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Copyright©2009 Maria Antonia Malajovich

Biotecnologia na vida cotidiana / Lava-roupas biológicos

Manual de atividades práticas de Biotecnologia

Texto, fotografias e desenhos da autora

Edições BIBLIOTECA MAX FEFFER

do INSTITUTO DE TECNOLOGIA ORT do Rio de Janeiro

Rua Dona Mariana 213, Rio de Janeiro, 22280-020 – RJ – Brasil

Tel. (5521) 2539-1842; FAX (5521) 2286-9174

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SUMÁRIO

Tema Página

LAVA-ROUPAS BIOLÓGICOS 3

A LAVAGEM DA ROUPA 3

O SABÃO E O MARKETING 3

DETERGENTES E MÁQUINAS 3

PROBLEMAS AMBIENTAIS 4

A CHEGADA DAS ENZIMAS 4

COMPONENTES DE UM PRODUTO COMERCIAL MODERNO 5

O PAPEL DAS ENZIMAS 7

UMA INDÚSTRIA MODERNA E COMPETITIVA 8

BIBLIOGRAFIA 9

GUIA DO PROFESSOR 11

TRABALHAR COM O COTIDIANO 11

IDENTIFICANDO ENZIMAS NOS PRODUTOS PARA LAVAR ROUPA

Proteases

Celulases

Amilases

Lipases

11

AVALIANDO O DESEMPENHO DOS PRODUTOS PARA LAVAR ROUPA 14

AS ENZIMAS E A REMOÇÃO DAS MANCHAS 16

COMPARANDO A EFICIÊNCIA DE VÁRIOS PRODUTOS 17

AS VARIÁVEIS EXPERIMENTAIS 18

GUIAS DO ALUNO 19

A1. QUE PRODUTO INCLUI PROTEASES? 21

A2. QUE PRODUTO INCLUI CELULASES? 23

A3. QUE PRODUTO INCLUI AMILASES? 25

A4. QUE PRODUTO INCLUI LIPASES? 27

A5. AS ENZIMAS REMOVEM AS MANCHAS? 29

A6. QUAL PRODUTO É MAIS EFICIENTE? 31

A7. COMO MELHORAR A EFICIÊNCIA DE UM PRODUTO 33

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LAVA-ROUPAS BIOLÓGICOS

A LAVAGEM DA ROUPA

Lavar a roupa é uma tarefa indispensável para a qual contamos com numerosos produtos que prometem eliminar as manchas difíceis, deixando as roupas perfumadas e mais brancas, ou com as cores realçadas. Tudo isso em pouco tempo e sem necessidade de esfregá-las.

Nem sempre foi assim. Até pouco mais de meio século, a limpeza da roupa era uma tarefa eminentemente feminina que representava horas de trabalho pesado. Era necessário encher uma tina com baldes de água quente, dissolver com dificuldade o sabão, colocar as roupas de molho, esfregar com força, enxaguar e escorrer.

O SABÃO E O MARKETING

Obedecendo a motivos estéticos e/ou higiênicos, o uso de sabões remonta aos babilônios (2700 a.C.). Os árabes os comercializaram desde o século VII e, cinco séculos mais tarde, os levaram ao sul da Europa, onde se transformaram em artigos de luxo. As barras de sabão, preparadas artesanalmente a partir de azeite de oliva e cinzas de loureiro, eram identificadas por seu lugar de origem: Castela, Marselha etc.

O sabão se popularizou na Europa do século XIX em consequência de vários fatores: nascimento de novas tecnologias para substituir as cinzas, descobrimento da química dos lipídios, chegada de matérias-primas mais baratas, como o azeite de palma, provenientes das colônias, e diminuição dos impostos sobre as barras de sabão. Nessa época, também começou a se perceber o valor da higiene para a saúde pessoal e pública.

Em 1884, Lever & Cia. lançou na Inglaterra o sabão de marca Sunlight, com um êxito tal que, três anos mais tarde, a empresa chegou a fabricar 450 toneladas por semana. Sendo a apresentação de um produto e sua divulgação as bases da propaganda da indústria cosmética atual, vale a pena ressaltar que a imagem da embalagem de Sunlight em um filme dos irmãos Lumière, de 1896, constitui provavelmente o primeiro caso de merchandising da história (Figura 1).

Figura 1: O sabão Sunlight

DETERGENTES E MÁQUINAS

Em 1907, a empresa Henkel projetou o sabão Persil, um produto com substâncias químicas adicionais (perborato e silicato) que facilitavam a remoção da sujeira. Embora sua fórmula tenha sido modificada numerosas vezes, Persil é vendido ainda hoje em vários paises.

A descoberta das enzimas e os primeiros estudos sobre suas características e propriedades datam da segunda metade do século XIX (Pasteur, 1860; Kuhne, 1876; Buchner, 1897). Embora nos matadouros da época fosse comum usar extratos pancreáticos para a limpeza, a primeira aplicação moderna destes conhecimentos ocorreu em 1913, quando Otto Rhöm patenteou um produto que continha sabão e tripsina (extrato pancreático).

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Esse produto, denominado Burnus (em alemão, roupão), foi comercializado durante cinquenta anos, apesar de ter vários defeitos: fazia pouca espuma, era pouco eficiente em meio alcalino, só eliminava as manchas proteicas e causava alergias.

Embora Persil e Burnus sejam os precursores dos produtos modernos, lavar a roupa, no início do século XX, continuava sendo um trabalho pesado.

Dois acontecimentos foram decisivos para um avanço real na tecnologia da lavagem da roupa:

A substituição de sabões por detergentes sintéticos derivados de petróleo, na Alemanha, durante a Primeira Guerra Mundial.

A invenção da máquina elétrica de lavar roupa, pela empresa de aviação norte-americana Bendix, pouco antes da Segunda Guerra Mundial.

Em 1940, nos Estados Unidos, mais da metade das casas que dispunham de energia elétrica já tinham no sótão máquinas de lavar, funcionando com moedas e compartilhadas por todos os inquilinos. Estas máquinas deixaram de ser fabricadas durante os anos de conflito com o Eixo, mas, finalizada a Segunda Guerra Mundial, novos modelos de máquinas (Bendix e General Electric, 1947) apareceram no mercado, começando a mudar a maneira de lavar roupa.

Também se tornaram populares os produtos a base de detergente para a lavagem de roupa como, por exemplo, Tide, da Procter & Gamble, que em 1946 ocupava 30% do mercado. Em pouco tempo, os detergentes até ultrapassaram os sabões na lavagem da louça e na limpeza doméstica. Com a entrada da mulher no mundo do trabalho, tudo o que pudesse simplificar a vida cotidiana era bem-vindo e consumido, incluindo eletrodomésticos e produtos de limpeza.

PROBLEMAS AMBIENTAIS

Para os usuários, um dos atrativos dos detergentes era que faziam mais espuma que o sabão. Mas como nesses primeiros produtos as moléculas não eram degradadas pelos micro-organismos do meio ambiente, a espuma se acumulava, poluindo rios e lagos. Este problema se solucionou na década de 1960, com a substituição das cadeias ramificadas dos sulfonatos de alquilbenzeno por cadeias lineares, que são biodegradáveis. Esta modificação química confere aos detergentes uma vida média de 1 a 3 semanas. (Figura 2).

Figura 2: Sulfonatos de alquilbenzeno (C18 H29 SO3 – Na +)

Em águas duras, os detergentes resultam mais eficazes que os sabões. Seu desempenho melhora mais ainda quando a água amolece com uma substância como o tripolifosfato de sódio, capaz de capturar os íons de cálcio e magnésio, responsáveis pela dureza da água. A inclusão dessa molécula em um produto de lavar roupas representou uma inovação de peso (OMO, da Unilever, 1952).

No entanto, quando os sinais de eutrofização de rios e lagos se tornaram evidentes, a sociedade começou a questionar a presença de fosfatos nos produtos de limpeza. É difícil avaliar sua contribuição para o desequilíbrio ambiental, porque os fertilizantes e os excrementos animais e humanos também são fontes de fosfatos. Porém, o peso da opinião pública foi determinante para a substituição dos fosfatos, já na década de 1970.

Incluíram-se outras moléculas (citrato de sódio, carbonato de sódio, silicato de sódio) e, mais tarde, o zeolite, um mineral derivado da argila e insolúvel em água, mas que a amolece sem causar efeitos nocivos ao meio ambiente (Le Chat, de Henkel, 1989). Atualmente, é possível encontrar produtos livres de fosfato ou com poucos fosfatos.

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A CHEGADA DAS ENZIMAS

A máquina de lavar se difundiu na Europa em meados da década de 1960, um pouco mais tarde que nos Estados Unidos. O novo desafio dos fabricantes era a obtenção de produtos químicos mais eficientes, capazes de limpar sem necessidade de ferver a água, já que temperaturas menores significam menos consumo de energia.

Como as enzimas agem a temperaturas relativamente baixas, logo entraram na composição dos produtos para a lavagem das roupas. Primeiro se substituiria a tripsina pancreática por uma protease (Alcalase®) de origem bacteriana (Bio-40, de Gebr. Schnyder, 1959; Biotex, da Novo Industry, 1962).

Mais tarde, outros produtos contendo proteases e amilases (enzimas gulosas) foram lançados com grandes campanhas publicitárias (Ariel, da Procter & Gamble e ALA da Unilever, 1968).

A inovação foi rapidamente assimilada na Europa, ao contrário dos Estados Unidos, onde cresceu o temor de as enzimas causarem reações alérgicas. A desconfiança se manteve até 1961, quando a Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos declarou que as enzimas dos produtos para lavar roupa representavam um avanço tecnológico sem nenhum risco para saúde.

Em 1975, houve outro importante avanço tecnológico com o encapsulado das enzimas em um material inerte solúvel na água. A cápsula impede a formação de poeira, um agente alergênico para as vias respiratórias que causa danos à saúde dos trabalhadores da indústria de produtos para a lavagem da roupa. Também protege o consumidor de eventuais dermatites de contato, junto ao uso de medidores de quantidade e do cuidadoso enxágue das roupas.

Qual é a origem das enzimas comerciais? Nos seres vivos, as reações metabólicas ocorrem em condições de temperatura e pH compatíveis com a vida, graças às enzimas. Nos produtos para lavar a roupa, as enzimas como a tripsina, de origem animal, têm sido substituídas por enzimas microbianas.

Com a chegada da tecnologia do DNA-recombinante abriram-se novos caminhos para a produção de enzimas. Em 1988, a transferência de um gene de lipase de Humicola lanuginose para Aspergillus oryzae possibilitou a obtenção de enzimas em quantidades comerciais (Lipolase, da Novo Industry). Pouco depois, e com a mesma tecnologia, se obteve a produção de celulases alcalinas em uma linhagem de Bacillus.

Atualmente, a maior parte da produção industrial de enzimas se baseia na biotecnologia moderna, porque é mais fácil transferir um gene a um micro-organismo conhecido do que redimensionar os parâmetros da produção industrial para cada micro-organismo capaz de produzir uma enzima interessante. Utilizam-se bactérias do gênero Bacillus (proteases, celulases e amilases) e também fungos como Aspergillus oryzae (lipases) e Humicola (celulases).

COMPONENTES DE UM PRODUTO COMERCIAL MODERNO

Existem diferentes tipos e preços, com nomes genéricos tais como “Produtos para lavar roupa”, “Sabões para lavar” ou “Sistemas de limpeza”. A composição química figura na embalagem escrita em letras pequenas, se não mínimas.

O seu agente principal é um agente tensioativo aniônico que atua como surfactante. Do ponto de vista químico, trata-se de uma molécula com um grupo polar, com afinidade por água, e outro apolar, com afinidade por óleos e gorduras (Figura 3).

Figura 3: A estrutura de um surfactante.

Por ser ao mesmo tempo hidrofílico e hidrofóbico (= lipofílico), o tensioativo consegue reduzir a tensão superficial e embrulhar a sujeira, formando uma gotícula (micela) carregada negativamente que se dispersa em água (Figura 4). Tanto os sabões como os detergentes derivados do petróleo têm propriedades tensioativas.

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Figura 4: Formação de micelas e dispersão da sujeira na água

Dispersar a sujeira não basta. Complementa-se a ação do tensioativo com o acréscimo de substâncias branqueadoras e de enzimas capazes de fragmentar a matéria orgânica. Outras substâncias auxiliares evitam a formação de espuma ou impedem que, depois de dispersada e fragmentada, a sujeira se deposite novamente na peça. Também se acrescentam substâncias que amoleçam a água por captação de íons de cálcio e magnésio, e se melhora a qualidade do produto com amaciantes e germicidas (Tabela 1).

Observe-se que a composição de qualquer produto para lavar roupa é detalhada na embalagem com um grau de precisão variável, dependendo das exigências da legislação local.

Tabela 1: Os principais componentes de um produto moderno para lavar roupas

A. Componentes ativos

SUBSTÂNCIAS QUANTIDADE EXEMPLOS FUNÇÃO

Tensioativas ou Surfactantes1

17-37% Sulfonatos de alquil benzeno, sulfatos de

álcoois de cadeia larga.

Atuam como agentes umectantes e dispersam a sociedade.

Branqueadores 17-26% Perborato ou percarbonato de sódio.

Liberam oxigênio, branqueando as manchas oxidáveis (vinho, chá, café, frutas).

Tetracetiletilendiamina (TAED).

Ativador do perborato de sódio.

Enzimas

1-2% Proteases, amilases, lipases e celulases.

Eliminam manchas de origem biológica e fibras de algodão. Não se costuma incluí-las

em produtos para bebês.

Abrilhantadores óticos

0-1%

Substâncias fluorescentes. Moléculas que refletem a luz dando a impressão de branco resplandecente; não se incluem em produtos para roupas de cor.

B. Componentes auxiliares

SUSTÂNCIAS QUANTIDADE EXEMPLOS FUNÇÃO

Antiespumantes 0-2% Sabão, silicones adsorvidos em silício.

Evitam a formação de espuma excessiva.

Amaciantes e anticalcário

15-20% Zeolitas2 ou outros polímeros, silicato de sódio, carbonatos e citratos

de sódio ou potássio, polifosfatos de sódio.

Alcalinizam a água mantendo o valor do pH entre 9 e 10; também a amaciam ao captar o cálcio e o magnésio.

Antirredepositantes 0-1% Carboximetilcelulose de sódio (CMC).

Impedem que a sujeira dispersada na água da lavagem se deposite novamente na

roupa.

Perfume (0-1%) 0-1% Variados, encapsulados. Agrada ao consumidor e encobre o odor dos demais componentes na água da

lavagem.

Modificadores de

volume

Até

completar 100%

Água: 4-20% Em menor quantidade nos produtos

concentrados.

Sulfato de sódio: 5-45% Impede que o produto endureça.

1. Existem mais de 100 surfactantes conhecidos entre tensioativos aniônicos, catiônicos e anfóteros ou não

iônicos.

2. Mineral derivado da argila.

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O PAPEL DAS ENZIMAS

As enzimas representam de 1 a 2% do produto comercial, às vezes menos ainda. No entanto, esta quantidade é considerada suficiente porque, sendo catalisadoras, se recuperam intactas ao finalizar a reação química que promovem. Seu papel é aproximar as moléculas, diminuindo a energia necessária para formar ou romper uma ligação química (Figura 4).

Figura 5: A ação enzimática

Além de eficientes, as enzimas são específicas. Como um sistema de chave e fechadura, cada uma exerce sua ação sobre um substrato específico: as proteases atuam sobre as proteínas; as amilases, sobre o amido; as lípases, sobre gorduras e azeites; e as celulases, sobre a celulose (Figura 6).

As enzimas são proteínas e, por conseguinte, biodegradáveis.

Figura 6: O sistema de chave e fechadura.

As enzimas incluídas nos produtos para lavagem de roupa eliminam a necessidade de esfrega, um trabalho pesado e que desgasta as roupas. Contudo, é necessário deixar as peças de molho durante um tempo para facilitar a ação das enzimas. Estas hidrolisam as substâncias orgânicas correspondentes, fragmentando-as e facilitando sua remoção.

As enzimas respondem a condições determinadas de temperatura e pH. Em um produto para lavagem de roupa, as enzimas atuam entre 20 e 500 C, em pH alcalino (9-11). Evita-se assim o aquecimento da água para lavar a roupa, assegurando-se também a coexistência da enzima com o surfactante.

As manchas podem estar constituídas por proteínas, amido e outros carboidratos, ácidos graxos e lipídios, sais inorgânicos, argila e pigmentos.

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As principais enzimas dos lava-roupas são as proteases e as amilases. Em geral, estas hidrolisam seus substratos respectivos quando os encontram na roupa, mas também eliminam as manchas por digestão das proteínas que as grudam ao tecido.

As lipases não eliminam durante a lavagem mais do que a quarta parte das manchas específicas; porém, elas apresentam um efeito de tipo residual particularmente interessante. Adsorvidas pelos lipídios, as lipases não são eliminadas totalmente no enxágue. Além de continuar agindo durante a secagem, facilitam a remoção da mancha na lavagem seguinte.

Também são incluídas celulases para remover as fibrilas que formam desagradáveis bolinhas no tecido, com o objetivo de melhorar o aspecto das roupas, suavizando-as ao tato e realçando suas cores (Tabela 2).

Tabela 2: As enzimas nos produtos para lavar a roupa.

ENZIMAS NOMES COMERCIAIS (EXEMPLOS)

CARACTERÍSTICAS AÇÃO ESPECÍFICA

PROTEASES Alcalase®, Maxatase®, Everlase®, Esperase®, Savinase®, Ovozyme®.

Hidrolisam as proteínas rompendo as ligações peptídicas. Não são eficientes em lã e seda.

Removem manchas de leite, ovo, soja, massas, sangue, tomate, transpiração etc.

AMILASES Duramyl®, Termamyl®, Maxamyl®.

Geralmente α-amilases que hidrolisam as ligações glicosídicas do amido, liberando fragmentos de cadeia curta.

Removem as manchas de cereais e papinhas infantis, purês, massas, chocolate e molhos preparados com amido etc.

LIPASES Lipolase®, Lumafast®, Lupomax®.

Hidrolisam os lipídios liberando ácidos graxos que em pH alcalino formam carboxilatos solúveis em água; têm efeito retardado.

Removem manchas de batom e de outros cosméticos, manteiga, azeite, sebo etc.

CELULASES Carezyme®, Endolase®.

Exo e endocelulases que quebram as ligações glicosídicas da celulose.

Eliminam as bolinhas de celulose e partículas de terra e realçam as cores.

Nos produtos comerciais, consta a ausência ou presença de enzimas sem nenhum detalhe adicional, porque até pouco tempo atrás essa informação era considerada um segredo industrial. Quer seja pela pressão dos consumidores ou pelas exigências legais, os fabricantes começaram muito recentemente a difundir na internet a composição de seus produtos.

De todo modo, uma mesma marca de um sabão em pó pode não ter necessariamente a mesma composição em diferentes países, e pode haver variações na quantidade de enzimas.

UMA INDÚSTRIA MODERNA E COMPETITIVA

A indústria de sistemas de limpeza absorve 31% do mercado mundial de enzimas, calculado em US$ 5.080 milhões em 2009. Como a indústria tende a fabricar produtos mais compactos que limpem a temperaturas mais baixas (10 - 200 C), estima-se que a importância das enzimas industriais tenderá a aumentar nos próximos anos. Também se espera que sejam incorporadas outras enzimas, como as oxidases e peroxidases, para substituir os perboratos em suas funções branqueadoras.

As enzimas têm várias qualidades interessantes. Além de serem específicas, agem em quantidades ínfimas e são biodegradáveis. A prospecção de micro-organismos em ambientes de extrema alcalinidade e temperatura poderá revelar a existência de outros biocatalisadores interessantes para a indústria. Por outro lado, a biotecnologia moderna oferece ferramentas poderosas para o melhoramento das estirpes ou de seus produtos enzimáticos: estudos genômicos e metagenômicos, engenharia genética e engenharia de proteínas.

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Atrás de cada caixa ou pacote de supermercado há uma indústria muito competitiva que produz vinte milhões de toneladas de sistemas para lavar roupa. Esta indústria, que nos Estados Unidos lança um produto novo a cada seis meses, trabalha com tecnologias de ponta e está nas mãos de algumas empresas multinacionais poderosas, tais como Procter & Gamble (ACE, Ariel, Rindex), Unilever (ALA, Skip, OMO) etc.

O consumo anual de produtos para lavar roupa, por habitante, chega a 5,5 kg nos Estados Unidos, 8,4 kg na Europa e 4,3 kg na América Latina. Estes números sugerem que nos próximos anos nosso consumo poderá aumentar. É bom nos acostumarmos a ler as etiquetas e analisar os produtos que nos são oferecidos.

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GUIA DO PROFESSOR

TRABALHAR COM O COTIDIANO

Este tema nos dá a possibilidade de descobrir, junto com nossos alunos, que um produto comercial de uso cotidiano é o resultado do desenvolvimento científico e tecnológico, em um contexto social determinado e com derivações para o meio ambiente.

Nossa primeira proposta é investigar as características dos produtos que existem na prateleira dos supermercados. Percebe-se rapidamente que existem muitos produtos e poucos fabricantes. Os maiores fabricantes oferecem várias marcas que diferem no peso, na apresentação (em pó, líquidos, superconcentrados) e na composição (com e sem enzimas). Estas marcas respondem aos diferentes segmentos do mercado, em função de suas necessidades (roupa de bebê, roupa de cor, roupa muito manchada etc.) e, fundamentalmente, do preço que podem pagar. Vale a pena comparar a composição destes produtos.

Apesar de a presença de enzimas constar de alguns produtos, nem sempre figura na embalagem uma especificação adicional. Contudo, podemos identificar a presença dos diferentes tipos de enzimas mediante experiências simples, tais como comparar a eficiência dos produtos com e sem enzimas na remoção de manchas orgânicas.

Os experimentos apresentados foram realizados em 2006 utilizando produtos com enzimas (OMO, Ariel, Enzimax) e sem enzimas (Pop, Surf), comprados no Brasil e na Argentina. Detectamos proteases tanto em OMO como em Ariel e Enzimax, mas só Ariel apresentou também lipases e celulases. Os dados obtidos com Ariel e OMO coincidiram com a informação oferecida por seus respectivos fabricantes, disponibilizada na internet no momento do estudo.

Recomendamos evitar que a aula se transforme em um exercício de fiscalização, deixando claro para os alunos que obter um resultado negativo não significa que “o produto não tem a enzima X”, mas que “nosso estudo não detectou a presença da enzima X no produto”.

IDENTIFICANDO ENZIMAS NOS PRODUTOS PARA LAVAR ROUPA

As enzimas são frequentemente detectadas por testes de difusão em placas de Petri com ágar contendo os substratos correspondentes. Estas técnicas, que requerem uma manipulação feita em laboratório e alguns materiais, podem ser baixadas da internet (Thiel T., 1999). Porém, existem outros testes mais simples que permitem identificar quais as enzimas presentes em um produto para lavar roupa.

As atividades 1 a 4 mostram como detectar proteases, celulases, amilases e lipases. Os experimentos são realizados com colheres e copos plásticos, que podem ser substituídos por frascos de vidro e garrafas de plástico. Para medir, utilizam-se elementos normalmente usados na cozinha.

Nas experiências relativas à identificação de proteases, celulases e amilases, acrescenta-se o produto diretamente sobre o substrato. No reconhecimento das lipases utilizamos uma solução previamente decantada.

Os tempos indicados nas guias de atividades são aproximados, já que dependem da temperatura ambiente. Será necessário adaptar os experimentos às condições locais. Os controles são indispensáveis.

PROTEASES

As proteases foram utilizadas durante muitos anos para recuperar os sais de prata da gelatina que recobre os filmes fotográficos. Seguindo um caminho inverso, podemos detectar a presença de proteases com os pedacinhos do início e do final do rolo, que são as partes que foram expostas à luz ao colocar e retirar o rolo. Negras após a revelação do filme, tornam-se transparentes em uma solução com proteases, porque estas digeriram a gelatina. Com a chegada das câmeras digitais, estes testes tornaram-se menos populares.

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Outra alternativa é usar gelatina alimentícia, um derivado do colágeno com 84-90% de proteína. Quando dissolvida em água quente, a gelatina forma um coloide que solidifica na geladeira ou em um ambiente frio e derrete a uma temperatura inferior à do corpo humano (27-280C). É preferível utilizar gelatina incolor, pois as proteases dos produtos para lavar agem em meio alcalino, e as versões coloridas contêm aditivos acidificantes que podem chegar a alterar o pH.

O procedimento da Atividade 1 (Que produto inclui proteases?) não apresenta maiores dificuldades. A gelatina se prepara como indicado pelo fabricante (um pacote de 12 g em 0,5 litro de água ou 1 xícara de chá em 100 ml de água). O produto para lavar roupas é misturado com a gelatina quando esta ainda se encontra em estado líquido. No controle, o produto é substituído por água. O experimento é incubado em um local morno, sendo transferido para um ambiente frio entre 2 e 24 horas mais tarde.

Se a gelatina não solidificar, o produto contém proteases. Se solidificar, o resultado é ambíguo: o produto não tem proteases ou simplesmente não conseguimos detectá-las (devido ao tempo insuficiente de incubação, por exemplo).

Como as proteases são as enzimas mais frequentes nos produtos para lavar roupas, é provável que algum deles forneça um resultado positivo (Figura 7). Um bom indício relativo à presença de proteases é o conselho, na embalagem, de evitar o uso do produto para lavar lã e seda.

Figura 7: Reconhecimento da presença de proteases por digestão da gelatina

(1 = Controle, 2 = Produto sem enzimas, 3 = Produto com enzimas)

CELULASES

Nem todos os sistemas para a lavagem de roupas que contêm enzimas incluem celulases, por isso convém realizar testes em vários produtos. O melhor experimento é descrito por P. Keusch, e pode ser baixado da internet. Ele foi adotado por nós na Atividade 2 (Que produto inclui celulases?)

O material utilizado é a casca de uma cebola, cortada em pedaços iguais, que são colocados em água, em um produto sem enzimas e em diferentes produtos com enzimas.

O pigmento das células de cebola se difunde parcialmente em água, dando-lhe um tom amarelado. Em um produto sem enzimas, a casca clareia um pouco, um resultado explicado pela alcalinidade do meio e a ação dos agentes branqueadores sobre a superfície das camadas celulares. Em presença de celulases que degradem a parede celular, os agentes branqueadores deixarão a casca descolorida (Figura 8).

Figura 8: Reconhecimento da presença de celulases por digestão de celulose

(1 = Água, 2 = Produto sem enzimas, 3 = Produto com enzimas)

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AMILASES

Nem todos os produtos têm amilases, por isso é aconselhável testar vários produtos. Um dos experimentos mais simples e marcantes também é de P. Keusch, e pode ser baixado da internet. Adotamos seu protocolo na Atividade 3 (Que produto inclui amilases?).

Prepara-se um pudim à base de amido, como indicado na embalagem. Uma vez retirado do fogo, se divide o pudim em partes iguais. Mexendo muito bem, adiciona-se, no primeiro, areia, no segundo, uma colher de sopa de um produto sem enzimas, e, nos restantes, a mesma quantidade de diferentes produtos com enzimas.

Na superfície das porções de pudim com areia e de pudim com um produto sem enzimas se formará uma película. A consistência parece com a de uma mousse, devido à retenção de espuma. O pudim que receber um produto com amilases permanecerá líquido, porque as amilases digerem o amido (Figura 9).

Figura 9: Reconhecimento da presença de amilases por digestão de amido

(À esquerda, controle; à direita, produto com enzimas)

Normalmente o pudim solidifica ao esfriar (controle), mas permanece líquido quando misturado a um produto com amilases.

LIPASES

A digestão enzimática dos lipídios libera ácidos graxos que diminuem o pH do meio. A forma mais simples de detectar a presença de uma lipase é observando o aumento da acidez do meio, como mostrado na Atividade 4 (Que produto inclui lipases?).

Mistura-se o creme de leite com o sobrenadante da solução do produto a ser testado, a fim de evitar o excesso de outros componentes alcalinizantes. A diminuição do pH é acompanhada com fenolftaleína, um indicador rosa em pH maior a 10 e incolor em pH menor a 8,2 (Figura 10).

Figura 10: Reconhecimento da presença de lipases por digestão de creme de leite

(À esquerda, controle; à direita, produto com enzimas)

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AVALIANDO O DESEMPENHO DOS PRODUTOS PARA LAVAR ROUPA

A indústria segue um procedimento padrão para avaliar o efeito da inclusão de uma enzima em um produto destinado à lavagem da roupa. Amostras de pano manchadas com algumas das substâncias típicas (ovo, tomate, azeite) são divididas em dois grupos, um deles será lavado com um produto sem enzimas, o outro, com o mesmo produto mais a enzima correspondente. Para eliminar a subjetividade intrínseca às observações diretas, os resultados serão avaliados mediante um parâmetro físico, denominado refletância, medido por espectrofotometria. A eficiência entre os diferentes tratamentos (sem e com enzima) se expressa como a diferença entre as refletâncias obtidas em ambos os casos.

Obviamente, no âmbito educativo não podemos reproduzir esse método. Porém, é possível realizar experimentos semelhantes nos quais se avaliem os resultados por observação direta. Apesar de sua simplicidade, trata-se de experiências extremamente versáteis e motivadoras, como as propostas nas atividades seguintes.

De um modo geral, deve-se levar em conta que os resultados não são absolutos. Se hoje o produto mais eficaz é X, em um mês o competidor Y poderá superá-lo, em função de uma mudança na sua composição. Mais importante que determinar ''qual é o melhor'' é como fazê-lo: o método é mais importante que as conclusões.

A Atividade 5 (As enzimas removem as manchas?) mostra quanto da remoção de uma mancha deve ser atribuído às enzimas. Na Atividade 6 (Que produto é o mais eficiente?), se compara a eficiência de diferentes produtos com enzimas na remoção de manchas. Finalmente, na Atividade 7 (Como melhorar a eficiência de um produto?), se analisa como algumas modificações nas condições de lavagem incidem na remoção de manchas.

Nas três atividades há alguns aspectos gerais que merecem um pouco de atenção:

PRODUTO: Convém comparar um produto com enzimas e outro sem enzimas do mesmo fabricante, ou produtos com enzimas de diversos fabricantes. O controle de um produto biológico pode ser o mesmo produto fervido durante 1 hora para desnaturar as enzimas.

PANO: Qualquer pano branco serve, inclusive um pano de chão ou um lençol velho. As amostras podem ser de 10 x 20 cm, ou menores.

MANCHAS: Molho de tomate, ovo, achocolatado, erva, terra, um pouquinho de batom dissolvido em azeite etc. Para que sejam todas iguais, convém fazê-las com molde e pincel (Figura 11).

CONCENTRAÇÃO: 1 a 4 colheres de sopa por litro, equivalente a 0,5 - 2% m/v. Como este valor é bem mais alto que o recomendado pelos fabricantes para as máquinas de lavar, o excesso de pó pode depositar e manchar as amostras. Para evitar este inconveniente, convém deixar decantar a solução e usar o sobrenadante.

DURAÇÃO DO EXPERIMENTO: entre 2 e 24 horas.

TEMPERATURA: Ambiente. Embora interessante, é difícil trabalhar com temperaturas diferentes sem instalações adequadas.

AGITAÇÃO: Em geral, 10-20 vezes ao iniciar e 10-20 vezes ao terminar o tempo de incubação.

ENXÁGUE: A melhor maneira é sem esfregar; enche-se e esvazia-se o recipiente 20 vezes até eliminar totalmente o produto. É preferível não pegar as amostras com a mão até estarem bem enxaguadas, porque as enzimas podem causar alergias. No caso de enxaguar na água da torneira, será necessário usar luvas ou um saco plástico como proteção.

SECAGEM: Na sombra, porque o sol e as luzes fortes alteram os pigmentos, dando resultados falsos.

Neste grupo de atividades, o resultado é avaliado por observação direta, a olho nu. Havendo vários grupos de trabalho, a avaliação se realiza com as amostras de todos. Utilizando o mesmo critério para todas as amostras, pode-se calcular a média dos valores atribuídos a tratamentos semelhantes.

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Como indicado na Tabela 4, se atribui a cada mancha uma pontuação entre 0 e 5. Os valores extremos correspondem a (0), para a amostra sem mancha ou controle negativo, e (5), para a amostra manchada sem nenhum tratamento ou controle positivo.

Tabela 4: Escala utilizada para avaliar a intensidade das manchas nas amostras

INTENSIDADE DA MANCHA

DESCRIÇÃO

5 Controle positivo (amostra manchada, sem tratamento)

4 Muito visível

3 Medianamente visível

2 Pouco visível

1 Apenas visível

0 Controle negativo (amostra sem mancha e sem tratamento)

Há dois fatores que dificultam a interpretação dos resultados.

O primeiro é a composição química complexa das manchas: o ovo contém proteínas e lipídios, o molho de tomate tem proteínas, amido e lipídios.

O segundo é que os produtos para lavar roupa têm oxidantes que não removem as manchas, mas removem a cor. É o caso do chá, do café, do vinho e da fruta. Portando, os resultados devem ser analisados com muito cuidado, porque, apesar de a primeira vista uma amostra parecer limpa, a mancha pode estar lá.

Finalmente, é indispensável ter claro antes de começar qualquer atividade, qual é a variável que iremos estudar ou, em outras palavras, qual é a pergunta à qual queremos responder. Deve-se destacar a importância do planejamento e organização dos experimentos, assim como da responsabilidade de cada um e de todos alcançar algum resultado concluinte.

Figura 11: Como manchar as amostras e montar um experimento

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AS ENZIMAS E A REMOÇÃO DAS MANCHAS

A Atividade 5 (As enzimas removem as manchas?) analisa a importância de se incluir enzimas para a remoção das manchas.

Comparam-se dois sistemas, um com enzimas e outro sem enzimas. Embora este último possa ser o correspondente 'sem enzimas' do mesmo fabricante, causa muito mais impacto usar o mesmo produto, fervido durante uma hora para inativar as enzimas. Um cuidado prático importante é completar o volume de água evaporada ao ferver, de modo que as concentrações dos produtos sejam iguais.

Na escolha do produto, se deve considerar também que nem sempre o líder de vendas tem maior quantidade e variedade de enzimas.

Havendo vários grupos de alunos, se aumenta o número de amostras (3 x grupo, os controles podem ser os mesmos). Marcando as amostras de cada grupo com um recorte que permita sua identificação, estas podem ser agrupadas e tratadas em dois recipientes, sem necessidade de aumentar o material do trabalho prático.

Exemplo: Realizamos a experiência com amostras manchadas com molho de tomate, colocadas de molho durante 4 horas, e obtivemos os resultados da Figura 12. A presença de enzimas é significativa na remoção das manchas.

Figura 12: Resultados do experimento baseado na Atividade 5

A. Com água (controle), Ariel fervido e Ariel

B. Com Ariel e OMO, utilizando como controles os produtos sem enzimas dos mesmos fabricantes.

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COMPARANDO A EFICIÊNCIA DE VÁRIOS PRODUTOS

O objetivo da Atividade 6 (Qual é o produto mais eficiente?) é comparar a eficiência de vários produtos na remoção de diferentes manchas. Tratamos amostras manchadas com três tipos de substâncias com diferentes produtos com enzimas. O controle pode ser feito com água ou com um produto sem enzimas que goze de alguma popularidade.

Para evitar a subjetividade induzida pelas propagandas comerciais é preferível preparar as soluções com antecedência, rotulando-as como A, B, C etc., sem revelar „quem é quem‟ até a conclusão do estudo. Os ensaios cegos fornecem resultados surpreendentes.

Assim como na atividade anterior, o número de amostras pode ser calculado em função do número de grupos de alunos (3 x grupo, os controles podem ser os mesmos). Uma vez identificadas, as amostras são colocadas em um único recipiente por tratamento, sem necessidade de aumentar o material do trabalho prático.

O valor atribuído à intensidade da mancha será a média dos valores atribuídos pelos diferentes grupos, relativos ao mesmo tipo de mancha tratada com um produto determinado, sempre que se mantenham constantes as demais variáveis, isto é, concentração do produto, tempo de incubação, temperatura, agitação, número de enxágues e secagem.

Exemplo:

Foi realizada a experiência com amostras manchadas com várias substâncias (achocolatado, batom e molho de tomate), deixadas de molho durante 4 horas. Obtiveram-se os resultados da Tabela 5, fotografados na Figura 13. Nas condições do experimento, nenhum produto eliminou as manchas de achocolatado e de batom. Porém, Ariel e Enzimax foram os mais eficientes para remover manchas de molho de tomate.

Tabela 5: Intensidade das manchas de diferentes substâncias (achocolatado, batom, molho de tomate), após o tratamento com diferentes produtos que contêm enzimas.

TRATAMENTO ACHOCOLATADO BATOM MOLHO DE TOMATE

ÁGUA 4 4 4

OMO 3 2 2

ARIEL 2 2 1

ENZIMAX 2 2 1,5

Figura 13: Resultados do experimento baseado na Atividade 6

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AS VARIÁVEIS EXPERIMENTAIS

Na Atividade 7 (Como melhorar a eficiência de um produto?) analisamos como se podem alterar os resultados de um experimento quando se modificam as condições em que este se realiza. A variável mais simples é o tempo de molho, e o controle será água ou um produto sem enzimas, se possível, do mesmo fabricante.

Como referido anteriormente em relação às Atividades 5 e 6, o aumento do número de grupos não significa multiplicar todo o material.

Exemplo:

Realizamos a experiência com amostras manchadas com molho de tomate, deixadas de molho durante 2 ou 24 horas. Obtiveram-se os resultados da Tabela 6, fotografados na figura 14. Nas condições do experimento, o aumento do tempo de molho melhorou ligeiramente o desempenho de ambos os produtos.

Tabela 6: Intensidade das manchas de molho de tomate nos panos deixados de molho com diferentes produtos (sem e com enzimas) durante tempos variáveis (2 horas, 24 horas)

PRODUTO SEM ENZIMAS PRODUTO COM ENZIMAS

TEMPO DE MOLHO INTENSIDADE DAS

MANCHAS

TEMPO DE MOLHO INTENSIDADE DAS

MANCHAS

2 horas 3,0 2 horas 1,0

24 horas 2,0 24 horas 1,0

Figura 14: Resultados do experimento baseado na Atividade 7

Dos outros fatores que incidem no desempenho de um produto, talvez os mais interessantes sejam a temperatura e a concentração do produto. A partir destes protocolos é possível elaborar outros projetos de investigação para os quais o professor e os alunos prepararão planos de trabalho em conjunto.

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GUIAS DO ALUNO

A6

A2 A1

A5

A3

A4

A7

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A1. QUE PRODUTO INCLUI PROTEASES?

Nos produtos para lavagem de roupas comprados nos armazéns e supermercados, a composição está detalhada na embalagem. Nem todos levam enzimas.

As proteases são enzimas que fragmentam as proteínas que pigmentam algumas manchas, facilitando sua remoção. Como identificar em um produto a presença de proteases? Observando o que acontece quando este se mistura com uma proteína como a gelatina. Por quê?

MATERIAL

Para 4 testes: 1 envelope de gelatina, 5 xícaras, 5 colheres de plástico, água, 1 colher de sopa de 4 produtos para lavagem de roupas, 1 marcador. Acesso a um fogão para a preparação da gelatina.

PROCEDIMENTO

RESULTADOS

Quais produtos incluem proteases?

DISCUSSÃO

Alguns produtos têm proteases, outros não. Sabendo qual é a ação destas enzimas, analise a propaganda dos produtos testados e confira se o conteúdo está de acordo com a presença de proteases.

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A2. QUE PRODUTO INCLUI CELULASES?

Nos produtos para lavagem de roupas comprados em armazéns e supermercados, a composição está detalhada na embalagem. Nem todos levam enzimas.

As celulases são enzimas que removem as fibrilas de celulose, eliminando as bolinhas, amaciando as roupas e realçando as cores. Como detectar a presença de celulases em um produto? Observando a perda de cor de uma casca de cebola imersa em uma solução do produto para lavar roupas. Por quê?

MATERIAL

Para 3 testes: A casca de uma cebola, 1 tigela, 4 xícaras e 4 colheres de plástico, água, 3 produtos para lavar roupa, 1 marcador.

PROCEDIMENTO

RESULTADOS

Quais produtos incluem celulases?

DISCUSSÃO

Alguns produtos levam celulases, outros não. Sabendo qual é a ação destas enzimas, analise a propaganda dos produtos testados e confira se o conteúdo está de acordo com a presença de celulases.

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A3. QUE PRODUTO INCLUI AMILASES?

Os produtos para lavagem de roupas comprados em armazéns e supermercados têm sua composição detalhada na embalagem. Nem todos levam enzimas. Entre as enzimas que podem estar presentes estão as amilases que, ao fragmentar o amido de sobremesas e molhos, facilitam a remoção das manchas correspondentes. Como reconhecer a presença de amilases em um produto? Observando se, quando misturado a um pudim a base de amido, este perde sua capacidade de espessar. Por quê?

MATERIAL

Para 3 testes: 1 caixa em pó para preparar sobremesa (baunilha, morango ou chocolate), 4 xícaras e 4 colheres de plástico, areia lavada e seca, 3 produtos para lavar roupa, um sem enzimas e os outros restantes com enzimas, 1 marcador. Acesso a uma cozinha para preparar o pudim.

PROCEDIMENTO

RESULTADOS

Quais produtos incluem amilases?

DISCUSSÃO

Alguns produtos levam amilases, outros não. Sabendo qual é a ação destas enzimas, analise a propaganda dos produtos testados e confira se o conteúdo está de acordo com a presença de amilases.

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A4. QUE PRODUTO INCLUI LIPASES?

Os produtos para lavagem de roupas comprados em armazéns e supermercados têm sua composição detalhada na embalagem. Nem todos levam enzimas. Entre as enzimas que podem estar presentes estão as lípases, que fragmentam os lipídios em uma reação que libera ácidos graxos, facilitando a remoção das manchas correspondentes. Como reconhecer a presença de lipases em um produto? Observando se a mistura com creme produz um aumento da acidez, visualizado mediante a alteração da coloração de um indicador (fenolftaleína). Por quê?

MATERIAL

Para 3 testes: 1 caixa de creme de leite, 8 xícaras e 4 colheres de plástico, 4 produtos para lavar roupa, um sem enzimas e os restantes com enzimas, frasco conta-gotas com fenolftaleína (indicador), 1 marcador.

PROCEDIMENTO

RESULTADOS

Quais produtos incluem lipases?

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DISCUSSÃO

Alguns produtos levam lipases, outros não. Sabendo qual é a ação destas enzimas e que esta se superpõe à do tensoativo ou surfactante, analise a propaganda dos produtos testados e confira se o conteúdo está de acordo com a presença de lipases.

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A5. AS ENZIMAS REMOVEM AS MANCHAS?

Os produtos para lavar roupa apresentam uma composição complexa. O principal agente de limpeza é um detergente (tensoativo aniônico), que movimenta e dispersa a sujeira. Entretanto, há manchas muito difíceis de remover, como molhos, suor, ovo, cosméticos, terra etc. Para estas manchas, é necessário outro tipo de tratamento. Essa é a função de um exército de enzimas (proteases, amilases, lipases e celulases) na remoção de manchas de molho de tomate.

MATERIAL

Molho de tomate, 5 amostras de pano de algodão branco, 1 molde e 1 pincel para fazer as manchas, 3 garrafas plásticas cortadas, 3 palitos para agitar, 1 marcador, 1 folha de papel e 1 lápis.

Uma solução do produto com enzimas para lavar roupa e outra do mesmo produto fervido durante 1 hora, ambos em uma concentração de 4 colheres de sopa por litro.

PROCEDIMENTO

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RESULTADOS

1. Completar a tabela

TRATAMENTO INTENSIDADE DAS MANCHAS

MANCHA 1 MANCHA 2 MANCHA 3 MÉDIA

ÁGUA

PRODUTO C/ENZIMAS

PRODUTO C/ENZIMAS FERVIDO

Escala:

5 = amostra manchada sem tratamento ou controle positivo

0 = amostra sem mancha ou controle negativo

2. Por que fazer três manchas na mesma amostra?

3. Classificar os tratamentos em ordem decrescente, em função de sua eficiência em remover as manchas de molho de tomate.

DISCUSSÃO

A presença de enzimas facilita a remoção das manchas de molho de tomate?

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A6. QUAL PRODUTO É MAIS EFICIENTE?

Numerosos produtos para lavar roupa têm enzimas. Todos prometem remover as manchas de molho, suor, ovo, sangue, cosméticos, terra etc. Entretanto, há diferenças entre eles devidas ao tipo e à quantidade de enzimas que levam. Muitos têm proteases, alguns também levam amilases, lipases e/ou celulases. Nesta atividade, vamos comparar a eficiência de vários produtos com enzimas na remoção de manchas de diferentes origens.

MATERIAL

Soluções de 3 produtos com enzimas para lavar roupa e um sem enzimas (concentração: quatro colheres de sopa por litro); 6 amostras de pano branco de algodão, 1 molde e 1 pincel, 3 substâncias parar manchar as amostras (molho de tomate, ovo, terra, achocolatado ou batom).

PROCEDIMENTO

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RESULTADOS

1. Completar a tabela.

MANCHA 1, de ________ MANCHA 2, de _________ MANCHA 3, de ____________

TRATAMENTO INTENSIDADE DAS MANCHAS

MANCHA 1 MANCHA 2 MANCHA 3 MÉDIA

PRODUTO S/ENZIMAS

PRODUTO 1 C/ENZIMAS

PRODUTO 2 C/ENZIMAS

PRODUTO 3 C/ENZIMAS

Escala:

5 = amostra manchada sem tratamento ou controle positivo

0 = amostra sem mancha ou controle negativo

2. Qual é a função do produto sem enzimas?

3. Classificar os produtos em ordem decrescente de eficiência na remoção das manchas analisadas.

4. Representar os dados em um diagrama de barras, por produto e/ou por tipo de mancha.

DISCUSSÃO

Qual produto é o mais eficiente?

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A7. COMO MELHORAR A EFICIÊNCIA DE UM PRODUTO

O desempenho de um produto com enzimas para lavar roupa varia com o tipo de mancha, mas também depende de muitos fatores: concentração do produto, agitação, temperatura e tempo que se deixam as roupas de molho.

Nesta atividade, vamos estudar como varia a eficiência de um produto com enzimas, sobre manchas de molho de tomate, quando aumentamos o tempo de molho dos panos.

MATERIAL

Soluções de um produto com enzimas para lavar roupa e de outro sem enzimas (concentração: quatro colheres de sopa por litro); 6 amostras de pano branco de algodão, 1 molde e 1 pincel, molho de tomate, 2 garrafas plásticas cortadas, 2 palitos para agitar, 1 marcador, 1 folha de papel e 1 lápis.

PROCEDIMENTO

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RESULTADOS

1. Completar a tabela.

TEMPO DE MOLHO PRODUTO INTENSIDADE DAS MANCHAS

MANCHA 1 MANCHA 2 MANCHA 3 MÉDIA

2 HORAS

SEM ENZIMAS

COM ENZIMAS

24 HORAS

SEM ENZIMAS

COM ENZIMAS

Escala:

5 = amostra manchada sem tratamento ou controle positivo

0 = amostra sem mancha ou controle negativo

2. Qual dos produtos foi o mais eficiente depois de duas horas de molho?

3. Qual dos produtos foi o mais eficiente depois de 24 horas de molho?

4. O aumento do tempo de molho fez diferença para a limpeza das manchas? Com que produto?

DISCUSSÃO

Elaborar um projeto para avaliar o efeito da concentração do produto com enzimas na remoção das manchas.

Informações complementares

VARIÁVEIS OPÇÕES POSSÍVEIS VALOR ESCOLHIDO

CONCENTRAÇÃO DO PRODUTO 1 a 4 colheres de sopa por litro (0,5 a 2 % m/v)

TEMPO DE INCUBAÇÃO (MOLHO) Entre 1 e 24 horas

TEMPERATURA Ambiente, 200 C, 400 C, 600 C

AGITAÇÃO (N0 DE VEZES) No início e no fim do experimento

ENXÁGUES Mínimo, 10

www.ort.org.br

As atividades práticas deste manual foram desenvolvidas e testadas nos laboratórios de Biotecnologia do Instituto de Tecnologia ORT do Rio de Janeiro, com a participação de seus professores,

técnicos e alunos.

O Instituto de Tecnologia ORT é um Colégio de Ciência e Tecnologia com cursos de Ensino Fundamental II (do 6º ao 9º ano) e de Ensino Médio Técnico (em três anos) com especialização em Biotecnologia, Comunicação Social, Eletrônica e Informática.

ORT - ORGANIZAÇÃO, RECONSTRUÇÃO E TRABALHO – é uma instituição educacional de origem judaica que se dedica ao ensino e treinamento tecnológico. Atua hoje em mais de 50 países; suas escolas são frequentadas por cerca de 300.000 alunos.

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