Biyokatalizörler, gıda endüstrisi gibi farklı ekonomik endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Biyokataliz, sağlam hücreler, hareketsizleştirilmiş hücreler, hücresiz özütler, saflaştırılmış enzimler veya hareketsizleştirilmiş enzimler kullanılarak gerçekleştirilebilir. Mikrobiyal endüstri, genom dizileme, yönlendirilmiş evrim, protein ekspresyonu, metabolik mühendislik ve yapısal biyoloji gibi son tekniklerin kullanılması nedeniyle hızla gelişmiştir.
Biyokatalizörler
Enzim uygulamaları
Enzimler endüstriyel işlemlerde büyük öneme sahiptir. Bu enzimler, deterjan, tekstil, kağıt hamuru, kağıt, deri ve biyoyakıt endüstrilerinde kullanılmaktadır ve biyoyakıtlar en yüksek satışa sahiptir. Tekstil endüstrisinde, enzimler temizleyici olarak kullanılır, hammadde kullanımını ve atık üretimini azaltır. Pamuk endüstrisinde pektat liyazı kullanılmaktadır ve lipazlar, ksilanazlar ve lakkazlar hamur endüstrisinde ziftin çıkarılmasında kullanılır. Selülazlar, tekstil endüstrisinde yaygın olarak ve ayrıca odunlu selülozik yem stoklarının bozunmasında da kullanılmaktadır. Selülozu rasgele bozan endoglukanazlar, selüloz zincirlerinin her iki ucundan glikoz dimerlerini serbest bırakan selobiyohidrolazlar ve glikoz moleküllerini serbest bırakmak için oligomer zincirlerini hidrolize eden beta-glukosidazlar gibi birkaç selülaz vardır. Selülazların ana mikrobiyal kaynağı, trichoderma reesei bitki bloklarını depolimerize ederek şeker moleküllerini serbest bırakır.
Enzimatik gıda endüstrisi
Belirli bir enzim grubu gıda endüstrisinde önemli bir rol oynar ve daha sonra büyük gelir elde eder. Yem enziminin etki mekanizması, besin sindirimini destekler ve bu nedenle yemden çok daha kolay yararlanılmasını sağlar. Dahası, zararlı olabilecek veya hiçbir değeri olmayan kompleks bileşenleri hidrolize ederler. En yaygın ticari yem enzimleri, domuz ve kümes hayvanı ürünleri endüstrisinde kullanılan fitazlar, proteazlar, galaktosidazlar, glukanazlar, ksilanazlar, amilazlar ve poligalakturonazlardır. Lipaz, gıda endüstrisinde kullanılan ayırt edilebilir bir enzim grubudur. Lipazlardan elde edilen maksimum verim, enzim konsantrasyonu, pH, sıcaklık ve emülsiyon içeriğinin optimizasyonunu gerektirir. En yaygın rekombinant mantar lipazları, rhizomucor miehi, thermomyces lanuginosus ve fusarium oxysporum üretilir. Proteaz ayrıca, para-k-kazein ve makropeptidler üreten spesifik bir peptid bağını hidrolize ettiği peynir imalatı gibi süt endüstrisinde kullanılan önemli bir enzim grubudur. 
Rekombinant proteaz A. niger var awamorinitrosoguanidin mutagenezinden ve 2-deoksiglukoz direnci seçiminden sonra 1 g / L kimozin üretebilir. Peynir üretimi için FDA tarafından onaylanan dört rekombinant proteaz vardır. Belirtilen tüm enzimler gıda endüstrisinde en yaygın olanları olmasına rağmen, şekerleme ve reçel üretiminde kullanılan invertaz, süt veya peynir altı suyundan laktoz hidrolizi için kullanılan galaktosidaz (laktaz) ve kullanılan galaktosidaz gibi bu uygulamada kullanılan başkaları da vardır. (örneğinpancar şekerinin kristalizasyonu için)
Kimyasalların ve ilaçların enzimatik işlenmesi
Kimya endüstrisi, düşük maliyetli, kolay yöntemlere sahip ve yüksek kaliteli enzim teknolojisine dayanmaktadır. Enzimatik işleme, yüksek verim, yüksek katalitik aktivite, düşük atık, yan ürün salınımı ve daha düşük atık su akışı gibi birçok faydaya sahip olan daha düşük enerji gerektirir. Genomik ve proteomik teknoloji gelişimi enzim özelliklerini ve bu da kimya endüstrisini iyileştirir. L-tirozin, proteaz dönüşümü için ana bileşiktir ve beta-laktam antibiyotik üretimi, enzim teknolojisine dayanan yaygın ilaç endüstrilerinden biridir. Esterazlar, lipazlar, proteazlar ve ketoreduktazlar kiral alkoller, karboksilik asitler, aminler veya epoksitler endüstrisinde kullanılır. Bazen rekombinant mikrobiyal enzimler verim yüzdesini % 100’e kadar yükseltir. Rastgele gen mutagenezi ve ProSAR analizinin bir kombinasyonu, ketoredüktaz enziminin kiralitesini tetrahidrotiofen-3-bir’e doğru % 63’ten % 99’a yükseltir. İyileştirilmiş enzimatik biyoteknoloji, ilaç üretimi için önemli bir ara ürün olarak 2-metil pentanol üretimini desteklemektedir.
Ayrıca, geliştirilmiş bir asiltransferaz, kolesterol düşürücü ajan lovastatinin simvastatine dönüşümüne yardımcı olur . Lipaz, bir antifungal ajan üretimi sırasında asimetrik diolün asetilasyonu için stereo seçicilikte kullanılır. Enzimatik biyoteknolojinin daha yüksek substrat çözünürlüğü, hidrolitik reaksiyonların tersine çevrilmesi ve yeni enzim aktiviteleri ile sonuçlanan modifiye enzim özgüllüğü gibi birçok avantajı vardır.
Endüstriyel Enzimler
Pektinazlar
Aktinobakteriyel pektinazlar, gıda ve içecek endüstrileri gibi çeşitli endüstriyel uygulamaların yanı sıra meyve olgunlaşması, viskozite artışı, şıranın azaltılması, şarap endüstrileri için şıranın ön arıtımı, domates posası ekstraksiyonu, çay ve çikolata fermantasyonu dahil olmak üzere meyve işlemede yaygın olarak kullanılmaktadır. Pektinazlar ayrıca tekstil ve kağıt endüstrilerinde bitki liflerinin zamkını gidermede kullanılır.Dahası, pektinaz ve glukozidaz kombinasyonu meyve ve sebzelerin kokusunu, uçucu maddelerini destekler ve antioksidan içeriğini yükseltir. Pektinazlar, bacillus, aspergillus, rhizopus, trichoderma, pseudomonas, penicillium ve fusarium gibi çeşitli mikroorganizma türlerinden üretilir.
Lipazlar
Lipazlar, deterjan endüstrisi gibi çeşitli ticari uygulamalarda kullanılmaktadır. En yaygın lipaz üreten mikroorganizmalar penicillium restrictum, candida rugosa, candida antarctica, pseudomonas alcaligenes, pseudomonas mendocina, burkholderia cepacia, geotrichum candidum DBM 4013, pseudomonas cepacia ve bacillus stearothermophilusdur. Ayrıca, burkholderia cepacia, candida lipolytica, bacillus koagülanlar, bacillus koagülanlar BTS-3, pseudomonas aeruginosa pseA, clostridium termosellum 27405, civanperçemi lipolytica ve civanperçemi lipolytica CL180 de aralarında bulunur.
Laktazlar
Laktazlar veya-galaktosidazlar, laktozun terminal kalıntılarda hidrolizini katalize eden, glikoz ve galaktoz üreten hidrolize edici enzimlerdir. Mikrobiyal laktaz kaynağı mayalardır. Bunlar arasında kluyveromyces lactis, K. Fragilis ve candida psödotropikalis vardır. Ayrıca escherichia coli, lactobacillus bulgaricus, streptokok lactis ve Bacillus sp gibi bakteriler de vardır. Mantar türler ise, örneğin aspergillus foetidus, A. nijer, A. oryzae ve A. phoeneciadı. Beta-galaktosidaz, süt endüstrisinde yaygın olarak kullanılır ve ayrıca süt şekeri, yoğunlaştırılmış süt, dondurulmuş konsantre süt, yoğurt ve dondurma karışımları gibi süt ürünlerinin kristalizasyonunda da kullanılmaktadır.
Selülazlar
Selülazlar, selüloz maddelerinin selobiyoz ve ardından glikoz üretmesi için hidrolize edici enzimlerdir. Selülazların ve pektinazların kombinasyonu, meyve suyu ve şarap endüstrilerindeki uygulamalarda iyi sonuçlar sağlar ve selülaz üreten çok çeşitli mikroorganizmalar vardır. Bunlar, trichoderma, penisilyum, aspergillus, fusarium, phoma, asidotermus, bacillus, pseudomonas, stafilokok, streptomyces, xanthomonas, asetovibrio, clostridium, psödonokardi ve thermoanaerobakterdir.
Amilazlar
Amilazlar tekstil, bira, likör, fırıncılık, bebek besleme tahılları ve hayvan yemi endüstrilerinde kullanılmaktadır. Aspergillus ve rhizopusen yaygın amilaz üreticileridir. Amilazlar gıda endüstrisinde nişastanın dekstrine dönüştürülmesinde kullanılır, bu da alkolsüz içecek, bira, jöle ve dondurma üretiminde kullanılan maltoza dönüştürülür. Maltoz, alkolsüz içecekler ve fırıncılık endüstrisinde kullanılan glikoza dönüştürülebilir. Amilazlar ekmek pişirmede en çok kullanılan enzimlerdir ve ayrıca ilaç endüstrisinde de önemli bir rol oynar.
Proteazlar
Proteazlar fırıncılık, yem ve bira endüstrisinde kullanılırken, proteinlerdeki peptit bağlarının bölünmesini katalize eder. Parçalanacak ilgili peptit bağının sahasına göre eksopeptidazlar ve endopeptidazlar olarak sınıflandırılır. Son zamanlarda proteazlar, elde edilmeleri ve geri kazanılmaları kolay olduğundan piyasadaki endüstriyel enzimlerin % 60’ını temsil etmektedir. Daha az riskle birlikte yüksek pıhtılaşma aktivitesine sahiptir. Proteazlar çoğunlukla çözünür proteinler, kimyasallar ve farmasötikler endüstrisinde kullanılır. Proteazlar bacillus, thermus kaldofil, desulfurococcus mukoz, streptomyces ve escherichia coli tarafından üretilir.
Glikoz oksidaz
Glikoz oksidaz, D-glukonolakton oluşumu ile D-glikozu oksitleyebilir. Enzim, toksisiteyi önlemek için gıda endüstrisindeki zararlı oksijeni gidermek için kullanılır.
Glikoz izomeraz
Glikoz izomeraz, tersinir izomerazı D-glikoz ve D-ksilozdan sırasıyla D-fruktoz ve D-ksilüloza katalize eder. Glikoz izomeraz, fruktoz açısından zengin mısır şurubu üretimi gibi gıda endüstrisinde önemli bir rol oynar. Klonlanmış gen xylAThermus themophilus bulunmuştur ve saccharomyces cerevisiaemaya PGK1 promotörünün kontrolü altında ifade edilir.
Ters çeviren enzimler
İnvertaz tarafından üretilir saccharomyces cerevisiaeve diğer mikroorganizmalardır. Enzim, sükrozdan fruktoza ve glikoza hidrolizi katalize eder ve bir invertazın muz suyuna eklenmesi, onun tatlılığını ve viskozitesini arttırır.
Kaynakça:
https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-52287-6_28
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202006648
https://www.researchgate.net/publication/318862693_Industrial_Enzymes_and_Biocatalysis
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu