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Aplicación de enzimas a nivel industrial
Prof. Rogelio Valadez Blanco
Ing. de Bioreacciones
M.C. en Productos Naturales y Alimentos
Regeneración de cofactores
1. Sólo 2 clases de enzimas son catalíticamente
activas sin requerir cofactores
2. Métodos eficientes para la producción y
regeneración de cofactores
3. Investigación actual
Oxidación de etanol a acetato
Regeneración de cofactores
por enzimas acopladas
Sistema reductasa-
deshidrogenasa
Aplicación industrial de enzimas
1. Usadas durante varios siglos
2. Reportes de uso en 1830 (pepsina)
3. Aplicaciones industriales: Finales del siglo XIX:
Primera patente (Tiakamine, 1984)
4. Enzimas de órganos de animales (Inicios siglo XX)
Aplicación industrial de enzimas
5. Industria floreció después de la 2nda Guerra Mundial
6. Primer proceso industrial (1960): conversión de almidón
en jarabe de glucosa.
Adelgazamiento de almidón (α-amilasa)
Sacarificación (glucoamilasa)
Aplicación industrial de enzimas
7. Últimas dos décadas: Herramientas de ingeniería
genética y proteómica amplían el espectro de
aplicaciones (50% mercado)
Aplicación industrial de enzimas
1. Aplicación en la industria tradicional:
Alimentación humana y animal
Lavandería
Papel
Textiles
Peletería
2. Nuevas áreas de aplicación
Farmacéutica
Químicos especializados
Aplicación industrial de enzimas
1. Función de las enzimas en bioprocesos:
Reacción principal
Aditivo
2. Enzimas de mayor aplicación
Hidrolasas
Industria de alimentos
α-Amilasa
1. Rompe enlaces α 1-4
α-Amilasa
1. Fúngica, aditivo en industria
panadera
cervecera
2. Bacteriana,
Licuefacción de almidón para subsecuente
producción de glucosa.
Se desean enzimas hipertermoestables, ácido
tolerantes y poco dependientes de Ca++
Glucoamilasa
1. Hidrólisis de dextrinas a partir de almidón adelgazado
con α-amilasa
Glucoamilasa
1. Reacción afectada por equilibrio: para altas
concentraciones de producto se revierte la reacción
(maltosa e isomaltosa)
2. Enzimas adaptadas a condiciones del proceso
3. Proceso industrial: reacción en solución (rendimientos
del 96 al 98 eq. de glucosa)
Pectinasas
1. Pectinas o polisacáridos pécticos
Heteropolisacáridos que forman las paredes celulares de
plantas y proveen características gelificantes. Estos
polímeros son ricos en ácidos galacturónicos.
2. Mezclas de diferentes enzimas
• Pectina metilestearasa
• Poligalacturonasa
• Liasa péctica
Pectinasas
2. Aplicaciones:
• Extracción de jugos de frutas
y vegetales
• Clarificación de jugos
• Elaboración de vinos
(maceración, clarificación y
maduración)
Pectinasas
Pectinasas alcalinas:
Desgomado de fibras textiles
Tratamiento de aguas residuales pécticas
Fermentaciones de te y café
Celulosa
Homopolímero más abundante de plantas
compuesto por moléculas de β-glucosa, unidos por
enlaces β-1-4-O-glucosídico.
Celulasas
1. Complejo enzimático:
Endo-enzima hidrolasa (1,4 β-D-glucan-glucano
hidrolasa)
-Rompe de manera aleatoria enlaces internos
Exo-enzima hidrolasa (1,4 β-D-glucano celobiohidrolasa)
- Rompe las cadenas expuestas en dimeros o tetrámeros
Celobiasa (β-D-glucósido glucohidrolasa)
- Produce monosacáridos a partir de los productos de la
exocelulosa
2. Acción sinérgica para romper fibras de celulosa a
glucosa
Aplicaciones de celulasas
1. Alimentos de humanos y animales, detergentes, textiles
y farmacéuticos
2. Extracción de jugos, aceites y agar
3. Lavado enzimático de telas de mezclilla y algodón
(biopulido)
Aplicaciones de celulasas
4. Sustituto del clorado de pulpa de madera para
producción de papel.
5. Ligninasas: complejas y requieren coenzimas.
β-glucanasa
Granos usados en nutrición animal:
Cantidad considerable de β-glucanos envuelven
proteínas y almidones
Reducen el valor nutricional
Uso de β-glucanasa incremento considerable en la
asimilación de nutrientes
Problema tecnológico:
en desarrollo de alimentos, se usan altas temperaturas
y condiciones
Fitasa y β-glucanasa
Nutrición de animales monogástricos
Polisacáridos no almidonosos tienen actividad antinutritiva
Fitasa y β-glucanasa:
mejoran el coeficiente alimentación/peso de animales
reducen contaminación
Ácido fítico
Compuestos orgánicos que contienen fósforo, presentes
principalmente en fibras y semillas de vegetales
Fitasa
Rompe el ácido fítico no digerible
Aumenta digestibilidad
Libera fósforo digerible (en 20%)
Disminuye el desecho de fosfatos en el excremento
(25-30%)
Mercado creciente
Costos altos de granos
Preocupación de contaminación por fósforo
Fitasas de levaduras
β-Galactosidasa (lactasa)
Rompe lactosa en sus constituyentes monoméricos;
Glucosa
Galactosa
Monómeros son mucho más digeribles que la lactosa:
industria láctea.
Intolerancia a la lactosa (deficiencia de lactasa)
Deficiencia étnica: más severa en bebés y niños
Afecta a millones de personas en el mundo
Leche baja en lactosa
Éxito comercial: se encuentra en todos los supermercados
Previene la formación de cristales en dulces de leche y
helados
Ayuda a mejorar la fermentación de la leche en la
producción de yoghurt
Monómeros tienen mayor poder edulcorante y desarrollo
de color
Bioproceso: reactores con enzimas inmovilizadas
Tabletas de enzima se venden en farmacias
Suero de leche
Mejoras del suero de leche mediante la hidrolisis de
lactosa
Mayor importancia: protección ambiental
Suero hidrolizado se puede usar:
Suplemento alimenticio
Alimentación de animales
Producción de etanol
Sustrato en la producción de jarabes
Poder edulcorante similar al de la sacarosa
PROTEASAS
Categoría más grande de enzimas industriales
Proteasas derivadas de microorganismos (ácidas y
neutras):
Amplia aplicación para la producción de hidrolizados
proteicos
Uso en alimentos: elaboración de quesos (sustitutos de
renina)
Proteasas derivadas de plantas (ácidas y neutras) (15%):
Fabricación de farmacéuticos y algunas aplicaciones en
alimentos
PROTEASAS
Ingeniería enzimática y genética:
preparaciones enzimáticas más potentes y estables.
Proteasas alcalinas:
Importancia clave en formulaciòn de detergentes
(1960)
Pancreatina
Industria peletera y ayuda en la digestión
Extracto multienzimático con actividad:
Proteolítica
Lipolítica
Amilolítica
Aminoacilasas
Usadas en la producción de L-aminoácidos para nutrición
humana y animal
Enantioespecificidad de la enzima para hidrolizar
selectivamente el enantiómero L de la mezcla racémica
previamente acilada.
El L-aminoácido se puede separar fácilmente
Primer proceso a gran escala usando enzimas
inmovilizadas.
Glucosa isomerasa
El desarrollo tecnológico enzimático más importante
Desarrollado en los 60´s
1970: importancia industrial (uso de enzimas
inmovilizadas)
Jarabe de alta fructosa: producción multimillones de ton.
40% mercado de edulcorantes (bebidas ligeras)
55% fructosa es equivalente a 100% sacarosa
Glucosa isomerasa
Reacción reversible: obtención de 42% fructosa
Enriquecido posteriormente por cromatografía
Investigación: reducir pH óptimo, estabilidad térmica y en
presencia de Ca++.
Penicilin acilasa
Producción industrial de antibióticos semi-sintéticos -
lactam.
Hidrólisis de penicilina G y cefalosporina G con penicilna
acilasa inmovilizada
Ha reemplazado al proceso químico – caso de éxito de
bioproceso industrial enzimático
Biocombustibles
1. 1970 Producción de bioetanol (4 bn de litros al año)
2. Auge actual. Crisis energética
3. Producido a partir de
Granos de maíz
Caña de azúcar
4. Granos de maíz:
α-amilasa
glucoamilasa
5. Fuentes de menor energía: lignocelulosas.
Producción de alcohol a partir de lignocelulosa.
Producción de bioetanol
A partir de xilosa derivada de hemicelulosas, se
combierte a xilulosa
La xilulosa puede ser metabolizada por levaduras
comerciales como Saccharomiyces cerevisiae o S.
pombe.
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