RU2451546C1 - Биокатализатор, способ его приготовления и способ получения инвертного сиропа с использованием этого катализатора - Google Patents
Биокатализатор, способ его приготовления и способ получения инвертного сиропа с использованием этого катализатора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451546C1 RU2451546C1 RU2011112911/04A RU2011112911A RU2451546C1 RU 2451546 C1 RU2451546 C1 RU 2451546C1 RU 2011112911/04 A RU2011112911/04 A RU 2011112911/04A RU 2011112911 A RU2011112911 A RU 2011112911A RU 2451546 C1 RU2451546 C1 RU 2451546C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- biocatalyst
- nanocarbon
- activity
- silicon dioxide
- component
- Prior art date
Links
Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для использования в пищевой промышленности, а именно в технологии получения сиропов, содержащих глюкозу и фруктозу и используемых в кондитерской и хлебопекарной промышленности для производства кондитерских изделий, конфет. Заявлен биокатализатор для получения инвертного сиропа, способ его приготовления и способ получения инвертного сиропа - инверсия сахарозы с участием приготовленных биокатализаторов. Биокатализатор для получения инвертного сиропа содержит в мас.% по сухим веществам: в качестве ферментативно-активной биомассы автолизаты дрожжей 30-50, наноуглеродный компонент 5-15 и носитель, состоящий из диоксида кремния, до 100. Используют наноуглеродный компонент со структурой нановолокна или со структурой углеродных нанотрубок, или со структурой наноалмазов, или со структурой луковичного наноуглерода. Способ получения инверного сиропа осуществляют в проточном реакторе с неподвижным слоем описанного выше биокатализатора при температуре не выше 50°C. Технический результат - высокая ферментативная активность биокатализаторов для биоконверсии субстрата (сахарозы) в инвертный сироп. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 14 пр., 1 табл.
Description
Изобретение предназначено для использования в пищевой промышленности, а именно имеет отношение к технологии получения сиропов, содержащих глюкозу и фруктозу и используемых в кондитерской и хлебопекарной промышленности для производства кондитерских изделий, конфет. Изобретение направлено на разработку биокатализаторов, способов их приготовления и способов проведения процессов гидролиза - инверсия сахарозы с участием приготовленных биокатализаторов.
Известен способ инверсии сахарозы с помощью биокатализатора, включающий дрожжевые мембраны и твердый носитель [RU 2279475, C12N 11/14, 10.07.2006]. В качестве твердого носителя используют гранулированный углеродсодержащий носитель, приготовленный из возобновляемого сырья - илистых отложений пресных озер (сапропелей). Приготовление биокатализатора включает стадии получения носителя и проведения иммобилизации дрожжевых мембран путем адгезии в течение не менее 20 ч. Активность биокатализатора составляет 102-135 ЕА/г. Время полуинактивации в условиях гидролиза сахарозы при 50°C составляет 30 ч.
Известен способ получения иммобилизованной инвертазы для гидролиза сахарозы [RU 2158761, C12N 11/10, 10.11.2000]. Препарат инвертазы получают в виде изолированных стенок клеток дрожжей, подвергнутых автолизу. Дрожжевые автолизаты иммобилизуют на поверхности или в массе твердого или гелеобразного носителя. Недостатком способа являются относительно низкие значения активности биокатализатора, составляющей 12-98 ЕА/г биокатализатора. Время полуинактивации биокатализатора в условиях непрерывного процесса инверсии сахарного сиропа при 50°C составляет 6-45 суток.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ инверсии сахарозы с помощью биокатализатора, приготовленного путем включения целых клеток пекарских дрожжей в ксерогель диоксида кремния [RU 2372403, C12N 11/14, 10.11.2009]. Приготовление биокатализатора включает стадии смешения дрожжевой биомассы с гидрогелем диоксида кремния, высушивание, прессование и фракционирование таблетированного биокатализатора до гранул размером 0.1-4 мм. Активность биокатализатора составляет 500 ЕА/г. Время полуинактивации в условиях гидролиза сахарного сиропа при 50°C составляет 200 ч.
Недостатком данного способа является сравнительно низкая активность приготовленных биокатализаторов.
Изобретение решает задачу повышения ферментативной активности биокатализаторов для биоконверсии субстрата (сахарозы) в инвертный сироп.
Задача решается составом биокатализатора для получения инвертного сиропа, содержащего ферментативно-активную биомассу и носитель, в качестве ферментативно-активной биомассы он содержит автолизаты дрожжей, а в качестве носителя - диоксид кремния и наноуглеродный компонент.
Биокатализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: автолизаты дрожжей 30-50, наноуглеродный компонент 5-15, диоксид кремния - до 100%.
Задача решается способом приготовления биокатализатора для получения инвертного сиропа, который включает стадии смешения ферментативно-активной биомассы с носителем, высушивание, прессование и фракционирование таблетированного сухого биокатализатора. Биокатализатор готовят путем смешения ферментативно-активной биомассы - автолизатов дрожжей с носителем - гидрогелем диоксида кремния и наноуглеродным компонентом в соотношении в мас.% по сухим веществам: автолизаты дрожжей 30-50, нанонуглеродный компонент 5-15, диоксид кремния - до 100%, с последующим высушиванием при температуре не выше 50°C, прессованием и фракционированием до размера гранул 0.1-4 мм.
Используют гидрогель диоксида кремния, который при высушивании и прессовании переходит в ксерогель диоксида кремния.
Используют наноуглеродный компонент со структурой нановолокна или со структурой углеродных нанотрубок, или со структурой наноалмазов, или со структурой луковичного наноуглерода.
Задача решается способом получения инвертных сиропов, который осуществляют в проточном реакторе с неподвижным слоем биокатализатора, включающего ферментативно-активную биомассу и носитель. Используют биокатализатор следующего состава, в мас.% по сухим веществам: автолизаты дрожжей 30-50, наноуглеродный компонент 5-15, диоксид кремния - до 100%. Процесс осуществляют при температуре не выше 50°C.
Задача решается тем, что для приготовления биокатализаторов используют ферментативно-активную биомассу в виде автолизатов дрожжей, обладающих необходимой инвертазной активностью, и композитные углерод-силикатные матрицы, полученные при смешении гидрогеля диоксида кремния и современных углеродных материалов (со структурой нановолокна или со структурой углеродных нанотрубок, или со структурой наноалмазов, или со структурой луковичного наноуглерода). Оптимальное содержание наноуглеродного компонента в биокатализаторе составляет 5-15 мас.%. Диоксид кремния является связующим компонентом, и его содержание составляет не менее 20 мас.%.
Оптимизация состава биокатализаторов осуществляется по двум основным параметрам: 1) максимально достижимое значение ферментативной активности биокатализатора, 2) максимальная стабильность работы биокатализатора в водной реакционной среде, обусловленная сохранением механической прочности гранул.
Ферментативная активность биокатализатора увеличивается с ростом содержания ферментативно-активной биомассы в биокатализаторе до некоторого оптимального значения, при котором биокатализатор обладает максимально достижимой активностью при максимально высокой стабильности в работе. Обнаружено, что данное оптимальное содержание биомассы определяется таксономической принадлежностью микроорганизма (дрожжи, бактерии). Например, для биокатализатора с инвертазной активностью оптимальное содержание биомассы дрожжевых автолизатов составляет 50-70 мас.% (по сухим веществам).
Предложен способ приготовления биокатализаторов путем включения ферментативно-активной биомассы в композитную углерод-силикатную матрицу, характеризующийся тем, что биокатализаторы готовят путем смешения трех компонентов. В качестве компонента 1 используют ферментативно-активную биомассу с влажностью 70-80%. В качестве компонента 2 используют гидрогель диоксида кремния, в котором содержится 10-12 мас.% сухих веществ в пересчете на SiO2. В качестве компонента 3 используют наноуглеродный материал (нановолокна, нанотрубки, наноалмазы, наноуглерод луковичной структуры). Все три компонента тщательно смешивают до однородного состояния, затем полученную смесь высушивают при температуре не выше 50°C, измельчают, прессуют и фракционируют для получения гранул биокатализатора размером 0.1-4 мм.
Используют гидрогель диоксида кремния (компонент 2) со следующим набором свойств: величина удельной поверхности продукта, получающегося после высушивания гидрогеля при 105-120°C, равна 30-550 м2/г, насыпная плотность продукта, получающегося после высушивания гидрогеля при 105-120°C, равна 0.1-0.7 г/см3. Гидрогель диоксида кремния получают путем осаждения силиката натрия или силиката калия (в виде жидкого стекла) аммонийными солями серной, или азотной, или угольной кислоты. Гидрогель диоксида кремния абсолютно инертен, отличается высокой химической и микробиологической устойчивостью.
Наноуглеродные материалы (компонент 3) используют в виде тонкодисперсного порошка, вводимого в состав биокатализатора. Данные материалы отличаются наноструктурой углеродного образования, а именно взаимным расположением и количеством графеновых слоев. Так, углеродные нановолокна (УНВ) в зависимости от расположения графенового слоя по отношению к оси волокна имеют наноструктуру либо «рыбья кость», либо «колода карт». Углеродные нанотрубки имеют в структуре один, два и более графеновых слоев.
Наноуглеродный компонент - углеродные нановолокна (УНВ), получают в результате каталитического пиролиза углеводородов на катализаторах, содержащих металлы подгруппы железа, при 500-1000°C. Углеродный компонент характеризуется следующим набором свойств: диаметр нановолокна 20-100 нм, длина 1-10 мкм. Величина удельной поверхности составляет 100-550 м2/г, насыпная плотность 0.5-1.1 г/см3.
Наноуглеродный компонент - углеродные нанотрубки (УНТ), получают одним из известных методов: либо испарением графитных электродов, содержащих металлы 8 группы (Fe, Co, Ni), в электрической дуге; либо разложением моноксида углерода при повышенном давлении в присутствии паров карбонила железа, либо методом химического напыления путем разложения углеводородов на высокодисперсных катализаторах. Углеродный компонент УНТ характеризуются следующим набором свойств: диаметр трубок 0.7-3.5 нм, длина 0.5-20 мкм. Углеродные нанотрубки могут собираться в пучки. Величина удельной поверхности составляет 100-1200 м2/г, насыпная плотность 0.1-0.5 г/см3.
Многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ) в виде вложенных друг в друга двух и более графеновых цилиндров получают пиролизом углеводородов, или других органических молекул, или СО на катализаторах, содержащих металлы подгруппы железа при 500-900°C. Углеродный компонент МУНТ характеризуется следующим набором свойств: средний диаметр 3-100 нм, длина 1-50 мкм. Величина удельной поверхности составляет 50-800 м2/г, насыпная плотность 0.05-0.4 г/см3.
Окисленные многослойные углеродные нанотрубки (МОНТ) получают окислением МУНТ в кипящей азотной кислоте в течение 2 ч. Углеродный компонент МОНТ характеризуется следующим набором свойств: средний диаметр 3-100 нм, длина 1-50 мкм. Величина удельной поверхности составляет 50-800 м2/г, насыпная плотность 0.05-0.4 г/см3.
Наноалмазы (НА) получают в условиях взрыва взрывчатых веществ с отрицательным балансом по кислороду. Углеродный компонент НА характеризуется следующим набором свойств: средний размер первичных частиц 4-8 нм, эти частицы формируют прочные агломераты размером 50-300 нм. Величина удельной поверхности составляет 200-300 м2/г, насыпная плотность 0.3-0.5 г/см3.
Наноуглерод луковичной структуры (НУЛС) получают отжигом НА при 1200-1900°C. Основным структурным элементом являются вложенные друг в друга дефектные фуллереноподобные оболочки, объединенные общими искривленными графеновыми слоями в прочные агломераты размером 50-300 нм. Углеродный компонент НУЛС характеризуется следующим набором свойств: величина удельной поверхности составляет 300-600 м2/г, насыпная плотность 0.05-0.4 г/см3.
Биокатализаторы готовят путем смешения ферментативно-активной биомассы, гидрогеля диоксида кремния и наноуглеродного компонента до однородной массы. Затем полученную массу высушивают при температуре не выше 50°C, и гидрогель переходит в твердый ксерогель диоксида кремния. Мелкодисперсные частицы ксерогеля с включенной в них биомассой прессуют под давлением 150 атм, механически измельчают и рассевают на фракции. Размер гранул составляет 0.1-4 мм.
Биокатализаторы имеют состав, оптимизированный по компонентам согласно параметрам 1 и 2, описанным выше. Для приготовления биокатализаторов с инвертазной активностью используют автолизаты дрожжей в виде биомассы (компонент 1), гидрогель диоксида кремния (компонент 2) и наноуглеродный материал (компонент 3). Размер гранул биокатализаторов составляет 0.1-4 мм.
Активность биокатализаторов выражают в единицах активности (ЕА) на 1 г. Единица активности соответствует скорости реакции, равной мкмоль/мин. Инвертазную активность приготовленных биокатализаторов измеряют в среде ацетатного буфера, pH 4.6, при 50°C. Свежеприготовленные биокатализаторы характеризуются величиной начальной активности A0. В течение первых 1-2 ч работы в условиях реакции данная активность падает до величины рабочей активности Aраб, которая затем практически не изменяется в течение 20-30 ч работы биокатализатора. Приготовленные композитные углерод-силикатные биокатализаторы обладают рабочей инвертазной активностью, равной в среднем 1200 ЕА/г (в прототипе 500 ЕА/г).
Задача решается также тем, что процессы биоконверсии субстратов осуществляют с участием приготовленных биокатализаторов в проточном реакторе с неподвижным слоем при подаче раствора субстрата сверху вниз со скоростью потока 0.01-2 л/час.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью (контроль).
Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью осуществляют следующим образом. Тщательно перемешивают 2 г автолизатов дрожжей (компонент 1) и 3.75 г гидрогеля диоксида кремния (компонент 2) до однородного состояния. Затем полученную массу высушивают при 20-22°C до суховоздушного состояния, растирают до мелкодисперсного состояния, порошок прессуют под давлением 150 атм. Таблетки, полученные после прессования, механически размельчают и рассеивают по фракциям определенного гранулометрического состава. Размер гранул составляет 0.1-4 мм. Биокатализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса 50, диоксид кремния 50.
Начальная активность приготовленного биокатализатора равна A0=1124 ЕА/г. Рабочая активность составляет Aраб=646 ЕА/г. Биокатализатор обладает высокой механической прочностью в реакционных средах, что обеспечивает его высокую стабильность в процессе биоконверсии субстрата (сахарозы).
Пример 2. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью (выбор оптимального состава).
Аналогичен примеру 1, только в состав биокатализатора вводят наноуглероный компонент в виде углеродных нановолокон (УНВ) со следующим набором свойств: диаметр нановолокна 20-100 нм, длина 1-10 мкм. Величина удельной поверхности составляет 100-550 м2/г, насыпная плотность 0.5-1.1 г/см3.
Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью осуществляют следующим образом. Тщательно перемешивают 2 г автолизатов дрожжей (компонент 1), 3.7 г гидрогеля диоксида кремния (компонент 2) и 0.045 г углеродных нановолокон (УНВ, компонент 3) до однородного состояния. Затем полученную массу высушивают, растирают до мелкодисперсного состояния, порошок прессуют под давлением 150 атм. Таблетки, полученные после прессования, механически размельчают и рассеивают по фракциям определенного гранулометрического состава. Биокатализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса 50, УНВ 5, диоксид кремния 45.
Начальная активность приготовленного биокатализатора равна 1100 ЕА/г и не отличается от активности биокатализатора по примеру 1. Рабочая активность составляет 820 ЕА/г. Биокатализатор обладает высокой механической прочностью в реакционных средах, что обеспечивает его высокую стабильность в процессе биоконверсии субстрата (сахарозы).
Пример 3. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью (выбор оптимального состава).
Аналогичен примеру 2, только биокатализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса 50, УНВ 10, диоксид кремния 40.
Начальная активность приготовленного биокатализатора составляет 1350 ЕА/г, что в 1.2 раза больше активности биокатализатора по примеру 1 (контроль). Рабочая активность составляет 1160 ЕА/г. Биокатализатор обладает высокой механической прочностью в реакционных средах, что обеспечивает его высокую стабильность в процессе биоконверсии субстрата (сахарозы).
Пример 4. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью (выбор оптимального состава).
Аналогичен примеру 2, только катализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса 50, УНВ 15, диоксид кремния 40.
Начальная активность приготовленного биокатализатора равна 2420 ЕА/г, что в 2 раза больше активности биокатализатора по примеру 1 (контроль). Рабочая активность составляет 890 ЕА/г. Биокатализатор обладает высокой механической прочностью в реакционных средах, что обеспечивает его высокую стабильность в процессе биоконверсии субстрата (сахарозы).
Пример 5. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью (выбор оптимального состава).
Аналогичен примеру 2, только катализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса 50, УНВ 20, диоксид кремния 40.
Начальная активность приготовленного биокатализатора равна 2020 ЕА/г, что 1.8 раза больше активности биокатализатора по примеру 1 (контроль). Рабочая активность равна нулю, так как гранулы биокатализатора разрушаются в реакционной среде в процессе биоконверсии субстрата через 1 ч работы.
Пример 6. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью (выбор оптимального состава).
Аналогичен примеру 1, только для приготовления биокатализатора используют наноуглеродный материал в виде углеродных нанотрубок (УНТ) со следующим набором свойств: диаметр трубок 0.7-3.5 нм, длина 0.5-20 мкм. Величина удельной поверхности составляет 100-1200 м2/г, насыпная плотность 0.1-0.5 г/см3. Биокатализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса 50, УНТ 5, диоксид кремния 45.
Начальная активность приготовленного биокатализатора равна 540 ЕА/г. Рабочая активность составляет 510 ЕА/г. Биокатализатор обладает высокой механической прочностью в реакционных средах, что обеспечивает его высокую стабильность в процессе биоконверсии субстрата (сахарозы).
Пример 7. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью (выбор оптимального состава).
Аналогичен примеру 1, только для приготовления биокатализатора используют наноуглеродный материал в виде углеродных нанотрубок (УНТ) со следующим набором свойств: диаметр трубок 0.7-3.5 нм, длина 0.5-20 мкм. Величина удельной поверхности составляет 100-1200 м2/г, насыпная плотность 0.1-0.5 г/см3. Биокатализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса 50, УНТ 15, диоксид кремния 35.
Начальная активность приготовленного биокатализатора равна 1541 ЕА/г, что, 1.4 раза больше активности биокатализатора по примеру 1 (контроль). Рабочая активность составляет 780 ЕА/г. Биокатализатор обладает высокой механической прочностью в реакционных средах, что обеспечивает его высокую стабильность в процессе биоконверсии субстрата (сахарозы).
Пример 8. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью (выбор оптимального состава).
Аналогичен примеру 6, только биокатализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса - 50, УНТ - 25, диоксид кремния - 25.
Начальная активность приготовленного биокатализатора равна 1560 ЕА/г, рабочая равна нулю, так как биокатализатор обладает низкой механической прочностью в реакционной среде/средах и его гранулы разрушаются через 1 ч работы.
Из примеров 2-8 видно, что оптимальное содержание наноуглеродного компонента 3 в углерод-силикатной матрице композитных биокатализаторов составляет 5-15%.
Пример 9. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью.
Аналогичен примеру 1, только для приготовления биокатализатора используют наноуглеродный материал в виде многослойных нанотрубок (МУНТ) со следующим набором свойств: диаметр 3-100 нм, длина 1-50 мкм. Величина удельной поверхности составляет 50-800 м2/г, насыпная плотность 0.05-0.4 г/см3. Биокатализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса 50, МУНТ 15, диоксид кремния 35.
Начальная активность приготовленного биокатализатора равна 4511 ЕА/г, что в 3.3 раза больше активности биокатализатора по примеру 1 (контроль). Рабочая активность составляет 3051 ЕА/г. Биокатализатор обладает высокой механической прочностью в реакционных средах, что обеспечивает его высокую стабильность в процессе биоконверсии субстрата (сахарозы).
Пример 10. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью.
Аналогичен примеру 1, только для приготовления биокатализатора используют углеродный материал в виде окисленных многослойных нанотрубок (МОНТ) со следующим набором свойств: диаметр 3-100 нм, длина 1-50 мкм. Величина удельной поверхности составляет 50-800 м2/г, насыпная плотность 0.05-0.4 г/см3. Биокатализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса 50, МОНТ 15, диоксид кремния 35.
Начальная активность приготовленного биокатализатора равна 1565 ЕА/г, что в 1.2 раза больше активности биокатализатора по примеру 1 (контроль). Рабочая активность составляет 900 ЕА/г. Биокатализатор обладает высокой механической прочностью в реакционных средах, что обеспечивает его высокую стабильность в процессе биоконверсии субстрата (сахарозы).
Пример 11. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью.
Аналогичен примеру 1, только для приготовления биокатализатора используют углеродный материал в виде ультрадисперсных наноалмазов (НА) со следующим набором свойств: средний размер первичных частиц 4-8 нм. Величина удельной поверхности составляет 200-300 м2/г, насыпная плотность 0.3-0.5 г/см3. Биокатализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса 50, НА 15, диоксид кремния 45.
Начальная активность приготовленного биокатализатора равна 1527 ЕА/г. Рабочая активность составляет 794 ЕА/г. Биокатализатор обладает высокой механической прочностью в реакционных средах, что обеспечивает его высокую стабильность в процессе биоконверсии субстрата (сахарозы).
Пример 12. Приготовление биокатализатора с инвертазной активностью.
Аналогичен примеру 1, только для приготовления биокатализатора используют углеродный материал в виде наноуглерода луковичной структуры (НУЛС) со следующим набором свойств: величина удельной поверхности составляет 300-600 м2/г, насыпная плотность 0.05-0.4 г/см3. Биокатализатор имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: биомасса 50, НУЛС 15, диоксид кремния 35.
Начальная активность приготовленного биокатализатора равна 2085 ЕА/г, то в 1.9 раз больше активности биокатализатора по примеру 1 (контроль). Рабочая активность составляет 972 ЕА/г. Биокатализатор обладает высокой механической прочностью в реакционных средах, что обеспечивает его высокую стабильность в процессе биоконверсии субстрата (сахарозы).
Полученные в примерах 1-12 данные представлены в таблице.
| Свойства приготовленных биокатализаторов с инвертазной активностью | ||
| Углеродный компонент 3 биокатализатора состава 50:15:35 | Начальная активность биокатализатора, ЕА/г | Рабочая активность, ЕА/г |
| Контроль (пример 1) | 1124 | 646 |
| УНВ (пример 4) | 2420 | 892 |
| УНТ (пример 7) | 1541 | 780 |
| МУНТ (пример 8) | 4511 | 3051 |
| МОНТ (пример 9) | 1565 | 1330 |
| НА (пример 10) | 1527 | 794 |
| НУЛС (пример 11) | 2085 | 972 |
При сравнении с биокатализаторами, приготовленными без углеродного компонента видно, что введение компонента 3 повышает величину как начальной, так и рабочей активности в 1.2-4.7 раза.
Пример 13. Получение инвертного сиропа с применением биокатализатора оптимального состава в процессе инверсии сахарозы.
Биокатализатор по примеру 11 с рабочей активностью 972 ЕА/г помещают в проточный реактор идеального вытеснения. Через неподвижный слой биокатализатора прокачивают 20-50%-ный сахарный сироп pH 4.6 при 50°C. Объемную скорость потока субстрата и время контакта реакционной среды с биокатализатором подбирают таким образом, чтобы на выходе наблюдалась полная биоконверсия субстрата (сахарозы) в инвертный сироп (полный инверт). Объемеая скорость составляет с объемной скоростью 0.01-0.9 л/ч. В изученных условиях инверсии сахарозы время инактивации биокатализатора превышает 250 ч.
Пример 14. Получение инвертного сиропа с применением биокатализатора оптимального состава в процессе инверсии сахарозы.
Биокатализатор по примеру 8 с рабочей активностью 3051 ЕА/г помещают в проточный реактор идеального вытеснения. Через неподвижный слой биокатализатора прокачивают 20-50%-ный сахарный сироп pH 4.6 при 50°C с объемной скоростью 1-1.8 л/ч. В изученных условиях инверсии сахарозы время инактивации биокатализатора превышает 250 ч.
Таким образом, биокатализаторы, приготовленные на основе композитных углерод-силикатных матриц, имеют начальную активность 4500 ЕА/г, что в 9 раза превышает активность биокатализатора-прототипа (500 ЕА/г). Рабочая активность биокатализаторов также многократно увеличивается (в 1.9-4.7 раз) и достигает в среднем 1200 ЕА/г.
Повышение активности происходит благодаря присутствию наноуглеродного компонента в композитной матрице биокатализатора. Приготовленные биокатализаторы используют в проточных реакторах с неподвижным слоем в процессах биоконверсии природного субстрата - сахара до инверного сиропа, содержащего глюкозу и фруктозу.
Claims (6)
1. Биокатализатор для получения инвертного сиропа, содержащий ферментативно-активную биомассу и носитель, отличающийся тем, что в качестве ферментативно-активной биомассы он содержит автолизаты дрожжей, а в качестве носителя - диоксид кремния и наноуглеродный компонент и имеет следующий состав, в мас.% по сухим веществам: ферментативно-активная биомасса-автолизаты дрожжей - 30-50, наноуглеродный компонент - 5-15, диоксид кремния - до 100%.
2. Способ приготовления биокатализатора для получения инвертного сиропа, который включает стадии смешения ферментативно-активной биомассы с носителем, высушивание, прессование и фракционирование таблетированного биокатализатора, отличающийся тем, что биокатализатор готовят путем смешения ферментативно-активной биомассы - автолизатов дрожжей с носителем - гидрогелем диоксида кремния и наноуглеродным компонентом в соотношении в мас.% по сухим веществам: ферментативно-активная биомасса - 30-50, наноуглеродный компонент - 5-15, диоксид кремния - до 100%, с последующим высушиванием при температуре не выше 50°C, прессованием и фракционированием до размера гранул 0.1-4 мм.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют гидрогель диоксида кремния, который при высушивании и прессовании переходит в ксерогель диоксида кремния.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют наноуглеродный компонент со структурой нановолокна, или со структурой углеродных нанотрубок, или со структурой наноалмазов, или со структурой луковичного наноуглерода.
5. Способ получения инверного сиропа, который осуществляют в проточном реакторе с неподвижным слоем биокатализатора, включающего ферментативно-активную биомассу и носитель, отличающийся тем, что используют биокатализатор по п.1 следующего состава, в мас.% по сухим веществам: ферментативно-активная биомасса - автолизаты дрожжей - 30-50, наноуглеродный компонент - 5-15, диоксид кремния - до 100%.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что процесс осуществляют при температуре не выше 50°C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011112911/04A RU2451546C1 (ru) | 2011-04-04 | 2011-04-04 | Биокатализатор, способ его приготовления и способ получения инвертного сиропа с использованием этого катализатора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011112911/04A RU2451546C1 (ru) | 2011-04-04 | 2011-04-04 | Биокатализатор, способ его приготовления и способ получения инвертного сиропа с использованием этого катализатора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2451546C1 true RU2451546C1 (ru) | 2012-05-27 |
Family
ID=46231611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011112911/04A RU2451546C1 (ru) | 2011-04-04 | 2011-04-04 | Биокатализатор, способ его приготовления и способ получения инвертного сиропа с использованием этого катализатора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2451546C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2539101C2 (ru) * | 2013-05-07 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | Биокатализатор, способ его приготовления и способ переэтерификации растительных масел с использованием этого биокатализатора |
| RU2634414C2 (ru) * | 2015-12-23 | 2017-10-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" (ПГНИУ) | Способ приготовления гетерогенного биокатализатора на основе бактериальных клеток, агрегированных с углеродными нанотрубками |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2158761C1 (ru) * | 1999-05-17 | 2000-11-10 | Рязанов Евгений Михайлович | Способ получения иммобилизованной инвертазы для гидролиза сахарозы |
| RU2200562C2 (ru) * | 1996-03-06 | 2003-03-20 | Хайперион Каталайзис Интернэшнл, Инк. | Функционализованные нанотрубки |
| RU2224020C2 (ru) * | 2001-12-21 | 2004-02-20 | Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН | Биокатализатор для получения инвертного сахара и способ получения инвертного сахара |
| RU2279475C2 (ru) * | 2004-09-09 | 2006-07-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Биокатализатор для инверсии сахарозы, носитель для биокатализатора, способ приготовления биокатализатора и способ инверсии сахарозы |
| RU2372403C1 (ru) * | 2008-04-23 | 2009-11-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Биокатализатор, способ его приготовления и способ получения инвертного сиропа с использованием этого биокатализатора |
-
2011
- 2011-04-04 RU RU2011112911/04A patent/RU2451546C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2200562C2 (ru) * | 1996-03-06 | 2003-03-20 | Хайперион Каталайзис Интернэшнл, Инк. | Функционализованные нанотрубки |
| RU2158761C1 (ru) * | 1999-05-17 | 2000-11-10 | Рязанов Евгений Михайлович | Способ получения иммобилизованной инвертазы для гидролиза сахарозы |
| RU2224020C2 (ru) * | 2001-12-21 | 2004-02-20 | Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН | Биокатализатор для получения инвертного сахара и способ получения инвертного сахара |
| RU2279475C2 (ru) * | 2004-09-09 | 2006-07-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Биокатализатор для инверсии сахарозы, носитель для биокатализатора, способ приготовления биокатализатора и способ инверсии сахарозы |
| RU2372403C1 (ru) * | 2008-04-23 | 2009-11-10 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Биокатализатор, способ его приготовления и способ получения инвертного сиропа с использованием этого биокатализатора |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2539101C2 (ru) * | 2013-05-07 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | Биокатализатор, способ его приготовления и способ переэтерификации растительных масел с использованием этого биокатализатора |
| RU2634414C2 (ru) * | 2015-12-23 | 2017-10-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный национальный исследовательский университет" (ПГНИУ) | Способ приготовления гетерогенного биокатализатора на основе бактериальных клеток, агрегированных с углеродными нанотрубками |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7968489B2 (en) | Methods of preparing supported catalysts from metal loaded carbon nanotubes | |
| JP2017523024A5 (ru) | ||
| CN100497170C (zh) | 颗粒脱色活性炭及其制备方法 | |
| EP2704594B1 (de) | Verfahren zur herstellung von isomaltulose aus pflanzensäften | |
| CN108793156B (zh) | 三维交联网状等级孔结构碳基多孔材料及其制备方法和应用 | |
| JP2009524439A5 (ru) | ||
| WO2015109272A1 (en) | Material and method of manufacture of electrodes and porous filters formed of ice-templated graphene-oxide and carbon nanotube composite, and applications thereof | |
| JPH01157474A (ja) | 多孔性無機物質 | |
| KR20120052483A (ko) | 메조기공이 형성된 다공성 탄소재료의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 연료전지용 촉매의 담지체 | |
| Nawawi et al. | A porous-cross linked enzyme aggregates of maltogenic amylase from Bacillus lehensis G1: Robust biocatalyst with improved stability and substrate diffusion | |
| US20170240473A1 (en) | Mesoporous materials from nanoparticle enhanced polysaccharides | |
| RU2451546C1 (ru) | Биокатализатор, способ его приготовления и способ получения инвертного сиропа с использованием этого катализатора | |
| CN109850863A (zh) | 一种类齿轮状介孔炭纳米球材料、制备方法及应用 | |
| CN114789063B (zh) | 一种硅铝固体酸催化剂、制备方法及应用 | |
| CN101423620B (zh) | 一种多孔淀粉的制备方法 | |
| Fatima | Use of nanomaterials for the immobilization of industrially important enzymes | |
| TWI762577B (zh) | 製造含有異麥芽酮糖晶體和海藻糖之固體物料之方法 | |
| Xiao et al. | Biomass-derived 2D carbon materials: structure, fabrication, and application in electrochemical sensors | |
| EP3572375A1 (en) | Graphite-like microcrystal carbon nanomaterial, preparation method therefor and use thereof | |
| CN114950364B (zh) | 生物质快速热解残渣基多孔炭球及其制备方法和应用 | |
| FR2582544A1 (fr) | Procede de preparation de supports spheriques de catalyseurs et matieres ainsi produites | |
| KR20070042373A (ko) | 카본나노튜브 절단방법 | |
| RU2372403C1 (ru) | Биокатализатор, способ его приготовления и способ получения инвертного сиропа с использованием этого биокатализатора | |
| KR102683907B1 (ko) | 셀룰라제 효소 모방 활성을 가진 나노소재 및 이를 이용한 리그노셀룰로스 바이오매스로부터 바이오에탄올 생산 증대 방법 | |
| CN113562728A (zh) | 一种蔗糖一锅法制备活性炭的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160405 |