Изобретение относится к получению гранулированных ионообменных композитов на основе производных целлюлозы, способных связывать заряженные макромолекулы, которые могут быть использованы, в частности, в пищевой промышленности.
Целью изобретения является улучшение адсорбционных и связующих свойств композиции.
Указанная цель достигается тем, что полученный известным способом и выделенный сухой продукт подвергают одной или нескольким обработкам в воде или водном солевом растворе, имеющем удельную проводимость, не превышающую 7000 umhos, при температуре 60-100°С. Время обработки составляет от получаса до 5 ч. Предпочтительной температурой обработки является 80-100°С. Может быть использована водопроводная вода, депонизирован- ная вода или разбавленный солевой раствор, имеющей удельную проводимость,
предпочтительно, более 1000 umhos. Указанная обработка композиции проводится в течение времени, достаточном для повышения адсорбционной способности по отношению к макромолекулам.
Получаемая композиция в особенности пригодна для адсорбции и иммобилизации глюкозизомеразы.
Вследствие высокой загрузочной емкости ионообменных препаратов целлюлозы, содержащих глюкозизомеразу, при их использовании в промышленности для превращения больших количеств глюкозы в фруктозу могут применяться сравнительно небольшие реакторы.
Кроме того, вследствие такой высокой загрузочной емкости, субстрат и полученный продукт находятся в условиях изомеризации очень непродолжительное время. Эти условия изомеризации, как правило, способствуют образованию небольших количеств нежелательных побочных продуктов,
ел
со
00
ы
ы
что связано с реакционноспособностью фруктозы, Поэтому, чем дольше фруктоза находится в этих условиях, тем в больших количествах образуются такие нежелательные; побочные продукты. Таким образом, высокая загрузочная емкость ионообменной целлюлозы приводит к желаемой степени изомеризации субстрата в короткое время с уменьшением времени, в течение которого фруктоза находится в условиях изомеризации. Известные препараты, содержащие негранулированную ионообменную целлюлозу, имеют недостаток, заключающийся в их уплотнение, вследствие чего кх применяют в виде небольших слоев с целью избежать трудности, связанных с избыточным обратным давлением. Но даже в случае применения небольших слоев существует возможность каналообразова- ния и, как следствие, недостаточная степень контактирования субстрата со связанной или иммобилизованной глюкозизомеразой. Хотя и созданы определенные препараты иммобилизованной глюкозизомеразы с целью свести к минимуму указанные трудности, они страдают другими недостатками, например, их ферментативная способность или активность на единицу объема не так высока, как хотелось бы, и/или они не так экономичны, как ионообменная целлюлоза.
8 соответствии с изобретением получено гранулированное производное целлюлозы двух типов, В гранулированном производном целлюлозы первого типа в качестве загустителя применяют окись алюминия, з в гранулированном производном целлюлозы второго типа в качестве загустителя применяют двуокись титана. Для получения обоих композитов применяют следующую методику. Агломерат получают смешиванием 30 ч. целлюлозы и 20 ч. загустителя (окись алюминия для типа I и двуокись титана для типа II) и полученную смесь перемешивают 10 мин с 50 частями полистирола в двухвзликовом нагретом (160--180°С} смесителе. После охлаждения полученный композит размалывают и просеивают через сито на 40-80 меш.
В один из двух пластиковых сосуда на 2 л с четырьмя горлами, снабженного мешалкой, термометром с регулятором нагрева во- ды... холодильником и нагревательной оболочкой, загружают 300 г гранулированной целлюлозы или типаЧ, или типа II (ГЦ1 ti/ii/1 ГЦ) и 942 мл деионизированной воды. При перемешивании добавляют 300 г безводного сульфата натрия и затем 82 г 50%- ной гидроокиси натрия. К каждой нагретой до реакционной смеси с помощью насоса прибавляют 117 50%-ного диэтиламиноэтилхлорида (ДЭХ), Реагент прибавляют в течение двух часов, Смесь перемешивают 30 мин при 40°С, затем в каждый сосуд добавляют 62 г NaOH и в течение 2 ч прибав- 5 ляют дополнительные 117 диэтилхлоридз, Затем реакционную смесь нагревают около 30°С при 60°С, охлаждают и добавлением 30%-ной H2S04 устанавливают рН 6,5. Полученные продукты обозначают как гранулированное производное целлюлозы типа I (ГЦ) и гранулированное производное целлюлозы типа II (ГЦП).
Полученные в результате гранулированные композиты могут рассматриваться как
5 исходные с точки зрения последующей адсорбции макромолекул. Т.е. исходный композит в употребляемом здесь смысле - это композит, ранее не подвергавшийся обработке и не загружавшийся такими макромо0 лекулами.
Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение, но без его ограничения.
Пример 1. Данный пример показывает
5 повышение адсорбционной способности по отношению к ферменту - глюкозизомеразе, достигнутое в результате обработки гранулированного производного целлюлозы (ГПЦ) с окисью алюминия в качестве загу0 стителя водой при 90°С.
50 г сухого свежего базового (с.б.) ГПЦ просеивают через сито из нержавеющей стали N 60 меш. (стандарт США) из нержавеющей стали с применением 24 л воды из
5 распылителя душа.
Просеянное ГПЦ обезвоживают на воронке из плавленного стекла, присоединенной к вакуумной . колбе, после чего переносят в бутылку и обозначают как обра0 зецА.
К 600 мл деионизированной воды в стакане на 1000 мл из нержавеющей стали до; бавляют 21,7 г сухого базового (сух.б) просеянного ГПЦ1. Стакан помещают в ео5 дяную баню, нагретую до 90°С, и смесь перемешивают 30 мин при 90°С.
Горячую смесь фильтруют через грубую воронку из сплавленного стекла, присоединенную к колбе Бюхнера, после чего части0 цы ГПХ вновь помещают в стакан из нержавеющей стали на 1000 мл. В стакан добавляют вторую порцяю деионизированной воды (600 мл) и смесь.вторично нагревают при перемешивании в течение тридцати
5 минут на водяной бане при 90°С.
Горячую смесь фильтруют как ранее, после чего частицы ГПЦ в третий раз обрабатывают 30 мин на водяной бане при 90°С 600 мл деионизированной воды. После окончательного фильтрования обезвоженкое, трижды обработанное ГПЦ, помещают в бутылку и обозначают как образец В.
Адсорбционную способность обработанного ГПЦ по отношению к глюкозизомеразе определяют по методике с определением в одной точке. В пластиковую колбу на 140 мл с крышкой помещают 4,835 г с.б, (2,0262 г сух.б.) обработанного ГПЦ (образец В), и 50 мл деионизированной воды. К полученной смеси добавляют 0,5 мл 1 М трис-буфера 10 (рН 7) и 1,25 мл пиокозизомеразы (5412 мл) с активностью 6765 (МЕГИ).
Глюкозизомераза может быть выделена из экстрактов, содержащих фермент, с помощью хорошо известных способов. Эти 15 способы очистки включают (но без ограничения только ими): центрифугирование, осаждение солью (напр., сульфатом аммония) и колоночной хроматографией (напр., ионообменной или аффинной хроматогра- 20 фией),
Международная единица глюкозизо- меразы (МЕГИ)-это та кое количество фермента, которое способно превратить 1 микромоль глюкозы в фруктозу в минуту в 25 растворе, содержащем 2 моль глюкозы, 0,02 моль MgSCM, 0,001 моль CoCte на литр при рН 6,84-6,85 (0,2 М малеата натрия) при температуре 60°С.
.Для создания удельной проводимости в 30 9,5 х 10 umhos добавляют хлорид натрия и смесь перемешивают 1 ч. Добавление разбавленной H.CI устанавливают рН 7,1 и образец перемешивают 4 ч. После отстаивания образец прозрачной жидкости 35 разбавляют 1:10 и анализируют. Найдена, что активность прозрачной жидкости в целом соответствует 803 МЕГИ. Таким образом 2,0262 г сух.б. ГПЦ адсорбировали в целом 596Л МЕГИ, что соответствует 2940 40 МЕГИ/г сух.б. ГПЦь
Использованием той же методики для исходного ГПЦ (образец А) определена адсорбционная способность в 1955 МЕГИ/г ГПЦ| сух.б. с тем же ферментом. Таким об- 45 разом, высокотемпературная обработка .приводит к повышению адсорбционной способности ГПЦ| по отношению к ферменту на 50%.
Пример 2. Данный пример показы- 50 вает возрастание абсорбционной способности гранулированного производного целлюлоза с двуокисью титана в качестве загустителя (ГПЦи) при его обработке водой при 90°С.55
65,5 г с.б. образца (34,5 г сух.б.) ГПЦи перемешивают в стакане с 600 мл деионизированной воды (комнатная температура) и затем просеивают через сито № 60 меш, (стандарт США) из нержавеющей стали с
применением 24 л воды из душа. Промытое ГПЦ обезвоживают на фильтре из плавленного стекла, перенося в бутылку и обозначают, как образец А. Этот образец является контрольным, не прошедшим обработку при 90°С.
Другую порцию в 34,5 г сух.б. образца ГПЦи вместе с 600 мл деионизированной воды помещают в стакан из нержавеющей стали, Стакан помещают в водяную баню, нагретую примерно до 90°С и взвесь перемешивают при температуре водяной бани 1 ч. Полученный продукт промывают на ситах № 60 меш. (стандарт США) из нержавеющей стали с целью удаления мелких частиц с применением около 24 л воды. Образец обезвоживают в воронке из сплавленного стекла, помещают в бутылку и обозначают, как образец В.
Еще одну порцию в 34,5 г сух.б. образца ГПЦп вместе СС г.тл деыоиизированной воды помещают в стакан из нержавеющей стали и обрабатывают по вышеприведенной методике на водяной бане при 90°С в течение 1/2 ч. Твердое вещество отфильтровывают, вновь суспендируют в 600 мл деионизированной воды и повторно обрабатывают нагреванием 1/2 часа на водяной бане при 90°С. Продукт промывают на сите № 60 меш. (стандарт США) с удалением мелких частиц, затем обезвоживают на фильтре из сплавленного стекла, переносят в бутылку и обозначают, как образец С,
Еще одну порцию в 34,5 г сух.б. образца ГПЦп трижды обрабатывают порциями по 600 мл деионизированной воды, каждый раз в течение 1/2 ч на водяной бане при 90°С. Полученный продукт затем промывают на сите № 60 меш. (стандарт США) с удалением мелких частиц с использованием около 24 л воды. Полученный образец ГПЦп обезвоживают, помещают в бутылку и обозначают, как образец D.
Четыре образца взвешивают и для них определяют адсорбционную способность по отношению к ферменту глюкозизомеразы(ГИ).
Полученные результаты приведены в табл.1.
Пример 3. В данном примере показана адсорбционная способность образцов гранулированной целлюлозы (ГЦ), сначала переведенной а производные с различными количествами ДЭХ и затем обработанной при 90°С водой.
Получение производных.
В шесть четырехгорлых сосудов из пластика емкостью 2 л, снабженных мешалкой, термометром с регулятором нагревания по времени, холодильником и обогревательной оболочкой, помещают 300 г стандартного ГПЦ (смесь полистирола, целлюлозы и двуокиси титана и качестве загустителя, соответственно: 50, 30 и 20.%, получение см. выше} 942 мл деионизированной воды. При перемешивании добавляют 300 г без- еодного сульфата натрия и затем 82 г 50%- ного гидроксида натрия. В каждом случае к нагретой до 40°С реакционной смеси с помощью насоса Тессо прибавляют определенное количество хлоргидрата диэтила- миноэтилхлорида (ДЭХ), соответствующее его 50%-, 60%-, 70%-, 80%-, 90%- и 100%- ной стандартной концентрации. 50% ДЭХ прибавляют 2ч.
Реакционные смеси перемешивают 30 мин при 40°С и затем в каждый из пластиковых сосудов прибавляют 62 г 50%-ного гидроксида натрия и вторую половину 50% ДЭХ в течение 2 ч.
Реакционные смеси нагревают около 30 мин при 60°С, охлаждают и добавлением H2S04 (30%-ной) устанавливают рН. Условия реакции для каждого продукта приведены Б табл.2.
Просеивание и промывание.
Продукты реакции просеивают через сито N 30 меш. (стандарт США) и собирают на сите № 60 меш. (стандарт США) использованием каждый раз около 24 л воды из душа. Продукт от каждого просеивания (т.е. 30-60 меш. по стандарту США) перемешивают а 2000 мл воды и промывают на сите Ns 60 (стандарт США) использованием 24 л воды из душа. Твердое вещество вновь дис- пергируют в 2000 мл воды и вновь промывают на сите № 60 меш. (стандарт США) с использованием в каждом случае 24 л воды из душа. Шесть продуктов реакции обезвоживают на фильтре из сплавленного стекла.
Высокотемпературная обработка.
В стаканы из нержавеющей стали на 1000 мл помещают по 50 г сух,б. продукта и 600 мл деионизированной воды и стаканы ставят на водяную баню при 90°С, после чего взвеси ГПЦ перемешивают 2 ч при температуре бани. Твердое вещество отделяют горячим фильтрованием на грубом фильтре из сплавленного стекла и затем суспендиру- ют в 600 мл деионизированной воды и снова перемешивают 2 ч на водяной бане при 90°С. Полученные горячие взвеси ГПЦ фильтруют через грубый фильтр из сплавленного стекла и затем твердое вещество повторно суспендируют в 600 мл деионизированной воды и снова нагревают 2 ч на водяной бане при 90°С. После фильтрования трижды обработанные ГПЦ просеивают на сите № 60 меш, (стандарт США) с промыванием 24 л воды из душа. Полученные продукты обезвоживают и в них определяют адсорбционную способность по отношению к глкжози- зомеразе. Ниже приведены полученные результаты.
Содержание ДЭХ, % 100 90 80 70 60 50
Адсорбционная способность после обработки при 90°С (МЕГИ/г ГПЦ, сух.б.) 3130 2714 2538 2538 2468 1953
Как можно было бы ожидать, адсорбционная способность по отношению к глюко- зизомеразе будет уменьшаться в зависимости от концентрации ДЭХ. Однако ГПЦ, полученное использованием только 60% ДЭХ обладает адсорбционной способностью, эквивалентной ГПЦ, полученному со 100% ДЭХ, но не обработанного при90°С (см. пример 2),
При м.е р 4. В данном примере показано действие температуры обработки на адсорбционную активность ГПЦ,
300 г сух.б. образца ГПЦи просеивают и промывают по методике примера 2. Просеянное ГПЦ обезвоживают на воронке из сплавленного стекла и тщательно перемешивают. Образцы смешанного ГПЦи суспендируют в деионизированной воде (10 мл/г сух.б.). Образцы перемешивают2чпри различных температурах в интервале 50- 100°С. Образцы ГПЦи затем отдел я ют фильтрованием в воронках из сплавленного стекла. В каждом образце ГПЦи отбирают пробу для анализа, а остальное количество ГПЦи вновь суспендируют в свежей воде для повторной двухчасовой обработки. После второй обработки образцы ГПЦи отделяют фильтрованием, в них также отбирают пробу для анализа и затем их в третий раз суспендируют в воде и обрабатывают. После третьей обработки образцы ГПЦи промывают холодной водой на сите № 60 меш., обезвоживают фильтрованием и тщательно перемешивают. Оставшиеся образцы после однократной и двукратной обработки также просеивают, обезвоживают и смешивают.
Адсорбционную способность каждого из полученных образцов ГПЦи по отношению к глюкозизомеразе определяют по методике примера 1, но с использованием нескольких точек адсорбции для, различных количеств ГПЦи при постоянном количестве фермента, Адсорбционную способность рассчитывают по кривой зависимости активности изомеразы от массы добавляемого ГПЦи. Полученные результаты приведены в табл.3.
При всех испытанных температурах адсорбционная способность улучшалась за счет многократной обработки. Адсорбционная способность повышалась с увеличением
температуры обработки, так что адсорбционная способность удваивалась после двух или трех обработок при 100°С.
Пример 5. В данном примере показано влияние высокотемпературной обработки на улучшение адсорбционной способности ГПЦИ по отношению к белку, отличному от глюкозизомеразы.
Для определения того, будет ли обработка горячей водой улучшать адсорбционную способность по отношению к другим белкам так же, как по отношению к глюко- зизомеразе, 0,2% раствора альбумина бычьей сыворотки (АБС) получают растворением белка в 10 мМ трис-буфера (рН 7). Добавлением хлорида натрия удельную проводимость в растворе устанавливают равной 9000 umhos.
Образцы промытого и просеянного ГПЦп, а также ГПЦп, трижды обработанного при 100°С по методике примера 4, используют для определения адсорбционной способности по отношению к АБС. Взвешенные порции каждого образца ГПЦп суспендиру- ют в аликвотах на 50 мл раствора АБС и перемешивают 60 мин. Образцы ГПЦп оставляются отстаиваться под действием силы тяжести, после чего отбирают образцы прозрачного верхнего слоя с целью определения концентрации растворенного АБС по ультрафиолетовому поглощению при 280 км. Адсорбционную способность подсчитывают по разнице концентраций растворенного АБС до и после добавления ГПЦп.
Обработанный при 100°С ГПЦп адсорбирует 19,7 мг АБС/г сух.б., в то время как необработанный ГПЦП адсорбирует только 11,6 мг БСА/г сух.б. Таким образом, обработка при 100°С увеличивает адсорбционную способность по отношению к альбумину бычьей сыворотки примерно на 70%.
Пример 6. В данном примере показано влияние высокотемпературной обработки на другие носители, для которых известна способность адсорбировать глю- козизомеразу.
Для определения того, является ли улучшение адсорбционной способности ГПЦ после обработки горячей водой общим свойством, адсорбентов изомеразы, несколько носителей, для которых известна способ ность адсорбировать глюкозизомеразу, 2 ч обрабатывают при 90°С водой. Затем определяют адсорбционную способность по отношению к изомеразе для необработанных и обработанных носителей. Испытаниям подвергались волокнистая ДЭАЭ-целлюло- за ватман (1), макропористая полистирол-четвертичный аминная смола (2) и макропористая полифенол-четвертичный аминная смола (3).
Порции в 10 г каждой смолы суспендируют в 100 мл деионизированной смолы и перемешивают 2 ч при 90°С. Затем смолы отделяют, обезвоживают в воронке из сплавленного
стекла и по методике примера 4 определяют адсорбционную способность по отношению к изомеразе. Никакой разницы в адсорбционной способности обработанных и необработанных носителей 1,2,3 не обнаружено.
0 Адсорбционная способность ватмана снизилась после обработки с 3407 МЕГИ/г для необработанного носителя до 2429 МЕГИ/т. Таким образом, обработка водой не улучшает адсорбционной способности любого дру5 того, не относящегося к ГПЦ, носителя.
Пример 7. В данном примере показано, что высокотемпературная обработка как водопроводной водой, так и разбавленным солевым раствором, также эффективна
0 для повышения адсорбционной способности ГПЦ.
Для сравнения с деионизированной водой водопроводной воды (удельная проводимость 620 umhos) и разбавленного
5 раствора хлорида натрия (удельная проводимость 5000 umhos) образцы ГПЦп трижды обрабатывают по методике примера 4 при 90°С каждым раствором. Затем по методике примера 1 определяют адсорбционную спо0 собность по отношению к глюкозизомеразе. Получены следующие результаты, представленные в табл.4.
Обработка водопроводной водой почти также эффективна, как и обработка деиони5 зированной водой, для повышения адсорбционной способности ГПЦ. Разбавленный солевой раствор (0,05 М NaCI) более эффективен, по сравнению с деионизированной или водопроводной водой.
0 ПримерЗ. В данном примере показано влияние удельной проводимости (концентрации соли) на обработку ГПЦ.
Для определения влияния удельной проводимости на эффективность обработки
5 образцы ГПЦ трижды обрабатывают при 100°С по методике примера 2 растворами хлорида натрия с различной удельной проводимостью. Затем по методике примера 1 определяют для каждого образца, обрабо0 тайного ГПЦ, адсорбционную способность по отношению к глюкозизомеразе. Получены следующие результаты, представленные в табл.5.
Во всех случаях обработка улучшает
5 адсорбционную способность ГПЦ, по сравнению с необработанным контрольным образцом. Оптимальное улучшение достигается после обработки солевым раствором с удельной проводимостью 1000 umhos (0,01 н. NaCI).
Формула изобретения
Способ получения полимерной композиции, способной адсорбировать или связывать заряженные макромолекулы, включающий смешение целлюлозного материала и окиси алюминия или двуокиси титана с полистиролом, нагретым до пластического состояния, при массовом соотношении 30:20:50, измельчение полученного продукта, суспендирование его в водном растворе, со
держащем неорганическую соль и основание, добавку диэтиламиноэтилхлорида в суспензию, нагрев суспензии, выделение и сушку целевого продукта, отличающий- с я тем, что, с целью улучшения адсорбционных и связующих свойств композиции, выделенный сухой продукт подвергают одной или нескольким обработкам в воде или водном.солевом растворе, имеющем удельную проводимость, не превышающую 7000 umhos, при60-100°С.
Таблица 1
Использование: для сорбции заряженных макромолекул белков, ферментов, нуклеиновых кислот и т.п. При обработке пищевых отходов, сточных вод. Сущность изобретения: целлюлозу смешивают с окисью алюминия (или двуокисью титана) и полистиролом, нагретым до пластического состояния, при массовом соотношении указанных компонентов 30:20:50. Полученный продукт измельчают, Суспендируют в водном растворе, содержащем неорганическую соль и основание. В суспензию добавляют диэтиламиноэтилхлорид. Суспензию нагревают. Выделяют, сушат продукт и подвергают одной или нескольким обработкам .в воде или водном солевом растворе, имеющем удельную проводимость, не превышающую 7000 umhos, при 60-100°С. 5 табл.
Адсорбционная способность обработанных ГПЦн
Таблица 2
Таблица 3
Продолжение табл. 3
Таблица 4
| Патент СССР по заявке № 3339849/05, кл | |||
| Топка с несколькими решетками для твердого топлива | 1918 |
|
SU8A1 |
