Biotecnologie

Biotrasformazioni e applicazioni industriali degli enzimi: esempi

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Gli enzimi sono come l’oro. Entrambi infatti sono “preziosi” perchè in grado di velocizzare, anche di molto, le reazioni chimiche: l’oro è un catalizzatore metallico mentre gli enzimi sono catalizzatori biologici.

Per questi motivi si è pensato di utilizzare gli enzimi per trasformare un reagente di partenza (il substrato) nel prodotto desiderato, in maniera simile a come vengono usate le cellule nella fermentazione industriale.

Anche in quel caso le reazioni sono catalizzate da enzimi, i quali però si trovano all’interno della cellula insieme a moltissime altre molecole, che potenzialmente potrebbero “disturbare” la produzione della sostanza d’interesse.

I processi che utilizzano enzimi isolati come catalizzatori prendono il nome di biotrasformazioni, le quali, fra i vari campi di applicazione delle biotecnologie, vengono identificate come biotecnologie "bianche".

L’enzima, spesso una proteina ricombinante, deve essere sintetizzata e isolata in grande quantità per poi essere messa a contatto con il substrato. Il catalizzatore biologico può trovarsi libero nel mezzo acquoso, oppure legato a una matrice solida: in questo caso parliamo di enzima immobilizzato. Questi ultimi sono spesso preferiti agli enzimi liberi in quanto più facilmente recuperabili a fine processo e quindi riciclabili. Uno svantaggio è legato all’utilizzo di cofattori, come il NAD+ e il FAD, i quali devono essere costantemente forniti all’enzima per svolgere la reazione: questo problema non si presenta invece nelle cellule intere, che sono in grado di rigenerare i cofattori mediante le normali attività metaboliche.

Come nel caso delle fermentazioni, anche le biotrasformazioni avvengono in condizioni blande di pH e temperatura (pH quasi neutro e temperature inferiori a 40°C), nonostante siamo in grado di ottenere enzimi resistenti a condizioni estreme grazie all’ingegneria proteica. Enzimi resistenti ad alte temperature (termofili) possono essere infatti usati all’interno di un processo industriale per sostituirne un passaggio, senza modificarne le condizioni operative.

Le applicazioni industriali degli enzimi sono molte e per questo motivo essi vengono molto spesso utilizzati nell’industria moderna. Gli enzimi hanno permesso infatti non solo di modificare i processi industriali, ma anche la formulazione e l’utilizzo stesso del prodotto finito da parte del consumatore. Per esempio l’uso di enzimi efficienti all’interno dei detersivi ha permesso di abbassare la temperatura e le tempistiche di utilizzo delle lavatrici, con un notevole risparmio in termini economici e di inquinamento: oltre a ridurre l’impatto antropico sulle acque, si evita l'uso massivo dei fosfati, il cui accumulo può comportare danni all'ambiente. Nei detergenti sono presenti enzimi degradativi delle proteine (proteasi) e dei grassi (lipasi) i quali hanno anche un’azione meno aggressiva nei confronti dei tessuti, al contrario di alcune sostanze chimiche utilizzate in passato.

Nel settore tessile invece un’applicazione interessante è quella dell’effetto “consumato” (stone wash) tipico del tessuto dei jeans, ovvero il denim. In passato si utilizzava la pietra pomice al fine di introdurre abrasioni sul tessuto o schiarirne il colore; oggi invece enzimi chiamati cellulasi sono in grado di compiere la stessa operazione in maniera più veloce e controllata, tanto da introdurre una scala di tonalità a seconda della concentrazione di enzima utilizzato. Sempre nell’industria tessile, enzimi come catalasi, laccasi e perossidasi permettono l’eliminazione dell’acqua ossigenata e il trattamento dei coloranti nelle fasi di candeggio e tintura. Nel settore conciario, invece, lipasi e proteasi facilitano passaggi di produzione del cuoio e delle pelli come la macerazione e lo sgrassamento.  In maniera simile altri enzimi sono stati introdotti nel settore cartiero nelle fasi di sbiancamento e disinchiostramento.

Un altro grande settore di applicazione è quello alimentare, nel quale gli enzimi vengono utilizzati   per rendere il prodotto finale più appetibile, e a volte più digeribile, al consumatore. Per esempio le proteasi vengono impiegate nella produzione del formaggio, della carne e dell’aspartame (un dolcificante), le lipasi per modificare i grassi vegetali e animali e nella produzione di gelati, e le amilasi (che degradano zuccheri) per produrre sciroppi di fruttosio. Inoltre, moltissimi coloranti o aromi vengono sintetizzati in maggiore quantità grazie all’uso di enzimi ispirati a quelli della fonte naturale. Similmente il settore farmaceutico fa largo utilizzo di enzimi per produrre medicinali a minor costo.

Un settore che sta acquisendo sempre più importanza è quello della produzione di biocarburanti: propellenti a basso impatto ambientale che permettano in futuro di slegarsi dall’uso del petrolio, riducendo allo stesso tempo le emissioni inquinanti.

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