Вот несколько примеров ферментной биотехнологии, которую вы можете использовать каждый день в собственном доме. Во многих случаях в коммерческих процессах сначала использовались природные ферменты. Однако это не означает, что используемые ферменты были настолько эффективными, насколько могли.
Со временем, исследованиями и улучшенными методами белковой инженерии многие ферменты были генетически модифицированы. Эти модификации позволяют им быть более эффективными при желаемых температурах, pH или других производственных условиях, которые обычно не подходят для активности ферментов (например, агрессивных химикатов). Они также более применимы и эффективны для промышленного или домашнего применения.
Удаление стикеров
Ферменты используются в целлюлозно-бумажной промышленности для удаления «липких материалов» - клеев, адгезивов и покрытий, которые попадают в целлюлозную массу во время переработки бумаги. Клейкие материалы - это липкие, гидрофобные, податливые органические материалы, которые не только снижают качество конечного бумажного продукта, но и могут забивать оборудование бумажной фабрики и приводить к простоям в часах.
Исторически сложилось так, что химические методы удаления липких материалов не были на 100% удовлетворительными. Липкие вещества удерживаются вместе сложноэфирными связями, и использование ферментов эстеразы в пульпе значительно улучшило их удаление.
Эстеразы разрезают липкие вещества на более мелкие, более растворимые в воде соединения, облегчая их удаление из мякоти. С начала этого десятилетия эстеразы стали обычным методом борьбы с прилипанием.
Моющие средства
Ферменты используются во многих детергентах более 30 лет с тех пор, как они были впервые представлены компанией Novozymes. Традиционное использование ферментов в моющих средствах для стирки включает те, которые разрушают белки, вызывая пятна, такие как пятна от травы, красного вина и почвы. Липазы - еще один полезный класс ферментов, которые можно использовать для растворения жирных пятен и очистки жироуловителей или других чистящих средств на жировой основе.
В настоящее время популярной областью исследований является изучение ферментов, которые могут переносить или даже иметь более высокую активность при высоких и низких температурах. Поиск термотолерантных и криотолерантных ферментов охватил весь мир. Эти ферменты особенно желательны для улучшения процессов стирки в циклах горячей воды и / или при низких температурах для стирки цветных и темных вещей.
Они также полезны для промышленных процессов, где требуются высокие температуры, или для биоремедиации в суровых условиях (например, в Арктике). Рекомбинантные ферменты (сконструированные белки) ищутся с использованием различных технологий ДНК, таких как сайт-направленный мутагенез и перетасовка ДНК.
Текстиль
Ферменты сейчас широко используются для подготовки тканей, из которых сделана одежда, мебель и другие предметы домашнего обихода. Растущие требования к сокращению загрязнения, вызываемого текстильной промышленностью, подпитывают биотехнологические достижения, которые заменили агрессивные химикаты ферментами почти во всем текстильном производстве процессы.
Ферменты используются для улучшения подготовки хлопка к ткачеству, уменьшения количества примесей, минимизации «натягиваний» ткани или в качестве предварительной обработки перед окраской, чтобы сократить время полоскания и улучшить качество цвета.
Все эти шаги не только делают процесс менее токсичным и экологически чистым, но и сокращают затраты, связанные с производственным процессом; и снизить потребление природных ресурсов (воды, электричества, топлива), одновременно улучшив качество конечного текстильного продукта.
Еда и напитки
Это домашнее применение ферментной технологии, с которым уже знакомо большинство людей. Исторически сложилось так, что люди веками использовали ферменты в ранние биотехнологические практики, чтобы производить продукты, даже не подозревая об этом.
В прошлом было возможно с меньшими технологиями производить вино, пиво, уксус и сыры, потому что ферменты в дрожжах и присутствующие бактерии позволяли это делать.
Биотехнология позволила выделить и охарактеризовать конкретные ферменты, ответственные за эти процессы. Это позволило разработать специализированные сорта для конкретных целей, которые улучшают вкус и качество каждого продукта.
Снижение затрат и сахар
Также можно использовать ферменты, чтобы сделать процесс более дешевым и предсказуемым, поэтому качественный продукт гарантирован при приготовлении каждой партии. Другие ферменты сокращают время, необходимое для старения, помогают осветлить или стабилизировать продукт или помогают контролировать содержание алкоголя и сахара.
В течение многих лет ферменты использовались для превращения крахмала в сахар. Кукурузные и пшеничные сиропы используются в пищевой промышленности в качестве подсластителей. При использовании ферментной технологии производство этих подсластителей может быть дешевле, чем использование сахара из сахарного тростника. Ферменты были разработаны и улучшены с использованием биотехнологических методов на каждом этапе процесс производства продуктов питания.
Кожа
В прошлом процесс дубления шкуры в пригодную для использования кожу включал использование многих вредных химикатов. Ферментные технологии продвинулись так, что некоторые из этих химикатов можно заменять, одновременно увеличивая скорость и эффективность процесса.
Ферменты можно применять на первых этапах, когда с кожи удаляются жир и волосы. Они также используются во время чистки, удаления кератина и пигментов, а также для повышения мягкости кожи. Кожа также стабилизируется в процессе дубления, чтобы предотвратить ее гниение при использовании определенных ферментов.
Биоразлагаемый пластик
Пластмассы, производимые традиционными методами, получают из невозобновляемых углеводородных ресурсов. Они состоят из длинных полимерных молекул, которые прочно связаны друг с другом и не могут быть легко разрушены разлагающимися микроорганизмами.
Биоразлагаемый пластик может быть изготовлен с использованием растительных полимеров из пшеницы, кукурузы или картофеля и состоять из более коротких, легко разлагаемых полимеров. Поскольку биоразлагаемые пластмассы более растворимы в воде, многие современные продукты, которые их содержат, представляют собой смесь биоразлагаемых и неразлагаемых полимеров.
Некоторые бактерии могут производить в своих клетках гранулы пластика. Гены ферментов, участвующих в этом процессе, были клонированы в растения, которые могут производить гранулы в своих листьях. Стоимость пластмасс на растительной основе ограничивает их использование, и они не получили широкого признания потребителей.
Биоэтанол
Биоэтанол - это биотопливо это уже получило широкое признание общественности. Возможно, вы уже используете биоэтанол, когда добавляете топливо в свой автомобиль. Биоэтанол можно производить из крахмалистых растительных материалов с использованием ферментов, способных эффективно производить преобразование.
В настоящее время кукуруза является широко используемым источником крахмала; тем не менее, растущий интерес к биоэтанолу вызывает опасения, так как цены на кукурузу растут, а поставка продовольствия находится под угрозой. Другие растения, такие как пшеница, бамбук или травы, являются возможными кандидатами в источники крахмала для производства биоэтанола.
Ограничения по ферментам
Как ферменты, они имеют свои ограничения. Обычно они эффективны только при умеренной температуре и pH. Кроме того, определенные эстеразы могут быть эффективны только против определенных типов сложных эфиров, а присутствие других химических веществ в пульпе может подавлять их активность.
Ученые постоянно ищут новые ферменты и генетические модификации существующих ферментов; для расширения их эффективных диапазонов температуры и pH, а также возможностей субстрата.
Некоторые мысли по окончании
Что касается выбросов парниковых газов, то ведутся споры о том, меньше ли стоимость производства и использования биоэтанола, чем стоимость очистки и сжигания ископаемого топлива. Производство биоэтанола (выращивание сельскохозяйственных культур, транспортировка, производство) по-прежнему требует большого количества невозобновляемых ресурсов.
Биотехнологии а ферменты во многом изменили то, как устроен мир, и то, как смягчается загрязнение окружающей среды. В настоящее время еще предстоит увидеть, как ферменты будут продолжать влиять на повседневную жизнь; однако, если настоящее является каким-либо признаком, вполне вероятно, что ферменты могут и дальше использоваться для положительных изменений в нашем образе жизни.