Способ получения диоксиацетона

Способ получения диоксиацетона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

4 1вм.;io те;.q;:» р «ая

haa ei .а alii,À.O П

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«»787462

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 23.02. 79 (21) 2728952/28-13 с присоединением заявки Ио— (23) Приоритет

Опубликовано 15.1280. Бюллетень Мо 46

Дата опубликования описания 17.1.2.80 (51)М. Кл.з

С 12 D 1/00

С 12 D 13/02 (осударствеииый комитет

СССР оо делам изобретеиид и открытиИ (53) УДК 66 3 ° 18 (088.8) (72) Авторы изобретения

Т. А. Махоткина, Н. В, Поморцева, И. E. Ломова, П. И. Николаев, Н. А. Кустова П.П. Макеев, Т. H. Миронова и В. Н. Максименко

Московский ордена Трудового Красного Знамени институт химического машиностроения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИОКСИАЦЕТОНА

Изобретение oTHocHTcR к микробиологическои промышленности, а именно к способу получения диоксиацетона при помощи иммобилизованных в полиакриламидном геле неразмножающихся клеток Gluconobacter oxydans, Использование иммобилизованных ферментов и клеток является перспективным, так как дает возможность применять их в непрерывных автома- 10 тизированных процессах, а также в ряде случае позволяет упростить процесс выделения продуктов микробиологического синтеза.

Диоксиацетон (ДОА) в Советском

Союзе не производится, однако известны широкие возможности его применения в лабораторных биохимических исследованиях, в парфюмерной, легкой и пищевой проььпапенности, а также в,ф медицине.

Известен способ получения диоксиацетона, заключающийся в том, что диоксиацетон накапливается в процессе роста и размножения клеток Gluco- 25

nobacter oxydans в богатой органическими добавками среде, содержащей глицерин, кукурузный экстракт, дрожжевую воду, монокалийфосфат и карбонат кальция в условиях аэрации. Про-30 цолжительность окисления глицерина растущими клетками бактерий составляет 30 ч. По окончании процесса бактериальную массу отделяют центрифугированием или сепарированием, а целевой продукт получают из культуральной жидкости j1j

Недостаток этого способа заключается в однократном использовании биомассы бактерий. Кроме того, выделение диоксиацетона затруднено из-за наличия в культуральной жидкости большого количества органических примесей, что является следствием использования для процесса сложной по составу среды, Выделение диоксиацетона в таком случае процесс трудоемкий, включающий обработку культуральной жидкости адсорбентами, что приводит к большим потерям продукта.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения диоксиацетона путем выращивания продуцирующих бактерий Gluconobacter oxydans в условиях аэрации на питательной среде, содержащей глицерин, монокалийфосфат, дрожжевую и водопроводную воду с последующим отделением бактерий от питательной среды, окислением глицерина в диоксиацетон не787462 размножающимися клетками бактерий и его выделением. Способ заключается в том, что на. первой стадии процесса осуществляют выращивание бактерий при 28 С на среде, содержащей глицерин, монокалийфосфат и отвар пекарских дрожжей, затем клетки бактерий отделяют центрифугированием от жидкой фазы и помещают в 5-8%-ный водный раствор глицерина, содержащий

0,2% монокалийфосфата. Нераэмножающиеся клетки бактерий в условиях аэрации интенсивно окисляют глицерин в диоксиацетон. Одну и ту же биомассу используют несколько раз, отделяя клетки бактерий центрифугированием, каждый раз по окончании процесса окис-15 ления глицерина (23

Недостатком этого способа является то, что каждый раз по окончании цикла микробиологической трансформации глицерина в диоксиацетон требу- Щ ется отделение клеток от среды. Такое отделение процесс длительный и трудоемкий, требующий использования дорогого оборудования и определенных энергозатрат на сепарацию, а также может способствовать появлению инфекции и приводит к потере биомассы.

Цель изобретения — обеспечение непрерывности способа получения диоксиацетона, уменьшение потерь биомассы, а также сокращение энергозатрат на процесс получения диоксиацетона, т.е. упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что окисление глицерина осуществляют предварительно иммобилизованными в полиакриламидном геле клетками бактерий.

Способ осуществляют следующим образом.

Культуру бактерий Gluconobacter QQ

oxydans выращивают в колбах Эрленмейера объемом 750 мп со 100 wi среды, содержащей 6% глицерина, 0,2% монокалийфосфата,10 об.В 10%-ной дрожжевой воды и водопроводную воду.

Выращивание ведут на круговой качалке при 28 С в течение 36 ч. Полученную биомассу отделяют центрифугированием, клетки отмывают водой до исчезновения следов, редуцирующих веществ и используют для иммобилизации.

Далее клетки Gluconobacter oxydans иммобилизуют в полиакриламидный поперечносшитый гель, выбранный для работы потому, что он имеет ряд преимуществ перед другими гелеобразующи- Ю ми.носителями: нетоксичен для живых клеток, легко полимеризуется из раст . воримых в воде соединений и хорошо гранулируется.

Включение бактериальных клеток в полиакриламидный гель проводят следующим способом.

Для получения геля используют водный раствор 9,5 г акриламида и 0,5 r поперечносшивающего агента й,N -метиI ленбисакриламида, в котором суспендируют бактериальные клетки ° Реакция полимеризации идет в присутствии катализаторов — 0,1 r персульфата аммо ния и О, 1 г N,N,N,N, -тетраметилендию амина при охлаждении до 12-15 С в атмосфере азота. Время реакции 1015 мин. Полученный блок геля с включенными в него клетками взвешивают, измельчают и продавливают через сито с отверстиями 0,25 мм. Количество иммобилизованных бактериальных клеток (в пересчете на сухой вес) составляет 5-7% от веса геля-носителя.

Полученный по предложенному методу гель с включенными в него клетками используется для окисления глицерина в диоксиацетон..

Концентрация накопленного диоксиацетона определяется колориметрическим методом с использованием хлористого трифенилтетразолия.

Окислительную активность (A) свободных и включенных в гель клеток вычисляют по формуле где

Q - количество образовавшегося

ДОА

ДОЛ, г;

С вЂ” количество абсолютно сухой биомассы (СБ), r Q (t. — продолжительность окисления, ч.

Пример 1. Окисление глицерина в диоксиацетон иммобилиэованными в полиакриламидном геле клетками Gluconobacter oxydans в термосватированных колонках с аэрацией и без аэрации.

Через термостатированную колонку с гранулами геля пропускают среду, состоящую из водопроводной воды, 6% гли церина и 0,2Ъ монокалийфосфата. Среду додают в колонку сверху из градуиро,ванной воронки со скоростью 9 мп/ч, рН,среды 5,0. Вытекающую из колонки жидкость анализируют на содержание диоксиацетона, В таких условиях клетки сохраняют жизнеспособность и окислительную способность до 10 сут.

В табл. 1 приведена окислительная активность иммобилизованных в полиакриламидном геле клеток Gtuconobacter

oxydans в термостатированных колонках.

787462

Таблица.1

0,032

0,048

9,0

0,060

Колонка, наполненная гранулами с аэрацией микрокомпрессором

0,204

0,317

0,058

9,0

Данные табл. 1 показывают, что аэрация позволяет значительно увеличить окислительную активность иммобилизованных клеток бактерий Gluconobacter oxydans.

П ° ð и и е р 2. Окисление глицерина в диоксиацетон иммобилизованными клет=

Таблица 2.

0,49

О 200

1 200

2 200

0,49

0,72

1,14

2,94

0,49 Свободные

2,32

2,12

3 200

О, 4.9

1,26

1,71

4 200

1,47

0,49

1,50

200 0,52

200 0,52

0,34

1i 31

Иммобили эованные

D 69

1,38

1,28

D,99

1,27

1,27

1,22

Колонка, на.полненная гранулами геля, без аэрации

200 0 52

200 0,52

200 0,52 ками Gluconobacter oxydans в термостатированных сосудах с аэрацией.

В табл. 2 приведены данные по накоплению диоксиацетона свободными иммобилизованными клетками Glucono"

bacter oxydans в сосудах с аэрацией среды.

787462

Т а б л и ц а 3

Условия опыта

Аэрация воздухом

2,10

2,71

0,116

Аэрация воздухом обогащенI ным кислородом. Свободные клетки

5,95

4,76

0,120

1,60

1,20

0 i113

Аэрация воэобогащенным кислородом

2,81

2,16

0,115

Как видно из табл. 2 за g ч свободные клетки накопляют 1,47% диоксиацетона, а иммобилизованные -1,27В.

Срецняя окислительная активность иммобилизованных клеток.в этих условиях составляет 60% от окислительной способности свободных клеток.

Данные табл. 1 и 2 показывают возрастание окислительной активности как иммобилизованных, так и свободных клеток при провецении опытов в термостатированных сосудах по сравнению с окислительной активностью данной культуры бактерий в колонках.

Так, окислительная активность иммобилизованных клеток за 4-й час опыта в сосудах с аэрацией среды составс ДОА ляет 111 —, а в колонках максиf C мальная окислительная активность иммобилизованных клеток составляет

ОЫ7 — гАОА, r Сб

Однако и в термостатированных со судах с аэрацией скорость абсорбции кислорода по-прежнему лимитирует процесс трансформации глицерина в диокси ацетон.

Пример 3.Окисление глицерина в диоксиацетон иммобилизованными клет

Иммобилизо- Аэрация возванные клет- духом ки

Как видно иэ табл. 3, свободные и иммобилизованные в геле клетки реагируют на интенсификацию аэрации введением в опытные колбы обогащенного кислородом воздуха повышением окислительной активности, а именно csoбодные клетки при этом повышают окис ками 61ысопоЬасСес оху0апь в колбах на качалке с азрацией обогащенным кислородом воздухом. Гранулы гнея с включенными в них клетками помещают в колбы объемом 750 мл. Колбы встряхивали на качалке при 26 С. Интенсивность аэрации, выраженная сульфитным числом, в этих условиях составляет

1,5 г О /л ч при рабочем объеме в колбе 150 мл. Для окисления глицерина О, используют раствор, содержащий 60 г глицерина и 2 г монокалийфосфата на 1 л водопроводной воды. Колбы снабжены насадками, через которые с помощью масляного насоса откачивают воздух до остаточного давления 40 мм рт .ст.

1З и заменяют кислородом. Заполнение колб проводят каждый час. Для контроля ведут опыты по окислению глицерина иммобилизованными и свободными клетками Gluconobacter oxydans в кол2О бах, закрытых ватными пробками, т.е. с аэрацией атмосферным воздухом.

B тTаaб6л . 3 приведены данные по влиянияю аэрации на окислительную активность свободных и иммобилизованных клеток Gluconobacter oxydans., лительную активность с 2,71 до

d0 о,Ы ., т.е. в 2,2, раза, а имг Д,ОА гсб мобилизованные клетки повышаЮт окислительную активность с 1,60 до

Я.,sa — ч > т.e ° в 1,8 раэ. При

АСЬ этом в условиях аэрации воздухом окис787462

Формула изобретения

Составитель М. Ларина

Ре акто Т. Веселова Тех е A. Ач Ко екто Г. Решет ни к

Тираж 522. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета -СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб. д.

Заказ 8278 25

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 лительная активность иммобилизованных клеток составляет 59% таковой свободных клеток, а в условиях аэрации воздухом, обогащенным кислородом окислительная активность иммобилиэованных клеток составляет 47% от окислительной активности свободных клеток.

Следовательно, все три варианта опытов показывают принципиальную воэможность микробиологической трансформации глицерина в диоксиацетон иммобилизованными в полиакриламидном геле клетками Gluconobacter oxydans как в непрерывном, так и в периодическом процессе.

Предлагаемый способ дает воэможность получать диоксиацетон в непрерывном процессе.

Переход от периодического процесса производства к непрерывному с использованием иммобилизованных клеток бактерий позволяет в большей степени автоматизировать процесс, сократить затраты на заработную плату за счет высвобождения части промышленно-производственного персонала и устранения некоторых ручных вспомогательных операций.

Совершенствование технологической схемы, увеличение длительности использования биомассы и замена сепарирования культуральной жидкости отстаиванием при использовании включенных в гель бактерий позволяет сократить время производственного цикла и уменьшить умму капитальных затрат на производственное оборудование. В результате внедрения предлагаемого способа ожидаемый экономический эффект при производстве диоксиацетона мощностью 30 т в год составляет

73,70 тыс. руб. в год.

И

Способ получения диоксиацетона путем выращивания продуцирующих его бактерий Gluconobacter oxydans в условиях аэрации на питательной среде

Р содержащей глицерин, монокалийфосфат, дрожжевую воду и водопроводную воду с последующим отделением бактерий от питательной среды, окислением глицерина в диоксиацетон неразмножающимися клетками бактерий и его выделением, 2О отличающийся тем, что, с целью обеспечения непрерывности процесса, уменьшения потерь биомассы и упрощения способа, окисление глицерина осуществляют предварительно иммо25 билизованными в полиакриламидном геле клетками бактерии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

30 1. Патент США Р 2948658, кл. 195.-36, опублик. 1960.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 427050, кл. С 12 3 1/00, 1972.