Teollisuusentsyymit

Teollisuusentsyymit ovat eri teollisuuksissa käytettäviä entsyymejä. Entsyymit ovat molekyylejä, yleensä proteiineja, jotka toimivat biologisina katalyytteinä kemiallisissa reaktioissa. Katalyytillä puolestaan tarkoitetaan ainetta, joka nopeuttaa kemiallisia reaktioita alentamalla reaktion aktivointienergiaa mutta muuttamatta reaktion tasapainoa. Entsyymien avulla raaka-aineet saadaan muunnettua lopputuotteiksi eikä entsyymi myöskään kulu reaktion aikana. Teollisuus voi hyödyntää entsyymejä omissa prosesseissaan ja tällöin puhutaan teollisuusentsyymeistä. Teollisuusentsyymeiksi kutsutaan biologisia proteiinikatalyyttejä, joita käytetään vauhdittamaan suuressa teollisessa mitassa valmistettavia kemiallisia reaktioita. Teollisuudessa entsyymit kuten muutkin katalyytit saavat aikaan säästöjä energian kulutuksessa ja laitehankinnoissa, sillä vältytään kalliiden painetta ja korroosiota kestävien laitteistojen käytöltä. Lisäksi tuotantoprosessien tehokkuus kasvaa ja syntyy taloudellisia säästöjä, koska entsyymien käyttö poistaa tuotantoprosessissa syntyvät tarpeettomat sivutuotteet.

Entsyymien luokittelu

Kansainvälisen Biokemian Unionin Entsyymikomission sääntöjen mukaisesti entsyymit luokitellaan kuuteen ryhmään: oksidoreduktaaseihin, transferaaseihin, hydrolaaseihin, lyaaseihin, isomeraaseihin ja ligaaseihin.
Oksidoreduktaasit (ryhmä EC 1): katalysoivat substraattiensa hapetus-pelkistys-reaktioita; esim. alkoholidehydrogenaasi eli alkoholi:NAD oksidoreduktaasi katalysoi maksassa etanolin hajoamisen asetaldehydiksi ja hiivakäymisessä päinvastaisen reaktion asetaldehydista etanoliksi.
Transferaasit (ryhmä EC 2): katalysoivat erilaisten molekyyliryhmien siirtoa; esim. adenylaattikinaasi eli ATP:AMP fosfotransferaasi siirtää fosfaattiryhmän solun energia-aineenvaihdunnassa.
Hydrolaasit (ryhmä EC 3): katalysoivat kemiallisen sidoksen katkeamisen liittämällä siihen vesimolekyylin; esim. amylaasit, jotka hajottavat tärkkelyksen oligosakkarideiksi tai sokereiksi ja proteaasit, jotka pilkkovat valkuaisaineita peptideiksi tai aminohapoiksi
Lyaasit (ryhmä EC 4): katalysoivat molekyyliryhmän siirron substraatista; esim. palo-rypälehappodekarboksylaasi eli 2-oksohappokarboksilyaasi, joka katalysoi hiivan alkoholikäymisessä palorypälehapon hajoamisen asetaldehydiksi.
Isomeraasit (ryhmä EC 5): katalysoivat substraattimolekyylin sisäisiä rakennemuutoksia; esim. sokeriteollisuudessa hyödynnetään ksyloosi- eli glukoosi-isomeraasia, joka katalysoi glukoosin muuntamisen fruktoosiksi.
Ligaasit (ryhmä EC 6): katalysoivat kahden molekyylin liittämisen toisiinsa kemiallisen energian avulla; esim. DNA-ligaasi liittää kaksi DNA-molekyyliä yhdeksi molekyyliksi ATP:stä saamansa energian voimalla.

Teollisuusentsyymien käyttökohteet

Rehuentsyymit
Rehuteollisuudessa entsyymeinä käytetään fytaasia, ksylanaasia ja beeta-glukanaasia. Fytaasia käytetään fosforin vapauttamiseen fytiinistä ravinteeksi. Ksylaasi parantaa ravinteiden käyttöä, alentaa rehukustannuksia, vähentää jätekuormaa sekä ulosteiden likaavuutta ja beeta-glukanaasin tarkoituksena on rehun sulavuuden parantaminen.
Elintarvike-entsyymit
Elintarviketeollisuudessa entsyymejä käytetään erittäin paljon leivonnassa ja juomateollisuudessa. Leivonnassa eniten käytetyt ksylanaasi ja amylaasi auttavat leivän tuoreuden säilyttämisessä, lisäävät leipään tilavuutta ja parantavat taikinan sitkoa. Leivonnassa käytetyt entsyymit ovat useimmiten bakteeriperäisiä tai homeperäisiä. Amylaasin ja ksylanaasin lisäksi leivontatuotteissa käytetään transglutaminaasia (pakasteet ja huonosti nousevat taikinat), lipaasia (nuudelit ja pastat) ja proteinaasia (keksit, pikkuleivät ja vohvelit). Usein leivontateollisuudessa käytetään entsyymituotteita, joissa on useampaa entsyymiä sopivassa suhteessa riippuen käyttötarkoituksesta. Juomateollisuudessa käytetään muun muassa pektinaasia, joka poistaa mehuista sameuden, parantaa mehusaantoa hedelmälihasta ja tekee punaisesta mehusta punaisempaa. Muita juomateollisuuden entsyymejä ovat sellulaasi, glykoamylaasi, peroteaasi ja beeta-glukanaasi, joita käytetään paljon vähemmän kuin pektinaasia ja usein pektinaasin lisäksi. Elintarvikkeissa usein käytetään erityisentsyymejä, kuten proteaasia ja fosfolipaasia, joita käytetään esimerkiksi lastenruokien sulavuuden parantamiseen ja ruokaöljyn jatkojalostukseen.
Tekniset entsyymit
Teknisiä entsyymejä käytetään tekstiiliteollisuudessa, pesuaineissa, metsäteollisuudessa ja biomassassa. Tekstiiliteollisuudessa käytetään muun muassa sellulaasia, amylaasia ja katalaasia. Entsyymejä käytetään kivipesujen korvaajina ja kankaan tunnun muokkauksessa. Lisäksi entsyymejä käytetään bioviimeistelyssä, mikä tarkoittaa värien kirkkauden säilyttämistä sekä nyppyyntymisen ja nukkaantumisen estoa. Lisäksi tekstiiliteollisuudessa käytetään pektinaasia ja lakkaasia. Sellulaasia käytetään myös pesuaineissa, metsäteollisuudessa ja biomassan tuotannossa. Pesuaineissa sellulaasin lisäksi käytetään proteaasia. Entsyymien tarkoituksena on tehokkaampi tahranpoisto, nyppyyntymisen estäminen, vaatteiden värien kirkkauden säilyttäminen ja alhaisten lämpötilojen pesujen mahdollistaminen. Metsäteollisuudessa käytetään sellulaasin lisäksi myös ksylanaasia. Sellulaasilla tavoitellaan paperin lujuusominaisuuksien parantamista ja raaka-ainekäytön optimointia. Ksylanaasilla tehostetaan paperin valkaisua ja siten saadaan energiasäästöjä. Biomassan tuotannossa käytetään sellulaasia, ksylanaasia ja beeta-glukosidaasia. Entsyymejä käytetään lignosellulolyyttisen biomassan hydrolyysissä käymiskelpoisiksi sokereiksi ja biokaasusovelluksissa.

Teollisuusentsyymit Suomessa

Suomi on vahva teollisten entsyymien tuottajamaa ja monikansallisella pohjalla Suomessa toimivat yhtiöt ovat ottaneetkin haltuunsa muhkean lohkon maailman entsyymimarkkinoista. Suomessa viisi eniten tuotettua entsyymiä tuotannon määrän tai arvon mukaan ovat: sellulaasi, proteaasi, fytaasi, ksylanaasi ja pektinaasi. Suomalaisen entsyymiliiketoiminnan alkujuuret löytyvät alkoholi- ja sokeriteollisuudesta.
Teollisuusentsyymien kehityksessä ensiaskeleet otettiin 1960-luvulla, jolloin Alko ryhtyi valmistamaan omaan käyttöönsä homeperäistä amylaasia maltaan korvaamiseen. Suomen Sokeri Oy on puolestaan valmistanut vuodesta 1979 glukonaattia Aspergillus niger -homeella Hangon tehtaassaan. Reaktiota katalysoi glukoosioksidaasi, jota sittemmin myytiin myös puhdistettuna entsyymituotteena diagnostiikkakäyttöön.
Varsinainen entsyymiliiketoiminta käynnistyi Suomessa 1980-luvulla. Silloin Oy Alko Ab aloitti uuden bioteknisen liiketoiminnan kehittämiseen suuntaavat toimet. Oy Alko Ab palkkasi lisää tutkijoita tutkimuslaboratorioon, bioteknologiatuotteiden tuote- ja myyntipäällikön sekä patentti-insinöörejä. 1980-luvun alkupuolella Alkon entsyymituotteita olivat Bacillus amyloliquefaciens -bakteerilla tuotettu alfa-amylaasi ja Aspergillus awamorii -homeella tuotettu glukoamylaasi. Edellä mainituista entsyymituotteista kuitenkin luovuttiin 1980-luvun puolivälissä, koska Alko myi entsyymit Novo Nordisk A/S:lle.
Suomen Sokeri aloitti teollisuusentsyymien liiketoiminnan vuonna 1982, jolloin yhtiön biokemikaalit-yksikkö osti lisenssin Streptomyces rubiginosus -peräisen glukoosi-isomeraasin tuotantoon amerikkalaiselta Nabisco Brands Inc. -yhtiöltä. Suomen Sokeri rakensi toisen entsyymitehtaan vuosina 1984–1986 homeilla tuotettavia entsyymejä varten. Vuonna 1985 Suomen Sokerin osuus teollisuusentsyymien maailmanmarkkinoista oli noin viisi prosenttia.
Suomen Sokeri muutti nimensä Cultor Oy:ksi 1980-luvun lopulla ja liittoutui amerikkalaisen Eastman Kodak Companyn kanssa. Yhteisyrityksen nimeksi tuli NewCo. Samana vuonna NewCo osti amerikkalaisen Genencor Inc. -yhtiön. Puolestaan Oy Alko Ab ja saksalainen Röhm GmbH perustivat vuonna 1991 yhteisyrityksen teollisuusentsyymien valmistukseen, jonka nimeksi tuli Roal Oy. Nämä yritysjärjestelyt ovat osaltaan tehneet Suomesta yhden merkittävimmistä teollisuusentsyymien tuottajamaista ja entsyymien vienti onkin kasvanut tasaisesti 1990-luvun puolivälistä alkaen.