Способ получения растворов сахаров

 

СООЭ С08ЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

Ш4С13К102

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТЯЕННЬЗЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 3782883/28-13 (22) 15.08.84 (46) 30.08.86. Бюл. № 32 (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт химии древесины (72) P.Ã. Каткевнч, О.Б. Иитченко и И.Е. Гневашева (53) 633.534(088.8) (56) Патент ГДР ¹ 155681, кл. С 13 К 1/02, 1978.

Тоуааа N., 0gava K. — Biotechaol.

Bioeng. Symp. 1975, № 5, 225-244.

„SU„„1254012 А 1 (54)(57) CIIOCOF ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРОВ

САХАРОВ, предусматривающий ферментативный гидролиз полисахаридного сырья в буферной среде, состоящей из уксусной кислоты и соли слабой кислоты в концентрации О 05-0,1 И, с введением консерванта, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и повышения качества целевого продукта, в качестве соли слабой кислоты и одновременно консерванта используют бенэоат натрия.

I 12

Изобретение относится к биохимическому получению пищевых и кормовых сахаров из растительного сырья и преимущественна может быть использована

9 гидрализнай и микробиологической промышленности.

Цель изобретения — упрощение процесса и повышение качества целевого продукта.

Способ осуществляют следующим образом.

Качество буфера определяют буферной емкостью р которая характеризует способность раствора сохранять постоянное значение рН при добавлении к нему кислоты или основания. 0,050,1 И раствор, состоящий из смеси бензоата натрия и уксусной кислоты, имеет высокое значение р (максимальное значение р по отношению к НС1 при рН 4.,8 составляет 0,051, а по отношению к NaOH при рН буфера 4,2 значение равно 0,047), что приравнивают предлагаемый буфер к широко употребляемому буферу, состоящему из ацетата натрия и уксусной кислоты. Кроме того, 0,1 M и тем более 0,05 M раствор буфера„ состоящий из бенэаата натрия и уксусной кислоты, при значении рН ч-5 не снижает активности геми целлюлаэных и целлюлаэных ферментов, имеющих оптимальные эначенин рН-действия в этом интервале. Это огределяо ет возможность использования предлагаемого буфера для поддержания значения при рН при ферментативном гидролиэе палисахаридов. Бензоат натрия является кансервантом, что предохраняет реакционную среду, в которой проходит ферментативный гидролиз растительного сырья, ат микробного заражения.

Для получения буферного раствора берут от 0 05 до 0,1 М раствор уксусной кислоты и бенэоата натрия, так как.при употреблении буфера ниже этой концентрации он не проявляет стабильное консервирующее действие, а выше —— нестабилен ввиду выпадения бензойной кислоты при низких значениях рН, Для определения объемньгх соотношений растворов выбранной молярности компонентов буфера и получения требуемого значения рН, которое определяется применяемым для гидролиэа комплексом фермента, компоненты взаимно титруют до получения тр=áóåìîãî рН буферного раствора. Таким образом, 54012 3 можно составить таблицу для определе" ния взаимных соотношений малярных растворов бенэоата натрия и уксусной кислоты, обеспечивающих любые искомые значения рН (см, табл. 1).

Дальнейшим этапом подготовки реакционной среды к ферментативному гидропиэу является включение в буферный раствор фермента и субстрата, количество которых определяют < конкретным случаем. Ферментативный гидролиз проводят в ферментерах в статических условиях, в реакторах, снабженных диалиэирующей мембраной для отвода ниэкомолекулярных продуктов реакции,или в ферментерах колоночного типа с не- . ограниченной продолжительностью без опасности заражения реакционной среды или отобранных растворов сахаров микроорганизмами.

Пример 1. 1,0 г соломы с размерами частиц меньше 2 мм и влажностью 67., обрабатанной 1,0Х-ным раствором NaOH помещают в колбу на 200 Мл с резиновой пробкой. Для осахаривания этого субстрата используют ферментный комплекс целлокандин, имеющий оптимальное действие при значении рН 5,0, Сначала приготавливают буферный раствор, состоящий иэ ч3,5 мл О, 1 И раствора бенэаата натрия и 6,5 мл

О, 1N уксусной кислоты. Для перевода

0,1 М раствора в 0,05 И к приготовленному раствору прибавляют равное количество (50 мл) дистиллированной воды, имеющей значение рН 6,5; 1,0 г фермента растворяют в приготовленном буфере путем медленного перемешивания в течение 10 мин магнитной мешалкой, потом нерастворимую часть фермента отделяют на стеклянном фильтре. Приготовленный ферментный раствор, имеющий значение рН 5,0, наливают на субстрат, колбу закрывают и помещают в

7åðìîñòàò при 10 С. В начале и в конпе опыта измеренное значение рН реакггионной спелы равно 5,0+0,2. Через

3, 6, 2ч и 168 ч колбу вручную встряхивант и отбирают пробы в количестве мл, которые немедленно прибавляют к 2 мл дисктилпированной воды, нагретой до 98 С, и выдерживают 10 мин на водяной бане для инактивации фермента.

В такай пробе, учитывая трехкратное ее разбавление, определяют количество редуцирующих веществ методом Шомодьи и подсчитывают их количество на абсолютно сухой исходный субстрат..1 125

Таким образом параллельно станят три опыта. Количество PB после 3 ч составляет в параллельных опытах 14,2, 18,6 и 21,47, после 6 ч — 35 9 33,6 и 37,3 ; после 24 ч — 52,9, 46,8 и

52,47; 168 ч — 68,9, 71,6 и 70,37. соответственно (см, табл. 2,среднее значение опыта 4).

Пример 2. Осуществляется аналогично примеру 1, концентрация 20 используемого бензоатного буфера составляет 0,1 И. Выход PB через 3, 6, 24 и 168 ч гидролиза составил соответственно 13,6, 34,9, 52,5 и

70,6Х (приведено среднее значение, 25 см табл. 2, опыт 3).

Пример 3. Субстратом является ксилан, выделенный из овса, а ферментом - ксидавомарин Г-10Х,имеющий оптимум действия при рН среды, 20 равном 4. Приготавливают 100 мл

0,1 И буферного раствора, имеющего рН 4,0, смешиванием 79,2 мл О, 1 М раствора уксусной кислоты и 20,8 мл

0,1 M раствора бензоата натрия, до- 25 бавляют 0,1 r фермента и 0,1 г субстрата, перемешивая все компоненты

10 мин магнитной мешалкой, Приготовленная реакционная среда имеет рН

4,0. Аналогичным образом, как в при- 30 мере 1, закрытая колба помещается s термостат при 40 С. Через 3, 6, 24 и

168 ч отбирают пробы для анализа и измеряют рН среды. Значения рН в трех параллельных опытах во время непре- 35 рывного гидролиза составляет 4,0+0,2, Количество PB после 3 ч составляет в трех. параллельных опытах 21,1, 29,7 и 28,1Х; через 6 ч — 46,8, 49,6 и

55 2Х; 24 ч — 56 9, 62 4 и 63,97;

168 ч — 73,6, 67,6 и 74,27. соответст-. венно (см. табл. 2, среднее значение опыта 7).

П р и и е р 4. Осуществляется аналогично примеру 3, концентрация используемого ацетатного буфера составляет 0,05 М. Выход PB (средние значения) через 3, 6, 24 и 168 ч составляют соответственно 27,5; 50,7;

64,9 и 72,17. (см. табл. 2, опыт 8), Пример ы 5 6. Проводят ферментативный гидролиэ в 0,05 И ацетатном буфере, приготовленном известным способом,со значением рН 5. Субстрат и фермент, а также их концентрация —, 4012 4 такие же, как н примере 1, Опыт проводится по примеру 1, но как консервант применяется толуол. Расход толуола на 100 мл реакционной среды—

5 мм.Выход PB в трех параллельных опытах после 3 ч составляет 15,3, 19,1 и 16,07; 6 ч - 33,2, 36,6 и 32,97.

24 ч — 59,4, 51,3 и 46,87; !68 ч—

64,8, 67,4 и 60,17 (cM, табл. 2, средние значения опыта 2).

Аналогичный эксперимент осуществляют в 0,1 М ацетатном буфере. Выход

PB (средние значения) через 3, 6, 24 и 268 ч составил соответственно 23 О, 33,9, 49,5 и 60,5Х (см. табл. 2, опыт 1) .

Пример ы 7-8. Осуществляются аналогично примеру 3. Согласно прототипу гидролиз проводят в 0,1 М ацетатном буфере (рН 4) с добавлением толуола (5 мл/100 мл реакционной смеси). Выход PB (средние значения) через 3, 6, 24 и 168 ч составил соответственно 25,9, 53,9, 64,5 и

66,37 (см. табл. 2, опыт 5).

Аналогичный эксперимент осуществляют в 0,05 М ацетатном буфере. Выход

PB (средние значения) через 3, 6, 24 и 168 ч составил соответственно 26,9, 55,9, 62,2 и 69,3Х (см. табл..2, опыт 6).

Таким образом, для составления реакционной среды создания требуемого значения рН среды и ее консервирования по предлагаемому способу требуются только компоненты буфера, что обеспечивает упрощение процесса гидролиза.

Присутствие бензоата натрия н среде ферментативного гидролиза полисахаридсодержащих субстратов не снижает активности ферментов, а в некоторых случаях даже способствует повьппению выхода PB по сравнению со средами, содержащими ацетатный буфер и толуол.

Полученные растворы сахаров в присутствии бензоата натрия не содержат токсичное соединение — толуол, что поньппает их качество, и поэтому могут быть использованы для кормовых и пищевых целей без особой очистки, так как бензоат натрия допущен, как консервант, в пищевой и кормовой промышленности.!

254012

Таблица 1 рН (20 С) 0,1 М бензоат натрия„ мл

О,! И уксусная кислота, мл

Содержа"ие бензоата в буферной смеси, 7.

По НС1

25,0

0,06

1 э!2

3,4

63,0

5,0

0,22

3,6

5 0

32,0

20,0

76 0

0,30

4,0

20,0

20,0

38,0

4,2

0,50

0,027

0,038

22,0

4,4

0,66

20,0

11,0

0 93

20,0

6,0

20,0

3,0

1,25

5,0

5,2

20,0

1,9

5,4

20,0

20,0

1,37

0,7

1,44

Таблица 2

Выход РВ, 7, на.субстрат при продолжительности ферментолиза, ч рН буферного ðàствора

Концентрация буфер ного растsopa, И

Опыт Буфер .

6 1 (24 168

0,01

13,0

33,9

49,5

60,5

64,2

0,05

16,8

34,2

52,5 о,!

34,9

13 6

18,1

52,5

70,6

0,05

35,6

50,7

70,3

0,1

25 9

64,5

53в9

66,3

26,9

55,9

62,2

69,3

0,1

0,05

26,3

27,5

50 5

5Q,7

71,8

64,9

72,1

Составитель A. Синицын

Техред N.Ходанич Корректор М. Самборская

Редактор Л. Повхан

Заказ 4687!29

Тираж 328 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва„ Ж-35, Раушская наб ., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1 Ацетатный

2 Ацетатный

3 Бензоатный

4 Бензоатный

5 Ацетатный

6 Ацетатный

7 Бензоатный

8 Бензоатный

Субстрат — солома, фермент — целлокандин

Субстрат -- ксилан, фермент — ксилавомарин

0,013

0,013

0,015

0,019

0,046

0,051

0,048

0,040

0,029

0,021