Enzime celulozolitice

Enzime celulozolitice

Reziduurile agricole (paie, coceni), subprodusele industriei alimentare (taitei de sfecla de zahar sau pulpe de fructe), furajele, lemnele, constituie o sursa insuficient valorificata de glucoze fermentescibile.

Pentru hidroliza deseurilor celulozolitice se utilizeaza procedee enzimatice sau chimice, dar cele din urma sunt putin agreate datorita efectului coroziv. Hidroliza enzimelor este preferata specificitatii enzimelor fata de un anumit substrat si conditiilor blande in care enzimele se manifesta.

Se folosesc enzime microbiene celulozolitice produse de diferite tulpini de microorganisme care produc hidroliza partiala sau totala a celulozei.

Microorganismele producatoare de celulaze: bacteriile si fungii. Bacteriile celulozolitice include specii aerobe de genul Pseudomonas, facultativ anaerobe din genul Cellulomonas si anaerobe din genul Clastridium.

Hidroliza enzimatica a celulelor utilizand preparate celulozolitice de origine microbiologica

Celuloza este componenta principala a peretilor celulari. Se gaseste adesea in plante sub forma de fibre. Fibra vegetala din punct de vedere chimic contine trei componente principale: celuloza, hemicelulozele si ligninele.

Hemicelulozele sunt poliglucide neomogene cu grad de polimerizare mai mic decat celuloza si mai usor hidrolizabili decat acestea. Componentii principali sunt xiloza, arabinoza, glucoza.

Ligninele sunt polimeri tridimensionali de origine fenolica. Legatura dintre monomeri nu hidrolizeaza enzima. Produsele de degradare ai ligninelor nu fermenteaza.

Celuloza din fibra vegetala nu este direct accesibila enzimelor celulozolitice datorita compunerii ei. Pentru eliberarea celulozei se fac pretratari ale masei vegetale cu vapori de acizi sau baze sub presiune.

Sistemul enzimatic celulozolitic care hidrolizeaza celuloza este compus din:

exoglucanaze - ataca molecula de celuloza la capete, eliberand rest de celobiaza;

endoglucanaze - opereaza in interior in mod aleatoriu;

celobiazele - hidrolizeaza celobiaza dar si celotriaza si celotetraza, cu formare de glucide.

Aceste enzime sunt glicoproteine cu variatii mari ale componentelor glucidice.

Productia de enzime celulozolitice

Microorganisme: majoritatea proedeelor studiate utilizeaza enzime produse in fermentatie submersa de catre ciuperca Trichoderma reesei. Este o ascomiceta care excreta in cantitati mari, ca alte fungi si bacterii, amestecuri de enzime care permite hidroliza celulozelor amorfe cat si a celor cristaline.

Medii de cultura: sinteza de celulaze, pe lactoza ca singura sursa de carbon si energie. Mediul mai trebuie sa contina saruri minerale uzuale, vitamine (necesarul este furnizat de drojdie) sau extract de plante. Eliminarea de enzime in mediul de reactie este facilitata de prezenta agentilor tensioactivi. De exemplu pentru a obtine celuloze dintr-o tulpina ameliorata de Trichoderma reesei se foloseste un mediu de cultura care contine 6% lactoza alimentata continuu, 0,5% pasta de hartie, aeratie, temperatura de 27°C in primele 40 de ore, apoi 25°C; pH-ul lasat liber in primele 20 ore, apoi este reglat la pH=5. Cresterea mucegaiului induce o acidificare a mediului care este mentinut apoi prin aditie de NH₃ care serveste ca sursa de azot mineral. Durata intregii operatii este de 140 ore.

In industria alimentara celulazele sunt folosite pentru a facilita filtrarea diferitelor suspensii bogate in fibre celulozice manipulate in aceasta industrie. In industria textila sunt utilizate pentru tratarea tesaturilor de bumbac, in special pentru inmuierea fibrelor.

In furajul animalelor aditia de celulaze in furaje amelioreaza digestibilitatea fractiunilor celulozice, permitand astfel reducerea consumului de amidon si a excretiei de celuloza nedigerata.

Hemicelulazele se utilizeaza in industria panificatiei, datorita calitatii lor de expandare.