ESTERAZY 3.1

- grupa enzymów z klasy hydrolaz rozkładające wiązania estrowe na kwasy i alkohole

• Podział:
  

• Lipazy - hydrolizujące estry kwasów karboksylowych

• Fosfatazy - hydrolizują wiązania fosforanomonoestrowe, w efekcie czego następuje defosforylacja cząsteczki

• Egzonukleazy - działają na jedno- lub dwuniciowe DNA i RNA powodując odłączenie nukleotydów od końców ich łańcuchów

• Endonukleazy - działają na DNA i RNA doprowadzając do ich rozkładu do oligonukleotydów przez rozerwanie wiązań fosfodiestrowych wewnątrz łańcucha kwasu nukleinowego.
  Wśród endonukleaz występują tzw. endonukleazy restrykcyjne, które w zależności od mechanizmu, w jakim następuje cięcie DNA.

• Lipazy:
  

• Hydroliza wiązań estrowych występujących pomiędzy glicerolem i kwasami tłuszczowymi w obrębie różnorodnej grupy lipidów

• Mechanizm działania na przykładzie lipazy triacyloglicerolowej
  

• Przemysłowe zastosowanie lipaz pochodzenia zwierzęcego jak i mikrobiologicznego:
  (zdjęcie – lipaza trzustkowa)

P. spożywczy:

• otrzymywanie komercyjnie ważnych, niskocząsteczkowych estrów o określonych walorach smakowo-zapachowych

• stosowane są najczęściej do napojów, soków, nektarów, a także do takich produktów jak budynie, kisiele, dżemy, ciastka i wiele innych

P. kosmetyczny

• synteza estrów kwasów tłuszczowych np. z kwasem askorbinowym oraz witaminą A. Przeciwutleniacze te posiadają zmienione właściwości hydrofobowo-hydrofilowe (kwas askorbinowy w postaci estru kwasu tłuszczowego rozpuszcza się w olejach) i mogą mieć szerokie zastosowanie, także w przemyśle tłuszczowym

P. tłuszczowy

• modyfikacja tłuszczów, niekorzystna w przypadku transportu i przechowywania nasion oleistych, przy zbyt wysokiej zawartości wody wzrasta kwasowość nasion co niekorzystnie wpływa z uwagi na zachodzącą pod wpływem lipazy hydrolizę acylogliceroli i uwalnianie kwasów tłuszczowych

P. serowarski:

• produkcja serów typu roquefort, cheddar, oraz serów włoskich

• skrót czasu dojrzewania

• poprawa smaku i aromatu przez częściową hydrolizę tłuszczu

• pikantny smak serów powstaje dzięki uwolnieniu w procesie hydrolizy krótkołańcuchowych (lotnych) kwasów tłuszczowych poprzez odszczepienie kwasów o długich łańcuchach

P. cukierniczy

• hydroliza pozostałości tłuszczu w suchej albuminie jaj, ponieważ obecność tłuszczu obniża zdolność białka do tworzenia piany (traktuje się lipazą masę jajeczną przed suszeniem przez co wzrasta organoleptyczna jakość gotowego produktu)

• w produkcji czekolady mlecznej lipaza powoduje powstawanie kwasów tłuszczowych, które poprawiają jej smak i aromat

P. skórzany

• odtłuszczanie skór, wełny, szczeciny,

P. tekstylny

• produkcja jedwabiu

• odtłuszczanie włókien,

P. chemiczny

• składnik detergentów, bioemulgatorów do produkcji środków piorących, preparatów usuwających tłuste plamy z tekstyliów

• najczęściej stosowane hydrolazy w syntezie optycznie czynnych alkoholi

GLIKOZYLAZY 3.2
Glikozydazy 3.2.1

- grupa enzymów powodujących hydrolizę wiązań glikozydowych

• Amylazy

Glukoamylaza i niektóre pullulanazy mają zdolność rozkładu zrówno wiązań α – 1,4 i α – 1,6

Większość termo- i hipertermofilowych pullulanaz, wytwarzanych przez komórki archeonów, należy do II klasy, zdolnej do hydrolizy zarówno wiązania α-1,4 jak i α-1,6 glikozydowego w rozgałęzionych polimerach.

(zdjęcie + reakcja α-amylazy)

• Podział w zależności od położenia rozkładanego wiązania:

  • Endoamylazy (atakujące wiązania znajdujące się wewnątrz łańcucha)

    • α – amylazy

    • Cyklodektrynazy

  • Egzoamylazy (rozrywające odpowiednio co drugie lub kolejne wiązania glikozydowe, poczynając od nieredukującego końca łańcucha

    • glukoamylazy,

    • β – amylazy,

    • egzo - α – amylazy

• Przemysłowe zastosowanie amylaz pochodzenia zwierzęcego jak i mikrobiologicznego:

P. browarniczy

• w procesie zacierania słodu do upłynniania i scukrzania skrobi w celu przygotowania jej do fermentacji przez drożdże. Scukrzanie skrobi następuje w wyniku współdziałania β i α – amylazy.

P. Piekarniczy

• zastosowanie preparatów amylolitycznych powoduje zwiększenie puli cukrów fermentowanych wykorzystywanych przez drożdże, co z kolei zwiększa pulchność ciasta

P. cukierniczy

• produkcja dekstryn, krystalicznej glukozy, tzw. syropu zbożowego

• odzyskiwanie cukru z odpadów cukierniczych

• otrzymywanie glukozy i fruktozy wykorzystywanych w produkcji substancji słodzących

P. ziemniaczano-krochmaliniczy – do produkcji:

• środków zagęszczających

• dodatków do sosów

• budyni

• składników odżywek dla dzieci

• dekstryn i amylozy służącej jako materiał do opakowań środków spożywczych

• glukozy i syropów dla przemysłu cukierniczego, owocowo, a także jako środek słodzący w przemyśle piekarniczym i piwowarskim

P. chemiczny

• składniki detergentów, np. proszków do prania
  Dodając do detergentów psychrofilne amylazy zdolne do hydrolizy polimerów, uzyskuje się możliwość prania w zimnej wodzie

• Celulazy
  reakcja
  

• kataliza reakcji hydrolizy wiązań β-1,4-glikozydowych, występujących pomiędzy cząsteczkami glukozy w celulozie

• Produkowane głównie przez mikroorganizmy, które wykorzystują celulozę jako źródło węgla i energii

• Dominującym mikroorganizmem wykorzystywanym do produkcji enzymów celulolitycznych na skalę przemysłową jest grzyb Trichoderma reesei.

• Kompleks enzymatyczny hydrolizujący celulozę, wytwarzany przez grzyby strzępkowe złożony jest z trzech podstawowych enzymów. Endo-β-1,4-glukanaza hydrolizuje wiązania β-1,4-glikozydowe wewnątrz łańcucha celulozowego. Egzo-β- -1,4-glukanaza odszczepia jednostki celobiozy lub glukozy od nieredukujących koń- ców celulozy. Beta-glukozydaza (celobiaza) katalizuje reakcję hydrolizy celobiozy do dwóch cząsteczek glukozy i odszczepia cząsteczki glukozy od nieredukujących końców celooligosacharydów

• Celobiohydrolaza I atakuje łańcuch celulozy od nieredukującego końca, celobiohydrolaza II powoduje zaś degradację celulozy od redukującego końca. Z kolei endoglukanazy atakują losowo łańcuch celulozy od środka. Kompleks endoglukanaz i celobiohydrolaz działa ze sobą w sposób synergistyczny, intensyfikując degradacje celulozy

• Przemysłowe zastosowania celulaz

P. paszowy

• produkcja pasz z jęczmienia i pszenicy do żywienia brojlerów i trzody chlewnej

• poprawa przyswajalności składników odżywczych
  
  Jęczmień i pszenica zawierają rozpuszczalne β – glukany, które zwiększają lepkość masy w przewodzie pokarmowym zwierząt. Skutkiem tego jest wchłanianie wody, co zmniejsza dostępność węglowodanów i witamin, które są zawarte w paszy. Oprócz tego wzrost lepkości przyczynia się do dolegliwości ze strony przewodu pokarmowego zwierząt. Po zastosowaniu dodatku enzymów celulolitycznych do pasz stwierdzono polepszenie wartości rzeźnej brojlerów nimi żywionych. Cechy fizykochemiczne mięśni piersiowych także okazały się korzystniejsze. Test sprawnościowy przeprowadzony w warunkach laboratoryjnych wykazał, że kompleks enzymów celulolitycznych spowodował wzrost strawności frakcji włókna pokarmowego oraz podstawowych składników odżywczych

P. warzywno-owocowy

• produkcja soków owocowych i warzywnych

• zwiększenie wydajności produkcji

• poprawa klarowności soków

• poprawa właściwości organoleptycznych

Przebiega na ogół z niską wydajnością, jeżeli nie przeprowadzi się maceracji enzymatycznej pulpy otrzymanej po rozdrobnieniu owoców lub warzyw. Preparaty enzymów celulolitycznych rozkładają celulozę, hemicelulozy i β-glukan, które wchodzą w skład ściany komórkowej roślin. Prowadzi to do zmniejszenia lepkości przecieru lub moszczu i zwiększenia wydajności ekstrakcji soku z miazgi. Hydroliza celulozy i β-glukanu do cukrów rozpuszczalnych w wodzie prowadzi do wzrostu wydajności soku. Dzięki stosowaniu celulaz zostają również ograniczone koszty usuwania osadu z soku. Zastosowanie preparatów macerujących polepsza także klarowność soku poprzez poprawę rozpuszczalności małych cząsteczek. Wydobyte z przecieru przy pomocy enzymów związki aromatyczne i smakowe wzmacniają smak i zapach soku. Poprawia to jego właściwości organoleptyczne i wpływa na atrakcyjność produktu.

P. piwowarski i winiarski

• kształtowanie smaku i aromatu wyrobów

• poprawa uwalniania aromatu w winach

• polepszenie fermentacji, filtracji i jakości piwa
  Zastosowanie preparatów enzymatycznych zawierających m.in. enzymy celulolityczne w technologii piwa i wina wpływa na kształtowanie smaku tych produktów. Jest to związane ze zwiększoną ekstrakcją związków smakowych, co pozwala utrzymać stały, powtarzalny smak charakterystyczny dla danego gatunku piwa lub wina

P. piekarniczy

• degradacja gum roślinnych

• utworzenie odpowiedniej struktury ciasta

• poprawa smaku
  Preparaty enzymatyczne, zawierające m.in. celulazy i hemicelulazy, są wykorzystywane do degradacji gum roślinnych. Ma to na celu wytworzenie odpowiedniej struktury ciasta, co pozwala na lepszy wzrost pieczywa i poprawia jego smakowitość. Jednakże zbyt duża aktywność celulaz może zniszczyć strukturę ciasta.

P. papierniczy

• odbarwianie, wybielanie papieru

• zwiększenie szybkości odwadniania pulpy
  Preparat celulaz jest dodawany podczas odbarwiania papieru w celu zwiększenia ilości usuwanego tuszu z włókien. Dzięki temu arkusze papieru stają się jaśniejsze i czystsze. Ponadto zastosowanie celulaz pozwala ograniczyć ilość używanych surfaktantów i wybielaczy chemicznych. Enzymy celulolityczne zwiększają szybkość odwadniania pulpy, skracają czas procesu i poprawiają jego ekonomikę. Celulaza degraduje większe cząsteczki do mniejszych, co pozwala na uwolnienie i usunięcie uwięzionej wody. Dodawana jest do tanku z zawiesiną pulpy przed operacją tłoczenia. Zazwyczaj czas potrzebny na jej efektywne działanie to jedna godzina.

P. energetyczny

• produkcja biopaliw – bioetanolu
  Biomasa roślinna stanowi najbardziej obfite naturalne źródło związków organicznych na naszej planecie. Dzięki temu jest uznawana za najatrakcyjniejsze źródło odnawialnej energii. Jednym z kierunków jej zagospodarowania i efektywnego wykorzystania jest wytwarzanie etanolu na bazie materiałów, takich jak odpady rolne i leśne, makulatura oraz odpady przemysłowe. Ze względu na ich powszechną dostępność i niskie ceny paliwo na bazie etanolu pozyskiwanego z celulozy i hemiceluloz może się stać alternatywą dla paliw kopalnych. Celuloza jest rozkładana do glukozy, a hemicelulozy są rozkładane głównie do ksylozy. Następnie w procesie fermentacji prowadzonej przy użyciu modyfikowanych genetycznie bakterii lub drożdży cukry metabolizowane są do etanolu.

P. tekstylny i odzieżowy

• alternatywa dla procesu stonewashing denim (obróbka tkanin jeansowych)

• zmiękczenie i wygładzenie tkanin

• minimalizacja smużenia barwnika na tkaninie
  Stonewashing denim to nazwa procesu obróbki wstępnej tkanin jeansowych. Polegał on na tym, że tkaninę prano z udziałem kamiennego pumeksu, który ścierał i szlifował odzież. W rezultacie jeansy były delikatniejsze, a zatem gotowe do nałożenia w czasie zakupu. Po 1980 r. enzymy celulolityczne stały się alternatywą dla procesu stonewashing denim. Zastosowanie enzymów celulolitycznych zdominowało branżę producentów jeansów, pozwoliło bowiem uzyskać wyroby o pożądanym wyglądzie i miękkości. Poza tym enzymy były konkurencyjne cenowo, co sprzyjało ich rozpowszechnieniu.
  Niektóre specjalne celulazy są używane do zminimalizowania smug barwnika na tkaninie, mogą też powodować większe ścieranie w pobliżu szwów lub inne pożądane efekty.

P. chemiczny

• produkcja detergentów

• proszki do prania: usuwanie zmechacenia z tkanin i zapobieganie ich powtórnemu tworzeniu, poprawa jakości tkaniny
  W 1993 r. zastosowano preparat celulazy pochodzącej z grzyba Humicola insolens w proszkach do prania celem usuwania zmechaconych mikrofibryli, które pojawiają się na bawełnianych ubraniach podczas wielokrotnego noszenia i prania w pralkach automatycznych [Bhat 2000]. W rezultacie tkaniny dłużej zachowują swój pierwotny wygląd, kolory nie blakną i nie tracą swojej intensywności. Celulaza działa również zmiękczająco na włókna tkaniny, co pozwala zachować odzieży przyjemną w dotyku strukturę, gładką, cenioną przez konsumentów. Stosowanie enzymów celulolitycznych eliminuje konieczność dodawania kationowych substancji zmiękczających tkaniny, co pozwala obniżyć koszty produkcji środków piorących, nie zmniejszając ich skuteczności

• Proteazy
  

• Endo i egzopeptydzy

• Przemysłowe zastosowania proteaz

P. cukierniczy i piekarniczy

• obniżenie poziomu białka w mące
  Producenci ciastek używają ich do obniżenia poziomu białka w mące

• rozluźnienie zbyt mocnego białka glutenowego mąki, co prowadzi do skrócenia czasu wyrabiania ciasta, polepszenie pulchności i konsystencji ciasta

P. piwowarski , winiarski, gorzelniczy

• usuwanie zmętnień
  Rozkładają  białka zawarte w słodzie czy zacierze, usuwają zmętnienia produktu

• zapewnienie odpowiednich właściwości organoleptycznych (zapachu, pienistości, klarowności) podczas przerobu zbożowych surowców niesłodowanych

• zapewnienie odpowiedniego stopnia rozkładu substancji białkowych przy słodowaniu jęczmienia i w początkowej fazie zacierania słodu

P. mleczarski

• produkcja serów

• hydroliza białek

• koagulacja białek mleka w produkcji sera

• produkcja hydrolizatów kazeiny

• produkcja mleka sojowego, mleka w proszku

P. mięsny

• rozmiękczanie mięsa przy gotowaniu

• przyspieszenie procesu dojrzewania mięsa poprzez częściowy rozkład białka włókna mięśniowego

• poprawa konsystencji (delikatność, kruchość)

• poprawa zawartości wartości odżywczej i cech organoleptycznych

• oddzielenie resztek mięsa od kości → zwiększenie odzysku białka

• zmiękczenie, odwłasianie skór

• zwiększenie wydajności ekstrakcji tłuszczu
  Przyspieszenie procesu dojrzewania mięsa poprzez częściowy rozkład białka włókna mięśniowego, dzięki czemu uzyskuje się poprawę konsystencji (delikatność, kruchość), poprawę wartości odżywczej i cech organoleptycznych (2-3 x skrócony czas dojrzewania → zwiększona strawność); oddzielenie resztek mięsa od kości → zwiększenie odzysku białka; zmiękczenie, odwłasianie skór; zwiększenie wydajności ekstrakcji tłuszczu

P. chemiczny

• płyny do mycia szkieł kontaktowych - do odbiałczania szkieł i zapobiegania zakażeniom

• dodatek do proszków do prania

P. fotograficzny

• rozkład żelatyny pokrywających filmy fotograficzne przy odzyskiwaniu z nich srebra