Ακολουθούν μερικά παραδείγματα βιοτεχνολογίας ενζύμων που μπορεί να χρησιμοποιείτε καθημερινά στο σπίτι σας. Σε πολλές περιπτώσεις, οι εμπορικές διεργασίες εκμεταλλεύτηκαν πρώτα τα φυσικά ένζυμα. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι τα ένζυμα που χρησιμοποιούνται ήταν τόσο αποτελεσματικά όσο θα μπορούσαν να είναι.
Με την πάροδο του χρόνου, την έρευνα και τις βελτιωμένες μεθόδους μηχανικής πρωτεΐνης, πολλά ένζυμα έχουν τροποποιηθεί γενετικά. Αυτές οι τροποποιήσεις τους επιτρέπουν να είναι πιο αποτελεσματικές στις επιθυμητές θερμοκρασίες, ρΗ ή σε άλλες συνθήκες παραγωγής που συνήθως δεν είναι κατάλληλες για ενζυματική δράση (π.χ. σκληρές χημικές ουσίες). Είναι επίσης πιο εφαρμόσιμα και αποτελεσματικά για βιομηχανικές ή οικιακές εφαρμογές.
Αφαίρεση κολλών
Ένζυμα χρησιμοποιούνται από τη βιομηχανία χαρτοπολτού και χαρτιού για την απομάκρυνση "κολλών" - τις κόλλες, τις κόλλες και τις επικαλύψεις που εισάγονται στον πολτό κατά την ανακύκλωση χαρτιού. Τα κολλώδη είναι κολλώδη, υδρόφοβα, εύκαμπτα οργανικά υλικά που όχι μόνο μειώνουν την ποιότητα του τελικού προϊόντος χαρτιού, αλλά μπορούν να φράξουν τα μηχανήματα μύλου χαρτιού και να κοστίσουν ώρες εκτός λειτουργίας.
Οι χημικές μέθοδοι για την απομάκρυνση των κολλωδών ιστορικά δεν ήταν 100% ικανοποιητικές. Τα κολλώδη συγκρατούνται μαζί με εστερικούς δεσμούς και η χρήση ενζύμων εστεράσης στον πολτό έχει βελτιώσει σε μεγάλο βαθμό την αφαίρεσή τους.
Οι εστεράσες κόβουν τα κολλώδη σε μικρότερες, περισσότερο υδατοδιαλυτές ενώσεις, διευκολύνοντας την αφαίρεσή τους από τον πολτό. Από τις αρχές του μισού αυτής της δεκαετίας, οι εστεράσες έχουν γίνει μια κοινή προσέγγιση για τον έλεγχο των κολλών.
Απορρυπαντικά
Τα ένζυμα έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλά είδη απορρυπαντικών για πάνω από 30 χρόνια από την εισαγωγή τους από την Novozymes. Η παραδοσιακή χρήση ενζύμων σε απορρυπαντικά πλυντηρίων αφορούσε εκείνα που αποικοδομούν τις πρωτεΐνες που προκαλούν λεκέδες, όπως εκείνα που βρίσκονται στους λεκέδες χόρτου, το κόκκινο κρασί και το έδαφος. Οι λιπάσες είναι μια άλλη χρήσιμη κατηγορία ενζύμων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διάλυση λιπαρών λεκέδων και τον καθαρισμό λιπαρών παγίδων ή άλλων εφαρμογών καθαρισμού με βάση το λίπος.
Επί του παρόντος, ένας δημοφιλής τομέας έρευνας είναι η διερεύνηση ενζύμων που μπορούν να ανεχθούν, ή ακόμη και να έχουν υψηλότερες δραστηριότητες, σε θερμές και κρύες θερμοκρασίες. Η αναζήτηση για θερμοστατικά και κρυοαπολυτικά ένζυμα έχει επεκταθεί στον κόσμο. Αυτά τα ένζυμα είναι ιδιαίτερα επιθυμητά για τη βελτίωση των διαδικασιών πλυντηρίου σε κύκλους ζεστού νερού και / ή σε χαμηλές θερμοκρασίες για πλύσιμο χρωμάτων και σκοτεινών.
Είναι επίσης χρήσιμες για βιομηχανικές διεργασίες όπου απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες ή για βιοαποκατάσταση υπό σκληρές συνθήκες (π.χ. στην Αρκτική). Ανασυνδυασμένα ένζυμα (τροποποιημένες πρωτεΐνες) αναζητούνται χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνολογίες DNA, όπως μεταλλαξογένεση κατευθυνόμενης τοποθεσίας και ανακατάταξη DNA.
Υφάσματα
Τα ένζυμα χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως για την προετοιμασία των υφασμάτων από τα οποία κατασκευάζονται ρούχα, έπιπλα και άλλα είδη οικιακής χρήσης. Η αύξηση των απαιτήσεων για τη μείωση της ρύπανσης που προκαλείται από τη βιομηχανία κλωστοϋφαντουργίας έχει τροφοδοτήσει τη βιοτεχνολογική προόδους που έχουν αντικαταστήσει τις σκληρές χημικές ουσίες με ένζυμα σε σχεδόν όλη την κλωστοϋφαντουργία διαδικασίες.
Τα ένζυμα χρησιμοποιούνται για να βελτιώσουν την προετοιμασία του βαμβακιού για ύφανση, να μειώσουν τις ακαθαρσίες, να ελαχιστοποιήσουν τα "τραβήγματα" στο ύφασμα ή ως προεπεξεργασία πριν πεθάνουν για να μειώσουν τον χρόνο έκπλυσης και να βελτιώσουν την ποιότητα του χρώματος.
Όλα αυτά τα βήματα όχι μόνο καθιστούν τη διαδικασία λιγότερο τοξική και φιλική προς το περιβάλλον, αλλά μειώνουν το κόστος που σχετίζεται με τη διαδικασία παραγωγής. και να μειώσει την κατανάλωση φυσικών πόρων (νερό, ηλεκτρικό ρεύμα, καύσιμα) βελτιώνοντας παράλληλα την ποιότητα του τελικού κλωστοϋφαντουργικού προϊόντος.
Τρόφιμα και ποτά
Είναι η εγχώρια εφαρμογή για την τεχνολογία ενζύμων με την οποία οι περισσότεροι άνθρωποι είναι ήδη εξοικειωμένοι. Ιστορικά, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν ένζυμα για αιώνες, στο πρώιμες βιοτεχνολογικές πρακτικές, να παράγουν τρόφιμα, χωρίς να το γνωρίζουν πραγματικά.
Στο παρελθόν, ήταν δυνατόν με λιγότερη τεχνολογία να φτιάχνουμε κρασί, μπύρα, ξύδι και τυριά, επειδή τα ένζυμα στη ζύμη και τα βακτήρια που υπάρχουν επιτρέπουν αυτό.
Η βιοτεχνολογία κατέστησε δυνατή την απομόνωση και τον χαρακτηρισμό των συγκεκριμένων ενζύμων που είναι υπεύθυνα για αυτές τις διαδικασίες. Έχει επιτρέψει την ανάπτυξη εξειδικευμένων στελεχών για συγκεκριμένες χρήσεις που βελτιώνουν τη γεύση και την ποιότητα κάθε προϊόντος.
Μείωση κόστους και ζάχαρη
Τα ένζυμα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να κάνουν τη διαδικασία φθηνότερη και πιο προβλέψιμη, έτσι εξασφαλίζεται ένα ποιοτικό προϊόν με κάθε παρτίδα που παρασκευάζεται. Άλλα ένζυμα μειώνουν το χρονικό διάστημα που απαιτείται για τη γήρανση, βοηθούν στην αποσαφήνιση ή σταθεροποίηση του προϊόντος ή στον έλεγχο του περιεχομένου αλκοόλης και σακχάρου.
Εδώ και χρόνια, τα ένζυμα χρησιμοποιούνται για να μετατρέψουν το άμυλο σε ζάχαρη. Τα σιρόπια καλαμποκιού και σιταριού χρησιμοποιούνται σε όλη τη βιομηχανία τροφίμων ως γλυκαντικά. Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία ενζύμων, η παραγωγή αυτών των γλυκαντικών μπορεί να είναι λιγότερο δαπανηρή από τη χρήση ζάχαρης από ζαχαροκάλαμο. Ένζυμα έχουν αναπτυχθεί και βελτιωθεί χρησιμοποιώντας βιοτεχνολογικές μεθόδους για κάθε βήμα στο διαδικασία παραγωγής τροφίμων.
Δέρμα
Στο παρελθόν, η διαδικασία μαυρίσματος δερμάτων σε χρησιμοποιήσιμο δέρμα περιελάμβανε τη χρήση πολλών επιβλαβών χημικών. Η τεχνολογία ενζύμου έχει προχωρήσει έτσι ώστε ορισμένες από αυτές τις χημικές ουσίες να μπορούν να αντικατασταθούν αυξάνοντας παράλληλα την ταχύτητα και την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας.
Τα ένζυμα μπορούν να εφαρμοστούν στα πρώτα βήματα όπου το λίπος και τα μαλλιά αφαιρούνται από τις δορές. Χρησιμοποιούνται επίσης κατά τον καθαρισμό και την απομάκρυνση της κερατίνης και των χρωστικών και για την ενίσχυση της απαλότητας του δέρματος. Το δέρμα σταθεροποιείται επίσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μαυρίσματος για να αποφευχθεί η σήψη του κατά τη χρήση ορισμένων ενζύμων.
Βιοαποικοδομήσιμο πλαστικό
Τα πλαστικά που κατασκευάζονται με παραδοσιακές μεθόδους προέρχονται από μη ανανεώσιμους πόρους υδρογονανθράκων. Αποτελούνται από μακρά μόρια πολυμερούς που συνδέονται στενά το ένα με το άλλο και δεν μπορούν να διασπαστούν εύκολα με αποσύνθεση μικροοργανισμών.
Βιοαποικοδομήσιμα πλαστικά μπορεί να παρασκευαστεί χρησιμοποιώντας φυτικά πολυμερή από σιτάρι, καλαμπόκι ή πατάτες, και αποτελείται από μικρότερα, πιο εύκολα αποικοδομημένα πολυμερή. Δεδομένου ότι τα βιοαποικοδομήσιμα πλαστικά είναι περισσότερο υδατοδιαλυτά, πολλά τρέχοντα προϊόντα που τα περιέχουν είναι ένα μείγμα βιοαποικοδομήσιμων και μη αποικοδομήσιμων πολυμερών.
Ορισμένα βακτήρια μπορούν να παράγουν κόκκους πλαστικού στα κύτταρα τους. Τα γονίδια για τα ένζυμα που εμπλέκονται σε αυτήν τη διαδικασία έχουν κλωνοποιηθεί σε φυτά που μπορούν να παράγουν τους κόκκους στα φύλλα τους. Το κόστος των πλαστικών με βάση τα φυτά περιορίζει τη χρήση τους και δεν έχουν ανταποκριθεί σε ευρεία αποδοχή των καταναλωτών.
Βιοαιθανόλη
Η βιοαιθανόλη είναι α βιοκαύσιμο που έχει ήδη γνωρίσει την ευρεία αποδοχή του κοινού. Ίσως χρησιμοποιείτε ήδη βιοαιθανόλη όταν προσθέτετε καύσιμο στο όχημά σας. Η βιοαιθανόλη μπορεί να παραχθεί από αμυλούχα φυτικά υλικά χρησιμοποιώντας ένζυμα ικανά να κάνουν αποτελεσματικά τη μετατροπή.
Προς το παρόν, το καλαμπόκι είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη πηγή αμύλου. Ωστόσο, το αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη βιοαιθανόλη δημιουργεί ανησυχίες καθώς αυξάνονται οι τιμές του καλαμποκιού και απειλείται το καλαμπόκι καθώς η προσφορά τροφίμων Άλλα φυτά όπως σιτάρι, μπαμπού ή τύποι χόρτων είναι πιθανές υποψήφιες πηγές αμύλου για παραγωγή βιοαιθανόλης.
Περιορισμοί ενζύμων
Ως ένζυμα, έχουν τους περιορισμούς τους. Είναι συνήθως αποτελεσματικά μόνο σε μέτρια θερμοκρασία και ρΗ. Επίσης, ορισμένες εστεράσες μπορεί να είναι αποτελεσματικές μόνο έναντι ορισμένων τύπων εστέρων και η παρουσία άλλων χημικών στον πολτό μπορεί να αναστείλει τη δραστηριότητά τους.
Οι επιστήμονες αναζητούν πάντα νέα ένζυμα και γενετικές τροποποιήσεις των υπαρχόντων ενζύμων. να διευρύνουν την αποτελεσματική τους κλίμακα θερμοκρασίας και pH και τις δυνατότητες υποστρώματος.
Μερικές σκέψεις κατά την ολοκλήρωση
Όσον αφορά τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου, βρίσκεται υπό συζήτηση εάν το κόστος παραγωγής και χρήσης βιοαιθανόλης είναι μικρότερο από αυτό του καθαρισμού και της καύσης ορυκτών καυσίμων. Η παραγωγή βιοαιθανόλης (καλλιέργεια καλλιεργειών, ναυτιλία, μεταποίηση) εξακολουθεί να απαιτεί μεγάλη εισροή μη ανανεώσιμων πόρων.
Βιοτεχνολογία και τα ένζυμα έχουν αλλάξει μεγάλο μέρος του τρόπου λειτουργίας του κόσμου και του τρόπου μετριασμού της ανθρώπινης ρύπανσης. Προς το παρόν, μένει να δούμε πώς τα ένζυμα θα συνεχίσουν να επηρεάζουν την καθημερινή ζωή. Ωστόσο, εάν το παρόν είναι οποιαδήποτε ένδειξη, είναι πιθανό τα ένζυμα να συνεχίσουν να χρησιμοποιούνται για θετικές αλλαγές στον τρόπο ζωής μας.