Способ получения иммобилизованного бета-циклодекстрина

Описан способ получения иммобилизованного β-циклодекстрина, включающий предобработку органического и неорганического сорбентов - поливинилового спирта и сорбента на основе кремнезема глутаровым альдегидом для введения в их молекулы альдегидных групп, промывку водой и диметилсульфоксидом на стеклянном пористом фильтре, сушку на стеклянном пористом фильтре, внесение полученных сорбентов в раствор диметилсульфоксида, содержащего растворенный в нем β-циклодекстрин, при соотношении сорбент : β-циклодекстрин : диметилсульфоксид 1:0,4-2,0:10, перемешивание полученной суспензии при температуре 25-70°С в течение 30-180 минут, промывание и сушку. Способ позволяет получать нерастворимый сорбент с иммобилизованным β-циклодекстрином, используемый для удаления холестерина или его производных.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к области получения диетических продуктов питания.

Для борьбы с атеросклерозом Всемирная Организация Здравоохранения рекомендует правильное питание и употребление продуктов с пониженным содержанием холестерина. Уменьшая количество вводимого в организм холестерина, возможно восстановление его нормального содержания в крови. Одним из вариантов снижения уровня холестерина является его удаление из продуктов. Но при этом важно сохранить другие питательные вещества, содержащиеся в продуктах.

Циклодекстрины - природные циклические олигосахариды - занимают важное место среди веществ, способных выступить в качестве хозяина комплекса типа «хозяин-гость». Применение ЦД не ограничивается только одной сферой пищевой промышленности, распространяясь на такие отрасли, как фармакология и косметика, тонкий органический синтез и нефтедобыча, с/х и процессы защиты окружающей среды.

Циклодекстрины способны образовывать комплексы включения с холестерином [Nishijo J., Moriyama S., Shiota S., Chem. Pharm. Bull. (Tokio), 51, 1253-1257, 2003, Yong-Hoon Choi, Chul-Hak Yang, Hyun-Won Kirn, Seunho Jung, Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry, 39, 71-76, 2001]. Известно использование β-циклодекстрина (β-ЦД) для удаления холестерина из молока [Lee D.K., Ahn J., Kwak H.S., J. Dairy Science, 82, 2327-2330, 1999, Aziz C. Award, Denise M. Smith (1995) US Patent 5484624, 31 March], взбитых сливок [Shim S.Y., Ahn J., Kwak H.S., J. Dairy Science, 86, 2767-2772, 2003], сыра Чеддер [Kwak H.S., Jung C.S., Shim S.Y., Ahn J., J.Agric. Food Chem., 50, 7293-7298, 2002], яичного желтка [Kwak H.S., Ahn JJ, Lee DK (1998) US Patent 6110517, 29 July, Cully J, Vollbrecht HR (1992) US Patent 5292546, 4 March]. Наиболее эффективно использовать β-циклодекстрин в нерастворимых формах, так как его можно легко удалить, регенерировать и использовать повторно.

Известны несколько сорбентов с иммобилизованным β-ЦД. Это сорбент, полученный с помощью радикальной полимеризации в воде с использованием 2-гидроксиэтил метакрилата [Janus L., Crini G., El-Rezzi V., Morsellet M., Cambiaghi A., Tjrri G., Naggi A., Vecchi C., Reactive& Functional Polimers., 42, 173-180, 1999], сорбент, полученный реакцией монотозильного производного β-ЦД с поливиниламином [Seo Т., Kajihara Т., Iijima Т., Macromol. Chem., 188, 2071-2075, 1987] или полиэтиламином [Suh J., Lee S.H., Zoh K.D., J. Am. Chem. Soc., 114, 7916-7921, 1992]. Сорбент, полученный на неорганической основе, на стеклянных шариках (диаметром 1 мм) при различных условиях силанизации и иммобилизации β-ЦД. В результате были получены: стеклянный шарики (диаметр 1 мм) с 20 ммолями 3-изоцианатопропилтриэтоксисилана и 30 ммолями β-ЦД. Полученный сорбент использовался для удаления холестерина из молока [Kwak H.S., Kim S.H., Kim J.H., Choi H.J., Kang J., Arch. Pharm. Res., 27, 873-877, 2004]. Степень удаления холестерина была 40,2% при времени перемешивания 6 часов. Для удаления холестерина из молока использовали также сорбент, полученный поликонденсацией β-ЦД с эпихлоргидрином [Kim S.H., Ann J., Kwak H.S., Arch. Pharm. Res., 27, 1183-1188, 2004].

Из ряда патентов, в том числе патентов US Patent 5484624 и RU Patent 2039469 известно удаление производных холестерина из желтка с помощью β-циклодекстрина.

Недостатком данных способов является необходимость удаления из яичного желтка или его плазмы остаточного количества β-циклодекстрина, который остается в данном продукте после удаления холестерина (патенты RU 2053690, US Patent 5449771).

Задачей данного изобретения является получение нового нерастворимого иммобилизованного β-ЦД на основе органических и неорганических сорбентов через их альдегидные группы, позволяющего избежать данной стадии в процессе удаления холестерина и его производных. Альдегидные группы были введены с помощью глутарового альдегида.

Поставленная задача достигается тем, что способ получения иммобилизованного β-циклодекстрина предусматривает предобработку органического и неорганического сорбентов - поливиниловый спирт и сорбенты на основе кремнезема - глутаровым альдегидом для введения в их молекулы альдегидных групп, их промывку водой и диметилсульфоксидом (ДМСО) на стеклянном пористом фильтре, сушку на стеклянном пористом фильтре, внесение данных сорбентов в раствор диметилсульфоксида, содержащего растворенный в нем β-циклодекстрин, при соотношении сорбент : β-циклодекстрин : ДМСО 1:0,4-2,0-10; перемешивание полученной суспензии при температуре 25°С в течение 30-180 минут, промывание и сушку.

В качестве органического сорбента использовали поливиниловый спирт (ПВС) - гидрофильный полимер, который является продуктом крупнотоннажного синтеза. Полимер химически устойчив (в условиях, используемых в биотехнологических производствах), устойчив к биологическому разложению, нетоксичен. Хорошие реалогические свойства позволяют использовать его в больших реакторах.

Неорганические сорбенты на основе кремнезема - химически инертные материалы, имеющие внутри зерен крупные поры однородного размера. Это - микрошарики, отличающиеся высокой механической прочностью. Макропористые кремнеземы давно используются в биотехнологических процессах.

Промывку водой и диметилсульфоксидом производят для удаления остаточного количества глутарового альдегида. Процесс производят на стеклянном пористом фильтре, что обеспечивает удаление глутарового альдегида без потери сорбентов при промывке и высушивании.

Соотношение сорбент: β-циклодекстрин: ДМСО равно 1:0,4-2,0-10 мас., количество добавляемого β-циклодекстрина может варьировать, но предпочтительно, чтобы оно составляло не меньше 0,4 мас., чтобы направить ход реакции в сторону получения продукта и не больше 2,0 мас., т.к. дальнейшее увеличение количества вносимого β-циклодекстрина не влияет на ход реакции и не увеличивает выход продукта.

Способ осуществляется следующим образом.

Вводят альдегидные группы в поливиниловый спирт и сорбенты на основе кремнезема, в т.ч. с помощью глутарового альдегида. Полученные сорбенты промывают водой и диметилсульфоксидом и отфильтровывают на стеклянном пористом фильтре Растворяют β-циклодекстрин в диметилсульфоксиде (ДМСО) и добавляют сорбент для проведения реакции. Полученный в ходе реакции иммобилизованный на сорбенте β-циклодекстрин промывают на стеклянном пористом фильтре водой, спиртом и высушивают на воздухе. Непрореагировавший в ходе реакции β-циклодекстрин в ДМСО при желании используют повторно.

Способ пояснен примерами.

Пример 1. 1 г ПВС растворяли в 10 мл дистиллированной воды, к полученному раствору при перемешивании добавляли 1 мл 25%-ного раствора глутарового альдегида и 0,1 мл концентрированной соляной кислоты. Смесь выдерживали без перемешивания при температуре 50°С в течение 3 часов, далее образовавшийся гель подвергали механическому дроблению и отбирали фракцию с размером частиц 0,1-0,5 мм. В 10 мл раствора диметилсульфоксида растворяли 1,6 г β-циклодекстрина. Водную суспензию ПВС, содержащего альдегидные группы, отфильтровывали на стеклянном пористом фильтре и 1 г полученного влажного сорбента вносили в 10 мл диметилсульфоксида, содержащего β-циклодекстрин, что составляет пропорцию сорбент : β-циклодекстрин : ДМСО 1:1,6:10. Реакционную смесь перемешивали при 37°С в течение 1 часа. Полученный сорбент с иммобилизованным на нем β-циклодекстрин промывали на пористом фильтре водой, этиловым спиртом и высушивали на воздухе. Концентрация β-циклодекстрина на сорбенте составляла 0,5 ммолей/г. Содержание β-циклодекстрина на сорбенте определяли по методике с фенолфталеином [Dubois H., Gillers K.A., Hamilton Т.К. et. al. Colorometric method for determination of sugars and related substances / Anal. Chem, V.28 (3), 350-356, 1956].

Пример 2. 1 г ПВС растворяли в 10 мл дистиллированной воды, к полученному раствору при перемешивании добавляли 1 мл 25%-ного раствора глутарового альдегида и 0,1 мл концентрированной соляной кислоты. Смесь выдерживали без перемешивания при температуре 50°С в течение 3 часов, далее образовавшийся гель подвергали механическому дроблению и отбирали фракцию с размером частиц 0,1-0,5 мм. В 10 мл раствора диметилсульфоксида растворяли 1,6 г β-циклодекстрина. Водную суспензию ПВС, содержащего альдегидные группы, отфильтровывали на стеклянном пористом фильтре и 1 г полученного влажного сорбента вносили в 10 мл диметилсульфоксида, содержащего β-циклодекстрин, что составляет пропорцию сорбент : β-циклодекстрин : ДМСО 1:1,6:10. Реакционную смесь перемешивали при 45°С в течение 1 часа. Полученный сорбент с иммобилизованным на нем β-циклодекстрином промывали на пористом фильтре водой, этиловым спиртом и высушивали на воздухе. Концентрация β-циклодекстрина на сорбенте составляла 0,39 ммолей/г. Содержание β-циклодекстрина на сорбенте определяли по методике с фенолфталеином [16].

Пример 3. К 1 г неорганического сорбента (аминированный кремнезем МСА) добавляли 8 мл 12,5% раствора глутарового альдегида в 0,1 М фосфатном буфере рН 7,0 и перемешивали при комнатной температуре в течение 30 мин. Затем сорбент промывали на стеклянном пористом фильтре водой и диметилсульфоксидом. В 10 мл раствора диметилсульфоксида растворяли 1 г β-циклодекстрина и вносили 1 г неорганического сорбента, что составляет пропорцию сорбент : β-циклодекстрин : ДМСО 1:1:10. Реакционную смесь перемешивали при 50°С в течение 2 часов. Полученный сорбент промывали на пористом фильтре водой, этиловым спиртом и высушивали на воздухе. Концентрация β-циклодекстрина на сорбенте составляла 0,2 ммолей/г. Содержание β-циклодекстрина на сорбенте определяли по методике с фенолфталеином [16].

Пример 4. 1 г ПВС растворяли в 10 мл дистиллированной воды, к полученному раствору при перемешивании добавляли 1 мл 25%-ного раствора глутарового альдегида и 0,1 мл концентрированной соляной кислоты. Смесь выдерживали без перемешивания при температуре 50°С в течение 3 часов, далее образовавшийся гель подвергали механическому дроблению и отбирали фракцию с размером частиц 0,1-0,5 мм. В 10 мл раствора диметилсульфоксида растворяли 0,4 г β-циклодекстрина. Водную суспензию ПВС, содержащего альдегидные группы, отфильтровывали на стеклянном пористом фильтре и 1 г полученного влажного сорбента вносили в 10 мл диметилсульфоксида, содержащего β-циклодекстрин, что составляет пропорцию сорбент : β-циклодекстрин : ДМСО 1:0,4:10. Реакционную смесь перемешивали при 45°С в течение 1 часа. Полученный сорбент с иммобилизованным на нем β-циклодекстрином промывали на пористом фильтре водой, этиловым спиртом и высушивали на воздухе. Концентрация β-циклодекстрина на сорбенте составляла 0,1 ммолей/г. Содержание β-циклодекстрина на сорбенте определяли по методике с фенолфталеином [16].

Пример 5. 1 г ПВС растворяли в 10 мл дистиллированной воды, к полученному раствору при перемешивании добавляли 1 мл 25%-ного раствора глутарового альдегида и 0,1 мл концентрированной соляной кислоты. Смесь выдерживали без перемешивания при температуре 50°С в течение 3 часов, далее образовавшийся гель подвергали механическому дроблению и отбирали фракцию с размером частиц 0,1-0,5 мм. В 10 мл раствора диметилсульфоксида растворяли 2,0 г β-циклодекстрина. Водную суспензию ПВС, содержащего альдегидные группы, отфильтровывали на стеклянном пористом фильтре и 1 г полученного влажного сорбента вносили в 10 мл диметилсульфоксида, содержащего β-циклодекстрин, что составляет пропорцию сорбент : β-циклодекстрин : ДМСО 1:2:10. Реакционную смесь перемешивали при 37°С в течение 1 часа. Полученный сорбент с иммобилизованным на нем β-циклодекстрином промывали на пористом фильтре водой, этиловым спиртом и высушивали на воздухе. Концентрация β-циклодекстрина на сорбенте составляла 0,5 ммолей/г. Содержание β-циклодекстрина на сорбенте определяли по методике с фенолфталеином [16].

Использование предлагаемого способа позволяет получить новый нерастворимый иммобилизованный β-циклодекстрин на основе органических и неорганических сорбентов, который можно использовать для получения диетических продуктов питания с пониженным содержанием холестерина и его производных. Предлагаемый способ на основе данного изобретения предполагается использовать на молочных предприятиях РФ, а также для производства яичного порошка. Иммобилизация циклодекстрина на сорбенте позволит избежать стадии очистки продукта от остаточного количества β-циклодекстрина и даст возможность многократного использования циклодекстрина в процессе.

Способ получения иммобилизованного β-циклодекстрина, включающий предобработку органического и неорганического сорбентов - поливинилового спирта и сорбента на снове кремнезема глутаровым альдегидом для введения в их молекулы альдегидных групп, промывку водой и диметилсульфоксидом на стеклянном пористом фильтре, сушку на стеклянном пористом фильтре, внесение полученных сорбентов в раствор диметилсульфоксида, содержащего растворенный в нем β-циклодекстрин, при соотношении сорбент : β-циклодекстрин : диметилсульфоксид 1:0,4-2,0:10, перемешивание полученной суспензии при температуре 25-70°С в течение 30-180 мин, промывание и сушку.