img036

, •

*■

U

ii

r ’ ‘

.

»

Biotechnologia II

LABORATORIUM

IMMOBILIZOWANE BIOKATALIZATORY

1. Wstęp

Biokatalizatorami nazywamy enzymy, kompleksy enzymów, organelle komórkowe' i całe komórki (żywe, zdolne lub niezdolne do rozmnażania się oraz nieżywe) bądź ich różnekombinacje. Źródłem pozyskiwania biokatalizatorów są drobnoustroje, rośliny i organizmy zwierzęce. Natomiast immobiltzowane biokatallzatory są to biokatalizatory posiadające formę zapewniającą ich wielokrotne stosowanie.

Immobilizacja (łac. immobilis - nieruchomy) jest zjawiskiem powszechnie występującym w przyrodzie. Wiele procesów enzymatycznych i mikrobiologicznych przebiega przy udziale enzymów i komórek związanych w sposób naturalny z rozpuszczalnymi lub nierozpuszczalnymi matrycami oraz nośnikami mechanicznymi. Drobnoustroje, np. często kolonizują środowisko, wykorzystując naturalne procesy adhezji. Większość enzymów in vivo działa w stanie związanym ze strukturami subkomórkowymi lub, jako rozpuszczalne, w określonych przedziałach (kompartmentach) komórki.

Pierwszą technologią, w której zastosowano złoże unieruchomionego biokatalizatora jest produkcja kwasu octowego przez komórki bakterii Acetobacter aceti zaadsorbowane na wiórach bukowych. Od ponad stu lat wykorzystuje się w technologii oczyszczania ścieków także złoża biologiczne z naturalnie unieruchomioną biomasą. Już w 1939 roku wydano patent na stosowanie enzymów proteolitycznych zaadsorbowanych na trocinach w przetwórstwie skór (usuwanie resztek białka zwierzęcego). W 1969 roku firma japońska (Osaka) uruchomiła ciągły proces produkcji L-aminokwasów z mieszaniny acetylo-DL-aminokwasów w reaktorze kolumnowym ze stałym złożem zawierającym L-aminoacylazę. Unieruchomione enzymy i komórki znajdują obecnie coraz szersze zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu chemicznego, farmaceutycznego i spożywczego, w których stosowane są m.in. do hydrolizy dwucukrów, do otrzymywania fruktozy, kwasów organicznych, aminokwasów, antybiotyków i nukleotydów, do stabilizacji piwa, wina i soków owocowych. Immobilizowane biokatalizatory stosowane są także w ochronie środowiska naturalnego, do degradacji zanieczyszczeń (utylizacja pochodnych ropy naftowej, metali ciężkich, biodegradacja toksycznych lub trudno degradowanych składników ścieków przemysłowych, oczyszczanie powietrza i in.).