Principios de ingeniería enzimática y sus aplicaciones en los campos de la alimentación, la industria ligera y la farmacia

Respuesta rápida: Una decisión práctica sobre enzimas o ingredientes alimentarios comienza con el objetivo del proceso, luego verifica la actividad, la ventana de aplicación, el impacto sensorial y la consistencia entre lotes antes de ampliarlo.

1. Principio

La ingeniería enzimática es la enzima o células microbianas, células animales y vegetales, orgánulos, etc. en un determinado dispositivo de reacción biológica, el uso de enzimas tiene una función biocatalítica, con la ayuda de los medios de ingeniería de las materias primas correspondientes en sustancias útiles y aplicadas a la vida social de una ciencia y tecnología. Incluye preparación de enzima, inmovilización de enzima, modificación y transformación de enzima y reactor de enzima. La aplicación de la ingeniería enzimática se centra principalmente en la industria alimentaria, la industria ligera y la industria farmacéutica.

• Propiedades catalíticas:

1. Alta eficiencia: 108-1020 veces mayor que la no catalítica; 107-1013 veces mayor que el catalítico no enzimático

2. Alta especificidad

3. Condiciones de reacción leves

4. La catálisis enzimática es ajustable.

• Naturaleza química:

Proteínas enzimáticas

ARN de ribozima

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Historia de desarrollo

Después de los años setenta, junto con la generación de la segunda generación de enzimas inmovilizadas y sus tecnologías relacionadas, se considera que la ingeniería enzimática está realmente en el escenario de la historia. Las enzimas inmovilizadas se están convirtiendo cada vez más en la fuerza principal de la producción industrial y desempeñan un papel importante en los campos de la industria química y farmacéutica, la industria ligera y alimentaria, la protección del medio ambiente, etc. No solo eso, sino que también produjo una enzima de tercera generación más potente, que es un sistema multienzimático inmovilizado que incluye un sistema de regeneración de cofactores, y se está convirtiendo en el protagonista de las aplicaciones de ingeniería enzimática.

Como sabemos, el contenido de enzimas en los organismos vivos es limitado, y no importa qué tipo de enzimas sean, la concentración en las células no será muy alta, lo que también obedece a la necesidad de una regulación equilibrada de las actividades vitales de los organismos biológicos. Sin embargo, esto limita la posibilidad de utilizar directamente enzimas naturales para resolver muchas reacciones químicas de manera más eficiente.

Esta dificultad puede resolverse utilizando el método de la ingeniería genética.

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Usos principalesLas enzimas, como una especie de biocatalizador, se han utilizado ampliamente en diversos campos de producción de la industria ligera. En las últimas décadas, con los continuos avances tecnológicos en la ingeniería de enzimas, se ha utilizado cada vez más en la industria, la agricultura, la medicina y la salud, el desarrollo energético y la ingeniería ambiental.

Actividad catalítica Proteínas Reacciones químicas Reactores Enzimología Enzimas redox Transferasas Enzimas hidrolíticas Ligasas Isomerasa

La aplicación de la ingeniería enzimática se concentra principalmente en la industria alimentaria, la industria ligera y la industria farmacéutica; nuestra vida diaria en el detergente en polvo para ropa común enriquecido con enzimas y el ablandador de carne es la encarnación más directa de la ingeniería enzimática.

1. Aplicación en el procesamiento de alimentos

El mayor uso de enzimas en la industria alimentaria es el procesamiento de almidón, seguido del procesamiento de lácteos, procesamiento de jugos, productos horneados y fermentación de cerveza. Varias enzimas relacionadas con él, como amilasa, glucosa isomerasa, lactasa, cuajo, proteasa, etc., representan más de la mitad del mercado de preparaciones enzimáticas.

La principal dirección de desarrollo, que incluye enzimas para promover la digestión de proteínas (proteasa de piña, pepsina, tripsina, etc.), enzimas para promover la digestión de celulosa (celulasa, poliglucanasa, etc.), enzimas para promover la digestión de lactosa (lactasa) y enzimas para promover la digestión de grasas (lipasa, esterasa), etc.

2. Aplicación en industria química ligera

Los usos de la ingeniería enzimática en la industria química ligera incluyen principalmente: fabricación de detergentes (mejora de la capacidad de descalcificación), industria peletera, fabricación de gelatina, fabricación de fibra de colágeno (adhesivo), producción de pasta de dientes y cosméticos, fabricación de papel, producción de material fotográfico, tratamiento de aguas residuales y procesamiento de piensos.

3. Aplicaciones médicas

La tecnología del ADN recombinante promueve la producción a gran escala de diversas enzimas con valor médico. Los distintos tipos de enzimas que se utilizan en las clínicas están aumentando gradualmente. Además del tratamiento convencional, las enzimas también pueden utilizarse como algunos componentes de la ingeniería médica y desempeñar un papel médico. Por ejemplo, en dispositivos de circulación extracorpórea, se utilizan enzimas para eliminar desechos sanguíneos y prevenir la trombosis, y sistemas de liberación de fármacos controlados por enzimas in vivo. Además, la enzima como reactivo de prueba clínica in vitro, puede ser una determinación rápida, sensible y precisa de ciertos metabolitos en el cuerpo, también será una aplicación importante de las enzimas en medicina.

4. Desarrollo EnergéticoBajo la tendencia general de desarrollar nuevas fuentes de energía en todo el mundo, el uso de microorganismos o tecnología de ingeniería enzimática para producir combustibles a partir de organismos vivos es también un nuevo camino que la gente está explorando. Por ejemplo, el uso de celulosa, hemicelulosa, lignina, almidón y otras materias primas en plantas, cultivos, residuos de productos forestales, la fabricación de hidrógeno, metano y otros combustibles gaseosos, así como etanol y metanol y otros combustibles líquidos. Además, el tema en el desarrollo de los recursos petroleros.

5.Ingeniería Ambiental

Si bien la ciencia y la tecnología están muy desarrolladas, la depuración del medio ambiente, especialmente la depuración de aguas residuales industriales y domésticas, es de gran importancia como medida para proteger la naturaleza.

Entre los métodos existentes de purificación de aguas residuales, la purificación biológica suele ser el de menor costo y el más factible. Los procesos metabólicos de los microorganismos pueden utilizar determinadas sustancias orgánicas de las aguas residuales como fuente de los nutrientes necesarios. Por lo tanto, al utilizar enzimas en el cuerpo microbiano, las sustancias orgánicas de las aguas residuales se pueden convertir en pequeñas moléculas utilizables, logrando al mismo tiempo el propósito de purificar las aguas residuales. La gente ha logrado resultados notables en el tratamiento de aguas residuales y la protección del medio ambiente mediante el uso de técnicas de ingeniería genética para crear cepas de bacterias altamente eficientes e inmovilizar células microbianas vivas.

Además, la aparición de biosensores brinda la posibilidad de un monitoreo ambiental continuo y automatizado, reduce el costo del monitoreo ambiental y fortalece la solidez de la supervisión ambiental.

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Métodos de preparación

1. Preparación genética

Si se encuentra una enzima útil en un organismo, incluso si el contenido es bajo, mediante la aplicación de tecnología de recombinación genética, mediante la amplificación de genes y la expresión mejorada, es posible establecer bacterias de ingeniería genética o células de ingeniería genética que puedan expresar eficientemente preparaciones de enzimas específicas. Al fijar las bacterias genéticamente modificadas o las células genéticamente modificadas, se puede construir una nueva generación de biocatalizadores: bacterias modificadas genéticamente o células modificadas genéticamente. La gente también llama a este nuevo tipo de biocatalizador preparación enzimática genéticamente modificada.

El desarrollo de una nueva generación de preparaciones enzimáticas genéticamente modificadas sin duda hará que la ingeniería enzimática sea como un tigre con alas.Las bacterias inmovilizadas genéticamente modificadas y la tecnología de células genéticamente modificadas harán que la enzima funcione mejor. Los científicos predicen que si la tecnología relacionada y el biorreactor continuo se combinan inteligentemente, se producirán cambios fundamentales en toda la industria de la fermentación y en la industria de la síntesis química.

2. La transformación y modificación de enzimas también es una parte importante de la ingeniería enzimática.

Aunque la fuerza de la enzima es muy fuerte, especialmente después de ser inmovilizada, el poder es aún mayor, pero no todas las preparaciones de enzimas son adecuadas para la inmovilización, incluso para la inmovilización de enzimas naturales, su actividad a menudo no puede satisfacer los requisitos de las personas, es necesario cambiar algunas de sus propiedades, mejorar su actividad, para desempeñar mejor su función catalítica.

Por tanto, se ha propuesto la tarea de modificación y transformación molecular de enzimas.

En términos generales, los científicos «cortan», «cortan» y modifican químicamente la cadena lateral de la molécula de proteína enzimática para lograr el propósito de transformar la molécula de enzima. Las moléculas de enzimas modificadas han mejorado sus propiedades físicas y químicas, así como sus actividades biológicas, e incluso se les han dotado de nuevas funciones.

Cómo suelen evaluar los compradores las enzimas y los ingredientes de procesamiento de alimentos

En proyectos de procesamiento de alimentos y enzimas, el marco de decisión más útil suele ser el ajuste de la aplicación más la estabilidad del proceso: qué ingrediente funciona bajo las condiciones de pH, temperatura, tiempo y sustrato previstas sin crear un problema de cumplimiento o calidad posterior.

• Defina primero el objetivo de procesamiento: Las aplicaciones de sabor, hidrólisis, textura, fermentación, limpieza y bioprocesos a menudo necesitan perfiles de actividad muy diferentes.
• Compruebe la ventana operativa real: El pH, la temperatura, el tiempo de residencia y el tipo de sustrato a menudo importan más que la afirmación principal del producto.
• Revisar la consistencia y el impacto posterior:La dosificación de , la influencia sensorial, la filtración y el comportamiento de vida útil pueden afectar el valor comercial final.
• Use validación piloto: las pequeñas pruebas de producción generalmente revelan las diferencias más útiles en actividad, eficiencia y ajuste del proceso.

Referencias de productos recomendados

• Longzyme Lipasa: Una referencia directa del producto para debates sobre alimentos, limpieza o bioprocesos relacionados con la lipasa.
• Longzyme Beta-Amylase: Una referencia práctica de enzimas cuando se están revisando la conversión del almidón y la actividad de procesamiento de alimentos.
• Glucoamilasa compuesta de longzima: Una referencia enzimática útil cuando la sacarificación o el rendimiento del procesamiento relacionado son importantes.
• YExtracto de levadura: Una referencia práctica de ingredientes cuando se trata de aplicaciones de sabor, fermentación o soporte de nutrientes.

Preguntas frecuentes para compradores y formuladores

¿Por qué una enzima de alta actividad no es automáticamente la mejor opción comercial?
Porque la mejor enzima es la que funciona de manera confiable en las condiciones reales del proceso y proporciona el resultado final deseado sin crear nuevos problemas.

¿Deben seleccionarse los ingredientes alimentarios y biotecnológicos únicamente a partir de hojas de datos?
Por lo general, es más seguro combinar la revisión de especificaciones con una prueba piloto o de aplicación porque los sustratos reales y las ventanas de proceso pueden cambiar mucho el resultado.

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Glucoamilasa compuesta	9032-08-0
Pullulanasa	9075-68-7
Xilanasa	37278-89-0
Celulasa	9012-54-8
Naringinasa	9068-31-9
β-amilasa	9000-91-3
Glucosa oxidasa	9001-37-0
alfa-amilasa	9000-90-2
Pectinasa	9032-75-1
Peroxidasa	9003-99-0
Lipasa	9001-62-1
Catalase	9001-05-2
TANNASE	9025-71-2
Elastase	39445-21-1
Urease	9002-13-5
DEXTRANASE	9025-70-1
L-Láctica deshidrogenasa	9001-60-9
Malato de deshidrogenasa	9001-64-3
Colesterol oxidasa	9028-76-6