Tehnološko-Metalurški fakultet
Univerzitet u Beogradu
SEMINARSKI RAD:
PROIZVODNJA ENZIMA
-lipaza-
Studenti: Mentor:
Stamenković Vojkan Branko Bugarski
Lazić Anđelina
Gak Kristina
Stamenković Jelena
Stojković Dragana
Radić Nenad
Beograd, 2013
Uvod
Pod pojmom enzimi se obično podrazumevaju biološki katalizatori. Enzimi su
neophodni kako bi život bio moguć, jer mnoge reakcije koje se odvijaju
u ćelijama organizma su previše spore i vodile bi do drugačijih produkata koje
organizmu ili nisu potrebni ili bi mu štetili. Kvar, genetičke mutacije, nedovoljna
ili povećene proizvodnja, jednog jedinog enzima može da bude glavni uzrok teških
genetičkih poremećaja.
Kao i svi katalizatori enzimi funkcionišu tako što snižavaju aktivacionu energiju
reakcije i na taj način je ubrzavaju. Enzimi mogu da ubrzaju reakcije na nivou od
po nekoliko miliona puta. Enzim, kao svaki katalizator, ostaje nepromenjen
reakcijom na koju utiče i to mu omogućava da, kad se jedna reakcija završi, uključi
u drugu, potpuno nepromenjen. Takođe enzimi ne utiču na relativnu energiju
između reagenata i produkata, tako da ne utiču na ekvilibrijum reakcije. Međutim,
ono što enzim odvaja od svih ostalih katalizatora je njihova specifičnost u pogledu
stereohemije, hemijske selektivnosti i specifičnosti.
Osnovna ideja enzima je ta da se na enzim povežu molekuli reakcije na koji enzim
deluje, stvori se kompleks sastavljen od enzima i molekula koji nije dugoročan, i iz
tog kompleksa, odnosno te interakcije, imamo proizvod te rekacije, dok enzim
ostaje potpuno nepromenjen reakcijom.
Lipaza je enzim koji učestvuje u razlaganju masti. Stvara se u gušterači i izlučuje u
neaktvnom obliku, a aktivira se tek u tankom crevu pomoću žuči. Lipaza deluje
samo na emulgovane masti, a da bi se one emulgovale neophodna je žuč. Lipaza
pospešuje razgradnju masti na glicerol i masne kiseline. Predstavljaju jednu od
najvažnijih grupa biokatalizatora koji imaju veliku primenu u biotehnološkim
procesima.
Pod enzimskom tehnologijom smatra se svaka primena tehnologije koja koristi
enzime izolovane iz živih ćelija kao biokatalizatore u cilju poboljšanja postojećih
ili proizvodnje novih proizvoda.
•Prokariotski organizmi su veličine od 0,2 do 10 µm i mogu se naći u različitim
oblicima kao izolovane ćelije ili micele. Rastu brzo pa zahtevaju određene uslove
(optimalna temperatura i pH sredina). Mora se obezbediti i dotok određenih
hranljivih materija u bioreaktor. Dotok kiseonika može prouzrokovati problem
zbog velike brzine rasta ćelija.
•Eukariotski organizmi imaju složenu strukturu. Veličine su od 5 do 30 µm.
Mnogo ih je teže kontrolisati nego prokariotske organizme. Posebno kad se nađu u
obliku micela, da bi se izbegla veća ili manja mehanička naprezanja treba
izbegavati dovod energije u fermentor preko mehaničkih mešalica. Mogu se
koristiti velike, sporo rotirajuće mešalice ili kaskadne mešalice. Treba izbegavati
rashladne zavojnice i pregrade da bi se sprečile mrtve zone u reaktoru.
•Ćelije biljaka su krhke i relativno velike, oko 50 µm. One rastu sporo i zahtevaju
posebne uslove, potrebno je podesiti količinu odgovarajućih nutrijenata i hormona
koji omogućavaju rast i diferenciranje. Zato su bioreaktori za kultivaciju ćelija
biljaka relativno malih dimanzija. Dotok kiseonika se obično vrši preko
višeslojnog omotača. Prednost imaju bioreaktori sa unutrašnjom ili spoljašnjom
cirkulacijom fluida.
•Životinjske ćelije su velike od 50 do 100 µm, složene su strukture i vrlo su
osetljive na mehanička naprezanja. Mogu da se oštete čak i pri formiranju ili
rasprskavanjem mehurova. Da bi se to sprečilo često se primenjuje aeracija kroz
silikonsku ili poliuretansku cev ili stvaranje velikog broja mehurova. Da bi se
kultivisale osetljive životinjske ćelije bez ćelijskog zida potrebna je upotreba
velikih, sporo rotirajućih mehaničkih mešalica, reaktora sa malim odnosom visina-
prečnik, dodavanje zaštitnih agenasa, izbegavanje brzog strujanja kako bi se sudari
čestica sveli na najmanju moguću meru.
Način izvođenja procesa
Način izvođenja procesa u bioreaktoru može biti:
•šaržni (sve komponente dodaju se u medijum na početku, a na kraju procesa se
izdvaja proizvod),
•polikontinualni (u toku procesa dodaju se hranljivi sastojci i supstrati) i
•kontinualni (u toku procesa dodaju se hranjiva i odvaja proizvod).
Prema režimu rada, biorektore je moguće podeliti na:
•
diskontinualne (šaržne),
•
kontinualne (protočne) i
•
semikontinualne (polušaržne ili poluprotočne).
Najveću praktičnu primenu imaju šaržni bioreaktori. Jedan šaržni bioreaktor je
prikazan na slici dole.
sl 1. Šaržni bioreactor
Prednosti ovih reaktora leže u njihovoj svestranosti. Jedna posuda može obavljati
niz različitih operacija. Ovo je naročito korisno pri obradi, toksičnih ili sličnih
supstanci.
Prema načinu gajenja proizvodnog organizma, bioreaktori se mogu podeliti na:
1. dubinske (submerzne),
2. površinske (emerzne) i bioreaktore sa čvrstom ili polutečnom hranljivom
podlogom
Bioreaktori sa mešanjem i aeracijom
Ovoj grupi pripadaju svi bioreaktori kod kojih se komprimovani vazduh uduvava
kroz statički distributor (mlaznica, perforirani prsten, perforirana ploča,
sinterovana ploča itd.) postavljenim blizu dna bioreaktora. Formirani mehurovi se
kreću naviše kroz tečnost pod dejstvom potiska i napuštaju disperziju na slobodnoj
površini.
Sterilnost i kontaminacija
Za sterilne procese mogu se koristiti svi standardni hemijski reaktori ukoliko
njihovi filteri, zatvarači, ventili, uređaji za uzimanje uzoraka, senzori i osovine
ispunjavaju osnovne zahteve sterilnog procesa:
1. jednostavan geometrijski oblik;
2. minimalan broj ivica i spojeva;
3. eliminacija mrtvih zona;
4. dovodi, ispusti i ventili koji se mogu sterilisati;
5. mogućnost da se pojedinačne zone reaktora zasebno sterilišu;
6. sprečavanje nadpritiska u reaktoru;
7. minimalan broj uređaja za merenje i uzimanje uzoraka;
8. minimalna hrapavost površina;
9. osovine mešalica koje mogu da se sterilišu.
Sterilisanje bioreaktora
Za bioprocese je potreban rad bioreaktora pod sterilnim uslovima. Bioreaktor i svi
ulazno-izlazni delovi treba da budu sterilisani, što znači:
- na početku procesa treba obezbediti sistem bez kontaminirajućih
mikroorganizama i
- treba sprečiti curenje mikroorganizama tokom izvođenja fermentacije, kako u
samom sistemu, tako i ka spoljnoj okolini.
