scan0133

204

17.7.2. Stałe preparaty enzymatyczne

Otrzymywanie preparatów enzymatycznych w formie stałej ma na celu uzyskanie stabilnego, zdatnego do dłuższego przechowywania, preparatu o zwiększonej, w stosunku do roztworów wodnych, jednostkowej aktywności. Do suszenia preparatów enzymatycznych stosuje się suszarnie próżniowe, suszarnie rozpyłowe lub liofilizację. Wybór danej metody suszenia musi u-względniać wpływ procesu na aktywność enzymatyczną preparatu.

jedynie w specjalnych przypadkach, stała forma preparatu odpowiada oczyszczonemu białku. Zwykle uzyskuje się preparaty w formie stałej w wyniku dodania odpowiedniego wypełniacza. Wypełniacz dobiera się tak, aby był nie tylko substancją obojętną, ale raczej by spełniał rolę stabilizatora enzymu. Wypełniacz dodawany jest bądź do ostatniego etapu zatężania, np. suszenia rozpyłowego, bądź na wcześniejszych etapach wytwarzania preparatu.

Typowe wypełniacze dla preparatów enzymatycznych to: skrobia, zwłaszcza dla enzymów amylolitycznych, chlorek sodu, żelatyna, bentonit.

W przypadku preparatów enzymatycznych, stosowanych jako składniki proszków do prania, istotnego znaczenia nabiera przeciwdziałanie pyleniu się preparatu. W tym celu preparat jest poddawany granulacji. Znanych jest wiele technik granulacji: tabletkowanie, prasowanie, obtaczanie; szczególnie efektywne jest zastosowanie złoża fluidalnego. Otrzymywanie preparatów granulowanych obejmuje kilka operacji technologicznych: nawilżanie, mieszanie, granulację i suszenie.

17.7.3. Unieruchomione enzymy

Wydzielanie i oczyszczanie enzymów, zwłaszcza wewnątrzkomórkowych jest kosztowne. Zgodnie z zasadą najlepszego wykorzystania surowców dąży się do wielokrotnego użycia enzymu — katalizatora. Nie można tego uzyskać w przypadku stosowaniu roztworów enzymów. Oddzielenie enzymów od płynu poreakcyjnego jest zbyt kosztowne. Rozwiązaniem problemu jest unieruchomianie enzymów (bądź całych komórek) na odpowiednim nośniku. Technika taka pozwala także na stosowanie reaktorów przepływowych, to znaczy o działaniu ciągłym.

Metody unieruchamiania enzymów zostały omówione w rozdziale 7.6.

Unieruchomione enzymy wykazują większą stabilność i efektywność działania, wolniej się dezaktywnją.

W praktyce przemysłowej wykorzystywana jest unieruchomiona deacylaza penicylinowa w produkcji penicylin półsyntetycznych (rozdz. 18.1) oraz izomeraza glukozowa w produkcji syropów glukozowo-fruktozowych (rozdz. 17.9.4).

17.8, Kataliza enzymatyczna w mediach niekonwencjonalnych

Woda stanowi naturalne środowisko działania enzymów. Możliwe jest też prowadzenie przemian enzymatycznych w niekonwencjonalnych rozpuszczalnikach, obejmujących rozpuszczalniki organiczne i płyny w stanie nadkrytycz-nym. Możliwości prowadzenia reakcji w tego rodzaju środowisku są szczególnie interesujące w przypadku substratów słabo rozpuszczalnych w wodzie. Do głównych zalet katalizy enzymatycznej w niekonwencjonalnych rozpuszczalnikach można zaliczyć: wysoką rozpuszczalność substratów i produktów przemian, możliwość zmniejszenia efektów inhibicji, łatwiejsze wydzielenie produktu, przesunięcie równowagi reakcji. Należy się jednak liczyć z możliwością denaturacji enzymów oraz wzrostem złożoności układów reakcyjnych.

Dobór odpowiedniego rozpuszczalnika stanowi kluczowy element w niekonwencjonalnej katalizie enzymatycznej. Podstawowymi kryteriami doboru jest: z jednej strony - uzyskiwanie wysokich wydajności reakcji i łatwość wydzielania produktu, z drugiej zaś - trwałość preparatu enzymatycznego.

Biokataliza w organicznych rozpuszczalnikach może być prowadzona przez:

-    homogeniczne układy z rozpuszczalnikami mieszającymi się z wodą,

-    układy dwufazowe,

-    mikroemulsje,

-    odwrócone micelle,

-    rozproszenie enzymu w rozpuszczalniku bez fazy wodnej,

-    kowalencyjne modyfikowanie enzymów rozproszonych fazie organicznej.

W większości przypadków prowadzenia przemian enzymatycznych w rozpuszczalnikach organicznych w układzie występuje niewielka ilość wody. Stanowi ona otoczkę hydratacyjną enzymu, zapewniając jego stabilność.

Innym, interesującym obszarem niekonwencjonalnej katalizy enzymatycznej jest prowadzenie procesu w gazach w sianie nadkrytycznym. Najczęściej stosowany jest dwutlenek węgla, dla którego temperatura krytyczna wynosi 304 K, zaś ciśnienie krytyczne 7,38 MPa. Zalety płynące z przeprowadzenia reakcji w stanie nadkrytycznym dwutlenku węgla to:

-    niska temperatura procesu,

-    ograniczona rozpuszczalność białek w rozpuszczalniku, co umożliwia ich łatwą separację z mieszaniny reakcyjnej,

-    znaczne zmiany rozpuszczalności przy niewielkich zmianach temperatury lub ciśnienia ułatwiające separację produktów,

-    możliwość frakcjonowania i oczyszczania produktów reakcji bezpośrednio z mieszaniny reakcyjnej bez konieczności zmiany rozpuszczalnika,

-    możliwość uzyskania drobnoziarnistego produktu w wyniku rozprężenia roztworu nadkrytycznego przez dysze,

-    brak pozostałości rozpuszczalnika w końcowym produkcie.