Principes de l'ingénierie enzymatique et ses applications dans les domaines de l'alimentation, de l'industrie légère et des produits pharmaceutiques

1. Le principe

L'ingénierie enzymatique est l'enzyme ou les cellules microbiennes, les cellules animales et végétales, les organites, etc. dans un certain dispositif de réaction biologique, l'utilisation d'enzymes ayant une fonction biocatalytique, avec l'aide de moyens d'ingénierie des matières premières correspondantes dans des substances utiles et appliquées à la vie sociale d'une science et d'une technologie. Elle comprend la préparation de l'enzyme, l'immobilisation de l'enzyme, la modification et la transformation de l'enzyme et le réacteur enzymatique. L'application de l'ingénierie enzymatique se concentre principalement sur l'industrie alimentaire, l'industrie légère et l'industrie pharmaceutique.

• Propriétés catalytiques :

1. Efficacité élevée : 108-1020 fois supérieure à la catalyse non enzymatique ; 107-1013 fois supérieure à la catalyse non enzymatique.

2. Haute spécificité

3. Conditions de réaction douces

4. La catalyse enzymatique est réglable

• Nature chimique :

Protéines enzymatiques

ARN ribozymes

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Historique du développement

Après les années soixante-dix, avec l'apparition de la deuxième génération d'enzymes - les enzymes immobilisées - et de leurs technologies connexes, l'ingénierie enzymatique est considérée comme étant véritablement entrée dans l'histoire. Les enzymes immobilisées deviennent de plus en plus la force principale de la production industrielle, jouant un rôle important dans les domaines de l'industrie chimique et pharmaceutique, de l'industrie légère et des denrées alimentaires, de la protection de l'environnement, etc. Non seulement cela, mais nous avons également produit une enzyme de troisième génération plus puissante, qui est un système multi-enzyme immobilisé comprenant un système de régénération des cofacteurs, et qui est en train de devenir le protagoniste des applications de l'ingénierie enzymatique.

Comme nous le savons, la teneur en enzymes des organismes vivants est limitée et, quel que soit le type d'enzymes, la concentration dans les cellules ne sera pas très élevée, ce qui n'est pas non plus nécessaire à la régulation équilibrée des activités vitales des organismes biologiques. Toutefois, cela limite la possibilité d'utiliser directement les enzymes naturelles pour résoudre plus efficacement de nombreuses réactions chimiques.

Cette difficulté peut être résolue en utilisant la méthode du génie génétique.

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Principales utilisations

Les enzymes, en tant que biocatalyseurs, ont été largement utilisées dans divers domaines de production de l'industrie légère. Au cours des dernières décennies, grâce aux avancées technologiques continues dans le domaine de l'ingénierie enzymatique, elles ont été de plus en plus largement utilisées dans l'industrie, l'agriculture, la médecine et la santé, le développement de l'énergie et l'ingénierie de l'environnement.

Activité catalytique Protéines Réactions chimiques Réacteurs Enzymologie Enzymes d'oxydoréduction Transférases Enzymes hydrolytiques Ligases Isomérase

L'application de l'ingénierie enzymatique est principalement concentrée dans l'industrie alimentaire, l'industrie légère et l'industrie pharmaceutique. Dans notre vie quotidienne, les détergents en poudre enrichis en enzymes, les attendrisseurs de viande, sont la concrétisation la plus directe de l'ingénierie enzymatique.

1. Application dans la transformation des aliments

L'utilisation la plus importante des enzymes dans l'industrie alimentaire est la transformation de l'amidon, suivie par la transformation des produits laitiers, la transformation des jus, les produits de boulangerie et la fermentation de la bière. Les différentes enzymes qui y sont liées, telles que l'amylase, la glucose isomérase, la lactase, la présure, la protéase, etc., représentent plus de la moitié du marché des préparations enzymatiques.

L'orientation principale du développement, y compris les enzymes favorisant la digestion des protéines (protéase de l'ananas, pepsine, trypsine, etc.), les enzymes favorisant la digestion de la cellulose (cellulase, polyglucanase, etc.), les enzymes favorisant la digestion du lactose (lactase) et les enzymes favorisant la digestion des graisses (lipase, estérase), et ainsi de suite.

2. Application dans l'industrie chimique légère

Les utilisations de l'ingénierie enzymatique dans l'industrie chimique légère comprennent principalement : la fabrication de détergents (amélioration de la capacité de détartrage), l'industrie de la fourrure, la fabrication de gélatine, la fabrication de fibres de collagène (adhésif), la production de dentifrice et de cosmétiques, la fabrication de papier, la production de matériel photographique, le traitement des eaux usées et la transformation des aliments pour animaux.

3. Applications médicales

La technologie de l'ADN recombinant favorise la production à grande échelle de diverses enzymes à valeur médicale. Les différents types d'enzymes utilisés dans les cliniques augmentent progressivement. Outre le traitement conventionnel, les enzymes peuvent également être utilisées comme composants de l'ingénierie médicale et jouer un rôle médical. Par exemple, dans les dispositifs de circulation extracorporelle, les enzymes sont utilisées pour éliminer les déchets sanguins et prévenir la thrombose, ainsi que dans les systèmes in vivo de libération de médicaments contrôlée par enzyme. En outre, l'enzyme, en tant que réactif de test clinique in vitro, peut permettre de déterminer rapidement, avec sensibilité et précision certains métabolites dans l'organisme, ce qui constituera également une application importante des enzymes en médecine.

4. Développement de l'énergie

Dans le cadre de la tendance générale au développement de nouvelles sources d'énergie dans le monde entier, l'utilisation de micro-organismes ou de la technologie de l'ingénierie enzymatique pour produire des carburants à partir d'organismes vivants est également une nouvelle voie que les gens explorent. Par exemple, l'utilisation de la cellulose, de l'hémicellulose, de la lignine, de l'amidon et d'autres matières premières dans les plantes, les cultures, les déchets de produits forestiers, la fabrication d'hydrogène, de méthane et d'autres combustibles gazeux, ainsi que d'éthanol et de méthanol et d'autres combustibles liquides. En outre, le sujet concerne le développement des ressources pétrolières.

5. ingénierie environnementale

Alors que la science et la technologie sont très développées, l'épuration de l'environnement, en particulier l'épuration des eaux usées industrielles et domestiques, revêt une grande importance en tant que mesure de protection de la nature.

Parmi les méthodes existantes d'épuration des eaux usées, l'épuration biologique est souvent la moins coûteuse et la plus réalisable. Les processus métaboliques des micro-organismes peuvent utiliser certaines substances organiques présentes dans les eaux usées comme source de nutriments nécessaires. Par conséquent, en utilisant des enzymes dans le corps microbien, les substances organiques présentes dans les eaux usées peuvent être converties en petites molécules utilisables, tout en atteignant l'objectif de purification des eaux usées. Des résultats remarquables ont été obtenus en matière de traitement des eaux usées et de protection de l'environnement grâce à l'utilisation de techniques de génie génétique pour créer des souches de bactéries très efficaces et immobiliser des cellules microbiennes vivantes.

En outre, l'émergence des biocapteurs offre la possibilité d'une surveillance continue et automatisée de l'environnement, réduit le coût de la surveillance de l'environnement et renforce le contrôle de l'environnement.

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Méthodes de préparation

1. Préparation des gènes

Si une enzyme utile est trouvée dans un organisme, même si sa teneur est faible, en appliquant la technologie de la recombinaison génétique, par l'amplification des gènes et l'amélioration de l'expression, il est possible d'établir des bactéries ou des cellules de génie génétique qui peuvent exprimer efficacement des préparations enzymatiques spécifiques. En fixant les bactéries ou les cellules issues du génie génétique, il est possible de construire une nouvelle génération de biocatalyseurs - des bactéries ou des cellules issues du génie génétique immobilisées. Ce nouveau type de biocatalyseur est également appelé préparation enzymatique issue du génie génétique.

La mise au point d'une nouvelle génération de préparations enzymatiques issues du génie génétique fera sans aucun doute de l'ingénierie enzymatique un tigre doté d'ailes. Les scientifiques prévoient que si la technologie connexe et le bioréacteur continu sont intelligemment combinés, l'ensemble de l'industrie de la fermentation et de la synthèse chimique connaîtra un changement fondamental.

2. La transformation et la modification des enzymes constituent également une partie importante de l'ingénierie enzymatique.

Bien que la force de l'enzyme soit très forte, surtout après avoir été immobilisée, la puissance est encore plus grande, mais toutes les préparations enzymatiques ne conviennent pas à l'immobilisation, même pour l'immobilisation des enzymes naturelles, son activité ne peut souvent pas répondre aux exigences des gens, il faut modifier certaines de ses propriétés, améliorer son activité, afin de mieux jouer son rôle de catalyseur.

C'est ainsi que la tâche de modification et de transformation moléculaire des enzymes a été proposée.

D'une manière générale, les scientifiques utilisent la chaîne principale de la molécule de protéine enzymatique pour "couper", "cisailler" et modifier chimiquement la chaîne latérale afin d'atteindre l'objectif de la transformation de la molécule enzymatique. Les molécules enzymatiques modifiées présentent des propriétés physiques et chimiques améliorées ainsi que des activités biologiques, et ont même été dotées de nouvelles fonctions.

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Composé Glucoamylase	9032-08-0
Pullulanase	9075-68-7
Xylanase	37278-89-0
Cellulase	9012-54-8
Naringinase	9068-31-9
β-Amylase	9000-91-3
Glucose oxydase	9001-37-0
alpha-amylase	9000-90-2
Pectinase	9032-75-1
Peroxydase	9003-99-0
Lipase	9001-62-1
Catalase	9001-05-2
TANNASE	9025-71-2
Elastase	39445-21-1
Uréase	9002-13-5
DEXTRANASE	9025-70-1
L-Lactique déshydrogénase	9001-60-9
Déshydrogénase malate	9001-64-3
Cholestérol oxydase	9028-76-6