae l’acqua, sia uno idrofobo, che repelle l’acqua). La parte idrofoba aderisce alla superficie dello sporco oleoso, mentre la parte idrofoba si lega all’acqua. Le molecole d’acqua attirano i tensioattivi dai tessuti – portandosi dietro lo sporco – per essere lavati nel risciacquo, alla fine del ciclo di lavaggio.

In several experiments, students discover how enzymes help remove stains.
I tensioattivi contenuti nei
detergenti rompono e
rimuovono lo sporco.

Bowonpat Sakaew/
Shutterstock.com
 

Tuttavia, i soli tensioattivi non sono sufficienti per ottenere un bucato pulito e odoroso di fresco, così i detersivi per il bucato spesso contengono una miriade di altri ingredienti, come sbiancanti ottici, profumi ed enzimi. Per distinguere i detergenti che contengono enzimi da quelli che non li contengono, e sono ‘biologici’ e ‘non – biologici’ rispettivamente. Ma possiamo dire che gli enzimi realmente migliorano il potere pulente?

Gli enzimi forniscono un aiuto ulteriore a rompere le molecole delle macchie che altrimenti sarebbero difficilmente rimovibili. Il principale vantaggio nell’utilizzare un detergente biologico è che può essere usato a più bassa temperatura e agisce più velocemente, risparmiando così tempo, energia, acqua e denaro. Possiamo elencare quattro classi principali di enzimi detergenti, ciascuno con differenti caratteristiche: le proteasi rimuovono le macchie proteiche; le lipasi abbattono le macchie grasse; le amilasi rimuovono le macchie di cibo che contengono una base di amido; e le cellulasi (Enzimi responsabili della digestione della cellulosa), rompono le piccole fibre di cotone che si formano sulla superficie del tessuto durante l’uso, aiutando a rimuovere lo sporco e rendere più morbidi i panni. La maggior parte dei detergenti biologici si compongono di una miscela di vari tipi di enzimi – spesso si utilizzano proteasi e lipasi – per migliorarne le prestazioni generali.Se una piccola quantità di detergente biologico rimane sui vestiti, può irritare la pelle sensibile. Per questa ragione si preferisce l’utilizzo di detergenti non biologici per determinate situazioni, particolarmente per lavare gli abiti dei neonati. Per attaccare le macchie resistenti, tuttavia, è necessario utilizzare i detergenti non-biologici a temperature più elevate.

Indagine sull’efficacia degli enzimi

Questa attività è un ausilio per gli studenti che imparano l’effetto dei vari enzimi e le loro proprietà, e li incoraggiare a valutare l’utilizzo degli enzimi contenuti nei detergenti per il bucato. Lavando una quantità di macchie con i detergenti ai quali si sono aggiunti alcuni ‘misteriosi’ enzimi sono stati utilizzati, gli studenti dovranno individuare il tipo di enzima basandosi sull’efficacia del potere detergente che avranno creato. Oltre a ciò, gli studenti dovranno testare i loro detergenti a tre differenti temperature per osservare come la temperatura influisce sugli enzimi che si de-naturalizzano (perciò non più efficaci) se utilizzati ad alta temperatura.

Come enzimi, suggeriamo di utilizzare proteasi, lipasi, amilasi e cellulasi. Questi enzimi si possono ordinare presso un fornitore di laboratori scientifici. Dovreste tenere nascosti gli enzimi ai vostri studenti, nominandoli da A a D prima della lezione.Si raccomanda che gli studenti lavorino in gruppi di otto. In ciascun gruppo, gli studenti principalmente lavoreranno a coppia, all’interno del gruppo dovranno confrontare i risultati alla fine di ogni attività e trarre le proprie conclusioni. Gli studenti potranno verificare queste conclusioni completando il supplemento di attività (verificando la presenza o l’assenza di un certo enzima), o se il tempo fosse limitato, potrete semplicemente rivelare quali enzimi avevano avuto a disposizione.

Una volta che avrete introdotto ai vostri studenti l’indagine, possono procedere utilizzando le istruzioni preparate per le attività seguenti.

Attività 1: Produrre le macchie

Iniziamo creando alcuni campioni di macchie su tessuti. Potrete utilizzare questi campioni nell’attività 2 per verificare l’efficacia dei vari detergenti. L’idea per le macchie è quella di utilizzare le macchie provocate da succhi di frutta, caffè, rossetto, soluzioni oleose, pitture, pennarelli permanenti, olio d’oliva, uovo, vino e cioccolato fuso. Questa parte dell’attività occupa all’incirca 30 minuti.

Materiali

  • Tessuto bianco di cotone (per es. Vecchie camicie o abiti in mussolina)
  • Sostanze che macchiano
  • Forbici
  • Pipette o contagocce (in opzione)

Procedura

  1. Per ogni gruppo, scegliere quattro differenti macchie per verificare ed assegnarne ciascuna ad una coppia di studenti. Cioè due studenti per gruppo. Accertatevi di includere sostanze che permettano di verificare rispettivamente, la proteasi, la lipase e la amilase, come ad esempio macchie di uovo, olio d’oliva e soluzioni grasse.
  2. Per ogni coppia, tagliate la stoffa creando 24 pezzi. Con questi pezzi, dovrete testare quattro separati enzimi, due miscugli di enzimi, e due soluzioni che fungono da controllo, a tre differenti temperature. Accertarsi che ogni pezzo di stoffa abbia dimensioni di 5 cm per 5cm di lato. Per distinguere i vostri campioni da quelli degli altri del vostro gruppo, ritagliateli seguendo forme differenti.
  3. Per le vostre coppie, macchiate tutti i 24 pezzi di stoffa con le sostanze che avrete scelto. Le vostre macchie (e le macchie del vostro intero gruppo) dovranno essere delle stesse dimensioni, usando lo stessa tipo ed estensione della macchia. Per maggior precisione potrete utilizzare un contagocce.
Fabric cut into different shapes
Gli studenti tagliano secondo forme differenti i pezzi di stoffa per poterli distinguire a seconda delle macchie.
Mariona Lladonosa Soler

Attività 2: Verifica dei detergenti

Nel vostro gruppo, create il detergente biologico mescolando gli enzimi con detergente non biologico e acqua. Dovrete testare ciascuno dei quattro enzimi separatamente (per es. A da solo, B da solo, C da solo, e D da solo), e creare anche due ulteriori detergenti biologici mescolando gli enzimi insieme (per es. A e B, o B e C).

Per predire quale enzima è stato usato, verificare il rendimento di ogni detergente contenente l’enzima per ogni pezzo di stoffa macchiato. Ogni detergente dovrebbe essere testato a temperatura ambiente (attorno a 20°C) a 40°C e a 70°C. Si dovrebbe inoltre, effettuare due ulteriori test da considerare come controllo: uno, utilizzando solo acqua, e un altro utilizzando una soluzione di acqua e detergente non biologico (cioè senza enzimi). In totalmente, in questa parte dell’attività si è impegnati per circa 1 ora.

Materiali

  • Campioni di stoffa macchiati
  • Detergente non biologico
  • Enzimi da A-D
  • Acqua
  • Un recipiente (becher) da 1 litro
  • Una bilancia
  • Un cronometro
  • Un bagnomaria o una piastra riscaldante
  • Termometro
  • Una bacchetta in vetro per agitare
  • Un agitatore magnetico (opzionale)
  • Un fon
  • Un pennarello indelebile

Nota per la sicurezza

Si dovrebbero utilizzare camici, guanti e occhiali. Fate attenzione quando maneggiate le soluzioni ad alta temperatura.

Procedura

  1. In ogni gruppo, create tre soluzioni da 1 litro ciascuno con il primo detergente biologico: miscelare 3 g di detergente non biologico e 1 g di enzima A in un becher contenente 1 litro d’acqua. Create inoltre tre lotti di ciascuna delle soluzioni di controllo: 1 litro d’acqua con 3 g di detergente non biologico; e 1 litro di acqua.
  2. Cominciare con una soluzione dell’enzima A a temperatura ambiente, mettere ciascuno dei pezzi di stoffa macchiati in modo differente (quattro in totale) nel becher.
  3. Fate partire il cronometro, mescolate la soluzione il più possibile con una sbarretta in vetro per 5 minuti. In alternativa, se è disponibile, utilizzare un agitatore magnetico.
  4. Dopo 5 minuti interrompete di mescolare la soluzione, strizzate il residuo di acqua da ciascun ritaglio di stoffa e lasciate asciugare. Se necessario, utilizzate un fon per accelerarne il processo. Utilizzate un pennarello indelebile, segnate ciascun pezzo di stoffa per indicare il detergente che è stato utilizzato (ad es. con la lettera A), e segnate le temperature alle quali sono state testate (ad es. temperatura ambiente).
  5. Ripetere la procedura (a 40°C e a 70°C riscaldando gli altri due becher con la soluzione con l’enzima A, a bagnomaria o con una piastra riscaldante. Controllare la temperatura correttamente utilizzando un termometro prima di aggiungere i ritagli di stoffa macchiati e mescolate. Ricordatevi si indicare ciascun ritaglio come abbiamo indicato prima.
  6. Ripetere le azioni da 1 a 5 per ciascuno dei detergenti contenenti gli enzimi da B a D, con le due soluzioni di controllo, più le vostre due scelte per il ‘cocktail’ di enzimi.
  7. Dopo aver testato tutte le soluzioni, confrontate i risultati.

Per ciascuna macchia, quale detergente funziona meglio? Che cosa potete dire su gli enzimi utilizzati? Prendere nota di quale enzima pensate vi sia in ogni detergente, così lo potrete verificare nelle risposte successive.

Discussioni

Discutere alcune delle seguenti domande con i vostri gruppi:

  • Qual è l’effetto degli enzimi sul rendimento dei saponi detergenti?
  • Il detergente più efficace è quello con o senza enzimi?
  • Perché alcuni detergenti non sono così efficaci nel rimuovere le macchie?
  • Quali macchie sono le più dure da eliminare? Perché succede questo?
  • Come incide la temperatura sull’efficacia dei detergenti?
  • Quali sono i vantaggi di utilizzare gli enzimi nei saponi detergenti?
  • Perché i detergenti biologici possono rimuovere le macchie dal tessuto a temperature più basse rispetto a quelle normalmente utilizzate con detergenti non biologici?
  • Quali sono i vantaggi e gli svantaggi nell’utilizzo dei detergenti biologici?
Fabric samples before and after washing
I campioni di stoffa macchiati con uovo, prima e dopo il lavaggio con soluzioni a temperatura ambiente. I campioni sono stati trattati con sei differenti soluzioni.
Mariona Lladonosa Soler
Before washing: Prima del lavaggio; After washing: Dopo il lavaggio; Water: Acqua; Detergent: Detersivo; Protease: Proteasi (o peptidasi); Lipase: Lipasi; Cellulase: Cellulasi; Amylase: Amilasi

Estensione dell’attività: Individuazione degli enzimi utilizzati

Si possono seguire le seguenti procedure per testare quali enzimi sono stati utilizzati. Per ogni procedura si impiega all’incirca 15 minuti.

Metodo 1: Proteasi (o peptidasi)

La proteasi catalizza la rottura di lunghe molecole proteiche in frammenti più corti chiamati peptidi. Quando la proteasi si addiziona a una gelatina (una proteina comunemente utilizzata nei cibi come agente aggregante), le molecole proteiche si spezzano in peptidi, così che non possano più intrecciarsi per ricreare strutture semisolide.

Materiali

  • Soluzioni enzimatici da A a D (1 g di enzima per 500 ml di acqua)
  • Provette (una per ogni enzima)
  • Gelatina
  • Acqua
  • Pennarello indelebile

Procedura

  1. Preparare il gel di gelatina miscelando 50 g di gelatina con 500 ml di acqua bollente.
  2. Riempire le provette ciascuna con 10 ml di gel e riporle nel freezer, o congelatore che dir si voglia.
  3. Quando il gel si è solidificato (approssimativamente dopo circa 2 ore), segnare con il pennarello indelebile, il livello a cui è arrivato il gel nella provetta.
  4. Aggiungere 5 ml di soluzione enzimatica nelle provette (con un enzima per provetta) e segnare ogni provetta seguendo la successione degli enzimi (per es. A, B, C, e D).
  5. Rimettere le provette nel freezer per altre 24 ore prima di segnare con il pennarello, nuovamente il livello del gel.
  6. Confrontare i livelli prima e dopo aver aggiunto gli enzimi per determinare qual è la proteasi. Se la proteasi è presente, il livello del gel nella provetta decrescerà in modo evidente. (vedi figura 1).
Figure 1: Testing for protease
Figura 1: La soluzione a sinistra contiene la proteasi, che risulta in un visibile decrescita nel livello del gel a confronto alla provetta a destra, che non contiene enzimi.
Mariona Lladonosa Soler

Metodo 2: Lipasi

La lipasi spezza i lipidi in acidi grassi e glicerine, e fa diminuire il pH della soluzione. Il modo più facile per dimostrare la presenza di lipasi è quella di misurare il pH con una cartina al tornasole.

Materiali

  • Soluzioni degli enzimi da A a D (1 g di enzima per 500 ml di acqua)
  • Provette (una per ciascun enzima)
  • Cartine al tornasole
  • Doppia panna o panna da montare (è meglio se è ad alto contenuto di grassi)
  • Contagocce
  • Pennarello indelebile

Procedura

  1. Aggiungere 10 ml di soluzione di ciascun enzima in ciascuna provetta e segnarli in relazione alla lista di enzimi (ad es. da A a D).
  2. Aggiungere 50 ml di panna in ciascuna provetta e mescolare bene.
  3. Misurare inizialmente il pH di ciascun miscuglio con le cartine al tornasole.
  4. Attendere circa 2 ore e verificare nuovamente il pH.
  5. Confrontare il pH di prima e dopo ciascun enzima per determinare in quale è presente la lipasi (vedi figura 2).
Figure 2: Testing for lipase
Figura 2: La cartina al tornasole indica il pH che decresce da 7 (neutro) a 6 (leggermente acido) tra il test sulla destra (quella senza enzima, la cartina al tornasole assume il colore verde) e la provetta contenete la lipasi sulla sinistra (la carina al tornasole mostra il colore giallo).
Mariona Lladonosa Soler

Metodo 3: Amilasi

L’amilasi catalizza l’idrolisi dell’amido in zuccheri. Potete verificare la presenza di amilasi aggiungendo al detergente un po’ di budino al caramello, che tradizionalmente contiene amido di mais che agisce come agente rassodante. Se è presente l’amilasi, composto rimane liquido e non si rapprende, perché l’enzima spezza l’amido, evitando che il dessert possa rapprendersi.

Materiali

  • Le soluzioni degli enzimi da A a D (1 g di enzima per ogni 500 ml di acqua)
  • Provette (una per ciascun enzima)
  • Un composto per il cream-caramel (assicurarsi che tra gli ingredienti compaia l’amido di mais)
  • Pennarello permanente

Procedura

  1. Preparare il dessert come indicato nelle istruzioni.
  2. Aggiungere 10 ml per ciascuna soluzione con enzimi in ogni provetta e segnarli con le lettere (per es. A, B, C, e D).
  3. Aggiungere 50 ml del preparato in ciascuna provetta e mescolare bene.
  4. Riporre il miscuglio nel freezer per farlo riposare per un giorno, o fino a quando si nota ad occhio qualche variazione.
  5. Confrontare le provette per determinare quale enzima è l’amilase (vedi figura 3).
Figure 3: Testing for amylase
Figura 3: A differenza del test sulla destra (senza enzima), il composto sulla sinistra rimane liquido per la presenza di amilasi.
Mariona Lladonosa Soler

Metodo 4: Cellulasi

La cellulasi catalizza la decomposizione delle particelle di cellulosa in monomeri di glucosio. Un modo per verificare la presenza di cellulasi è quello di utilizzare della cipolla. Poiché le pareti cellulari di una cipolla sono composte di cellulosa, mescolare la cipolla con il sapone detergente contenente cellulasi la decompone, rendendo la cipolla trasparente. 

Materiali

  • Soluzioni con gli enzimi da A a D (1 g di enzima per 500 ml di acqua)
  • Provette (una per ogni enzima)
  • Una cipolla
  • Coltellino
  • Acqua
  • Pennarello permanente

Procedura

  1. Tagliare la cipolla in pezzi, di 3 cm x 3 cm.
  2. Porre un pezzo di cipolla dentro ciascuna provetta.
  3. Aggiungere 30 ml di ciascun soluzione con enzimi alle provette sino a ricoprire i pezzi di cipolla, e indicarli concordemente (ad es. da A, B, C, e D).
  4. Attendere almeno 4 ore.
  5. Osserviamo l’aspetto dei pezzi di cipolla per determinare quale enzima è la cellulasi (vedi figura 4).
Figure 4: Testing for cellulase
Figura 4: Un pezzetto di cipolla sulla sinistra è stato messo in una soluzione contenente cellulasi: Le pareti della cipolla si decompongono, diversamente al test sulla destra, che non contiene nessun enzima e rimane intatta.
Mariona Lladonosa Soler

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Resources

  • Per saperne di più sugli enzimi e per spunti per ulteriori attività, vedere:
  • Il portale per l’enzima EMBL-EBI integra informazioni pubbliche sugli enzimi. Utilizare la funzione di ricerca per trovare i dettagli degli enzimi a cui siete interessati.

Author(s)

Mariona Lladonasa Soler è una studentessa di biochimica dell’Università di Barcellona, Spagna Ispirata dalla sua ricerca, ha sviluppato e presentato le sue attività di laboratorio sugli enzimi e i saponi detergenti alla conferenza Hands-on-Science di Barcellona nel 2018.


Review

Gli enzimi sono un argomento chiave sia nelle lezioni di biologia che di chimica, ma la loro complessità possono essere percepite come difficoltà insormontabile o come argomenti noiosi, specialmente se si insegnano con la metodologia di insegnamento frontale tradizionale.

Le attività presentate in questo articolo, sono proprio l’opposto. Utilizzando le azioni di tutti i giorni, come lavare i panni, l’autrice, ci indica le caratteristiche di questi enzimi in un modo molto divertente, con studenti che possono cimentarsi nelle proprie investigazioni sulle azioni degli enzimi.

Gli insegnanti possono essere familiari con queste attività pratiche sugli enzimi, ma questo articolo è comprensivo e ben strutturato, risultandone una attività che perfettamente adattabile ad un approccio di indagine della chimica degli enzimi.

L’attività utilizza semplici attrezzature di laboratorio, ma richiede che si abbiano a disposizione gli enzimi, si possono ordinare presso i fornitori dei laboratori chimici. Se la vostra scuola non ha accesso ad enzimi singoli, l’attività si può adattare per utilizzarla con sapone detergente acquistato nei negozi.


Giulia Realdon, insegnante di scienze naturali e ricercatore dell’apprendimento, in Italia.




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