Два новых исследования, проведенных биохимиком Penn Dental Medicine Генри Дэниеллом, показывают, что ферменты, выращенные в растениях, могут быть столь же эффективны, как и традиционные ферменты микробного происхождения, при выполнении ряда промышленных задач, от очистки апельсиновой мякоти от оборудования для приготовления сока, очистки пятен от белья и т. Д. удаление красителя с текстиля или удаление катышков с ткани. Такие выращиваемые на растениях ферменты имеют дополнительное преимущество: они дешевле в производстве и стабильны при хранении в порошкообразной форме, не требуя охлаждения.
«Некоторые из наших ферментов даже более эффективны, чем существующие процессы, потому что вы избегаете всех стадий, необходимых для обработки микробных продуктов: ферментация, очистка, хранение и транспортировка в холодильнике», – говорит Даниэлл. "Я рад, что стал пионером в производстве технологий, которые являются частью повседневной деятельности и могут существенно повлиять на доступность."
Эта технология привела к запуску Phyllozyme, стартап-компании, которая теперь занимает лабораторные помещения в Центре Pennovation, инкубационной среде, в которой работают около 350 новаторов, занятых в разработке Pennovation Works при университете.
В первом исследовании ученые из Пенсильвании использовали эту технику для производства пяти новых ферментов растительного происхождения и сравнили их с 15 другими коммерческими ферментными продуктами, которые теперь получают из микробов, обычно дрожжей. Все они обычно используются в текстильной промышленности.
Многие из них используются в моющих средствах; ферменты, такие как липаза и маннаназа, могут разрушать сложные молекулы, присутствующие в пятнах, таких как масла, шоколад и сок. Другие ферменты используются для того, чтобы ткань впитывала или высвобождала краситель и чтобы избежать образования катышков."
Сравнивая продукты растительного происхождения с другими, одним из основных отличий была стойкость.
Коммерчески доступные ферменты необходимо хранить в холодильнике, и их активность снижается при более высоких значениях pH или более высоких температурах. Напротив, продукты растительного происхождения были стабильны при хранении при комнатной температуре в течение 16 месяцев и оставались эффективными в широком диапазоне значений pH и температуры.
Команда Пенна задействовала ферменты в «прямом сравнении», – говорит Даниэлл, – проверяя их способность удалять краситель индиго с джинсовой ткани («биологическая стирка»), удалять пилюли из трикотажной ткани («биополировка») и удалять пятна от шоколада и горчичного масла. Во всех случаях соответствующие ферменты Phyllozyme давали сравнимые, а в некоторых случаях и лучшие результаты, чем их аналоги, продуцируемые микробами. Эксперименты в Penn Dental Greenhouse, расположенной в Pennovation Works, и на гидропонном заводе Fraunhofer продемонстрировали, что производство ферментов в растениях табака или салата может давать значительный урожай, и что полученные ферментные продукты были эффективными и активными, даже когда растения собирали на различные моменты времени.
Во второй статье, в которой специально исследовались пектиназы, ферменты, расщепляющие пектин, натуральный компонент фруктов, добавка к определенным продуктам питания и компонент хлопкового волокна.
Производители соков используют пектиназы, чтобы на оборудовании не образовывалась мякоть. Производители текстиля используют его для разрушения хлопкового покрытия, которое блокирует водопоглощение. Как ни странно, натуральное хлопковое волокно не впитывает воду, пока пектин не будет удален ферментами.
Как и в другом исследовании, исследователи из Пенсильвании в сотрудничестве с учеными из других институтов сравнивали пектиназы растений с восемью коммерчески доступными жидкими пектиназами микробного происхождения. Как и прежде, ферменты растительного происхождения были стабильными при хранении до 16 месяцев и работали в широком диапазоне температур и pH. Жидкие пектиназы теряли активность при более высоких значениях pH.
Используя оборудование, обычно используемое в текстильной промышленности, команда под руководством Пенна показала, что ферменты растительного происхождения могут более эффективно расщеплять пектин в хлопчатобумажной ткани, позволяя воде быстрее впитываться в процесс, называемый биоскорсингом. Это также необходимый шаг при окрашивании ткани.
Они также протестировали ферменты, полученные из листьев, для осветления апельсинового сока, шаг, который позволяет соку более легко разжижаться, а также высвобождает аромат и питательные вещества из мякоти фруктов. Здесь также ферменты растительного происхождения были равны, если не лучше, чем коммерческие продукты микробного происхождения. Даниэлл отмечает, что коктейль из различных ферментов может позволить производителям сока еще более полно реализовать питательные свойства сока, высвобождая из мякоти больше неусвояемых питательных веществ.
Даниэлл с энтузиазмом оценивает потенциал этих продуктов для изменения производственных процессов, особенно потому, что современные методы, например, в текстильной промышленности, включают производство большого количества химических загрязнителей, которые могут нанести вред водным путям вокруг текстильных предприятий.
Стоимость и безопасность – другие ключевые проблемы, которые, как он надеется, сможет решить эта технология.
«Современная технология производства ферментов не развивалась десятилетиями», – говорит Даниэлл. "Никаких изменений в стоимости или стабильности не произошло. Если мы продаем эти ферменты чему-то вроде компании по производству соков, было бы огромным преимуществом иметь безопасный, недорогой и стабильный при хранении продукт, к которому они могут обратиться в качестве альтернативы доступным в настоящее время ферментам."
Растительные ферменты также стали важной вехой в области генной инженерии, поскольку это первый белковый продукт, полученный из листьев для коммерческого использования.
«Невероятно видеть коммерческий продукт, который повлияет на так много людей и процессов, возникающих в нашей школе», – говорит Марк Вольф, декан отделения стоматологической медицины штата Мортон Амстердам. "Генри помогает наметить путь инноваций, и я знаю, что в ближайшие годы мы увидим, что многие другие преподаватели и студенты будут следовать."