Способ получения полимерной композиции

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК РЕТЕНИЯ ТЕНТУ,Харрис 849/05,ЕРНОЙ аряженов, нукГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Патент СССР по заявке М 333кл, С 08.) 3/00, 30,01,91.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКОМПОЗИЦИИ(57) Использование; для соных макромолекул белков,Изобретение относится к получению гранулированных ионообменных композитов на основе производных целлюлозы, способных связывать заряженные макромолекулы, которые могут быть использованы, в частности, в пищевой промышленности.Целью изобретения является улучшение адсорбционных и связующих свойств композиции.Указанная цель достигается тем, что полученный известным способом и выделенный сухой продукт подвергают одной или нескольким обработкам в воде или водном солевом растворе, имеющем удельную проводимость, не превышающую 7000 овалов, при температуре 60-100 С. Время обработки составляет от получаса до 5 ч. Предпочтительной температурой обработки является 80-100 С. Может быть использована водопроводная вода, депонизированная вода или разбавленный солевой раствор, имеющей удельную проводимость,.ЫЛ, 1838339 А я)5 С 08 ) 3/00, С 081/28 леиновых кислот и т.п, При обработке пищевых отходов, сточных вод. Сущность изобретения: целлюлозу смешивают с окисью алюминия (или двуокисью титана) и полистиролом, нагретым до пластического состояния, при массовом соотношении указанных компонентов 30:20:50, Полученный продукт измельчают. Суспендируют в водном растворе, содержащем неорганическую соль и основание. В суспензию добавляют диэтиламиноэтилхлорид, Суспензию нагревают, Выделяют, сушат продукт и подвергают одной или нескольким обработкам в воде или водном солевом растворе, имеющем удельную проводимость, не превышающую 7000 опйоз, при 60-100 С. 5 табл,предпочтительно, более 1000 цапов, Указанная обработка композиции проводится втечение времени, достаточном для повышения адсорбционной способности по отношению к макромолекулам,Получаемая композиция в особенностипригодна для адсорбции и иммобилизацииглюкозизомеразы.Вследствие высокой загрузочной емкости ионообменных препаратов целлюлозы,содержащих глюкозизомеразу, при их использовании в промышленности для превращения больших количеств глюкозы вфруктозу могут применяться сравнительнонебольшие реакторы.Кроме того, вследствие такой высокойзагрузочной емкости, субстрат и полученный продукт находятся в условиях изомеризации очень непродолжительное время, Этиусловия изомеризации, как правило, способствуют образованию небольших количеств нежелательных побочных продуктов, 1838339что связано с реакционноспособностью фруктозы, ПоэтоМу, чем дольше фруктоза находится в этих условиях, тем в большихколичествах образуются такие нежелатель- НЫО яобОЧНЫЕ ПрадуКтц. ТаКИМ ОбраэОМ, В.-секая загрузочная емкость ионообменной целлюлозы приводит к желаемой степени иэомеризации субстрата в короткое время с. уменьшением времени, в течение;Оторого фруктоэа находится в условияхизомериэации. 1 Лзвестные препараты, содержащие негранулированную ионообменную целлюлозу, имеют недостаток, заключающийся в их "уплотнение", вследстВие чего их применяют в виде небольшихслоев с целью избежать трудности, связанных с избыточным обратным давлением. НоДаже В случае применения небольших слоеВсугцествует возможность каналообразования и,как следствие, недостаточная степеньконтактирования субстрата со связаннойили иммобилизованной глюкозизомеразой, Хотя и созданы определенные препараты иммобилиэованной глюкозизомеразы сцелью свести к минимуму указанные трудности, они страдают другими недостатками, например, их ферментативная способность или активность на единицу объема не такВысока, как хотелось бы, и/или они не такэкономичны, как ионообменная целлюлоза,Б соответствии с изобретением получено гранулированное производное целлюлозы двух типов, В гранулированном производном целлюлозы первого типа в ка,естве загустителя применяют окись алюминия, я В Гранулированном проиэВОдномцеллюлозы второго типа в качестве загустигеля применякт двуокись титана, Для получения обоих композитов применяют следующуо меодику, Агломерат получаютсмешиванием 30 ч. целлюлозы и 20 ч. загустителя (Окись аломиния для типаи двуокись титана для типа 11) и полученнуюсмесь перемешивают 10 мин с 50 частями полистирола В двухваликовом нагретом160,80" С, смесителе, После охлажденияГГОлученный компоэит размалывают и просеивают через сито на 40-80 меш.Ь Один иэ ДВУХ пластикоВых сосуДа на 2 л с четырьмя горлами, снабженного мешалкой, термометром с регулятором нагрева вод;:. холодильником и нагревательнойоболочкой, загружают 300 г гранулированной целлчолозы или типа . или типа 11(ГЦ 1 или Г 11,1) и 942 мл деионизированной воды. Г 1 О; перемешиванли добавляют 300 г безводного сульфата натрия и затем 82 г 50%ной Гидооокиси натрия, К каждой нагретойд и";: реакционной смеси с помощью наес:,.а поибавля 1 ОТ 117 50%-ного диэтилами 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ноэтилхлорида(ДЭХ), Реагент прибавляют в течение двух часов, Смесь перемешивают 30 мин при 40 С, затем в каждый сосуд добавляют 62 г КаОН и в течение 2 ч прибавляют дополнительные 117 диэтилхлорида, Затем реакционную смесь нагревают около 30 С при 60 С, охлаждают и добавлением 30%-ной Н 2304 устанавливают рН 6,5. Полученные продукты обозначают как гранулированное производное целлюлозы типа 1 (ГЦ 1) и гранулированное производное целлюлозы типа 11(ГЦ 1).Полученные в результате гранулированные композиты могут рассматриваться как исходные с точки зрения последующей адсорбции макромолекул, Т,е, исходный композит в употребляемом здесь смысле - это композит, ранее не подвергавшийся обработке и не загружавшийся такими макромолекулами,Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение, чо без его ограничения.П р и м е р 1. Данный пример показывает повышение адсорбционной способности по отношению к ферменту - глокозизомеразе, достигнутое в результате обработки гранулированного производного целлюлозы (ГПЦ 1) с окисью алюминия в качестве эагустителя водой при 90 С.50 г сухого свежего базового (с,б.) ГПЦ 1 просеивают через сито из нержавеющей стали М. 60 меш. (стандарт США) из нержавеющей стали с применением 24 л воды иэ распылителя душа,Просеянное ГПЦ обезвоживают на воронке из плавленного стекла, присоединенной к вакуумной колбе, после чего переносят в бутылку и обозначают как образец А.К 600 мл деионизированной воды в стакане на 1000 мл из нержавеющей стали добавляют 21,7 г сухого базового (сух,б) просеянного ГПЦ 1. Стакан помещают в водяную баню, нагретую до 90 С, и смесь перемешивают 30 мин при 90 С.Горячую смесь фильтруют через грубую воронку из сплавленного стекла, присоединенную к колбе Бюхнера, после чего частицы ГПХ вновь помещают в стакан из нержавеющей стали на 1000 мл. В стакандобавляют вторую порцию деионизированной воды (600 мл) и смесь. вторично нагревают при перемешивании в течение тридцати минут на водяной бане при 90 С,Горячую смесь фильтруют как ранее, после чего частицы ГПЦ в третий раз обрабатывают 30 мин на водяной бане при 90 С 600 мл деионизированной воды. После окончательного фильтрования обезвожен 1838339ное, трижды обработанное ГПЦ, помещают в бутылку и обозначают как образец В,Адсорбционную способность обработанного ГПЦ по отношению к глюкозизомеразе определяют по методике с определением в одной точке, В пластиковую колбу на 140 мл с крышкой помещают 4,835 г с.б, (2,0262 г сух.б.) обработанного ГПЦ (образец В), и 50 мл деионизированной воды, К полученной смеси добавляют 0,5 мл 1 М трис-буфера (рН 7) и 1,25 мл глюкозизомераэы (5412 мл) с активностью 6765 (МЕГИ).Глюкозизомераэа может быть выделена из экстрактов, содеркащих фермент, с помощью хорошо известных способов. Эти способы очистки включают (но без ограничения только ими): центрифугирование, осаждение солью (напрсульфатом аммония) и колоночной хроматографией (напр., ионообменной или аффинной хроматографией),Международная единица глюкозиэомеразы (МЕГИ) - это такое количество фермента, которое способно превратить 1 микромоль глюкозы в фруктоэу в минуту в растворе, содержащем 2 моль глюкозы, 0,02 моль МцЯО, 0,001 моль СоС 2 на литр при рН 6,84 - б 85 (0,2 М малеата натрия) при температуре 60 С.Для создания удельной проводимости в 9,5 х 10 огппоз добавляют хлорид натрия и смесь перемешивают 1 ч, Добавление разбавленной НС устанавливают рН 7,1 и образец перемешивают 4 ч. После отстаивания образец прозрачной жидкости разбавляют 1;10 и анализируют, Найденз, что активность прозрачной жидкости в целом соответствует 803 МЕГИ. Таким образом 2,0262 г сух,б, ГПЦ адсорбировали в целом 596 Л МЕГИ, что соответствует 2940 МЕГИ/г сух,б, ГПЦьИспользованием той же методики для исходного ГПЦ (образец А) определена адсорбционная способность в 1955 МЕГИ/г ГПЦ сух.б, с тем же ферментом. Таким образом, высокотемпературная обработка .приводит к повышени 1 о адсорбционной способности ГПЦ по отношению к ферменту на 50%.П р и м е р 2, Данный пример показывает возрастание абсорбционной способности гранулированного производного целлюлоза с двуокисью титана в качестве загустителя (ГПЦц) при его обработке водой при 90 С,65,5 г с,б, образца (34,5 г сух.б,) ГПЦц перемешива 1 от в стакане с 600 мл деионизированной воды (комнатная температура) и затем просеивают через сито В 60 меш, (стандарт США) из нержавеющей сталл с30 К. 60 меш, (стандарт США) с удалением мелких частиц, затем обезвоживают на фильтреиз сплавленного стекла, переносят в бутылку и обозначают, как образец С,Еще одну порцию в 34,5 г сух,б. образцаГПЦц трижды обрабатывают порциями по 600 мл деионлзиоованной соды, каждый разв течение 1/2 ч на водяной бане при 90 С.Полученный продукт затем промывают насите К. 60 меш, (стандарт США) с удалением мелких частиц с использованием около 24 л воды, Полученный образец ГПЦц обеэвоживают, помещают в бутылку и обозначают,как образец О.Четыре образца взвешивают и для нихопределяют адсорбционную способность поотношению к ферменту гл юкозизомеразы (ГИ), Полученные результаты приведены втабл.1.П р и м е р 3. В данном примере показана адсорбционная способность образцов гранулированной целлюлозы (ГЦ), сначала переведенной в производные с различными количествами ДЭХ и затем обработаннойпри 90 С водой.Получение производных,В шесть четырехгоолых сосудов из пластика емкостью 2 л, снабженных мешалкой,термометром с регулятором нагревания по времени, холодильником и обогревательной оболочкой, помещают 300 г стандартно 5 10 15 20 25 применением 24 л воды из душа, Промытое ГПЦ обезвоживают на фильтре из плавленного стекла, перенося в бутылку и обозначают, как образец А. Этот образец является контрольным, не прошедшим обработку при 90 С.Другую порцию в 34,5 г сух,б, образца ГПЦц вместе с 600 мл деиониэированной воды помещают в сгакан иэ нержавеющей стали, Стакан помещают в водяную баню, нагретую примерно до 90 С и взвесь перемешивают при температуре водяной бани 1 ч, Полученный продукт промывают на ситах Ь 60 меш, (стандарт США) из нержавеющей стали с целью удаления мелких частиц с применением около 24 л воды, Образец обеэвоживают в воронке из сплавленного стекла, помещают в бутылку и обозначают, как образец В.Еще одну порцию в 34,5 г сух.б, образца ГПЦв вмес" ". .",.;.:,;= изированной воды помещают в стакан из нержавеющей стали и обрабатывают по вышеприведенной методике на водяной бане при 90 С в течение 1/2 ч. Твердое вещество отфильтровывают., вновь суспендируют в 600 млдеионизированной воды и повторно обрабатывают нагреванием 1/2 часа на водяной бане при 90 С, Продукт промывают на сите5 10 15 20 25 30 35 ао 45 50 55 го ГПЦ (смесь полистирола, целлюлозы и двуокиси титана в качестве эагустителя, соответственно. 50, 30 и 20,о , получение см, выше) и 942 мл деионизированной воды. При перемешивании добавляют 300 г безводного сульфата натрия и затем 82 г 50 о - ного гидроксида натрия. В каждом случае к нагретой до 40 С реакционной смеси с помощью насоса Тессо прибавляют определенное количество хлоргидрата диэтиламиноэтилхлорида (ДЭХ), соответствующеео 50 о/ 600/ УОоо 80 о 90 ои 100% ной стандартной концентрации. 50 ДЭХ прибавляют 2 ч,Реакционные смеси перемешивают 30 мин при 40 С и затем в каждый из пласти" ковых сосудов прибавляют 62 г 50%-ного гидроксида натрия и вторую половину 50% ДЭХ в течение 2 ч,Реакционные смеси нагревают около 30 мин при 60 С, охлаждают и добавлением И 2 ЯО 4 (30-ной) устанавливают рН. Условия реакции для какдого продукта приведены в табл.2. Просеивание и промывание. Продукты реакции просеивают черезсито М. ЗО меш, (стандарт США) и собирают на сите М. 60 меш. (стандарт США) использованием какдый раэ около 24 л воды из душа. Продукт от каждого просеивания (т.е.30-60 меш. по стандарту США) перемешивают в 2000 мл воды и промывают на сите К 60 (стандарт США) использованием 24 л воды иэ душа, Твердое вещество вновь диспергируют в 2000 мл воды и вновь промывают на сите М 60 меш, (стандарт США) с использованием в каждом случае 24 л воды из душа, Шесть продуктов реакции обезвокивают на фильтре иэ сплавленного стекла,Высокотемпературная обработка, В стаканы из нержавеющей стали на 1000 мл помещают по 50 г сух,б, продукта и 600 мл деионизированной воды и стаканы ставят на водяную баню при 90 С, после чего взвеси ГПЦ перемешивают 2 ч при температуре бани. Твердое вещество отделяют горячим фильтрованием на грубом фильтре из сплавленного стекла и затем суспендируют в 600 мл деионизированной воды и снова перемешивают 2 ч на водяной бане при 90 С, Полученные горячие взвеси ГПЦ фильтруют через грубый фильтр из сплавленного стекла и затем твердое вещество повторно суспендируют в 600 мл деионизированной воды и снова нагревают 2 ч на водяной бане при 900 С. После фильтрования трижды обработанные ГПЦ просеивают на сите М 60 меш, (стандарт США) с промыванием 24 л воды из душа. Полученные продукты обеэвоживают и в них определяют адсорбционную способность по отношению к глюкоэизомеразе. Ниже приведены полученныерезул ьтаты.Содержание ДЭХ, о 100 90 80 7060 50Адсорбционная способность после обработки при 90 С (МЕГИ/г ГПЦ, сух,б.)3130 2714 2538 2538 2468 1953Как можно было бы ожидать, адсорбционная способность по отношению к глюкозизомеразе будет умейьшаться взависимости от концентрации ДЭХ. ОднакоГПЦ, полученное использованием только60% ДЭХ обладает адсорбционной способностью, эквивалентной ГПЦ, полученномусо 100% ДЭХ, но не обработанного при 90 С(см, пример 2),П р и м е р 4. В данном примере показано действие температуры обработки на .адсорбционную активность ГПЦ,300 г сух.б. образца ГПЦц просеивают ипромывают по методике примера 2. Просеянное ГПЦ обезвоживают на воронке изсплавленного стекла и тщательно перемешивают. Образцы смешанного ГПЦц суспендируют в деионизированной воде (10мл/г сух.б.), Образцы перемешивают 2 ч приразличных температурах в интервале 50 -100 С, Образцы ГПЦ 1 затем отделяют фильтрованием в воронках иэ сплавленногостекла. В каждом образце ГПЦц отбираютпробу для анализа, а остальное количествоГПЦн вновь суспендируют в свежей водедля повторной двухчасовой обработки. После второй обработки образцы ГПЦи отделяют фильтрованием, в них также отбираютпробу для анализа и затем их в третий раэсуспендируют в воде и обрабатывают, После третьей обработки образцы ГПЦи промывают холодной водой на сите М 60 меш.,обезвоживают фильтрованием и тщательноперемешивают, Оставшиеся образцы послеоднократной и двукратной обработки такжепросеивают, обезвоживают и смешивают.Адсорбционную способность каждогоиз полученных образцов ГПЦц по отношению к глюкозизомеразе определяют по ме.тодике примера 1, но с использованиемнескольких точек адсорбции для,различныхколичеств ГПЦи при постоянном количествефермента, Адсорбциоюную способностьрассчитывают по кривой зависимости активности изомераэы от массы добавляемогоГПЦН. Полученные результаты приведены втабл.3,При всех испытанных температурах адсорбционная способность улучшалась засчет многократной обработки. Адсорбционная способность повышалась с увеличением10 1838339 температуры обработки, так что адсорбционная способность удваивалась после двухили трех обработок при 100 С.П р и м е р 5. В данном примере показано влияние высокотемпературной обработки на улучшение адсорбционнойспособности ГПЦ по отношению к белку,отличному от глюкозизомеразы.Для определения того, будет ли обработка горячей водой улучшать адсорбционную способность по отношению к другим .белкам так же, как по отношению к глюкоэизомеразе, 0,2 раствора альбуминабычьей сыворотки (АБС) получают растворением белка в 10 мМ трис-буфера (рН 7). 15Добавлением хлорида натрия удельнуюпроводимость в растворе устанавливаютравной 9000 опЬоз,Образцы промытого и просеянногоГПЦп, а также ГПЦл, трижды обработанного 20при 100 С по методике примера 4, используют для определения адсорбционной способности по отношению к АБС. Взвешенныепорции каждого образца ГПЦп суспендируют в аликвотах на 50 мл раствора АБС и 25перемешивают 60 мин, Образцы ГПЦ оставляются отстаиваться под действием силы тяжести, после чего отбирают образцыпрозрачного верхнего слоя с целью опреде 30 ленные. в табл.4 55 ления концентрации растворенного АБС по ультрафиолетовому поглощению при 280 км, Адсорбционную способность подсчитывают по разнице концентраций растворенного АБС до и после добавления ГПЦц. Обработанный при 100 С ГПЦи адсорбирует 19,7 мг АБС/г сух.б., в то время как необработанный ГПЦ адсорбирует только 11,6 мг БСА/г сух.б. Таким образом, обработка при 100 С увеличивает адсорбционную способность по отношению к альбумину бычьей сыворотки примерно на 70 .П р и м е р 6, В данном примере показано влияние высокотемпературной обработки на другие носители, для которых известна способность адсорбировать глюкозизомеразу.Для определения того, является ли улучшение адсорбционной способности ГПЦ после обработки горячей водой общим свойством адсорбентов изомеразы, несколько носителей, для которых известна способ-. ность адсорбировать глюкозизомеразу, 2 ч обрабатывают при 90 С водой, Затем определяют адсорбционную способность по отношению к изомеразе для необработанных и обработанных носителей, Испытаниям подвергались волокнистая ДЭАЭ-целлюлоза ватман (1), макропористая полистирол-четвертичный аминная смола(2) и макропористая полифенол-четвертичный аминная смола (3). 35 40 45 50 Порции в 10 г каждой смолы суспендируют в 100 мл деиониэированной смолы и перемешивают 2 ч при 90 С. Затем смолы отделяют, обезвоживают в воронке из сплавленного стекла и по методике примера 4 определяют адсорбционную способность по отношению к иэомеразе. Никакой разницы в адсорбционной способности обработанных и необработанных носителей 1,2,3 не обнаружено, Адсорбционная способность ватмана снизилась после обработки с 3407 МЕГИ/г для необработанного носителя до 2429 МЕГИ/т. Таким образам, обработка водой не улучшает адсорбционной способности любого другого, не относящегося к ГПЦ, носителя.П р и м е р 7. В данном примере показано, что высокотемпературная обработка как водопроводной водой, так и разбавленным солевым раствором, также эффективна для повышения адсорбционной способнос ГПЦ.Для сравнения с деионизированной во-. дой водопроводной воды (удельная проводимость 620 ещЬоз) и разбавленного раствора хлорида натрия (удельная проводимость 5000 цвйоз) образцы ГПЦи трижды обрабатывают по методике примера 4 при 90 С каждым раствором, Затем по методике примера 1 определяют адсорбционную способность по отношению к глюкозизомеразе, Получены следующие результаты, представОбработка водопроводной водой почти также эффективна, как и обработка деионизированной водой, для повышения адсорбционной способности ГПЦ. Разбавленный солевой раствор (0,05 М чаС) более эффективен, по сравнению с деионизированной или водопроводной водой,П р и м е р 8, В данном примере показано влияние удельной проводимости (концентрации соли) на обработку ГПЦ.Для определения влияния удельной проводимости на эффективность обрабогки образцы ГПЦ трижды обрабатывают при 100 С по методике примера 2 растворами хлорида натрия с различной удельной проводимостью. Затем по методике примера 1 определяют для каждого образца, обработанного ГПЦ, адсорбционную способность по отношению к глюкозизомераэе. Получены следующие результаты, представленные в табл.5.Во всех случаях обработка улучшает адсорбционную способность ГПЦ, по сравнению с необработанным контрольным образцом. Оптимальное улучшение достигается после обработки солевым раствором с удельной проводимостью 1000 ипзйоз (0,01 н. МаС),1838339 Таблица 1 Таблица 2 Таблица 3 Адсорбционная способность обработанных ГПЦл Ф ор мул а и во бр ете н и я Способ получения полимерной композиции, способной адсорбировать или связывать заряжен н ы е ма к ро молекулы, включающий смешение целлюлозного материала и окиси алюминия или двуокиси титана с полистиролом, нагретым до пластического состояния, при массовом соотношении 30:20:50, измельчение полученного продукта, суспендирование его в водном растворе, содержащем неорганическую соль и основание, добавку диэтиламиноэтилхлорида в суспензию, нагрев суспензии, выделение и сушку целевого продукта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения адсорбционных и связующих свойств композиции, выделенный сухой продукт подвергают одной или нескольким обработкам в воде или водном,солевом растворе, имеющем удель ную проводимость, не превышающую 7000цгпЬоз, при 60 - 100 С,14 13 1838339 Продолжение табл, 3 а блиц лица Составитель О, РокачевскаяТехред М,Моргентал Кор А. Моты едакт каз 2902 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101