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 důležitých enzymů 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 hydrolyzující proteiny 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 150,000 bushels of corn a day in a large plant Starch separated from grain,partially purified and washed by hydrocyclone action Insioluble starch suspended in water to give slurry 40% dry solids, pH3.5-4.2 So for liquefaction, NaOh and enzyme added. Starch gelatinized by steam injection in a pressure jet Time on picture Saccharification carried out in 300,000 gallon plug flow reactors Isomerization: enzyme immobilized on column, temp and flow rate controlled to give 42% fructose product. 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