La biocatalisi industriale, ossia la catalisi di processi chimici da parte di cellule o enzimi, è oggi una tecnica consolidata in molti processi industriali e rappresenta una strategia cruciale in quella che viene definita come “chimica sostenibile” o Green Chemistry. In generale, la biocatalisi consente di adoperare condizioni di processo più blande, di sostituire reagenti chimici tossici e/o inquinanti con catalizzatori non tossici e biodegradabili, con il doppio vantaggio di abbattere l’impatto ambientale delle attività antropiche ed aumentare la sostenibilità tecnica, economica ed ecologica dei processi produttivi.
L’applicazione di soluzioni enzimatiche è ampiamente utilizzata in diversi settori industriali come quello chimico, farmaceutico, alimentare, cosmetico e tessile. Infatti, negli ultimi 10-15 anni, l’industria tessile è diventata uno dei campi principali di applicazione degli enzimi, grazie alla loro maggiore sostenibilità ambientale, efficienza e qualità del prodotto ottenuto.
In particolare, dalla sbozzimatura tradizionale, ossia l’operazione di rifinitura tipica dei tessuti a base di fibre cellulosiche, avente lo scopo di eliminare, mediante trattamento in acqua calda e prodotti chimici (sbozzimanti), i residui della fase di preparazione alla tessitura, si è passati allo stone washing enzimatico, al biopolishing di fibre cellulosiche, al trattamento con proteasi di seta e lana, all’ossidazione enzimatica di coloranti (Fig. 1) fino all’uso della catalasi per eliminazione di acqua ossigenata dopo il candeggio e prima della tintura.
Tutti questi approcci biotecnologici consentono un considerevole risparmio di acqua, energia e tempo, oltre che un miglioramento del processo in senso ecologico e della qualità del prodotto tessile.
Un contributo fondamentale per l’implementazione degli enzimi nei processi produttivi tessili è stato apportato dalla microbiologia, grazie alla scoperta di microorganismi sempre nuovi dotati nel proprio corredo enzimatico di proteine di interesse industriale, e dall’ingegneria proteica, che ha permesso spesso di modificare alcune caratteristiche (es. temperatura e pH ottimale, costante catalitica, resistenza a inibitori, ecc.) degli enzimi presenti in natura per meglio adattarli ai processi industriali. Infatti, un gran numero di enzimi ricombinanti e/o ingegnerizzati, come le cellulasi dai generi Trichoderma, Humicola, Streptomyces, Melanocarpus e Chrysosporium, sono stati recentemente introdotti in processi tessili, in tintorie e lavanderie industriali.
I principali enzimi utilizzati nell’industria tessile ed in tintoria industriale sono i seguenti:
- Amilasi: in sbozzimatura;
- Cellulasi: nello stone washing di jeans e capi in denim (per ammorbidire in maniera permanente un tessuto e fornirne un aspetto vintage grazie ad una parziale rimozione dell’indaco), per il biopolishing o biofinishing (defibrillazione superficiale) di tessuti e capi in fibre cellulosiche;
- Proteasi: nel trattamento di fibre proteiche (seta e lana);
- Catalasi: per l’eliminazione di acqua ossigenata dopo il candeggio e prima della tintura;
- Laccasi: nell’ossidazione enzimatica del colorante indaco;
- Perossidasi: nell’ossidazione enzimatica di coloranti reattivi non fissati;
- Lipasi: nello sgrassaggio e come ausiliario di sbozzimatura in presenza di grassi naturali;
- Pectinasi: per la biopreparazione del cotone grezzo.
L’applicazione delle cellulasi si è sviluppata verso la fine degli anni ‘80 e si è rapidamente affermata presso le tinto-lavanderie industriali. Essa prevede l’uso di particolari miscele di cellulasi, opportunamente formulate con altri composti chimici di base e con ausiliari (sali tamponanti, tensioattivi, agenti disperdenti ecc.), per ottenere l’effetto stone wash o effetto vintage (Fig. 2) di capi confezionati in tessuto denim (jeans, giubbotti, camicie ecc.).
L’effetto vintage che si vuole ottenere è un’abrasione più o meno spinta del capo, con contrasto tra filo bianco (in trama) e filo tinto indaco (in ordito) ed una minima perdita di resistenza del tessuto e/o del capo sulle cuciture nei punti “critici” come le tasche posteriori.
L’applicazione di cellulasi nello stone wash ha sostituito in parte o completamente l’uso della pietra pomice. Una quota di pietra viene ancora usata in lavaggi industriali per esaltare l’abrasione delle cellulasi o per permettere una movimentazione più uniforme della massa di capi bagnati. Alcuni operatori usano enzimi senza pietre in macchina, ma oramai non più il contrario.
Alcuni dei principali vantaggi offerti dallo stone wash enzimatico rispetto al solo uso di pietra pomice, sono i seguenti:1) tempi di trattamento ridotti; 2) minimizzo dei danni alle macchine; 3) aumentata carica delle macchine per ogni ciclo di lavorazione, con aumentata produttività della lavanderia; 4) riduzione delle seconde scelte, dovute a strappi causati dalle pietre; 5) sostanziale diminuzione e perfino eliminazione della produzione di polveri di pomice, da smaltire come rifiuto solido o residuo nelle tasche; 6) maggior costanza e riproducibilità del trattamento di stone wash, con anche maggior flessibilità di trattamenti e di look finali che si possono ottenere; 7) in caso di formulazioni liquide di cellulasi, possibilità di sfruttare sistemi di dosaggio automatici e computerizzati; 8) migliorate condizioni ambientali e di lavoro in lavanderia.
Nicola Di Fidio
Sitografia
Bibliografia
- Yves M. Galante. Enzimologia nel tessile. Biopreparazione del cotone ed uso degli enzimi nell’industria tessile (1a parte). Chimica e… industria, 2001.
- J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. Case. Elementi di microbiologia. Pearson (Eds), Applicazioni della microbiologia, pag 236, 2008. ISBN 8871924339, 9788871924335.
- Imen Khouni, Benoî tMarrot, Philippe Moulin, Raja Ben Amar. Decolourization of the reconstituted textile effluent by different process treatments: Enzymatic catalysis, coagulation/flocculation and nanofiltration processes. Desalination, Volume 268, Issues 1–3, 1 Pages 27-37, 2011. https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.09.046.
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- Imen Khouni, Benoî tMarrot, Philippe Moulin, Raja Ben Amar. Decolourization of the reconstituted textile effluent by different process treatments: Enzymatic catalysis, coagulation/flocculation and nanofiltration processes. Desalination, Volume 268, Issues 1–3, 1 Pages 27-37, 2011. https://doi.org/10.1016/j.desal.2010.09.046.
