Получение минорных дериватов лактозы Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 543 - 1.06:637.344

С.И. Нифталиев, Р.В. Кораблин, Е.М. Горбунова, Е.А. Ковырялова

ПОЛУЧЕНИЕ МИНОРНЫХ ДЕРИВАТОВ ЛАКТОЗЫ

(Воронежская государственная технологическая академия) e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]

Изучение возможности биотрансформации лактозы в ее дериваты. Получение тагатозы и фукозы из вторичного лактосодержащего сырья. Проведение идентификации и анализа углеводов.

Ключевые слова: лактоза, дериваты, тагатоза, фукоза

ВВЕДЕНИЕ

К одному из актуальных научных направлений химической технологии относится трансформация лактозы в ее производные (дериваты) -тагатозу и фукозу, которые востребованы на мировом рынке как ингредиенты для биологически активных добавок и функциональных продуктов питания. Перспективный сырьевой ресурс для получения таких углеводов - молочная сыворотка, основной компонент сухих веществ которой представлен лактозой. Тагатоза и фукоза обладают иммунотропным действием, а также замедляют образование опухолевых клеток, не увеличивают уровень сахара в крови [1]. Гидролиз лактозы в модельных системах молочного сахара и лактосо-держащем сырье может быть осуществлен термическим, химическим (кислотным), безреагентным (с использованием электрохимически активных водных растворов и ионообменных смол) и ферментативным (под действием препаратов лактазы, в т.ч. иммобилизированных и биотрансформи-рующих культур микроорганизмов) способами [2, 3]. Из всех перечисленных способов гидролиза ферментативный наиболее эффективный и широко используется на предприятиях молочной отрасли [4]. Лактоза - это дисахарид, который гид-ролизуется под действием Р-галактозидазы в D-глюкозу и D-галактозу (рис. 1). Р-Галактозидаза (другое название лактаза, 3.2.1.23 по классификации ферментов) - фермент, гидролитически отщепляющий концевые нередуцирующие остатки Р-0 галактозы в Р-галактозидах [1].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Ферментативный гидролиз лактозы осу -ществляли под действием ß-галактозидазы Lactozym 6500 L HP-G при рН 6,2, что соответствует рекомендуемому интервалу (6-7 ед. рН) в инструкции по применению ферментного препарата, дозировка составляет 2400-2700 LAU/дм3 (LAU -Lactase Activity Units). Степень гидролиза лактозы определяли c применением криоскопического метода, заключающегося в определении концентрации истинно растворимых веществ в растворе по его точке замерзания. Для анализа использовали криоскоп Testo 735-2.

Полученную в результате гидролиза лактозы галактозу модифицировали в тагатозу или фукозу.

Изомеризацию D-галактозы в тагатозу проводили в растворе гидроксида кальция в присутствии катализатора хлорида кальция в течение 2 ч. На начальной стадии трансформации молекулы D-галактозы под действием ОН образуется промежуточная, неустойчивая енольная форма, переходящая в енолят-анион, который может перейти в исходную альдозу, ее эпимер по С2 и ке-тозу (рис 2).

В процессе протекания реакции изомеризации галактозы в тагатозу, особую роль играют ионы Са2+, которые являются катализаторами и образуют металлоорганические комплексы с D-галактозой, повышающие выход целевого продукта реакции - тагатозы. В начальный момент реакции образуется комплекс D-галактоза-Са, переходящий в D-тагатоза-Ca [5]. Полученный нерастворимый комплекс D-тагатоза-Са нейтрализовали углекислым газом до значения рН 6,7, а образовавшийся карбонат кальция отделяли центрифугированием.

Рис. 1. Гидролиз лактозы Fig. 1. Lactose hydrolysis

Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на приборе Varian 920 LC установлен углеводный состав полученного тагатозо-содержащего комплекса, условия хроматографи-рования представлены в табл. 1.

Таблица 1

Условия хроматографирования анализируемого комплекса из подсырной сыворотки Table 1. Chromatography conditions of complex under study from sub- cheese whey

Хроматографи- Microsorb NH2 MV с сорбен-

ческая колонка том зернением 5 мкм

Смесь деионизированной воды

Подвижная фаза с ацетонитрилом в соотношении 20:80

Скорость подачи элюента 1,2 мл/мин

Температура 25 °С

Детектор Рефрактометрический

Количество пробы 10 мкл

Растворитель Вода

Эпимеризация енолят-аниона Рис. 2. Образование енолят-аниона Fig. 2. Forming of enolate-ion

Промывка осуществлялась в режиме подачи элюента; режим работы детектора - изократи-ческий. Идентификацию и расчет массовой концентрации (г/дм3) определяемого углевода в пробе выполняла система сбора и обработки данных хроматографа Galaxy Chromatograph Data System (рис. 3, табл. 2).

Результаты исследований по углеводному составу позволили установить основные компоненты исследуемого концентрата - тагатозу и фруктозу, что позволяет его отнести к вкусофор-мирующим подсластителям.

Рис. 3. Хроматограмма анализируемого тагатозосодержащего комплекса Fig. 3. Chromatogram of tagatose-contaning complex

Таблица 2

Углеводный состав тагатозосодержащего комплекса Table 2. Carbohydrates composition of tagatose-contaning complex

Углеводы Время, мин Высота, мм Концентрация, г/дм3

Тагатоза 3,05 62 77,9

Фруктоза 3,49 54 64,2

Манноза 9,16 6 6

Глюкоза 10,18 11 10

Галактоза 10,85 10 2,5

Лактоза 23,07 6 8

галактозу, фруктозу и фукозу селективно и при их совместном присутствии, с высокой степенью воспроизводимости и точности.

CHO I

H-C-OH I

HO-C-H I

HO-C-H I

H-C-OH I

C-OH H,

галактоза

SO,—N-NH, 2 H 2

HC=N-N-SO,-H-C-OH

HO-C-H I

HO-C-H

H-C-OH

C-OH

H

C2 H

тозилгидразид

В работе [6] описан способ идентификации углеводов, позволяющий определять селективно глюкозу, лактозу, галактозу, фруктозу, та-гатозу и при их совместном присутствии. В качестве растворителя использовали ацетон, изопро-пиловый спирт, раствор молочной кислоты с концентрацией 1 моль/дм3 в объемном соотношении 2:2:1.

Для синтеза фукозы D-галактозу, полученную в результате ферментативного гидролиза лактозы, подвергали взаимодействию с тозилгидра-зидом в этиловом спирте, с образованием комплекса тозилгидразон-Б-галактоза, который восстанавливали в присутствии натрий боргидрида до первичного спирта фуцитола. Выпавший осадок тозилгидразида отфильтровывали.

Фуцитол подвергали ферментативному превращению флавинадениндинуклеотидом (ФАД) с получением фукозы (рис. 4).

Содержание фукозы в полученном углеводном концентрате контролировали методом хроматографии в тонком слое на пластинах <^огЬШ». В качестве растворителя используют смесь бутанола-2, изопропанола, 0,5 М борной кислоты и 0,25 М изопропиламина в соотношении мольных долей 1:0,75:0,3:0,05. Продолжительность хроматографического разделения составляла 60-80 минут, после достижения растворителем границ элюирования пластину сушили при комнатной температуре до полного испарения растворителя, затем пластину обрабатывали смесью растворов дифениламина - анилина - концентрированной фосфорной кислоты в соотношении компонентов 1:1:0,5. Углеводы идентифицируют по коэффициенту смещения .), рассчитывают по формуле:

Rf = X/Х,

где Х - фронт смещения идентифицируемого углевода; Х{ - фронт смещения растворителя. Коэффициенты смещения углеводов в проанализированном углеводном комплексе приведены в табл. 3.

Выбранные условия хроматографирования позволяют идентифицировать глюкозу, лактозу,

тозилгидразид D-галактозы

HC=N-N I H H-C-OH I

HO-C-H I

HO-C-H I

H-C-OH I

C-OH H

= N N SO^ CH3

+ 3 NaBH4-

'2

тозилгидразид

CH I

H-C-OH I

HO-C-H I

HO-C-H I

H-C-OH I

C-OH

H2

фуцитол

CH, I 3 H-C-OH I

HO-C-H I

HO-C-H I

H-C-OH I

C-OH H,

фуцитол

H,N"N"SO2^^-CH3

ФАД -

CHO I

-C-H I

-C-OH I

-C-OH I

-C-H I

CH,

фукоза Рис. 4. Получение фукозы Fig. 4. Fucose production

Таблица 3

Коэффициенты смещения углеводов в проанализированном углеводном комплексе Table 3. Displacement coefficients of carbohydrates in

Углеводы Коэффициент смещения Rf

Глюкоза 0,41

Лактоза 0,34

Галактоза 0,30

Фруктоза 0,46

Фукоза 0,65

ВЫВОДЫ

Изучена возможность биотрансформации лактозы в ее дериваты тагатозу и фукозу. Ферментативным гидролизом лактозы с последующей биохимической модификацией галактозы получе-

+

+

ны новые углеводные композиции, обогащенные углеводами тагатозой и фукозой. Проведены идентификация и анализ углеводов. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии определен углеводный состав тагатозосодержащего углеводного комплекса, установлено, что при изомеризации галактозы в таготозу переход составляет более 90%. Качественный состав фукозо-содержащего углеводного комплекса идентифицировали с применением метода хроматографии в тонком слое.

ЛИТЕРАТУРА

1. Синельников Б.М., Храмцов А.Г., Евдокимов И. А., Рябцева С.А., Серов А.В. Лактоза и ее производные. СПб.: Профессия. 2007. С. 768;

Sinelnikov B.M., Khramtsov A.G., Evdokimov I.A., Ryabtseva S.A., Serov A.V. Lactose and its derivates. SPb.: Professiya. 2007. P. 768 (in Russian).

2. Грабчак С.Л., Иванова Л.С., Кричевская Г.В. // Агро-пром Украины. 1990. № 12. С. 40-41;

Grabchak S.L., Ivanova L.S., Krichevskaya G.V. //

Agroprom Ukrainy.1990. N 12. С. 40-41 (in Russian).

3. Zadow J.G. // London - New York: Elsevier applied science. Chapter 10. 1992. P. 515.

4. Smart J. Lactose Intolerance // Chemical Engineering Education. 2008. V. 42. № 2. P. 456.

5. Кочетков Н.К., Бочков А.Ф., Дмитриев Б.А., Усов А.И., Чижов О.С., Шибаев В.Н. Химия углеводов. М.: Химия. 1967. С. 97;

Kochetkov N.K., Bochkov A.F., Dmitriev B.A., Usov A.I., Chizhov O.S., Shibaev V.N. Chemistry of carbohydrates. M.: Khimiya. 1967. Р. 97 (in Russian).

6. Нифталиев С.И., Мельникова Е.И., Лобанова Е.М, Ширунов М.О., Грибанова Ю.С., Ватутина И.В. Патент РФ № 2396560. 2010;

Niftaliev S.I., Melnikov E.I., Lobanova E.M., Shirunov M.O., Gribanova Yu.S., Vatutina I.V. RF Patent N 2396560. 2010 (in Russsian).

7. Сумина Е.Г., Штыков С.Н., Тюрина Н.В. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2001. Т. 44. Вып. 4. С. 5-8; Sumina E.G., Shtykov S.N., Tyurina N.V. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2001. V. 44. N 4. P. 5-8 (in Russian).

Кафедра неорганической химии и химической технологии

НОВЫЕ ПОЛИЭФИРФТАЛИМИДЫ НА ОСНОВЕ ПРОИЗВОДНЫХ ХЛОРАЛЯ С ФТАЛИМИДНЫМИ ^-ЗАМЕСТИТЕЛЯМИ С УЛУЧШЕННОЙ ПЕРЕРАБАТЫВАЕМОСТЬЮ

В ИЗДЕЛИЯ

(*Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия им. В.М. Кокова, **Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, ** *Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН)

е-mail: [email protected]

Не описанные ранее растворимые полиэфирфталимиды, содержащие фталимид-ные о-заместители получены взаимодействием 1,1-дихлор-2,2-бис(3,4-диаминофе-нил)этилена с бис(эфирофталевыми ангидридами). Изучено влияние вводимых объемистых фталимидных заместителей и дихлорэтиленовых групп в полимерные цепи на растворимость, термические и прочностные свойства синтезированных полимеров.

Ключевые слова: полиэфирфталимид, полициклоконденсация, растворимость, термостойкость

УДК 541.64:542.954

Р.М. Кумыков*, А.К. Вологиров*, А.К. Микитаев**, А.Л. Русанов

В ряду полигетероариленов [1-4], интенсивно исследуемых в связи с развитием высоких технологий, основное место занимают полиэфир-фталимиды (ПЭФИ), характеризующиеся высокими термическими, механическими и электроизоляционными свойствами [5,6]. Однако, как отмечалось нами ранее [7,8], полифталимиды (ПФИ), базирующиеся на наиболее доступных диаминах и диангидридах ароматических дикар-

боновых кислот, не растворяются в органических растворителях, а их температуры размягчения близки к температурам начала интенсивной деструкции, что в комплексе определяет плохую пере-рабатываемость этих полимеров в изделия. Улучшение плавкости и растворимости ПЭФИ без существенного влияния на термические и прочностные характеристики достигается введением в них „кардовых" группировок [9], объемистых замести-