SK279610B6

SK279610B6 - Spôsob izolácie kryštalickej alfa, alfa-trehalózy

Info

Publication number: SK279610B6
Application number: SK697-95A
Authority: SK
Inventors: Miroslav Bleha; Jaroslav Prchlík; Vladimír Janoušek; Jan Schauer; Jiří Stuchlík
Original assignee: Ústav Makromolekulární Chemie Av Čr; Vúfb
Priority date: 1993-09-28
Filing date: 1994-09-23
Publication date: 1999-01-11
Also published as: SK69795A3; CZ281723B6; CZ202593A3; EP0674717A1; WO1995009243A1; CA2150256A1; JPH08506248A

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu izolácie disacharidu α,α-trehalózy (α-D-glukopyranozyl-a-D-glukopyranozidu), ktorý je dôležitou surovinou resp. medziproduktom v potravinárskom priemysle, farmácii a biochémii.

Doterajší stav techniky α,α-Trehalóza sa dá získať izoláciou zo širokého radu prírodných látok, najmä z plavúnky schúlivej (Selaginella lepidophylla), pôvodom z juhozápadu USA, teraz pestovanej v krajinách Blízkeho východu. V súčasnej dobe sú najvhodnejším zdrojom tohto disacharidu pekárenské kvasnice, najmä kvôli svojej dostupnosti, nízkej cene a relatívne vysokému obsahu α,α-trehalózy.

Izolácia α,α-trehalózy z pekárenských kvasníc bola prvýkrát opísaná už v roku 1936 (Myrback, K., Ortenblad, B.: Biochem. Z. 288, 329 /1936/) a jej modifikovaná forma (Stewart Z. C., Richtmyer N.K., Hudson C. S.: J. Am. Chem. Soc. 72, 2059 /1950/) je využívaná na prípravu α,α-trehalózy dodnes. Okrem toho JP 04360692 a 05091890 opisujú spôsob izolácie α,α-trehalózy z pekárenských kvasníc extrakciou alkoholom, resp. organickým rozpúšťadlom.

Podstatnou nevýhodou týchto postupov, ktorá obmedzuje predovšetkým ich priemyselnú aplikáciu, je spôsob uskutočnenia deproteinizácie pridaním vodného roztoku síranu zinočnatého k zahustenému alkoholickému extraktu kvasníc a nasledujúce vyzrážanie síranových aniónov roztokom hydroxidu bárnatého. Tento spôsob deproteinizácie vyvoláva nielen značné nároky na purifikáciu produktu, ktorého požadovaná vysoká čistota je daná farmaceutickými alebo potravinárskymi aplikáciami, ale taktiež veľké množstvo tuhého organického odpadu, ktorého likvidácia vyžaduje značné finančné nároky na investície, energiu a suroviny.

Uvedené nevýhody v podstatnej miere odstraňuje spôsob izolácie kryštalickej α,α-trehalózy podľa predloženého vynálezu, kde využitím moderných membránových procesov sa získal postup, ktorý sa vyznačuje vysokou kvalitou produktu, nízkymi investičnými nákladmi, nízkym ekologickým zaťažením, dostupnými surovinami a relatívne vysokým výťažkom.

Podstata vynálezu

Predmetom predloženého vynálezu je spôsob izolácie kryštalickej α,α-trehalózy izoláciou z pekárenských kvasníc, pri ktorom sa pekárenské kvasnice extrahujú etanolom s koncentráciou 70 až 96 % obj., získaný etanolový extrakt sa po odfiltrovaní tuhého podielu vákuovo zahustí na koncentráciu α,α-trehalózy 2 až 30 % hmotn., ktorého podstata spočíva v tom, že potom nasleduje membránový filtračný proces, pozostávajúci z ultrafiltrácie cez ultrafiltračnú membránu s deliacou hranicou molekulových hmotností vyššou ako 500, a získaný číry roztok sa po odfarbení aktívnym uhlím privedie do styku s ionomeničom v H⁺ cykle, potom v OH' cykle. Získaný demineralizovaný roztok sa vákuovo zahustí na koncentráciu 40 až 85 % hmotn. a po pridaní etanolu v množstve 0,5 až 1,5 : 1,0, vztiahnuté na obsah α,α-trehalózy, sa nechá kryštalizovať pri teplote od -5 °C do +25 °C a vykryštalizovaná α,α-trehalóza sa izoluje alebo prekryštalizuje z etanolu po opätovnej demineralizácii.

Spôsob izolácie podľa vynálezu sa dá uskutočniť tak, že sa pred ultrafiltráciu prípadne predradí mikrofiltrácia cez mikrofiltračnú membránu so stredným priemerom pórov od 0,05 do 5 pm, najlepšie 0,05 až 0,15 pm.

Ďalším znakom spôsobu podľa vynálezu je, že sa uskutočňuje kontinuálnou ultrafiltráciou cez ultrafiltračnú membránu s deliacou hranicou molekulových hmotností vyššou ako 500, s pripadne predradenou mikrofiltráciou cez mikrofiltračnú membránu so stredným priemerom pórov od 0,05 do 5 pm, najlepšie 0,05 až 0,15 pm.

Pri vykonávaní spôsobu podľa vynálezu sa na extrakciu použije etanol s koncentráciou výhodne 85 až 96 % objemových.

Ďalej sa pri vy konávaní spôsobu podľa vynálezu sa s výhodu ako katex používa styréndivinylbenzénový kopolymér so silne kyslými sulfoskupinami a ako anex styréndivinylbenzénový kopolymér s kvartémymi dimetylhydroxyetylamóniovými výmennými skupinami.

Podľa vynálezu sa dá postupovať tak, že sa pekárenské kvasnice extrahujú v 96 % etanole, denaturovanom izopropanolom, pri normálnej teplote, vyextrahované kvasnice sa odfiltrujú a z filtrátu sa vákuovo oddestiluje etanol. Získaný vodný alebo vodno-alkoholický roztok s koncentráciou α,α-trehalózy 10 až 40 % hmotn. sa podrobí ultrafiltrácii ultrafiltračnou membránou s deliacou hranicou molekulových hmotností vyššou ako 500 alebo je možné vodný roztok po oddestilovaní etanolu najskôr vystaviť mikrofiltrácii mikrofiltračnou membránou so stredným priemerom pórov od 0,05 do 5 pm a potom ultrafiltráciou ultrafiltračnou membránou s deliacou hranicou molekulových hmotností vyššou ako 500. Číry vodný roztok je po odfarbení aktívnym uhlím deionizovaný na stĺpcoch katexu a anexu a zahustený na vákuovej odparke na vodný sirup s koncentráciou 50 až 70 % hmotn. α,α-trehalózy. Z tohto sirupu sa disacharid kryštalizuje po pridaní etanolu v množstve cca 1 : 1, vzhľadom na obsah α,α-trehalózy pri normálnej alebo zníženej teplote. Filtráciou izolovaná kryštalická α,α-trehalóza sa suší pri 40 až 60 °C pri zníženom tlaku. Za predpokladu produkcie kryštalickej α,α-trchalózy s čistotou vyššou ako 99 % hmotn. je nutné vykonať rekryštalizáciu tejto surovej substancie z etanolu po deionizácii obdobným postupom.

Spôsobom podľa vynálezu sa pripraví α,α-trehalóza s uspokojivým výťažkom a vysokou kvalitou, čo umožňuje jej ďalšie priame použitie napríklad vo farmácii alebo v potravinárstve. Okrem extrahovaných kvasníc, ktoré sa dajú ďalej zužitkovať, nie sú produkované žiadne významné odpady, čoho výsledkom je podstatne menší ekologický dopad tejto technológie v porovnaní so súčasnými výrobami α,αtrehalózy'. Táto skutočnosť sa taktiež významne pozitívne prejavuje v nižších investičných a prevádzkových nákladoch výroby podľa predloženého vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

1000 g pekárenských kvasníc sa za intenzívneho miešania extrahuje pri normálnej teplote 3000 ml 96% etanolu, denaturovaného 6 % izopropanolu, počas 45 minút. Suspenzia sa sfiltruje a filtračný koláč sa premyje 250 ml etanolu. Získaný filtrát sa na vákuovej odparke (20 torr, teplota kúpeľa 60 °C) zahustí na objem 400 ml a vpraví sa do filtračnej komôrky s objemom 450 ml s účinným miešaním filtrovanej kvapaliny a s mikrofiltračnou membránou Synpor® so stredným priemerom pórov 0,12 pm. Nad filtrovanou kvapalinou a membránou je pretlak 0,08 MPa, získaný

SK 278610 B6 pomocou dusíka, privedeného z tlakovej fľaše. Prefiltruje sa 380 ml kvapaliny. Tento filtrát sa podrobí ultrafiltrácii v rovnakej komôrke, ale vybavenej ultrafiltračnou membránou z polysulfónu s deliacou hranicou molekulových hmotností 2000. Nad filtrovanou kvapalinou a membránou je teraz pretlak 0,25 MPa. Získa sa 360 ml filtrátu.

360 ml číreho vodného roztoku sa odfarbí pridaním 10 g aktívneho uhlia a po jeho odfiltrovaní sa vykoná deionizácia na stĺpci 300 ml Wofatitu KPS v H⁺ cykle a na stĺpci 215 ml Wofatitu SBK v OH' cykle. Po premytí ionexov 1500 ml vody sa spojené roztoky vákuovo odparia (20 torr) na vodný sirup s koncentráciou α,α-trehalózy 71 % hmotn. Po pridaní 50 ml etanolu prebieha kryštalizácia pri normálnej teplote počas 16 hodín. Vykryštalizovaná α,α-trehalóza sa izoluje filtráciou na frite G-2. Po premytí filtračného koláča 50 ml etanolu a sušení za vákua (50 °C, 15 torr) sa získa 31,5 g kryštalickej α,α-trehalózy s čistotou 97,1 %. Zahustením materských roztokov a kryštalizáciou pri uvedených podmienkach sa získalo ďalších 2,7 g kryštalického produktu.

Príklad 2

250 g sušených pekárenských kvasníc sa rozmieša pri laboratórnej teplote s 580 ml demineralizovanej vody na pastu, ktorá sa ďalej extrahuje počas 30 minút 2000 ml 96% etanolu, denaturovaného 7 % izopropanolu. Suspenzia sa sfiltruje a filtračný koláč sa premyje 2150 ml 70% etanolu, denaturovaného izopropanolom. Získaný filtrát sa na vákuovej odparke (20 torr, teplota vodného kúpeľa 60 °C) zahustí na objem 400 ml, vpraví sa do filtračnej komôrky s objemom 450 ml s kontinuálnym tokom filtrovanej kvapaliny nad membránou a s ultrafiltračnou membránou z acetátu celulózy s deliacou hranicou molekulových hmotností 5000. Nad filtrovanou kvapalinou je pretlak 0,2 MPa. Prefiltruje sa 350 ml roztoku, ktorý sa odfarbí pridaním 13 g aktívneho uhlia a po jeho odfiltrovaní sa vykoná deionizácia na stĺpci 280 ml Wofatitu KPS v H⁺ cykle a pridaním do roztoku 250 ml Wofatitu SBK v OH' cykle (pH deionizovaného roztoku dosiahne hodnoty 4,2). Po odfiltrovaní anexu a premytí obidvoch ionexov 900 ml vody sa spojené roztoky vákuovo odparia (20 torr) na vodný sirup s koncentráciou α,α-trchalózy 79 % hmotn.. Po pridaní 80 ml etanolu prebieha kryštalizácia pri teplote 5 “C počas 12 hodín. Po filtrácii a premytí filtračného koláča 40 ml etanolu sa získa 42,1 g surovej α,α-trehalózy s čistotou 98,2 %, ktorá sa sušila pri laboratórnej teplote. Zahustením materských roztokov a rekryštalizáciou pri uvedených podmienkach sa získali ďalšie 3,2 g produktu.

45,3 g kryštalickej surovej α,α-trehalózy sa rozpustilo v 190 ml demineralizovanej vody s teplotou 40 °C a uskutočnila sa deionizácia na stĺpci, obsahujúcom 5 ml Wofatitu KPS v H⁺ cykle a 10 ml Wofatitu SBK v OH“ cykle. Získaný deionizovaný roztok sa vákuovo odparil (20 torr) na vodný sirup s koncentráciou 68 % (hmotn.) α,α-trchalózy. Po pridaní 40 ml 96% etanolu, denaturovaného 5 % izopropanolu, prebieha kryštalizácia počas 10 hodín pri teplote 5 °C. Vykryštalizovaná α,α-trehalóza sa izoluje filtráciou. Po premytí filtračného koláča 25 ml etanolu a sušení za vákua (50 °C, 15 torr) sa získa 41,4 g α,α-trehalózy s čistotou 99,7 %.

Priemyselná využiteľnosť

Disacharid α,α-trehalóza, vyrobený spôsobom podľa vynálezu, je dôležitou surovinou alebo medziproduktom vo farmácii, potravinárskom priemysle alebo biochemickom výskume.

Claims

1. Spôsob izolácie kryštalickej α,α-trehalózy izoláciou z pekárenských kvasníc, pri ktorom sa pekárenské kvasnice extrahujú etanolom s koncentráciou 70 až 96 % obj., získaný etanolový extrakt sa po odfiltrovaní tuhého podielu vákuovo zahustí na koncentráciu α,α-trehalózy 2 až 30 % hmotn., vyznačujúci sa tým, že po vákuovom zahustení nasleduje membránový filtračný proces, pozostávajúci z membránovej ultrafíltrácie s deliacou hranicou molekulových hmotností vyššou ako 500, membránovej mikrofiltrácie so stredným priemerom pórov od 0,05 do 5 pm, najlepšie 0,05 až 0,15 pm a získaný číry roztok sa po odfarbení aktívnym uhlím uvedie do styku s iónomeničom v H⁺ cykle, potom v OH' cykle, získaný demineralizovaný roztok sa vákuovo zahustí na koncentráciu 40 až 85 % hmotn. a po pridaní etanolu v množstve 0,5 až 1,5 : 1,0, vztiahnuté na obsah α,α-trehalózy, sa nechá kryštalizovať pri teplote od -5 do +25 °C a vykryštalizovaná α,α-trehalóza izoluje alebo rekryštalizuje z etanolu po opätovnej demineralizácii.

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že katexom je styréndivinylbenzénový kopolymér so silne kyslými sulfoskupinami a anexom je styréndivinylbenzénový kopolymér s kvartémymi dimetylhydroxyetylamóniovými výmennými skupinami.

3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že ultrafiltrácii, ktorá sa vykonáva kontinuálne, predchádza mikrofiltrácia mikrofiltračnou membránou so stredným priemerom pórov od 0,05 do 5 pm, najlepšie 0,05 až 0,15 pm.

4. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že pred ultrafiltráciu je predradená mikrofiltrácia mikrofiltračnou membránou so stredným priemerom pórov od 0,05 do 5 pm, najlepšie 0,05 až 0,15 pm.

5. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že na extrakciu sa použije etanol o koncentrácii s výhodou 85 až 96 % objemových.