Przemysłowe zastosowania enzymów Enzymologia-12 Przemysłowe zastosowania enzymów

Wykorzystanie enzymów w przemyśle

Udział różnych rodzajów enzymów stosowanych w przemyśle biotechnologicznym

Enzymy proteolityczne w przemyśle Reakcja lub substrat Źródło enzymu Zastosowanie Papaina Renina Trypsyna, chymotrypsyna Proteazy grzybowe Proteazy bakteryjne Hydroliza białek Ścinanie mleka Papaya latex Żołądki cielęce, białko rekombinowane Jelita zwierzęce Aspergillus oryzae Aspergillus niger Mucor pusillus Rhizomucor miehei Cryptonectria parasitica Bacillus subtilis Usuwanie zmętnienia piwa, kruszenie mięsa Wytwarzanie serów Kruszenie mięsa, zastosowania medyczne Kruszenie mięsa, piekarnictwo, piwowarstwo Serowarstwo Detergenty, usuwanie żelatyny

Zastosowanie enzymów metabolizmu cukrów Reakcja lub substrat Źródło enzymu Wykorzystanie Amylaza endohydroliza wiązań (14) glikozydowych w polisacharydach Bacillus subtilis Aspergillus niger Aspergillus oryzae Scukrzanie skrobi Egzo (14) glukozydaza Uwalnianie końcowych reszt glukozowych z polisacharydów Rhizopus spp. Wytwarzanie glukozy ze skrobi Celulaza Endodydroliza wiązań (14) glikozydowych w celulozie Trichoderma viride Przekształcanie celulozy w celobiozę Poligalakturonaza Hydroliza wiązań glikozydowych w pektynach Mucor, Borytris, Penicillium, Aspergillus Ekstrakcja soków owocowych z pulp; klarowanie win i soków -galaktozydaza Hydroliza laktozy Otrzymywanie słodszych, lepiej rozpuszczalnych cukrów -fruktofuranozydaza Hydroliza sacharozy Saccharomyces Oksydaza glukozowa Glukoza + O2  glukonolakton + H2O2 Penicillium spp. Odczynnik do oznaczania glukozy; usuwanie tlenu z majonezu i soków owocowych Izomeraza glukozowa Glukoza  fruktoza Streptomyces spp Lactobacillus brevis Produkcja syropów fruktozowych

Produkcja enzymów

Schemat technologiczny wytwarzania enzymu

Niektóre enzymy stosowane w analizie biochemicznej

Cechy procesów biotransformacji specyficzność reakcji regiospecyficzność stereospecyficzność wysoka wydajność łagodne warunki

Metody immobilizacji enzymów Adsorpcja na powierzchni nośnika (alumina, hydroksyapatyt, kaolinit szkło, matryce jonowymienne); Wiązanie kowalencyjne z nośnikiem (poliakrylamid, nylon, celuloza, dekstran, Sephadex, Sepharose, Agarose, żel krzemionkowy, kulki szklane). Konieczna aktywacja nośnika; Sieciowanie międzycząsteczkowe Czynniki sieciujące: aldehyd glutarowy, 1,5-difluoro-2,4-dinitrobenzen; Uwięzienie w matrycy - akrylamid polimeryzowany w roztworze enzymu - żele tworzone in situ w roztworze enzymu; Kapsułkowanie w membranie półprzepuszczalnej liposomy, kapsułki nylonowe, celofanowe, celuloidowe, poliuretanowe.

Metody kowalencyjnej immobilizacji enzymów

Przykłady procesów przemysłowych prowadzonych z użyciem immobilizowanych enzymów Enzym Matryca Metoda immobilizacji Zastosowanie Aminoacylaza DEAE-Sephadex Adsorpcja Otrzymywanie L-aminokwasów Izomeraza glukozowa Amberlit IRA904 Otrzymywanie syropu fruktozo-glukozowego Termolizyna Układ dwufazowy Otrzymywanie aspartamu -galaktozydaza Krzemionka Otrzymywanie mleka wolnego od laktozy Amidaza penicylanowa Poloakrylamid, celuloza Uwięzienie w matrycy Otrzymywanie 6-APA Oksydaza glukozowa Peroksydaza Kapsułkowanie Oznaczanie glukozy

Biokataliza w środowiskach niewodnych homogenna mieszanina woda/rozp. org. układ dwufazowy odwrócone micele zawiesina enzymu w rozpuszczalniku org. kowalencyjnie zmodyf. enzym w rozp. org. Biokataliza w środowiskach niewodnych

prof. Ernest Sym zapoczątkował na PG badania w dziedzinie biotechnologii; światowy pionier badań nad katalizą enzymatyczną w układach niewodnych.

Reakcje katalizowane przez monooksygenazy wykorzystywane do biotransformacji w praktyce przemysłowej hydroksylowanie alkanów hydroksylowane arenów epoksydacja alkenów utlenianie heteroatomów utlenianie ketonów do estrów

Enzymatyczne wytwarzanie L-aminokwasów w układzie sprzężonym

Biokatalityczna synteza optycznie czynnych aminokwasów

ZASTOSOWANIE ENZYMÓW DO OTRZYMYWANIA OPTYCZNIE CZYNNYCH AMINOKWASÓW Synteza/biosynteza optycznie czynnych pochodnych glicyny – substratów dla otrzymywania penicylin półsyntetycznych

ZASTOSOWANIE ENZYMÓW DO OTRZYMYWANIA OPTYCZNIE CZYNNYCH AMINOKWASÓW Biosynteza optycznie czynnych aminokwasów białkowych

Alternatywne możliwości otrzymywania 6APA z penicyliny G

Acylazy penicylinowe Acylaza penicyliny G Bakterie Achromobacter spp., Alcaligenes faecalis, E. coli, Bacillus megaterium, Proteus rettgeri, Pseudomonas melanogenes; Drożdże Kluyvera citrophila Acylaza penicyliny V Grzyby strzępkowe Bovista plumbea, Fusarium spp.; Promieniowce Actinoplanes spp., Streptomyces levanduae 3. Acylaza amplicylinowa Obecnie najczęściej stosowane źródło: rekombinowane szczepy E. coli

Wytwarzanie kwasu 6-aminopenicylanowego (6APA) Możliwe metody: hydroliza chemiczna lub enzymatyczna Warunki hydrolizy enzymatycznej Biotransformacja 12-15% (w/v) roztworu soli penicyliny G lub V przez immobilizowaną amidazę penicylinową. Podczas reakcji utrzymuje się pH na poziomie 7 – 8 poprzez dodawanie KOH lub NaOH. Produkty: 6APA oraz odpowiedni kwas (fenylooctowy lub fenoksyoctowy). 6APA izoluje się poprzez zakwaszenie mieszaniny poreakcyjnej do pH = 4.0 w obecności rozpuszczalnika organicznego nie mieszającego się z wodą. W tych warunkach 6APA wytrąca się, a kwas prekursorowy przechodzi do fazy organicznej i jest zwykle zawracany jako dodatek do nowej fermentacji Korzyści z zastąpienia chemicznej hydrolizy penicyliny G do 6APA przez hydrolizę enzymatyczną Eliminacja chlorowcowanych rozpuszczalników organicznych, toksycznych odczynników i odpadów oraz potrzeby stosowania ciekłego azotu do chłodzenia; prowadzenie reakcji w umiarkowanych warunkach; łatwa kontrola pH, temperatury; zwiększenie wydajności, brak produktów ubocznych;

Synteza aspartamu z zastosowaniem biotransformacji enzymatycznej

Biotransformacje sterydów