Biokatalizatory

• Biokatalizatory - związki chemiczne obecne w małych ilościach w organizmach żywych i katalizujące w nich reakcje chemiczne. Do biokatalizatorów należą: enzymy, hormony i witaminy [I. Duda 1995, s. 30].
• Biokatalizator, katalizator chemiczny - enzym znajdujący się w komórce lub wydzielony z niej, katalizator reakcji biochemicznych [W. Bednarski, A. Repsa 2001, s. 481].
• Biokatalizator - substancja, która katalizuje reakcję chemiczną zachodzącą w organizmach żywych, biokatalizatory wielu procesów są enzymy i witaminy [Nowa encyklopedia... s. 469].
• Biokatalizatory - wytwarzane w komórkach organizmów żywych katalizatory przemian biochemicznych (witaminy, enzymy i hormony), wpływające na ich przyspieszenie bądź zwolnienie, a także decydujące o rodzaju przemian, jakim może ulec substancja wyjściowa. Mają podstawowe znaczenie dla procesów życiowych [ R. Hassa, J. Mrzigod, J. Nowakowski 2004, s. 56].

Przekładami biokatalizatorów są enzymy.

• Enzymami nazywa się złożone substancje w układach biologicznych, które oddziałują jako katalizatory w procesach biochemicznych. Pepsyna w soku żołądkowym i ptialina w ślinie są przykładami enzymów [M. J. Sienko, R. A. Plane 1980, s. 301].

Biotransformacja

Biokatalizatory wykorzystywane są m.in. w procesie biotransformacji.

• Biotransformacja polega na zastosowaniu biologicznego katalizatora w celu przekształcenia substratu w produkt za pomocą ograniczonej liczby etapów enzymatycznych. Wprowadzenie efektywnego procesu biotransformacji wymaga szczegółowego zbadania czynników wpływających na przygotowanie optymalnych biokatalizatorów, podłoży hodowlanych i bioreaktorów [C. Ratledge, K. Bjørn 2011, s. 402].
• Katalizatory biologiczne mają w porównaniu z katalizatorami chemicznymi przewagę, polegającą na ich regioselektywności i stereoselektywności. Pozwala na syntezę związków będących pojedynczymi enancjomerami, co ma szczególne znaczenie dla ich zastosowania w przemyśle farmaceutycznym, spożywczym i w rolnictwie. Są one również katalizatorami efektywnymi pod względem energetycznym, pracującymi w umiarkowanych warunkach: temperaturze, ciśnieniu i pH. Biotransformacje były prowadzone z użyciem różnego rodzaju katalizatorów biologicznych, takich jak wyodrębnione enzymy, im mobilizowane enzymy i komórki mikroorganizmów. Optymalny biokatalizator musi być selektywny, aktywny oraz trwały w warunkach prowadzenia procesu w bioreaktorze, które niekoniecznie muszą być warunkami typowymi w odniesieniu do składu pożywki, stężeń jej poszczególnych składników, ciśnienia czy temperatury [C. Ratledge, K. Bjørn 2011, s. 403].

Zastosowanie biokatalizatorów w produkcji farmaceutycznej

W przemyśle farmaceutycznym biokatalizatory są coraz częściej wykorzystywane do produkcji leków. Przykładem może być produkcja leków przeciwnowotworowych czy antybiotyków, które są otrzymywane za pomocą enzymów. Biokatalizatory umożliwiają syntezę leków w sposób bardziej selektywny i efektywny niż tradycyjne metody chemiczne. Dzięki nim można również uniknąć stosowania toksycznych substancji chemicznych, co ma pozytywny wpływ na jakość i bezpieczeństwo produktów farmaceutycznych.

Zastosowanie biokatalizatorów w produkcji kosmetycznej

W produkcji kosmetyków biokatalizatory mają szerokie zastosowanie. Składniki takie jak witaminy, aminokwasy czy peptydy mogą być produkowane za pomocą enzymów. Dzięki temu kosmetyki zawierające takie składniki są bardziej naturalne i skuteczne. Biokatalizatory pozwalają również na uniknięcie stosowania substancji chemicznych, które mogą być drażniące lub wywoływać reakcje alergiczne u niektórych osób.

Zastosowanie biokatalizatorów w produkcji spożywczej

Biokatalizatory są szeroko wykorzystywane w przemyśle spożywczym. Przykładem może być produkcja słodzików, w której enzymy są wykorzystywane do przekształcenia skrobi w cukry prostsze. Biokatalizatory są również stosowane w procesie fermentacji alkoholowej, dzięki czemu możliwa jest produkcja alkoholu w sposób bardziej efektywny i kontrolowany. Wykorzystanie biokatalizatorów w produkcji spożywczej przyczynia się do poprawy jakości i bezpieczeństwa produktów oraz redukcji ilości substancji chemicznych stosowanych w procesach produkcyjnych.

Korzyści wynikające z wykorzystania biokatalizatorów w przemyśle

Wykorzystanie biokatalizatorów w przemyśle ma wiele korzyści w porównaniu do tradycyjnych metod chemicznych. Przede wszystkim biokatalizatory są bardziej selektywne, co oznacza, że mogą wykazywać większą skuteczność i mniejsze ryzyko powstawania niepożądanych produktów ubocznych. Ponadto, procesy wykorzystujące biokatalizatory wymagają mniejszego zużycia energii i surowców, co przyczynia się do zmniejszenia negatywnego wpływu na środowisko. Dodatkowo, biokatalizatory mogą pomóc w redukcji ilości odpadów powstających podczas procesów produkcyjnych. Wszystkie te korzyści sprawiają, że wykorzystanie biokatalizatorów jest coraz bardziej atrakcyjne dla przemysłu.

Biokatalizatory a zrównoważony rozwój

Wykorzystanie biokatalizatorów może przyczynić się do redukcji emisji CO2 poprzez zastępowanie tradycyjnych metod chemicznych bardziej ekologicznymi procesami biokatalizy. Procesy biokatalizy są często bardziej selektywne i efektywne, co oznacza, że wymagają mniejszej ilości substratów i energii. Dzięki temu, produkcja przy użyciu biokatalizatorów generuje mniejszą ilość CO2 i innych szkodliwych gazów. Redukcja emisji CO2 jest kluczowa dla ograniczenia zmian klimatycznych i osiągnięcia zrównoważonego rozwoju. Biokatalizatory znajdują praktyczne zastosowanie w wielu obszarach, które są istotne dla zrównoważonego rozwoju.

Przykładem może być produkcja bioplastików, gdzie biokatalizatory są wykorzystywane do przemiany biomasy w polimery o właściwościach podobnych do tradycyjnych tworzyw sztucznych, ale bardziej biodegradowalnych. Oczyszczanie ścieków to kolejne praktyczne zastosowanie biokatalizatorów, gdzie enzymy są wykorzystywane do rozkładu substancji organicznych i redukcji obciążenia dla środowiska. Te praktyczne zastosowania biokatalizatorów przyczyniają się do rozwoju zrównoważonego przemysłu.

Ograniczenie zużycia surowców dzięki biokatalizatorom

Biokatalizatory pozwalają na bardziej efektywne wykorzystanie surowców w procesach produkcyjnych. Dzięki większej selektywności enzymów, możliwe jest uzyskanie produktów o wyższej czystości i jakości, co minimalizuje straty surowców. Ponadto, biokatalizatory są często bardziej efektywne niż tradycyjne metody chemiczne, co oznacza, że można uzyskać większą ilość produktu przy mniejszym zużyciu surowców. To przyczynia się do bardziej zrównoważonego wykorzystania zasobów naturalnych.

Minimalizacja odpadów i toksycznych produktów ubocznych

Biokatalizatory mogą pomóc w minimalizacji ilości odpadów i toksycznych produktów ubocznych w procesach chemicznych. Procesy biokatalizy są często bardziej selektywne i kontrolowane, co oznacza, że generują mniej niepożądanych produktów ubocznych. Ponadto, enzymy są często bardziej stabilne i wydajne, co minimalizuje straty i odpady. Wykorzystanie biokatalizatorów może przyczynić się do ochrony środowiska i redukcji negatywnego wpływu przemysłu na ekosystemy.

Biokatalizatory — artykuły polecane

Fermentacja — Inhibitory — Pieczywo — Badania przyspieszone — Karmelizacja — Biodegradacja — Mineralizacja — Flotacja — Recykling tworzyw sztucznych

Bibliografia

• Bednarski W. i in. (2003), Biotechnologia żywności, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa
• Duda I. (red.) (1995), Słownik pojęć towaroznawczych, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej w Krakowie, Kraków
• Hassa R., Mrzigod J., Nowakowski J. (2004), Podręczny słownik chemiczny, Videograf, Katowice
• PWN (2004), Nowa encyklopedia powszechna PWN, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
• Ratledge C., Bjørn K. (2011), Podstawy biotechnologii, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
• Sienko M., Plane R. (1980), Chemia Podstawy i właściwości, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa

Autor: Śliwa Ewa