Czasopismo | CHEMIK | Rocznik 2024 - zeszyt 1

Zastosowanie enzymów w produkcji przemysłowej

Use of enzymes in industrial production

10.15199/5.2024.1.2

nr katalogowy: 148525
10.15199/5.2024.1.2

Streszczenie

Wprowadzane przez Unię Europejską regulacje, normy i dyrektywy w ramach wspierania ochrony środowiska oraz zrównoważonego rozwoju gospodarki wymuszają transformacje w produkcjach przemysłowych. Rozwój zielonych technologii stał się wiodącym nurtem zmian w przemyśle chemicznym. W szczególności warte uwagi są rozwiązania biotechnologiczne, których wdrożenie oferuje wiele zalet, nie tylko w obszarze ochrony środowiska, lecz także w poprawie bezpieczeństwa procesowego oraz efektywności i ekonomiczności całej produkcji. Procesy biokatalityczne charakteryzuje ponadto wysoka selektywność i wydajność produkcji, łagodne warunki procesowe oraz wysoka czystość i jakość otrzymywanych produktów, co potwierdza ich ogromny potencjał użytkowy w syntezach przemysłowych w przyszłości.

Abstract

A review, with 62 refs. of the use of enzymes in the chem., pharmaceutical, cosmetic and food industries. Special attention was paid to the use of lipases. Enzyme technologies developed by companies such as Kaneka, Pfizer and BASF were presented. The problem of loss of enzyme activity and various methods of enzyme immobilization on carriers as well as technologies for using immobilized enzymes in industry were discussed.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] „Agenda na rzecz zrównoważonego rozwoju 2030” Organizacja Narodów Zjednoczonych. Rezolucja przyjęta przez Zgromadzenie Ogólne w dniu 25 września 2015 r.
[2] Aditya K., Lavanya K.S., Jaya P., Mohit M. , Prasanna K. S., Green catalysis for chemical transformation: The need for the sustainable development, Curr. Ress. Green Sustain. Chem., 2022, 5
[3] Scheldon, R.A., Woodley, J.M., Role of biocatalysis in sustainable chemistry. Chem. Rev. 2018, 118, 801–838.
[4] Lewis T. , Stone W. L., Biochemistry, Proteins Enzymes, StatPearls Publishing, 2023.
[5] Selvaraj C., Rudhra O., Alothaim A. S., Alkhanani M., Singh S. K., Structure and chemistry of enzymatic active sites that play a role in the switch and conformation mechanism, Adv. Protein Chem. Struct. Biol., 2022, 130, 59-83.
[6] Pytka M., Janas P., Kordowska-Wiater M., Wybrane enzymy pochodzenia mikrobiologicznego stosowane w przemyśle spożywczym, Przemysł Spożywczy, 12, 2019, 28-32.
[7] Porto de Souza Vandenberghe L., Karp S. G., Binder Pagnoncelli M. G., von Linsingen Tavares M., Ne Libardi N., Valladares Diestra K., Aparecida Viesser J., Soccol C. R., Chapter 2 – Classification of enzymes and catalytic properties, Biomass, Biofuels, Biochemicals, 2020, 11-30.
[8] Robinson P. K., Enzymes: principles and biotechnological applications, Essays Biochem., 2015, 59, 1-41.
[9] Kuo T. M., Gardnera H., Lipid Biotechnology. CRC Press, 2002, 1.
[10] Khan F. I., Lan D., Durrani R., Huan W., Zhao Z., Wang Y., The Lid Domain in Lipases: Structural and Functional Determinant of Enzymatic Properties. Front Bioeng. Biotechnol., 2017, 5, 16
[11] Arana-Peña S., Rios N. S., Carballares D., Gonçalves L. R.B., FernandezLafuente R., Immobilization of lipases via interfacial activation on hydrophobic supports: Production of biocatalysts libraries by altering the immobilization conditions, Catalysis Today, 2021, 362, 130-140.
[12] Ali S, Khan SA, Hamayun M, Lee IJ. The Recent Advances in the Utility of Microbial Lipases: A Review. Microorganisms., 2023, 17, 11.
[13] Mehta A., Guleria S., Sharma R., Gupta R., 6 – The lipases and their applications with emphasis on food industry, Microb. Biotechnol. Food Health, 2021, 143-164.
[14] Król M., Enzymy w przemyśle spożywczym, J. NutriLife, 2014, 4, 2300-8938.
[15] Ashok K., Sharma P., Lipase-catalyzed ester synthesis in organic media, A Review, 2012 , 2 , 91–119
[16] Chandra P., Enespa, Singh R., Arora P. K., Microbial lipases and their industrial applications: a comprehensive review. Microb. Cell. Fact. 2020, 26, 19, 169.
[17] Lakshmi, L.B., AudipudiA. V.,Biochemical Characterization of Extracellular Lipase from an Improved Strain of Penicillium Citrinum KU613360, Ann. Rom. Soc. Cell Biol., 2021 , 25 , 7758–7770.
[18] Ma X., Kexin Z., Yonggang, W., Ebadi A. G., Toughani M., Optimization of LowTemperature Lipase Production Conditions and Study on Enzymatic Properties of Aspergillus NigerIran, J. Chem. Chem. Eng., 2021, 40 , 1364–1374.
[19] Yang, X., Zhang, Y., Pang, H., Yuan, S., Wang, X., Hu, Z., Zhou, Q., He Y., Yan, Y., Xu L., Codisplay of Rhizopus oryzae and Candida rugosa lipases for biodiesel production. Catalysts 2021, 11, 421.
[20] Phukon L. C., Chourasia R., Kumari M., Godan T. K., Sahoo D., Parameswaran B., Rai A. K., Production and characterisation of lipase for application in detergent industry from a novel Pseudomonas helmanticensis HS6, Bioresour Technol., 2020, 309.
[21] Szelwicka, A.; Erfurt, K.; Jurczyk, S.; Boncel, S.; Chrobok, A. Outperformance in Acrylation: Supported D-glucose-based ionic liquid phase on MWCNTs for immobilized lipase B from Candida antarctica as catalytic system. Materials 2021, 14, 3090.
[22] Drożdż, A.; Chrobok, A.; Baj, S.; Szymańska, K.; Mrowiec-Białoń, J.; Jarzębski, AB Chemo-enzymatyczne utlenianie Baeyera-Villigera cyklicznych ketonów z wykorzystaniem wydajnej lipazy na nośniku krzemionkowym jako biokatalizatora. Appl. Katal. A Gen. 2013 , 467 , 163–170.
[23] Szelwicka, A.; Chrobok, A. Metody zwiększania aktywności i stabilności enzymów w procesach prowadzonych w obecności cieczy jonowych. Przem. Chem. 2018 , 97 , 89–93.
[24] Wu S., Snajdrova R., Moore J. C., Baldenius K., Bornscheuer U. T., Biocatalysis: Enzymatic Synthesis for Industrial Applications, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2021, 4, 60, 88-119.
[25] Basso A., Serban S., Industrial applications of immobilized enzymes— A review, Mol. Catal, 2019, 479.
[26] Imam H. T., Marr P. C., Marr A.C., Enzyme entrapment, biocatalyst immobilization without covalent attachment, Green Chem., 2021, 23.
[27] Nowak D. Enzymy jako nowoczesne narzędzie technologiczne. Agro Przem., 2008, 28 – 30.
[28] Coelho M. M., Fernandes C., Remião F., Tiritan M.E., Enantioselectivity in Drug Pharmacokinetics and Toxicity: Pharmacological Relevance and Analytical Methods., Molecules, 2021, 26, 3113.
[29] Schmid A., Dordick J. S., Hauer B., Kiener A., Wubbolts M., Witholt B., Industrial biocatalysis today and tomorrow. Nature, 2001, 409, 258-68.
[30] Bednarski W., J. Fiedurek, M. Adamczyk, R. Gawroński, J. Leman, K. Szewczyk. Podstawy biotechnologii przemysłowej. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2015.
[31] Choi J.M., Han S.S., Kim H.S., Industrial applications of enzyme biocatalysis: Current status and future aspects. Biotechnol. Adv., 2015, 33, 1443-54.
[32] ChiralVision, Industrial Biocatalists, Biocatalysis with Standard Hydrolytic Bulk Enzymes, Speciality Chem. Magazine, 2007, 27, 8.
[33] Thayer A. M., Biocatalysis helps reach a resolution, Chem.l & Eng. News, 2006, 84, 29-31.
[34] Willke T., Vorlop K.D., Biotechnological production of itaconic acid. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2001, 56, 289-95.
[35] Cunha da Cruz J., Machado de Castro A.,Camporese Sérvulo E.F., World market and biotechnological production of itaconic acid. 3 Biotech. 2018, 138.
[36] Li C., Ong K.L., Cui Z., Sang Z., Li X., Patria R.D., Qi Q., Fickers P., Yan J., Lin C.S.K., Promising advancement in fermentative succinic acid production by yeast hosts., J. Hazard. Mater. 2021, 401.
[37] https://www.dsm.com/corporate/news/news-archive/2011/36-11-dsmand-roquette-to-open-commercial-scale-bio-based-succinic-acidplant-2012.html 9 maja 2011.
[38] https://www.orlen.pl/pl/o-firmie/media/komunikaty-prasowe/2022/ kwiecien/W-ORLEN-Poludnie-powstaje-innowacyjny-bioprodukt 13 kwiecień 2022.
[39] Bangar S.P. , Suri S., Trif M., Ozogul F., Organic acids production from lactic acid bacteria: A preservation approach, Food Biosci., 2022, 46.
[40] Abdelraheem E. M. M., Busch H., Hanefeld U., Tonin F., Biocatalysis explained: from pharmaceutical to bulk chemical production, React. Chem. Eng., 2019, 4, 1878-1894.
[41] https://www.bionity.com/en/news/165409/basf-inaugurates-enzymebased-production-plant-for-biocatalyzed-acrylamide.html 24.10.2017.
[43] https://products.basf.com/global/en/ci/chipros-r-4-meo-pea.html
[44] https://www.sigmaaldrich.com/PL/pl/technical-documents/technical article/chemistry-and-synthesis/reaction-design-and-optimization/chiproschiral-amines
[45] https://products.basf.com/global/en/ci/30154849.html
[46] Choińska R., Dąbrowska K., Świsłocka R., Lewandowski W., Świergiel A.H., Antimicrobial Properties of Mandelic Acid, Gallic Acid and their Derivatives, Mini. Rev. Med. Chem., 2021, 21, 2544-2550.
[47] JacobsS.W., Culbertson E.J., Effects of Topical Mandelic Acid Treatment on Facial Skin Viscoelasticity, Facial Plast. Surg., 2018, 34, 651-656.
[48] https://www.kaneka.co.jp/en/topics/news/2022/ennr2202071.html , 7 luty 2022.
[49] Novozhilov Y. V., Dorogov M. V., Blumina M. V., Smirnov A.V., Krasavin M., An improved kilogram-scale preparation of atorvastatin calcium. Chem Cent J. 2015, 9, 7.
[50] Grajales D. B., Sewdat N., Leo R., Kar S.,Unveiling abrocitinib: A thorough examination of the 2022 USFDA-approved treatment for atopic dermatitis (AD), Med. Drug. Discov. 2023, 20
[51] Khana M. R., Immobilized enzymes: a comprehensive review., Bull. Natl. Res. Cent., 2021, 45, 207.
[52] Datta S., Christena L. R. , Rajaram Y. R. S., Enzyme immobilization: an overview on techniques and support materials., 3 Biotech., 2013, 3, 1–9.
[53] Mohamad N.R., Marzuki N.H., Buang N.A., Huyop F., Wahab R.A., An overview of technologies for immobilization of enzymes and surface analysis techniques for immobilized enzymes., Biotechnol Biotechnol Equip, 2015, 29, 205-220.
[54] Michael J. Moehlenbrock, Shelley D. Minteer, Introduction to the Field of Enzyme Immobilization and Stabilization, Methods in Mol. Bil., 2016.
[55] Sirisha V.L., Jain A., Jain A.,Enzyme Immobilization: An Overview on Methods, Support Material, and Applications of Immobilized Enzymes. Adv. Food Nutr. Res., 2016, 79, 179-21.
[56] Maghraby Y.R., El-Shabasy R.M., Ibrahim A.H., Azzazy H.M.E., Enzyme Immobilization Technologies and Industrial Applications. ACS Omega. 2023, 8, 5184-5196.
[57] JoséC., Austic G.B., Bonetto R.D., Burton R. M., Briand L.E., Investigation of the stability of Novozym® 435 in the production of biodiesel, Catal. Today, 2013, 213, 73-80.
[58] Thangaraj B., Solomon P. R., Muniyandi B., Ranganathan S., Lin L.,Catalysis in biodiesel production—a review, Clean Energy, 2019, 3, 2–23.
[59] Maugard T., Rajasse B., Synthesis of Water-Soluble Retinol Derivatives by Enzymatic Method, Biotech. Progress, 2002, 18, 424-428.
[60] https://www.naturalproductsinsider.com/healthy-living/ioi-loders-croklaanawarded-worldwide-patents-for-betapol-1 kwiecień 2012
[61] https://biodieselmagazine.com/articles/natural-selection-of-biodieselprocess-technology-2516242 3 stycznia 2018
[62] Mathew G.M., Raina D., Narisetty V., Kumar V., Saran S., Pugazhendi A., Sindhu R., Pandey A., Binod P., Recent advances in biodiesel production: Challenges and solutions. Sci Total Environ., 2021, 794.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


CHEMIK- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-1 , nr katalogowy 148525 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


CHEMIK- e-zeszyt (pdf) 2024-1 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	49.00 zł

Prenumerata

CHEMIK - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

150.00 zł

CHEMIK - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy

Szczegóły pakietu

300.00 zł

Zeszyt

2024-1

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma