PL187741B1

PL187741B1 - Sposób enzymatyczny wytwarzania glukonianu wapnia

Info

Publication number: PL187741B1
Application number: PL98326112A
Authority: PL
Inventors: Bogusław Król; Robert Klewicki
Original assignee: Polfarmex Sp Z Oo; Politechnika Lodzka
Priority date: 1998-04-29
Filing date: 1998-04-29
Publication date: 2004-09-30
Also published as: PL326112A1

Abstract

Sposób enzymatyczny wytwarzania glukonianu wapnia, polegający na utlenieniu wodnego roztworu AJ glukozy za pomocą nadtlenku wodoru w obecności ciekłej mieszaniny oksydazy glukozowej z katalazą i węglanu wapnia stosowanego w ilości niezbędnej do zneutralizowania powstającego kwasu glukonowego oraz na wyodrębnieniu otrzymanego glukonianu wapnia na drodze krystalizacji, filtracji oraz przemycia go wodą znamienny tym, że wodny roztwór glukozy o stężeniu 0,6 - 0,9 mol/l przed procesem utlenienia ogrzewa się do temperatury 30 - 60°C, po czym chłodzi do temperatury poniżej 15°C i w tej temperaturze poddaje enzymatycznemu utlenieniu stosując preparat enzymatyczny w dawce 1500 - 4000 GODU/100 g krysta licznej glukozy, korzystnie w obecności chlorowodorku L-cysteiny użytego w ilości 0,001 - 0,003 mol/1000 GODU oraz glikoli polietylenowych o masach cząsteczkowych 3000 - 15000 użytych w dawce 0,5 - 10,0 g/1, proces biokonwersji przerywa się, gdy stężenie glukozy w roztworze obniży się do 0,5 -0,15 mol/l, po czym prowadzi krystalizację glukonianu wapnia w temperaturze poniżej 15°C w czasie 24 - 48 godzin, krystalicz ny glukonian wapnia, po oddzieleniu od roztworu macierzystego, przemywa się wodą w temperaturze poni żej 1 5°C, a roztwór otrzymany z przemycia glukonianu, po ogrzaniu go do temperatury 30 - 60°C, rozpusz czeniu w nim uzupełniającej dawki glukozy równej 55 - 85% początkowej jej ilości i ochłodzeniu do tempe ratury poniżej 15°C, łączy się z roztworem macierzystym i używa w następnej szarży biokonwersji, przy czym proces biokonwersji z sukcesywną krystalizacją glukonianu wapnia kontynuuje się aż do wyczerpania aktywności enzymu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób enzymatyczny wytwarzania glukonianu wapnia, stosowanego do celów farmaceutycznych i spożywczych.

Ogólnie znane sposoby wytwarzania glukonianu wapnia polegają na elektrochemicznym, enzymatycznym lub mikrobiologicznym utlenianiu glukozy w obecności węglanu wapnia i następnie krystalizacji glukonianu z roztworów po utlenieniu.

Z niemieckiego opisu patentowego nr 2003732 jest znany enzymatyczny sposób wytwarzania glukonianu sodu lub potasu, polegający na utlenianiu wodnego roztworu glukozy za pomocą nadtlenku wodoru w obecności ciekłej mieszaniny oksydazy glukozowej i katalazy oraz węglanu sodu lub potasu w temperaturze powyżej 15°C, w wyniku czego następuje biokonwersja glukozy do glukonianu sodu lub potasu. Oksydazę glukozową zawraca się sukcesywnie do procesu utleniania, po uprzednim poddaniu jej elektrodializie z użyciem odpowiednich membran, które są mało trwałe, a użycie ich wymaga stosowania odpowiedniej, skomplikowanej aparatury.

Z opisu patentowego USA nr 4460684 jest znane enzymatyczne utlenianie wodnego roztworu glukozy do kwasu glukonowego za pomocą nadtlenku wodoru w obecności immobilizowanej mieszaniny oksydazy glukozowej i katalazy osadzonych na utwardzonym nośniku żelatynowym.

Niedogodnością tego sposobu jest trudny proces oddzielenia drobnoziarnistej zawiesiny enzymu od medium bioreakcji oraz przywieranie katalizatora do ścianek bioreaktora.

Ponieważ oksydaza glukozowa jest enzymem drogim i o ograniczonej trwałości, dlatego dużo uwagi poświęca się zwiększeniu jej trwałości. Zwiększenie trwałości oksydazy można osiągnąć przez obniżenie temperatury biokonwersji i koimmobilizację oksydazy glukozowej z katalazą. Obniżenie temperatury biokonwersji silnie obniża jej szybkości, a to z kolei pociąga za sobą konieczność wydłużenia czasu procesu lub zwiększenia dawki enzymu.

187 741

Sposób enzymatyczny wytwarzania glukonianu wapnia, według wynalazku polega na tym, że wodny roztwór glukozy o stężeniu 0,6 - 0,9 mol/l, przed procesem utlenienia, ogrzewa się do temperatury 30 - 60°C, po czym chłodzi do temperatury poniżej 15°C i w tej temperaturze poddaje enzymatycznemu utlenieniu za pomocą doprowadzanego sukcesywnie nadtlenku wodoru, w obecności ciekłej mieszaniny oksydazy glukozowej z katalazą, stosowanej w dawce 1500 - 4000 GODU/1OO g krystalicznej glukozy oraz węglanu wapnia stosowanego w ilości niezbędnej do zneutralizowania powstającego kwasu glukonowego, a także korzystnie w obecności chlorowodorku L-cysteiny użytego w ilości 0,001 - 0,003 mol/1000 GODU i glikoli polietylenowych o masach cząsteczkowych 3000 - 15000 użytych w dawce 0,5 - 10,0 g/l. Proces biokonwersji przerywa się, gdy stężenie glukozy w roztworze obniży się do 0,5 - 0,15 mol/l. Po przesączeniu roztworu poreakcyjnego oraz dodaniu do niego kryształów zaszczepowych glukonianu wapnia w ilości 0,3 - 1,0 g/l, prowadzi się krystalizację glukonianu wapnia w temperaturze poniżej 15°C w czasie 24 - 48 godzin. Krystaliczny glukonian wapnia oddziela się następnie od roztworu macierzystego i przemywa wodą w temperaturze poniżej 15°C. Roztwór po przemyciu krystalicznego glukonianu ogrzewa się do temperatury 30 - 60°C, rozpuszcza w nim uzupełniającą dawkę glukozy w ilości 55 - 85% początkowej jej ilości, schładza do temperatury poniżej 15°C i po połączeniu z roztworem macierzystym używa się w następnej szarży biokonwersji, przy czym proces biokonwersji z sukcesywną krystalizacją glukonianu kontynuuje się aż do wyczerpania aktywności enzymu.

Sposób według wynalazku zapewnia otrzymanie glukonianu wapnia o wysokiej czystości przy znacznie niższych niż w znanych sposobach, nakładach energetycznych, dzięki wyeliminowaniu procesu zatężania roztworu glukonianu wapnia kierowanego do krystalizacji i możliwości kilkakrotnego użycia enzymu oksydazy. Nadto wytwarzanie glukonianu wapnia sposobem według wynalazku jest praktycznie bezściekowe.

Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady.

Przykład I

Z 350 g krystalicznej glukozy i 2780 ml wody przygotowano 3000 ml 0,58 M wodnego roztworu glukozy, który po dodaniu do niego 0,56 g chlorowodorku L-cysteiny, podgrzano do temperatury 40°C, utrzymywano w tej temperaturze w czasie 20 minut i następnie schłodzono do temperatury 6°C. Do schłodzonego roztworu dodano ciekłą mieszaninę oksydazy glukozowej i katalazy w ilości 2680 GODU na 100 g glukozy krystalicznej i prowadzono reakcję utleniania w temperaturze 6°C w czasie 6 godzin, podczas której dodano sukcesywnie 130 ml 35%-owego nadtlenku wodoru oraz 65 g węglanu wapnia. Roztwór po utlenieniu przefiltrowano, zaszczepiono 1 g kryształów glukonianu wapnia i prowadzono krystalizację glukonianu wapnia w temperaturze 6°C. Wykrystalizowany glukonian wapnia oddzielono na drodze filtracji od roztworu macierzystego i przemyto 310 ml wody. Otrzymano w ten sposób 2420 ml roztworu macierzystego oraz 390 ml rozcieńczonego roztworu z przemycia krystalicznego glukonianu. Do roztworu po przemyciu glukonianu dodano 305 g glukozy, po czym podgrzano do temperatury 40°C i utrzymywano w tej temperaturze w czasie 20 minut. Roztwór ten zmieszano następnie z roztworem macierzystym i po ustaleniu temperatury tej mieszaniny 6°C, użyto ją do następnej biokonwersji, w której zużyto 128 ml nadtlenku wodoru o stężeniu jak poprzednio i 66 g węglanu wapnia i która trwała 6 godzin. Po krystalizacji prowadzonej w warunkach jak poprzednio otrzymano 2200 ml roztworu macierzystego i 610 ml roztworu po przemyciu glukonianu. Do roztworu po przemyciu glukonianu dodano 300 g glukozy i po obróbce jak poprzednio oraz zmieszaniu z roztworem macierzystym użyto w następnej biokonwersji, która trwała 8 godzin i w której zużyto 122 ml nadtlenku wodoru o stężeniu jak poprzednio oraz 63 g węglanu wapnia. Po krystalizacji w warunkach jak poprzednio uzyskano 2150 ml roztworu macierzystego i 665 ml roztworu z przemycia glukonianu. Roztwór po przemyciu glukonianu zasilono 300 g glukozy i po obróbce jak poprzednio oraz zmieszaniu z roztworem macierzystym, użyto w kolejnej szarży biokonwersji, która trwała 8 godzin i w której zużyto 83 ml nadtlenku wodoru o stężeniu jak poprzednio i 46 g węglanu wapnia. Po krystalizacji prowadzonej w warunkach jak poprzednio uzyskano 2450 ml roztworu macierzystego i 425 ml roztworu z przemycia glukonianu wapnia. Roztwór po przemyciu glukonianu zasilono 200 g glukozy i po obróbce jak wyżej oraz zmieszaniu z roztworem macierzystym, użyto w ostatniej szarży

187 741 biokonwersji, która trwała 8 godzin i w której zużyto 38 ml nadtlenku wodoru o stężeniu jak poprzednio i 21 g węglanu wapnia.

W pięciu kolejnych szarżach biokonwersji otrzymano ogółem 2,84 mola glukonianu wapnia zużywając 7,35 mola glukozy krystalicznej oraz 3310 GODU preparatu enzymatycznego do wytworzenia 1 mola glukonianu wapnia.

Z roztworu po zakończeniu ostatniej szarży biokonwersji wydzielono glukonian wapnia oraz substancje wprowadzone wraz z preparatem enzymatycznym tj. chlorek sodu i białko enzymatyczne, a pozostałą glukozę użyto ponownie jako substrat do produkcji glukonianu wapnia.

Przykład II

Z 350 g glukozy krystalicznej i 2780 ml wody sporządzono 3000 ml 0,58 M roztworu, który po dodaniu do niego 0,56 g chlorowodorku L-cysteiny i 15 g glikolu polietylenowego 0 masie cząsteczkowej 8000, podgrzano do temperatury 40°C i utrzymywano w tej temperaturze w czasie 20 minut. Następnie roztwór ochłodzono do temperatury 6°C, wprowadzono do niego ciekłą mieszaninę oksydazy glukozowej i katalazy w ilości 2680 GODU w przeliczeniu na 100 g glukozy krystalicznej i prowadzono reakcję utleniania w temperaturze 6°C w czasie 5 godzin, podczas której dodano sukcesywnie 132 ml 35%-owego nadtlenku wodoru oraz 64 g węglanu wapnia. Powstały w wyniku reakcji roztwór przefiltrowano, zaszczepiono 1 g kryształów glukonianu wapnia i prowadzono krystalizację glukonianu wapnia w temperaturze 6°C. Po krystalizacji glukonian wapnia odfiltrowano od roztworu macierzystego i przemyto 280 ml wody. Otrzymano 2465 ml roztworu macierzystego i 340 ml roztworu z przemycia glukonianu wapnia. W roztworze z przemycia glukonianu wapnia rozpuszczono 320 g glukozy, po czym roztwór podgrzano do temperatury 40°C i utrzymywano w tej temperaturze w czasie 20 minut. Następnie roztwór ten zmieszano z roztworem macierzystym i po ustaleniu temperatury tej mieszaniny 6°C użyto ją do następnej biokonwersji, która trwała 6 godzin i w której zużyto 128 ml nadtlenku wodoru o stężeniu jak poprzednio i 65 g węglanu wapnia. Po krystalizacji glukonianu wapnia w warunkach jak wyżej otrzymano 2040 ml roztworu macierzystego i 775 ml roztworu z przemycia glukonianu wapnia. W roztworze z przemycia glukonianu wapnia rozpuszczono, w warunkach jak poprzednio, 295 g glukozy i po zmieszaniu z roztworem macierzystym, użyto do następnej biokonwersji, która trwała 6,5 godziny i w której zużyto 126 ml nadtlenku wodoru o stężeniu jak poprzednio i 64 g węglanu wapnia. Po krystalizacji glukonianu wapnia w warunkach jak wyżej otrzymano 2055 ml roztworu macierzystego i 765 ml roztworu z przemycia glukonianu wapnia. Roztwór z przemycia glukonianu, po rozpuszczeniu w nim w warunkach jak poprzednio 300 g glukozy, zmieszano z roztworem macierzystym 1 użyto w kolejnej biokonwersji, która trwała 8 godzin iw której zużyto 116 ml nadtlenku wodoru o stężeniu jak poprzednio i 56 g węglanu wapnia. Po krystalizacji glukonianu wapnia w warunkach jak poprzednio otrzymano 2270 ml roztworu macierzystego i 565 ml roztworu z przemycia glukonianu wapnia. Roztwór z przemycia glukonianu, po rozpuszczeniu w nim w warunkach jak poprzednio 265 g glukozy, zmieszano z roztworem macierzystym i użyto w ostatniej biokonwersji, która trwała 8 godzin i w której zużyto 64 ml nadtlenku wodoru o stężeniu jak poprzednio i 33 g węglanu wapnia.

W pięciu szarżach biokonwersji otrzymano łącznie 3,19 mola glukonianu wapnia zużywając do tego 7,73 mola glukozy krystalicznej, przy czym zużycie preparatu enzymatycznego było równe 2945 GODU/1 mol glukonianu wapnia.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób enzymatyczny wytwarzania glukonianu wapnia, polegający na utlenieniu wodnego roztworu glukozy za pomocą nadtlenku wodoru w obecności ciekłej mieszaniny oksydazy glukozowej z katalazą i węglanu wapnia stosowanego w ilości niezbędnej do zneutralizowania powstającego kwasu glukonowego oraz na wyodrębnieniu otrzymanego glukonianu wapnia na drodze krystalizacji, filtracji oraz przemycia go wodą, znamienny tym, że wodny roztwór glukozy o stężeniu 0,6 - 0,9 mol/l przed procesem utlenienia ogrzewa się do temperatury 30 - 60°C, po czym chłodzi do temperatury poniżej 15°C i w tej temperaturze poddaje enzymatycznemu utlenieniu stosując preparat enzymatyczny w dawce 1500 - 4000 GODU/1OO g krystalicznej glukozy, korzystnie w obecności chlorowodorku L-cysteiny użytego w ilości 0,001 - 0,003 mol/1000 GODu oraz glikoli polietylenowych o masach cząsteczkowych 3000 - 15000 użytych w dawce 0,5 - 10,0 g/l, proces biokonwersji przerywa się, gdy stężenie glukozy w roztworze obniży się do 0,5 -0,15 mol/l, po czym prowadzi krystalizację glukonianu wapnia w temperaturze poniżej 15°C w czasie 24 - 48 godzin, krystaliczny glukonian wapnia, po oddzieleniu od roztworu macierzystego, przemywa się wodą w temperaturze poniżej 15°C, a roztwór otrzymany z przemycia glukonianu, po ogrzaniu go do temperatury 30 - 60°C, rozpuszczeniu w nim uzupełniającej dawki glukozy równej 55 - 85% początkowej jej ilości i ochłodzeniu do temperatury poniżej 15°C, łączy się z roztworem macierzystym i używa w następnej szarży biokonwersji, przy czym proces biokonwersji z sukcesywną krystalizacją glukonianu wapnia kontynuuje się aż do wyczerpania aktywności enzymu.