Producción y purificación de
enzimas a nivel industrial

Antigüedad

Empíricamente: Extractos crudos

Fermentaciones (cerveza, pan, queso)

Siglo XIX

Cocteles enzimáticos: Enzimas digestivas

Método de obtención: Matanza animales

Obtención proteasas (gran cantidad)

Savia plantas tropicales

Ablandadores de carne

1894

Patente takadiastasa

Obtención esporas hongos

Medicamento digestivo: Amilasas y proteasas

Siglo XX

1926

Hito: Purificación y cristalización ureasa

Desmiente vitalismo

Escalado industrial

1960

Enzimas comerciales

Fuente: 70% Animales y plantas

Difícil obtención

Variación geográfica y estacional

Grandes cantidades de fuente/poca enzima

1973

Hito: Ingeniería genética

Organismos genéticamente mutados

Introducción genes de interés

1979

Producción insulina recombinante

Aprobación como medicamento (1982)

Actualidad

Enzimas comerciales

Fuente: 90% Microorganismos

50% recombinantes

Ingeniería enzimática

Grandes cantidades/bajo costo

Controlables y estables

Fácil extracción (extracelulares)

Amplio uso industrial

Alimentos

Fármacos

Textiles

Detergentes

Investigación biológica

Vegetal

Animal

Microbiana

Origen animal/vegetal

Trituración/disrupción tejidos: Papilla

Extracción:Solvente
(agua, acetona, glicerina)

Jugos de expresión

Autólisis, plasmólisis, congelación

Origen microbiano

Cultivos microorganismos seleccionados

Enzima específica

Ahorro costo/tiempo

Cepas mutantes

Incrementar rendimiento

Preferencia

Tipo degradativo y extracelular

Etapas

1. Selección microorganismo

Cultivo enriquecimiento: cepa seleccionada

2. Cultivo

Materias primas: medio de cultivo

Establecer condiciones óptimas

Máxima obtención enzima

Factores

Temperatura

pH

Aireación

Agitación

Reactores fermentación

Medios líquidos/semisólidos

Cultivos profundidad

Tanques agitados

Lecho fijo o fluidizado

Coste variable: enzima interés

Materias azucaradas o amiláceas

Materias proteicas

Componentes nitrógenados

Favorecedores crecimiento

3. Post-incubación

Separación

Biomasa

Cell debris

Sólidos

Producto líquido

Uso directo: Preparado enzimático

Purificación

Métodos simples

Clarificación y concentración

Producto líquido

Desecación

Producto sólido

Métodos escalados

Adsorción selectiva

Uso columna

Hidróxidos de hierro/aluminio

Control pH

Post-adsorción

Lavado: agua/solución salina

Elución: cambio pH

Precipitación

Principio: Solubilidad

Fraccionamiento

Reducción solubilidad

Adición sales (pH controlado)

Sulfato amonio

Elevada concentración iónica

Solventes orgánicos (baja T°)

Desventaja

Cambios de fase

Riesgo denaturación

Diálisis

Principio: Gradientes concentración

Uso membranas semipermeables

Importancia: Tamaño poro

Ultrafiltración

Principio: Fuerza aspiración/presión

Membranas porosidad fina (20nm-0.1um)

Ventaja

No cambios de fase

No gran fluctuación T°

Desventaja

Baja selectividad

Electroforesis

Principio: Migración partículas por masa/carga

Uso matriz porosa (Agar, dextrano, etc.)

Ventaja: mayor especificidad

Cromatografía

Columna

Fase estacionaria

Matriz sólida porosa

Fase móvil

Enzima interés en solución tamponada

Tipos

Intercambio iónico

Exclusión molecular

Afinidad (Unión a ligando)

Líquida de alta resolución (HPLC)

Centrifugación diferencial

Principio: Densidad

Movimiento angular y fuerza centrípeda

Solución problema

Pérdida: reactivo soluble

Separación: Alto costo

Matriz sólida insoluble: Adherencia/adsorción

Garantizar buen contacto

Disminución actividad enzimática

Falta movilidad enzima

Ventajas

Estabilidad física y térmica

Separación simple

Reutilización