Способ осуществления ферментативных гетерофазных процессов гидролиза казеина и конверсии лактозы

Способ осуществления ферментативных гетерофазных процессов гидролиза казеина и конверсии лактозы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

р v р т м.. з куя, л . » . 1 > F >.

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ((() 765277

Сею з Соаетеккк

Социалистических

Республик (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 12.10.78(21) 2668151/23-04 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень ¹ 35

Дата опублилования описания 25.09.80 (ы)м. кл.

С 07 G 7/02

3Ъеударвтввииый комитет

СССР ае делам изабретений и вткрытий (53) УДК 577.15. .07(088.8) Э. Н. Теаро, Э. Г. Уус, Л. А. Иосуа, A. И. Кестнер, К, Э. Паппель и К. А. Кивисилла (72) Авторы изобретения

Таллинский политехнический институт (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ОСУШЕСТВЛЕНИЯ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ

ГЕТЕРОФАЗНЫХ ПРОЦЕССОВ ГИДРОЛИЗА

КАЗЕИНА И КОНВЕРСИИ ЛАКТОЗЫ

Изобретение относится к области инженерной энэимологии и может быть применено при биохимической конверсии и переработке веществ и сырья в пищевой, медицинской и химической про мышленности.

Известны способы осуществления различных ферментативных реакций с использованием иммобилизованных ферментов.

Однако при использовании иммобили10 зованных ферментных препаратов, представляющих собой ферменты, связанные с твердыми или гелеобразными носителями возникают определенные трудности

15 в проведении ферментативных процессов, обусловленные образованием гетерогенных реакционных систем .В таких гетерогенных системах создается относительно высокое сопротивление массопереносу

20 от раствора к зерну биокатализатора, а также внутри его зерен, что обуславливает меньшие скорости течения процесса по сравнению с аналогичными про2 цессами, протекающими в гомогенной фазе (т. е. при использовании растворимых ферментов}..В гстерогенных ферментативных системах создаются условия, когда в зерне катализатора кондея» трации субстрата меньше, а количество продуктов выше, чем в свободной фазе обрабатываемого. раствора. Таким образом, в зоне, непосредственно прилегающей к поверхности раздела фаз, возникает определенная разность концентраций, а скорость реакции определяется скоростью массопереноса субстрата к ферменту. Внешнедиффузионное сопротивление обусловлено наличием гидродинамического и диффузионного пограничных слоев у твердой поверхности при обтека» нии ее раствором. В пористых матерна лах к этому сопротивлению добавляется внутридиффузионное сопротивление катализаторов. Учитывая существенное значение концентрации субстрата на ско« рость ферментативной реакции, а также частые случаи ингибирования ферментов

3 7 продуктами реакции, упомянутое .диффузионное сопротивление всегда снижает эффективность действия иммобилизованнык ферментов. Кроме того, дополнительное замедление реакции возможно из-еа локальных изменений рН в результате реакций с освобождением или связыванием протонов. Все эти нежелательные явления особенно существенны при глубоких конверсиях субстрата или при переработке высокомолекулярных веществ.

Известен способ осуществления гете» рофазных ферментативнык процессов, в котором с целью интенсификации процесса

I применяется транспортировка используе мых веществ под воздействием электрического поля (1).

Недостатком этого способа является применимость его только для отдельных ионогенных субстратов.

Известен также способ осуществления ферментативнык гетерофазнык реакций, например конверсии лактозы с использованием иммобилизованнык ферментов, в частности J3 -галактозидазы, путем перемешивания иммобилизованного фермента с раствором субстрата с помощью гориэонтальнык лопастных мешалок в открытом U -образном шестисекционном желобе снабженном переливными пере городками.

Процесс осуществляется поц нормальным давлением (21.

Недостатком известного способа является малая скорость процесса массопередачи.

)1елью настоящего изобретения является интенсификация процесса, Это достигается предлагаемым способом осуществления ферментативных гетерофазных процессов гицролиза каэеина и конверсии лактозы с использованием иммобилизованных ферментов, заключаю» щимся в том, что реакционную систему подвергают действию пульсирующего давления, величина которого циклически изменяется от атмосферного до величины, вызывающей кипение реакционной смеси, и обратно с продолжительностью цикла

60 140 с.

65277

Существенным отличием предлагаемого способа является то, что реакционную систему подвергают действию пульсирующего давления, величина которого изменяется, как указано выше, а продолжительность цикла составляет 60-140 с (при конверсии лактозы с использованием иммобилиэованной ф -галактозицазыобычно 60-140 с, при гидролизе казеилизатором и изменение давления в системе по программе: вакуумирование 23 с (из ник интенсивное кипение раствора

15 с), атмосферное давление 44 с, продолжительность полного цикла 67 сек.

Максимальная температура в колбе (перед началом вакуумирования) 51 С, а минимальная (в конце процесса кипецпя) 55 ф на с использованием иммобилиэоваиного панкреатина - обычно 120-130 с).

Процесс протекает следующим образом.

При понижении давления в системе (вакуумировании) начинается интенсивное парообразование на поверкностяк раздела фаз - кипение субстрата, в результате чего проискодит нарушение

L0 структуры пограничного слоя и интенсификация процесса., При этом пульсация внешнего давления вызывает дополнительное перемещение жидкости внутри капилляров катализатора из- а расширения в

)5 них неконденсируюшихся зашемленнык газов (воздуха). Последний положительный эффект не может быть достигнут любыми другими видами механического перемешивания тонкопористых зерен катали20 затора в растворе. Все это вместе взятое позволяет уменьшить диффузионное сопротивление и интенсифицировать процесс.

Интенсивный отвод продуктов реакции

25 от поверхности катализатора и из его пор приводит к увеличению скорости реакции и позволяет при заданном времени контакта увеличить степень превращения, особенно в тек случаяк, когца продук30 ты реакции ингибируют биокатализатор.

Пример 1 . Трехгорлую круглодонную колбу емкостью 300 мл закрепляют в держателе взбалтываюшей машины и помешают. в термостат с регулируе з, мой температурой. К колбе подключают систему вакуума, обеспечивающую изменение давления в колбе по заданной программе управления, улавливание и возвращение испарившейся.жицкости об40 ратно в сосуд. Для контроля процесса колбу и термостат снабжают термометрами, а систему вакуума - манометром и автоматическим клапаном, привоцимым в действие от программного устройства.

45 В колбу помещают 3,85 г катализатора, иммобилиэованной на силокроме Ь -гала ктоэицазы с активн ос тю 4 6 E / г при 50 С, и 100 мл 5%-ного раствора лактозы в ацетатном буфере с рН 4,2.

При работе установки осуществляют непрерывное взбалтывание субстрата с хате765277

Составитель О. Скородумова

Редактор В. Голышкина Техред Н. Бабурка Корректор Н. Григорук

Заказ 6445/25 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Госуцарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

41 С. При указанных условиях требуеО мая конверсия лактозы в 50% достигается в течение 75 мин.

При проведении контрольных опытов на той же установке в идентичной колбе с таким же количеством катализатора той же активности и тем же количеством субстрата при температуре 50 С, о но без пульсирующего вакуума та же степень конверсии лактоэы в 50% дости- 10 гается за 120 мин.

П р и м . е р 2. В установке, описанной в примере 1, осуществляют конверсию лактозы при помощи fb -галактозидаэы, включенной в олиакриламиц- 35 ный гель. B колбу помещают 3,30 г катализатора с активностью 9 E/ã при

50 С и 80 мл 5%-ного раствора лактозы в aueTBtHDM буфере с рН 4,2. Изменение давления в системе осуществляют 20 по режиму, описанному в примере 1.

Максимальная температура в колбе

50 С, минимальная - 40 С. Степень конверсии лактозы в 30% достигается за 1.41 мин. 25

При провецении контрольных опытов на той же установке и идентичной колбе с таким же количеством того же катализатора и тем же количеством субстрата при температуре 50 С, но без 30 пульсирую1цего вакуума та же степень конверсии лактозы в 30% достигается за 185 мин.

Пример 3. В установке, описанной. в примере 1, осуществляют гидролиз каэеина при помощи панкреатина, иммобилиэованйого на силохроме с активностью 9,6 Е/r. В колбу помещают

1,5 г катализатора и 100 мл 2%-ного раствора. казеина. При работе установки 40 осуществляют непрерывное взбалтывание субстрата с катализатором и изменение давления в системе по программе: вакуумирование 70 с (из них интенсивное кипение 60 с), атмосферное давление 45

50 с, продолжительность полного цикла

120 с. Максимальная темпеоатура в колбе 38 С, минимальная - 32 С. При укао 0 занных условиях содержание тирозина

1, 1 мг/мл достигается за 1 27 мин.

При проведении контрольных опытов на той же установке в идентичной колбе с таким же количеством катализатора той же активности и тем же количеством субстрата при температуре 35 С, но беэ пульсирующего вакуума та же концентрация аминокислот достигается эа 270 мин.

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ осуществления процессов гидролчза казеина и конверсии лактоэы с иммобилиэованными ферментами позволяет интенсифицировать их по сравнению с известными способами в

1,3-2 раза.

Формула изобретения

1. Способ осуществления ферментативных гетерофазных процессов гидролиза казеина и конверсии лактозы с исполь« зованием иммобилиэованных. ферментов, отл ичающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, реакционную систему подвергают действию пуль. сирующего давления, величина которого циклически изменяется QT атмосферного до величины, вызывающей кипение реакционной смеси, и обратно с продолжительностью цикла 60-140 с.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что при конверсии лактозы с использованием иммобилизованной

Р -галактозидазы продолжительность цикла воздействия пульсирующего давления составляет 60»140 с.

3.Способпоп. 1, отличаюшийся тем, что при гидролизе казеина с использованием иммобилиэованного панкреатина продолжительность цикла воздействия пульсирующего давления составляет 120-130 с.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Выложенная заявка ФРГ

М 2400598, кл. 6 Ъ 16/03, выкл.

1 1.07.74.

2. Патент США Л". 3836432; кл. 195-11, опублик. 1974 (прототип).