ПРИМЕНЕНИЕ СВЕРХСШИТЫХ ПОЛИМЕРОВ В КАЧЕСТВЕ НОСИТЕЛЕЙ ГЕТЕРОГЕННЫХ БИОКАТАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ РЕАКЦИИ ГИДРОЛИЗА ИНУЛИНА
Аннотация
В данной работе проведено исследование адсорбционной иммобилизации инулиназы на сверхсшитых макропористых сорбентах на основе стирола и дивинилбензола: низкоосновном анионообменнике А100, высокоосновном анионообменнике А500R, сильнокислотном катионообменнике C100H. Рассмотрено влияние продолжительности процесса сорбции, значений концентраций ионов водорода и белка в растворе на количество иммобилизованного фермента и активность полученных гетерогенных биокатализаторов. Выявлено, что адсорбция достигает своего максимального значения в среднем через 4 ч при рН 4,7-5,0 для рассматриваемых сорбентов. Активность полученных гетерогенных биокатализаторов составляет 64,8-83,5% от активности свободной инулиназы. Хотя активность инулиназы при адсорбции на используемых в работе полимерных носителях снижается, интегральное количество полученного продукта будет выше, чем для нативного катализатора. Изучены изотермы адсорбции инулиназы на сверхсшитых полимерах. Стабильность полученных гетерогенных биокатализаторов объясняется высокой сорбционной способностью сверхсшитых сорбентов. Выявлено, что иммобилизованная инулиназа может применяться в течение 8-11 последовательных циклов реакции гидролиза субстрата. Используя адсорбционную теорию БЭТ, проведен анализ изотерм сорбции фермента и рассчитаны равновесные параметры сорбции: предельное количество сорбированной инулиназы, константы, характеризующие взаимодействие сорбат-сорбент и сорбат-сорбат. Среди рассматриваемых носителей наиболее высокое значение величины константы сорбционного равновесия (КL=4,25±0.04 л/ммоль) соответствует биокатализатору инулиназа-катионообменник, величина сорбционной емкости которого также наибольшая. Полученные данные представляют интерес для оценки эффективности использования сорбентов в качестве носителей инулиназы в последующих технологических процессах переработки инулинсодержащего сырья.
Для цитирования:
Шкутина И.В., Мироненко Н.В., Селеменев В.Ф. Применение сверхсшитых полимеров в качестве носителей гетерогенных биокатализаторов для реакции гидролиза инулина. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 8. С. 48-54. DOI: 10.6060/ivkkt.20226508.6559.
Литература
Kaishev V.G., Lukin N.D., Seregin S.N., Kornienko A.V. Inulin market in Russia: opportunities for the development of the raw material base and the necessary resources for the creation of modern domestic production. Pishch. Promyshl. 2018. N 5. P. 8-17 (in Russian).
Singh R.S., Singh R.P. Production of Fructooligosaccharides from Inulin by Enddoinulinases and Their Prebiotic Potential. Food Technol. Biotechnol. 2010. V. 48. N 4. P. 435-450.
Singh R.S., Chauhan K. Production, purification, characterization and applications of fungal inulinases. Curr. Biotechnol. 2018. V. 7. N 3. Р. 242-260. DOI: 10.2174/2211550105666160512142330.
Zhen-Ming Chi, Tong Zhang, Tian-Shu Cao, Xiao-Yan Liu, Wei Cui, Chun-Hai Zhao. Biotechnological potential of inulin for bioprocesses. Bioresour. Technol. 2011. V. 102. N 6. P. 4295-4303. DOI: 10.1016/j.biortech.2010.12.086.
Neeraj G., Ravi S., Somdutt R., Ravi S. K., Kumar V. Immobilized inulinase: a new horizon of primary importance, stimulating the production of sweeteners and prebiotics. Crit-ical Rev. Biotechnol. 2018. V. 38. N 3. P. 409-422. DOI: 10.1080/07388551.2017.1359146.
Mateo C., Palomo J.M., Fernandez-Lorente G., Guisan J.M., Fernandez-Lafuente R. Improvement of enzyme activity, stability and selectivity via immobilization techniques. Enzyme Microb. Technol. 2007. V. 40. N 6. P. 1451-1463. DOI: 10.1016/j.enzmictec.2007.01.018.
Sidorov A.I., Ozhimkova E.V., Tikhonov B.B. Ferments: properties, immobilization, application. Tver': TGTU. 2010. 139 р. (in Russian).
Sazykin Yu.O., Orekhov S.N., Chakaleva I.I. Biotechnology. M.: Academiya. 2008. 256 p. (in Russian).
Holyavka M.G., Kayumov A.R., Baydamshina D.R., Koroleva V.A., Trizna E.Yu., Trushin M.V., Artyukhov V.G. Efficient fructose production from plant extracts by immobilized inulinases from Kluyveromyces marxianus and Helianthus tuberosus. Int. J. Biol. Macromol. 2018. V. 115. P. 829–834. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2018.04.107.
Grebennikova O.V., Mikhailova A.N., Molchanov V.P., Sulman A.M., Doluda V.Yu., Matveeva V.G. Polymeric supports for enzymes immobilization in synthesis of biologi-cally active compounds. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 1. P. 67-72. DOI: 10.6060/ivkkt.20216401.6223.
Shkutina I.V., Stoyanova O.F., Selemenev V.F. Hydrolysis of inulin using heterogeneous biocatalysts. Khimiya Rastit. Syr’ya. 2012. N 2. P. 2 -31 (in Russian).
Shkutina I.V., Stoyanova O.F., Selemenev V.F. Biocatalytic Properties of Immobilized Inulinase. Russ. J. Bioorganic. Chem. 2016. V. 42. N 7. Р. 64–67. DOI: 10.1134/s1068162016070153.
Davankov V.A., Tsyurupa M.P. Hypercrosslinked polymeric networks and adsorbing materials, synthesis, structure, properties and application. New York: Elsevier. 2011. 648 p.
Tsyurupa M.P., Blinnikova Z.K., Pavlova L.A., Pastukhov A.V., Davankov V.A. Hypercrossed polystyrene: half a century from a non-trivial idea to industrial implementation. Laboratoriya Pr-vo. 2020. V. 11. N 1. P. 86-96 (in Russian). DOI: 10.32757/2619-0923.2020.1.11.86.96.
Selemenev V.F., Slavinskaya G.V., Khokhlov V.Yu., Ivanov V.A., Gorshkov V.I., Timofeevskaya V.D. Work-shop on ion exchange. Voronezh: Izd. Voronezh. Gos. Univ. 2004. 160 p. (in Russian).
Nakamura T., Nakatsu S. General properties of extracellar inulase from Penicillum. J. Agr. Chem. Loc. Jap. 1997. V. 1. N 12. P. 681–689. DOI: 10.1271/nogeikagaku1924.51.12_681.
Kholyavka M.G., Artyukhov V.G., Makin S.M. Investi-gation of the supramolecular organization of inulinases from producers of the genus Aspegillus using some numerical and experimental methods. Biofizika. 2015. V. 60. N 4. P. 639-645 (in Russian). DOI: 10.1134/S0006350915040144.
Filippov O.A., Tikhomirova T.I., Tsizin G.I., Zolotov Yu.A. Dynamic concentration of organic substances on non-polar adsorbents. Russ. J. Analyt. Chem. 2003. V. 58. N 5. P. 454–479 (in Russian). DOI: 10.1023/A:1024796928538.
Lanin S.N., Rychkova S.A., Vinogradov A.E., Viryasov M.B., Vostrov I.A., Shatalov I.A. Sorption of water-soluble vitamins on sorbents of various nature. Sorbts. Khromatograf. Prots. 2015. V. 15. N 2. P. 179–195 (in Russian).
Shafigulin R.V., Konstantinov A.V., Bulanova A.V., Ilyin M.M., Davankov V.A. Sorption of phenylamide de-rivatives of adamantane on superstitched polystyrene from water-acetonitrile eluents. Zhurn. Fizich. Khim. 2016. V. 90. N 11. P. 1729–1733 (in Russian). DOI: 10.7868/s0044453716110236.
Varfolomeev S.D. Physical and structural chemistry of enzymatic catalysis. A systematic approach: from the primary structure to the elementary act. Kinetika Kataliz. 2007. V. 48. N 4. P. 499-509 (in Russian). DOI: 10.1134/S0023158407040039.
Amanollah E., Jafar S., Soltan M. What is the correct form of BET isotherm for modeling liquid phase adsorption? Ad-sorption. 2009. V. 15. N 1. P. 65–73. DOI: 10.1007/s10450-009-9151-3.
Kotova D.L., FamThi Gam, Krysanova T.A., Vasilyeva S.Yu., Timchenko Yu.A., Beketov B.N. Description of the pyridoxine sorption isotherm on clinoptilolite tuff. Sorbts. Khromatograf. Prots. 2014. V. 14. N 4. P. 572-577 (in Russian).
Smuseva S.O., Mironenko N.V., Selemenev V.F., Borodkina T.A. Isotherm of saponin sorption Quillaja Sapona-ria Molina on polymer supercrosslinked sorbent MN-200. Sorbts. Khromatograf. Prots. 2017. V. 17. N 4. P. 557-563 (in Russian). DOI: 10.17308/sorpchrom.2017.17/413.
