Aplikace enzymů

Aplikace enzymů

Použití enzymů v praxi • Některé enzymy využívány od nepaměti (jako součást biologických materiálů  alkoholové kvašení způsobené kvasinkami; tenderizace masa proteasami v listech papajovníku; srážení kaseinu chymosinem z telecích žaludků ...)

Použití enzymů v praxi • Pro průmyslové využití je nutno mít k dispozici dostatečné množství enzymu  nejvhodnější zdroj jsou mikroorganismy • Důležité rostlinné enzymy  papain, bromelain, ficin • Důležité živočišné enzymy  trypsin, chymotrypsin, chymosin, papain, amylasy, lipasy

Rozdělení důležitýchenzymů • Průmyslové enzymy • Velká možství (tuny za rok) • Obvykle nízká čistota • Nízká cena (ca $5-40 / kg) • Relativně nízký finanční zisk • Speciální enzymy • Malá množství (g – kg za rok) • Vysoká čistota • Vysoká cena ($5 – 10,000 / g) • Vysoký finanční zisk

Enzymy v průmyslu • Rozdělení enzymů podle substrátu • hydrolyzujícíproteiny 59% • hydrolyzující sacharidy 28% • hydrolyzující lipidy 3% • Speciální (analytika, léčiva, výzkum) 10%

Enzymy: současné trendy • Vzrůst výroby a spotřeby o 10-15% ročně • Vzrůst hodnoty o 4-5% ročně • Zvýšení zájmu o speciální enzymy • Diagnostické enzymy • Výroba speciálních chemikálií • Příprava optických isomerů • Medicína

Nejvýznamnější technické aplikace enzymů Proteolytické enzymy • Biodetergenty (termostabilní, alkalické bakteriální proteasy) • Mlékárenský průmysl (chymosin z telecích žaludků  specifická proteolýza kapa-kaseinu  tvorba sýřeniny) • Krmivářský průmysl  výroba technických hydrolyzátů bílkovin • Masný průmysl  tenderizace (změkčení) masa (rostlinná proteasa papain) • Pivovarnictví  enzymové stabilizátory piva (odstraňování chladových zákalů)

Nejvýznamnější technické aplikace enzymů Amylasy • α-amylasy  hydrolýza 1,4-α-glukosidických vazeb uvnitř polysacharidové molekuly • Ztekucování škrobu (nezbytné při následné výrobě glukosových syrupů a glukosy) • Součást biodetergentů (odstraňování škrobového pojidla z textilních vláken) • Součást prostředků do automatických myček • Zlepšování filtrovatelnosti cukrových a ovocných šťáv

Nejvýznamnější technické aplikace enzymů (glykosidasy) • β-amylasy  odštěpují maltosové jednotky z neredukujícího konce polysacharidového řetězce • Glukoamylasa  odštěpuje glukosové jednotky od neredukujícího konce (zpracování škrobu na škrobové sirupy; odbourávání zbytkových dextrinů v pivu  vyšší stupeň prokvašení, diabetické pivo) • Invertasa  hydrolýza sacharosy na glukosu a fruktosu, výroba invertního cukru • β-galaktosidasa  hydrolýza laktosy na glukosu a galaktosu (výroba delaktosovaného mléka, mléko pro výrobu zmrzliny (zabránění krystalizace laktosy))

Nejvýznamnější technické aplikace enzymů Glukosaisomerasa (xylosaisomerasa) • Isomerace glukosy na fruktosu • Výroba fruktosových sirupů (42 % - 55 % fruktosy) z glukosových sirupů (zejména z kukuřičných a obilních škrobů)  vyšší sladivost

Sugars from starches: enzymatically pH adjustments Wet-milled Corn Alkali Acid Alkali NaOH Starch HCl pH 3.5-4.2 Liquefaction NaOH pH 6.0-6.2 105oC 5-8 min 95oC 1-2 hours Saccharification pH 4.2-4.5, 60oC 36-48/96 hours Isomerization pH 7.8, 60oC 0.3-3 hours 42% fructose Glucoamylase + Pullulanase Enzyme: a-amylase Glucose isomerase

Nejvýznamnější technické aplikace enzymů Celulasy • Komplexní enzymový systém katalyzující hydrolýzu celulosy • Celulasa z Trichoderma viridae odbourání nativní celulosy • Zpracování celulosové suroviny (dřevěné odpady, odpadní papír) • Výroba instatních potravin (káva, čaj), digestiva v krmných směsích, zvýšení účinnosti extrakce šťav z rostlinných materiálů

Nejvýznamnější technické aplikace enzymů Lipasy • Postupná hydrolýza lipidů (triacylglyceroly diacylglyceroly  monoacylglyceroly  glycerol [+ uvolněné mastné kyseliny]) • Reakční rychlost se postupně snižuje  úplná hydrolýza je obtížná • Reakce probíhá v heterogenním systému (lipidy jsou nerozpustné ve vodě) • Ovlivnění chuti a vůně potravinářských výrobků (sýrařství !!!) • Součást digestivních přípravků

Nejvýznamnější analytické aplikace enzymů • Činidla pro stanovení nejrůznějších biologicky aktivních látek (substráty, inhibitory, aktivátory) • Rovnovážná metoda  proměření celkové změny produktu či substrátu po dosažení rovnováhy (pouze pro sloučeniny, které se reakce účastní jako substráty) • Kinetická metoda  měření změny koncentrace substrátu nebo produktu

Příklady lékařských aplikací enzymů • Fibrinolýza (cílené rozpouštění krevních sraženin)  plasmin, streptokinasa, urokinasa (aktivátory plasminogenu) • Cílená tvorba krevních sraženin  thrombin • Trávicí enzymy • Trypsin  čištění ran od hnisu • Analytická činidla pro stanovení diagnosticky významných látek

Aplikace enzymů