OR3-CH2COOR3 Триглицериды метанол глицерол эфиры где R1 R2 R3- алкильные группы.
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
7) Использование липазы для получения биодизеля
Биодизель получают из масел, содержащих триглицериды, путем переэтерификации метанолом:
CH2OC=OR1
|
CHOC=OR2 + 3 CH3OH → (CH2OH)2CH-OH + CH3COO-R1 + CH3COO-R2 + CH3OC=O-R3
|
CH2COOR3
Триглицериды + метанол → глицерол + эфиры,
где R1, R2, R3: алкильные группы.
В результате применения метанола образуется метиловый эфир жирной кислоты, в результате использования этанола - этиловый эфир.
Стадии получения биодизеля:
- отжим масла из целых семян и отделение жмыха для использования в качестве органического удобрения
- нейтрализация щелочью, содержащейся в масле избыточной свободной жирной кислоты, и отделение мыльного остатка
- добавление антиоксиданта и продувка масла сухим воздухом для уменьшения содержания воды
- обработка масла соответствующим количеством метанольного раствора КОН, высушенного над безводным сульфатом натрия
- отделение глицеринового слоя, образовавшегося в ходе реакции
- обработка слоя метилового эфира жирной кислоты глицерином в два приема для дальнейшего уменьшения содержания метанола, катализатора и других примесей в слое метилового эфира жирной кислоты
- отделение глицерина
- промывка слоя метилового эфира жирной кислоты водой в два приема для минимизации содержания примесей
- отделение промывных вод
- добавление дополнительного количества антиоксиданта к метиловому эфиру жирной кислоты и продувка сухим воздухом для минимизации содержания воды
- объединение глицериновых слоев и обработку с помощью SOx или топочного газа для превращения отработанного катализатора КОН в K2SO4 или K2CO3 соответственно
- установление pH до примерно 7 и отгонка метанола из глицеринового слоя
- горячее центрифугирование оставшейся массы для отделения соли калия от глицерина
- промывка соли для удаления примесей
- отделение необходимого количества сырого глицерина для промывки слоя метилового эфира жирной кислоты в следующей порции и также для других применений, где непосредственно используется сырой глицерин
- отгонку оставшегося сырого глицерина с низким содержанием воды для получения очищенного глицерина.
Данный способ позволяет получать биодизель, удовлетворяющий международным стандартам и с высоким выходом.
В качестве катализаторов промышленного производства биодизеля применяют предварительно обработанную иммобилизованную липазу Candida antarctica Lipase. Предварительно обработанную иммобилизованную липазу готовят вымачиванием иммобилизованной липазы в спирте, содержащем не менее трех атомов углерода, и для предварительной обработки липазы требуется до 48 часов. Такие способы являются слишком медленными для промышленного применения.
Существуют три основные трудности в использовании липазы для получения биодизеля. Первая трудность состоит в том, что липаза значительно дороже щелочи. Во-вторых, способ с липазой требует до 48 часов для завершения реакции, что значительно дольше, чем при основном катализе. Третья трудность заключается в том, что активность липазы сравнительно низка и требуется ее предварительная обработка спиртом, содержащим не менее трех атомов углерода. Другая проблема ферментативного катализа состоит в том, что переэтерификация метанолом, который является предпочтительным спиртом для получения биодизеля, протекает чрезвычайно медленно и в большинстве случаев только с низкой конверсией, если вообще идет.
10) Способы сушки ферментных препаратов
Сушка ферментных препаратов – это фактор, который влияет на биосинтез ферментов в процессе культивирования и имеет целью получить стабильный при хранении ферментный препарат из культуральной жидкости, ее концентрата, из пастообразной массы, образующейся при высаливании концентрата культуральной жидкости, осаждении фермента спиртом или другими осадителями и т. д.
Для обезвоживания ферментных растворов и осадков применяют сушку в вакуум-сушильных шкафах, распылительных и сублимационных установках.
- Вакуум-высушивание. В вакуум-сушильных шкафах высушивание осадков производится в тонком слое (не более 0,5 см) при температуре около 30-60 С, и остаточном давлении 13-136 Па. Длительность высушивания в вакуум-сушильных шкафах зависит от остаточного давления в камерах, толщины слоя, структуры высушиваемого осадка и температуры теплоносителя. Сначала материал нагревается до температуры сушки, при которой удаляется вся поверхностная влага. Удаление тем интенсивнее, чем больше подводится к высушиваемому материалу тепла и чем быстрее удаляются пары воды. Второй период сушки менее интенсивен, так как происходит удаление влаги из глубинных слоев материала. Подогрев осуществляется теплотой радиации, поступающей от воды, имеющей температуры на входе около 80—85 °С на первой стадии сушки и около 40—45°С на второй. Потери активности при сушке обычно не превышают 6—8 %. Длительность высушивания осадков в вакуум-сушильных шкафах составляет от 8 до 16 ч в зависимости от осадка, лабильности фермента и режима сушки. Высушенные препараты измельчаются.
- Сублимационная сушка. Этот процесс для ферментных препаратов ведут при глубоком вакууме. Материал в начальных стадиях сушки отдает часть влаги, охлаждается и самозамораживается. Затем в сушилку подается теплота и лед возгоняется, минуя состояние жидкости. Процесс высушивания ферментных осадков в сублимационной сушилке включает три стадии: замораживание осадка, возгонка льда и удаление остаточной влаги. В первый период удаляется 12—18% общего содержания влаги в продукте, во второй—50—65%, и в последний при температуре 30—32 °С удаляется остальная влага до равновесной, влажность готового продукта 6—8 %. При высушивании в сублимационных сушилках ферменты практически не инактивируются. Длительность сублимационной сушки зависит от температуры и толщины слоя замороженного материала, разрежения в камере, температуры теплоносителя и физико-химических свойств высушиваемого материала. Сушка ферментных осадков, осажденных органическими осадителями, осуществляется при толщине слоя 1 см, температура замораживания 70"С, температура теплоносителя 80 °С в первые 1,5 ч сушки, затем в течение 1,5 ч понижение температуры до 15—20°С и окончательное высушивание в течение 3—4 ч при температуре теплоносителя около 30°С. Высушенные препараты, как и после вакуум-высушивания, измельчают. Степень дисперсности готовых препаратов должна быть 50—100 мкм. Если активность препарата выше стандартной, то к измельченному препарату добавляют наполнитель такой же степени дисперсности. При измельчении нельзя допускать разогрева препарата и пылеобразования. Перегрев препарата при измельчении может вызвать инактивацию до 30—35 % фермента, а при недостаточной герметичности измельчающего устройства с пылью теряется до 5—7 % препарата. Кроме того, образовавшаяся пыль легко воспламеняется и повышает пожароопасность.
- Распылительная сушка. С помощью этого типа сушки можно довольно быстро обрабатывать большие массы ферментных растворов и получать сразу измельченный сухой препарат. При высушивании методом распыления на сушку можно направлять непосредственно культуральную жидкость, экстракт из поверхностной культуры или их концентраты. Методом распылительной сушки можно получить сухие препараты из осадков, осажденных органическими растворителями и солями. Для этого осадки перед высушиванием растворяют в воде до содержания сухого вещества 20-25%, до 6-8% влажности. Потеря активности со стабилизатором = 10%, без такового = 30%. В качестве него часто используют хлорид натрия. Длительность распылительной сушки очень мала, пребывание препарата в сушильной башне ограничивается 508с. При соприкосновении массы с теплоносителем влага мгновенно испаряется, частицы охлаждаются и поэтому несмотря на довольно высокие температуры теплоносителя на входе и выходе препарат не нагревается более 35-49%. Потери активности сравнительно малы (7-10%).
Определение оптимальных условий сушки ферментных растворов распылением показало, что сохранение активности фермента в процессе сушки в большей степени зависит от источника получения ферментного препарата. Например, максимальной термостабильностью обладали препараты бактериального происхождения, грибные амилаза и протеиназа более чувствительны к температурному воздействию.
Инактивация ферментов при сушке обусловлена многими факторами:
- нагревание и его длительность
- изменение рН среды
- введение стабилизаторов, наполнителей
- исходная концентрация сухого вещества в высушиваемой жидкости (чем она выше, тем меньше термостабильность ферментов при сушке)
- удаление веществ, оказывающих защитное и стабилизирующее действие на ферменты
Эти факторы вызывают перестройку и распад водородных и других видов связей в ферменте, что приводит к пространственным изменениям белковой молекулы и соответственно к потере активности фермента.
11) Наноразмерные структуры как перспективные носители для иммобилизованных ферментных препаратов
Сущность иммобилизации ферментов — прикрепление их в активной форме к нерастворимой основе – матрице (носителю) или заключение в полупроницаемую мембранную систему.
При этом допускается прикрепление фермента только за счет функциональных групп, не входящих в активный центр фермента и не участвующих в образовании фермент-субстратного комплекса.
Методы иммобилизации:
- Связывание на жестком носителе
- Связывание при помощи бифункциональных реагентов («сшивка»)
- Включение в пространственную структуру без образования связей
- Комбинированные методы
Носители для иммобилизации:
- Неорганические материалы
- Полисахариды
- Белки
- Сополимеры акрила
- Сополимеры стирола
- Наноматериалы
Последний тип носителей является перспективным для иммобилизованных ферментных препаратов, рассмотрим их подробнее.
Наноносители предназначены не столько для перорального введения (хотя и оно применяется), сколько для инъекционного введения как внутривенного (транспорт к органам-мишеням либо длительная циркуляция в кровяном русле), так и внутримышечного (депо ЛВ или постепенное поступление наноносителей либо выделяемых ими ЛВ в кровоток). Также используется пероральное, ингаляционное и интраокулярное введение наноносителей. Возможна также интра - и трансдермальная подача ЛВ с помощью наноносителей. Широко применяются наноносители в косметике.
Наноносители могут быть двух видов:
1. наночастицы, представляющие монолитные, обычно сферические образования, содержащие ЛВ по всей массе наночастицы или только на ее поверхности. Выделение ЛВ из наночастицы происходит постепенно с контролируемой скоростью:
а) только с поверхности;
б) со всей массы наночастицы в результате ее распада или набухания.
К наночастицам относятся также нанокристаллы, состоящие только из ЛВ, подвергнутого измельчению до соответствующих размеров, что позволяет им растворяться со скоростью, превышающей скорость растворения частиц более крупных размеров;
2. нанокапсулы представляют собой полые сферические контейнеры (с толщиной стенки ~10-30 нм), содержащие жидкую среду, в которой растворено ЛВ. Высвобождение ЛВ из нанокапсулы происходит за счет диффузии ЛВ через стенку или разрыва капсулы. Скорость высвобождения регулируется дизайном нанокапсул и способом их получения.
Взаимодействие наноносителей с клетками зависит и от материала, из которого они изготовлены. Наиболее часто используют:
· нанокристаллы ЛВ без дополнительного материала;
· липиды (жиры) для получения липидных нанокапсул, т.е. липосом, и липидных наночастиц;
· полимеризованные липиды (полимерные липосомы);
· термически или химически модифицированный сывороточный альбумин;
· химически модифицированные полисахариды (например, диальдегидкрахмал);
· биодеструктирующиеся, т.е. распадающиеся постепенно в организме, полимеры и сополимеры (полиалкилцианоакрилаты, полиллактидгликолиды).
Нанокристаллы по сравнению с другими наносистемами имеют следующие преимущества:
· высокая (~100%) степень содержания ЛВ;
· простая и предсказуемая подача ЛВ (скорость высвобождения растворимого ЛВ зависит от скорости растворения нанокристаллов);
· распределение ЛВ в организме происходит как обычно;
· простой и эффективный способ производства.
Обладая большой удельной поверхностью, нанокапсулы особенно пригодны для труднорастворимых ЛВ. При пероральном введении увеличивается абсолютная биодоступность, уменьшаются индивидуальная вариабельность и эффект потребленной пищи. Максимальная концентрация ЛВ в плазме достигается быстрее. Добавляемые иногда биостабилизаторы не только стабилизируют нанокристаллы (например, от агрегации), но и дают возможность контролировать их распределение в организме, время транспорта через желудочно-кишечный тракт, а также биоадгезию, т.е. прилипание к стенкам кишечника в определенном месте (мишени). Уменьшается терапевтическая доза ЛВ. Актуально применение нанокристаллов для анальгетиков, когда быстрое подавление боли и уменьшение вариабельности концентрации ЛВ в плазме играют решающую роль. Например, дисперсия нанокристаллов напроксена через ~20 мин дает в 3-5 раз большую концентрацию ЛВ в плазме по сравнению с обычной суспензией или таблетками ЛВ и меньшую зависимость от содержимого желудка.
Нанокристаллы ЛВ часто включают в макрокапсулы, матричные таблетки и т.д. Добавление биоспецифических мукоадгезивов (веществ, склеивающихся со слизистой оболочкой) позволяет локализовать действие нанокристаллов ЛВ в определенной области желудочно-кишечного тракта.
Для плохо растворимых ЛВ суспензия нанокристаллов ведет себя аналогично раствору и может быть использована в аэрозолях, например для дипропионата беклометазона. Инъекционное введение нанокристаллов дает более длительное удержание ЛВ в месте введения, позволяет контролировать биораспределение ЛВ в организме и избежать поглощения ЛВ фагоцитирующими клетками.
|
наноносители
|
рисунок
|
способ иммобилизации
|
|
фуллерены (С 60 и С 540).
|
первооткрыватели: Харольд Крото, Ричард Смолли, Роберт Кёрл
|
Адсорбция, ковалентная связь
|
|
Наноалмазы
|
|
|
|
Нанотрубки
|
|
|
|
Многослойные нанотрубки
|
|
|
|
Пучок нанотрубок, и на подложке
|
|
Адсорбция, ковалентная связь
|
|
Наностручки
|
|
|
12) Лиофильная сушка. Принцип и устройство. Режим сушки
Лиофильные сушки (сушилки) находят широкое применение в исследовательских лабораториях, а также технологиях производства лекарственных препаратов, ферментов, заквасок, экстрактов лекарственных трав и других объектов, требующих бережного высушивания при пониженных температурах.
Принцип. Лиофильная (сублимационная) сушка веществ заключается в удаление влаги из замороженных образцов в условиях вакуума. Принцип работы лиофильной сушки основан на физическом явлении возгонки. При значениях атмосферного давления ниже определенного порога - т.н. "тройной точки" (для чистой воды: 6,1 мбар при 0 градусов Цельсия) вода может находиться только в двух агрегатных состояниях - твердом и газообразном, переход воды в жидкое состояние в таких условиях невозможен. И если парциальное давление водного пара в окружающей среде ниже чем парциальное давление льда, то лед из лиофилизируемых образцов переводится прямо в газообразное состояние, минуя жидкую фазу. Образовавшийся водяной пар откачивается из рабочей камеры лиофильной сушки вакуумным насосом и конденсируется на низкотемпературном конденсоре.
На первом этапе сублимационной сушки раствор вещества замораживают до низкой температуры (-50С…-70С) и в открытой таре помещают в рабочую камеру устройства. Рабочая камера лиофильной сушки соединяется с низкотемпературным отделением, называемым конденсором, в котором поддерживается низкая температура, при этом температура в конденсоре всегда ниже, чем в камере для лиофилизации.
На втором этапе сушки происходит непосредственное удаление льда или кристаллов растворителя из замороженного раствора. Для чего во всей системе создается высокий вакуум. За счет разности парциального давления паров воды происходит перемораживание воды в конденсоре, т.е. вода из замороженного раствора, минуя жидкое состояние, намораживается на змеевике конденсора.
Следует отметить, что значительное влияние на качество получаемого продукта и на время, требующееся для сушки, имеет этап заморозки. Чем быстрее и глубже замораживается продукт, тем менее крупные кристаллы льда образуются в продукте, тем быстрее они испаряются на втором этапе сушки продукта и тем выше качество получаемого продукта. Поскольку удаление влаги из объектов сушки происходит при отрицательных температурах, а их досушивание осуществляется также при щадящем температурном режиме, то данный метод можно рекомендовать для бережного высушивания термочувствительных и склонных к разрушению при нагреве материалов (биологических растворов и тканей, белков, вакцин и т.д.).
Устройство:
Обозначения к схеме:
1.Сублиматор.
2.Десублиматор.
3.Циркуляционный насос.
4.Компрессор.
5.Испаритель.
6.Дроссельный вентиль.
7.Вакуум-насос.
8.Конденсатор.
Продукт, который был подвергнут заморозке до -40С нужно поместить на панели тележки и поместить ее в сублиматор 1. После этого необходимо соединить панели с подачей теплоносителя, чья температура составляет 30С. Сублиматор закрываем. Далее, включается вакуум-насос 7 и компрессорная холодильная установка. В конденсатор 8 подводится вода и приводится в действие компрессор 4 и насос 3. Из сублиматора начинает выделяться очень большое количество пара, это происходит из-за процесса взаимодействия замороженного продукта и теплоносителя с температурой 30С, который отдает свое тепло панелям, на которых расположен продукт. Этот пар поступает в десублиматор 2. В нем происходит процесс намораживания воды из пара на змеевик, а газ удаляется за счет работы вакуум-насоса.
Принцип работы компрессорной холодильной установки. Теплоноситель с низкой температурой, который находится в состоянии газа, при помощи компрессора 4 удаляется из испарителя 5, он поступает в конденсатор 8. Там происходит процесс взаимодействия стенок змеевика, которые охлаждаются подводимой к нему водой, и пара. Это приводит к конденсации последнего. Затем конденсированный пар проходит через дроссельный винт 6, при выходе из которого происходит процесс испарения.
При сушке продуктов, которые заморожены до температуры -50С, остаточное давление должно быть равно 0,03 мм.рт.ст.
Режим сушки. Оптимальный режим сублимационной сушки должен обеспечивать:
- более полное вымораживание влаги в процессе предварительного замораживания,
- формирование зоны сублимации с развитой пористой структурой,
- равномерный выход паров из материала за счет более мягкого температурного режима в полках на стадии сублимации,
- равномерное досушивание материала на всех полках
3 стадии:
- замораживание осадка – при –50-40 С, удаление 12-18 % общего содержания влаги в продукте
- возгонка льда – до + 30 С, удаление 50-65 % общего содержания влаги в продукте
- удаление остаточной влаги. 1,5 часа. При температуре 30-40 ºС удаляется остальная влага до равновесной, остаточная влажность готового продукта — не более 6-8 %.
Общая продолжительность процессов – до 2 суток. Но в общем, длительность сублимационной сушки зависит от температуры и толщины слоя замороженного материала, разрежения в камере, температуры теплоносителя и физико-химических свойств высушиваемого материала.