7. Aplicații ale enzimelor

https://www.pharmanewsonline.com/

7. Aplicații ale enzimelor

7.1. Enzimele în industria cosmetică

Contaminarea

cremelor

bacterii

lactoperoxidaza

O2 consumat

lacaza Colorarea firelor de par

subtilizina Curatarea lentilelor de contact

7. Aplicații ale enzimelor

7.1. Enzimele în industria cosmetică

Superoxid

Dismutaza

(SOD)

2 subunități ; M ≈ 32 Da

Structura 3D β-butoi

Subunitatea 8 β-pliate (antiparalele)

7. Aplicații ale enzimelor

7.1. Enzimele în industria cosmetică

Superoxid

Dismutaza

(SOD)

Reducerea parțială a O2 Producerea radicalului peroxidic

Anii 1980 SOD – medicament “Lazarus”

Tratamentul persoanelor

cu infarct miocardic

Atacă resturile de acid gras nesaturați

(membrana lipidică)

Ionii de Cu Dismutație Ionii de Zn Structură/Stabilitate

7. Aplicații ale enzimelor

7.1. Enzimele în industria cosmetică

Superoxid

Dismutaza

(SOD)

Folosirea în formulările cosmetice

piele cu aspect mai tânăr

L’oreal (1973) SOD (origine marină) cosmetică

Patent (EU) 2 287 899

Brook industries (1987) CuZn-SOD (drojdie) Pudră (600 U)

Stabilitate 45 oC (în sol. aq.)

Lipozomi cu SOD Activitate antioxidantă

7. Aplicații ale enzimelor

7.1. Enzimele în industria cosmetică

SOD

Activitatea LDH

(echivalent al pielii umane)

Nivelul prostaglandinei PGE2

(medierea răspunsului inflamator )

Apariția eritemului

7. Aplicații ale enzimelor

7.1. Enzimele în industria cosmetică

http://slideplayer.com/slide/4617151/

https://www.caymanchem.com

7. Aplicații ale enzimelor

7.1. Enzimele în industria cosmetică

Reactii catalizate de SOD

H2O2

Reactii catalizate de glicolat oxidaza

Reactii catalizate de DAAO

Fotosinteză

Agent de oxidare slab

Inhibă

glicoliza

Trece prin membrana celulei

Reacționează cu Fe3+

HO

UV

Ruperea monocatenă ADN Reticulare ADN-proteine

7. Aplicații ale enzimelor

7.1. Enzimele în industria cosmetică

Îndepărtarea

H2O2

peroxidaze catalaze

mamifereLactoperoxidaza

Mieloperoxidaza

Tiroid peroxidaza

planteHrean

Semințe fenicul

peroxizomi

Extract semințe fenicul Material cosmetic

Miros foarte slab

Lichid galben/verde pal

Neiritant, nesensibilizant

7. Aplicații ale enzimelor

7.1. Enzimele în industria cosmetică

Peroxidarea lipidelor2% extract (4 U

peroxidaza)

2% lipozomi

5% tocoferoli

Reducerea eritemului

(vivo)

https://healthsecretsusa.com

Proteazele

Curatarea

catifelarea

pielii

Papaina & Bromelamina

Masti de fata

Indepartarea straturilor

distruse

Probleme – apar

adesea iritatii

7. Aplicații ale enzimelor

7.1. Enzimele în industria cosmetică

Combaterea ridurilor

Sclerodermie

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în industria produselor lactate

Rennetul Amestec (chimozină/pesină) Coagularea laptelui

Proteazele Accelerarea maturării brânzei

Modificarea proteinelor din lapte Reducerea proprietăților

alergenice

Produse derivate din lapte de vacă

pentru bebeluși

Lactaza

(galactozidaza)

Hidroliza lactozei la glucoză și galactoză

Îmbunătățirea solubilității și puterii de îndulcire

Scop digestiv

Produse lactate

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în industria produselor lactate

Rennetul “microbiologic”

Rhizomucor pusillus

R. miehei

Endothia parasitica

A. oryzae

Irpex lactis

Industria brânzeturilor

H2O2 agent de sterilizare a laptelui

Alternativă la pasteurizare

Catalaza

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în industria produselor lactate

Lactaza: plante, organe (animale), drojdii (intracelular)

A. Niger

A. oryzae

Kluyveromyces lactis

A. Niger enzime

masa – hrana animalelor

Acizi organici / alți produși

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în industria produselor lactate

Enzime proteolitice (serin proteaze) din bacteriile lactice

Proteinaze extracelulare

bacteriile lactice

Lactobacillus acidophilus

endopeptidaze

aminopeptidaze

tripeptidaze

Prolin-peptidaze

L. plantarum

L. Delbrueckii

(sp. bulgaricus)

L. lactis

L. helveticus

aminopeptidaze Dezvoltarea aromei în laptele fermentat

Aminoacizii rezultați

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în industria produselor lactate

Enzime lipolitice – aromele brânzei elvețiene

Acizi grași scurți

Metil cetone

Lipaze – Penicillium roqueforti

Penicillium restrictum

- Sol -

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în industria produselor lactate

Sulfidril oxidazele

Laptele UHT Grupări –SH volatile

Sulfidril oxidaze

(aseptic)

îndepărtarea aromelor nedorite

Rezultate prin încălzireLacto peroxidaza (LP)

Rol inhibitor – laptele proaspăt

Activarea – adăugarea H2O2 + -SCN

LizozimulAgent antibacterian - conservant

Nu afectează activitatea L. bifidus

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în fermentația alcoolică Polimerii din boabele de cereale – degradare

amilaze

proteaze

β-glucanaze

Polimeri solubili în apă din peretele

bacterian

β-glucani, xilani

Creșterea vâscozității

Formarea de geluri

β-glucanazele

Mashing

Malting

Fermentation

Clonarea genei β-glucanazei

EG I, T. reesei în orz

Clonarea genei EG I, T. reesei

în sușa drojdiei

EG I secretată în m. cultură

Descreșterea vâscozității

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în industria vinului / producerea sucurilor

β-glucani ↓ în struguri, fructe

celulaze

pectinaze

hemicelulaze

Scopul utilizării enzimelor

Macerarea mai bună a pieliței

Îmbunătățitea culorii de extracție

Clarificarea/filtrarea mai ușoară

Creșterea stabilității/calității vinului

Coctail cu celulaze

Producerea sucului de fructe

Tratamentul co-produșilor obținuți

Îmbunătățirea randamentului de extracție

Îmbunătățirea eficacității întregului proces

Celulaze, hemicelulaze

Ruperea pereților celulari

(citrice)

Izolarea pectinei

↑ suc, ulei, polizaharide, proteină↑

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în industria panificației

Conținutul semințelor de cereale

66-76% carbohidrați

8-11% proteine

2-4% lipide

1-2% minerale

carbohidrații

55-70% amidon

1,5-8% arabinoxilani

0,5-7% β-glicani

3% zaharuri

2,5% celuloză

1% glucofructaniEnzime care degradează amidonul

-amilaze

β-amilaze

gluco-amilaze izoamilaza

pulanazadesfacerea ramificațiilor

Amilomaltaz transferaza

Ciclodextrin glicozil transferaza

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în industria panificației

Enzime care nu degradează amidonul

pentozanazele

hemicelulazele

xilanazele

Manipularea cocăi

Umflare superioară

Îmbunătățirea structurii crustei

Proteine din gluten

Gliadine (prolamine); 30-80 KDa

Glutenine (55-70%)

Dimensiuni mari 100 KDa - MDa

multe punți –S-S-

la capetele terminale ale lanțurilor

Lanțuri mici < 90 KDa

Lanțuri mari > 90 KDa

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în industria panificației

Transglutaminaza (protein glutamin -glutamil transferaza)

Transferul grupelor acil între gruparea -carboxiamidică a glutaminei

Amine primare (ɛ-NH2 din lizină)

Reticulare între proteine

Efecte pozitive asupra produselor derivate din grâu

Reducerea timpului de lucru

Descrește absorbția apei de către aluat

Crește volumul și stabilitatea aluatului

Crește calitatea la gătire – folosirea fâinurilor de grâu

“slabe” calitativ

7. Aplicații ale enzimelor

7.2. Enzimele în industria alimentară

Enzimele în industria panificației

Asparaginaza

Asparagina Acid aspartic + amoniacE

Zaharuri

Reducătoare

t > 120 oC

acrilamida Potențial carcinogenWHO

Studii model

↓ 90% acrilamida

Asparaginaza + o hidrolază

↓ nivelul acrilamidapâine

aluat foi

prăjituri

covrigi

prăjituri

turtă dulce

prajitură cu ghimber

pâine crispi

7. Aplicații ale enzimelor

7.3. Enzimele în industria textilă

Celulazele din fungi

T. reesei

H. insolens

5 endoglucanaze (EG I – EG V)

2 celobiohidrolaze (CBH I , CBH II)

2 β-glucanaze (BGL I – BGL II)

> 5 endoglucanaze (EG I – EG V)

2 celobiohidrolaze

β-glucozidaze

pH ↑ T↑ comparative cu

celulazele din T. reeseiAplicații în ind. textilă

pH ≈ 5; T < 55 0C

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Avantajele folosirii enzimelor

Concentratii

reduseActioneaza

la T mica

Biodegradabilitate

Amestecuri adaptate

de enzime hidrolitice

Marirea performantei

detergentilor moderni

Atuurile enzimelor

Activitate hidrolitica ridicata

Specificitate redusa

Functionali la pH alcalin/

prezenta inalbitorilor

Enzimele modificate:

activitate mare 20 – 40 C

www.kaolaundry.com.sg

ww

w.b

uyk

ore

a.o

rg

Avantajele folosirii enzimelor

o Actioneaza si la T miciEnergie redusa

o Reduc semnificativ cantitatea de detergent

1980 - 5 Kg rufe 275 g detergent

Azi - 5 Kg rufe 65-80 g detergent

o Detergentii care nu contin enzime

Mai putin competitivi Performata redusa

Din punct de vedere ecologic

o Alte substante din detergentii actuali

Surfactanti Indepartarea particulelor de murdarie (sol)

Agenti de inalbire

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Conditiile de spalare

o Parametrii (T, pH, c)

Actiunea sinergetica a enzimelor + alte ingrediente

Amestecul enzimatic Proteaze

Amilaze

Lipaze

Indepartarea

particulelor de sol

murdariei din produsele naturale

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Obtinerea unor enzime cu proprietati imbunatatite

Inginerie genetica – utilizarea plasmizilor

Noi abordari de obtinere a unor enzime noi:

http://openwetware.org/

A. Cautarile metagenomice

B. Amestecarea genelor

http://www.tankonyvtar.hu/

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Obtinerea unor enzime cu proprietati imbunatatite

Guven et al., Electroanalysis (2010) 22: 765-775

C. Utilizarea de librarii genetice

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Hidrolaze din detergenti

Proteazele alcaline

M ~ 24 KDa

Efectul: hidroliza legaturilor peptidice

indepartarea proteinelor de pe fibra

pHoptim = 10-11

Toptima = 60 oC

Functia: îndepărtarea resturilor de iarbă, mucus,

excremente, sânge, sos, spanac,

produselor alimentare (gălbenușului de ou)

Shawale-Enzyme Everywhere-1996

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Hidrolaze din detergenti

Proteazele alcaline - subtilizina

Bacillus licheniformis

Structura cristalina a proteazei alcaline (B. lentus)

Triada catalitica Asp 32-His62-Ser215 (cian)

Galben: ioni de calciu

Goddette et al., J. Mol Biol. (1992) 228: 580-595

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Hidrolaze din detergenti

Proteazele alcaline – subtilizina- serin proteaze

Reactia de hidroliza mediata de serin proteaze

Reactia de acilare – etapa determinanta de viteza

Reactia de dezacilare – viteza de 33 mai mare decat acilarea

Branden & Tooze (1999) Introduction to protein structure. Garland Publishing, Inc.

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Hidrolaze din detergenti

Proteazele alcaline - subtilizina

Subtilizinele din detergenti M ~ 24 KDa

Maurer K.-H., Curr. Op. Biotehn, (2004) 15: 330-334

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Obtinerea unor enzime – proces de fermetatie

http://www.nytimes.com/

carlschrammel.wordpress.com

www.equipnet.com

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Fermentatie - multiplicarea microorganismelor

Producerea de serin proteaze

(extracelular)

Scindarea proteinelor

(mediu)

Peptide/aminoacizi

Proteine proprii/Energie

Proliferare

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Etape 1. Sinteza enzimelor

microorganisme

2. Prelucarea materialului

rezultat din fermentatie

- separarea;

- dezactivarea

microorganismelor;

- concentrarea;

- purificarea;

3. Obtinerea produsului finit

4. Costurile de productie

- 35% (1);

- 15% (2);

- 50% (3).

1

2

3

Producerea de enzime

Rahse- ChemBioEng (2014) 1(1): 27-39

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in

industria detergentilor

Hidrolaze din detergenti

-Amilaze

M ~ 40-50 KDa

Efectul: hidroliza legaturilor

-1,4-glicozidice (polizaharide)

indepartarea amidonului

pHoptim = 8

Toptima > 60 oC

Functia: îndepărtarea pastelor,

sosurilor (de carne),

budincii, cacao (ciocolată)

alimentelor pentru copii

cartofi

-Amilaza microbiana

de Souza, Br. J. Microbiol. (2010)

41: 850-861

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Acoperirea proteazelor

Excipienti solizi: Na2SO4, PEG

pubs.rsc.org

1. Granule acoperite

cu un strat inert

2. Granule cu centru inert

acoperite de enzime

si strat inert

3. Granule de enzima acoperite

cu un strat inert interior/exterior

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Celulazele

M ~ 52 KDa

Efectul: hidroliza legaturilor -1,4-glicozidice (din celuloza amorfa)

descompunerea microfibrilelor, îndepărtarea murdăriei solide

pHoptim = 7-10

Toptima = < 60 oC

Functia: Obtinerea de fibre fine proeminente;

Intensificarea culorii, previne albirea

Joana L. A. Brás et al. PNAS 2011;108:5237-5242

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Celulazele

descompunerea microfibrilelor

Lanturi de celuloza (galbena) aflate

in exteriorul microfibrilelor de celuloza cristalina

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Celulazele - descompunerea microfibrilelor

Celulaza (T. reesei) – 3 subdomenii

un domeniu care leagă carbohidrații

un domeniu intermediar peptidic (cu polizaharide grefate)

un domeniu catalitic + lanț polizaharidic atașat

http://www.nrel.gov/continuum/deliberate_science/

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Hidrolaze din detergenti - celulazele

www.emeraldbiology.com

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

Lipazele

M ~ 52 - 67 KDa

Efectul: hidroliza gliceridelor

pHoptim = 10

Toptima = 60 oC

Functia: Indepărtarea uleiurilor, margarinei, grăsimilor, cosmeticelor

(make up, cremelor de soare, rujului)

Lipaza din P. mendocina

http://www.iitg.ernet.in/tldb/ P. mendocina si

particule de hematita

https://microbewiki.kenyon.edu

7. Aplicații ale enzimelor

7.4. Enzimele utilizate in industria detergentilor

7. Aplicații ale enzimelor

7.5. Enzimele în industria chimică

https://www.bocsci.com/

Avantajele utilizării sintezei enzimatice

Enantioselectivitate de până la 99%

Reacția în condiții blânde

(soluții apoase diluate, t < 50°C)

Sinteze “prietenoase” cu mediul

https://www.bocsci.com/

R.T. , pH = 5

Arun, C. Sivashanmugam, P. (2015),

Process Safety and Environmental Protection

94, 471-478 .

7. Aplicații ale enzimelor

7.5. Enzimele în industria chimică