La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

BIOREATTORI 1. Reazioni senza variazione di volume e a temperatura costante (reattori con controllo della temperatura) REAZIONI CATALIZZATE DA ENZIMI.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "BIOREATTORI 1. Reazioni senza variazione di volume e a temperatura costante (reattori con controllo della temperatura) REAZIONI CATALIZZATE DA ENZIMI."— Transcript della presentazione:

1 BIOREATTORI 1

2 Reazioni senza variazione di volume e a temperatura costante (reattori con controllo della temperatura) REAZIONI CATALIZZATE DA ENZIMI 2

3 3

4 p 1 -p 0 =a(s 0 -s 1 ) 4

5 Ritenzione dellenzima nel reattore mediante una membrana porosa sullo scarico (enzima relativamente grande). 5

6 6

7 7

8 CONVERSIONE NEL REATTORE AGITATO CONTINUO 8 Effetto inibente del substrato

9 9

10 Per ottenere la stessa conversione in un solo reattore agitato, è necessario un volume di reattore V>(V1+V2+V3): 10

11 11

12 12

13 13

14 IMMOBILIZZAZIONE DEGLI ENZIMI Quando lenzima viene alimentato al reattore in soluzione, esso lascia il reattore insieme al prodotto; si ha quindi perdita di enzima. Lenzima può anche rappresentare una impurezza indesiderabile, che deve essere rimossa. Per evitare tali inconvenienti, lenzima può essere immobilizzato, in modo da essere trattenuto dentro il reattore. Vi sono vari metodi possibili di immobilizzazione. 14

15 15 Metodi chimici 1 - Ancoraggio covalente su un supporto solido insolubile in acqua. I supporti solidi possono essere di diversa natura: vetri e ceramiche porose, acciaio inossidabile, sabbia, carbone, ossidi metallici e vari composti polimerici. Gli enzimi vengono immobilizzati di solito attraverso i loro gruppi amminici o carbossilici che, ovviamente non devono essere né quelli essenziali per lattività catalitica, né vicini ad essi. Il processo consiste in 2 fasi: 1.Attivazione del supporto 2.Attacco dellenzima

16 16

17 Reticolazione con reagenti polifunzionali (glutaraldeide)

18 18 Le particelle di enzima reticolato sono gelatinose e non hanno le proprietà meccaniche richieste per molte applicazioni. Migliori proprietà meccaniche sono ottenute adsorbendo lenzima su un supporto e quindi reticolando lenzima adsorbito:

19 19 Metodi fisici 1 - Inclusione in fibre spugnose o in fibre cave 2 - Inclusione in un gel polimerico Con questa tecnica un enzima è addizionato ad una soluzione di monomero, quindi si innesca la polimerizzazione.

20 Limmobilizzazione dellenzima comporta in genere una sua maggiore stabilità nei riguardi di quegli agenti che provocano la perdita della conformazione nativa dellenzima attraverso un suo srotolamento (pH, T, agitazione, ecc.) Incapsulazione Gli enzimi sono intrappolati in piccole capsule, di diametro fino a 300 m (microincapsulazione), circondate da una membrana porosa che consente il passaggio di substrato e prodotto, ma non dellenzima (lenzima, internamente, si trova in soluzione).

21 21 Diffusione e reazione nella particella Nel caso di enzima immobilizzato in un supporto, il substrato deve diffondere attraverso il supporto per raggiungere il sito catalitico. Ciò comporta un gradiente di concentrazione del substrato entro la particella. Quando v è funzione crescente di S (cinetica di Michaelis-Menten), la velocità di reazione allinterno della particella sarà inferiore a quella corrispondente a S=S 0 (esterno particella). Pertanto la quantità di substrato convertito per unità di tempo e di volume entro la particella sarà inferiore a quella che si avrebbe senza gradiente di concentrazione.

22 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 27

28 28 Ureasi (da bacillus) usi analitici, trattamenti di acque, rene artificiale.

29 29 Di gran lunga più utilizzati sono gli enzimi idrolitici (idrolisi dellamido, della cellulosa, dei grassi, delle proteine). Sono coinvolti nei settori più diversi: Produzione di detersivi la proteasi degrada le proteine insolubili in frammenti che possono essere rimossi o disciolti dal detergente; l -amilasi attacca lamido rompendo i legami 1,4 dando destrine solubili: la lipasi idrolizza i trigliceridi dando acidi grassi, digliceridi, monogliceridi e glicerolo (più degradato è il grasso, più facile è la sua rimozione dal tessuto per laumentata idrofilicità). Degradazione degli alimenti; Trattamento delle acque di scarico; Lavorazione dellamido; Maturazione della frutta colta acerba; Lisi delle cellule morte; Maturazione della carne e dei formaggi,….

30 30 Settore medico Glucosidasi – analisi del glucosio nel sangue e nelle urine; Lisozima – trattamento di ulcerazioni, morbillo, sclerosi multipla, alcune malattie della pelle, infezioni post-intervento; Ialuronidasi – facilita la diffusione di composti che vengono iniettati insieme ad essa (antibiotici, adrenalina, eparina, anestetici locali).

31 Lamido, materiale di riserva delle piante, è costituito da una frazione di amilosio (circa 20%), che è un polimero dell - glucosio con legami glicosidici 1-4, e da una frazione di amilopectina (circa 80%), di composizione simile allamilosio, ma con ramificazioni -1-6 mediamente ogni 25 unità di glucosio. Il processo di conversione consiste nella idrolisi (depolimerizzazione) dei legami glicosidici, per la produzione di zuccheri semplici. PROCESSI DI PRODUZIONE CONVERSIONE DELLAMIDO 31

32 32

33 Diversi enzimi, prodotti da batteri e muffe sono in grado di idrolizzare (depolimerizzare) lamido; i più noti sono: -amilasi - agisce idrolizzando casualmente i legami Quando ottenuto dal Bacillus licheniformis, in presenza di ioni Ca 2+ è stabile anche a temperature piuttosto elevate (90-110°C). -amilasi – Attacca i legami -1-4 delle catene amilosiche con formazione di unità maltosiche a partire dalle estremità (la rottura si ferma a 2 o 3 unità glicosidiche dai punti di reticolazione 1-6). Glucoamilasi (o amiloglucosidasi) - è un enzima in grado di idrolizzare sia il legame 1-4, sia quello 1-6, anche se questultimo molto lentamente. Pullulanasi – mostra attività specifica solo per i legami 1-6 (a pH 4.5 e T= 60°C). 33

34 Il processo può suddividersi in 3 stadi: 1.Liquefazione 2.Saccarificazione 3.Isomerizzazione 34

35 Lamido, sospeso in acqua al 30-40%, viene dapprima gelatinizzato e quindi predepolimerizzato (destrinizzazione) mediante -amilasi (man mano che si idrolizzano i legami 1-4 si riduce la viscosità del gel, operazione che viene detta appunto liquefazione). 1 - LIQUEFAZIONE DELLAMIDO 35

36 Quando lamido liquefatto viene ulteriormente demolito per idrolisi, si ottiene una notevole varietà di prodotti dolcificanti (saccarificazione). Così, impiegando una serie di enzimi comprendenti -amilasi e pullulanasi per la dereticolazione, è possibile produrre sciroppi con tenori di maltosio vicini all80%. Uno sciroppo con un tenore di glucosio del 95-97% può essere ottenuto per trattamento successivo con -amilasi e glucoamilasi. 2 - SACCARIFICAZIONE 36

37 Il maltosio, o zucchero di malto, è un disaccaride composto da due unità di glucosio con una connessione α(1-4). 37

38 38

39 Il prodotto che si ottiene isomerizzando il glucosio a fruttosio ad opera della glucosio-isomerasi ha un potere dolcificante simile allo sciroppo di saccarosio ed ha trovato largo impiego nella fabbricazione di bevande analcoliche. La costante di equilibrio della reazione di isomerizzazione Glucosio Fruttosio alla temperatura di processo è allincirca unitaria, pertanto il prodotto contiene glucosio e fruttosio approssimativamente nel rapporto 1:1. 3 – ISOMERIZZAZIONE DEL GLUCOSIO fruttosio glucosio 39

40 Nelle condizioni operative ottimali per assicurare elevata attività e stabilità dellenzima (pH 7.5, T=55-60 °C) il glucosio ed il fruttosio sono piuttosto instabili e si decompongono facilmente ad acidi organici e sottoprodotti di colore scuro. Per superare questo problema, il tempo di reazione viene tenuto breve facendo passare il glucosio in modo continuo attraverso una colonna contenente lenzima immobilizzato (enzima in particelle da mm). 40


Scaricare ppt "BIOREATTORI 1. Reazioni senza variazione di volume e a temperatura costante (reattori con controllo della temperatura) REAZIONI CATALIZZATE DA ENZIMI."

Presentazioni simili


Annunci Google