Applicazioni industriali Settore Applicazioni Enzimi Bevande (es. succhi di frutta, vino) Estrazione Chiarificazione Idrolisi amido Pectinasi Cellulasi Prodotti da forno Volume Struttura Colore α-amilasi Proteasi Altri Modifiche grassi Confezionamento Rammoli Lipasi Glucosio-ossidasi Invertasi

Applicazioni industriali (produzione della birra) (Zuccheri) (Destrine)

Tecnologia degli enzimi Applicazioni in ambito medico, industriale, alimentare, ecc. Gli enzimi sono catalizzatori biologici che legano substrati specifici ai loro siti attivi Questa specificità è una proprietà che li rende utili per applicazioni industriali La loro efficienza, selettività e specificità li rende vantaggiosi rispetto ai catalizzatori inorganici Gli enzimi sono in grado di operare a temperatura ambiente, alla pressione atmosferica ed entro i normali intervalli di pH (circa 7) Gli enzimi possiedono specifici siti attivi per la reazione substrato specifici generando prodotti puri e non sottoprodotti indesiderati Gli enzimi sono biodegradabili e, a differenza di molti catalizzatori inorganici, non causano danni all'ambiente

I microrganismi sono stati utilizzati per migliaia di anni per la fabbricazione di prodotti come vino, birra, aceto, pane e formaggio I microrganismi (come il lievito) vengono utilizzati come fonte di enzimi durante la fabbricazione di tali prodotti della biotecnologia Molti processi industriali ora fanno uso di enzimi puri, cioè gli enzimi sono stati isolati dai microrganismi prima dell'uso

Bacillus al microscopio elettroinico Gli enzimi vengono isolati da una varietà di fonti e queste includono batteri, funghi e cellule di lievito I microrganismi producono enzimi che funzionano all'interno delle loro cellule (enzimi intracellulari) e possono anche produrre enzimi che sono secreti e funzionano al di fuori delle cellule (enzimi extracellulari) Bacillus al microscopio elettroinico

Produzione di enzimi su larga scala La produzione su larga scala di enzimi comporta la coltura di microrganismi in FERMENTATORI o BIOREATTORI I microrganismi sono adatti per la produzione su larga scala di enzimi in fermentatori perchè: Hanno tassi di crescita rapida e sono in grado di produrre un maggior numero di molecole di enzima per unità di biomassa rispetto a molti altri organismi I microrganismi possono essere geneticamente ingegnerizzati per migliorare la resa I microrganismi sono coltivabili in un’ampia gamma di temperature e pH I microrganismi hanno requisiti di crescita semplici che possono essere precisamente controllati all'interno del fermentatore I microrganismi possono utilizzare prodotti di scarto quali i rifiuti agricoli come substrati di crescita

Produzione commerciale di enzimi – Un esempio Produzione di pectinasi La pectina è una sostanza insolubile e componente delle pareti cellulari Nel settore della produzione delle bevande, il succo estratto dalla frutta appare torbido per la presenza di pectina La pectinasi è un enzima che viene utilizzato nel settore per abbattere la pectina L'effetto della pectinasi è quello di chiarire il succo di frutta e di farlo scorrere più liberamente La pectinasi viene ottenuta dal fungo Aspergillus niger Aspergillus niger produce pectinasi come enzima extracellulare

Produzione di pectinasi Centrifugazione per ottenere la precipitazione delle cellule e il rilascio dell’enzima Evaporazione per concentrare la pectinasi Aspergillus niger è coltivato in un fermentatore con aggiunta di azoto, saccarosio e il substrato pectina per stimolare la produzione di pectinasi da parte del fungo Precipitazione della pectinasi Produzione di pectinasi

La sensibilità e la specificità degli enzimi li rende utili strumenti per la rilevazione e la misurazione delle sostanze chimiche in soluzione A causa della loro specificità, enzimi si legano ad un solo substrato - possono pertanto essere utilizzati per l'identificazione di una sostanza specifica in un campione biologico A causa della loro sensibilità, gli enzimi sono in grado di rilevare la presenza di specifiche molecole anche quando sono presenti a concentrazioni molto basse L'enzima glucosio ossidasi è usato in una forma immobilizzata per la rilevazione del glucosio nei liquidi biologici

Questo metodo si basa sulla specificità del enzima glucosio-ossidasi, che permette al glucosio di essere rilevato in presenza di altri zuccheri Glucose + O2 gluconic acid + hydrogen peroxide (H2O2) DH2 (chromagen dye) + H2O2 2H2O + D

Acido gluconico + perossido di idrogeno (H2O2) Questa prova si basa su una reazione enzimatica sequenziale. In primo luogo, l’enzima glucosio-ossidasi catalizza la formazione di acido gluconico e perossido di idrogeno. Un secondo enzima, perossidasi, catalizza la reazione del perossido di idrogeno con ioduro di potassio (cromogeno) per ossidare il cromogeno da colore blu al marrone scuro. Glucosio + O2 Acido gluconico + perossido di idrogeno (H2O2) DH2 (chromagen dye) + H2O2 2H2O + D La quantità di composto colorato (D) prodotta è una misura diretta della quantità di glucosio presente nel campione

Glucose Measurement using 'Clinistix' Il colore del pad sulla clinistix viene confrontato con una tabella di colore per determinare la quantità di glucosio presente nel campione Concentrazione crescente No glucosio

Biosensori Un biosensore è stato sviluppato per la rilevazione glucosio nel sangue dei diabetici Molecole di glucosio nel sangue Amplifier Transducer Glucosio ossidasi Glucosio ossidasi ossida qualsiasi glucosio presenti nel sangue per elettroni rilascio - questi vengono rilevati dal trasduttore e convertito in una corrente elettrica La corrente generata è proporzionale alla quantità di glucosio presente nel campione e questo viene visualizzato dal lettore digitale