WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 21 | 22 || 24 | 25 |   ...   | 49 |

«Т. Г. Волова БИОТЕХНОЛОГИЯ Ответственный редактор академик И. И. Гительзон Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в ...»

-- [ Страница 23 ] --

Диаметр микросфер может составлять от нескольких микрон до нескольких тысяч микрон при толщине мембран от сотен ангстрем до нескольких микрон. Безусловным преимуществом микрокапсулирования является большая площадь поверхности, приходящаяся на единицу активности иммобилизованного фермента, что позволяет использовать высокие концентрации ферментов в исходном растворе и достигать высокой эффективности их действия. При этом возможно также придать ферменту способность функционирования в неводной среде и получать высокие выходы целевого продукта высокой степени чистоты.

К методу инкапсулирования близок метод обращенных мицелл. Фермент включают в замкнутую структуру из поверхностно-активного вещества (липид, детергент), содержащую микроскопическую каплю воды.

Фермент функционирует на границе раздела двух фаз: органической, находящейся в биореакторе, и водной, заключенной в обращенную мицеллу.

Существенный интерес представляет способ включения ферментов в полые волокна. Применяют волокна, изготовленные из природных либо синтетических полимерных материалов. Раствор фермента вводят во внутренний объем полых волокон и затем «запечатывают» волокно с обоих концов. Фермент в полости волокон не претерпевает каких-либо химических модификаций, поэтому сохраняет свою активность и свойства.

Иммобилизация методом поперечных сшивок (или химического присоединения) заключается в химическом связывании молекул ферментов между собой путем образования поперечных сшивок. Для образования сшивок применяют различные агенты, несущие две и более реакционно способные группы, которые осуществляют поперечную сшивку ферментов за счет эпокси- и иминогрупп, например, эпоксиполиимины:

В качестве сшивающих агентов широко применяют также глутаровый альдегид, гексаметилендиизоцианат, хлорпроизводные триазина. Метод отличается простотой реализации и позволяет производить сшивку различных по структуре ферментов, а также ферментов с целыми клетками.

Однако часто при сшивке может происходить изменение существенное снижение активности катализатора.

Таким образом, методы иммобилизации достаточно разнообразны, причем имеется возможность использования их в сочетании. Например, адсорбцию на носителе с инкапсулированием, включение в гелевую структуру и адсорбцию и т.д. Рассмотренные методы применяются не только для иммобилизации ферментов, но также и для других биокатализаторов – целых клеток, клеточных органелл, антител, антигенов и др. Ни один из описанных методов не является универсальным, и для каждого типа катализаторов существуют свои предпочтительные методы. Ферменты иммобилизуют различными адсорбционными методами или методом поперечных сшивок, лучшим методом для иммобилизации целых клеток является включение в полимерные структуры.

Помимо создания устойчивых биокаталитических ферментных систем, важнейшей задачей инженерной энзимологии является изучение физикохимических свойств данных систем и разработка научных основ их функционирования и применения.

3.3. ПРОЦЕССЫ НА ОСНОВЕ

ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ФЕРМЕНТОВ

Сферы применения иммобилизованных ферментов разнообразны – это тонкий органический синтез и преобразование энергии, ферментная аналитика и получение целевых продуктов, конверсия растительного сырья и создание лекарственных препаратов.

Применение иммобилизованных ферментов является сегодня одним из важнейших и динамично развивающихся разделов современной биотехнологии. Объемы выпуска ферментов, применяемых в промышленных процессах непрерывно возрастают, при этом ведущие западные страны, Иммобилизованные ферменты, используемые в промышленности (по Poulsen, 1984) Иммобилизованный Объемы выпуска, Получаемый Глюкозоизомераза 1500–1750 Глюкозо-фруктозные Дания, лидирующие в этой области, ежегодно выпускают ферментов на сотни млн. долларов. Производство протеаз, глюкозоизомераз, ацилтрасфераз достигает сотен и тысяч кг/г (табл. 3.6).

Внедрение иммобилизованных ферментов в промышленные отрасли и организация на их основе принципиально новых, экологически чистых и компактных биотехнологических процессов дает ощутимый экономический эффект. Для таких процессов разрабатывают специальные биореакторы, имеющие аналогию с реакторами для химических процессов с гетерогенным катализом. Иммобилизованный фермент в таком биореакторе представляет собой неподвижную фазу, через которую протекает субстрат, подлежащий биопревращению. Реакторы бывают периодического и непрерывного действия. Чаще всего фермент, включенный в полимерную структуру, представляет собой малые сферические частицы одинакового размера. Это обеспечивает большую площадь реакционной поверхности и, следовательно, улучшение диффузии. Сферические частицы или гранулы с ферментом максимально плотно упаковывают в аппарате. В результате этого концентрация каталитического агента, участвующего в биотехнологическом процессе, значительно выше по сравнению с ферментационными системами на основе микробных клеток. Повышение концентрации биокатализатора обеспечивает большую производительность аппарата и более высокий выход продукта. Одностадийные превращения субстрата с использованием иммобилизованных ферментов осуществляются обычно в проточных реакторах с перемешиванием, псевдоожиженным слоем, а также в реакторах с полыми волокнами (рис. 3.3).

Все представленные системы имеют определенные ограничения в части неравномерного распределения катализатора, а также перепадов давлеКлапан выхода Рис. 3.3. Типы реакторов с иммобилизованными катализаторами (по Дж. Вудворду, 1988).



А – реактор колоночного типа, Б – Реактор с перемешиванием, ния. Применяют реакторы колоночного типа, реакторы с перемешиванием на базе магнитной или подвесной мешалки. В реакторах с перемешиванием возможно разрушение довольно мягких частиц геля. Оригинальна конструкция биореактора «корзиночного» типа, в котором для предотвращения разрушения гранул перемешивание осуществляется за счет вращающейся проволочной «корзины», в ячейках которой иммобилизованы гранулы с включенным ферментом. В данном варианте реализованы два типа иммобилизации: полимерные гранулы с включенными молекулами фермента сами иммобилизованы в ячейках проволочной сетки. Применяются также биореакторы периодического действия, без протока, в которых фермент, включенный в гель в виде монолитного блока, заполняет весь объем аппарата. В толще геля в процессе иммобилизации и формирования монолита или после завершения этого процесса для осуществления газо- и массообмена формируют вертикальные каналы.

Эра биореакторов для иммобилизованных биокатализаторов только начинается; их конструкции непрерывно совершенствуются применительно к различным биотехнологическим процессам, реализуемым на их базе.

Эти процессы относятся к сфере органического синтеза и медицины, конверсии растительного сырья и преобразования энергии, производства пищевых веществ и напитков.

Иммобилизованные ферменты в пищевой промышленности В истории пищевой технологии, насчитывающей тысячелетия, иммобилизованные биокаталитические системы (ферменты, клетки) за последние 20–25 лет вписали совершенно новые страницы, обозначив принципиальные сдвиги в области самих технологий и в улучшении качества пищевых продуктов. Все большее применение в развитых странах находят биотехнологических процессы получения глюкозо-фруктозных сиропов, оптически активных L-аминокислот из рацемических смесей, диетического безлактозного молока, сахаров из молочной сыворотки, синтеза Lаспарагиновой и L-яблочной кислот из фумаровой кислоты.

Получение глюкозо-фруктозных сиропов, важный с точки зрения диетологии процесс, впервые был реализован в промышленности в 1973 г. американской компанией «Клинтон Корн». В настоящее время это самый крупный промышленный процесс на основе иммобилизованных ферментов.

Фруктоза по сравнению с глюкозой, обладая более приятным вкусом, на 60–70 % слаще, то есть ее потребляется меньше обычного сахара, кроме того, метаболизм фруктозы в организме человека не связан с превращением инсулина, она менее вредна для зубов и т.д. Технологии получения глюкозо-фруктозных сиропов за короткий срок были разработаны и освоены в промышленных масштабах многими западными странами. В 1980 г. их выпуск составил 3.7 млн. тонн. Продукт с товарным названием «изоглюкоза» поступает на рынок в виде сиропов, содержащих глюкозу и фруктозу в соотношении, близком к 1:1; с использованием разделительных процессов типа жидкой хроматографии содержание фруктозы может быть повышено до 90 %.

Биохимическая сущность процесса сводится к превращению (изомеризации) глюкозы, предварительно полученной в результате гидролиза кукурузного или картофельного крахмала, во фруктозу под воздействием иммобилизованной глюкозоизомеразы. Реакция протекает в одну стадию до тех пор, пока в реакционной смеси соотношение глюкозы и фруктозы практически не уравняется. Конечным продуктом может быть данный раствор; фруктоза может быть отделена из раствора, а глюкоза – подвергнута дальнейшей изомеризации. Процесс протекает непрерывно в реакционных колоннах высотой 5 м, заполненных слоем катализатора – иммобилизованного фермента в виде полимерных гранул, полых волокон, кусочков геля и т.д. Технические детали процесса и способы иммобилизации фермента подробно в литературе не описаны, так как являются секретом производства. Время полуинактивации фермента составляет от 20 до суток, то есть заменять или обновлять катализатор приходится раз в 2– месяца. Производительность биореакторов варьирует от 1 до 9 т глюкозофруктозного сиропа на 1 кг иммобилизованного фермента. По экономическим оценкам, выполненным в Венгрии на основе анализа производства глюкозо-фруктозных сиропов мощностью 120 тыс. т кукурузного зерна в год, производство такого типа экономичнее в 1.5 раза по сравнению с традиционным получением сахара из сахарной свеклы. Датская компания «Ново» рекомендует в качестве лучших следующие параметры процесса: активность катализатора – 200 межд. ед./г, высота слоя катализатора – 5 м, линейная скорость потока – 3.6 м/ч., производительность реактора – 400 т в сутки.

Корпорацией «Цетус» (США) разработан новый процесс получения 100 % фруктозы из глюкозных сиропов. На первом этапе глюкоза под действием иммобилизованной пиранозо-2-оксидазы окисляется в Dглюкозон, который на втором, химическом, этапе на палладиевом катализаторе практически со 100 % выходом восстанавливается до фруктозы.

США планируют к 2000 г. заменить на 30–40 % потребление сахара такими фруктозными сиропами, Япония – резко сократить экспорт сахара за счет биотехнологического процесса изомеризации глюкозы во фруктозу.

Получение L-аминокислот ферментативным разделением химических рацемических смесей D,L-аминокислот реализовано на промышленном уровне фирмой «Танабе Суйяку» в 1969 г. В качестве исходного сырья используют полученные химическим синтезом ацилированные D,Lаминокислоты (метионин, валин, фенилаланин, триптофан), раствор которых пропускают через колонку объемом 1 м3, заполненную иммобилизованной аминоацилазой. Фермент гидролизует L-ацил-изомеры, после отщепления объемной ацил-группы более мелкие и растворимые молекулы L-аминокислот выводятся из биореактора через мембрану. В конце концов в реакционной смеси остаются только ацил-D-аминокислоты, которые при нагревании вновь рацемируются на D- и L-изомеры. Период полуинактивации фермента, иммобилизованного на полимерной смоле, составляет дней. Периодически в колонку доливают свежую порцию раствора фермента, который вновь адсорбируется смолой. Время работы колонки без смены носителя составило более 8 лет.

В Италии фирмой «Сентрале дель Латте» в середине 80-х годов реализован первый коммерческий процесс получения безлактозного молока.



Pages:     | 1 |   ...   | 21 | 22 || 24 | 25 |   ...   | 49 |
 



Похожие работы:

«1 Школьные конкурсные проекты предлагают простые энергетические решения для сохранения климата Всероссийский конкурс SPARE 2011-2012 учебного года в рамках шестого международного конкурса школьных проектов по энергоэффективности Энергия и среда обитания проводился под лозунгом Сохраним климат с помощью простых энергетических решений. Цель конкурса: внедрение идей и методов энергосбережения в обществе, создание у школьников мотивации для сбережения ресурсов и энергии. Конкурс поддерживается...»

«Памятные даты: 2014 год – Год науки Россия - ЕС; 2014 год – Год культуры в Российской Федерации; 2014 год – Год кристаллографии; 2014 год – 180-летие Гидрометеорологической службы России; 2014 год – 300-летие Нижегородской губернии; 2005 – 2015 гг. – Международное десятилетие действий Вода для жизни; 2011– 2020 гг. – Десятилетие биоразнообразия Организации Объединенных Наций; 2005 – 2014 гг. – Десятилетие образования в интересах устойчивого развития; 2014 – 2024 гг. – Десятилетие устойчивой...»

«А.Е. Алоян ДИНАМИКА И КИНЕТИКА ГАЗОВЫХ ПРИМЕСЕЙ И АЭРОЗОЛЕЙ В АТМОСФЕРЕ Курс лекций Москва 2002 УДК 519.21 Издано при финансовой поддержке ББК 22.16 Российской академии наук A51 по программе целевых расходов Президиума РАН Алоян А.Е. Динамика и кинетика газовых примесей и аэрозолей в атмосфере / Курс лекций. – М.: ИВМ РАН, 2002. – 201 с. – ISBN 5-901854-05-5 Изложен курс лекций по математическому моделированию динамики и кинетики малых газовых примесей и аэрозолей в атмосфере, читаемый автором...»

«Ян Вапаавуори Министр экономики Министерство труда и экономики Финляндии 2 Финляндия в цифрах и фактах – Как...»

«Смотрите на обороте Поддерживая модернизацию эффективность и инновации Предварительный каталог выставки Официальная поддержка ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ КАТАЛОГ ВЫСТАВКИ Собственник и устроитель Генеральный спонсор Представлено При поддержке: ® www.hydrovision-russia.com Совместно с СОДЕРЖАНИЕ 2 Содержание/Регистрация участия в 10-14 Программа конференции HydroVision Russia HydroVision Russia 3 Приглашение на HydroVision Russia 15 Консультативный совет 4 Приглашение от Министерства HydroVision...»

«Москва 2004 г. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КООПЕРАТИВ НАУЧНО – ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА ЭКИП Разработка и внедрение энергосберегающих технологий с применением тепловых насосов. Калнинь Игорь Мартынович руководитель работы, д.т.н., профессор, зав. кафедрой холодильной и криогенной техники МГУИЭ, заслуженный деятель науки и техники РФ. Накоряков Владимир Елиферьевич академик Российской академии наук, гл. научный сотрудник ИТ СО РАН. Григорьева Нина Ильинична д.т.н., гл. научный сотрудник ИТ СО РАН. Попов...»

«Содержание Пленарная сессия: Комплексные проекты 6 Технологии и универсальные модульные комплексы для переработки металлосодержащих отходов с получением товарных металлов Серегин А.Н., ФГУП Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. 6 И.П. Бардина.... Автоматизированные технологии оценки состояния и динамики растительных ресурсов наземных экосистем на основе дистанционного мониторинга – подходы, методы и технологические решения Бондур В.Г., Государственное учреждение...»

«1 Юрий Бялый. Управляемый хаос. Глобальный радикальный ислам в энергетических и транспортных войнах XXI века / Сборник статей Радикальный ислам: взгляд из Индии и России. – М.: МОФ-ЭТЦ, 2010, с. 87-130. Юрий Бялый УПРАВЛЯЕМЫЙ ХАОС Глобальный радикальный ислам в энергетических и транспортных войнах XXI века 1. Концепция управляемого хаоса Концепция управляемого хаоса, видимо, возникла в глубокой древности. В частности, ее элементы можно увидеть в стратегии Римской империи эпохи завоеваний...»

«Сфера космической деятельности связана с широкомасштабными возможностями и большими экономическими выгодами. Одна из главных характеристик ее современ ного развития заключается в небывалых темпах наращивания усилий различных стран и организаций по овладению космическими ресурсами. Применение космических средств в развитых и развивающихся странах уже можно рассматривать как общеми ровую тенденцию. Поэтому актуальность вопросов, связанных с ракетно космической деятельностью развивающихся стран2,...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.