produccion de enzimas

CARACTERSTICAS GENERALES DE LOS PROCESOS DE FERMENTACIN PARA LA PRODUCCIN DE ENZIMAS MICROBIANAS

Produccin de enzimas Leidys Ballesteros MDaniela Luna MJorge Viloria RHuber Avila R1

1

Qu son las enzimas ?Son molculas de naturaleza proteica que controlan las reacciones bioqumicas.Tipos de enzimasIntracelulares:Son responsables de los procesos de degradacin celularExtracelulares:Cumplen procesos metablicos catalticos destinados a la degradacin de materia en energa qumica2

Establecen procesos en movimiento y los aceleran. Por eso se denominan biocatalizadores. Durante la transformacin del material biolgico, las enzimas no se consumen y, como consecuencia de ello, al final de la reaccin la enzima se mantiene en su forma original. Las enzimas son generalmente protenas globulares que pueden presentar tamaos muy variablesIntracelular: Son las que actan en el interior de las clulas, transformando los nutrientes que les llegan a travs de la sangre en otras sustancias, que forman parte del metabolismo celular. Extracelular: Son aquellas que se activan por fuera de la membrana plasmtica o pared celular2

Fuentes de enzimasAnimal VegetalMicrobiana: Los microorganismos se reproducen a ritmo aceleradoFciles de manipular genticamenteCrecen en amplio rango de condiciones ambientales.

3

Animales:La industria empacadora de carnes es la fuente principal de las enzimas derivada del pncreas, estmago e hgado de los animales, tales como la tripsina, lipasas y cuajos (quimosina y renina).Vegetales:La industria de la malta de cebada es la fuente principal de enzimas de cereales. Las enzimas proteolticas (que degradan protenas) tales como la papana y la bromelina se obtienen de la papaya y del anan, respectivamente.Microbianas:principalmente se extraen de bacterias, hongos y levaduras que se desarrollan en la industria de la fermentacin.3

Produccin microbianaSeleccin del microorganismoCultivoExtraccin Purificacin

4

4


5

5

Seleccin del microorganismo y cultivoEl medio de cultivo es la principal manipulacin ambiental que se puede efectuar.Este debe proporcionar los nutrientes necesarios al crecimiento del microorganismo y produccin de la enzima deseada.Como base inicial del diseo se puede considerar la composicin elemental del microorganismo a utilizar.

6

La eleccin del microorganismo adecuado depender de las caractersticas de la enzima a producir y se empieza generalmente por un cultivo de enriquecimiento de la cepa seleccionadaUna vez elegido el microorganismo, se le deja crecer en condiciones adecuadas de pH, temperatura, aireacin y velocidad de aireacin.

6


7

7

Extraccin

Torta Celular ResidualFermentacin

Sep. Slido-Liquido

Concentracin

Purificacin o Formulacin

ENZ. EXTRACELULARESCaldo GastadoTejido vegetal o animalFermentacin

Sep. Slido-Liquido

(Almacenamiento)

Extraccin

Sep. Slido-Liquido

Concentracin


ENZ. INTRACELULARES8

A continuacin se debe extraer la enzima, lo cual depende de si la enzima es extracelular, intracelular 8

Extraccin de Enzimas extracelularesSeparacin solido-liquidoLas operaciones ms empleadas (clsicas) son la filtracin y la centrifugacin. Otras alternativas de separacin son: filtracin cruzada o tangencial y flotacin.La filtracin cruzada tangencial, empleando membranas micro porosas, es una alternativa interesante en la separacin de clulas como tambin de fragmentos celulares.

9

aunque ambas ofrecen dificultades debido al diminuto tamao, baja densidad y alta compresibilidad de las clulas.La centrifugacin es ms frecuente en m.o. unicelulares (levaduras, bacterias), siendo necesario adems un cierto grado de floculacin, debido al reducido tamao de las clulas, que puede ocurrir naturalmente o ser provocada por adicin de agentes floculantes.

9

Extraccin Torta Celular ResidualFermentacin

Sep. Slido-Liquido

Concentracin


ENZ. EXTRACELULARES

Caldo GastadoTejido vegetal o animalFermentacin

Sep. Slido-Liquido

(Almacenamiento)

Extraccin

Sep. Slido-Liquido

Concentracin


ENZ. INTRACELULARES10

10

Extraccin de enzimas intracelularesSeparacin solido-liquido : En los mtodos fsicos tendremos:Presin: El proceso de extraccin es sumamente marcado por la presin de operacin del equipo, con la desventaja que altas presiones implican altas temperaturas (luego mayor refrigeracin).Homogenizacin: Estos son equipos tradicionales en la industria alimentaria, fcilmente adaptables a la disrupcin celular.Molienda: La mayor parte de los molinos son de bolas de pequeo tamao, donde la disrupcin se logra por una combinacin de esfuerzos de corte y compresin.Sonicacin: La disrupcin celular por ultrasonido, creacin de zonas de enrarecimiento en el seno del liquido, seguido de fuertes compresiones que colapsan las burbujas, lo que produce ondas de choque. El sistema es muy eficaz a nivel de laboratorios, pero su escalamiento a nivel industrial a ofrecido dificultades.

11

11

En los mtodos no fsicos tendremos:Digestin qumica: Se ha reportado la utilizacin de solventes orgnicos. Las clulas son tratadas con altas concentraciones de etanol, metanol e isopropanol y luego re suspendidas en tampn. Pero el efecto de inactivacin y alto costo de los solventes, no torna esta tcnica econmicamente atractiva.Digestin enzimtica: Ciertos microorganismos (levaduras y algunos bacilos) son capaces de autolisar, o sea, producir enzimas en ciertas condiciones fisiolgicas que producen una digestin total/parcial de la pared celular. Este mtodo es interesante por su bajo costo y facilidad de escalamiento a nivel industrial.12

12

Concentracin

Por lo general, las enzimas se encuentran muy diluidas en el caldo, despus de la etapa de separacin slido-liquido, como para poder ser formulado o sometido a purificacin.El sistema tradicional de concentracin es la evaporacin a vaco, para minimizar las perdidas de actividad por desnaturalizacin trmica.Otros mtodos alternativos son la cristalizacin, la liofilizacin y la flotacin.

13

La cristalizacin de agua y eliminacin como hielo ha sido propuesto como mtodo para separa soluciones enzimticos, pero si el sistema de enfriamiento no es bien controlado se pueden tener perdidas significativas de enzimas por oclusin en el hielo. Este sistema se podra justificar para enzimas muy lbiles, pero no consigue competir econmicamente con la evaporacin.La eliminacin de agua por liofilizacin (congelacin y sublimacin a alto vaco) es una tcnica muy usada en la preservacin de sustancias activas lbiles, pero su apli-cacin industrial es limitada por razones de costo.La flotacin (espumacin) se basa en que las enzimas son sustancias tensioactivas y que, por lo tanto, tienden a acu-mular en la interfase gas-liquido que se produce al inflar aire un gas inerte a la solucin enzimtica. El principal obst-culo a su aplicacin es la inactivacin que se produce por el fenmeno de espumacin, que puede llegar a ser significativo.

13


14

14

PurificacinLa produccin masiva de enzimas se hace, por general, bajo el criterio de mnimo nivel de purificacin compatible con la utilizacin que la enzima. Esto significa que el proceso de purificacin ser, por general, muy rudimentario inexistente. A escala de laboratorio, la purificacin se hace con una serie de etapas, donde los contaminantes van siendo subsecuentemente removidos, aumentando la actividad especifica de la enzima. Pero cada etapa significa, sin embargo, una perdida de actividad, lo que hace esta estrategia no ser muy adecuada a nivel industrial.

15

15

Fuentes de enzimas16

Animales

-Descubrimiento de enzimas digestivas siglo XIX. -Se preparan de animales recin sacrificados.

17

17

ENZIMAS COMUNMENTE OBTENIDAS DE ANIMALESENZIMAFUENTE- AMILASAPANCREASLIPASAPANCREAS BOVINO/PORCINOLISOZIMAALBUMINA DE HUEVOS DE BOVINOFOSFOLIPASA APANCREAS DE BOVINOTRIPSINAPANCREAS DE BOVINO/PORCINOQUIMOTRIPSINAPANCREAS DE BOVINO/PORCINOPEPSINAMUCOSA BOVINARENINABOVINO

18

VEGETAL

-Plantas fuentes potenciales de enzimas a escala industrial.-La extraccin de enzimas a partir de plantas es a menudo difcil y requiere equipo pesado19

ENZIMAS COMUNMENTE OBTENIDAS DE PLANTASENZIMAFUENTE- AMILASAGRANO DE CEBADAPEROXIDASARAIZ DE RABANOPAPAINALATEX DEL ARBOL DEPAPAYABROMELINATALLO DE LAS PIASFICINAHIGUERA

20

MICROBIANAS

-Pueden mantenerse bajo estrecho control.

-Las concentraciones de enzimas y, por lo tanto, la productividad, se pueden manipular en forma gentica y ambiental.

-Produccin a grandes cantidades bajos costos.

-Alto rendimiento y estabilidad-

21

ENZIMAS CONUNMENTE OBTENIDAS DE MICROORGANISMOSENZIMAFUENTEAPLICACIONAmilasaBacillus subtilisAsperyillusoryzaePenicillumroquefortiAspergillusnigerDesaprestado de textiles, licuefaccin de almidn, produccin de glucosa.PnicinilasaBacillus subtilisDegradacin de penicilina.InvertasaAsperyillusoryzaeSaccharomyces cerevisiaeIndustria de la confiteraCelulasaAspergillusnigerTrichoderma sp.Disminucin de la viscosidad, auxiliares en la digestinPectinasaAspergillusnigerClasificacin de vinos y jugos de frutaproteasaClostridumsp.Suavizante auxiliar de la digestin.

22

Bromelina

Es unaenzimacon accin proteoltica.

separada del jugo de los tallos de pia por precipitacin en una solucin de metanol.

Ampliamente utilizada en la industria de alimentos 23

Planta de produccin de Bromelina

La descripcin del proceso revela un proceso eficiente y automtico para la produccin de bromelina.

Muchos factores de capital, mantenimiento ,materia prima hacen dela produccin de bromelina algo muy factible24

Descripcin de proceso

Secado y empaque

25

Pretratamiento

Las pias son cosechadas en diferentes localidades y en diferentes pocas del ao. El tallo debe ser procesado inmediatamente despus de cosechado . Una limpieza minuciosa es requerida cuando llegan a la planta. Luego son raspados y cortados en trozos para un fcil manejo. El jugo es separado desde los tallos pasando a travs de la prensa de tornillo.

26


Secado y empaque

27

Purificacin

El jugo de los tallos de pia es tamizado y luego es tratado con una solucin de metanol para la parte coagulada de la materia coloidal, precipitando algunas de las impurezas y cambiando el valor del pH. Luego, la solucin es mezclada con aditivos y asentado en grandes asientos continuos o espesadores.

28


Secado y empaque

29

Destilacin

Los lquidos de fase ligera desde el decantado conteniendo metanol son recuperados en una torre de absorcin y destilado, luego es reciclado a travs del proceso.

30


Secado y empaque

31

Secado y empaque

Los lquidos de fase pesada desde el decantado son secados y pulverizados como polvo de bromelina. Los cristales secos pasan a travs de una serie de tamices o filtros. Varias mquinas de pesado y empaque automticas empaquetan la bromelina en bolsas y cajas.

32

CARACTERSTICAS GENERALES DE LOS PROCESOS DE FERMENTACIN PARA LA PRODUCCIN DE ENZIMAS MICROBIANAS33

33

TEMPERATURATemperatura optima de produccin de enzimaTemperatura optima de produccin de microorganismo

-AmilasaBacillus CoagulansA 55C es 10 veces mas estable la produccin de la enzima34

34

pHEl pH de mximo crecimiento del microorganismo productor

El pH de mxima produccin de enzima

El pH de mxima estabilidad de enzima

El pH de mxima actividad de enzima

35

35

pHFenilalanina amonio liasapH inicial de 7 pH final de 8

DextransacarasapH=6.5 Mxima productividadpH=5.2 Mxima actividad y estabilidad36

36

pHIntracelulares, pH de produccin y crecimiento del microorganismo no coincide con el pH de mxima actividad.

Proteolticas, pH de mxima actividad no coincide con el estabilidad.

Seleccin de acido y base. Hidrxido de sodio y cido orto fosfrico.

37

37

MEDIO DE CULTIVOInductoresFuente de carbonoIonesLos dems factores van a depender de la produccin del microorganismo.

38

38

AIREACINAerobiosMicro aerobiosAnaerobiosAnaerobios estrictos

Coeficiente de transferencia de masa en la fase liquida (KLa)

39

39

produccion de enzimas

Documents