PL144926B1 - Method of obtaining isoglycose - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 89 08 31 144926 C- . t LtNIA U-»ccto Pat+fflow«go Nt«»t Ummueu<*i imaj Int Cl.4 C12P 19/24 C12N 11/14 Twórca wynalazku Uprawniony z patentu: Kali-Chemie Aktiengesellschaft, Hannover /Republika Federalna Niemiec/ SPOSÓB WYTWARZANIA IZOGLIKOZY Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania roztworu zawierajecego glikoze i fruktoze przez poddanie reakcji roztworu zawierajecego glikoze na wytworzonym na bazie nosnika Si02 katalizatorze z aktywnoscie glikozoizomerazy. Tego rodzaju sposób jest znany z opisu patentowego RFN DAS nr 3 148 603. Wedlug tej pozycji literatury mozna znacznie zwiekszyc produktywnosc znanych, wytworzonych na bazie nosnika S102 katalizatorów na nosniku z ak¬ tywnoscie glikozoizomerazy, jesli roztwór zawierajecy glikoze przed reakcje na kataliza¬ torze na nosniku doprowadza sie do zetkniecia z pólproduktami z Si02 albo krzemianu glinu* Zadaniem wynalazku jest dostarczenie innych mozliwosci zwiekszenia produktywnosci znanych katalizatorów na nosniku Si02 z aktywnoscie glikozoizomerazy. Przez "wytworzone na bazie nosnika Si02 katalizatory z aktywnoscie glikozoizomerazy" lub "znane katalizatory na nosniku Si02 z aktywnoscie glikozoizomerazy* nalezy rozumiec takie katalizatory, w których w nosniku albo na nosniku na bazie Si02# np. porowatym zelu krzemionkowym, jest wkompono¬ wane glikozoizomeraza /np. przez koprecypitacje/ albo naniesiona /np. przez adsorpcyjne albo kowalencyjne wiezenie albo usieclowanie enzymu/. Korzystnie nalezy tutaj rozumiec takie katalizatory, w których glikozoizomeraza jest zwlezana z porowatym zelem krzemion¬ kowym adsorpcyjnie albo kowalencyjnie albo Jest naniesiona przez usieclowanie, przy czym mozna ewentualnie stosowac równiez kombinacje tego rodzaju sposobówwiezania. W tym sensie korzystne katalizatory se znane np. z opisu patentowego RFN DAS nr 2 726 188.Inna w sencie postawienia zadania mozliwosc zwiekszenia produktywnosci polega te¬ raz wedlug wynalazku na tyra, ze do roztworu zwierajecego glikoze dodaje sie Si02. SiO mozna przy tym dodawac w dowolnej postaci, jesli tylko jest on wystarczajeco rozpuszczalny w wodzie i ewentualnie wprowadzone razem z Si02 do roztworu glikozy obce Jony nie zmniejsza- je aktywnosci enzymu. Oesli otrzymany roztwór glikozy-fruktozy przed dalszym zastosowaniem go nie zostanie szczególnie oczyszczony, np. przez wymiane Jonowe, nalezy równiez uwazac na to aby ewentualnie wprowadzone z Si02 obce jony nie pogorszyly pózniejszego zasto¬ sowania roztworu glikozy i fruktozy. Szczególnie przydatne ee krzemiany metalu alkaliczne¬ go. Dodawana ilosc Si02 nie jeat scisle okreslone. W celu oelegnlecla zwiekszenia produk-2 144 926 tywnosci w róz*larze odpowiadajacych sposobów wedlug opisu patentowego RFN DAS nr 3 148 603 dodana ilosc nie powinna byc mniejsza nit 30 ppm. Korzystnie dodaje sie do roztworu gliko- zy 30-80 ppm S10-* Szczególnie latwo 1 niedrogo przeprowadza sie dodawanie SiO- wtenczas gdy stosuje sie roztwór szkla wodnego, korzystnie roztwór szkla wodnego sodowego.Pod wzgledem zwiekszenia produktywnosci uzyskuje sie w sposobie wedlug wynalazku wartosci, jakie osiega sie równiez za pomoce sposobu wedlug opisu patentowego RFN DAS nr 3 148 603. Nieoczekiwanie jednak dodanie SiO_ zaniest wstepnego kontaktowania z pólpro¬ duktami z SiOp albo krzemianu glinu ma korzystny wplyw na trwalosc katalizatora w przypad¬ ku przestoju w eksploatacji. Okazalo sie mianowicie, ze przy zastosowaniu znanych sposo¬ bów, badz to wedlug opisu patentowego RFN DAS nr 3 148 603 albo innych sposobów, aktyw¬ nosc katalizatora w przypadku zatrzymania eksploatacji, czy to z powodu przerwy w zasila¬ niu predem czy z powodu innych zaklócen, zostaje nieodwracalnie uszkodzona, jesli nie zadba sie o to, aby katalizator zostal mozliwie szybko oziebiony do temperatury pokojowej.Wprawdzie wyleczaje sie np. w przypadku przerwy w doplywie predu nie tylko pompy, lecz równiez ogrzewanie dla podgrzewania substratu. Zawarta w katalizatorze i w otaczajecym go roztworze substratu pojemnosc cieplna uniemozliwia jednek potrzebne szybkie oziebienie i wystarcza do uszkodzenia katalizatora. W celu unikniecia takich szkód trzeba np. za pomoce zespolów predotwórczych awaryjnych podjec starania aby w przypadku zatrzymania eksploatacji mógl byc pompowany zimny roztwór substratu przez reaktor, aby osiegnec w ten sposób potrzebne szybkie oziebienie wrazliwego katalizatora. W sposobie wedlug wynalazku mozna jednak zrezygnowac calkowicie z takich srodków zabezpieczajacych.Sposób wedlug wynalazku przy metodzie cieglej realizowany jest w ten sposób, ze do wodnego roztworu glikozy o zawartosci okolo 40-50% wagowych suchej substancji dodaje sie SIO-* roztwór ustala sie do wartosci pH odpowiedniej dle zwiezenej na nosniku gliko- zoizomerazy i ogrzewa do temperatury izomeryzacji odpowiedniej dla zwiezanej na nosniku glikozoizomerazy. Tak przygotowany roztwór glikozy pompuje sie przez reektor, który jest napelniony katalizatorem na nosniku Si02 z aktywnoscia, glikozoizomerazy. Odplywajecy z re¬ aktora roztwór glikozy-fruktozy bada sie nieprzerwanie albo w regularnych odstepach na za¬ wartosc fruktozy, np. za pomoce analizy polarymetrycznej albo HPLC. Predkosc objetoscio¬ wa /v/vh ¦ objetosc roztworu glikozy na objetosc reaktora zajete przez katalizator na go¬ dzine/, z które katalizator jest eksploatowany, ustala sie przy tym tak, ze odplywajacy roztwór, w odniesieniu do suchej substancji, zawiera w zakresie o niewielkich wahaniach np. + 1% fruktoze w ilosci np. 42% wagowych.Poniewaz w zaleznosci od czasu eksploatacji i w szczególnosci od temperatury eks¬ ploatacji katalizator stale traci na aktywnosci, oznacza to, ze predkosc objetosciowa mu¬ si byc stale cofana, aby osiegnec niezmienny stopien izomeryzacji. Stopien izomeryzacji podaje przy tym, wyrazone w procentach, liczbe czesteczek fruktozy, które na 100 zawar¬ tych w roztworze wyjsciowym czesteczek glikozy po przeplynieciu reaktora i reakcji na ka¬ talizatorze se zawarte w odplywajecym roztworze glikozy-fruktozy. Zaleznie od czystosci lub jakosci glikozy zastosowanej do sporzedzenia roztworu aby osiegnec wymienione wartosc 42% wagowych fruktozy w suchej substancji odplywajecego roztworu glikozy-fruktozy, katalizator musi byc eksploatowany z predkosciami objetosciowymi, które pozwalaje uzyskac stopien izo¬ meryzacji wynoszecy okolo 44-47%. 3esli przy wytwarzaniu katalizatora na nosniku z aktywnoscie glikozoizomerazy za¬ stosowano glikozoizomeraze Streptomyces albus, szczególnie dogodne okazalo sie ustalenie roztworu glikozy na wartosc pH okolo 7,0-8,5 i ogrzewanie roztworu glikozy do temperatu¬ ry okolo 55-65 C. Oprócz tego okazalo sie w przypadku glikozoizomerazy Streptomyces albus, ze dodani? jonów Co/II/ i Mg/II/ do roztworu glikozy w ilosciach okolo 0,1-2 ppm Co/II/ i okolo 10-200 ppm Mg/II/, celowo w postaci ich soli rozpuszczalnych w wodzie jak np. chlorki albo siarczany, sprzyja izomeryzacji. Wreszcie korzystne jest jeszcze dodanie do roztworu glikozy stabllizujecej ilosci przeclwutleniecze, korzystnie S02 w ilosci okolo 100-600 ppm w postaci siarczynu albo wodoroeierczynu metalu alkalicznego.Zanim otrzymany roztwór glikozy-fruktozy zostanie doprowadzony do koncowego zasto¬ sowania, godne zalecenia Jest usuniecie niepozedanych, gdyz np. pogarszajecych smak sklad¬ ników jonowych za pomoce wymieniaczy kationowych albo anionowych z roztworu glikozy-fruk-144 926 3 tozy* Ewentualnie nozna jeszcze zagescic roztwór do konsystencji syropu* Na rynku wyste¬ puje taki syrop pod takimi oznaczeniami jak izosyrop, izomeroza albo izoglikoza. Naste¬ puj ece przyklady sluze do wyjasnienia wynalazku.Przyklad I. /przyklad ogólny/* Dla wszystkich przykladów jako "wytworzony na bazie nosnika Si02 katalizator z aktywnoscie glikozolzomerazy" zastosowano katalizator wytworzony wedlug opisu patentowego RFN DAS nr 2 726 188. Kazdorazowo 5 g tego katalizatora napelniono do reaktora* Przez reaktor przeplywal roztwór glikozy ogrzany do temperatury 60°C. Ustalenie predkosci objetosciowej /w odniesieniu do objetosci reaktora zawierajecej katalizator/ przeprowadzono w ten sposób, ze stopien izomeryzacji w ciegu calego czasu eksploatacji wynosil niezmiennie 46,5%. Stopien izomeryzacji wyplywajacego roztworu sub- stratu mierzono polarymetrycznie.Szczególowo katalizator i sposób charakteryzuje sie nastepujecymi zasadniczymi pa¬ rametrami: katalizator: nosnik - Si02, przyjecie aktywnosci - 9000 yu/g, wielkosc ziarna - 0,1-0,2 mm, ciezar nasypowy /suchy/ - 0,45 kg/l, proces: substrat - 45% wagowych glikozy w roztworze wodnym, wspólczynniki - 120 ppm Mg/II/, 1 ppm Co /II/, 200 ppm S02 /w postaci Na2S03/, wartosc pH - 7,5, gestosc substratu - 1,2 kg/l, temperatura wejsciowa substratu - 60 C, stopien izomeryzacji - 46,5%, poczetkowa predkosc objetosciowa - 13,0 h~ • Oznaczenia aktywnosci roztworu glikozolzomerazy: aktywnosc uzytego do sporzedzenia katalizatora roztworu glikozolzomerazy oznaczono wedlug metody Takasaki /por* Y. Takasaki: Agr. Biol. Chem. Vol* 30, nr 12, 1247-1253, 1966 i Z. Dische i E. Borenfreund: 3» Biol* Chem. 192, 583, 1951/. Jednostka aktywnosci /U/ jest zdefiniowana jako ilosc enzymu, która w warunkach inkubacji tworzy 1 mg fruktozy, warunki inkubacji: temperatura - 65 C, czas reakcji - 1 h, substrat - 0,1 m glikozy x H20 /Merck 8342/ w 0,05 m roztworu buforowego fosforano¬ wego 9 pH 8,0 z 0,0004 m MgSO..Istotne kryteria dla jakosci katalizatora lub procesu, przy których stosuje sie katalizator, stanowi obok okresu polówkowego dla spadku aktywnosci, czasu eksploatacji az do aktywnosci resztkowej wynoszecej 20% aktywnosci wyjsciowej /20% aktywnosci reszt¬ kowej w odniesieniu do aktywnosci wyjsciowej ¦ 100% okazalo sie dolne granice dajecej sie jeszcze ekonomicznie zuzytkowac aktywnosci katalizatora/ przede wszystkim produktywnosc* Produktywnosc jest przy tym zdefiniowana jako ta ilosc substratu, obliczona jako sucha substancja w kg, która moze byc przerabiana przy podanym stopniu izomeryzacji 1 kg kata¬ lizatora az do aktywnosci resztkowej wynoszecej 20% aktywnosci wyjsciowej.Przyklad II. /przyklad wedlug wynalazku/. Ogólny przyklad I wykonano z tym zalozeniem, ze roztwór glikozy wedlug wynalazku zawieral 50 ppm Si02 w postaci roz¬ tworu sodowego szkla wodnego. Otrzymano nastepuace wyniki: okres polówkowy - 1300 h, czas eksploatacji przy aktywnosci resztkowej 20% - 3800 h, produktywnosc po 3800 h - 26000 kg suchej substancji z 46,5% wagowymi fruktozy/ /l kg katalizatora Przyklad III. /przyklad porównawczy wedlug opisu patentowego nr DE-C-3 148 603/* Ogólny przyklad I wykonano z tym zalozeniem, ze roztwór glikozy nie za¬ wieral dodatku S102 wedlug wynalazku, jednak roztwór wedlug opisu patentowego RFN DAS nr 3 148 603 przed podaniem do reaktora byl pompowany przez podleczone przed reaktorem kolumne wstepne* Kolumna wstepna byla wypelniona 5 g osiegalnego w handlu, kulistego.4 144 926 wodoodpornego, porowatego krzemianu glinu /sklad okolo 97% wagowych SiO_ i 3% wagowych Al2°3: wlelko^ ziarna 1-2 mm; ciezar nasypowy, suchy, 0,7 kg/l; typ KCT-WS firmy Kali- -Chemie AG/. Otrzymane wyniki /okres polówkowy, czas eksploatacji, produktywnosc/ byly identyczne jak w przykladzie 1.1.Przyklad IV. /przyklad porównawczy/. Ten przyklad odpowiada ogólnemu przy¬ kladowi I, to znaczy roztwór glikozy ani nie zawieral dodatku Si02 wedlug wynalazku ani roztwór glikozy nie byl prowadzony przez kolumne wstepne wypelnione pólproduktami z SiOg albo krzemianu glinut Wyniki sa nastepujece: okree polówkowy - 760 h, czas eksploatacji do reaktywnosci 20% - 1700 h, produktywnosc po 1700 h - 12500 kg suchej substancji z 46,5% wagowymi fruktozy/l kg katalizatora.Przyklad V. W celu stymulacji przestoju eksploatacyjnego powtórzono przy¬ klady II, III i IV z tym zalozeniem, ze po 300 godzinach eksploatacji przerwano przeplyw roztworu glikozy bez zmiany temperatury reaktora na 3 godziny. Dalo to nastepujece rezul¬ taty: Przyklad VI. W porównaniu z przykladem II nie wystepily zadne zmiany.Przyk lad VII. Po przywróceniu przeplywu aktywnosc katalizatora spadla z 81% do 64% aktywnosci poczatkowej, co odpowiadalo wzglednej utracie aktywnosci wynosze- cej 21%. Poza tym uzyskano nastepujece wyniki: okres polówkowy - 800 h, czas eksploatacji do aktywnosci resztkowej 20% - 2900 h, produktywnosc po 2900 h - 19200 kg suchej substancji z 4,5% wagowymi fruktozy/l kg katalizatora.Przyklad VIII. W tym przykladzie po wznowieniu przeplywu aktywnosc katali¬ zatora spadla z 75% do 59% aktywnosci poczetkowej, co odpowiada wzglednej utracie aktyw¬ nosci wynoszacej równiez 21%. Wyniki koncowe mialy nastepujece wartosci: okree polówkowy - 480 h, czas eksploatacji do aktywnosci resztkowej 20% - 1300 h, produktywnosc po 1300 h - 9600 kg suchej substancji z 46,5% wagowymi fruktozy/l kg katalizatora.Przyklady wskazuje, ze sposobem wedlug wynalazku mozna uzyskac tak samo dobry wzrost produktywnosci jak przy zastosowaniu sposobu wedlug opisu patentowego RFN DA5 nr 3 148 603, jednakze przy zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku przerwy w eksploatacji nawet przy zachowaniu niezmiennej temperatury reaktora nie powoduje szkody dla aktywnosci katalizatora.W celu uwidocznienia przykladów na zaleczonych wykresach przedstawiono spadek ak¬ tywnosci /fig* 1/ jak równiez rozwój produktywnosci /fig* 2 i 3/, kazdorazowo w zalez¬ nosci od czasu eksploatacji. Na wszystkich wykresach na odcietej naniesiono czas eksploa¬ tacji. Na wspólrzednej fig. 1 naniesiono aktywnosc w % i na wspólrzednej fig. 2 13 produk¬ tywnosc w t /tonach/ suchej substancji na kg katalizatora. Wartosci pomiarowe dla poszcze¬ gólnych krzywych przedstawiono nastepujeco: przyklady II, III i VI przez -* * -" przyklad IV przez *x x " przyklad VII przez " • — — — --— . " przyklad VIII przez " x _---x • PL PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania roztworu zawierajecego glikoze i fruktoze przez poddanie re¬ akcji roztworu zawierajecego glikoze na wytworzonym na bazie nosnika Si02 katalizatorze z aktywnoscle gllkozolzomerazy, znamienny tym, ze do roztworu glikozy doda¬ je ele Si0?.144 926 5

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znanienny t y »t ze do roztworu glikozy dodaje 9ie SiO- w ilosci 30-80 ppm.

3. Sposób wedlug zastrz« 1 albo 2, znamienny tym, ze do roztworu glikozy dodaje sie Si02 w postaci szkla wodnego* 1000 2000 3000 4000 [h) [tTS/kgKdt] 1000 2000 3000 4000 IM30 ftTS/kgKat] 20 ] 144 926 FI6.3 10 1000 2000 3000 4000 [h] Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz. Cena 400 zl PL PL PL