• Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

enzymer (fremstilling og anvendelse)

Oprindelig forfatter OBJ Seneste forfatter Redaktionen

Industriel fremstilling af enzymer

Industrielle enzymer fremstilles af plantemateriale, dyrisk materiale eller mikroorganismer. Nu om dage fremstilles over 90 % af alle industrielle enzymer af mikroorganismer (især bakterier og skimmelsvampe) ved såkaldte fermenterings- eller gæringsprocesser, oftest ved anvendelse af gensplejsede mikroorganismer.

Enzymer fra plante- og dyremateriale fremstilles ved at ekstrahere det findelte materiale skånsomt med et passende ekstraktionsmiddel. Efter fjernelse af cellerester kan enzymekstraktet koncentreres og evt. videreoprenses ved forskellige proteinoprensningsmetoder.

Ved fremstilling af enzymer fra mikroorganismer dyrkes mikroorganismen aseptisk i fermentorer, der er cylindriske beholdere på 50-400 m3 forsynet med røreværk, indblæsning af steril luft, temperatur- og pH-regulering osv. Ved fermenteringens start påfyldes fermentoren næringsmedie for mikroorganismen, fx bestående af glukose, stivelse, proteiner (sojabønner, korn osv.) og næringssalte. Fermentoren steriliseres, og efter afkøling podes den med en forkultur af den pågældende mikroorganisme. Efter ca. en uge er mikroorganismen udvokset, og fermenteringen kan standses. Ofte vil mikroorganismen udskille enzymet til det udgærede næringsmedie, hvorfra enzymet kan isoleres efter fracentrifugering af cellerne. Enzymopløsningen koncentreres ved vakuuminddampning eller ved udsaltning. Udskilles enzymet ikke fra cellerne, må de åbnes, og enzymet må ekstraheres. Også andre fermenteringsmetoder er i anvendelse, blandt andet dyrkning på fast næringsmedie.

Annonce

Inden salg må enzymet formuleres efter brugernes behov enten som opløsning tilsat konserveringsmidler, stabilisatorer osv., som tørt pulver (granuleret eller mikroindkapslet) eller som såkaldte immobile enzympræparater.

Anvendelse af enzymer

Virkningen af enzymer har været udnyttet langt tilbage i tiden ved fremstilling af ost, alkohol, øl og brød, og enzymer blev anvendt og fremstillet, før man vidste, hvad enzymer var. Det første industrielt fremstillede enzym blev markedsført af danskeren Chr. Hansen, der i 1874 startede en produktion af osteløbe fra kalvemaver.

Enzymer anvendes i stigende grad ved industrielle processer, bl.a. fordi de er naturlige katalysatorer, er meget specifikke i deres virkning og er af høj renhed. I forhold til andre kemiske processer virker de ved milde reaktionsbetingelser i simpelt procesudstyr og er mindre forurenende. Den tekniske anvendelse af enzymer sker fortrinsvis inden for vaskemiddel-, stivelses-, mejeri-, tekstil- og alkoholindustrien, der tilsammen forbruger ca. 90 % af salget af tekniske enzymer, hvoraf vaskemiddelindustrien aftager ca. halvdelen. Ca. halvdelen af de producerede enzymaktiviteter udgøres af proteinspaltende enzymer og ca. en fjerdedel af stivelsesspaltende enzymer.

Vaskemiddelindustri

Pletter på tekstiler indeholder oftest proteiner, stivelse og lipider (fedtstoffer, olier) fra spildt mælk, blod, æg, sovs, grød, fedt osv. Disse komponenter binder støv, jord og andet snavs. Tilsætning af protein-, stivelses- og lipidspaltende enzymer (henholdsvis proteinaser, amylaser og lipaser) til vaskemidlet fremmer spaltningen og øger opløseligheden af de nævnte komponenter, hvorved deres evne til at binde støv og snavs formindskes, og hele vaskeprocessen bliver mere effektiv og skånsom. Til dette formål er udviklet specielle enzymer, der bevarer stabiliteten under vaskeomstændighederne (basisk miljø og høj temperatur) og tåler andre vaskemiddelingredienser. Tilsvarende enzymer finder anvendelse ved opvask af service, rensning af kloakafløb, septiktanke osv.

På bomuldstekstiler bliver overfladen ved slid og gentagen vask fnugget, hvilket gør farven mat og stoffet mindre glat, hvorved snavs lettere hænger i. Bomuld består af cellulose, og ved tilsætning af cellulosespaltende enzymer (cellulaser) under vask opløses fnuggene, hvorved stoffet igen bliver blankt. Da cellulase virker på selve stoffet, må det anvendes med varsomhed.

Stivelsesindustri

Stivelse fremstilles af majs, kartofler, ris, tapioka m.m. og er et polysaccharid opbygget af sukkerarten glukose. Ved behandling af stivelsessuspensioner med stivelsesspaltende enzymer (amylaser) fremstilles en række sirupper med forskellig viskositet og sødhed, der finder anvendelse i bageri- og konfektureindustrien. Ved stivelsesnedbrydningen kan tilsættes yderligere stivelsesspaltende enzymer (amyloglukosidase, der fraspalter glukose, og evt. også pullulanase, der spalter forgreningspunkter). Stivelsen kan herved helt omdannes til glukose, der evt. kan videreforarbejdes og med enzymet glukoseisomerase omdannes til fruktosesirup (invertssukker), der er sødere end glukose og derfor kan erstatte saccharose (rør- eller roesukker) som sødemiddel i softdrinks osv. I USA er ca. en tredjedel af sukkermarkedet erstattet med fruktosesirup som sødemiddel. Glukoseisomerase anvendes som immobiliseret enzym.

Modificeret stivelse anvendes i papirindustrien til at styrke papir og til overfladecoating. Disse produkter fremstilles fra stivelse ved behandling med amylaser.

Mejeriindustri

Ved fremstilling af løbeoste tilsættes mælken et proteinspaltende enzympræparat (løbe, rennet), der bevirker, at mælken skiller i valle, der løber fra, og kasein, der benyttes ved ostefremstillingen. Løbe indeholder enzymet chymosin (rennin), der fremstilles fra kalvemaver. Enzymet fremkalder en svag hydrolyse af κ-kasein. Der fremstilles enzymer med lignende virkning fra mikroorganismer, og ved gensplejsning kan fremstilles et identisk enzym. Pepsin har lignende effekt. Mælk, der skal anvendes til iscreme og frosne mælkedesserter, behandles med mælkesukkerspaltende enzymer (laktase), hvorved skærbarhed og sødhed af iscreme forbedres, og udkrystallisation af hårde mælkesukkerkrystaller i disse produkter forhindres.

Tekstilindustri

Ved vævning af garner øges trådstyrken under vævningen ved at imprægnere tråden med en stivelsesbelægning (sletning). Efter vævningen fjernes denne stivelsesimprægnering (afsletning) ved at vaske stoffet med stivelsesspaltende enzymer (amylaser). Cellulosespaltende enzymer finder anvendelse til "stone-washing" af denim, hvorved stoffet får den ønskede patina ved delvis nedbrydning af cellulosefibrene i bomulden. Degummering af råsilke kan gøres skånsom ved behandling med proteinspaltende enzymer.

Alkoholindustri

Ved fremstilling af gæringssprit, brændevin osv. benyttede man tidligere malt (spiret korn), der indeholder stivelsesspaltende enzymer (α- og β-amylaser), til at omdanne stivelsen til forgærbare kulhydrater (glukose, maltose). I stedet for malt anvendes nu stivelsesspaltende enzymer fremstillet af mikroorganismer. Inden for bryggeri- og whiskyproduktionen kan malten dog ikke fuldstændig erstattes med mikrobielle amylaser, da malten bidrager med smags- og aromastoffer til disse produkter. Malt er vægtmæssigt det største enzympræparat, men da det samtidig indgår som en væsentlig råvare ved ølfremstillingen, henregnes malt ikke normalt til kommercielle enzymer.

Læderindustri

Proteinspaltende enzymer benyttes ved afhåring af huder og til fjernelse af bl.a. blod og kødrester fra hudernes inderside før garvningen.

Levnedsmiddelindustri

Ved fremstilling af frugt- og bærsaft kan saftudbytte og kvaliteten øges ved tilsætning af cellevægsspaltende enzymer. Virkningen beror på, at enzymerne spalter uopløselige polysaccharider som pektin, hemicellulose, arabaner, stivelse etc., der indgår i plantematerialet. De samme komponenter medvirker til, at frugt- og bærsafter ofte er uklare og vanskelige at filtrere. Ved tilsætning af samme type enzymer kan safter klares, og filtreringen lettes. De anvendte enzympræparater er blandinger af flere enzymer (pektinaser, cellulaser, hemicellulaser, amylaser) og fremstilles af mikroorganismer. Tilsvarende enzymer finder anvendelse ved fremstilling af planteolier, ved vinfremstilling og i bryggeriet (β-glucanase). Ved tilsætning af cellevægsspaltende enzymer til hvedemel kan man ved brødfremstilling opnå en lettere dejbehandling, ligesom fordøjeligheden af dyrefoder kan forbedres med tilsvarende enzymer.

Enzymer til analyseformål

I mindre kvantiteter fremstilles tekniske enzymer til analyseformål. Her udnyttes enzymers store specificitet over for de stoffer, de reagerer med. Ved analysemetoderne tilsætter man ud over det specifikke enzym reagenser, der reagerer med spaltningsprodukterne, så der fx dannes en farve, hvis intensitet kan måles kolorimetrisk og derved give et kvantitativt mål for det søgte stof. Men talrige andre metoder kan benyttes. Fx kan enzymer og reagenser præpareres på papirstrimler, så man blot ved at dyppe strimlen i den pågældende væske (fx urin) kan få en semikvantitativ reaktion. Også enzymer kombineret med elektroder (pH-, oxygenelektroder) kan udnyttes, så man kan få en specifik udlæsning af indholdet af det pågældende stof. Analysemetoder baseret på enzymers specificitet er vidt udbredt inden for det medicinske og biokemiske område.

Enzymer ved syntese

Eksempler på anvendelse af enzymer ved kemisk syntese er relativt få. Fremstilling af semisyntetiske penicilliner, fx ampicillin, udføres som en enzymatisk proces. Adskillelse af racemiske aminosyrer i D- og L-form (se isomeri) udføres enzymatisk, og omesterificering af triglycerider kan udføres enzymatisk.

Til synteseformål kan udgiften til enzym formindskes ved at anvende immobiliserede enzymer. Herved kan enzymet genbruges, og procesgangen kan lettes og eventuelt gøres kontinuerlig. Immobiliserede enzymer fremstilles ved, at enzymerne ved en kemisk proces polymeriseres, bindes til eller indesluttes i et inaktivt bæremedium. Kunsten ved denne proces består i at bevare enzymets aktivitet. Den største anvendelse af et immobiliseret enzym er den ovenfor nævnte fruktosefremstilling med glukoseisomerase.

Sikkerhedsforhold ved enzymer

Da enzymer er proteiner og af biologisk herkomst, er de meget miljøvenlige substanser. Produktionen af enzymer er underkastet en række regulativer og kontrol, fx om, hvilke råvarer og hvilken type mikroorganisme der må benyttes ved produktion (ikke patogen, ikke toksisk). Ved anvendelsen af gensplejsede mikroorganismer stilles særlige krav. Proteiner (enzymer) er potentielt allergene, og proteinaser kan irritere hud og øjne. Specielt må undgås, at præparaterne er støvende. Derfor foretrækkes væskeformede enzymprodukter eller ikke-støvende granulater.

Læs mere om enzymer.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Ole Bent Jørgensen: enzymer (fremstilling og anvendelse) i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 23. januar 2020 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=71295



    • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

    • Kommentar til redaktionen Vedr. enzymer (fremstilling og anvendelse) Marker den cirkel
      Send kommentar


  • Copyright

    Denne artikel må du ...

  • Kilde

    Denne artikel stammer fra:
    Leksikon

  • Historik
  • Ekspert

    NiGr