Ecco alcuni esempi di biotecnologia enzimatica che potresti utilizzare ogni giorno a casa tua. In molti casi, i processi commerciali hanno prima sfruttato enzimi presenti in natura. Tuttavia, questo non significa che gli enzimi utilizzati fossero efficienti come potrebbero essere.
Con il tempo, la ricerca e il miglioramento dei metodi di ingegneria delle proteine, molti enzimi sono stati modificati geneticamente. Queste modifiche consentono loro di essere più efficaci alle temperature desiderate, al pH o ad altre condizioni di produzione tipicamente inadatte all'attività enzimatica (ad es. Prodotti chimici aggressivi). Sono anche più applicabili ed efficienti per applicazioni industriali o domestiche.
Rimozione di Stickies
Enzimi sono utilizzati dall'industria della pasta di legno e della carta per la rimozione di "collanti": le colle, gli adesivi e i rivestimenti che vengono introdotti nella polpa durante il riciclaggio della carta. Gli adesivi sono materiali organici appiccicosi, idrofobici e flessibili che non solo riducono la qualità del prodotto cartaceo finale, ma possono intasare i macchinari della cartiera e costare ore di inattività.
I metodi chimici per la rimozione degli appiccicosi non sono stati storicamente soddisfacenti al 100%. Gli appiccicosi sono tenuti insieme da legami estere e l'uso di enzimi esterasi nella polpa ha notevolmente migliorato la loro rimozione.
Le estereasi tagliano gli appiccicosi in composti più piccoli e più solubili in acqua, facilitando la loro rimozione dalla polpa. Dalla prima metà di questo decennio, le esterasi sono diventate un approccio comune per il controllo degli appiccicosi.
Detergenti
Gli enzimi sono stati utilizzati in molti tipi di detergenti per oltre 30 anni da quando sono stati introdotti per la prima volta da Novozymes. L'uso tradizionale di enzimi nei detersivi per bucato ha coinvolto quelli che degradano le proteine causando macchie, come quelle che si trovano nelle macchie d'erba, nel vino rosso e nel suolo. Le lipasi sono un'altra classe utile di enzimi che possono essere utilizzati per sciogliere le macchie di grasso e pulire le trappole di grasso o altre applicazioni di pulizia a base di grasso.
Attualmente, un'area di ricerca popolare è l'indagine sugli enzimi che possono tollerare, o addirittura avere attività più elevate, a temperature calde e fredde. La ricerca di enzimi termotolleranti e criotolleranti ha attraversato il globo. Questi enzimi sono particolarmente desiderabili per migliorare i processi di lavanderia nei cicli di acqua calda e / o a basse temperature per il lavaggio di colori e scuri.
Sono utili anche per i processi industriali dove sono richieste temperature elevate o per il biorisanamento in condizioni difficili (ad esempio, nell'Artico). Gli enzimi ricombinanti (proteine ingegnerizzate) vengono ricercati utilizzando diverse tecnologie del DNA come la mutagenesi sito-diretta e il mescolamento del DNA.
Tessili
Gli enzimi sono ora ampiamente utilizzati per preparare i tessuti di cui sono fatti vestiti, mobili e altri articoli per la casa. Le crescenti richieste di ridurre l'inquinamento causato dall'industria tessile hanno alimentato la biotecnologia progressi che hanno sostituito le sostanze chimiche aggressive con enzimi in quasi tutta la produzione tessile processi.
Gli enzimi vengono utilizzati per migliorare la preparazione del cotone per la tessitura, ridurre le impurità, ridurre al minimo gli "strappi" nel tessuto o come pretrattamento prima della tintura per ridurre il tempo di risciacquo e migliorare la qualità del colore.
Tutti questi passaggi non solo rendono il processo meno tossico ed eco-compatibile, ma riducono i costi associati al processo di produzione; e ridurre il consumo di risorse naturali (acqua, elettricità, combustibili) migliorando anche la qualità del prodotto tessile finale.
Alimenti e bevande
È l'applicazione domestica della tecnologia enzimatica che la maggior parte delle persone conosce già. Storicamente, gli esseri umani hanno utilizzato enzimi per secoli, in prime pratiche biotecnologiche, per produrre cibi, senza saperlo veramente.
In passato, con meno tecnologia era possibile produrre vino, birra, aceto e formaggi, perché gli enzimi nel lievito e i batteri presenti lo consentivano.
La biotecnologia ha permesso di isolare e caratterizzare gli enzimi specifici responsabili di questi processi. Ha permesso lo sviluppo di ceppi specializzati per usi specifici che migliorano il sapore e la qualità di ogni prodotto.
Riduzione dei costi e zucchero
Gli enzimi possono essere utilizzati anche per rendere il processo più economico e più prevedibile, in modo da garantire un prodotto di qualità con ogni lotto preparato. Altri enzimi riducono il tempo necessario per l'invecchiamento, aiutano a chiarire o stabilizzare il prodotto o aiutano a controllare il contenuto di alcol e zucchero.
Per anni, gli enzimi sono stati utilizzati per trasformare l'amido in zucchero. Gli sciroppi di mais e frumento sono utilizzati in tutta l'industria alimentare come dolcificanti. Utilizzando la tecnologia enzimatica, la produzione di questi dolcificanti può essere meno costosa rispetto all'utilizzo dello zucchero di canna da zucchero. Gli enzimi sono stati sviluppati e migliorati utilizzando metodi biotecnologici per ogni fase del processo di produzione alimentare.
Pelle
In passato, il processo di concia delle pelli in pelle utilizzabile prevedeva l'uso di molte sostanze chimiche nocive. La tecnologia enzimatica è avanzata in modo tale che alcune di queste sostanze chimiche possono essere sostituite aumentando la velocità e l'efficienza del processo.
Gli enzimi possono essere applicati nei primi passaggi dove il grasso e il pelo vengono rimossi dalle pelli. Sono utilizzati anche durante la pulizia, la rimozione della cheratina e del pigmento e per migliorare la morbidezza della pelle. La pelle viene anche stabilizzata durante il processo di concia per evitare che marcisca quando si utilizzano determinati enzimi.
Plastica biodegradabile
La plastica prodotta con metodi tradizionali proviene da risorse di idrocarburi non rinnovabili. Sono costituiti da lunghe molecole polimeriche strettamente legate l'una all'altra e non possono essere facilmente scomposte decomponendo microrganismi.
Plastiche biodegradabili possono essere realizzati utilizzando polimeri vegetali di grano, mais o patate e sono costituiti da polimeri più corti e più facilmente degradabili. Poiché le plastiche biodegradabili sono più solubili in acqua, molti dei prodotti attuali che le contengono sono una miscela di polimeri biodegradabili e non degradabili.
Alcuni batteri possono produrre granuli di plastica all'interno delle loro cellule. I geni per gli enzimi coinvolti in questo processo sono stati clonati in piante che possono produrre i granuli nelle loro foglie. Il costo delle materie plastiche a base vegetale limita il loro utilizzo e non hanno incontrato una diffusa accettazione da parte dei consumatori.
Bioetanolo
Il bioetanolo è un biocarburante che ha già incontrato una diffusa accettazione da parte del pubblico. Potresti già usare il bioetanolo quando aggiungi carburante al tuo veicolo. Il bioetanolo può essere prodotto da materiali vegetali amidacei utilizzando enzimi in grado di effettuare la conversione in modo efficiente.
Attualmente, il mais è una fonte di amido ampiamente utilizzata; tuttavia, il crescente interesse per il bioetanolo sta sollevando preoccupazioni poiché i prezzi del mais aumentano e il mais come approvvigionamento alimentare è minacciato. Altre piante come grano, bambù o tipi di erbe sono possibili fonti di amido per la produzione di bioetanolo.
Limitazioni enzimatiche
In quanto enzimi, hanno i loro limiti. In genere sono efficaci solo a temperatura e pH moderati. Inoltre, alcune esterasi potrebbero essere efficaci solo contro alcuni tipi di esteri e la presenza di altre sostanze chimiche nella polpa può inibire la loro attività.
Gli scienziati sono sempre alla ricerca di nuovi enzimi e modificazioni genetiche di enzimi esistenti; per ampliare i loro intervalli di temperatura e pH effettivi e le capacità del substrato.
Alcuni pensieri al momento della conclusione
In termini di emissioni di gas serra, è in discussione se il costo di produzione e utilizzo del bioetanolo sia inferiore a quello della raffinazione e della combustione di combustibili fossili. La produzione di bioetanolo (coltivazione di colture, spedizioni, produzione) richiede ancora un ampio input di risorse non rinnovabili.
Biotecnologia e gli enzimi hanno cambiato molto del modo in cui funziona il mondo e come viene mitigato l'inquinamento umano. Al momento, resta da vedere come gli enzimi continueranno a influenzare la vita di tutti i giorni; tuttavia, se il presente è un'indicazione, è probabile che gli enzimi possano continuare ad essere utilizzati per cambiamenti positivi nel nostro modo di vivere.