Podział biotechnologii: w ochronie zdrowia (czerwona); w rolnictwie (zielona); przemysłowa (biała). Wykorzystywane są w niej enzymy i mikroorganizmy do wykonania produktów w produkcjach, takich jak: przemysł spożywczy, farmaceutyczny, paszowy, włókienniczy, energetyczny w ochronie środowiska.

Korzyści ekologiczne: nie powoduje wzrostu efektu cieplarnianego; wykorzystuje odnawialne surowce roślinne; wytwarza produkty biodegradowalne; zmniejsza ilość odpadów chemicznych i zużycie toksycznych chemikaliów.

Główne kierunki badań w biotechnologii przemysłowej: nowe enzymy i mikroorganizmy; genomika mikroorganizmów i bioinformatyka; inżynieria i modelowanie szlaków metabolicznych; funkcje i optymalizacja biokatalizatorów; projektowanie procesów wykorzystujących biokatalizatory; inżynieria bioprocesowa; izolacja i oczyszczanie bioproduktów.

Kierunki rozwoju biotechnologii przemysłowej w Polsce: biopaliwa; bioetanol; biodiesel; biokatalizatory- proces biokatalizy; biomateriały, biopolimery; biofarmaceutyki; bioprocesy w ochronie środowiska. (olej hydrolizujemy kwasy tłuszczowe etanol)

Ogólny zakres zastosowań enzymów (mikroorganizmów): I.Produkcja żywności: 1.przemysł spożywczy: a) tradycyjne procesy fermentacyjne (pieczywo, mleko, napoje alkoholowe); b) aminokwasy, witaminy, kwasy organiczne; c) białko jednokomórkowców. 2.rolnictwo: a) produkcja pasz (preparaty białkowe, witaminowe, aminokwasy); b) ochrona roślin, antybiotyki, pestycydy. II.Ochrona zdrowia- antybiotyki, witaminy, polisacharydy, hormony, enzymy. III.Przemysł chemiczny: 1.Surowce: kwasy, alkohole, polimery; 2.obróbka surowca naturalnego (skóry, wełna, bawełna). IV.Ochrona środowiska: 1.oczyszczanie ścieków; 2.bioutylizacja odpadów.

Mikroorganizmy wykorzystane do produkcji enzymów na skalę przemysłową: α-amylaza: Bacillus: subtilis, licheniformis, amylolignefaciens, Aspergillus: niger i oryzae. Celulaza: Aspergillus niger,Trichoderma viride, Cellulomonas, Chaetorium, Fusarium. Glukoamylaza: Aspergillus: nigeri, oryzae,awamovi. Prokazy:bakterie Bacillus i grzyby: Mucor, Aspergillus, Penicillium. Lipazy: grzyby Aspergillus, Mucor, Candida i bakterie Pseudomonas. Pektynazy: Aspergillus: Niger i wenti.

Degradacja węglowodorów przez mikroorganizmy: drożdże: Candida; bakterie: Arthrobacter, Brevibacterium, Pseudomonas.

Preparaty do wytwarzania: Protolityczne: Alcalase, Esferase, Savlrase, Everlase; Lipolityczne: Lipolase, Lipolase ultra, Lipoprime; Amylolityczne: Termamyl, BAN, Duramyl.

Preparaty dla przemysłu spożywczego (w przemyśle skrobiowym): Upłynniające (Termamyl, BAN); Scukrzające (Dekstrazyne, Promozyne); Hydrolizujące białko (Alcalase, Protamex, Neutrase); Degradujące polisacharydy; Pektynolityczne (Ultrazym, Vinozym, Pectinex); Hydrolizujące laktazy i białko mleka (Lactozym, Alcalase, Pancreatic, Tripsim, Novo (PTN)).

Wykaz enzymów przemysłowych z mikroorganizmów modyfikowanych: α-amylaza (Bacillus subtilis; β-glukanaza (Bacillus amylolignefaciens, Trichoderma); Izomeraza glukozowa> oksydaza glukozowa> hemiceluloza, Lipaza, Proteaza, Ksylanaza, Pullulanaza. Enzymy proteolityczne stanowią połowę zastosowań wszystkich enzymów.

Podział enzymów amylolitycznych: I.W zależności od wiązania, które hydrolizują: 1.Hydrolizujące wiązania α-1-4- glikozydowe (β-amylazy, α-amylazy, egzo- α-amylazy); 2. Hydrolizujące wiązania β-1-6- glikozydowe (izoamylazy, pulullanazy); 3.Hydrolizujące wiązanie α-1-4- β-1-6 (glukoamylazy, γ-amylaza, niektóre pulullanazy). II.Od miejsca ataku cząsteczki skrobii: 1.Endoamylazy (α-amylaza, amylazy znoszące rozgałęzienia); 2.Egzoamylazy (glukoamylazy, β-amylazy, egzo- α-amylazy). III.W zależności od zachodzących procesów: 1.Upłynniające (α-amylaza, izoamylazy, pulullanazy); 2.Scukrzające (β-amylazy, glukoamylazy). IV.W zalężności od źródła pochodzenia (zwierzęce, roślinne, grzybowe, bakteryjne). V.W zależności od formy anomerycznej produktu: 1.α (α-amylazy, enzymy znoszące rozgałęzienia, egzo-α-amylazy). 2.Β (β- amylaza, glukoamylazy. Powstaje β-D- glukoza, β-D-maltoza)

Preparaty amylolityczne dające się przekształcić do hydrolizy skrobi w zbożach: Amylogal CS, Amylopol P, Glukoamylaza, Termamyl, SAN 150 (grzyby), Fungamyl, LW CLPR.

Niektóre potencjalne, rolno- przemysłowe odpady celulozowe: Płody rolne (Słoma ryżowa, jęczmienna, łodygi kukurydzy, łupinki bananów, orzeszków kokosowych, nasiona bawełny, otręby zbożowe); Rolno-przemysłowe; Przemysł ryżowy (otręby ryżowe, łuski ryżowe); Przemysł cukierniczy (melas, wysłodki, bogassa); Przemiał oczyszczania bawełny (łuski nasienne, bawełny, odpady z oczyszczania bawełny, lintery); Przemysł jutowy (bawełny, odpady z przemian juty, byczki i jutowe); Przemysł tartaczny (trociny, wióry ( 8-10%), kora 3-4%); Przemysł orzechów kokosowych (łuski orzechów, skorupy i odpadowa część owocu)

Celuloza, fragment łańcucha celulozy

Wiązania wodorowe; Siły Van der Waalsa; Celubioza - 2 cząsteczki glukozy połączone wiązaniem β1,4; Mikrofibryla, makrofibryla, fibryla elementowa (100 łańcuchów, 3μm); Lignina - trudno ulega degradacji

Metody wstępnej obróbki 1.Fizyczne: mielenie; 2.Fizyko-chemiczne: parowo- eksplozyjne (180-205°C, ciśnienie 4 MPa, gwałtowne rozprężenie); 3.Chemiczne: roztwory kwasów mineralnych ( H₂ SO_4, HCl ) ługów, alkoholi H₂O₂ i inne; 4.Biologiczne (drobnoustroje)

Zabiegi rozluźnienia, usunięcia lignin i hemiceluloz

Kwasy mineralne+r-r SO₂ > Namaczanie < biomasa

Para wodna 170-220°C > Parowanie

Para wodna>detoksykacja<furfural, HNO₃

Hydroliza celulozy i hemiceluloz

Hydrolizat sacharydów Stała pozostałość

Warstowe ułożenie łańcuchów polisacharydowych

Występują 2 rejony (ładnie ułożone) i amorficzne (pogniecione). Przez przestrzenie amorficzne łatwiej się dostać enzymowi. Endoglukonaza - tnie wewnątrz cząsteczki celulozy. Egzoglukonaza, celobioza

Celobiohydrolaza - odczepia celobiozy

Niektóre mikroorganizmy o uzdolnieniach celulolitycznych Bakterie: Cellulomanas, pseudomonas, cellvibibrio, Bacillus, Clostriudium; Drożdże: Trichosporan; Grzyby: Trichoderma, Mycothecium, Asprgillus Sportrichum, penicillium, Fusarum; Promieniowce: Streptomyces

Preparaty celulolityczne handlowe: Nagase (Japonia), Rapiolase (Francja), Sevva (Niemcy), Sigma ( USA).

Hemiceluloza Reszty ksylopiranazy, rozgałęzienia kwas 4-o-meltylkoglukonazy, rozgałęzienia w drzewach

Degradacja hemicelulozy (ksylon) należy użyć: 1.β- ksylozy doza-degraduje ksyloligosacharydy do ksylazy; 2.α- L arabinozofuranozydaza- odczepia arabinozę 3.α- glukuronidaza-odczepia kwas 4-o-metyloglukuranowy; 4.Acetyloesteraza- odczepia grupy acetylowe

---