CS249325B3 - A method for strengthening and stabilizing biocatalyst particles for enzymatic inversion of sucrose - Google Patents

A method for strengthening and stabilizing biocatalyst particles for enzymatic inversion of sucrose Download PDF

Info

Publication number
CS249325B3
CS249325B3 CS257884A CS257884A CS249325B3 CS 249325 B3 CS249325 B3 CS 249325B3 CS 257884 A CS257884 A CS 257884A CS 257884 A CS257884 A CS 257884A CS 249325 B3 CS249325 B3 CS 249325B3
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
particles
sucrose
enzyme
biocatalyst
water
Prior art date
Application number
CS257884A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Vladimir Vojtisek
Pavel Keeczek
Vladimir Krumphanzl
Jiri Jary
Miloslava Potacova
Libuse Fassatiova
Antonin Kovarik
Original Assignee
Vladimir Vojtisek
Pavel Keeczek
Vladimir Krumphanzl
Jiri Jary
Miloslava Potacova
Libuse Fassatiova
Antonin Kovarik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CS82277A external-priority patent/CS231458B1/en
Application filed by Vladimir Vojtisek, Pavel Keeczek, Vladimir Krumphanzl, Jiri Jary, Miloslava Potacova, Libuse Fassatiova, Antonin Kovarik filed Critical Vladimir Vojtisek
Priority to CS257884A priority Critical patent/CS249325B3/en
Priority to CS173385A priority patent/CS250262B3/en
Publication of CS249325B3 publication Critical patent/CS249325B3/en

Links

Landscapes

  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Abstract

Řešení se týká způsobu zpevňování a stabilizace částic biokatalyzátoru pro enzymovou inverzi sacharózy, připravených podle autorského osvědčení č. 231458, při kterém se vodný roztok sacharózy a jejích technických forem a meziproduktů její výroby uvádí ve styk s částicemi biokatalyzátoru. Podstata řešeni spočívá v tom, že do míchané směsi částic biokatalyzátoru na bázi kvasinkových buněk obsahujících enzym invertázu, se po úpravě pH v rozmezí hodnot 6,0 až 8,0 přidá bud vodný roztok glutaraldehydu, a/nebo vodný roztok technické nebo čisté bílkoviny živočišného, rostlinného nebo mikrobiálního původu, s výhodou technická vaječná bílkovina, a/nebo dezintegrovaná nebo autolyzovaná suspenze produkčních buněk obsahujících vedle jiných rozpustných bílkovin i enzym invertázu, potom se nepřetržitě míchaná reakční směs ještě popřípadě došiti dalším přídavkem glutaraldehydu, stabilizované částice se od reakční kapaliny oddělí filtrací, suspendují za intenzivního míchání v ledovém acetonu, filtrací znovu oddělí a suší po homogenizaci volně na vzduchu při teplotě místnosti 1 až 24 hodin, potom se částice suspendují ve studené vodě, několikrát vodou dekantuji a ponechají bobtnat ve vodě nebo vQpufru při teplotách v rozmezí 5 až 20 °C.The solution relates to a method of solidifying and stabilizing biocatalyst particles for enzymatic inversion of sucrose, prepared according to copyright certificate No. 231458, in which an aqueous solution of sucrose and its technical forms and intermediates of its production are brought into contact with biocatalyst particles. The essence of the solution lies in the fact that after adjusting the pH to a value between 6.0 and 8.0, either an aqueous solution of glutaraldehyde and/or an aqueous solution of technical or pure protein of animal, plant or microbial origin, preferably technical egg protein, and/or a disintegrated or autolyzed suspension of production cells containing, in addition to other soluble proteins, the invertase enzyme, is added to the stirred mixture of biocatalyst particles based on yeast cells containing the enzyme, then the continuously stirred reaction mixture is optionally supplemented with another addition of glutaraldehyde, the stabilized particles are separated from the reaction liquid by filtration, suspended with intensive stirring in ice-cold acetone, separated again by filtration and dried after homogenization in the open air at room temperature for 1 to 24 hours, then the particles are suspended in cold water, decanted several times with water and left to swell in water or in buffer at temperatures between 5 and 20 °C.

Description

Vynález se týká způsobu zpevňování a stabilizace částic biokatalyzátoru připraveného podle základního autorského osvědčení č. 231 458 a stabilizace enzymu -D-fruktofuranosidázy (invertázy, EC 3.2.1.26) v těchto částicích, které slouží k enzymové inverzi čisté sacharózy, jejích technických forem a meziproduktů její výroby na směs příslušných monosacharidů, gluózy a fruktózy, resp. glukÓ2afruktózový sirup.The invention relates to a method of solidifying and stabilizing biocatalyst particles prepared according to basic copyright certificate No. 231 458 and stabilizing the enzyme -D-fructofuranosidase (invertase, EC 3.2.1.26) in these particles, which serve for the enzymatic inversion of pure sucrose, its technical forms and intermediate products of its production into a mixture of the respective monosaccharides, glucose and fructose, or glucose-fructose syrup.

Vzniklé produkty enzymové inverze vytvořené jednorázovým, mnohonásobným opakovaným nebo kontinuálním stykem těchto zpevněných a stabilizovaných částic s vodnými roztoky čisté sacharózy (tzv. rafinády), jejich technických forem např. tzv. afinády (což je surový, od matečných louhů nepromytý cukr), kléru (silně viskózní zahuštěný roztok surového cukru o jeho koncentraci 60 až 70 hmotnostních procent) a meziproduktů její výroby, zejména melasy a těžko cukrové štávy, lze bud použít přímo, např. v potravinářském průmyslu jako glukózafruktózový sirup, který má vyšší stupeň sladivosti než sacharóza, nebo lze izolací a dalším čištěním rozdělit oba monosacharidy a připravit tak čistou, nebo technickou glukózu a fruktózu.The resulting enzyme inversion products created by single, multiple, repeated or continuous contact of these solidified and stabilized particles with aqueous solutions of pure sucrose (so-called raffinate), their technical forms, e.g. so-called affinate (which is raw sugar, not washed from mother liquors), claret (a highly viscous concentrated solution of raw sugar with a concentration of 60 to 70 percent by weight) and intermediate products of its production, especially molasses and heavy sugar juices, can either be used directly, e.g. in the food industry as glucose-fructose syrup, which has a higher degree of sweetness than sucrose, or both monosaccharides can be separated by isolation and further purification and thus pure or technical glucose and fructose can be prepared.

Získané čisté nebo technické monosacharidy lze pak použít v různých odvětvích národního hospodářství např. ve farmaceutickém průmyslu nebo je využít jako substráty pro další enzymové přeměny, např. lze glukózu jako substrátu použít pro enzymovou přeměnu na D-glukonovou kyselinu.The obtained pure or technical monosaccharides can then be used in various sectors of the national economy, e.g. in the pharmaceutical industry, or they can be used as substrates for other enzymatic conversions, e.g. glucose can be used as a substrate for enzymatic conversion to D-gluconic acid.

Pro tyto účely se v průmyslové praxi, především v potravinářském a cukrovarnickém průmyslu, v průmyslu výroby cukrovinek, limonád a různých dalších nápojů, používá jednorázová aplikace rozpustného enzymu - invertázy, izolované z různých buněk mikroorganismů. Zdrojem enzymu jsou především kvasinky. V Československu se tento enzym dosud nevyrábí a pro tyto účely, tj. pro účely přípravy tzv. invertního cukru se enzymový preparát dováží ze zahraničí. Sacharózu lze také štěpit neenzymaticky bud fyzikálně chemicky tzv. finskou technologii na iontoměnničích za vysokých teplot za současně izolace obou monosacharidů, nebo chemicky, kyselou hydrolýzou.For these purposes, in industrial practice, especially in the food and sugar industry, in the confectionery, lemonade and various other beverage industries, a single application of a soluble enzyme - invertase, isolated from various cells of microorganisms, is used. The source of the enzyme is mainly yeast. This enzyme is not yet produced in Czechoslovakia and for these purposes, i.e. for the preparation of so-called invert sugar, the enzyme preparation is imported from abroad. Sucrose can also be broken down non-enzymatically, either physically or chemically, using the so-called Finnish technology on ion exchangers at high temperatures with simultaneous isolation of both monosaccharides, or chemically, by acid hydrolysis.

Uvedené způsoby mají však své ekonomické a jiné limity. V případě jednorázové aplikace rozpustné invertázy je limitem cena a dovoz enzymového praparátu, v případě fyzikálně chemické technologie je limitem výchozí koncentrace a kvalita sacharózy (35 % hmota/objem roztok), nároky na energii (štěpení na sloupcích iontoměničů při 80 °C), kvalita a cena iontoměničů a jejich regenerace. V případě chemického štěpení sacharózy je limitem vysoká spotřeba minerálních kyselin, koroze aparatury a především špatné organoleptické a vizuální vlastnosti získaného glukózafruktózového sirupu (hořkost a barevnost).However, the methods mentioned have their economic and other limits. In the case of a single application of soluble invertase, the limit is the price and import of the enzyme preparation, in the case of physicochemical technology, the limit is the initial concentration and quality of sucrose (35% mass/volume solution), energy requirements (digestion on ion exchange columns at 80 °C), the quality and price of ion exchangers and their regeneration. In the case of chemical digestion of sucrose, the limit is the high consumption of mineral acids, corrosion of the apparatus and, above all, the poor organoleptic and visual properties of the obtained glucose-fructose syrup (bitterness and color).

V poslední době se projevují tendence o jednorázovou aplikaci živých nativních buněk pivovarských nebo pekařských kvasinek, obsahujících invertázu, k enzymové inverzi koncentrováných roztoků sacharózy a jejích technických forem, především surového cukru a kléru. Enzymová hydrolýza se provádí jednorázově vmícháním celých živých nebo parciálně autolyzovaných, resp. desintegrovaných buněk kvasinek, do koncentrovaných roztoků cukru za současného míchání a zahřátí na teploty kolem 80 °C.Recently, there has been a tendency towards a single application of live native brewer's or baker's yeast cells containing invertase for the enzymatic inversion of concentrated solutions of sucrose and its technical forms, especially raw sugar and sorghum. Enzyme hydrolysis is carried out by mixing whole live or partially autolyzed, or disintegrated yeast cells into concentrated sugar solutions with simultaneous mixing and heating to temperatures around 80 °C.

Limitem této technologie je dovoz kvasničné biomasy z pivovarů, resp. droždáren na místo aplikace, dostupnost biomasy v potřebném množství po celou dobu výroby, její proměnlivá kvalita, zákaly v získaných produktech a konečně sekundární kontaminace kvasničné biomasy pramenící hlavně z převozu, skladování a manipulace.The limit of this technology is the import of yeast biomass from breweries or yeast houses to the place of application, the availability of biomass in the required quantity throughout the production period, its variable quality, turbidity in the obtained products and finally secondary contamination of yeast biomass mainly resulting from transport, storage and handling.

Vzhledem k proměnlivé kvalitě biomasy, hlavně obsahu enzymu v buňkách, kolísá i stupeň inverze v získaných produktech mezi 60 až 85 %. V nespolední řadě zůstávají ve finálních produktech obsaženy i určité buněčné podíly (bílkoviny, nukleové kyseliny, lipidy), čímž je zvýšeno hygienické riziko.Due to the variable quality of biomass, especially the enzyme content in the cells, the degree of inversion in the obtained products also fluctuates between 60 and 85%. Finally, certain cellular components (proteins, nucleic acids, lipids) remain in the final products, which increases the hygiene risk.

Jistým pokrokem v oblasti moderních směrů biotechnologie je aplikace zmobilizované invertázy, nebo imobilizovanýoh buněk s invertázovou aktivitou, která na rozdíl od jednorázových aplikací umožňuje využití částic imobilizovaných biokatalyzátorů mnohonásobně opakovaně ve vsádkových míchaných reaktorech nebo kontinuálně v reaktorech se vznosným nebo pevným ložem nebo v míchaných kontinuálních reaktorech, čímž se značně snižují nároky na pracnost, spotřebu energie a kvalita konverzní směsi je vysoká, nebot částice katalyzátorů jsou nerozpustné, snadno separovatelné a nepřecházejí do finálních potravinářských produktů.A certain progress in the field of modern biotechnology is the application of immobilized invertase or immobilized cells with invertase activity, which, unlike single applications, allows the use of immobilized biocatalyst particles many times over in batch stirred reactors or continuously in reactors with a buoyant or fixed bed or in stirred continuous reactors, which significantly reduces labor requirements, energy consumption and the quality of the conversion mixture is high, because the catalyst particles are insoluble, easily separable and do not pass into the final food products.

V patentové literatuře byly již popsány určité způsoby imobilizace enzymů, mimo jiné i invertázy. Jedná se především o čs. autorské osvědčení č. 214 096, kde je popsáno využití mikroporéznlch částic organických polymerů sorpcí a následné kovalentní vazby enzymů pomocí sorbovaných sítovacích činidel, zejména glutaraldehydu nebo sorpcí roztoků různých enzymů včetně invertázy na částice polymerních sorbentů a následujícího kovalentního zesítění sorbovaných enzymů glutaraldehydem.Certain methods of immobilization of enzymes, including invertase, have already been described in the patent literature. This is primarily the Czechoslovak patent certificate No. 214 096, which describes the use of microporous particles of organic polymers by sorption and subsequent covalent binding of enzymes using sorbed crosslinking agents, especially glutaraldehyde, or by sorption of solutions of various enzymes, including invertase, onto particles of polymer sorbents and subsequent covalent crosslinking of the sorbed enzymes with glutaraldehyde.

V čs. autorském osvědčení č. 209 743 je popsán způsob výroby imobilizovaných enzymů včetně invertázy na mikroporézní organické polymerní sorbenty na bázi poly-6-kaprolaktamu a polykondenzátů melaninu s formaldehydem a močoviny s fornaldehydem, přičemž princip imobilizace enzymů spočívá v předchozí chemické reakci částic těchto syntetických aminopolymerů s volným glutaraldehydem, ze současné chemické aktivace těchto částic, vymytí nadbytku sítovadla a následující kovalentní vazby enzymů prostřednictvím chemicky aktivních aldehydických skupin, za tvorby Schiffových bází mezi enzymovou bílkovinou a částicemi uvedených a popsaným způsobem aktivovaných sorbentů.In the Czechoslovak patent certificate No. 209 743, a method of producing immobilized enzymes, including invertase, on microporous organic polymer sorbents based on poly-6-caprolactam and polycondensates of melanin with formaldehyde and urea with formaldehyde is described, whereby the principle of enzyme immobilization consists in the previous chemical reaction of particles of these synthetic amino polymers with free glutaraldehyde, the simultaneous chemical activation of these particles, washing out the excess crosslinker and the subsequent covalent binding of enzymes through chemically active aldehyde groups, with the formation of Schiff bases between the enzyme protein and particles of the sorbents activated in the manner specified and described.

Uvedené postupy však vyžaduji izolované technické nebo čisté enzymy, tedy i invertázu, což zvyšuje náklady na výrobu a aplikaci těchto katalyzátorů. Podstatně ekonomičtější postupy imocllizac». jsou ty, které nevyžadují izolovaných enzymů, tedy postupy využívající imobilizovaných buněk s požadovanou enzymovou aktivitou. Fyzikální imobilizaci kvasinek s invertázovou aktivitou popsali např. Toda a Shoda (Biotechnol. Bioeng., 17, 481, 1975) a D' Souza a Nadkarni (Hindustan Antibiotics Bull., 20, 68 1978). V prvém případě se jedná o zabudování buněk do agarových pelet, v druhém případě o zabudování buněk do sítě vznikajícího polymeru kopolymerací akrylamidu s Ν,Ν'-metylendiakrylamidem, za tvorby dobře sedimentujících částic katalyzátorů.However, the above-mentioned procedures require isolated technical or pure enzymes, i.e. invertase, which increases the costs of production and application of these catalysts. Significantly more economical immobilization procedures are those that do not require isolated enzymes, i.e. procedures using immobilized cells with the desired enzyme activity. Physical immobilization of yeast with invertase activity has been described, for example, by Toda and Shoda (Biotechnol. Bioeng., 17, 481, 1975) and D' Souza and Nadkarni (Hindustan Antibiotics Bull., 20, 68 1978). In the first case, the cells are embedded in agar pellets, in the second case, the cells are embedded in the network of the polymer formed by copolymerization of acrylamide with Ν,Ν'-methylene diacrylamide, with the formation of well-sedimenting catalyst particles.

Při opakovaném použití fyzikálně zabudovaných buněk však dochází k vyplavování buněk z částic, a tím k poklesu specifické aktivity a enzymové účinnosti, nebot použité přírodní či syntetické polymery tvoří velmi měkké pelety.However, repeated use of physically embedded cells results in leaching of cells from the particles, resulting in a decrease in specific activity and enzyme efficiency, as the natural or synthetic polymers used form very soft pellets.

Jistým pokrokem v technologii enzymových transformací je např. postup popsaný v v čs. autorském osvědčení č. (PV 9573-82), který spočívá v chemické aktivaci původně chemicky inertních částic syntetických mikroporézních polymerů čs. provenience, reaktivními ve vodě rozpustnými polymery a následné kovalentní vazby mikrobiálních buněk, rostlinných buněk a enzymů na aktivované částice. V citovaném autorském osvědčení je popsán i způsob imobilizace celých neporušených buněk kvasinek s invertázovou aktivitou a izolované invertázy na částice předem chemicky aktivovaných organických a anorganických ve vodě nerozpustných nosičů.A certain progress in the technology of enzyme transformations is, for example, the procedure described in the Czechoslovak patent certificate No. (PV 9573-82), which consists in the chemical activation of originally chemically inert particles of synthetic microporous polymers of Czechoslovak origin, with reactive water-soluble polymers and subsequent covalent binding of microbial cells, plant cells and enzymes to the activated particles. The cited patent certificate also describes a method of immobilizing whole intact yeast cells with invertase activity and isolated invertases onto particles of previously chemically activated organic and inorganic water-insoluble carriers.

Tento postup při použití izolovaného enzymu poskytuje velmi dobré výsledky, při imobilizaci celých buněk však výsledné preparáty mají relativně nízkou specifickou aktivitu.This procedure provides very good results when using isolated enzyme, but when immobilizing whole cells, the resulting preparations have relatively low specific activity.

V čs. autorském osvědčení č. 209 265 je popsán způsob výroby vzájemně chemicky vázaných mikrobiálních buněk s různou enzymovou aktivitou, mimo jiné i kvasinek s invertázovou aktivitou. Tento způsob imobilizace je výhodnější ve srovnání s předcházejícím, neboř nevyžaduje žádné ve vodě nerozpustné nosiče. Postup spočívá v kovalentním zasltění individuálních buněk glutaraldehydem, jejich následné permeabilizaci, načež se individuálně zesítěné a permeabilizované buňky s různými enzymovými aktivitami navzájem kovalentně imobilizují za tvorby stabilních buněčných agregátů za specifických podmínek, zejména v odstředivém poli, filtračním tlakem a mražením reakční směsi. Tímto postupem lze získat stabilní pevné agregáty imobilizovaných buněk, avšak technologie výroby vyžaduje speciálních reakčních podmínek, z čehož vyplývají zvýšené nároky na strojní a technologické vybavení provozu.In the Czechoslovak patent No. 209 265, a method of producing mutually chemically bound microbial cells with different enzyme activities, including yeasts with invertase activity, is described. This method of immobilization is more advantageous compared to the previous one, as it does not require any water-insoluble carriers. The procedure consists in covalently crosslinking individual cells with glutaraldehyde, their subsequent permeabilization, after which individually crosslinked and permeabilized cells with different enzyme activities are covalently immobilized with each other to form stable cell aggregates under specific conditions, especially in a centrifugal field, by filtration pressure and freezing of the reaction mixture. This procedure can be used to obtain stable solid aggregates of immobilized cells, but the production technology requires special reaction conditions, which results in increased demands on the machine and technological equipment of the operation.

Ve snaze po odstranění tohoto technologického limitu výroby a využití buněčných katalyzátorů v různých průmyslových odvětvích, byla vypracována podstatně zjednodušená a do značné míry univerzální technologie výroby různých imobilizovaných prokaryontních a eukaryontních buněk, jejichž částice obsahují různé enzymy a jsou použitelné pro různé biotransformace, mimo jiné obsahující i enzym invertázu. Tyto postupy jsou předmětem čs. autorského osvědčení č. 231 458.In an effort to remove this technological limit of production and use of cell catalysts in various industrial sectors, a significantly simplified and to a large extent universal technology for the production of various immobilized prokaryotic and eukaryotic cells has been developed, the particles of which contain various enzymes and are usable for various biotransformations, including those containing the enzyme invertase. These procedures are the subject of Czechoslovak Patent No. 231,458.

Citovaným postupem, který spočívá na vzájemné chemické imobilizaci různých buněk nesoucích různé enzymy pomocí reaktivních ve vodě rozpustných polymerů (dále jen RRP), lze vytvořit částice biokatalyzátorů nejen použitím techniky maražení reakční směsi, ale i pouhým mícháním suspendovaných buněk v reakční směsi za normálních teplot, s výhodou při pokojové teplotě. Vzniklé částice katalyzátorů mají sice vysokou enzymovou aktivitu a dobré sedimentační vlastnosti, jsou však měkké a musí se různým způsobem mechanicky zpevňovat bud použitím lepidel rozpuštěných v organických rozpouštědlech např. acetonu, nebo postformací voluminézních částic do formy granulí nebo válečků a jejich následným sušením.The cited procedure, which is based on mutual chemical immobilization of various cells carrying various enzymes using reactive water-soluble polymers (hereinafter referred to as RRP), allows the creation of biocatalyst particles not only by using the freezing technique of the reaction mixture, but also by simply mixing the suspended cells in the reaction mixture at normal temperatures, preferably at room temperature. The resulting catalyst particles have high enzyme activity and good sedimentation properties, but they are soft and must be mechanically strengthened in various ways, either by using adhesives dissolved in organic solvents, e.g. acetone, or by post-forming voluminous particles into the form of granules or cylinders and their subsequent drying.

První způsob zpevňování má za následek vytvoření difúzní bariéry pro substrát a produkty do a z částic snížením jejich porozity (parciálním zalepením pórů částic) , druhý způsob vede k tvorbě velkých částic, řádově 1 až 10 mm, čímž se odstraní počáteční výhoda vysoké specifické aktivity původně vzniklých menších částic (závislost velikosti částice na specifickém povrchu).The first method of consolidation results in the creation of a diffusion barrier for the substrate and products into and out of the particles by reducing their porosity (partially sealing the pores of the particles), the second method leads to the formation of large particles, of the order of 1 to 10 mm, thus eliminating the initial advantage of the high specific activity of the originally formed smaller particles (the dependence of particle size on the specific surface).

Pokud nebyly k výrobě katalyzátorů podle čs. autorského osvědčení č. 231 458 použity jako výchozí materiál zesítěné a permeabilizované buňky, tedy bylo-li použito celých neporušených nativních buněk, získané částice vykazovaly jak během skladování, tak během opakovaného nebo kontinuálního použití nižší stabilitu sledované enzymové aktivity, tedy i aktivity invertázy.If cross-linked and permeabilized cells were not used as the starting material for the production of catalysts according to Czechoslovak Patent No. 231,458, i.e. if whole intact native cells were used, the obtained particles showed lower stability of the monitored enzyme activity, i.e. invertase activity, both during storage and during repeated or continuous use.

Tato skutečnost je způsobena tím, že RRP v důsledku jeho vysoké molekulové hmotnosti nepenetruje do nativních buněk, což je výhoda pro některé enzymy obsažené v buňkách, které jsou extrémně citlivé k volnému nízkomolekulárnímu sítovadlu, zejména glutaraldehydu. K enzymům, které nejsou extrémně citlivé k jinak poměrně agresivním účinkům bifunkčních sítovacích činidel jako je např. glutaraldehyd, patří i enzym invertáza.This fact is due to the fact that RRP, due to its high molecular weight, does not penetrate native cells, which is an advantage for some enzymes contained in cells that are extremely sensitive to free low-molecular crosslinkers, especially glutaraldehyde. Enzymes that are not extremely sensitive to the otherwise relatively aggressive effects of bifunctional crosslinkers such as glutaraldehyde include the enzyme invertase.

Této skutečnosti bylo již využito v minulosti, při různých způsobech imobilizace enzymu a buněk s touto aktivitou v citovaných autorských osvědčeních a tyto postupy jsou souhrnně uvedeny v recentním článku o imobilizovaných buňkách (Folia Microbiol., 28,This fact has already been exploited in the past, in various ways of immobilizing the enzyme and cells with this activity in the cited author's certificates, and these procedures are summarized in a recent article on immobilized cells (Folia Microbiol., 28,

309 až 340, 1983).309-340, 1983).

Nyní, bylo zjištěno, že v závislosti na způsobu výroby imobilizovaných buněk popsaném v čs. autorském osvědčeni č. 231 458, lze chemickým v kombinaci s mechanickým způsobem zpevňovat a stabilizovat částice biokatalyzátoru s invertázovou aktivitou, přičemž získaný materiál je použitelný k enzymové inverzi sacharózy, jejích technických forem a meziproduktů její výroby v průmyslovém měřítku.Now, it has been found that, depending on the method of production of immobilized cells described in Czechoslovak Patent No. 231,458, it is possible to strengthen and stabilize biocatalyst particles with invertase activity by chemical means in combination with mechanical means, and the obtained material is usable for the enzymatic inversion of sucrose, its technical forms and intermediates of its production on an industrial scale.

Technologie zpevňování a stabilizace částic podle předmětného vynálezu je jednoduchá, nevyžaduje žádných ve vodě nerozpustných nosičů a především nevyžaduje speciální technologické a strojní zařízení. K výrobě katalyzátoru, zpevňování a stabilizaci částic je třeba pouze míchací kotel a filtrační vakuové zařízení.The technology of solidification and stabilization of particles according to the present invention is simple, does not require any water-insoluble carriers and, above all, does not require special technological and mechanical equipment. For the production of the catalyst, solidification and stabilization of particles, only a mixing boiler and a filtration vacuum device are needed.

iand

Výše uváděné nevýhody byly odstraněny vypracováním způsobu zpevňování a stabilizace částic biokatalyzátoru, připravených podle autorského osvědčení č. 231 458, pro enzymovou inverzi sacharózy, při které se vodný roztok sacharózy, jejích technických forem a meziproduktů její výroby, uvádí ve styk s částicemi biokatalyzátoru, jehož podstata spočívá v tom, že se do nepřetržitě míchané směsi částic biokatalyzátoru na bázi kvasinkových buněk obsahujících enzym invertázu, výhodně Saccharomyces cerevisiae nebo Saccharomyces uvarum, přidá po úpravě pH na rozmezí 6,0 až 8,0 vodný roztok glutaraldehydu a/nebo vodný roztok nebo suspenze technické nebo čisté bílkoviny živočišného, rostlinného a/nebo mikrobiálního původu, jako je vaječná bílkovina, desintegrované nebo autolyzované mikrobiální buňky, výhodně buňky použitého produkčního mikroorganismu, načež se směs popřípadě došiti dalším přídávkem glutaraldehydu, stabilizované částice se od reakčni kapaliny oddělí filtrací, suspendují za intenzivního míchání v ledovém acetonu, načež se filtrací znovu oddělí a suší po homogenizaci volně na vzduchu při teplotě místnosti po dobu 1 až 24 hodin, poté se suspendují ve studené vodě, několikrát se vodou dekantují a nakonec se nechají botnat ve vodě nebo v pufru při teplotách v rozmezí 5 až 20 °c.The above-mentioned disadvantages were eliminated by developing a method for solidifying and stabilizing biocatalyst particles, prepared according to copyright certificate No. 231,458, for enzymatic inversion of sucrose, in which an aqueous solution of sucrose, its technical forms and intermediates of its production are brought into contact with biocatalyst particles, the essence of which consists in adding, after adjusting the pH to a range of 6.0 to 8.0, an aqueous solution of glutaraldehyde and/or an aqueous solution or suspension of technical or pure protein of animal, plant and/or microbial origin, such as egg protein, disintegrated or autolyzed microbial cells, preferably cells of the production microorganism used, to a continuously stirred mixture of biocatalyst particles based on yeast cells containing the invertase enzyme, preferably Saccharomyces cerevisiae or Saccharomyces uvarum, after which the mixture is optionally finished with a further addition of glutaraldehyde, the stabilized particles are separated from the reaction liquid separated by filtration, suspended with vigorous stirring in ice-cold acetone, after which they are separated again by filtration and dried after homogenization in the open air at room temperature for 1 to 24 hours, then suspended in cold water, decanted several times with water and finally allowed to swell in water or in buffer at temperatures between 5 and 20 °C.

Tímto způsobem získané zpevněné a stabilizované částice biokatalyzátoru se uvedou ve styk s vodnými roztoky sacharózy, jejích technických forem, s výhodou surové sacharózy nebo kléru, a meziproduktů její výroby, nebo matečných louhů, zejména melasy a těžké cukrové štávy, a při pH reakčni směsi 4,0 až 5,0 se provádí diskontinuální opakovaná nebo kontinuální hydrolýza při teplotách 10 až 80 °C, načež se po proběhlé reakci z přefiltrované kapaliny nebo sirupu, oddělené od částic katalyzátoru popřípadě izolují glukóza a fruktóza nebo se oba ve směsi nebo jeden z produktů podrobí účinku jiných enzymů nebo se získaná směs obou monosacharidů použije pro potravinářské či jiné účely.The solidified and stabilized biocatalyst particles obtained in this way are brought into contact with aqueous solutions of sucrose, its technical forms, preferably raw sucrose or claret, and intermediate products of its production, or mother liquors, especially molasses and heavy sugar syrup, and at a pH of the reaction mixture of 4.0 to 5.0, discontinuous repeated or continuous hydrolysis is carried out at temperatures of 10 to 80 °C, after which, after the reaction, glucose and fructose are optionally isolated from the filtered liquid or syrup, separated from the catalyst particles, or both in the mixture or one of the products are subjected to the action of other enzymes, or the obtained mixture of both monosaccharides is used for food or other purposes.

Částice biokatalyzátoru, ziskané podle předmětného vynálezu, jsou pevné, velmi rychle sedimentujíci útvary nepravidelné velikosti a tvaru s vysokou stabilitou invertázy, což je doloženo v následujících příkladech provedení. Jejich pevnost, dobré sedimentační vlastnosti, snadná a rychlá separovatelnost z reakčni směsi a vysoká specifická aktivita a účinnost enzymové konverze umožňuje jejich mnohonásobné opakované nebo kontinuální využití v běžných typech reaktorů, při vysokých iniciálních koncentracích substrátu.The biocatalyst particles obtained according to the present invention are solid, very rapidly sedimenting formations of irregular size and shape with high invertase stability, which is demonstrated in the following examples. Their strength, good sedimentation properties, easy and rapid separability from the reaction mixture and high specific activity and efficiency of enzyme conversion allow their multiple repeated or continuous use in common types of reactors, at high initial substrate concentrations.

Jako výchozí enzymově aktivní buněčný materiál byly použity komerční pivovarské nebo pekařské kvasinky. Způsob zpevňování a stabilizace částic biokatalyzátoru podle předmětného vynálezu však nevylučuje využití jiných kmenů mikroorganismů obsahujících intracelulární invertázu, popřípadě kmenů kvasinek a jiných mikroorganismů získaných např. selekcí a nahromaSováním či genovou manipulací nebo jiným způsobem šlechtění.Commercial brewer's or baker's yeast were used as the starting enzymatically active cell material. However, the method of solidification and stabilization of biocatalyst particles according to the present invention does not exclude the use of other strains of microorganisms containing intracellular invertase, or strains of yeast and other microorganisms obtained, for example, by selection and accumulation or gene manipulation or by other breeding methods.

K dělení částic získaného biokatalyzátoru bylo použito kovových sít na sítovou analýzu s velikostí ok 0,8; 0,5 a 0,315 mm, přičemž částice byly děleny plavením na těchto sítech vodou. K vyhodnocení aktivity částic bylo použito jednak enzymatické metody (glukózooxidázový test) pro stanovení reakčni rychlosti přírůstků koncentrace glukózy podle Jérgensena a Andersona (Anal. Biochem., 53, 141-145, 1973) spektrofotometricky. Referenčními metodami byla spektrofotometrická metoda stanovení přírůstku koncentrací redukujících cukrů podle Janíčka (Rukovět potravinářské analýzy, str. 381, 1962, SNTL), při vysokých iniciálních koncentracích sacharózy byla jednak koncentrace substrátu na počátku hodnocena refraktometrícky a vážkově (sušinou), jednak průběh a stupeň enzymové inverze hodnocen polarimetricky.To separate the particles of the obtained biocatalyst, metal sieves for sieve analysis with mesh sizes of 0.8; 0.5 and 0.315 mm were used, while the particles were separated by floating on these sieves with water. To evaluate the activity of the particles, both enzymatic methods (glucose oxidase test) were used to determine the reaction rate of glucose concentration increases according to Jérgensen and Anderson (Anal. Biochem., 53, 141-145, 1973) and spectrophotometrically. The reference methods were the spectrophotometric method for determining the concentration increase of reducing sugars according to Janíček (Rukovět potravinářské analýzy, p. 381, 1962, SNTL), at high initial sucrose concentrations, the substrate concentration at the beginning was evaluated refractometrically and gravimetrically (dry matter), and the course and degree of enzyme inversion were evaluated polarimetrically.

jednotka enzymové účinnosti invertázy v částicích biokatalyzátoru je takové množství enzymu, které uvolní jeden ^jmol glukózy v jednom mililitru ze jednu minutu za podmínek enzymové reakčni konetiky nultého řádu, při teplotě 30 °C, iniciální koncentraci sacharózy 0,25 M rozpuštěné v Oj 05 M acetátovém pufru o pH 4,6 v míchaném reaktoru. Specifická aktivita částic biokatalyzátoru má rozměr «mol glukózy . min-^ . mg-’'' suché hmoty.The unit of enzyme activity of invertase in biocatalyst particles is the amount of enzyme that liberates one ^jmol of glucose in one milliliter in one minute under conditions of zero-order enzyme reaction kinetics, at a temperature of 30 °C, an initial concentration of sucrose of 0.25 M dissolved in Oj 05 M acetate buffer of pH 4.6 in a stirred reactor. The specific activity of biocatalyst particles has the dimension «mol glucose . min - ^ . mg - ''' dry matter.

Sedimentační rychlost částic neděleného katalyzátoru a rozdělených frakcí byla určována dobou za jakou sedlmentuje 1 ml dané frakce katalyzátoru; rozměr ml . s-^. Specifický odpor (R) byl vypočítán z doby, za kterou dané množství substrátu, pod daným tlakem, proteče určitým sloupcem částic katalyzátoru, _2The sedimentation rate of the undivided catalyst particles and the divided fractions was determined by the time it takes for 1 ml of the given catalyst fraction to settle; the dimension ml. s - ^. The specific resistance (R) was calculated from the time it takes for a given amount of substrate, under a given pressure, to flow through a certain column of catalyst particles, _2

R=p.S/v.d Pa.s.m p - tlak substrátuR=p.S/v.d Pa.s.m p - substrate pressure

S - průřez sloupce v - průtoková rychlost d - výška sloupceS - column cross-section v - flow rate d - column height

Specifický odpor měřen pro vodu při teplotě místnosti. Velikost částic byla určována jednak optickým mikroskopem a vestavěným měrným okulárem, jednak dělením na sítech.Specific resistance measured for water at room temperature. Particle size was determined both by optical microscope and built-in measuring eyepiece, and by dividing on sieves.

Porozita částic byla hodnocena nepřímo měřením reakčni rychlosti v závislosti na koncentraci substrátu a také byla zjištována rastrovacím elektronovým mikroskopem.Particle porosity was assessed indirectly by measuring the reaction rate as a function of substrate concentration and was also determined by scanning electron microscopy.

Částice katalyzátoru byly suspendovány (asi 0,5 kg/1 litr) v 0,05 M acetátovém pufru pH 4,6, obsahujícím 0,1 $ (hmota/objem) kyseliny sorbové a přechovávány v polyetylenových lahvích se šroubovým uzávěrem při teplotě 5-10 °C, Za těchto podmínek uchovávání je katalyzátor stabilní 6 měsíců až 1 rok, přičemž kyselina sorbová brání růstu event. sekundární kontaminace v průběhu dlohodobého skladování. Částice katalyzátoru lze rovněž ošetřit 0,5 až 1,0 % formaldehydem, za účelem jeho sanitace, bez významné ztráty specifické aktivity.The catalyst particles were suspended (about 0.5 kg/1 liter) in 0.05 M acetate buffer pH 4.6 containing 0.1% (w/v) sorbic acid and stored in screw-capped polyethylene bottles at 5-10°C. Under these storage conditions, the catalyst is stable for 6 months to 1 year, with sorbic acid preventing the growth of any secondary contamination during long-term storage. The catalyst particles can also be treated with 0.5 to 1.0% formaldehyde for sanitization without significant loss of specific activity.

V dalším je vynález blíže objasněn v příkladech provedení, aniž by se jimi omezoval.In the following, the invention is explained in more detail in the examples, without being limited thereto.

Příklady provedeniExamples of implementation

Příklad 1Example 1

200 g vlhké hmoty kvasinek Saccharomyces uvarum s invertázovou aktivitou bylo suspendováno v 500 ml reaktivního ve vodě rozpustného polymeru, dále jen RRP, získaného 24 h předchozí polymerací 4 % flokulantu obsahujícího polyetylenimin (Sedipur CL-930 BASF,200 g of wet mass of Saccharomyces uvarum yeast with invertase activity was suspended in 500 ml of reactive water-soluble polymer, hereinafter referred to as RRP, obtained 24 h prior polymerization of 4% flocculant containing polyethyleneimine (Sedipur CL-930 BASF,

NSR) a 2 % glutaraldehydu postupem podle čs. autorského osvědčení č. 231 458; pH suspenze bylo upraveno 40 % roztokem NaOH na 7,0a silně viskózní suspenze obsahující voluminézné částice agregovaných buněk byla jednu hodinu nepřetržitě míchána. Poté bylo přidáno 28 ml 25% vodného roztoku glutaraldehydu a intenzívně mícháno opět jednu hodinu.NSR) and 2% glutaraldehyde according to the procedure of Czechoslovak author's certificate No. 231 458; the pH of the suspension was adjusted to 7.0 with 40% NaOH solution and the highly viscous suspension containing voluminous particles of aggregated cells was continuously stirred for one hour. Then 28 ml of 25% aqueous glutaraldehyde solution was added and stirred intensively again for one hour.

Po této době bylo za nepřetržitého míchání upraveno pH suspenze na 8,0 a částice odsáty přes textilní materiál (mlynářská silonová plachetka). Dobře odsátý a od přebytečné reakčni směsi vymačkaný materiál byl suspendován v 500 ml čistého acetonu předem vychlazeného na -20 °C. Částice byly pomocí rychloběžného míchadla cca 3 min v ledovém acetonu míchány a poté přes textilní fólii, hrudky homogenizovány a materiál ponechán schnout 24 h volně na vzduchu při teplotě místnosti.After this time, the pH of the suspension was adjusted to 8.0 with continuous stirring and the particles were sucked off through a textile material (milling nylon cloth). The material, which had been well sucked off and squeezed free of excess reaction mixture, was suspended in 500 ml of pure acetone pre-cooled to -20 °C. The particles were mixed in ice-cold acetone for about 3 min using a high-speed stirrer and then passed through a textile film, the lumps were homogenized and the material was left to dry for 24 h in the air at room temperature.

Poté byly větší tvrdé hrudky mechanicky v hmoždíři rozmělněny, suchý materiál homogenizován a suspendován v 1 litru destilované vody. Po cca lhodinovém bobtnání byl materiál 3krát dekantován vždy 1 litrem vody, poté 2krát 1 litrem 0,05 M acetátovým pufrem pH 4,6 a v tomto pufru ponechán bobtnat 24 hodin při teplotě 10 °C. Nabobtnalé částice katalyzátoru byla dobře přes textilní materiál odsáty a zváženy. Bylo získáno 220 g vlhké hmoty zpevněných a stabilizovaných částic biokatalyzátoru o průměrné distribuci velikost 0,76 mm a specifické aktivitě 0,721 umol glukózy . min . mg suché hmoty.Then, the larger hard lumps were mechanically ground in a mortar, the dry material was homogenized and suspended in 1 liter of distilled water. After about 1 hour of swelling, the material was decanted 3 times with 1 liter of water each time, then 2 times with 1 liter of 0.05 M acetate buffer pH 4.6 and left to swell in this buffer for 24 hours at a temperature of 10 °C. The swollen catalyst particles were well sucked off through a textile material and weighed. 220 g of wet mass of solidified and stabilized biocatalyst particles with an average size distribution of 0.76 mm and a specific activity of 0.721 μmol glucose . min . mg dry matter were obtained.

g vlhké hmoty katalyzátoru bylo suspendováno ve 45 ml 1 M roztoku sacharózy (rafináda), rozpuštěné v acetátovém pufru pH 4,6. Suspenze byla umístěna do Dewargovy temperovanég of wet catalyst mass was suspended in 45 ml of 1 M sucrose solution (raffinate), dissolved in acetate buffer pH 4.6. The suspension was placed in a Dewar flask.

Ί nádobky na 30 °C a ve zvolených časových intervalech, v průběhu nepřetržitého míchání suspenze ocelovým vrtulovým míchadlem o počtu otáček 100 . min \ sledován přírůstek koncentrace jednoho nebo obou monosacharidů analytickými postupy popsanými v popisu předmětného vynálezu.The container was heated to 30 °C and at selected time intervals, during continuous stirring of the suspension with a steel propeller stirrer at a speed of 100 rpm, the increase in the concentration of one or both monosaccharides was monitored by the analytical procedures described in the description of the present invention.

Bylo zjištěno, že enzymová inverze je kvantitativní (100 % teorie, tj. 360,4 mg glukózy a fruktózy . ml ^) za 90 min. Tento postup s touže násadou biokatalyzátoru byl opakován celkem 20krát vždy tak, že po skončení reakce v každém z cyklů (po 90 min) byla po kvantitativní sedimentaci částic vakuově odsáta reakční směs pasteurovou pipetou z z horní části reaktoru a částice opět suspendovány v čerstvé násadě substrátu za jinak stejných podmínek a koncentrace sacharózy. Průměrný stupěň enzymové inverze činil 99,9 % teorie/20 cyklů opakovaného použití téže násady biokatalyzátoru.It was found that the enzyme inversion is quantitative (100% of theory, i.e. 360.4 mg glucose and fructose . ml ^) in 90 min. This procedure with the same batch of biocatalyst was repeated a total of 20 times, always so that after the end of the reaction in each cycle (after 90 min) after quantitative sedimentation of the particles, the reaction mixture was vacuum-aspirated with a Pasteur pipette from the upper part of the reactor and the particles were suspended again in a fresh batch of substrate under otherwise identical conditions and sucrose concentration. The average degree of enzyme inversion was 99.9% of theory/20 cycles of repeated use of the same batch of biocatalyst.

200 g vlhké hmoty zpevněných a stabilizovaných částic biokatalyzátoru o průměrné distribuci velikosti 0,76 mm bylo dále fyzikálně a biochemicky charakterizováno postupy uvedenými v popisu předmětného vynálezu, zejména pokud jde o distribuci velikosti částic, specifickou aktivitou jednotlivých velikostních tříd, sedimentační rychlost a specifický odpor částic ve soupci.200 g of wet mass of solidified and stabilized biocatalyst particles with an average size distribution of 0.76 mm was further physically and biochemically characterized by the procedures described in the description of the present invention, in particular with regard to particle size distribution, specific activity of individual size classes, sedimentation rate and specific resistance of particles in the slurry.

Výsledky jsou uvedeny jak následuje.The results are presented as follows.

Frakce částic Particle fraction Velikost částic (mm) Particle size (mm) Množství vlhké hmoty íg) Amount of wet matter íg) Zastoupení jednotí, velikostních tříd <»> Representation of units, size classes <»> A A 0,8 0.8 103,3 103.3 51,5 51.5 B B 0,8 - 0,5 0.8 - 0.5 57,5 57.5 28,8 28.8 C C 0,5 - 0,315 0.5 - 0.315 15,3 15.3 7,7 7.7 D D menší než 0,315 less than 0.315 23,9 23.9 12,0 12.0

Frakce částic částic Particle fraction of particles Sedimentační rychlost (s) Sedimentation velocity (s) Specifický odpor (Pa.s.m 2) Specific resistance (Pa.sm 2 ) Specifická aktivita (yumol glukózy .mg-3) Specific activity (μmol glucose .mg -3 ) A A 4,0 4.0 19,69.105 19,69.10 5 0,161 0.161 B B 8,0 8.0 40,78.105 40.78.10 5 0,473 0.473 C C 9,6 9.6 - - 0,565 0.565 D D 21,7 21.7 289.02.105 289.02.10 5 1,524 1,524

g nedělených Částic katalyzátoru bylo suspendováno ve 100 ml acetátového pufru, v kterém byla rozpuštěna kyselina sorbová o koncentraci 0,1 %? pH pufru bylo 4,6. Za podmíněk skladování uvedených v popisu předmětného vynálezu byla v jednotýdenních časových intervalech sledována specifická aktivita částic. Po 192 dnech nepřetržitého sledování nebyl zaznamenán pokles specifické aktivity částic.g of undivided catalyst particles were suspended in 100 ml of acetate buffer in which sorbic acid was dissolved at a concentration of 0.1%? The pH of the buffer was 4.6. Under the storage conditions specified in the description of the present invention, the specific activity of the particles was monitored at one-week time intervals. After 192 days of continuous monitoring, no decrease in the specific activity of the particles was recorded.

Příklad 2 kg vlhké hmoty nativních buněk Saccharomyces cerevisiae bylo suspendováno v 10 litrech destilované vody pomocí rychloběžného míchadla a suspenze obsahující 0,5 g vlhké hmoty buněk/ml byla vychlazena na 5 °C. Poté byly buňky dezintegrovány čtyřnásobným průchodem štěrbinovým mechanickým dezintegrátorem při maximálním přetlaku 6.10 Pa. Mezi jednotlivými cykly dezintegrace byla suspenze vždy ochlazena na 10 až 15 °C. Stupeň dezintegrace buněk byl sledován jednak mikroskopicky, jednak celkovým množstvím uvolněných bílkovin v supernatantu, odstředěné suspenze.Example 2 kg of wet mass of native Saccharomyces cerevisiae cells was suspended in 10 liters of distilled water using a high-speed stirrer and the suspension containing 0.5 g of wet cell mass/ml was cooled to 5 °C. Then the cells were disintegrated by passing through a slotted mechanical disintegrator four times at a maximum overpressure of 6.10 Pa. Between individual disintegration cycles, the suspension was always cooled to 10 to 15 °C. The degree of cell disintegration was monitored both microscopically and by the total amount of released proteins in the supernatant, the centrifuged suspension.

Postupem podle čs. autorského osvědčení č. 231 458 bylo do dvou 35 litrových nerezových fermentačních tanků předloženo a 15 litrů vody a do každého z fermentorů bylo vmícháno 750 g flokulantu obsahujícím polyetylenimin (Sedipur CL-930) a po jeho rozpuštění přidáno a 825 ml 46 % vodného roztoku glutaraldehydu. Výsledná koncentrace obou rekreačních složek v každém z fermentorů činila 5 % (hmota/objem) Sedipuru a 2,5 % (objem/objem) glutaraldehydu.According to the procedure of Czechoslovak Patent No. 231 458, 15 liters of water were introduced into two 35-liter stainless steel fermentation tanks and 750 g of flocculant containing polyethyleneimine (Sedipur CL-930) was mixed into each of the fermenters and after its dissolution, 825 ml of a 46% aqueous solution of glutaraldehyde was added. The resulting concentration of both recreational components in each of the fermenters was 5% (mass/volume) of Sedipur and 2.5% (volume/volume) of glutaraldehyde.

Polymerace probíhala 24 hodin za nepřetržitého mícháni při teplotě 20 °C. 10 kg vlhké hmoty celých buněk S. cerevisiae bylo homogenizováno v 10 litrech vody v polyetylenové nádobě pomocí rychloběžného míchadla. Buněčná suspenze byla rozdělena na 2 stejné objemové díly a každý z dílů nalit za zvýšené intenzity míchání do roztoku RRP. Po homogenizaci suspenze bylo upraveno pH z hodnoty 5,2 na 7,5 za intenzivního míchání 40 % roztokem NaOH a mícháno 1 hodinu při počtu otáček 800.minPolymerization was carried out for 24 hours with continuous stirring at 20 °C. 10 kg of wet mass of whole cells of S. cerevisiae was homogenized in 10 liters of water in a polyethylene container using a high-speed stirrer. The cell suspension was divided into 2 equal volume parts and each part was poured into the RRP solution with increased stirring intensity. After homogenization of the suspension, the pH was adjusted from 5.2 to 7.5 with intensive stirring with a 40% NaOH solution and stirred for 1 hour at a speed of 800 rpm.

V 15 litrech dezintegrované suspenze buněk, jejíž příprava byla popsána v prvním odstavci, bylo rozpuštěno 374 g technické vaječné bílkoviny. Celková koncentrace bílkovin v supernatantu po odstředění činila 50 mg.ml 1. Suspenze byla rozdělena na dva stejné objemové díly a každý z nich nalit do míchané suspenze buněk v RRP za současného intenzivního míchání. Po zhoustnutí silně viskozní suspenze byla snížena intenzita míchání a při cca 300 otáčkách.min mícháno 30 minut.In 15 liters of disintegrated cell suspension, the preparation of which was described in the first paragraph, 374 g of technical egg protein were dissolved. The total protein concentration in the supernatant after centrifugation was 50 mg.ml 1 . The suspension was divided into two equal volumes and each of them was poured into the stirred cell suspension in the RRP while stirring vigorously. After the highly viscous suspension thickened, the stirring intensity was reduced and stirred at approximately 300 rpm for 30 minutes.

Poté byla intenzita míchání opět zvýšena a do každého v nerezových tancích bylo přidáno 655 ml 46 % vodného roztoku glutaraldehydu. Výsledná koncentrace volného sítovadla činila 1 % (objem/objem). Po intenzivním rozmícháni suspenze bylo míchání přerušeno a reakční směs byla ponechána 30 min v klidu, poté mírně promíchána a za míchání postupně čerpána na rotační vakuový filtr na kterém byla napnuta silonová mlynářská plachetka.Then the stirring intensity was increased again and 655 ml of 46% aqueous glutaraldehyde solution was added to each of the stainless steel tanks. The resulting concentration of free crosslinker was 1% (vol/vol). After intensive stirring of the suspension, the stirring was stopped and the reaction mixture was left to stand for 30 min, then gently stirred and, while stirring, gradually pumped onto a rotary vacuum filter on which a nylon mill cloth was stretched.

Filtrace částic probíhala za vakua a vlhké a dobře odsáté částice byly krájeny po vrstvách z povrchu plachetky z bubnu rotačního filtru nastaveným nerezovým břitem.Particle filtration was performed under vacuum and the moist and well-sucked particles were cut in layers from the surface of the cloth from the drum of the rotary filter with a set stainless steel blade.

Celkem bylo po filtraci získáno 25,5 kg vlhké hmoty materiálu.A total of 25.5 kg of wet mass of material was obtained after filtration.

Uvedené množství vlhké hmoty bylo rozděleno na 25 dílů (4 1 kg) a každý díl byl postupně suspendován v 1,5 litru ledového acetonu v 5 litrové nádobě z plastické hmoty pomocí rychloběžného míchadla opatřeného ocelovou vrtulí, cca 3 min intenzivně míchán a poté přes textilní materiál (mlynářská plachetka) vakuově na nuči rychle a ostře odsát a bez promytí ponechán sušit na tácech z plastické hmoty 24 hodin při teplotě místnosti. Popsaným způsobem bylo postupně zpracováno všech 25 hmotnostních dílů materiálu.The specified amount of wet material was divided into 25 parts (4 1 kg) and each part was gradually suspended in 1.5 liters of ice-cold acetone in a 5 liter plastic container using a high-speed stirrer equipped with a steel propeller, stirred intensively for about 3 minutes and then quickly and sharply sucked off through a textile material (milling cloth) using a vacuum suction and left to dry on plastic trays for 24 hours at room temperature without washing. All 25 parts by weight of the material were gradually processed in the described manner.

Po usušení byl materiál mechanicky homogenizován a zvážen. Bylo získáno 6,045 kg suché hmoty částic. Na sítě byla v suchém stavu oddělena frakce, jejíž částice byly větší než 2 mm (hrudky). Zbylé množství suché hmoty (5,5 kg) bylo suspendováno ve 20 litrech pitné vody v polyetylénové nádobě a několikrát 20 litry vody dekantováno, vždy po kvantitativní sedimentaci materiálu. Materiál ponechán bobtnat přes noc v komorové lednici při teplotě 10 °C.After drying, the material was mechanically homogenized and weighed. 6.045 kg of dry particle mass was obtained. The fraction with particles larger than 2 mm (lumps) was separated on a net in a dry state. The remaining amount of dry matter (5.5 kg) was suspended in 20 liters of drinking water in a polyethylene container and decanted several times with 20 liters of water, each time after quantitative sedimentation of the material. The material was left to swell overnight in a freezer at a temperature of 10 °C.

Po nabobtnání materiál pomocí rychloběžného míchadla intenzívně ve vodě míchán a vždy po kvantitativní sedimentaci částic mnohonásobně promyt pitnou vodou, při slití horni zakalené vrstvy a velmi jemných podílů částic. Dekantace probíhala tak dlouho, dokud po intenzivním míchání nebyl v promývací vodě zákal. Po kvantitativní dekantaci byl materiál vakuově přes mlynářskou plachetku na nuči dobře odsát a zvážen. Získané množství činilo 7,5 kg vlhké hmoty. Toto množství suspendováno v 15 litrech 0,04 M acetátového pufru o pH 4,6, který obsahoval 0,1 % kyseliny sorbové a ponechán do druhého dne při teplotě 10 °C.After swelling, the material was stirred intensively in water using a high-speed stirrer and washed many times with drinking water after quantitative sedimentation of the particles, while pouring off the upper cloudy layer and very fine particles. Decantation was continued until there was no turbidity in the washing water after intensive stirring. After quantitative decantation, the material was vacuum-drained through a mill cloth and weighed. The amount obtained was 7.5 kg of wet mass. This amount was suspended in 15 liters of 0.04 M acetate buffer with a pH of 4.6, which contained 0.1% sorbic acid, and left at a temperature of 10 °C until the next day.

Specifická aktivita zpevněných a stabilizovaných částic biokatalyzátoru činila 0,450 0,450 )umol.mg” suché hmoty, průměrná velikost částic činila 0,363 mm. Se získaným katalyzátorem bylo provedeno 20 opakovaných konverzí enzymové inverze 1,5 M roztoku sacharózy (rafináda o koncentraci 51 % hmota/objem, postupem popsaným v příkladu 1 s tím rozdílem,The specific activity of the solidified and stabilized biocatalyst particles was 0.450 µmol.mg” of dry matter, the average particle size was 0.363 mm. With the obtained catalyst, 20 repeated conversions of the enzyme inversion of a 1.5 M sucrose solution (raffinate with a concentration of 51% mass/volume) were carried out using the procedure described in Example 1 with the difference that

Že jeden cyklus enzymové inverze s touže násadou katalyzátoru trval 4 hodiny. Za uvedených podmínek činil průměrný stupeň konverze 96,8 % teorie/20 cyklů opakovaného použití zpevněných a stabilizovaných částic. Specifická aktivita katalyzátoru se po jeho 20násobném použití nezměnila.That one cycle of enzyme inversion with a single batch of catalyst lasted 4 hours. Under the conditions given, the average degree of conversion was 96.8% of theory/20 cycles of repeated use of the solidified and stabilized particles. The specific activity of the catalyst did not change after its 20-fold use.

Příklad 3Example 3

Se zpevněnými a stabilizovanými částicemi biokatalyzátoru, jehož způsob přípravy a základní vlastnosti byly popsány v příkladu 2, byla provedena kontinuální enzymová inverze sacharózy (rafináda) třemi způsoby. (A) konverze substrátu v koloně s pevným ložem biokatalyzátoru, (B) konverze substrátu v koloně s míchaným ložem biokatalyzátoru, (C, konverze substrátu v míchaném jednostupňovém kontinuálním reaktoru.With the solidified and stabilized biocatalyst particles, the preparation method and basic properties of which were described in Example 2, continuous enzymatic inversion of sucrose (raffinate) was carried out in three ways. (A) substrate conversion in a column with a fixed bed of biocatalyst, (B) substrate conversion in a column with a stirred bed of biocatalyst, (C, substrate conversion in a stirred single-stage continuous reactor.

(A) Skleněná kolona o vnitřním průměru 16 mm a délce 20 cm byla naplněna do výšky 19,5 om 20 g částic vlhkého katalyzátoru. 0,5 M roztok sacharózy v acetátovém pufru pH 4,6 byl čerpán na pevné lože katalyzátoru, vertikálně umístěnou kolonou směrem shora dolů, rychlostí 5 ml.h při teplotě místnosti. Po přibližně dvou výměnách objemu kolony (přibližně za 17 hodin nepřetržitého toku) činil průměrný stupeň enzymové inverze na výtoku z kolony 90 % teorie (162 mg.ml redukujících cukrů). Reaktor byl v nepřetržitém chodu 140 hodin při dosažení nezměněného stupně enzymové inverze.(A) A glass column with an internal diameter of 16 mm and a length of 20 cm was filled to a height of 19.5 om with 20 g of wet catalyst particles. A 0.5 M sucrose solution in acetate buffer pH 4.6 was pumped onto the fixed catalyst bed, vertically placed column from top to bottom, at a rate of 5 ml.h at room temperature. After approximately two column volume changes (approximately 17 hours of continuous flow), the average degree of enzyme inversion at the column outlet was 90% of theory (162 mg.ml reducing sugars). The reactor was operated continuously for 140 hours, achieving an unchanged degree of enzyme inversion.

(B) Stejná skleněná kolona byla naplněna 18 g vlhké hmoty katalyzátoru a upevněna v horizontální poloze na reciproký třepací stroj o počtu kyvů 120.m”\ Do jednoho konce kolony byl čerpán 1 M roztok sacharózy v acetátovém pufru pH 4,6 rychlostí 10 ml.h a z druhého konce byla reakční směs jímána za nepřetržitého míchání při teplotě 28 °C.(B) The same glass column was filled with 18 g of wet catalyst mass and mounted in a horizontal position on a reciprocating shaker with a swing rate of 120.m”\ A 1 M sucrose solution in acetate buffer pH 4.6 was pumped into one end of the column at a rate of 10 ml.h and the reaction mixture was collected from the other end with continuous stirring at a temperature of 28 °C.

Kolona byla v kontinuálním chodu 24 hodin při dosažení průměrného stupně teoretické enzymové inverze 98 %.The column was operated continuously for 24 hours, achieving an average degree of theoretical enzyme inversion of 98%.

,C) 45 g vlhké hmoty částic katalyzátoru bylo suspendováno ve 450 ml 1 m roztoku sacharózy v pufru a suspenze pomalu míchána při teplotě místnosti. Po dosaženi ustáleného stavu, po dosažení kvantitativní konverze, byl do míchané nádoby rychlostí 166 ml.h 1 čerpán 1 M roztok sacharózy a stejnou rychlostí, pomocí druhého čerpadla, odsávána reakční směs. Aby nedocházelo k úniku (odsáváni) částic z reaktoru, byl odsávací konec trubice opatřen polyamidovým sítkem a obalen mlynářskou plachetkou. Za uvedených podmínek byl jednostupňový míchaný kontinuální reaktor v chodu 24 hodin připrůměrném dosažení stupně teoretické inverze 88,5 %.,C) 45 g of wet mass of catalyst particles was suspended in 450 ml of 1 M sucrose solution in buffer and the suspension was stirred slowly at room temperature. After reaching a steady state, after achieving quantitative conversion, a 1 M sucrose solution was pumped into the stirred vessel at a rate of 166 ml.h 1 and the reaction mixture was aspirated at the same rate, using a second pump. In order to prevent particles from escaping (aspirating) from the reactor, the suction end of the tube was provided with a polyamide screen and wrapped with a miller's cloth. Under the above conditions, the single-stage stirred continuous reactor was operated for 24 hours with an average achievement of the theoretical inversion degree of 88.5%.

Příklad 4Example 4

Zpevněné a stabilizované částice biokatalyzátoru, jejichž způsob přípravy byl popsán v příkladu 2, byly použity k enzymové inverzi tecnických forem sacharózy, zejména surového cukru (afinády) a kléru. Konverze těchto forem sacharózy byly prováděny ve vsádkovém míchaném reaktoru při teplotě 40 °C, pH 4,6 (okyselením vodních roztoků technické sacharózy kyselinou octovou), koncentraci katalyzátoru 15 objemových % (150 g vlhké hmoty částic + 850 ml roztoku resp. sirupu). Jedinou proměnnou veličinou byla počáteční koncentrace sacharózy v jejich různých technických formách. Sušinou a refraktometrioky stanovená počáteční koncentrace cukru v neředěném kléru činila 66 g/100 ml, tj. přibližně 1,9 M roztok sacharózy. Klér byl ředěn okyselenou vodou. Surový cukr rozpuštěn v okyselené vodě. Výsledky jsou shrnuty jak následuje.The solidified and stabilized biocatalyst particles, the preparation method of which was described in Example 2, were used for the enzymatic inversion of technical forms of sucrose, in particular raw sugar (affinade) and kléré. The conversions of these forms of sucrose were carried out in a batch stirred reactor at a temperature of 40 °C, pH 4.6 (acidification of aqueous solutions of technical sucrose with acetic acid), catalyst concentration of 15 vol. % (150 g wet mass of particles + 850 ml solution or syrup). The only variable was the initial concentration of sucrose in their various technical forms. The initial sugar concentration in undiluted kléré determined by dry matter and refractometry was 66 g/100 ml, i.e. approximately 1.9 M sucrose solution. Kléré was diluted with acidified water. Raw sugar dissolved in acidified water. The results are summarized as follows.

Forma sacharózy klér afinádaSucrose form kler afinada

konc. sacharózy (hmot. %) sucrose conc. (wt. %) 66 66 56,5 56.5 max. dosažený stupeň inverze max. achieved degree of inversion 78 78 87,6 87.6 (% teorie) (% theory) reakční doba reaction time 4 4 4 4 <h> <h>

51,4 51.4 46,3 46.3 41,3 41.3 60 60 65 65 91,0 91.0 96,0 96.0 98,0 98.0 88,3 88.3 81,2 81.2 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4

Příklad 5Example 5

Katalyzátorem, jehož způsob zpevnění a stabilizace byl popsán v příkladu 2, bylo provedeno 10 opakovaných cyklů enzymové inverze něředěného kléru, v kterém koncentrace sacharózy byla 67 hmot. %. Konverze byly provedeny v míchaném vsádkovém reaktoru při teplotě 60 °C a pH 4,6 v Dewarově nádobce způsobem popsaným v příkladu 1. Jediným rozdílem byl způsob manipulace s katalyzátorem. Částice byly po každém ukončeném reakčním cyklu přecezeny přes mlynářskou plachetku a bez promytí dány zpět do reaktoru a přelity opět čerstvou násadou neředěného kléru. pH kléru pro každou opakovanou sádku bylo upraveno kyselinou octovou na hodnotu 4,6. Doba jednoho cyklu činila standardně 4 hodiny.The catalyst, the method of solidification and stabilization of which was described in Example 2, was used for 10 repeated cycles of enzyme inversion of undiluted claret, in which the sucrose concentration was 67 wt. %. The conversions were carried out in a stirred batch reactor at a temperature of 60 °C and pH 4.6 in a Dewar flask in the manner described in Example 1. The only difference was the method of handling the catalyst. After each completed reaction cycle, the particles were filtered through a mill cloth and, without washing, put back into the reactor and poured over again with a fresh batch of undiluted claret. The pH of the claret for each repeated batch was adjusted to 4.6 with acetic acid. The duration of one cycle was standardly 4 hours.

Za uvedených podmínek činil průměrný stupeň konverze 83,6 % teorie/10 opakovaných cyklů použití téže násady katalyzátoru. Specifická aktivita částic se po jejich lOnásobném použití za uvedených podmínek nezměnila.Under the above conditions, the average degree of conversion was 83.6% of theory/10 repeated cycles of using the same catalyst batch. The specific activity of the particles did not change after their 10-fold use under the above conditions.

Claims (1)

Způsob zpevňováni a stabilizace částic biokatalyzátoru pro enzymovou inverzi sacharózy, připravených podle autorského osvědčení č. 231 458, při které se vodný roztok sacharózy, jejích technických forem a meziproduktů její výroby uvádí ve styk s částicemi biokatalyzátoru, vyznačený tím, že se do nepřetržitě míchané směsi částic biokatalyzátoru na bázi kvasinkových buněk obsahujících enzym invertázu, výhodně Saccharomyces cerevisiae nebo Saccharomyces uvarum, přidá po úpravě pH na rozmezí 6,0 až 8,0 vodný roztok glutaraldehydu a/nebo vodný roztok nebo suspenze technické nebo čisté bílkoviny živočišného, rostlinného a/nebo mikrobiálního původu, jako je vaječná bílkovina, desintegrované nebo autolyzované buňky, výhodně buňky použitého produkčního mikroorganismu, načež se směs popřípadě došití dalším přídavkem glutaraldehydu, stabilizované částice se od reakční kapaliny oddělí filtrací, suspendují se za intenzivního míchání v ledovém acetonu, filtrací se znovu oddělí a suší se po homogenizaci.volně na vzduchu při teplotě místnosti po dobu 1 až 24 hodin, potom se částice suspendují ve studené vodě, několikrát se vodou dekantuji a nechají se bobtnat ve vodě nebo v pufru při teplotě v rozmezí 5 až 20 °C.Process for strengthening and stabilizing biocatalyst particles for sucrose enzyme inversion prepared according to the author's certificate No. 231 458, wherein an aqueous solution of sucrose, its technical forms and intermediates of its production is contacted with biocatalyst particles, characterized in that it is mixed into a continuously stirred mixture yeast cell biocatalyst particles containing an invertase enzyme, preferably Saccharomyces cerevisiae or Saccharomyces uvarum, add an aqueous solution of glutaraldehyde and / or an aqueous solution or suspension of technical or pure animal, vegetable and / or protein after adjusting the pH to 6.0 to 8.0. of microbial origin, such as egg protein, disintegrated or autolysed cells, preferably cells of the production microorganism used, after which the mixture is optionally sutured by further addition of glutaraldehyde, the stabilized particles are separated from the reaction liquid by filtration, sus pendant with vigorous stirring in ice-cold acetone, filter again to separate and dry after homogenization. freely in air at room temperature for 1 to 24 hours, then suspend the particles in cold water, decant several times with water and allow to swell in water or in a buffer at a temperature in the range of 5 to 20 ° C.
CS257884A 1982-01-14 1984-04-03 A method for strengthening and stabilizing biocatalyst particles for enzymatic inversion of sucrose CS249325B3 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS257884A CS249325B3 (en) 1982-01-14 1984-04-03 A method for strengthening and stabilizing biocatalyst particles for enzymatic inversion of sucrose
CS173385A CS250262B3 (en) 1984-04-03 1985-03-12 Method of glucose-fructose syrup's enzyme production from saccharose

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS82277A CS231458B1 (en) 1982-01-14 1982-01-14 Cellular catalysts for biotransformation and method to produce them
CS257884A CS249325B3 (en) 1982-01-14 1984-04-03 A method for strengthening and stabilizing biocatalyst particles for enzymatic inversion of sucrose

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS249325B3 true CS249325B3 (en) 1987-03-12

Family

ID=25745265

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS257884A CS249325B3 (en) 1982-01-14 1984-04-03 A method for strengthening and stabilizing biocatalyst particles for enzymatic inversion of sucrose

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS249325B3 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bayramoğlu et al. Covalent immobilisation of invertase onto a reactive film composed of 2-hydroxyethyl methacrylate and glycidyl methacrylate: properties and application in a continuous flow system
Homaei Enzyme immobilization and its application in the food industry
Bashir et al. Enzyme immobilization and its applications in food processing: A review
US20160032270A1 (en) Apparatus and process for production of an encapsulated cell product
White et al. Continuous fermentation by immobilized brewers yeast
Buitelaar et al. Immobilized cells: basics and applications
DK170825B1 (en) Process for Immobilizing an Enzyme-Producing Microorganism or Enzyme Produced Therewith and Preparation of an Immobilized Enzyme Preparation
JPH0797989B2 (en) Biologically active system
Ward Bioprocessing
Champluvier et al. Immobilization of β-galactosidase retained in yeast: adhesion of the cells on a support
D'Souza et al. Immobilization of bakers yeast on jute fabric through adhesion using polyethylenimine: application in an annular column reactor for the inversion of sucrose
SE423718B (en) SIMILAR IMMOBILIZED ENZYM (S) AND MICRO-ORGANISM (S) AND THEIR PREPARATION
Mansfeld et al. Coimmobilization of Yarrowia lipolytica cells and invertase in polyelectrolyte complex microcapsules
Iurciuc et al. Microencapsulation of Baker’s yeast in gellan gum beads used in repeated cycles of glucose fermentation
EP0034933B1 (en) Immobilized enzymes, a process for their preparation, and their use in converting substrates to products
Linko et al. Preparation and kinetic behavior of immobilized whole cell biocatalysts
CS249325B3 (en) A method for strengthening and stabilizing biocatalyst particles for enzymatic inversion of sucrose
Daigle et al. The effect of sterilization, pH, filler and spore inoculum concentration on the preparation of alginate pellets
Calabro Engineering aspects of membrane bioreactors
Drichoutis et al. Continuous production of wine in a tower fermentor using entrapped yeast cells in double layer alginate–chitosan beads
Dias et al. Immobilization of yeasts on titanium activated inorganic supports
Divies On the utilisation of entrapped microorganisms in the industry of fermented beverages
RU2239658C1 (en) Method for preparing biocatalyst for producing alcohol-containing sparkling drinks
RU2646104C1 (en) Method for producing a granulated biocatalizer based on immobilized yeast cells for ester exchange
RU2322499C2 (en) Method of preparing immobilized biocatalyst and biocatalyst for production of alcohol-containing drinks