PL230407B1 - Sposób termicznej hydrolizy związków wielocząsteczkowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób termicznej hydrolizy związków wielocząsteczkowych, w szczególności typu PHA polihydroksyalkaniany.

Dotychczas znane są sposoby hydrolizy termicznej polegające na zastosowaniu aparatu soxleta lub układu pod chłodnicą zwrotną, które wykorzystują temperaturę wrzenia roztworu hydrolizującego jako temperaturę procesu hydrolizy. Znany jest sposób termicznej hydrolizy w szczelnych pojemnikach umieszczonych w łaźni wodnej, gdzie temperatura hydrolizy jest temperaturą wrzenia wody.

Znany jest z opisu patentowego WO 2006/103699 A1 sposób pozyskiwania PHA z komórek oparty na hydrolizie biologicznej z użyciem kultury bakterii z rodzaju actinomycetes, a następnie chemicznej ekstrakcji (izolacji) PHA z użyciem rozpuszczalnika lub środka powierzchniowo czynnego i czynnika chelatującego. W patencie WO 2006/103699 A1 do hydrolizy komórek i PHA wykorzystuje się enzymy (liza enzymatyczna) produkowane przez actinomycetes, które w pierwszej kolejności trzeba dodać do próbki, z której izolowane jest PHA, a następnie odseparować po zakończeniu hydrolizy. Hydroliza wykonywana jest w wielu czasochłonnych krokach, a czas hydrolizy wynosi kilka dni. Ekstrakcja (izolacja) PHA następuje po hydrolizie z użyciem środka powierzchniowo czynnego (proponowany Triton X) oraz środka chelatującego (proponowany EDTA). Niedogodnością powyższego sposobu jest konieczność używania żywych kultur bakterii posiadających enzymy lityczne, które wymagają hodowania, a sam czas hydrolizy z ich użyciem jest wielokrotnie dłuższy (dni), a dodatkowo czas trwania procesu wydłuża etap ekstrakcji prowadzony w kolejnym kroku.

Z amerykańskiego opisu patentowego US 2008/0220505 znany jest sposób hydrolizy i izolacji PHA z komórek składający się z 4 etapów: 1) rozpuszczenia substancji niebędących PHA w środowisku kwaśnym, 2) alkalizacji do pH 7-11 i oddzieleniu PHA od reszty próbki, 3) dekoloryzacji PHA i 4) suszenia produktu (PHA) będącego w stałym stanie skupienia.

Zgodnie ze sposobem przedstawionym w patencie nr US 2008/0220505 A1 hydroliza i ekstrakcja PHA są prowadzone w oddzielnych krokach, zatem dwa kroki, hydroliza i ekstrakcja, zachodzą jednocześnie w tym samym naczyniu reakcyjnym. Hydroliza zachodzi w warunkach kwaśnych, natomiast dokonywana w kolejnym kroku ekstrakcja zachodzi w środowisku alkalicznym w procesie strącania. Niedogodnością powyższego rozwiązania jest brak informacji, co do sposobu ogrzewania próbek.

Rozwiązanie technologiczne będące przedmiotem wynalazku jest przeznaczone do wykorzystania jako technika uzyskania monomerów ze związków wielocząsteczkowych (poli) na drodze hydrolizy termicznej. Stwierdzono nieoczekiwanie, że korzystne jest zastosowanie rozwiązania jako techniki preparacji (przygotowania) próbek do chemicznej analizy ilościowo-jakościowej np. w przypadku oznaczania substancji zapasowych bakterii.

Sposób według wynalazku polega na tym, że hydrolizę przeprowadza się w termoreaktorze w temperaturze 60-120°C, czasie 1-5 h, a proces prowadzi się w środowisku kwaśnym, gdzie do materiału biologicznego zawierającego związki wielocząsteczkowe w szczególności polihydroksyalkaniany w formie osadu czynnego lub biofilmu dodaje się chloroform oraz metanol zakwaszony stężonym 3% kwasem siarkowym.

Zaletą zaprezentowanej metody jest skrócenie czasu ekstrakcji przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wydajności metody 85%. Użycie termoreaktora umożliwia przeprowadzenie procesu w wyższej temp, niż 120°C, a ze względu na prowadzenie procesu w układzie zamkniętym również i podwyższonym ciśnieniu niż dotychczas stosowano.

Sposób według wynalazku został przedstawiony w poniższym przykładzie wykonania. Materiał biologiczny w formie osadu czynnego lub biofilmu utrwalono formaldehydem w stosunku 3 ml formaldehydu na 97 ml próbki materiału biologicznego. Utrwalanie formaldehydem zatrzymuje proces życiowy mikroorganizmów i zabezpiecza próbkę przed rozkładem. Przed procesem hydrolizy z późniejszą ekstrakcją, utrwaloną próbkę przesącza się przez średni filtr z włókna szklanego, następnie suszy w suszarce w temperaturze 105°C do stałej masy. Wysuszoną próbkę przenosi się do moździerza porcelanowego i trze na pył. Uzyskany sproszkowany materiał biologiczny w ilości nie mniejszej niż 20 mg, wprowadza się do specjalnych, zakręcanych szklanych probówek, następnie dodaje 2 ml chloroformu oraz 2 ml metanolu zakwaszonego stężonym kwasem siarkowym (3%). Próbkę przenosi się do termoreaktora i inkubuje przez 3 h w temperaturze 120°C. Po ostudzeniu próbki przeprowadza się ekstrakcję dodając 1 ml wody bidestylowanej, następnie całość wytrząsa się przez 1,5 h. Po oddzieleniu warstwy wodnej zawierającej metanol, warstwa chloroformowa stanowi oczyszczony analit do analizy ilościowej i jakościowej za pomocą Chromatografii Gazowej. Otrzymuje się produkt z wydajnością 84,59%.

PL 230 407 Β1

W tabeli 1 przedstawiono otrzymane rezultaty dla różnych temperatur i czasów grzania. Przedstawione powierzchnie pików stanowią wyniki analizy za pomocą systemu Chromatografii Gazowej.

Tabela 1

Temperatura i czasy analizy

czas grzania [h]	średnie pole pików [%]
60 [°C]	80 [°C]	100 [°C]	120 [°CJ	130* [°C]
1	0,45	1,26	2,73	3,71	-
2	0,85	1,93	3,93	4,77	•
3	1,29	2,59	4,66	5,18	-
4		-	•	5,12	-
5	-	-	-	5,04 1	*

* - pomiar nie został wykonany

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Sposób termicznej hydrolizy związków wielocząsteczkowych, w szczególności polihydroksyalkaniany, znamienny tym, że hydrolizę przeprowadza się w termoreaktorze w temperaturze 60-120°C, czasie 1-5 h, a proces prowadzi się w środowisku kwaśnym, gdzie do materiału biologicznego zawierającego związki wielocząsteczkowe w szczególności polihydroksyalkaniany w formie osadu czynnego lub biofilmu dodaje się chloroform oraz metanol zakwaszony stężonym 3% kwasem siarkowym.