Разработка основ технологии получения таурина из кератинсодержащего сырья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.23, кандидат химических наук Соболева, Анна Викторовна

• Соболева, Анна Викторовна
• кандидат химических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат химических наук Соболева, Анна Викторовна

Введение.

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Общая характеристика таурина и области его применения.

1.2. Биохимические аспекты синтеза и механизма действия таурина.

1.3. Лабораторные и промышленные способы получения таурина.

1.4. Характеристика кератинсодержащего сырья и способы его переработки.

Глава 2 Материалы и методы исследования.

2.1. Объект исследования.

2.2 Методы анализа.

2.3. Методы исследования.

2.3.1 Методика щелочного растворения кератинсодержащего сырья.

2.2.2 Методика проведения процесса ферментативного гидролиза белковых веществ из кератинсодержащего сырья.

2.2.3. Методика проведения процесса трансформации цистина и цистеина под действием ферментных систем клеток печени.

2.2.4. Методика выделения таурина методом ионного обмена.

Глава 3. Основные экспериментальные данные и обсуждение результатов.

3.1. Растворение кератинсодержащего сырья в растворе гидроксида натрия.

3.2. Гидролиз белковых веществ протосубтилином.

3.3. Гидролиз белковых веществ кератинов ферментными системами клеток поджелудочной железы.

3.4. Трансформация свободных Ь-цистина и Ь-цистеина и в составе белкового гидролизата в таурин ферментными системами клеток печени КРС.

3.5. Выделение и очистка таурина ионным обменом.

3.6. Кристаллизация таурина из водных и водно-спиртовых растворов. 104 Выводы.

Список сокращений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка основ технологии получения таурина из кератинсодержащего сырья»

Таурин (2-аминоэтансульфоновая кислота) как продукт метаболизма серосодержащих аминокислот (Ь-цистина и Ь-цистеина) играет важную роль в обеспечении различных функций человека, связанных со зрением, агрегацией тромбоцитов, активностью инсулина и др. Поэтому находит применение в медицине, а также имеет значение для кормовой и пищевой промышленности. Таурин - достаточно простое соединение, которое может быть синтезировано химически, а также путем трансформации вышеуказанных Ь-аминокислот под действием комплекса ферментов клеток печени. В последнем случае сырьевой базой может быть богатое Ь-цистином кератинсодержащее сырье, являющееся в настоящее время плохо утилизируемым отходом мясоперерабатывающих заводов. Те же предприятия располагают и источниками ферментных препаратов в виде клеток поджелудочной железы (для гидролиза белковых веществ) и печени убойных животных (для трансформации Ь-цистина и Ь-цистеина в таурин).

Научная новизна: показана возможность получения очищенного препарата таурина по малоотходной технологии, включающей в себя растворение ке-ратинсодержащего сырья в щелочном растворе с пониженным содержанием гидроксида натрия, гидролиз белоксодержащего раствора до Ь-цистина и Ь-цистеина комплексом ферментов клеток поджелудочной железы, трансформацию вышеуказанных аминокислот в составе белкового гидролизата в таурин комплексом ферментов печени животных, ионообменное выделение таурина и кристаллизацию препарата из водных и водно-спиртовых растворов.

Практическая значимость: разработаны основные стадии технологического процесса получения препарата таурина (с содержанием основного вещества не ниже 96%) из кератинсодержащего сырья. Ка основе разработанных математических моделей предложены алгоритмы управления стадиями химического растворения кератинов, их энзиматического гидролиза и трансформации свободных Ь-цистина и Ь-цистеина в таурин под действием ферментов.

Целью работы явилась разработка основ малоотходной технологии получения очищенного препарата таурина из кератинсодержащего сырья.

В задачи работы входило: разработка основных стадий технологического процесса получения таурина из кератинсодержащего сырья с использованием химических реагентов и технических ферментов и определение оптимальных условий их проведения на основе разработанных математических моделей.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология», Соболева, Анна Викторовна

ВЫВОДЫ

1 .Разработаны основные стадии технологического процесса получения таурина из кератинсодержащего сырья, включающие в себя его измельчение и растворение в щелочном растворе, последующий гидролиз белковых веществ до аминокислот, трансформацию Ь-цистина и Ь-цистеина в таурин техническими ферментами, выделение и очистку целевого продукта ионным обменом, его кристаллизацию из водного раствора и перекристаллизацию из 90%-ного этанола, сушку готового продукта. Выход кристаллического препарата с содержанием основного вещества 96% составляет 70%.

2. Проведено количественное исследование процессов щелочного растворения кератинов, подчиняющегося законам специфического кислотно-основного катализа, ферментативного гидролиза белковых веществ протосуб-тилином и комплексом ферментов поджелудочной железы, трансформации Ь-цистина и Ь-цистеина в таурин под действием ферментов клеток печени. Для каждого из процессов на основе схем последовательно-параллельных превращений разработаны математические модели, адекватно описывающие экспериментальные данные. Рассчитаны соответствующие значения эффективных констант и энергий активации.

3. Изучены процессы выделения и очистки таурина ионным обменом на сорбенте АВ-17-2 в СГ форме с использованием в качестве элюента 6%-ого раствора хлорида натрия, кристаллизации таурина из водного и водно-спиртовых растворов. Показана возможность концентрирования очищенного от органических примесей раствора таурина путем многократного (не менее 4-х раз) использования элюата на стадии десорбции целевого продукта. Разработаны математические модели стадий сорбции, десорбции и кристаллизации таурина из водного и водно-спиртовых растворов, позволяющие выбрать оптимальные условия их проведения.

4. Разработанные для всех основных стадий технологического процесса получения таурина математические модели создают предпосылки для выбора различных вариантов управления соответствующими процессами, что обеспечивает получение целевого продукта различного качества и назначения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Соболева, Анна Викторовна, 2004 год

1. Е.П.Елизарова, Б.Г.Ходжакулиев, Л.И.Заволовская, Е.П.Черногубова. Фармакинетика таурина // Кардиология, 1995, 4:69 70.

2. И.М.Кахновский, Т.В.Королева, В.Н.Захаренко, С.М.Ларионов. ММА им. И.М.Сеченова. Таурин в лечении сахарного диабета // Клиническая фармакология и терапия, 1997, 6,3.

3. Н.С.Сапронов, А.В.Самойленко, П.А.Торкунов, А.Ю.Юров // Российский физиологический журнал, 1998. Т.84, № 1 2. С.39 - 44.

4. Ц.Р.Орлова, Е.П.Елизарова, И.М.Рыфф, Н.И.Фетисова, Л.И.Митькина. Использование таурина для лечения застойной сердечной недостаточности в эксперименте // Кардиология, 1991,6:77 80.

5. B.C. Гуревич. Таурин и функция возбудимых клеток. 1986.

6. А.Майстер. Биохимия аминокислот. 1961.

7. Фармакология и клиническое применение нейроактивных аминокислот и их аналогов// под ред. Г.В.Ковалева. Труды ВГМИ: Волгоград, 1986.

8. L.A. Marques, Dunford H.B. // J.Biol.Chem. 1994. Vol.269, № 22. P.7950 -7956.

9. W.Vogt, D.Hess // Immunobiology. 1994.Vol.192, № 1 2. P. 1 - 9.

10. G.Schuller-Levis, M.R.Qvinn, C.Wright et al. // Adv. Exp. Med. Biol. 1994. Vol.359. P.31-39.13. .Azuoma, B.Halliwel, B.M.Haey. The antioxidant action of taurin, hipotaurin and their precursors // Biochem.J. Vol.256, № 1.

11. Е.И.Ярцев, Е.Д.Гольдберг, Ю.А.Коменников. Таурин (фармакологические ипротиволучевые свойства) // Медицина, М., 1975.

12. Практикум по биохимии // под ред. С.Е.Северина и Г.А.Соловьевой, издательство Московского университета, 1989.

13. Л.И.Нефедов. Известия АН Беларуси. Серия биологических наук, № 3 -4, 1992.

14. Н.С.Сапронов, П.А.Торкунов, В.В.Елисеев и др. // Пат. Физиол. 1999. № 4. С. 19-20.

15. W. G. Martin, and Patrick, 1974. The incorporation of S3504 into bile of chick/ Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 121:414-417.

16. H. Finney, K.C. Hayes, 1978. A review on the biological function of taurine. Nutr.1. Rev. 34:161-165.

17. G. Mandel, L. Pasantes-Morales 1989. J. Anim Sci. 69:609-612.

18. C.S. Marvel, C.F. Bailey 1992. Poult Sci. 71:608-612.22.Патент РФ № 1370948.23.Патент РФ № 2059614.24. Патент РФ № 2009124.25. Патент СССР № 1657491.26. " Фармакологический справочник

19. Патентообладатель ГГМИ. Л.Н.Шейбак, М.П.Шейбак, Л.И.Нефедов, В.М.Шейбак. Тема: " Дисахаридная недостаточность у детей при различной патологии ".28. Патент РФ № 2001616.29. Патент РФ № 2024256.

20. Хроматография на бумаге // под редакцией И.М.Хайса и К.Мацека, перевод с чешского, 1962.

21. Сассон А., Биотехнология: свершения и надежды; пер. с англ./ под ред., с предисл. и дополн. В. Г. Дебабова. М.; Мир, 1987, стр.-411.

22. Шестаков С. С., Муляргук М. В., Комплексное производство природных аминокислот из белкового сырья М.; ЦНИИТИПтицепром, 1979 г.

23. Гауровиц Ф., Химия и функции белков; пер. с ал г. В. В. Борисова, М. И. Верховцевой, под ред. В. О. Шпикитера.- М.; Мир, 1965 г., стр.- 252-257.

24. Деникина Е. К, Неклюдов А. Д., Герасимова Е. В. О количественномсоотношении аминокислот и пептидов в белковых гидролизатах для парентерального питания/ Прикладная биохимия и микробиология, 1983 г., т. XIX, №4, стр.- 503-506.

25. Неклюдов А. Д., Навашин С. М., Получение белковых гидролизатов с заданы ми свойствами/ Прикладная биохимия и микробиология, 1995 г., т. XXI, №1, стр.-3-17.

26. Васильев П. С., Суздалев В. В., Неклюдов А. Д. и др. Препараты для парентерального питания. - в кн. : Современные кровезаменители. - М., ВНИИМИ, 1980г., стр.-28-43.

27. Савченко И. Л., Благодатский В. Н. Способ получения белкового гидролизата из сухих белоксодержащих отходов животного происхождения. - авт. свид. № 1214061, СССР, 1986г.

28. А. с. 1161064, СССР, МКИ А231/10. Способ получения белкового гидролизата из кератинсодержащего сырья (к.р.с.)/ Крылова В. Б., Попов В. П., (СССР), № 3701630/28-13; заявлено 08.12.83., опубл. 15.06.85., Бюл. №9, стр.-14.

29. А. с. 1151236, СССР, МКИ А231/10. Способ получения кормовой добавки из отходов мехового сырья/ Таранич А. В., Анохина В. И., Кононенко А. В. (СССР),-№3671661/28-13; заявлено 08.12.83, опубл. 23.04.85., бюл. № 7, с. 7.

30. Либерман С. Г., Шевкунов К. Ф., Щербаков А. Р. Переработка кератинсодержащего сырья. Обзорная информация, серия «Мясная промышленность», М., ЦНИИТЭИмясомолпром, 1979, стр.- 30.

31. Файвишевский М. Л., Либерман С. Г. Производство животных кормов., М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984., стр.- 307.

32. Бердутина А. В., Неклюдов А. Д., Иванкин А. Н., Карпо Б. С., Осока А. В.

33. Березин И. В., Клесов А. А. Практический курс химической и ферментативной кинетики. М., Наука, 1979 г., стр.- 100-185.

34. Неклюдов А. Дг, Иванкин А. Н., Баер Н, А„ Бертутина А. В., Дубина В, И, Источники резервного белка для получения пншевых гидролизатов из животного сырья/ Хранение и переработка сельхозсырья, № 3, 1998 г., cip. 24-25.

35. Патент СССР № 1028236. Способ получения кормовых средств из протеинсодержаших отходов переработки животного сырья.

36. Патент ФРГ№ 284. 047. Способ получения белкового продукта.

37. Кудрявцев Р. М„ Степаненко Е. С„ Волков Е. Н. Использование бисульфита натрия для кислотного гидролиза. - Труды ВНИИконсервной и овощной промышленности, 1980 г.>№ 16, стр.- 38-41.

38. Патент США №3578461, Способ приготовления белкового продукта.

39. Пивненко Т. Н., Жданюк В. М., Энштейн JT. М. Способ получения протеолитического комплекса. Патент РФ 2034028, бюл. Изобретений РФ,- 1995 г.,№12.

40. Кочетов Г, А, Практическое руководство по энзимологии.-М, 1989.

41. Неклюдов А. Д., Федорова Н. В., Илюхина В, П„ Лишца Е. П./ Прикладная биохимия и микробиология, 1993 г., т. 29, вып. 5, стр.- 734-743.

42. Фершт Э. Структура и механизм дейстня ферментов,- M,f Мир, 1980 г., стр.-373-388,

43. Березин И. В., Мартинек К. Введение в прикладную этимологию. M,f МГУ, 1982 г.,стр,-Э82,

44. Webster J. D., Levward D. A., Lawrie R. A. Protein hydrlysates from meat byproducts. -Meat Sci,19&2, p.-147-157,

45. Баер R A„ Неклюдов А. Д., Иванкин A. H., Дубина В. И„ Бердутина А. В. Способ получения белкового гидролизата из мясного и мясокостного сырья. Патент РФ К5ЙЗЛ 11QC12N9/64, бюл. Изобретений РФ 1997 г„ №12,

46. Cheryan M., Deeslic W. D, Production of protein hydrolysatein ultrafiltration ensyme reactors. Polym, Sci. Technol., 1980, v.13, h, 59Б601

47. Патент США № 4232123, Способ получения водорастворимых гидролизатов кератинсодержащих материалов

48. Патент США № 357В460. Способ приготовления белкового продукта.

49. Неклюдов А. Д., Илюхин В. П., Мосина Г. И. и др./ Прикладная биохимия и микробиология, 1996г., т. 32, вып. 2, стр, 231-236,

50. Федорова Н. В., Неклюдов А, Д. Влияние концентрации дрожжевой биомассы и экзогенных протеолитических ферментов на интенсивность процесса автолиза пекарских дрожжей. Прикладная биохимия и микробиология. АН СССР, г. XXI, вып. 6,1985 г„ стр. 714-718.

51. Попова В. А., Езерская Н, Ф-, Петрейкова M. Н., Шилова С. А. Получение смеси аминокислот из дрожжей. в сб,: Труды ВНИИгидр. Растительных материалов, 19Slr.,№31,стр. 97-104.

52. Kilara А. Emyme-modified protein food ingredients.- Process Biochem., 20, N 3,1985, p. 146-157/

53. Антонов В. К. Химия протеолиза М., Наука, 1984 г., стр. 113-161.

54. Alder-Nisson J. Enzymic hydrolysis of food proteins.- Dan. Kemi., 1986, IV.67, p. 19-25, VD.67,p. 36-43.

55. Богатков С. В., Фролова Т. Т., Грачева И. М. и др. Оптимизация гидролиза белков щелочной протеиназой Вас. subtilis- Прикладная биохимия и микробиология, 1982 г., т. 18, №1,стр. 71-75.

56. Сиймер Э. X., Паппель К. Э., Кестнер А. И. Метод описания кинетики ферментативных реакций. Труды Таллинского политехнического института, 1979, №424, стр. 13-17.

57. Визбуле А. Д., Беликов В. М., Арен А. К.- Сложный вид ингибирования при гидролизе белков микробными протеолитическими ферментами. Известия АН Лаге. ССР, 1982, № 7, стр. 110-114.

58. Крылов И. А., Красноигганова А. А., Манаков М. Н./ Биотехнология, 1998 г., № 6, стр.63-68

59. Горская Н. А. Адсорбционная хроматография на активированных углях при получении белковых гидролизатов. в кн.: Лечебные препараты из крови тканей, Л., Медицина, 1974, стр. 171-173.

60. Патент Швейцарии № 636248. Процесс изготовления очищенных белковых гидролизатов.

61. Патент США № 3692538 Способ приготовления белковых гидролизатов, имеющихаромат мяса.

62. Патент Японии № 48л10543 Получение белковых щцролизатов.

63. Васильев П. С., Суздалева В. В., Неклюдов А. Д. и др. Препараты для парентерального питания: Современные кровезаменители. М., ВНИИмедицинской информации, 1980, стр. 29-43.

64. Неклюдов А. Д., Иванкин А. Н., Бердутина А. В. и др. Получение пищевых гидролизатов из отходов мясопереработки в присутствии ферментов поджелудочной железы/ в сб. научных трудов ВНИИМП, М., ВНИИМП, 1998, стр. 70-78.

65. Калмыков П. Е., Голубев Т. И. Белковый препарат для парентерального питания аминопептид/ Советская медицина, 1956, №3, стр. 66-69.

66. Патент США № 578832. Способ получения белкового продукта из кератинсодержащего сырья.

67. Критчфилд Ф. Анализ основных функциональных групп в органических соединениях. М., Изд-во «Мир», 1965. С. 197-201

68. А. с. 829084 СССР МКИ А23К1/10. Способ получения пептона из кератинсодержащего сырья/ Горяев М. И., Быкова JI. Н. и др. (СССР) № 2808824128-13; заявлено 31.07.79.; опубл. 15.05.81. бюл. №8, с. 20-25.

69. Патент ФРГ №1208168. Способ переработки измельченных отходов мяса птицы для получения корма и продуктов питания.

70. Крылов И.А., Красноштанова A.A., Манаков М.Н. Ферментативный гидролиз белковых веществ биомассы промышленных микроорганизмов. 2. Кинетика экстракции белковых веществ из клеток дрожжей. //Биотехнология, 1998. №6. с. 57-62.

71. Патент Франции № 2412263. Способ обработки отходов.89. "Гидролиз белковых веществ биомассы промышленных микроорганизмов"диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук доц. Красноштанова A.A., 1995.

72. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. Пер. с англ. в 2-х частях. ч.2. М.: Мир, 1989. - 590 с.

73. Патент ГДР № 2008493. Способ получения частичного гидролизованных белков.

74. Остапец Н. Г. Качество кормового белкового концентрата, получаемого из кератинсодержащего сырья/Мясная индустрия СССР, 1981 г., №8, стр. 33-38.

75. Патент США № 578923. Способ получения белкового продукта.

76. Патент США № 298848. Производство пенообразователя из кератинсодержащего сырья.

77. Папков Н. Ф., Комлев А. П., Чеховский А. А. и др. Способ изготовления белковой колбасной оболочки. авт. свид. № 686710 СССР, 1979 г.

78. Крешков А.П. Основы аналитической химии М., Изд-во «Химия». 1965. 498с.

79. Худсон Д. Статистика для физиков. М., Изд-во «Мир», 1970. С. 254-270.