Биохимическое обезжиривание

Обезжиривание — это поднять неполярную плёнку с поверхности в воду, которая смачивает её из рук вон плохо. Механизмов два. Сурфактант понижает межфазное натяжение, пока плёнка не свернётся в капли; фермент режет плёнку на куски, которые плёнкой больше не являются. Управляющее различие — химическое: животные и растительные жиры — это триглицериды, сложноэфирная связь у каждого третьего атома углерода, а минеральные масла и нефтяные смазки — углеводороды, резать в которых нечего. Фермент разбирает первое и слеп ко второму.

Разрез сложного эфира

Липаза работает на границе масло–вода (физика та же, что в катализе на гидрофобном сырье — см. ../biocatalysis-petrochemistry/): она гидролизует каждый триглицерид до глицерина и трёх жирных кислот. Глицерин просто уходит в моющий раствор. Интересен другой продукт — жирные кислоты: слабые кислоты, которые в слабощелочной ванне ионизуются и ведут себя как мыло. Продукт реакции сам становится сурфактантом, и мойка ускоряется по мере своего хода. Помогает даже неполный гидролиз: моно- и диглицериды по полярности стоят между маслом и водой и сами работают эмульгаторами. Плёнка не растворяется — она превращается в собственный диспергирующий агент; эта автокаталитическая конструкция и есть причина, почему ферментные обезжириватели работают в разбавленном и тёплом растворе. Протеазы и амилазы входят в смеси на той же логике — каждый режет полимер, который скрепляет его загрязнение.

Окна

Температура обоюдоостра. Ферменту привычен диапазон примерно 20–60 °C, но межфазному катализу нужен ещё и жидкий жир: холодная твёрдая смазка — кристаллическая поверхность почти без полезной площади, и нагрев выше точки плавления даёт больше, чем повышение дозы фермента. pH важен дважды: протеазы моющих средств — щелочные субтилизины, а мылом жирная кислота становится только в ионизованной форме, так что рабочее окно слабощелочное сразу по обеим причинам. Вне окон химия незаметно сползает к обычной сурфактантной мойке — которой состав и так подбит. Жёсткая вода добавляет свою ловушку: ионы кальция осаждают жирные кислоты в нерастворимое кальциевое мыло, и сурфактанту приходится брать эту корку на себя.

Эмульсии и их конец

Мойка обязана эмульсию создать, а очистные сооружения — её разрушить. Здесь это напряжение острее, чем с синтетическими сурфактантами: мыла жирных кислот, наработанные прямо в ванне, сами по себе эффективные анионные эмульгаторы, и отработанный раствор сопротивляется разделению. Мыльную эмульсию гасят подкислением или солями кальция, освобождённое масло снимают, но стадия разрушения эмульсии — часть процесса, а не приложение к нему. Вторая граница — контактное время: гидролиз медленнее растворения в сольвенте, поэтому ферментативное обезжиривание измеряется минутами, а нефтяную фракцию, недосягаемую для ферментов начисто, оставляют живым культурам в моющей жидкости — те окисляют углеводороды сутками. Ферментативный катализ берёт эфиры, микробный метаболизм — остальное, и в одном баке тикают двое очень разных часов.