Tillhör kategori: vardagens kemi
Författare: Magnus Martinsson
Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment
Tid för förberedelse: 10 minuter
Tid för genomförande: 10 minuter
Antal tillfällen: 2
Säkerhetsfaktor: Ofarligt
Svårighetsgrad: Busenkelt
Detta experiment handlar om enzymernas funktion vid tvättprocessen.
Det är idag, 1998, drygt 10 år sedan man inom tvättmedelsindustrin började utnyttja enzymernas goda förmåga att bryta ner organiska substanser, dvs smuts. Vad är då enzymer-proteiner för något? Hur är de uppbyggda, hur arbetar de? Hur går tvättprocessen till? Vad innebär ren tvätt? Detta är exempel på några av de frågor som besvaras. I slutet finner du också förslag på enkla laborationer i samband med denna, detta område.
Experiment kan göras både enskilt och i grupp. Experimentet är lämpligt på låg- och mellanstadiet men även i åk 9 där det passar in väl i kursplanen.
Experimentet är helt ofarligt. Avfallet kan spolas ned i avloppet respektive slängas med hushållssoporna.
Koka äggen i förväg.
Resultatet kan beskrivas på följande sätt: Äggets släta och jämna utsida äts bort och ägget får ett mer potatisliknande utseende.
Eftersom det biologiska tvättmedlet, till skillnad mot det vanliga innehåller enzymer, så kommer äggets organiska ämnen att ätas upp av dessa enzymer. Ägget i burken med det vanliga tvättmedlet kommer inte angripas/påverkas.
På samma sätt som i burken med det biologiska tvättmedlet fungerar de kemiska reaktionerna i tvättmaskinen där enzymerna anfaller och löser upp diverse smutsfläckar.
Dagens biologiska tvättmedel är ett resultat av en utveckling som påbörjades på 1940-talet. Vid den tiden uppstod det brist på naturliga fetter och oljor vilka var råvaror vid tvålframställningen, man fann dock att råolja skulle kunna utgöra basen för en industriell tillverkning av syntetiska tvättmedel.
Idag är tvättprocessen betydligt lättare fysiskt sett men samtidigt mer invecklad än någonsin, det ställs idag allt högre krav på tvättmaskinerna i allmänhet men tvättmedlen i synnerhet. Till skillnad mot gårdagens tvättmedel skall dagens klara av en mängd olika sorters textilfibrer, låga tvättemperaturer samt vara miljöanpasssade. Tvättmedlen bör också klara av flera typer av smuts som inte var lika vanliga förr, t.ex., gatsmuts, luftföroreningar samt mängder av olika matrester.
En viktig del som ofta glöms bort vid tvättandet är själva doseringen. Tvättmedlet skall fördelas efter den mängd vatten som används, alltför att ingredienserna skall fungera. Om doseringen är för liten, tvättar tvättmedlet inte rent, å andra sidan blir inte tvättresultatet bättre vid en ökad dosering. Då kan tvättmedelsrester bli kvar i tyget efter sköljningen vilket medför en ökad belastning på miljön.
På grund av detta så talar man om två typer av tvättresultat, synligt rent och hygieniskt rent. Tyvärr bedöms oftast bara det synliga resultatet vid tvättmedelstester, när förmågan att avlägsna partiklar från fibrerna är en minst lika viktig egenskap. Dessa partiklar, inkruster, som fastnar på textilens fibrer medför till slut att tyget ser grått och slitet ut. Tvätten blir inte hygieniskt ren eftersom dessa partiklar drar till sig smuts, vilket kan resultera i hygieniska problem. På sikt blir plagget styvt och obehagligt att ha på sig, något som i sin tur kan orsaka hudirritationer samt allergiska problem.
För att klara av dessa avvägningar innehåller tvättmedlet en mängd komponenter. För att idag tyda och förstå en innehållsförteckning på ett vanligt tvättmedel måste man nästan vara en utbildad kemist. Vid en slumpartad undersökning av ett 20-tal små och stora produkter på marknaden återfanns inte mindre än 54 olika kemiska beteckningar på paketen. Ett av alla de ämnen som fanns deklarerade var enzymer.
Eftersom enzymerna utgörs utav proteiner så har de också proteinegenskaper. De uppnår maximal verkan vid ett för varje enzym samt processkarakteristiskt pH-värde och temperatur. De är också känsliga för allt för stor påverkan av tungmetaller samt alkohol.
Enzymer kallas ofta för biokatalysatorer eftersom de verkar katalytiskt, dvs påskyndar kemiska reaktioner utan att själva förändras. Det finns i en enorm variation eftersom vart och ett oftast bara är inblandat i en reaktion. Men även om enzymerna är specifika är det intressant att samma enzymer eller rättare sagt enzymgrupper ofta finns representerade i mycket varierande organismer. Detta är orsaken till att de metaboliska funktionerna är så lika i såväl växter och djur som bakterier. Enzymerna behöver bara finnas i ytterst små mängder för att påverka hastigheten för en reaktion, det snabbast arbetande finns i däggdjurslevern och kallas för katalas.
Alla kemiska reaktioner är i princip reversibla och riktningen beror på de fysikaliska och kemiska förhållandena vid det specifika tillfället. Enzymer medverkar alltså i både uppbyggande processer som bildandet av fett, kolhydrater och proteiner samt nedbrytande processer som frigörande av de för livsprocesserna nödvändiga energin. Flertalet av enzymerna verkar inuti cellerna, men även nedbrytningen av födan i matspjälkningskanalen styrs av dessa.
För att enkelt beskriva enzymernas arbete talar man om nyckel- och lås- hypotesen. Ett visst enzym passar precis till molekylerna i en viss reaktion, ungefär på samma sätt som en nyckel passar till ett lås (se nedan). Denna hypotes förklarar också hur enzymernas verkan kan hindras då ett främmande ämne med liknande form kan blockera bindningsstället.
Tekniskt sett så har enzymer betydelse vid alla processer där mikroorganismer används, t.ex. inom bryggeri- baknings- samt tvättmedelsindstrin. Dessa enzymer finns alltså i levande celler och utvinns på biokemisk väg. I de biologiska tvättmedlen finns det en rad olika enzymer som är specialiserade inom olika områden där de har till uppgift att bryta ner/spjälka organiska substanser dvs olika typer av smuts. De vanligast förekommande är proteas mot protein (äggviteämnen), lipas mot fett, amylas på stärkelse och cellulas mot cellulosa (noppor).
Proteinerna är uppbyggda av ett 20-tal aminosyror. Dessa kännetecknas av att de innehåller en eller flera aminogrupper, som ersatt en väteatom i en organisk syra. En del av aminosyrorna kan kroppen själv tillverka medan andra måste tillföras via födan. Med hjälp av de olika aminosyrorna framställs sedan de önskade proteinerna. Proteiner (äggviteämnen) är alltså en viktig del av vår kost, mjölk, fisk, ost och ägg är exempel på proteinrik föda.
Det pågår ständigt samspel mellan proteiner och enzymer, många av dessa sker i vår kropp men också i andra i vitt skilda situationer och områden:
Enzymerna i sig är ofarliga eftersom de är biologiskt fullt nedbrytbara. De ämnen som oftast nämns i samband med utsläpp av avloppsvatten är fosfor och kväve. På vissa håll i landet har hushållen uppmanats att minska användningen av fosfor i tvättmedlen. I andra länder som Schweiz och Tyskland har man infört förbud mot fosfat i tvättmedlen.
Lyckligtvis är de flesta hushåll i Sverige anslutna till reningsverk med kemisk fällning, men eftersom detta är ett världsproblem är vi alla skyldiga att hjälpas åt att ta hand om våra avfallsprodukter.