CZ281723B6

CZ281723B6 - Způsob izolace krystalické alfa, alfa-trehalosy

Info

Publication number: CZ281723B6
Application number: CZ932025A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav Ing. Csc. Bleha; Jaroslav Ing. Csc. Prchlík; Vladimír Ing. Janoušek; Jan Ing. Csc. Schauer; Jiří Ing. Stuchlík
Original assignee: Ústav Makromolekulární Chemie Avčr; Vúfb A. S.
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 1996-12-11
Also published as: JPH08506248A; SK69795A3; CZ202593A3; CA2150256A1; SK279610B6; WO1995009243A1; EP0674717A1

Abstract

Způsob izolace krystalické .alfa., .alfa.-trehalosy z pekařských kvasnic, při němž se pekařské kvasnice extrahují etanolem o koncentraci 70 až 96 % obj., získaný etanolový extrát se po odfiltrování pevného podílu vakuově zahustí na koncentraci .alfa., .alfa.-trehalosy 2 až 30 % hm., spočívající v tom, že poté následuje membránový filtrační proces sestávající z ultrafiltrace přes ultrafiltrační membránu s dělící hranicí molekulových hmotností vyšší než 500, mikrofiltrační membránu se středním průměrem porů od 0,05 do 5 .mi.m a získaný čirý roztok se po odbarvení aktivním uhlím uvede do styku s měničem iontů v H.sup.+.n. cyklu, poté v OH cyklu, získaný demineralizovaný roztok se vakuově zahustí na koncentraci 40 až 85 % hm. a po přidání etanolu v množství 0,5 až 1,5:1,0, vztaženo na obsah .alfa., .alfa.-trehalosy, se nechá krystalizovat při teplotě od -5.sup.o.n.C do +25.sup.o.n.C a vykrystalizovaná .alfa., .alfa.-trehalosa se isoluje nebo překrystaluje z etanolu po opětné demineralizaciŕ

Description

Způsob izolace krystalické α,α-trehalózy

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu izolace krystalické α,α-trehalózy (disacharidů a-D-glukopyranosyl-a-D-glukopyranosidu), která je důležitou surovinou, respektive meziproduktem v potravinářském průmyslu, farmacii a biochemii.

Stav techniky α,α-trehalózu lze získat izolací z široké řady přírodních látek, zejména z kosmatce hvězdníku (Selaginella lepidophyla), původem z jihozápadu USA, nyní pěstovaného v zemích Blízkého východu. V současné době jsou nejvhodnějším zdrojem tohoto disacharidů pekařské kvasnice, zejména pro svoji dobrou dostupnost, nízkou cenu a relativně vysoký obsah α,α-trehalózy.

Izolace α,α-trehalózy z pekařských kvasnic byla poprvé popsána již v roce 1936 (K. Myrback, B. Ortenblad: Biochem. Z. 288, 329, 1936) a její modifikovaná forma (Z. C. Stewart, N. K. Richtmyer, C. S. Hudson: J. Am. Chem. Soc. 72, 2059, 1950) je využívána pro přípravu α,α-trehalózy dodnes.

Podstatnou nevýhodou těchto postupů, která limituje především jejich průmyslovou aplikaci, je způsob provedení deproteinizace přidáním vodného roztoku síranu zinečnatého k zahuštěnému alkoholickému extraktu kvasnic a následné vysrážení síranových aniontů roztokem hydroxidu barnatého. Tento způsob deproteinizace vyvolává nejen značné nároky na purifikaci produktu, jehož požadovaná vysoká čistota je dána farmaceutickými či potravinářskými aplikacemi, ale rovněž značné množství pevného anorganického odpadu, jehož likvidace vyžaduje značné finanční nároky na investice, energii a suroviny.

Uvedené nevýhody v podstatné míře odstraňuje způsob izolace α,α-trehalózy podle předloženého vynálezu, kde využitím moderních membránových procesů byl získán postup, který se vyznačuje vysokou kvalitou produktu, nízkými investičními náklady, nízkým ekologickým zatížením, dostupnými surovinami a relativně vysokým výtěžkem.

Podstata vynálezu

Předmětem předloženého vynálezu je způsob izolace krystalické α,α-trehalózy z pekařských kvasnic, při némž se pekařské kvasnice extrahují etanolem o koncentraci 70 až 96 % obj., získaný etanolový extrakt se po odfiltrování pevného podílu vakuově zahustí na koncentraci α,α-trehalózy 2 až 30 % hmotn., jehož podstata spočívá v tom, že poté následuje membránový filtrační proces, sestávající z ultrafiltrace přes ultrafiltrační membránu s dělicí hranicí molekulových hmotností vyšší než 500, a získaný čirý roztok se po odbarvení aktivním uhlím uvede do styku s měničem iontů v H⁺ cyklu, poté v OH“ cyklu, získaný demineralizovaný roztok se vakuově zahustí na koncentraci 40 až 85 % hmotn. a po přidání etanolu v množství 0,5 až 1,5 : 1,0, vztaženo na obsah

-1CZ 281723 B6 α,α-trehalózy, nechá se krystalovat při teplotě od -5 “C do +25 ’C a vykrystalovaná α,α-trehalóza se izoluje nebo překrystaluje z etanolu po opětné demineralizaci.

Způsob izolace podle vynálezu lze provádět tak, že před ultrafiltraci je případně předřazena mikrofiltrace přes mikrofiltrační membránu se středním průměrem pórů od 0,05 do 5 um, nejlépe 0,05 až 0,15 um.

Dalším význakem způsobu podle vynálezu je, že se provádí kontinuální ultrafiltrace přes ultrafiltrační membránu s dělicí hranicí molekulových hmotností vyšší než 500 s případně předřazenou mikrofiltraci přes mikrofiltrační membránu se středním průměrem pórů od 0,05 do 5 um, nejlépe 0,05 až 0,15 um.

Při provádění způsobu podle vynálezu se pro extrakci použije etanol o koncentraci s výhodou 85 až 96 % objemových.

Dále se při provádění způsobu podle vynálezu s výhodou jako katex používá styrendivinylbenzenový kopolymer se silně kyselými sulfoskupinami a jako anex styrendivinylbenzenový kopolymer s kvarterními dimetylhydroxyetylamoniovými výměnnými skupinami.

Podle vynálezu lze postupovat tak, že se pekařské kvasnice extrahují v 96 % etanolu, denaturovaném isopropanolem, při normál ní teplotě, vyextrahované kvasnice se odfiltrují a z filtrátu se vakuově oddestiluje etanol. Získaný vodný či vodně-alkoholický roztok o koncentraci α,α-trehalózy 10 až 40 % hmotn. je podroben ultrafiltraci přes ultrafiltrační membránu s dělicí hranicí molekulových hmotností vyšší než 500, nebo je možné vodný roztok po oddestilování etanolu nejprve podrobit mikrofiltraci přes mikrofiltrační membránu se středním průměrem pórů od 0,05 do 5 um a potom ultrafiltraci přes ultrafiltrační membránu s dělicí hranicí molekulových hmotností vyšší než 500. Čirý vodný roztok je po odbarvení aktivním uhlím deionizován na sloupcích katexu a anexu a zahuštěn ve vakuové odparce na vodný sirup o koncentraci 50 až 70 % hmotn. α,α-trehalózy. Z tohoto sirupu je disacharid krystalován po přidání etanolu v množství cca 1 : 1 vzhledem k obsahu α,α-trehalózy při normální či snížené teplotě. Filtrací izolovaná krystalická α,α-trehalóza je sušena při 40 až 60 *C za sníženého tlaku. Za předpokladu produkce krystalické α,α-trehalózy o čistotě vyšší 99 % hmotn. je nutno provést rekrystalizaci této surové substance z etanolu po deionizaci obdobným postupem.

Způsobem podle vynálezu se připraví α,α-trehalóza v uspokojivém výtěžku a vysoké kvalitě, což umožňuje její další přímé použití například ve farmacii nebo v potravinářství. Kromě extrahovaných kvasnic, které lze dále zužitkovat, nejsou produkovány žádné významné odpady, což umožňuje podstatně menší ekologický dopad této technologie oproti současným výrobám α,α-trehalózy. Tato skutečnost se rovněž významně pozitivně projevuje v nižších investičních i provozních nákladech výroby dle předloženého vynálezu.

-2CZ 281723 B6

Příklady provedeni vynálezu

Příklad 1

1000 g pekařských kvasnic se extrahuje za intenzivního míchání při normální teplotě 3000 ml 96 % etanolu, denaturovaného 6 % isopropanolu, po dobu 45 min. Suspenze se zfiltruje a filtrační koláč se promyje 250 ml etanolu. Získaný filtrát se na vakuové odparce (20 torr, teplota lázně 60 *C) zahustí na objem 400 ml a vpraví do filtrační cely o objemu 450 ml s účinným mícháním filtrované kapaliny a s mikrofiltrační membránou Synpoi® se středním průměrem pórů 0,12 um. Nad filtrovanou kapalinou a membránou je přetlak 0,08 MPa, získaný pomocí dusíku, přivedeného z tlakové láhve. Přefiltruje se 380 ml kapaliny. Tento filtrát se podrobí ultrafiltraci ve stejné cele, ale vybavené ultrafiltrační membránou z polysulfonu o dělicí hranici molekulových hmotností 20 000. Nad filtrovanou kapalinou a membránou je nyní přetlak 0,25 MPa. Získá se 360 ml filtrátu.

360 ml čirého vodného roztoku se odbarví přidáním 10 g aktivního uhlí a po jeho odfiltrování se provede deionizace na sloupci 300 ml Wofatitu KPS v H⁺ cyklu a na sloupci 215 ml

Wofatitu SBK v OH“ cyklu. Po promytí ionexů 1500 ml vody jsou spojené roztoky vakuově odpařeny (20 torr) na vodný sirup o koncentraci α,α-trehalózy 71 % hmotn. Po přidání 50 ml etanolu probíhá krystalizace za normální teploty po dobu 16 hod. Vykrystalovaná α,α-trehalóza se izoluje filtrací na fritě G-2. Po promytí filtračního koláče 50 ml etanolu a sušení za vakua (50 “C, 15 torr) se získá 31,5 g krystalické α,α-trehalózy o čistotě

97,1 %. Zahuštěním matečných roztoků a krystalizaci za výše uvedených podmínek bylo získáno dalších 2,7 g krystalického produktu.

Příklad 2

250 g sušených pekařských kvasnic se rozmíchá při laboratorní teplotě s 580 ml demineralizované vody na pastu, která je dále extrahovaná po dobu 30 minut 2000 ml 96 % etanolu, denaturovaného 7 % isopropanolu. Suspenze se zfiltruje a filtrační koláč se promyje 2150 ml 70 % etanolu, denaturovaného isopropanolem. Získaný filtrát se na vakuové odparce (20 torr, teplota vodní lázně 60 *C) zahustí na objem 400 ml, vpraví do filtrační cely o objemu 450 ml s kontinuálním tokem filtrované kapaliny nad membránou a s ultrafiltrační membránou z acetátu celulózy o dělicí hranici molekulových hmotností 5000. Nad filtrovanou kapalinou je přetlak 0,2 MPa. Přefiltruje se 350 ml roztoku, který se odbarví přidáním 13 g aktivního uhlí a po jeho odfiltrování se provede deionizace na sloupci 280 ml Wofatitu KPS v H⁺ cyklu a přidáním do roztoku 250 ml Wofatitu SBK v OH” cyklu (pH deionizovaného roztoku dosáhne hodnoty 4,2). Po odfiltrování anexu a promytí obou ionexů 900 ml vody jsou spojené roztoky vakuové odpařeny (20 torr) na vodný sirup o koncentraci α,α-trehalózy 79 % hmotn. Po přidání 80 ml etanolu probíhá krys-3CZ 281723 B6 talizace při teplotě 5 *C po dobu 12 hodin. Po filtraci a promytí filtračního koláče 40 ml etanolu se získá 42,1 g surové α,α-trehalózy o čistotě 98,2 %, která byla sušena při laboratorní teplotě. Zahuštěním matečných roztoků a krystalizaci za výše uvedených podmínek bylo získáno dalších 3,2 g produktu.

45,3 krystalické surové α,α-trehalózy bylo rozpuštěno ve 190 ml demineralizované vody o teplotě 40 °C a provedena deionizace na sloupci, obsahujícím 5 ml Wofatitu KPS v H⁺ cyklu a 10 ml

Wofatitu SBK v OH” cyklu. Získaný deionizovaný roztok byl vakuově odpařen (20 torr) na vodný sirup o koncentraci 68 % (hmotn.) α,α-trehalózy. Po přidání 40 ml 96 % etanolu, děnatúrováného 5 % isopropanolu, probíhá krystalizace po dobu 10 hodin při teplotě 5 *C. Vykrystalovaná α,α-trehalóza se izoluje filtrací. Po promytí filtračního koláče 25 ml etanolu a sušení za vakua (50 ’C, 15 torr) se získá 41,4 g α,α-trehalózy o čistotě 99,7 %. Využitelnost vynálezu

Disacharid α,α-trehalóza, získaný způsobem podle vynálezu, je důležitou surovinou nebo meziproduktem ve farmacii, potravinářském průmyslu nebo biochemickém výzkumu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob izolace krystalické α,α-trehalózy z pekařských kvasnic, při němž se pekařské kvasnice extrahují etanolem o koncentraci 70 až 96 % obj., získaný etanolový extrakt se po odfiltrování pevného podílu vakuově zahustí na koncentraci α,α-trehalózy 2 až 30 % hmotn., vyznačený tím, že následuje membránový filtrační proces, sestávající z ultrafiltrace přes ultrafiltrační membránu s dělicí hranicí molekulových hmotností vyšší než 500, mikrofiltrační membránu se středním průměrem pórů od 0,05 do 5 um, a získaný čirý roztok se po odbarvení aktivním uhlím uvede do styku s měničem iontů v H⁺ cyklu, poté v OH“ cyklu, získaný demineralizovaný roztok se vakuově zahustí na koncentraci 40 až 85 % hmotn. a po přidání etanolu v množství 0,5 až 1,5: 1,0, vztaženo na obsah α,α-trehalózy, nechá krystalovat při teplotě od -5 do +25 ’C a vykrystalovaná α,α-trehalóza se izoluje nebo překrystaluje z etanolu po opětné demineralizaci.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že katexem je styrendivinylbenzenový kopolymer se silně kyselými sulfoskupinami a anexem je styrendivinylbenzenový kopolymer s kvarterními dimetylhydroxyetylamoniovými výměnnými skupinami.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že ultrafiltraci, která se provádí kontinuálně, je předřazena mikrofiltrace přes mikrofiltrační membránu se středním průměrem pórů od 0,05 do 5 μπι, nejlépe 0,05 až 0,15 μιη.

-4CZ 281723 B6
4. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že před ultrafiltraci je předřazena mikrofiltrace přes mikrofiltrační membránu se středním průměrem pórů od 0,05 do 5 μια, nejlépe 0,05 až 0,15 μαι.
5. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že se pro extrakci použije etanolu o koncentraci s výhodou 85 až 96 % objemových.