La plupart des réactions dans les organismes vivants sont catalysées par des molécules de protéines appelées enzymes. Les enzymes peuvent à juste titre être appelées les mécanismes catalytiques des systèmes vivants. La véritable percée des enzymes s’est produite avec l’introduction de protéases microbiennes dans les poudres à lessiver. La première protéase bactérienne commerciale, Bacillus, a été commercialisée en 1959 et les principaux fabricants de détergents ont commencé à l’utiliser vers 1965.
Les producteurs industriels d’enzymes vendent des enzymes pour une grande variété d’applications avec Polyvinyl alcohol. La valeur estimée du marché mondial est actuellement d’environ 2 milliards de dollars américains. Les détergents (37%), les textiles (12%), l’amidon (11%), la boulangerie (8%) et les aliments pour animaux (6%) sont les principales industries, qui utilisent environ 75% des enzymes produites industriellement.
Classification des enzymes
Actuellement, plus de 3000 enzymes différentes ont été isolées et classées. Les enzymes sont classées en six catégories principales en fonction de la nature de la réaction chimique qu’elles catalysent:
- Les oxydoréductases catalysent l’oxydation ou la réduction de leurs substrats.
- Les transferases catalysent le transfert de groupe.
- Les hydrolases catalysent la rupture de la liaison par l’addition d’eau.
- Les lyases retirent les groupes de leurs substrats.
- Les isomérases catalysent les réarrangements intramoléculaires.
- Les ligases catalysent la jonction de deux molécules aux dépens de l’énergie chimique.
Seul un nombre limité de toutes les enzymes connues sont disponibles dans le commerce. Plus de 75% des enzymes industrielles sont des hydrolases. Les enzymes dégradant les protéines constituent environ 40% des ventes totales d’enzymes. Plus de cinquante enzymes industrielles et commerciales sont disponibles et leur nombre augmente régulièrement.
Production d’enzymes
Certaines enzymes sont encore extraites de tissus animaux et végétaux. Des enzymes telles que la papaïne, la bromélaïne et la ficine et d’autres enzymes spécifiques telles que la lipoxygénase sont dérivées de plantes et les enzymes pepsine et rennine sont d’origine animale. La plupart des enzymes sont produites par des microorganismes dans des cultures immergées dans de grands réacteurs appelés fermenteurs. Le processus de production d’enzymes peut être divisé en phases suivantes:
- Sélection d’une enzyme.
- Sélection de la souche de production.
- Construction d’une tache en surproduction par génie génétique.
- Optimisation du milieu de culture et des conditions de production.
- Optimisation du processus de récupération.
- Formulation d’un produit enzymatique stable.
Les critères utilisés dans la sélection d’une enzyme industrielle comprennent la spécificité, la vitesse de réaction, l’optimum de pH et de température, la stabilité, l’effet des inhibiteurs et l’affinité pour les substrats. Les enzymes utilisées dans les applications industrielles doivent généralement être tolérantes à divers métaux lourds et ne pas nécessiter de cofacteurs.
Souches de production microbienne
Lors du choix de la souche de production, plusieurs aspects doivent être pris en compte. Idéalement, l’enzyme est sécrétée par la cellule. Deuxièmement, l’hôte de production devrait avoir le statut GRAS. Troisièmement, l’organisme devrait être capable de produire une quantité élevée de l’enzyme souhaitée dans un délai de vie raisonnable. La plupart des microorganismes utilisés à des fins industrielles ont été génétiquement modifiés pour surproduire l’activité désirée et non pour produire des activités secondaires indésirables.
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