SU1429938A3 - Способ обработки содержащей полисахарид культуральной жидкости ХаNтномоNаS самреSтRIS - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к биотехнологии и касаетс  обработки водного раствора .гетерополисахарида,который может быть использован в процессах вторичного и третичного извлечени  нефти. Целью изобретени   вл етс  по- вьшение качества обработки за счет улучшени  физико-хиьшческих свойств раствора. Способ заключаетс  в oм, что культуральную жидкость Xanthomo- nas campestris подвергают энзимоти- ческой обработке препаратом Новозим 234, который содержит сбалансированное соотношение различных видов гидролитических ферментов. При этом перед введением ферментного препарата культуральную жидкость предварительно; -прогревают. Полученный раствор обладает лучшими фильтруемостью, прозрачностью и впрыскиваемостью. 5 табл. g

Description

i Изобретение относитс  к биотехно- :логии и касаетс  обработки водного jраствора гетерополисахарида, который :может быть использован в процессах вторичного и третичного извлечени  нефти.

Цель изобретени  - повышение качества обработки за счет улучшени  физико-химических свойств раствора. ; Растворы полисахаридов, представ- )л ющие собой гидрофильные коллоиды, I получают в результате ферментации I бактерий вида Xanthomonas campestris j на углеводном сырье. Пригодные дл  (использовани  с этой целью углеводы- ; глюкоза, сахароза, фру1стоза, мальтоза, лактоза,крахмал.Сбраживание углевода осуществл етс , как правило, в водной среде, содержащей до 100 г/л углево- да. Среда брожени  может, кроме того, содержать источник фосфора, источник магни , который  вл етс  активатором энзимов, и источник азота, который может быть органического, минерального или смешанного, органоминерально- гоJпроисхождени .

В результате процесса брожени  и производства полисахарида культураль- на  жидкость (сусло) обычно содержит примерно 15-50 г/л полимера, а также различные составл ющие, включа  клетки бактерий, клеточные остатки, остаточные протеины, и минеральные ионы.

Биополимер может быть извлечен из сусла посредством осаждени  с помощью агента осаждени , например изопропа- нола, фильтрации и сушки.

Способ согласно изобретению можно примен ть к растворам, полученным ПОсредством разведени  коммерческого биополимера в порошке, однако наиболее целесообразной с целью дальнейшего применени  дл  извлечени  нефти . использовать культуральную жидкость.

Содержащий мутаназу энзим добавл ют к водному раствору, содержащему 0,15 - 30 мас.% полисахарида, и смесь вьщерживают при перемешивании или без

него при температуре от температуры окружающей среды до 60 С, предпочтительно 25 - 55°С, в т(ачение 4 - 24 ч и более при рН 3,5-7. Целесообразно установить рН равным 4-5,8 посредством добавлени  минеральной или органической кислоты, например серной, фосфорной, азотной, уксусной, муравьиной .

д 0 5

0

Q 5

0

5

Если подлежащий обработке раствор приготовлен-из выделенного из бро- . дильного сусла порошок, целесообразно , чтобы концентраци  полисахарида была 0,25-1,5%.

Если обрабатьшают цельное бродильное сусло, концентраци  полисахарида, как правило, составл ет 1,5-20 мас.%. Цельное сусло может быть продуктом, непосредственно полученным в результате брожени , в этом случае концентраци  составл ет 1,5-5%. Или это может быть сусло, сконцентрированное традиционными методами до содержани  полисахарида, примерно 20%.

Способ обработки растворов полисахаридов включает энзиматическую обработку и заключаетс  во введении в контакт этих растворов с эффективным количеством сложного энзима, содержащего мутанозу.

Мутанозы представл ют ceMejiCTBo энзимов, главное общее свойство которых заключаетс  в их способности воздействовать на 1 , 3-глюкозидные св зи в положении альфа. Мутаназы получают посредством культивации соответствую- пщх микроорганизмов на среде, основным источником, углерода которой  вл етс  мутан, вьщел емый каким-либо стрептоккоком, например Streptococcus mutans СВ S № 350-71. Микроорганизмы , гене рирующие мутаназы, это Tri- choderma hargi arauni,Peni ci Ilium f uni- culosum, Penicillium melinii, Peni- ciIlium janthinellum.

Содержащий мутаназу продукт, кото рый предпочтительно используетс  в предлагаемом способе, получают из Trichoderma hargianum. Культивацию Trichoderma hargianum осуществл ют с целью получени  oi -1,3-глюконазы (мутаназы ) , способной гидролизовать ci - 1,3 глюкан.

В ходе энзиматических микробных

с

брожений в отсутствие особых-опти- . мальных условий получают .несколько родственных энзиматических составл ющих при сравнительно посто нных соотношени х . Промьпаленный продукт, который используетс  согласно изобретению , продаетс  под торговой маркой Новозим 234 фирмой Novo Industri A./S. Этот энзим про вл ет, помимо главной матаназной активности, целлу- лазную, ламинариназную, ксиланазную, хатиназную и проте1 на: 1ную активность.

Количество сложного энзима.

л емого к водному раствору, должно быть достаточным дл  обеспечени  разложени  нерастворимых полисахаридов. и бактериальных клеточных остатков.

Это количество одновременно зависит от знзиматической активности комплекса , от содержани  в подлежащем обработке растворе нерастворимых ве- ществ и от условий энзиматической обработки .

При использовании комплекса Ново- зим 234 о.бычно достаточно количества 0,1-3 мас.% по отношению к массе ксантеновой смолы. , Рациональное количество может также быть расчитано по отношению к азоту, содержащемус  в среде и исход щему главным образом- из биомассы. -Энзима V-в количестве 20150 г, предпочтительно 40-100 г, на 100 г азота, как правило, достаточно дл  разрушени  и бактериальных остатков , и нерастворимых веществ небактериального происхождени .

Энзиматическую обработку можно . также проводить с растворами полисахаридов , которые предварительно ос-с ветлены известными методами, например

посредством пастеризации, центрифуги- JQ патронами, в которых полимер может

ровани , фильтрации через диатомные земли и т.д.

Раствор полисахарида, который j, представл ет собой цельное бродильное сусло, до энзиматической обработки подвергаетс  нагреванию до 60 - 150° С в течение от 5 мин до 2ч. Установлено , что сочетание термической обработки с энзиматической обработкой приводит к заметному осветлению растворов ксантановой смолы. Лучшие результаты с точки зрени  свойств агента в зкости, ф mьтpyeмocти и впрыскиваемости получены с помощью . термической обработки бродильного сусла при рН 3,5 - 6,2, предпочтительно 4 - 5,5, при температуре 60-110 С, предпочтительно 80-100 С, в течение 5-60 мин, предпочтительно 15-30 мин, за которой следует обработка комплексным энзимом.

Получаемые в результате знзиматической обработки растворы гетерополи-. сахаридов, а также выделенные из этих растворов порошки могут быть использованы зо всех случа х, когда требуютс  осветленные продукты, например при вторичном и третичном извлечении нефти.

35

40

45

50

55

быть подвержен высоким градиентам скорости (1000 10000 ),значительно снижающим реальную в зкость продукта, что позвол ет осуществит : быструю транспортировку в промышлен I ньгх аппаратах с большой поверхность ( 10-50 м ) и улучшенный перенос. Дл данного процесса можно использовать мембранные фильтры, например, из це люлозы, полиамида, полибензимидазол акрилового сополимера, полиакрилони рила, полисульфона, полифторида ви- нилидена, сложных комплексных полиэлектролитов , пороги фильтрации кот рых 10-100000,

Расход зависит от температуры, д лени , скорости прохождени , а такж от в зкости и концентрации биополим ра и составл ет 5-50 лДч м)при лин ной скорости 0,5-5 м/с. Температура может быть от температуры окрл,гжающе среды до 80 С, давление - пор дка 1 15 бар, предпочтительно 1-6 бар.

Обычно ультрафильтраци  позвол е получить концентрацию 70-180 г биоп лимера на 1 кг сусла. Если сложный энзим добавл ют до ультрафильтрации энзиматическа  реакци  продо.тжаетс  во врем  фазы концентрации полимера

29938

-

Q 15 20 25

Слабоконцентрированный раствор экономически невыгодно транспортировать . При испльзовании полимера в порошке возникает проблема повторного растворени  на мес те пользовани , В определенных случа х целесообразно производить концентрирование раствора биополи 5ера. Концентраци  может быть осуществлена с помощью традиционных приемов, например выпаривани  или ультрафильтрации, Последни :: метод  вл етс  предпочтительным, так как он более экономичен и позвол ет раздел ть в промьшшенных услови х молекулы с низким и высоким молекул рным весом и концентрировать полимеры без изменени  их реологических свойств. Установлено- , что ультрафильтраци  даже при высоком градиенте скорости не измен ет свойств агента в зкости ифиль- труемости растворов.

Концентраци  путем ультрафштьтра- ции может осуществл тьс  с использованием известных технологий и оборудова- . ни , например с помощью аппаратов с фильтровальными патронами, спирал ми, тру- бами. Предпочтительно использовать аппараты с рифленными фильтровальными

5

0

5

0

5

быть подвержен высоким градиентам скорости (1000 10000 ),значительно снижающим реальную в зкость продукта, что позвол ет осуществить : быструю транспортировку в промышлен- I ньгх аппаратах с большой поверхностью (10-50 м ) и улучшенный перенос. Дл  данного процесса можно использовать мембранные фильтры, например, из целлюлозы , полиамида, полибензимидазола, акрилового сополимера, полиакрилонит- рила, полисульфона, полифторида ви- нилидена, сложных комплексных полиэлектролитов , пороги фильтрации которых 10-100000,

Расход зависит от температуры, давлени , скорости прохождени , а также от в зкости и концентрации биополимера и составл ет 5-50 лДч м)при линейной скорости 0,5-5 м/с. Температура может быть от температуры окрл,гжающей среды до 80 С, давление - пор дка 1- 15 бар, предпочтительно 1-6 бар.

Обычно ультрафильтраци  позвол ет получить концентрацию 70-180 г биополимера на 1 кг сусла. Если сложный энзим добавл ют до ультрафильтрации, энзиматическа  реакци  продо.тжаетс  во врем  фазы концентрации полимера.

5.14

Возможна очистка раствора полисахарида с помощью диафилБтрации пос-- редством посто нного или периодического добавлени  воды во врем  или после ультрафильтрации со скоростью, Е значительной мере соответствующей скорости отбора ультрафильтрата. Молекулы с низкой молекул рной массой, Получаемые в результате реакции эн- (зиматического разложени , удал ютс  JB пермеат. Очищенный таким образом Продукт обладает улучшенными свойствами по в зкости.

Термическа  обработка в кислой .среде в сочетании с энзимат1гческой обработкой позвол ет улучшить показа- тели ультрафильтрации по сравнению с необработаннь 1М термически суслом . ;.или с суслом, которов подвергнуто об- ;работке в услови х нейтрального или щелочного рН, В частности, при той же поте ;ре напр жени  на контактах ультра- . (фильтрата термическа  обработка в ;кислой среде позвол ет получить более Концентрированные растворы биополиме- ipa прп более значительных расходах {питани . Таким образом, можно полу-г чить концентрацию 200 и даже 300 г па . 1 кг сусла.

Пример 1. Используют бродильное сусло с содержанием ксантено- вой смолы 8 г/л, полученное в результате брожени  Xanthomonas cam- :pestris.

Одну фракцию сусла концентрируют Посредством ультрафильтрации, исполь- ; эу  прибор UFP 0, снабженный мембранными патронами 1 RIS 3038 (торговые марки инофирмы до концентрации i кг сусла.

Устанавливают рН второй фракции 5,5, добавл   концентрированную серную кислоту, затем эту фракцию нагре- ВЕЮТ до в течение 5 мин. После охлаждени  сусло концентрируют ультрафильтрацией , как и первую фракцию, до концентрации 112 г/кг.

К 1 кг каждой фракции концентрированного сусла добавл ют 1,1 г Новози- ма 234 (торгова  марка фирмы Novo Industri A/S). Смесь выдерживают 14 ч при 30 С при перемешивании, затем охлаждают до температуры окружающей ере Ды.

Дн  обработанного таким образом сусла определ ют в зкость раствора с

Рон Пуленк Решерш), 1 12 г биополит-iepa на

f

концентрацией ксантановой смолы 1000 М.Д., содержащего 5 г/л NaCl, а также мутность раствора при 1000 м.д.

Измерени  в зкости осуществл етс  с помощью вискозиметра Брукфилда, . снабженного приставкой UL, при 25 С дл  степени сдвига 7,3 .

Мутность определ ют посредством измерени  оптической плотности при 650 нм дл  оптического пути 4 см.

Результаты представлены в табл.1.

Обработано Новозимом 234 без термической обработки 42,5 0,4|5

Обработано при 100°С, рН 3,5, затем обработано Новозимом 234 63, 1 О , 144

Обработано при

, рН 5,5

не обработано

(контроль) 59,5 0,749

Пример 2. Используют бро- диль ное сусло, содержащее 80 г ксантановой смолы на 1 кг сусла,которое сконцентрировано непрерьшным способом с помощью ультрафильтрацки из неочищенного сусла с концентрацией 15,6 к/кг, обработанного при рН 5,5 в течение 15 мин при , и без термической обработки.

К 1 кг концентрированного сусла добавл ют 1 г Новозима 234. Смесь выдерживают 14 ч при 40 С при перемешивании , затем охла}ада от до температуры окружающей среды.

Эффективность обработки относи- , тельно способности к фнльтруемости и впрыскиваёмости опреде.п етс  по тестам, которые описаны ниже, в сравнении с таким же суслом, не. подверженным эн- зиматической обработке.

Результаты прехиг.тавлены в табл.2,

,Т а б л

а 2

Да

5028,4

(83 мл)

3.

Her

Нет

Засорение

Испытание истечени  или фильтруе- мости с посто нным расходом позвол ет установить  вление засорени , которое может про витьс  при впрыскивании разведенного раствора биополимера в залежи нефти и, следовательно, измерить пригодность раствора биополимера дл  применени  в ходе сопутствующего извлечени  нефти.

Принцип этого испытани  заключаетс  в том, что растворы с посто нным pacxoдo 4 пропускают через калиброванный фильтр. Потер  давлени  ( йР) на контактах фильтра, вызванна  прохождением раствора биополимера, характеризует пригодность к фильтрации

Дл  соблюдени  условий, имеющихс  в месте применени , растворы испытывают . , с одинаковой в зкостью (а не с одинаковой концентрацией).

Испытани  осуществл ют в следующих услови х: температура 30°С, расход 22,5 мл/ч; фильтры марки Milli- роге диаметром 47 мм, с диаметром пор 3, 8 и 12 мкм.

Приготовлез1ие растворов. Сусло разводитс  в содержащей соли воде (50 г/л NaCl и 5 г/л СаС,) так, чтобы полученный раствор имел в з- . кость 35 мПа-с (измер етс  вискозо- метром Брукфилда с пристг.вкой UL при , степень сдвига 7,3 с.

Потер  давлени  ДР измер етс , когда 350 ьш раствора оказьтагзтс  отфильтрованными . Если давление превышает 50 мбар, число в скобках указывает объем раствора, который был профильтрован при достижении давлени  50 мбар..

(О,10 мл)

10 мн  10 tEKH iO MitH 48 с0,390

() (450кп) (740 ш)

Засоренпе0,860

Испытание впрыскивани  при посто нном давлении позвол ет установить свойства впрыскиваемости разведенных растворов биополимера. Принцип заключаетс  в том, что растворы под посто нным давлением пропускают через калиброванный фильтр. Истекающий в зависимости от времени объем характеризует впрыскиваемость.

Испытание провод т в следующих услови х: фильтры марки Millipore диаметром 47 мм с диаметром пор 0,8- 8 мкм; давление 3 бар, приготовление растворов идентично приготовлению растворов в испытании на фильтруемость с посто нным расходом. В зкость равна 35 мПа-с (Брукфилд с приставкой UL, 7,2с- )..

Фиксируют врем , израсходованное на протекание 000 ьш раствора. Если это врем  превосходит 10 мин, величина в скобках указьшает объем раствора , который был профильтрован.

П р и,-М е р 3. Вли ние энзимати-: ческой обработки на впрыскиваемость разведенных растворов, полученных из порошка ксантановой смолы, который был осажден из обработанного сусла.

Из сусла, обработанного Новозимом . 234 по примеру 2, вьздел ют биополимер посредством осаждени  с помощью изо- пропанола. Волокна промывают, сушат и перемальшают.

Дл  сравнени  биополимер выдел ют из фракции того же сусла, но до знзи- матической обрегботки,

-

Развод т 5 г порошка водой, содержащей соли, с помощью смесител  марки

Warnip Blender так, чтобы в зкость nony ienHoro растпора была равна 35 , а концентраци  солей 50 г/л KaCl н 5 г/л CaClj.

Испытуемый раствор

Волокна необработанного сусла

Волокна сусла, обработанного Новозимом 234

ПримерА. 20 кг бродильного сусла, содержащего 15,6 г ксантеновой смолы на 1 кг смолы, термически обрабатывают в течение 15 мин при 100 С рН 5,5.

К 5 кг обработанного и охлажденног го до 40 С сусла добавл ют 1 г Ново- зим 234 и вьщерживают раствор в течение 10 ч при 40°С. Сусло затем концентрируют посредством ультрафильтрации на UFP 2 (торгова  марка фирмы Рои-Пуленк Решерш), снабженной мембранными .фильтрами IRIS 3038 А из ак- рилонитрила с фильтрующей поверхностью 0,022 м . Сусло концентрируетс  до содержани  80 г на 1 кг сусла.

Отбирают 100 г сусла дл  испытани  на впрыскиваемосТь при посто нном расходе .

Каждый из этих растворов подверга- етс  тесту впрыскивани  при посто нном давлении, описанному в предыдущем примере. Результаты представлены в табл.3.

Таблица 3

Впрыск1шаемость при посто нном давлении 3 бар - врем  дл  прохождени  1000 мл раствора с 35 мПа-с через приоритетные фильтры, мкм

10 мин 10 мин

30 с

(220 мл) (905 мл)

1 мин 52 с

32 с

19 с

(580 мл)

Оставшеес  сусло промьшают известным способом (диафильтраци ) при 55 С проточной водой в количестве, в 5 раз превьш1ающем вес сусла, на том же аппарате, а затем вновь концентрируют до 80 г/кг. По мере промывки конечна  концентраци  азота в оставщем- с  веществе уменьшаетс , достига  в конце операции 20% от начального содержани  .

- Результаты теста на впрыскивае- мость с посто нным расходом представлены в табл, 4 в сравнении с суслом, которое концентрировалось посредством ультрафильтрации без термической обработки и без знзИматической обработки (контрольна  проба).

Концентраци  на UF

815 35 50 44

(22,5 мл)

Обработано Нрвозимом

234, концентраци  на

Обработано Новозимом 234, концентраци  на UF-, диафильтраци 

П р и м е р 5, Дл  определени  эф

фективности комплексного ферментного препарата Новозим 234 по сравнению с ферментным препаратом Киталаз  используетс  ксантанова  смола Кильзан. Ксантановую смолу развод т в воде, содержащей соли, педемешива  при дл  получени  ксантанового раствора 6000 ч. на млн. Добавл ют 25 ч. на млн Алкалазы или 25 ч. на млн Но- возима 234. Раствор, содержащий Новозим доводитс  до рН 6 (рН, способст- вующий ферментной активности). Кажда  смесь перемешиваетс  при 25 С в течение 4ч.

Не обработанный со сдвигом без сдвига

Обработанный Алкалас

со сдвигом 0,030 1100 3,7 3,15 без сдвига 0,033 540 3,5 3,15

Таблица 4

35,3 37

12,1 1.7

37,2 35,1

11,4 1,8

В конце обработки часть растворов подвергают усили м сдвига в соплах при Р пор дка 30 бар. Каждый образец разбавл ют водой USBR дл  ксантановой концентрации 300 «i. на млн. Измер ют оптическую плотность, Фильтруемость определ етс  на фильтре 1,2 мм путем измерени  количества раствора, отфильтрованного на 5 мин при давлении 1,4 бар. В зкость измер етс  прибором Брукфилда.

Результаты испытаний представлены в табл.5..

200 120

3,6

3,5

3,2 3,2

Ф ормула изобретени 

Способ обработки содержащей поли- сахарид культуральной жидкости Xaлtho mpnas campefetris, предусматривающий вйедение в нее комплексного фермент- Hijjro препарата, обладающего целлюло- зблитической,,3-глюконазной и . п|)отеазной активност ми, с последую- imjiM инкубированием, отличаю - и с   тем, что, с целью повьше- нй  качества обработки за счет улуч- ш4ни  физико-химических свойств раст-

вора, в качестве комплексного фер-.. ментного препарата используют Ново- зим 234, обладающий дополнительно ,3-глюконазной активностью, кото- рый ввод т в количестве 0,1-3 .мас.% в расчете на 0,15-30 мас.% полисахарида культуральной жидкости, при этом инкубирование осуществл ют при 30-60 С в течение 4-14 ч, а перед введением ферментного перпарата на культуральную жидкость предварительно прогревают при 60-100 С в течение 5-60 мин и устанавливают при3,5-6,2.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ обработки содержащей полисахарид культуральной жидкости Xanthompnas campefetris, предусматривающий введение в нее комплексного ферментного препарата, обладающего целлюлозблитической, =1 ,3-глюконазной и протеазной активностями, с последующем инкубированием, отличающей й с я тем, что, с целью повышения качества обработки за счет улучшения физико-химических свойств раст- 3Q вора, в качестве комплексного фер-.. ментного препарата используют Ново20 зим 234, обладающий дополнительно ού-l,3-глюконазной активностью, который вводят в количестве 0,1-3 мас.% в расчете на 0,15-30 масД полисахарида культуральной жидкости, при

   25 этом инкубирование осуществляют при 30-60 С в течение 4-14 ч, а перед введением ферментного перпарата на культуральную жидкость предварительно прогревают при 60-100 С в течение 5-60 мин и устанавливают приЗ,5-6,2.