Här är några exempel på enzymbioteknik som du kan använda varje dag i ditt eget hem. I många fall utnyttjade de kommersiella processerna först naturligt förekommande enzymer. Detta betyder dock inte att det eller de enzymer som används var så effektiva som de kunde vara.
Med tiden, forskning och förbättrade proteinkonstruktionsmetoder har många enzymer genetiskt modifierats. Dessa modifieringar gör det möjligt för dem att vara mer effektiva vid önskade temperaturer, pH eller andra tillverkningsförhållanden som vanligtvis är olämpliga för enzymaktivitet (t.ex. hårda kemikalier). De är också mer användbara och effektiva för industriella eller hemma applikationer.
Ta bort klistermärken
Enzymer används av massa- och pappersindustrin för att ta bort ”klister” - lim, lim och beläggningar som införs i massan under återvinning av papper. Stickies är klibbiga, hydrofoba, smidiga organiska material som inte bara minskar kvaliteten på den slutliga pappersprodukten utan kan täppa till pappersbrukens maskiner och kosta stilleståndstimmar.
Kemiska metoder för avlägsnande av klister har historiskt inte varit 100% tillfredsställande. Klistermärken hålls samman av esterbindningar, och användningen av esterasenzymer i massa har avsevärt förbättrat borttagningen.
Esteraser skär klisterna i mindre, mer vattenlösliga föreningar, vilket underlättar deras borttagning från massan. Sedan början av detta decennium har esteraser blivit ett vanligt tillvägagångssätt för att kontrollera stickies.
Tvättmedel
Enzymer har använts i många typer av tvättmedel i över 30 år sedan de först introducerades av Novozymes. Traditionell användning av enzymer i tvättmedel involverade de som bryter ned proteiner som orsakar fläckar, såsom de som finns i gräsfläckar, rött vin och jord. Lipaser är en annan användbar klass av enzymer som kan användas för att lösa upp fettfläckar och rengöra fettfällor eller andra fettbaserade rengöringsapplikationer.
För närvarande är ett populärt forskningsområde undersökning av enzymer som tål, eller till och med har högre aktiviteter, i varma och kalla temperaturer. Sökandet efter termotoleranta och kryotoleranta enzymer har spänt över hela världen. Dessa enzymer är speciellt önskvärda för att förbättra tvättprocesser i varmvattencykler och / eller vid låga temperaturer för tvättning av färger och mörker.
De är också användbara för industriella processer där höga temperaturer krävs eller för bioremediering under svåra förhållanden (t.ex. i Arktis). Rekombinanta enzymer (konstruerade proteiner) söks med hjälp av olika DNA-tekniker, såsom platsriktad mutagenes och DNA-blandning.
Textilier
Enzymer används nu allmänt för att förbereda de tyger som kläder, möbler och andra hushållsartiklar är gjorda av. Ökande krav på att minska föroreningar orsakade av textilindustrin har drivit bioteknologin framsteg som har ersatt hårda kemikalier med enzymer i nästan all textiltillverkning processer.
Enzymer används för att förbättra beredningen av bomull för vävning, minska föroreningar, minimera "drag" i tyg eller som förbehandling före färgning för att minska sköljtiden och förbättra färgkvaliteten.
Alla dessa steg gör inte bara processen mindre giftig och miljövänlig, utan minskar kostnaderna för produktionsprocessen; och minska konsumtionen av naturresurser (vatten, el, bränslen) och samtidigt förbättra kvaliteten på den slutliga textilprodukten.
Mat och dryck
Det är den inhemska applikationen för enzymteknik som de flesta redan känner till. Historiskt har människor använt enzymer i århundraden, i tidiga biotekniska metoder, att producera mat, utan att verkligen veta det.
Tidigare var det möjligt med mindre teknik att göra vin, öl, vinäger och ostar, eftersom enzymerna i jäst och de närvarande bakterierna tillät det.
Bioteknik har gjort det möjligt att isolera och karakterisera de specifika enzymer som är ansvariga för dessa processer. Det har gjort det möjligt att utveckla specialiserade stammar för specifika användningsområden som förbättrar varje produkts smak och kvalitet.
Kostnadsminskning och socker
Enzymer kan också användas för att göra processen billigare och mer förutsägbar, så en kvalitetsprodukt säkerställs med varje bryggad sats. Andra enzymer minskar den tid som krävs för åldrande, hjälper till att klargöra eller stabilisera produkten eller hjälpa till att kontrollera alkohol- och sockerinnehållet.
I flera år har enzymer använts för att göra stärkelse till socker. Majs- och vetesirap används i hela livsmedelsindustrin som sötningsmedel. Med hjälp av enzymteknik kan produktionen av dessa sötningsmedel vara billigare än att använda sockerrörsocker. Enzymer har utvecklats och förbättrats med bioteknologiska metoder för varje steg i process för livsmedelsproduktion.
Läder
Tidigare involverade garvningsprocessen i användbart läder användningen av många skadliga kemikalier. Enzymtekniken har avancerat så att vissa av dessa kemikalier kan bytas ut samtidigt som processens hastighet och effektivitet ökar.
Enzymer kan appliceras i de första stegen där fett och hår tas bort från hudarna. De används också vid rengöring och avlägsnande av keratin och pigment och för att förbättra hudens mjukhet. Läder stabiliseras också under garvningsprocessen för att förhindra att det ruttnar vid användning av vissa enzymer.
Biologiskt nedbrytbar plast
Plast som tillverkas med traditionella metoder kommer från icke förnybara kolväteresurser. De består av långa polymermolekyler som är tätt bundna till varandra och inte lätt kan brytas ned genom nedbrytning av mikroorganismer.
Biologiskt nedbrytbar plast kan framställas med användning av växtpolymerer från vete, majs eller potatis och består av kortare, lättare nedbrytbara polymerer. Eftersom biologiskt nedbrytbar plast är mer vattenlöslig är många aktuella produkter som innehåller dem en blandning av biologiskt nedbrytbara och icke nedbrytbara polymerer.
Vissa bakterier kan producera plastkorn i sina celler. Generna för enzymer som är involverade i denna process har klonats i växter som kan producera granulerna i sina blad. Kostnaden för växtbaserad plast begränsar användningen av dem, och de har inte mött utbredd acceptans från konsumenterna.
Bioetanol
Bioetanol är en biobränsle som redan har mött allmänt accepterat allmänhet. Du kanske redan använder bioetanol när du fyller på bränsle i ditt fordon. Bioetanol kan framställas från stärkelsehaltiga växtmaterial med användning av enzymer som effektivt kan göra omvandlingen.
För närvarande är majs en allmänt använd stärkelsekälla; emellertid ökar intresset för bioetanol oro när majspriserna stiger och majsen när en livsmedelsförsörjning hotas. Andra växter såsom vete, bambu eller typer av gräs är möjliga kandidatkällor för stärkelse för produktion av bioetanol.
Enzymbegränsningar
Som enzymer har de sina begränsningar. De är vanligtvis endast effektiva vid måttlig temperatur och pH. Dessutom kan vissa esteraser endast vara effektiva mot vissa typer av estrar, och närvaron av andra kemikalier i massan kan hämma deras aktivitet.
Forskare letar alltid efter nya enzymer och genetiska modifieringar av befintliga enzymer; för att bredda deras effektiva temperatur- och pH-intervall och substratfunktioner.
Några tankar efter avslutad
När det gäller utsläpp av växthusgaser är det under debatt om kostnaden för tillverkning och användning av bioetanol är lägre än för raffinering och förbränning av fossila bränslen. Produktion av bioetanol (odling av grödor, sjöfart, tillverkning) kräver fortfarande en stor mängd icke-förnybara resurser.
Bioteknik och enzymer har förändrat mycket av hur världen fungerar och hur mänsklig förorening mildras. För närvarande återstår att se hur enzymer kommer att fortsätta att påverka vardagen; men om nuet är någon indikation är det troligt att enzymer kan fortsätta att användas för positiva förändringar i vårt sätt att leva.