PL64098B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 20.XII.1971 64098 KI. 12 q, 6/01 MKP C 07 c, 101/00 CZYTELNIA JUKD Urzedu Patentowego Wspóltwórcy wynalazku: Janusz Lindeman, Mieczyslaw Gostomczyk, Wieslaw Józefowicz, Stanislaw Machowski, Je¬ rzy Grelewicz, Jerzy Szczerbinski Wlasciciel patentu: Spóldzielnia Pracy Chemików XENON, Lódz (Polska) Sposób otrzymywania aminokwasów z hydrolizatów bialkowych Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywa¬ nia aminokwasów z hydrolizatów bialkowych jak np. z kazeiny, glutenu lub galalitu.Znane sposoby otrzymywania aminokwasów z surowców bialkowych polegaja na hydrolizie kwas¬ nej lub zasadowej. Do hydrolizy najczesciej uzywa sie kwasu solnego o róznych stezeniach od 20fl/o do 36Vo.Wedlug znanych sposobów z tak otrzymanego hydrolizatu otrzymuje sie glównie kwas glutamino¬ wy. Pozostale aminokwasy mozna wydzielac z za¬ solonych hydrolizatów w okreslonych warunkach pH i stezenia w postaci soli metali ciezkich nale¬ zacych do I i II grupy ukladu okresowego pier¬ wiastków (Ag, Cu, Hg), jak i przy stosowaniu sze¬ regu odczynników organicznych takich jak kwas pikrolonowy, kwas [3-naftalenowy, kwas flawiano- wy w kombinacji z sola Reinecke, kwas 3,4-dwu- chlorobenzenosulfonowy itp. Metody te sa jednak bardzo kosztowne i charakteryzuja sie niska wy¬ dajnoscia wskutek zasolenia hydrolizatów.Znane sa tez próby zastosowania elektrodializy do usuwania elektrolitu z roztworów hydrolizatów bialkowych, w wyniku prowadzenia elektrodializy w klasycznym ukladzie trzy lub wielokomorowym, przez na przemian umieszczone selektyw7ne mem¬ brany (przepuszczalne tylko dla jonów tego same¬ go znaku) kationo- i aniono-wymienne. Schemat tego procesu przedstawiono na fig. 2.Jak wiadomo aminokwasy w zaleznosci od pH 15 20 30 srodowiska, w jakim sie znajduja, moga wystepo¬ wac w formie kationu, anionu lub tez jonu oboj- naczego, przy czym ruchliwosc i rozpuszczalnosc tej ostatniej formy jest najmniejsza. Po przyloze¬ niu napiecia do zacisków elektrod zajda nastepuja¬ ce procesy w komorze 3, która wypelniona jest roztworem hydrolizatu bialkowego.W poczatkowej fazie procesu przy pH = 1 przez membrane anionowymienna A2 do komory 4 prze¬ noszone beda z komory 3 aniony X—. Równoczes^ nie do komory 2 poprzez membrane Ki beda prze¬ noszone z komory 3 kationy Me + ,,H+ i kationy wszystkich zawartych w komorze 3 aminokwasów.W wyniku powyzszego procesu w komorze 3 male¬ je stezenie elektrolitów MeX i HX, wzrasta pH roztworu i zmniejsza sie stezenie aminokwasów, z których po wzroscie pH powyzej 2,77 kwas as¬ paraginowy, a przy pH powyzej 3,22 kwas gluta¬ minowy, sa przenoszone do komory 4 przez mem¬ brane A2 w formie anionów.Koncowym efektem tego procesu jest pozbawio¬ ny elektrolitu roztwór aminokwasów w komorze 3 oraz zawierajace nieco wieksze stezenie elektro¬ litu, anizeli poddany elektrodializie hydrolizat w komorze 3, roztwory aminokwasów w komorach 2 i 4. Roztwór aminokwasów z komory 3 po prowa¬ dzonej w ten sposób elektrodializie pozbawiony jest znacznej czesci aminokwasów7 kwasnych (kwa¬ sy asparaginowy i glutaminowy) oraz aminokwasów zasadowych (histydyna, lizyna i arginina). 6409864098 Znane sa tez próby zastosowania w przedstawio¬ nym na fig. 2 procesie w miejsce mebran K: i A2 takich membran aniono- i kationo-wymiennyeh, które bylyby przepuszczalne tylko dla malych anio¬ nów lub kationów elektrolitu, a zatrzymywalyby wieksze aniony i kationy aminokwasu. Przeprowa¬ dzone próby na preparowanych lub specjalnie do tego celu syntetyzowanych membranach o odpo¬ wiednio malych porach wykazaly, ze na tej drodze mozna uzyskac wyzsze wspólczynniki rozdzialu, ale wraz ze zmniejszeniem sie wielkosci por membra¬ ny maleje jej przewodnictwo elektryczne, co z ko¬ lei prowadzi do wiekszego zuzycia energii na je¬ dnostke odsalanego hydrolizatu bialkowego.Istnieje poza tym mozliwosc blokowania por membrany przez przenoszone przez nia wieksze aniony lub kationy, a poza tym koszt wytwarzania membran o okreslonej wielkosci por jest znacznie wiekszy niz standartowych membran jono-wymien- nych.Opisane metody prowadzily w efekcie do otrzy¬ mania odsolonej mieszaniny aminokwasów z wy¬ dajnoscia zalezna od rodzaju stosowanych mem¬ bran jono-wymiennych. Wydajnosc ta przy stoso¬ waniu membran standartowych (Permaplex, Am- fion) wynosila okolo 60%, a przy stosowaniu mem¬ bran preparowanych lub syntetyzowanych o po¬ rach nieco wiekszych od srednic jonów Cl" i Na + osiagala okolo 80l0/o, przy czym ten ostatni proces prowadzono tylko w skali laboratoryjnej.Istotnymi wadami omawianych sposobów elektro¬ dializy poprzez na przemian umieszczone selektyw¬ ne membrany aniono- i kationo-wymienne sa stra¬ ty aminokwasów w wyniku przenoszenia jonów aminokwasów wraz z jonami elektrolitu do sa¬ siednich komór zatezajacych, co znacznie obniza wydajnosc procesu i stwarza koniecznosc zagospo¬ darowania roztworów aminokwasów zawierajacych elektrolit o stezeniu zblizonym do wyjsciowego stezenia w poddawanym elektrodializie roztworze hydrolizatu bialkowego.Sposób wedlug wynalazku usuwa powyzsze nie¬ dogodnosci i pozwala na otrzymanie pozbawionego elektrolitu roztworu aminokwasów na znacznie prostszej drodze technologicznej i przy minimal¬ nych stratach poddawanego elektrodializie hydro¬ lizatu bialkowego. Znane schematy elektrodializy polegaja na jednoczesnym usuwaniu kationów i a- nionów z roztworu aminokwasów.Sposób wedlug wynalazku polega na usuwaniu na drodze wymiany poprzez selektywna membrane aniono-wymienna tylko anionu kwasu uzytego do hydrolizy bialka, przy jednoczesnym zobojetnianiu kationów wodorowych strumieniem jonów wodo¬ rotlenowych, które poprzez selektywna membrane aniono-wymiemna wprowadzane sa pod wplywem przylozonego do zacisków elektrod napiecia do ko¬ mory wypelnionej roztworem kwasnego hydroliza¬ tu bialkowego.Do prowadzenia procesu w powyzszy sposób mozna stosowac wszystkie produkowane obecnie selektywne membrany aniono-wymienne, przy czym o ich przydatnosci nie decyduje wielkosc por lecz dobre przewodnictwo elektryczne, odpornosc na kwasy i zasady, odpowiednia wytrzymalosc me- 30 chaniczna oraz selektywne przenoszenie wylacznie anionów.W warunkach prowadzonego sposobem wedlug wynalazku procesu, aminokwasy,, znajdujace sie w 5 komorze elektrodializera w roztworze uzytego do hydrolizy bialka kwasu, wystepuja w formie ka¬ tionów, nie moga wiec przeniknac do komór sa¬ siednich przez nieprzepuszczalne dla nich sele¬ ktywne membrany aniono-wymienne. Nie nastepu- 10 je zatem zmniejszenie ilosci aminokwasów w ko¬ morze elektrodializera, za wyjatkiem kwasów a- sparaginowego i glutaminowego, które to w wy¬ niku rosnacego w czasie elektrodializy pH roztwo¬ ru aminokwasów przechodza powyzej swoich pun- 15 któw izoelektrycznych (2,77 i 3,22 odpowiednio) w forme anionów i moga opuscic komore elektrodia¬ lizera wraz z anionami uzytego do hydrolizy kwa¬ su.Malejaca jednak rozpuszczalnosc tych aminokwa- 20 sów wraz ze spadkiem stezenia elektrolitu, powodu¬ je, ze w granicach pH = 2,6—3,3 wytracaja sie one w formie osadu i moga byc wyizolowane z roztwo¬ ru znajdujacego sie w komorze elektrodializera.Pozostale aminokwasy do pH okolo 6 wystepuja w 25 formie kationów i w zwiazku z tym nie moga o- puscic komory elektrodializera, której sciany sta¬ nowia dwie selektywne membrany aniono-wymien¬ ne.Prowadzac proces sposobem wedlug wynalazku, mozna doprowadzic do dowolnego pH hydrolizatu, a co za tym idzie spowodowac wytracenia sie ami¬ nokwasów w punktach izoelektrycznych.Wedlug wynalazku hydrolizat umieszcza sie w srodkowej komorze aparatu do elektrodializy we¬ dlug schematu pokazanego na fig. 1. Fig. 1 przed¬ stawia schemat dzialania proponowanego elektro¬ dializera. Pod wplywem pradu elektrycznego o gestosci 0,5 mA/cm2—500 mA/cm2 powierzchni membrany, aniony OH- z komory 1 przechodza poprzez membrane amonitowa 4, charakteryzujaca sie tym, ze latwo przepuszcza ona aniony, a nie przepuszcza kationów, do komory 2, gdzie aniony OH - sa zobojetniane przez kationy H + , tworzac wode. Jednoczesnie aniony X- kwasu zastosowa¬ nego do hydrolizowania substancji bialkowych z komory 2 przechodza -przez membrane 5 do komo¬ ry 3, gdzie tworza sól Me X ze znajdujacymi sie w komorze 3 jonami metalu alkalicznego. 50 Hydrolizat poddaje sie dzialaniu pradu elektrycz¬ nego w komorze 2 tak dlugo, az osiagnie sie za¬ dane pH i odpowiednie zmniejszenie stezenia a- nionu X- . Elektrodialize prowadzic mozna w spo¬ sób statyczny lub w warunkach przeplywu cieczy 55 przez komory 1, 2, 3 przy szybkosci liniowej do 20 m/sek., w temperaturze od 0°C do 60°C. Otrzy¬ many w wyniku tego dzialania w komorze 2 osad aminokwasów mozna odsaczyc lub odwirowac, lub tez prowadzic proces dalej, az do calkowitego usu- 60 niecia anionu X- z hydrolizatu. W zaleznosci od obranej drogi, mozna sposobem wedlug wynalaz¬ ku uzyskiwac bezposrednio z hydrolizatu bialkowe¬ go zawarte w nim aminokwasy, przez kolejne od¬ dzielanie wypadajacych osadów, lub tez otrzymac 65 mieszanine aminokwasów pozbawiona prawie cal-64098 kowicie zwiazków nieorganicznych, utrudniajacych wyodrebnianie wolnych aminokwasów.Przy prowadzeniu elektrodializy w sposób sta¬ tyczny wydzielajacy sie osad aminokwasów zbiera sie w osadnikach umieszczonych w dolnej czesci komory 2, natomiast przy przeplywie roztwory do¬ zuje sie do dolnej czesci komór 1, 2 i 3, przy czym ponizej doprowadzenia roztworu do komory 2 znaj¬ duje sie osadnik, w którym zbiera sie wytracajacy sie w czasie elektrodializy osad aminokwasów.Czesc osadu znajduje sie tez w wyplywajacym z górnej czesci komory 2 roztworze, który przed po¬ nownym zawróceniem do komory 2 podaje sie na nucze prózniowe.Przyklad I. W srodkowej komorze aparatu do elektrodializy umieszczono 1000 g hydrolizatu kazeinowego zawierajacego 25 g lizyny, 7,5 g argi- niny, 7,5 g histydyny, 9 g glicyny, 70 g kwasu glu¬ taminowego, 9 g alaniny, 60 g proliny, 7,5 g tyro¬ zyny, 8 g waliny, 8 g leucyny oraz 195 g HC1.W komorach elektrodowych umieszczono po 5 litrów 10% NaOH w kazdej. Powierzchnia czynna uzytych membran amonitowych Permaplex A-20 wynosila 4000 cm2. Stosowano prad o gestosci 4 mA/cm2. Calkowity czas usuniecia 193 g HC1 z komory srodkowej wynosil 10 godzin, a koncowe pH = 6,2. Nastepnie roztwór z komory srodkowej przeniesiono do kolby o pojemnosci 2000 ml i pod¬ dano destylacji prózniowej w temperaturze 70°C, az do calkowitego usuniecia wody, a nastepnie su¬ szono w suszarce prózniowej w temperaturze 80°C przez 6 godzin. Otrzymano 182,5 g mieszaniny ami¬ nokwasów zawierajacych 0,97% Cl" .Przyklad II. Przez srodkowa komore apara¬ tu do elektrodializy przetlaczano z szybkoscia 1 m/sek. 1000 g hydrolizatu kazeinowego o skla¬ dzie jak w przykladzie I w tych samych warun¬ kach jak w przykladze poprzednim. Po 2 godzinach elektrodializy zaczal wytracac sie osad przy pH = = 1,6. Elektrodialize prowadzono dalej, po 3 go¬ dzinach wylaczono prad i odsaczono osad, który nastepnie wysuszono w suszarce prózniowej, zwa¬ zono i poddano analizie. pH roztworu wynosilo 2,0.Ciezar osadu 8 g:, w tym tyrozyny 7,2 g, kwasu 5 glutaminowego 0,15 g, leucyny 0,12 g, glicyny 0,14 g, jonu Cl ~ 0,39 g.Przesacz poddano ponownie elektrodializie przez nastepne 3 godziny az do pH = 3,2 i ponownie od¬ saczono osad, z którym postepowano podobnie jak 10 poprzednio. Otrzymano 64,2 g aminokwasów, w tym 63,5 g kwasu glutaminowego i 0,6 g jonu Cl _ . Po¬ zostaly przesacz poddano dalszej elektrodializie przez 4 godziny (koncowe pH = 6,2), a nastepnie odwodniono i wysuszono jak poprzednio. Otrzyma¬ ja no 115,3 g mieszaniny aminokwasów o zawartosci jonu Cl- 1,12%. 20 PL PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób otrzymywania aminokwasów z hydroliza¬ tów bialkowych na drodze elektrodializy przez se¬ lektywne membrany jonowymienne, znamienny tym, ze elektrodialize prowadzi sie w elektrodiali- 25 zerze zaopatrzonym w dwie membrany amonitowe przepuszczajace w warunkach procesu wylacznie jony OH~ i aniony X" kwasu zastosowanego do hydrolizowania substancji bialkowych, przy czym hydrolizat bialkowy wprowadza sie do przestrzeni 30 zawartej miedzy membranami, a do przestrzeni anodowej i katodowej zawartej miedzy membra¬ nami i odpowiednimi elektrodami wprowadza sie roztwory wodorotlenków metali alkalicznych i pro¬ ces elektrodializy prowadzi sie w warunkach sta- 35 tycznych lub w przeplywie przy gestosci pradowej 0,5—500 mA/cm2 powierzchni membrany, w tem¬ peraturze 0—60°C, zas wytracajace sie kolejno o- czyszczone aminokwasy odprowadza sie w sposób ciagly lub periodyczny z przestrzeni zawartej mie- 40 dzy membranami.KI. 12 q, 6/01 64098 MKP C 07 c, 101/00 Katoda -Me OH Rminokuasu H+X -Me OH i \ 2 \ 3 R K Rnodo Fiq 4 katodo -HCl NoDH- Rminokuasy u formie kationu Rnoda Fiq 2 WDA-l. Zam. 1716. Nakl. 250 egz. PL PL